You are in browse mode. You must login to use MEMORY

level: Atmosfera in hidrosfera

Questions and Answers List

level questions: Atmosfera in hidrosfera

Question	Answer
EPIROGENEZA	• stratigrafska zaporedja na kratonih kažejo na dolgotrajna pogrezanja in dviganja (sedimentacija na kratonskih platformah) kontinentov ali njihovih delov – epirogeneza • epirogenetska gibanja so večinoma neodvisna od evstatičnih nihanj morske gladine • danes jih razlagamo z dinamiko plašča oz. z dinamično topografijo, ki jo podpirajo vroča območja v globokem plašču • kontinenti se s časom lahko premikajo preko takih izboklin (epirogenetsko dviganje in spuščanje
EPIROGENEZA	• stratigrafska zaporedja na kratonih kažejo na dolgotrajna pogrezanja in dviganja (sedimentacija na kratonskih platformah) kontinentov ali njihovih delov – epirogeneza • epirogenetska gibanja so večinoma neodvisna od evstatičnih nihanj morske gladine • danes jih razlagamo z dinamiko plašča oz. z dinamično topografijo, ki jo podpirajo vroča območja v globokem plašču • kontinenti se s časom lahko premikajo preko takih izboklin (epirogenetsko dviganje in spuščanje
EPIROGENEZA	• stratigrafska zaporedja na kratonih kažejo na dolgotrajna pogrezanja in dviganja (sedimentacija na kratonskih platformah) kontinentov ali njihovih delov – epirogeneza • epirogenetska gibanja so večinoma neodvisna od evstatičnih nihanj morske gladine • danes jih razlagamo z dinamiko plašča oz. z dinamično topografijo, ki jo podpirajo vroča območja v globokem plašču • kontinenti se s časom lahko premikajo preko takih izboklin (epirogenetsko dviganje in spuščanje
POMEN VODE IN ATMOSFERE NA ZEMLJI	• masa oceanov (0,02%) in atmosfere (0,00001%) predstavlja zanemarljiv delež mase Zemlje • tekoča voda in oksidacijska, s CO2 revna atmosfera sta posebnost Zemlje med planeti v Osončju • atmosfera in voda omogočata preperevanje in erozijo kamnin • atmosfera z oceani je celotno zgodovino Zemlje regulirala površinsko temperaturo v ozkem območju <100° • prisotnost vode v notranjosti Zemlje znižuje viskoznost kamnin in njihovo tališče • brez vode ne bi bilo kontinentalne litosfere in kontinentov • brez vode in kisika ne bi bilo življenja
ATMOSFERA ZEMLJE	• atmosfera je plinast ovoj planeta, ki ga le-ta zadržuje s svojo gravitacijsko privlačnostjo • z višino je atmosfera vse redkejša • troposfera vsebuje 80% vse mase atmosfere (večina tega je vodna para) • v stratosferi se absorbira UV sevanje iz vesolja, zviša se temperatura, nastaja ozon ki ščiti površje Zemlje pred UV sevanjem • iz eksosfere uhajajo v vesolje lahke molekule (H2) • atmosfero in hidrosfero sestavljajo lahkohlapne prvine H, C, N, S, Cl, Br in I, skupaj s kisikom • za razumevanje nastanka so pomembni tudi žlahtni plini He, Ne, Ar, Kr, Xe • sestava atmosfere: 78% N2, 21% O2, 0,9% Ar, 0,03% CO2 • atmosfera Zemlje se bistveno razlikuje od drugih planetov!
