Að uppgötva og staðfesta uppruna veðurs

Walter A. Lyons lýsir viðhorfinu sem gegnsýrir sumar vísindagreinar í bók sinni The Handy Weather Answer Book (1997):

Það gæti virst þannig að allt sem hægt er að uppgötva í vísindum hefur verið uppgötvað. Það tilkall hefur oft verið gert á síðustu öld af nokkrum af hrokafyllri hluta vísindasamfélagsins. Loftslagsvísindamenn eru almennt auðmýkri – við vitum fyrir víst að það er margt sem við einfaldlega ekki skiljum um hina flóknu gagnvirkni andrúmsloftsins við yfirborð jarðarinnar og við hinn ekki-svo-tóma geim sem umlykur plánetuna okkar. Á meðan svo veigamiklar framfarir hafa verið gerðar, þá er til stór heimur uppgötvunar sem enn bíður hina forvitnu.

Það virðist vera að Lyon og aðrir loftslagsvísindamenn eru fálátari í að lýsa yfir kenningum sínum sem staðreyndir en aðrir vísindamenn í öðrum greinum – hvers vegna?

Loftslagsvísindamenn eru varkárari í að lýsa yfir kenningum sínum sem staðreyndir en aðrir vísindamenn í öðrum greinum, vegna þess að þeir vita að almenningur getur auðveldlega prófað kenningar þeirra.

Hvernig prófar almenningur falskenninguna um miklahvell, eða kviku-falskenninguna, jarðfræðilegan tíma eða þróunar-falskenninguna? Jafnvel vísindamenn sjálfir eiga erfitt með að koma með beinar sannanir fyrir kenningunum. Ef til vill eru loftslagsvísindamenn settir á hærri ábyrgðarskyldu en á öðrum sviðum náttúruvísinda vegna þess að það sem þeir segja, er oft sannað eða afsannað eftir tiltölulegan stutta orðræðu, á meðan aðrar vísindagreinar eru svo ruglandi eða erfiðar að meðal manneskja snýr sér bara undan. Einn leiðtogi nútíma vísinda fór svo langt að segja:

Fólk almennt finnst vísindin vera andstyggileg og virðist óttast þau. (Lipps)

Nútíma vísindi þarf að breyta þessu viðhorfi, hversu erfitt sem það kann að reynast. Ótal mörg samfélög nútíma vísinda harma skortinn á ungum og nýjum vísindamönnum og hugsa um hvað sé hægt að gera til að hvetja fleira ungt fólk til að tileinka sér vísindi. Hvernig geta vísindi nokkurn tímann vænst þess að endurheimta traust án ábyrgðarskyldu? Það er ekki til alhliða vísindaleg aðferð til að prófa og mæla nýjar vísindalegar uppgötvanir og frá sjónarmiði almennings geta vísindamenn sjálfir ekki verið sammála um sumt af grundvallaratriðum í vísindum – eins og hnattræna hlýnun, mál sem er fullt blekkingar og undirferlis.

Einn af tilgangum UM er að færa ábyrgðarskyldu og starfsrækslu inn í hin gölluðu vísindi og endurreisa traust almennings. Þessu verður náð með því að endurreisa sannleika í vísindum, þar sem tilgangurinn er að uppgötva ný náttúrulögmál í staðinn fyrir endalausar kenningar.

Lyons sagði að það væri „stór heimur uppgötvunar sem enn bíður hina forvitnu.“ Með því að útskýra uppruna veðurs, mun Veðurlíkanið opna nýjan heim veðurfræðilegra uppgötvana fyrir alla þá sem eru forvitnir.

Kviku-falskenningin og veðurlíkanið

Það er ákveðin ástæða fyrir því uppruni veðurs vantar vísindalega hugsun. Veðurfræðina vantar hreinlega nokkur mikilvæg stykki úr púsluspili hins náttúrulega veðurs, enda hefur stærsta stykkið verið ófundið í rúma öld. Það er oft nefnt „áhugavert vandamál landafræði sjávarins.“ Kennslubók frá árinu 1901 undir heitinu Lessons in Physical Geography skýrir frá löngum þekktri „staðreynd“ um hitastig í jarðskorpunni:

Staðreyndin að á meðan hitastigið í jarðskorpunni eykst niður á við, minnkar það í sjónum í sömu átt, skapar ótrúlega áhugavert vandamál í landafræði sjávarins.

