NAUČNE NEDOUMICE
Branka Jakšić
Fotografije: lična arhiva D.M.
Geološka priča o nastanku stena
Veliki prasak i dalje zagonetka
Proces zvuči kao eksplozija, zato je nazvan Veliki prasak, ali to nije eksplozija u središtu Univerzuuma (Univerzuum nema središte!) već trenutak kada su stvoreni materija, energija, prostor i kada je počelo da otkucava vreme.
“Od Velikog praska do stene” je knjiga namenjena čitaocima koji žele da saznaju što više o kamenu uokolo svog životnog prostora pa nadalje, o stenama širom sveta. Autor knjige, zapravo monografije o geologiji planete, Dragan Milovanović, dugogodišnji profesor beogradskog Rudarsko-geološkog fakulteta, otkriva događaje tokom duge istorije nastanka sveta. Ova istorija planete pisana je duže od decenije. Navedeni su rezultati proučavanja velikog broja stena i obilaska većeg dela naše planete, u više navrata. Sada je pred nama naučno geološko blago kojim je autor objasnio nastanak stena i dao prikaz postojećih znanja o stenama.
Šta se desilo?
- Poreklo sveta i nastanka Univerzuuma večita je tema svih civilizacija. Počelo se od mitologije a završilo sa astronomijom i kosmogonijom. Drevni grčki filozofi smatrali su da je Univerzuum nepromenjen i večan. Slično su razmišljali Isak Njutn, Albert Ajnštajn, Edvin Pauel Habl i drugi umni ljudi. Ideja da Univerzuum ima početak, „život”, postojanje i kraj relativno je nova. Da li je svemir postojao ili je rođen? Ako je rođen, kako i gde je rođen? Kada je vreme počelo i šta je bilo pre njega? Ovo su pitanja na koja je samo delom odgovoreno.
Najšire prihvaćena je Teorija Velikog praska koja, za sada, daje najpotpunije odgovore na pitanje nastanka Univerzuuma. Razvila se posmatranjem i istraživanjem vasione i teorijskim razmatranjima. Započeta je pre više od veka. Ona je stub astrofizike, uz podršku drugih naučnih disciplina, među njima i geologije. Prema dosadašnjim saznanjima, Univerzuum je stvoren pre 13,7 milijardi godina. Pomenuta vrednost dobijena je računanjem, odnosno poređenjem trenutne brzine njegovog širenja i mikrotalasnog zračenja, što je u saglasnosti sa teorijskim razmatranjima o nastanku Univerzuuma.
POMERANJA TLA |
Zemljotresi su pojava koja impresionira i plaši. Genetski su vezani za mesta podvlačenja ploča, takozvane zone erupcije, zbog čega se javljaju samo na određenim mestima na planeti. Tokom podvlačenja ploča koje “plivaju” po astenosferi, oslobađa se velika količina energije, što na površini Zemlje može uzrokovati značajnu materijalnu štetu i ugroziti živote ljudi. Čovek ne poznaje našu planetu toliko da bi predvideo njeno “ponašanje”. A dok je vulkana i zemljotresa na Zemlji, biće i života! Kada prestanu zemljotresi, odnosno kretanja ploča, neće biti promena u morfologiji površine Zemlje zbog čega će okeani vrlo brzo biti “zatrpani” peskom nastalim erozijom planina. |
Veliki prasak nije eksplozija već događaj od pre oko 13,7 milijardi godina - iz jedne tačke u kojoj su bili sva materija, energija, prostor i vreme. Temperatura i gustina u toj tački bile su ekstremno visoke kada se „rodio” Univerzuum, koji je počeo da se u svim pravcima brzo širi i hladi, od veoma visoke do sadašnje temperature, koja je samo tri stepena iznad apsolutne nule. Proces zvuči kao eksplozija, zbog čega je nazvan Veliki prasak. Ali to nije eksplozija u „središtu Univerzuuma” pošto nema središte, već trenutak kada su stvoreni materija, energija, prostor i kada je počelo vreme.