PRVOTNA ATMOSFERA	Možni izvori prvotne (primitivne) atmosfere Zemlje: • plini iz akrecijskega (protoplanetarnega) diska, ki jih ujame gravitacija Zemlje • plini, ki so na Zemljo prišli naknadno s trki planetezimalov in protoplanetov ter s padci meteoritov in kometov • razplinjevanje notranjosti Zemlje (izločanje lahkohlapnih komponent pri delnem taljenju kamnin) • verjetna sestava: CH4, NH3, CO2, H2, H2O,.. Prvotna atmosfera je delovala kot izolator toplote in je omogočila taljenje kamnin v ocean magme. • razmerja med obilnostmi hlapljivih komponent na Zemlji so praktično enaka kot v hondritski primitivni snovi • (N.B.: ogljikovi hondriti vsebujejo 10-20% vode!) • to potrjuje izvor z razplinjevanjem trdne Zemlje • razplinjevanje potrjuje tudi visoka vsebnost 40Ar, ki nastaja z radioaktivnim razpadom 40K v kamninah plašča
UNIČENJE PRVOTNE ATMOSFERE	• atmosfero verjetno uničujejo veliki trki v začetni fazi zgodovine Zemlje, še posebej trk Theie (nastanek Lune) • izgube pospešuje prisotnost zgodnjega oceana (uparjanje vode ob trkih) • atmosfero je verjetno odpihnila tudi močna faza aktivnost Sonca v prvih 100 Ma po nastanku Osončja • obilnosti hlapnih prvin so v zunanjem ovoju Zemlje mnogo manjše kot v hondritih (čeprav so njihova medsebojna razmerja približno enaka) • očitno je prišlo do proporcionalnega izgubljanja; večje so izgube lažjih prvin • v današnji atmosferi je veliko premalo tudi žlahtnih plinov, ki so težki • (z običajnimi mehanizmi zato ni mogoče pojasniti njihovega primanjkljaja) • računi na podlagi izotopov in koncentracij žlahtnih plinov kažejo, da je bilo izgubljene blizu 99% prvotne atmosfere!
NASTANEK IN RAZVOJ SEKUNDARNE (DANAŠNJE) ATMOSFERE	• glavni vir plinov za novo atmosfero je razplinjevanje notranjosti Zemlje preko vulkanskega delovanja • določen prispevek da tudi preperevanje magmatskih kamnin na površju Zemlje • verjetna začetna sestava plinov: CO2, N2, CH4, H2, H2O • glavna faza razplinjevanja se je verjetno končala že 50 Ma po nastanku Zemlje • hlapne snovi na začetku predvidoma dodajajo tudi trki asteroidov in kometov (glavna faza trkov do pred 3,8 Ga)
ATMOSFERSKI UČINEK TOPLE GREDE	• učinek tople grede nastopi v steklenjaku, ki prepušča sončne žarke. Sonce segreva tla, ki zato oddajajo toploto kot infrardeče sevanje. Ker steklo infrardeče sevanje le slabo prepušča, se notranjost steklenjaka segreva • podobno delujejo tudi nekateri atmosferski plini (“toplogredni plini”): CO2, CH4, H2O • toplogredni plini imajo velik vpliv na površinske temperature planetov! • Mars je zelo hladen (tlak atmosfere ~0,01 b, T < -100°C) • Venera je izjemno vroča (tlak atmosfere 400-550 b, T > 400°C) • izsev Sonca je bil v začetni fazi ~25% manjši kot danes • glede na to bi morala biti površina Zemlje “zmrznjena” najmanj do pred 2 Ga nazaj • arhajske sedimentne kamnine dokazujejo obstoj tekoče vode pred vsaj 3,8 Ga --> vpliv velike vsebnosti CO2 in CH4 v takratni atmosferi in posledično toplogrednega učinkovanja • učinek tople grede je pomemben regulator temperature na površju Zemlje!
