ZEM – SÚČASŤ VESMÍRU

Pomerná veľkosť objektov Slnečnej sústavy

Pozícia Zeme

v Slnečnej sústave

2.1. Látka a energia vo vesmíre

Neviditeľná hmota – tmavá hmota je hmota, ktorú možno vo vesmíre identifikovať len na základe jej gravitačného pôsobenia na okolité objekty tvorené viditeľnou hmotou (pravdepodobne je tvorená veľmi ľahkými elementárnymi časticami ako sú axióny a neutrína a líši sa od foriem bežnej hmoty)

Viditeľná hmota - hmota je súhrnný názov pre látku a pole.

Viditeľná hmota sa koncentruje do centier galaxií, neviditeľná na okraje

látka – molekuly, ióny, atómy, častice (hadróny, leptóny, kvarky) pole – fotóny, gravitóny, bozóny, gluóny

2.2. Stav látky a zastúpenie prvkov vo vesmíre

Stav (skupenstvo) látky je závislý od energie a hustoty častícPrechody medzi jednotlivými stavmi látky t.j. tuhá látka ↔ kvapalná látka ↔ plynná látka ↔ plazma sú dané pridaním alebo stratou energie

Látka v tuhom stave – sa skladá zo základných častíc vytvárajúcich kryštály alebo amorfné telesá, ktoré si zachovávajú tvar a objem (podľa najnovších názorov tuhé a kvapalné skupenstvo neexistuje, existuje skupenstvo kryštalické a amorfné) Hmotnosť objektov v tuhom stave (planéty, kométy, mesiace, medziplanetárny materiál) dosahuje v našej planetárnej sústave len asi 1‰ Látka v kvapalnom stave – môže sa vyskytovať v úzkom rozmedzí tepelno-tlakových podmienok a preto je vo vesmíre veľmi vzácna

Látka v plynnom stave – je tvorená neutrálnymi atómami alebo molekulami, ktoré sa voľne pohybujú. Plynné sú atmosféry niektorých planét. Oblaky plynu sú aj súčasťou medzihviezdnej hmoty.

Plazma je ionizovaný plyn – od plynu sa odlišuje predovšetkým elektrickou vodivosťou pretože ionizované častice vedú elektrický prúd.

Boseho –Einsteinov kondenzát – je stav/skupenstvo hmoty zložené z bozónov schladených na teplotu blízku absolútnej nule.

Fermiónový kondenzát ???

2.2. Vznik slnečnej sústavy

Vznik galaxií a Slnečnej sústavy súvisí s fluktuáciami v hustote ranného vesmíru, ktoré je možné identifikovať pomocou mikrovlnného žiarenia (žiarenia z ranných počiatkov vývoja vesmíru).

Fluktuácie poukazujú na rôzne hustoty (rozdiely sú jedna desaťtisícina stupňa), ktoré umožnili zastaviť rozpínanie v hustejších oblastiach a vyvolať následnú zvýšenú gravitáciu v hustejších častiach.

Celooblohová mapa mikrovlnného žiarenia zhotovená družicou COBE (Cosmic Background Explorer)

• v dôsledku fluktuácií vznikali oblasti s vyššou hustotou hmoty, ktorá následne ovplyvňovala svoje okolie gravitačne – vzniká protoplanetárne mračno

• centrálnu časť protoplanetárneho mračna tvorí oblasť s najvyššou hmotnosťou – protoslnko

• zmršťovaním a zahrievaním hmoty protoslnka začína fungovať termojadrová syntéza, pričom vyžiarená energia zabraňuje gravitačnému kolapsu a vzniká vyrovnaný systém SLNKO

1H +1H →2D + e+ + υ υ = neutríno

2D + 1H → 3He + δ δ = gama žiarenie

3He + 3He → 4He + 2 1H e+ = pozitrón

v oblasti protoplanetárneho disku sa z plynnoprachových častíc skondenzovali chondry – zložené zo skla a silikátov olivínu a pyroxénu ( (Mg, Fe)2 [SiO4], (Mg, Fe, Ca, Al, Na, Li) Si2O6 )

Chondry utvárali planetesimály (n.km), asteroidy (n.102km) a zárodky budúcich planét

Proces zhlukovania častíc – akreácia mal za dôsledok, že vnútro veľkých planetesimál sa rádiogénnym teplom natavovalo a nastal proces diferenciácie na kovové jadro (Fe, Ni), kovovo-silikátový plášťs achondritovou a chondritovou vonkajšou sférou

2. 3. Planéta Zem a jej počiatočný vývoj

Po dosiahnutí približne dnešnej veľkosti sa pôvodne chladná hmota Zeme začala zohrievať vplyvom :

- energie dopadajúcich telies

- energie z rozpadu rádioaktívnych prvkov

- energie uvoľnenej pri gravitačnej diferenciácii látok s rozdielnou objemovou hmotnosťou

→ Proces rozpadu rádioaktívnych látok viedol k postupnej koncentrácii izotopov s dlhým polčasom rozpadu (235U, 238U, 232Th, 39K) v zemskej kôre, čo viedlo k jej postupnému natavovaniu – oceán magmy (30 – 65 % povrchu bolo roztaveného)Pri natavovaní vzniká prvá vulkanická činnosť s výlevmi bázických láv, pri vulkanickej činnosti sa vnútro Zeme odplyňovalo (degazácia) → vznik druhotnej atmosféry (H2O, NH3, CH4) / prvotná atmosféra (H, He)