Iznedravanje Univerzuuma
Iz Velikog praska iznedrio se Univerzuum koji je, nakon stvaranja, počeo da se hladi i širi noseći sobom svemirsku materiju. Širenjem prostora, materija se razređivala, hladila od homogene vruće plazme nepoznatih čestica do sadašnjeg nehomogenog hladnog prostora nastanjenog galaksijama i zvezdama. Širenje traje i danas. Početak stvaranja još uvek je nepoznanica jer postojeće teorije ne mogu da ga objasne. Smatra se da su na početku nastajanja Univerzuuma, pri vrlo visokim temperaturama, gravitaciona sila i elektromagnetna sila bile zajedno kao velika sila ujedinjenja.
|
Širenjem i hlađenjem tokom vremena, jedna po jedna sila su se odvajale. Podsetimo se da današnjim svemirom vladaju četiri sile: jaka sila - koja „lepi” elektrone za jezgra protona, slaba - koja je odgovorna za radioaktivnost i cepanje atoma, gravitaciona sila - koja „drži” zvezde i planete na putanjama, i elektromagnetna sila - koju čine električna i magnetna energija.
Kosmičko mikrotalasno ohlađeno zračenje, zaostalo iz vremena ranog svemira, Hablov zakon o širenju svemira, količina i odnos lakih elemenata, postojanje i položaj galaksija, zvezda i ostalih nebeskih tela idu u prilog Teoriji Velikog praska. Ova teorija, međutim, ne objašnjava zašto se dogodio Veliki prasak, niti objašnjava sastav i uslove koji su postojali u ranom svemiru; nedostatak anti-materije je nepoznanica, ne predviđa se koliko ima materije u svemiru i u kakvom je obliku. Ostaje činjenica da su zvezde, galaksije, planete i druga svemirska tela koje posmatramo sa Zemlje ili satelita, mali deo onoga što u svemiru postoji. Drugi, znatno veći deo, još uvek je nepoznanica.
Šta se u Sunčevom sistemu
čini najinteresantnije?
-Sunčev sistem čine centralna zvezda, Sunce, koja gradi 99 procenata njegove mase, za-
tim planete i druga nebeska tela koja kruže oko njega usled sile gravitacije. Ovu pojavu prvi je otkrio Aristarh sa Samosa (310-230 pne). Sunce je u centru tada poznatog Univerzuuma, sa Zemljom koja ga obiđe za jednu godinu, obrćući se oko svoje ose za jedan dan.
Kako je nastao Sunčev sistem? Sve je počelo pre oko pet milijardi godina. Iz postojeće magline (nebule), koja se davno raspršila u međuzvezdanom prostoru, eksplodirala je velika masivna zvezda, supernova. Tada je stvorena nova solarna maglina koja je verovatno bila više od milion puta veća od sadašnjeg Sunčevog sistema. Bila je izgrađena najvećim delom od dve labavo vezane komponente - gasova vodonika i helijuma, najlakših i po strukturi najjednostavnijih elemenata u Periodnom sistemu - u kojima su “plivali“, “lebdeli“ teži atomi: gvožđe, kiseonik, silicijum i drugi elementi, odlomci i komadi minerala i stena…
Smer okretanja naše planete oko Sunca suprotan je kretanju kazaljke na satu. Gledano od severa ka jugu, smer rotacije Zemlje odgovara pravcu rotacije Sunca oko svoje ose. Zemlja kruži oko Sunca, na srednjoj udaljenosti od 149,6 miliona kilometara. Sunce je glavni izvor toplotne energije i svetlosti koja dolazi na površinu Zemlje i omogućava život kakav poznajemo. Temperatura sunčeve svetlosti opada sa udaljenošću koju ta svetlost pređe. Od Sunca do Zemlje svetlost putuje oko 8 minuta. Zemljina osa je pod nagibom od 23,5 stepeni, što uzrokuje veće zagrevanje i duže trajanje dana na severnoj ili južnoj hemisferi tokom godine, zbog čega na našoj planeti ima godišnjih doba koja se naizmenično smenjuju. Razvoj nauke i nove analitičke metode omogućili su bolje razumevanje procesa, uslova i vremena stvaranja Zemlje i Sunčevog sistema. Veliki doprinos dala je i geologija. Ispitivanjem stena, minerala, meteorita, ultramafitskih uklo-paka iz Zemljinog omotača, uz astronomska, hemijska i geofizička istraživanja, stvorene su nove hipoteze o nastanku i razvoju Zemlje i Sunčevog sistema.