Innan viðmiðsins um kvikuplánetu er þetta stórt vandamál!

Varmi flyst einungis frá heitum hlut til kalds, þannig að við ættum að sjá vaxandi hitastigul frá innviði jarðar til yfirborðsins, bæði í jarðskorpu meginlandanna og í sjónum – en við gerum það ekki.

Hitastig sjávar minnkar með dýpt á meðan að hitastigullinn í jarðskorpunni vex í áttina að staðbundnum núningshita. Neikvæður hitastigull er „vandamál“ í landafræði sjávarins vegna þess að ef jörðin væri kvikupláneta, þá ættu bæði jarðskorpan og sjórinn að sýna hækkandi hitastig þegar maður nálgast kvikuna meir og meir.

Enn fremur hefur vatn hærri varmarýmd en berg, sem þýðir að vatn getur flutt varma frá iðrum jarðar með iðustreymi og varmaleiðni. Þannig að við ættum að sjá hitastig sjávar hækka örar en í jarðskorpu meginlandanna með vaxandi dýpt, ef kvikan væri raunverulega til. Án nýja núnings-hitalögmálsins gæti þetta „vandamál“ aldrei verið leyst.

Núnings-hitalögmálið leggur einnig grunninn fyrir því hvernig veður virkar. Það er eitt af púslustykkjunum sem hefur vantað í veðurlíkaninu. Trú nútíma vísinda á kviku hefur haldið aftur þekkinguna um hinn raunverulega uppruna hitans í jarðskorpunni, sem eru jarðskjálftar. Jarðskjálftar og jarðföll (sbr. sjávarföll) eru ábyrg fyrir þeim hita sem myndast undir fætur okkar og fyrir veðrið yfir höfuð okkar.

Norðurljós

Við búum í landi norðurljósa, en bregðumst kannski ekki mikið við þegar þau loga uppi á himninum eitthvert kvöldið; ef til vill þurfa þau að vera sterk til að lokka okkur út úr húsinu. En þó er þetta ástæða fyrir því að fjöldi erlendra ferðamanna koma til landsins til að upplifa þessi merku grænu ljós og eyða þeir miklum fjárhæðum í þessa upplifun. (Ég kalla þessi ljós norðurljós, þó svo að þau séu jafn raunveruleg við suðurskautið og heita þar þá suðurljós).

Í raun er um að ræða víxlverkun milli orkusviða Sólar og Jarðar en áður hef ég skilgreint hvað átt er við með orkusviði Jarðar.

Til að skilja norðurljósin til fulls, er ekki nóg að skilja sólvindana, heldur einnig „segulsviðið“, þ.e. orkusvið Jarðar.

Eins og myndin hér að neðan sýnir, þá mynda norðurljósin, eins og þau sjást frá geimnum, hring utan um póla jarðarinnar. Norðurljós hringsóla einnig í kringum póla annarra pláneta. Satúrnus sýndi norðurljós sín fyrir geimsjónaukann Hubble í sömu mynd.

 

Þó svo að við könnumst við þetta náttúruundur, þá vaknar einföld grundvallar spurning:

Á litlum kvarða er mælanlegt orkusvið í kringum segul eða vír þar sem rafstraumur streymir um. Orkusviðið sýnir póleiginleika, en eitt og sér býr sviðið ekki til ljós við pólana, alveg sama hversu sterkt það kann að vera. Til þess þarf víxlverkun við annað orkusvið. Reikistjörnufræðingar hafa vitað í langan tíma að það orkusvið sem er að víxlverkast við orkusvið jarðarinnar tilheyrir sólinni. Hins vegar helst hinn sanni uppruni beggja orkusviða áfram leyndardómur í nútíma vísindum. Ef við getum ekki útskýrt á réttan hátt hvernig þessi svið eru framleidd, hvernig getum við búist við að geta útskýrt hvernig norðurljós myndast?