PROSTI KISIK V ATMOSFERI	• prosti kisik je izredno reaktiven element • praktično nemogoče, da bi izhajal iz plašča, kjer lahko reagira s H, C, S, Fe,.... • tudi na površju bi kisik takoj reagiral s kamninami in ioni – v prosti obliki lahko obstaja šele potem, ko so vsi “ponori” nasičeni • začetna atmosfera v arhaiku je bila torej redukcijska, brez prostega kisika • (enako kot še danes na vseh ostalih planetih) • v arhajskih sedimentih starosti 3,25 – 2,7 Ga najdemo zaobljena, z rekami transportirana zrna pirita in uraninita – možno le v redukcijski atmosferi • sestava paleotal na 2,8 Ga starih bazaltih kaže na preperevanje brez prisotnosti kisika • paradoks: v oksidacijski atmosferi se ne bi razvilo življenje (organske sestavne “surovine” v takih pogojih niso obstojne)
ODKOD IZVIRA KISIK V ATMOSFERI?	• fotoliza molekul vode v zgornji atmosferi v vodik in kisik • fotolizo povzroča UV sevanje iz vesolja • kisik obstane le, če vodik izginja (uhaja iz atmosfere) • prispevek relativno nepomemben; danes 2 Mt/leto • del tega kisika reagira v ozon O3 delovanje živih organizmov – fotosinteza CO2 + H2O + sončna svetloba → O2 + CH2O • delovanje zelenih rastlin • danes: letna proizvodnja 20 Gt; 20% se porabi za dihanje, ostalo za preperevanje kamnin in tal • živa bitja so torej bistveno spremenila sestavo atmosfere na Zemlji in s tem tudi potek geoloških procesov na njej • GOE se zgodi šele precej po nastopu fotosintetskih cianobakterij (@ ~3,5 Ga)
KROŽENJE IN REGULACIJA O2 IN CO2 m	• vsebnost O2 in CO2 v atmosferi je očitno izjemno pomembna za biološke in geološke procese na Zemlji! • regulira jo zapleten sistem geoloških dejavnikov • produkcija CO2: (vulkani in podmorski hidrotermalni izviri-tektonska dejavnost Zemlje)• npr. povečana hitrost širjenja morskega dna poveča količino CO2 (širjenje Pacifika in toplejše podnebje v eocenu?) • vezava CO2:( raztopljen v oceanih, kot plin v atmosferi, organska snov v sedimentih, organska snov v organizmih, humusu, premogu, nafti, zemeljskem plinu, v karbonatih (apnencih) vezan kot CaCO3,v produktih preprevanja CO2 + CaSiO3 → CaCO3 + SiO2 • subdukcija karbonatov in organskih sedimentov odstranjuje CO2 iz obtoka • delna reciklaža nazaj v atmosfero s subdukcijskim vulkanizmom in metamorfizmo
Kroženje in regulacija...	• rastline proizvajajo O2 iz CO2 • O2 v atmosferi in oceanih omogoča dihanje organizmov in oksidacijo organske snovi (nazaj v CO2) • iz kroženja se izloči organska snov v anaerobnih sedimentih --> povečanje vsebnosti O2 v atmosferi • povečana erozija in oksidacija pa O2 izločata iz obtoka • skozi geološko zgodovino količina CO2 v atmosferi zaradi vezave v sedimentih in karbonatih počasi upada • če bi se sprostil ves geološko vezan CO2, bi pritisk atmosfere narastel z 1 na 60 b!! • poskus kvantifikacije količine atmosferskega CO2 skozi geološko zgodovino pokaže pričakovane korelacije: • veliko CO2 – topla greda, visoke T • malo CO2 – ledene dobe • karbon – vezava ogromno CO2 v premogu –povečana vsebnost O2
KROŽENJE IN REGULACIJA O2 IN CO2	Samoregulacija količine CO2 v atmosferi • topla klima (veliko CO2) pospeši preperevanje • pospešeno preperevanje veže več CO2 v karbonate – temperatura se zniža (negativna povratna zanka) • in obratno: npr. zmanjšanje izseva sonca povzroči padec temperature – zmanjša se hitrost preperevanja (manj izhlapevanja, manj padavin) • nabiranje CO2 v atmosferi, učinek tople grede – ponovno zvišanje temperature • ta mehanizem je verjetno ohranjal stabilno podnebje v zgodovini Zemlje – a le od mlajšega arhaika dalje, ko so bili kontinenti dovolj veliki (preperevanje!)