BIOGRAFIJA |
|
Dragan Milovanović rođen je 13.marta, 1949 godini u Carini, opština Osečina. Osnovnu, srednju geološku školu i Rudarsko-geološki fakultet završio je u Beogradu. Radni vek proveo je na Rudarsko-geološkom fakultetu u Beogradu, od zvanja asistenta do redovnog profesora. Držao je predavanja i vežbe iz velikog broja predmeta: petrogeneze, petrologije, petrografije, tehničke petro-grafije, petrologije metamorfnih stena. Predavao je i na drugim fakultetima Beogradskog univerziteta: na arheologiji, biologiji, geografiji, Građevinskom fakultetu u Banjaluci. Napisao je, kao koautor, udžbenike: “Osnovi petrologije”, “Zemlja, tektonika ploča i magmatizam” i “Minerali stena”. Po pozivu, držao je predavanja u većini evropskih zemalja, u Kini, Japanu i Africi. Sarađivao je i sarađuje sa velikim brojem kolega iz Srbije i republika bivše Jugoslavije, Evrope, Rusije, Kine, SAD, Australije, Afrike, Japana, Južne Amerike. Bio je član međunarodne ekspedicije koja je proučavala Istočnopacificki rift u prostor izmedu Uskršnjih ostrva i Galapagosa. Objavio je preko 160 radova. Autor je i voditelj televizijske emisije “Čovek i kamen”. Živi i radi u Beogradu. |
U galaksiji Mlečni put nalazi se još oko 400 milijardi drugih zvezda, nebeskih tela, ostataka nebula, maglina… Tek rođena Zemlja bila je kugla od stopljenih metala, silikata, oksida, sulfida i sl. Rana faza stvaranja Zemlje je „Hadska era” (Hadean Era), nazvana po Hadu, bogu pakla jer je površina naše planete u to vreme bila „pakao”. Procesima diferencijacije, koji su bili najintenzivniji u „prvim danima” postojanja, Zemlja dobija slojevitu građu. Stvara se jezgro u kome su gvožđe i nikl, zatim omotač u čijem donjem delu su gusto pakovani oksidi, a u gornjem, silikati, i kora, na kojoj svi mi živimo, izgrađena od silikata, karbonata, gline.
Važan momenat dogodio se 30-100 miliona godina nakon „rođenja” Zemlje kada je fragment Sunca, veličine Marsa, nazvan Teja (Theia), „pobegao” iz unutrašnjeg dela solarne nebule u vreme stvaranja terestričnih planeta, i uleteo u orbitu naše planete, sa kojom se sudario. Tada je stvoren Mesec, a Zemlja je povećala zapreminu za oko 5 odsto. Prečnik naše planete je, kako smo naveli, 6370 km, ali je mali deo dostupan direktnom osmatranju. Najdublji rudnici su oko 2500 m ispod površine, a najdublja bušotina je na oko 12 km. Zbog toga se za proučavanje sastava Zemlje i njene kore koriste geohemijski i eksperimentalni podaci, rezultati geofizičkih ispitivanja, podaci o sastavu meteorita, podaci dobijeni osmatranjem živih i ugašenih vulkana i, naravno, saznanja nastala proučavanjem stena i minerala. Na osnovu petroloških, geohemijskih i geofizičkih proučavanja, utvrđeno je da je Zemlja slojevite, zonarne građe, koju čine jezgro, omotač i kora.
Akumulirana toplota u jezgru i omotaču Zemlje ima značajan uticaj na život planete. Konvekcionim strujanjem, ona uzrokuje tektonsku i vulkansku aktivnost u spoljnim delovima, u litosferi. Spuštanjem i podizanjem blokova, delova litosfere, morfologija površine Zemlje neprekidno se menja. Stvaraju se planinski lanci, okeani, mora i jezera. Tektonska aktivnost traje i danas. Da je nema, svi okeani, mora i jezera bi brzo, za par hiljada godina, možda i kraće, bili napunjeni sedimentima a planine bi bile „ispeglane”. Površina naše planete vremenom bi postajala ravna. Najveći deo flore i faune bi nestao, a sa njima verovatno i čovek. Toplota iz unutrašnjosti Zemlje zagreva i tlo po kojem hodamo. Tu su i trava, drveće, cveće, životinje, insekti i mnogo šta još. Bez toplote iz unutrašnjosti Zemlje ne bismo opstali. Sunce zagreva atmosferu i samo nekoliko desetina santimetara tla. Ispod toga, da nema toplote iz unutrašnjosti Zemlje, bilo bi hladno i nepovoljno za opstanak flore i faune koje poznajemo.
Kako, kada je vladao pakao?