Vnútorné (terestrické) planéty Slnečnej sústavy (Merkúr, Venuša, Zem, Mars) si v dôsledku slnečného vetra neudržali prvotnú atmosféru (H2, He) - druhotná atmosféra bola vytvorená v procese degazácie planetárneho vnútra vulkanickou činnosťou

Cirkulácia plynov ochladzovala zemský povrch –

plyny kondenzovali a vznikali dažde, postupné

ochladzovanie povrchu viedlo ku vzniku pevnej kôry,

vodných nádrží s prvými sedimentárnymi horninami

postupne začal vznikať geologický cyklus hornín

Horniny z ranného štádia Zeme (4,45 Ga) sa nezachovali, najstaršie dnes známe horniny sa vyskytujú v jadrách kontinentov

Narryer (západná Austrália) : datovaný minerál zirkón (ZrSiO4) metódou 207Pb/206Pb poskytol vek 4,3 – 4,1 Ga.

Minerály sa vyskytujú v pieskovcov, ktorých vek je 3,0 Ga. Ide o nepriamy dôkaz existencie pevnej zemskej kôry.

Acasta (severozápadná Kanada) : ruly a gabrá, z ktorých bol metódou U/Pb datovaný minerál zirkón. Vek 4,03 – 3, 95 Ga. Najstaršie známe horniny.

Isua (západné Grónsko) : ruly a páskované železné rudy, získané veky sú 3,9 – 3,6 Ga. Analýza hornín poukazuje zároveň na prítomnosť vody v kvapalnom stave a prítomnosť živých organizmov (na základe výskytu izotov uhlíka).

Coonterunah (západná Austrália) : oblasť Pilbara - vulkanické horniny (Warawoona) majú vek 3, 46 Ga a diskordantna prekrývajú vulkanity, a sedimenty, ktorých vek bol stanovený na 3, 52 – 3, 47 Ga. Diskordancia reprezentuje subaerický erózny povrch – najstarší známy príklad vynorenej erodovanej časti zemského povrchu.

Barberton (južná Afrika) : 3, 44 Ga – najstaršia známa subdukčná zóna a zároveň najstaršie známy zvyšok kontinentu (Kaapvaal kraton – 3,1 Ga)

Witswatersrand (južná Afrika) : pravdepodobne najstaršie známe glaciálne sedimenty – zaľadnenie : 2, 97 – 2, 91 Ga. Preukázateľne najstaršie ľadovcové sedimenty sú opísané z južnej Kanady (2, 44 – 2, 22 Ga)

Vredefort (južná Afrika) : najstarší známy impakt 2,025 Ga 

najstaršie známe horniny v Západných Karpatoch :vlachovské súvrstvie (gelnická skupina gemerika) - vrchné kambrium – ordovik cca 495 Ma (mikrofosílie Acritarcha). Klastické zirkóny v gelnickej skupine však poskytli mladoproterozoické veky

medzi 600 – 700 Ma.

→ Proces gravitačnej diferenciácie viedol k

rozvrstveniu látok v rámci Zeme

zemské jadro

zemský plášť

zemská kôra

úlomky vzniknuté zrážkou prvotných planetesimál poznáme ako meteority

• železné meteority (siderolity) - (cca 6% meteoritov, hustota 8g/cm3) obsahujú aj Ni, Co

• kamenné meteority (aerolity) - (cca 2%) podobné železným meteoritom, obsahujú hlavne zlúčeniny Si

Aerolity – chondrity a achondrity chondrity - (cca 84%, 3g/cm3) predovšetkým zlúčeniny Si, železité chondrity sa nazývajú enstatity, chondrity obsahujú aj C (uhlíkaté chondrity), niektoré uhlíkaté chondrity obsahujú jednoduché organické zlúčeniny

achondrity – (cca 8%) charakteristické obsahom Ca

Chondrit (Mezo-Madaras, Rumunsko). Obsahuje sférické svetlé agragáty zlúčenín Si – chondrule.

Widmannstätenove obrazce typické pre naleptané meteorické železo.

Impaktné krátery

– majú rozmery od mm po stovky km

môžu byť jednoduché alebo komplexné s tzv. centrálnym pahorkom

najintenzívnejšie bombardovanie Zeme a Mesiaca sa odohralo pred cca 4,0 – 3,85 Ga

http://www.unb.ca/passc/ImpactDatabase/

Kráter Ries v Nemecku, je najbližšou impaktovou štruktúrou. Vek krátera / dopadu je 15,1 ± 0,1 Ma

Vznik niektorých veľkých mesačných kráterov sprevádzali rozsiahle výlevy bazaltov, ktoré dnes tvoria mesačné moria

Ročne spadne na Zem cca 500 meteoritov do váhy 1 kg

500kg meteorit spadne raz za mesiac

5t meteorit raz za 30 rokov

250t meteorit raz za 150 rokov

50 000t meteorit raz za 100 000 rokov

asteroid raz za 20 – 50 Ma

Kukal, Z. 1982: Přírodní katastrofy. Horizont, Praha, pp. 252.

Najväčší nájdený úlomok meteoritu (Namíbia). Váha viac ako 50t. Vek dopadu 80 000 rokov. Vek

meteoritu sa odhaduje na 200 – 400 Ma.