VODA V HIDROSFERI IN V NOTRANJOSTI ZEMLJE	• v celotni masi silikatne Zemlje predstavlja voda 0,16 do 0,20 % • površinske vode (hidrosfera): oceani, jezera, reke, led vsebujejo le okoli 10% vse vode na Zemlji (1,4 x 1021 kg) • v sedimentnih kamninah je vezane ~2% vode (0,23 x 1021 kg) • plašč vsebuje vsaj 90% vode (7-11 x 1021 kg), čeprav je vsebnost vode v kamninah plašča manj kot 0,20% • trenutno 10 x več vode izginja v plašč, kot pa jo prihaja iz notranjosti (vulkani) • (subdukcija kamnin in z vodo nasičene oceanske skorje) • verjetno se okoli 2/3 subucirane vode izloči že okoli 100 km globoko in generira taline v subdukcijskih magmatskih lokih • delež juvenilne vode iz plašča v vulkanskih plinih je v resnici majhen – večji del je reciklirane podtalnice in vode, ki prihaja nazaj na površje iz subduciranih plošč
NASTANEK OCEANOV	• zanesljiv znak za obstoj oceanov v arhaiku so 3,7 Ga stari iz morske vode izločeni kemični sedimenti (Isua, Grenlandija) • verjetno pa je na Zemlji ocean obstajal praktično od začetka: • nekateri ogljikovi hondriti kažejo znake hidrotermalnih spremememb – očitno je bila tekoča voda prisotna že med planetarno akrecijo • že po prvih 30 Ma (nastanek Lune in oceana magme) je bila temperatura površja pod 100°C; pri predvidenem takratnem tlaku atmosfere 250-400 b bi bila voda tekoča že pri 350-400°C • izotopska sestava kisika v 4,4 Ga starih cirkonih nakazuje njihovo interakcijo z meteorno (padavinsko!) vodo • oceani so torej nastali praktično sočasno z nastankom atmosfere (takoj, ko so temperature dopuščale kondenzacijo vodne pare) • kondenzirana voda je v obliki padavin napolnila depresije na površju Zemlje (oceanska skorja!) • predvidoma je bilo 90% sedanjega volumna oceanov kondenziranega že pred 4 Ga • (zadosti vode bi dobili že z razplinitvijo taline v zgolj 50 km globokem oceana magme!)
SLANOST OCEANOV	• oceani so “slani” zaradi raztopljenih snovi v vodi • prevladujoče komponente so ioni Na, Mg in Cl; pomembni so še Ca, Si, K in SO4 • (so pa v oceanski vodi v sledeh prisotne čisto vse prvine) • viri raztopljenih snovi: • dotok z rekami s kontinentov (preperevanje kamnin) • dodaten prispevek da podvodno preperevanje in podvodnihidrotermalni izviri • (z današnjim letnim dotokom soli z rekami bi destilirana voda doseglasedanjo slanost oceanov v 250 Ma) • letni donos je sorazmeren površini kontinentov (ki je izpostavljena preperevanju) • v začetku predkambrija je bila kontinentalna površina mnogo manjša; sedanja slanost (koncentracija soli) najbrž ni bila dosežena prej kotpred 2 Ga sestava soli v oceanih se v grobem skozi geološko zgodovino ni bistveno spreminjala • nasledniki organizmov, ki so živeli v oceanih pred 3 Ga, se do danes niso dosti spremenili • telesne tekočine večine organizmov imajo koncentracije soli enake kot so v oceanih
Zakaj se slanost oceanov po 2 Ga ne povečuje?	• izločanje evaporitov iz morske vode – “naravne soline” – relativno zanemarljivo (debele plasti evaporitov iz perma in miocena predstavljajo zgolj 5-10% vsakokratne količine soli v oceanu) • kroženje morske vode v hidrotermalnih izvirih na oceanskih hrbtih – izločanje nekaterih snovi in raztapljanje drugih – vzdržuje približno ravnotežje
NIHANJA NIVOJA MORSKE GLADINE	• stratigrafska zaporedja z vsega sveta in iz vseh obdobij nam kažejo na stalne spremembe v nivoju morske gladine – transgresije (dviganje gladine in poplavljanje kontinentov) in regresije (spuščanje gladine in razgaljanje kontinentov)