Uz neprekidnu tektonsku aktivnost, eroziju i atmosferu bogatu kiseonikom i azotom, na Zemlji se održava život kakav poznajemo. Veruje se da je Zemlja jedina planeta u Sunčevom sistemu na kojoj postoji život kojem pripadamo. Istraživanja ukazuju na to da je život nastao još tokom arheana, u isto vreme kada i sedimenti u kojima je nađen. Da bi opstao tek započeti život, morao je biti zaštićen. Kako, kada je vladao pakao? Još uvek nema jednoznačnog odgovora. Jedna od hipoteza navodi da je život nastao hemijskim reakcijama organskih molekula na ranoj, „neživoj” Zemlji. Pojedini autori smatraju da su oni došli iz svemira sa meteoritima i kometama.
Najraniji život je bio u obliku jednostavnih ćelija, čiji nastanak još nije potpuno jasan. Evo najviše prihvaćenih hipoteza. Živa materija na Zemlji je najvećim delom izgrađena od ugljenika, azota, kiseonika i vodonika, koji grade 96 odsto života. Preostala 4 procenta čine fosfor, sumpor i tragovi drugih elemenata. Visoka koncentracija kiseonika i vodonika objašnjava se sveprisutnom vodom.
|
Život kakav poznajemo bazira se na sposobnosti ugljenika da formira složene molekule. Da li bi život nastao i razvio se ako bi, umesto ugljenika, tu bio neki drugi element? Silicijum je takođe četvorovalentan, ali formira lance, prstenove drugačije od ugljenika i najvećim delom gradi silikate. Imajući u vidu da su silicijum i ugljenik značajnije zastupljeni u svemiru, realno je pretpostaviti da oni mogu biti osnova za život na nekoj od galaksija i planeta.
Kiseonik “katastrofa”
Ako smo sami u svemiru, „to sigurno izgleda kao veliki gubitak prostora”, rekao je jednom Karl Sagan. I, zaista, izgleda da su uslovi u Univerzuumu strogo izbalansirani i stvaraju mogućnost da se stvori život. „Sile” koje upravljaju Univerzuumom omogućile su povoljne uslove, ni mnogo hladno ni mnogo toplo, i podesile odnose najvažnijih elemenata da se stvori život koji, verujem, još negde postoji. Dokaz su otkriveni organski molekuli u vidljivom delu svemira.
Najstariji fosili na Zemlji su od pre oko 3,7 milijardi godina. Bile su to bakterijske forme koje su evoluirale iz primitivnih oblika života, koji se na Zemlji pojavio pre oko 3,8 ili čak, prema pojedinim autorima, i pre 4 milijarde godina, što je iznenađujuće brzo nakon nastanka naše planete pre 4,5 milijardi godina. A pre oko 2,7 milijardi godina, dogodilo se „čudo” na našoj planeti. Pojavila se cijanobakterija, sitni jednoćelijski organizam koji fotosintezom pretvara ugljen-dioksid u organski ugljenik i kiseonik. Vremenom je sadržaj kiseonika u atmosferi rastao. Pomenuta cijanobakterija nije imala predatore pa se nekontrolisano razmnožavala, stvarajući ogromne količine kiseonika. Bila je to „kiseonik katastrofa”. Nakon toga, pre 2,1 milijarde godina, „dolaze” alge, a pre 500 miliona godina kopnene biljke. Fotosintezom se povećavao sadržaj kiseonika u atmosferi do nivoa koji je i danas prisutan. Proste ćelije su vremenom prelazile u složenije i krenula je evolucija.
Da li je Zemlja jedinstvena?
Mnoge karakteristike ukazuju na to da je Zemlja jedinstvena među planetama u Sunčevom sistemu, a i među do sada otkrivenim planetama. Pomenimo najvažnije: Zemljina orbita je skoro kružna, čime se dobija ujednačena količina toplote od Sunca. Da je orbita eliptična, naša planeta bi zimi bila mnoga hladnija, a leti mnogo toplija, zbog čega veliki deo flore i faune ne bi preživeo.
Slično je i sa nagibom Zemlje od 23,4 stepena. Kada bi Zemlja bila veća, sila gravitacije bi bila isuviše jaka za opstanak života kakav sada imamo.
POREKLO ŽIVOTA JE U SINTEZI PROTEINA |
Četiri pomenuta elementa - ugljenik, kiseonik, azot i vodonik - gradila su prvu
Zemljinu atmosferu u obliku ugljen-dioksida, azot-oksida, vodene pare, malo
slobodnog vodonika i nekih prostih organskih molekula, koji su, najvećim delom, bili u vodi kao univerzalnom rastvaraču. Međusobnom reakcijom pomenutih elemenata i jedinjenja, stvoreni su složeniji molekuli, a od njih proteini i nukleinske kiseline. Prema ovoj hipotezi, važan je DNK nukleinske kiseline, koji se može „kopirati” i, zajedno sa proteinima, stvarati određenu ćeliju a, konačno, i organizam.
Sam kod DNK je složen i može se preurediti na bezbroj načina. Poreklo života
leži u sintezi proteina - aminokiselina, što određuje svojstva i karakteristike organizama. Podsetimo da je čuveni eksperiment Stenlija Milera i Harolda Ureia
pokazao da se mnoga organska jedinjenja, uključujući i aminokiseline, osnovne komponente proteina, lako sintetizuju iz atmosfere pomenutog sastava. Za stvaranje navedenih organskih molekula bili su neophodni i dodatni stimulansi: izvor visoke energije, topla voda, ultraljubičasto zračenje, možda i
munje? Eksperimentima su od prvobitne „supe” metana, amonijaka, vodonika i vode, električnim pražnjenjima dobijene aminokiseline i većina složenih organskih molekula bitnih za DNK. Međutim, one same ne predstavljaju život. Neophodan je dalji mehanizam, reakcija za pokretanje sposobnosti molekula da prenose informacije kako bi se mogli „kopirati”, rađati i na taj način opstati. |
Da je Zemlja manja, iz atmosfere bi „pobegla” većina gasova, među njima i kiseonik, što ne bismo preživeli. Kada bi Zemlja bila samo 5% bliža Suncu, okeani, mora, jezera i reke bi isparili, a gasovi sa efektom staklene bašte bi povećali temperaturu (kao sada na Veneri) i opet ne bi bilo života; Da je Zemlja samo 5% dalje od Sunca, okeani bi se zamrznuli, fotosinteza bi bila znatno manja, što znači da bi bilo i manje kiseonika pa viši životni oblici ne bi opstali. Da nema tektonike ploča na Zemlji, ne bi bilo kontinenata, pa ni velikog broja životnih oblika koji danas postoje. A bez magnetnog polja, Zemlja bi bila „zatrpana” kosmičkim zračenjem koje bi ubilo većinu, ako ne i sve životne oblike, uključujući i čoveka. Na kraju, Mesec je taj koji stabilizuje orbitu naše planete. Bez njega bi Zemlja verovatno „zalutala” ili odlutala u gravitaciono polje Jupitera…
Kada vam se javila ideja o jedinstvenom putu od Velikog praska do stene u ruci?
- Ideja da se napiše knjiga “Od Velikog praska do stene” dugo je bila vizija koja se pretvorila u stvarnost tek nakon prestanka mog aktivnog rada na Rudarsko-geološkom fakultetu. Kada su se stvari smirile, krenuo sam da radim, želeći da zaokružim krug geoloških proučavanja istraživanja od vremena kada je nastao Univerzuum koji je izrodio stenu. Tako je iznedrena ta knjiga.
OD SREDIŠTA ZEMLJE NAJUDALJENIJA JE PLANINA… |
Pomenimo i ekscentričnost Zemljine orbite, koja se menja 0-6 odsto u periodu od 100.000 godina, što dodatno menja i modifikuje količinu energije koju Zemlja dobija od Sunca. Teorija Milutina Milankovića o promeni položaja ose Zemljine orbite objašnjava promenu klime na našoj planeti i korelaciju sa ledenim dobima, pa ih možemo i predvideti. Zemlja je najveća terestrična planeta. Merenjima je utvrđeno da Zemlja nije savršena sfera, lopta, već ima oblik geoida koji je sličan troosnom rotacionom elipsoidu. Rotacijom Zemlje na ekvatoru stvorena su „ispupčenja”, zbog čega je ekvatorijalni radijus 6378,135 km, a polarni 6356,750 km. Razlika među radijusima je 43 km. Zbog ispupčenja, najudaljenija tačka od centra Zemlje je planina Čimborazo,u Ekvadoru, najveća visina na površini Zemlje je Mont Everest, sa 8848 m nadmorske visine, a najveća dubina Marijanski rov (10.911 m ispod površine mora). Zemlja ima najveću gustinu među terestričnim planetama - 5515,3 kg/m3, najveću silu gravitacije i najjače magnetno polje. Masa naše planete je približno 5,9736×1024 kg. Zemlja je jedina planeta Sunčevog sistema gde je voda u tečnom stanju i na kojoj ima života kakav poznajemo. Vodom je pokriveno 71 % površine naše planete, ostali deo su kontinenti i ostrva. |
Branka Jakšić
Fotografije: lična arhiva D.M.
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"
|