TRANSGRESIJE IN REGRESIJE	• v transgresijah morje napreduje v notranjost kontinentov, v regresijah se umika • dejanski premik obale je (seveda) odvisen od nagiba površja • vzrok transgresije in regresije je relativno spreminjanje nivoja morska gladine, ki je lahko posledica • ugrezanja oz. dviganje skorje (tektonska dogajanja)! • globalnega (evstatičnega) nihanja morske gladine • rekonstrukcija nivoja morske gladine iz stratigrafskega zapisa ni trivialna! • če ne poznamo nagiba površja, spremembe nivoja gladine ne moremo določiti iz premika obale • kompakcija sedimentov – zaradi stiskanja pod obtežbo zrn je končna debelina sedimentne kamnine praviloma manjša kot debelina izvornega sedimenta • dodatno izostatsko pogrezanje zaradi obtežbe vode in odloženih sedimentov pri transgresiji
TRANSGRESIJE IN REGRESIJE	• pomemben (in deloma neodvisen) dejavnik je tudi hitrost sedimentacije • primer: če je med transgresijo rečni donos sedimentov dovolj velik, bo delta napredovala v smeri proč od obale (navidezna regresija) • če se gladina dvigne/kopno pogrezne hitrejše od sedimentacije – transgresija • če se gladina dvigne/kopno pogrezne počasnejše od sedimentacije - regresija
EVSTATIČNA NIHANJA MORSKE GLADINE	• najpopolnejši zapis evstatičnih sprememb morske gladine se nahaja v zaporedjih sedimentov na pasivnih kontintnetalnih robovih • sekvenčna analiza in sekvenčna stratigrafija –analiza in interpretacija stratigrafskih zaporedij sedimentov z vidika sedimentacije, tektonike in nihanj morske gladine • globalna korelacija sekvenc (“transgresij” in “regresij”) omogoča izdelavo krivulje evstatičnega spreminjanja nivoja morske gladine skozi geološko zgodovino • (N.B.: obstoječe kompilacije niso znanstveno preverljive, saj v veliki meri temeljijo na neobjavljenih podatkih naftnih družb – seizmični profili in vrtine
EVSTATIČNA NIHANJA MORSKE GLADINE	• ločimo dolgoročni trend (levo) in periodična kratkoročna nihanja preiode 10-80 Ma (desno) • (N.B.: dejanska amplituda teh nihanj je vprašljiva) • večje regresije sovpadajo z mejami med geološkimi dobami (seveda – obsežne in prepoznavne erozijske diskordance!) • v starejšem paleozoiku in v kredi je bila morska gladina bistveno višja od povprečja (~300 m) • takrat so večino kontinentov prekrivala plitva epikontinentalna morja – ugodne razmere za paleozojski eksplozivni razvoj življenja v morju
VZROKI ZA EVSTATIČNA NIHANJA	• samoumevna razloga sta bodisi spreminjanje volumna vode v hidrosferi, bodisi spreminjanje volumna oceanskih bazenov • vezava vode v led (ledene dobe) povzroča evstatične spuste gladine, taljenje ledu gladino ponovno dvigne • spremembe so hitre, 1-10m / 1000 let • če bi se stopili današnji ledeniki -> dvig oceana za 200 m • poledenitve pojasnjujejo le kratkoročna nihanja • volumen oceanskih hrbtov • skupna dolžina oceanskih grebenov • hitrost širjenja oceanskega dna (večja hitrost – bolj vroča skorja – večji volumen) • zelo počasen odziv (~50 Ma), a velike spremembe volumna oceanov • dobro ujemanje aktivnosti grebenov z mezozojskimi nivoji gladine (350 m dvig v kredi, upad v kenozoiku) • ciklično nastajanje superkontinentov • sedimentacija na pasivnih robovih
EPIROGENEZA	• stratigrafska zaporedja na kratonih kažejo na dolgotrajna pogrezanja in dviganja (sedimentacija na kratonskih platformah) kontinentov ali njihovih delov – epirogeneza • epirogenetska gibanja so večinoma neodvisna od evstatičnih nihanj morske gladine • danes jih razlagamo z dinamiko plašča oz. z dinamično topografijo, ki jo podpirajo vroča območja v globokem plašču • kontinenti se s časom lahko premikajo preko takih izboklin (epirogenetsko dviganje in spuščanje