Við munum sýna að án rétts skilnings á jarðsviðinu, getur uppruni og eðli norðurljósa ekki verið útskýrður nægilega vel. Lesum fyrst samantekt á hvernig norðurljós myndast samkvæmt nútíma kenningum:

Uppruni norðurljósanna hefst á yfirborði sólarinnar þegar sólin kastar út gasský. Vísindamenn kalla þetta kórónuskvettu [skammstafað CME á ensku]. Þegar ein slík nær til jarðarinnar, sem tekur 2 til 3 daga, rekst hún á segulsvið jarðarinnar. Þetta svið er ósýnilegt en ef þið gætið séð lögun þess, þá liti jörðin út eins og halastjarna með langan „segulhala“ sem teygir sig milljónir kílómetra á bak við jörðina, í stefnu frá sólinni.

Þegar kórónuskvetta rekst á segulsviðið, orsakar það flókna breytingu á svæði segulhalans. Þessar breytingar framleiða strauma af hlöðnum ögnum sem síðan flæða eftir segullínunum inn á heimskautasvæðin. Þessar agnir eru örvaðar orku í efri lögum andrúmsloftsins og þegar þær rekast á súrefnis- og köfnunarefnisatóm, framleiða þær töfrandi norðurljós (The Library of Congress).

Eitt vandamál með þessa útskýringu er að ekki er gert grein fyrir hið sanna eðli orkusviðs jarðar. Auk þess hefur jörðin ekki stöðugt „segulsvið“, né koma norðurljós eingöngu vegna kórónuskvetta. Í raun birtast norðurljós, eins og öll önnur veðurfyrirbæri, í mynstri sem tengjast stjarnfræðilegum hringrásum. Norðurljós eiga sér oftast stað á vorin og haustin þegar jörðin er nálægt jafndægrapunkti, eins og Wikipedia segir:

Jarðsegulstormar sem kveikja á norðurljósunum gerast í raun oftar á mánuðum jafndægrapunkta. Það er ekki mjög vel skilið hvers vegna jarðsegulstormar eru bundnir árstíðum jarðarinnar á meðan að virknin á heimskautasvæðunum er það ekki. En það er þekkt að á vorin og á haustin tengist segulsvið nærgeimsins við segulsvið jarðar.

Það sem einnig gerist í heiminum á þessum tíma tvisvar á ári – staðvindar byggja sig upp eða með öðrum orðum monsúntíminn hefst. Monsúntíminn er regntímabil sem oft eru sett í tengsl við stór bólstraský (jarðskjálftaský), sem myndast á vissum tíma árs. En hvernig eru norðurljósin og staðvindar tengdir?

Norðurljósin og staðvindar eiga sameiginleg upptök – flóðkraftanúningur í jarð­skorpunni vegna flóðkrafta.

Röð vísbendinga sýna beint samband á milli norðurljósa og þrýstirafsviðs jarðarinnar.

Vatn á Sólinni

Ha, vatn á Sólinni? Hvernig getur það verið?

Innrautt róf í hárri upplausn úr miðju sólbletts hefur verið skráð með eins metra litrófsmæli með Fourier-ummyndun á Kitt Peak stjörnuathugarstöðinni. Rófið inniheldur mjög mikið af vatnsgleypniseinkennum sem eiga upptök sín á Sólinni. Þessar línur hafa verið tengdar við hreinan snúnings- og titrings-snúningsumskipti heits vatns og borið saman við háhita útgeislunarróf á rannsóknarstofu. (Water on the Sun, L. Wallace og fleiri, Science, Vol. 268, 26. maí 1995, bls. 1155).

Með því að bera saman róf úr háhita vatni á rannsóknarstofu við róf úr Sólinni, hafa vísindamenn í raun staðfest það að vatn fyrirfinnist á Sólinni. Rannsóknarmenn gerðu síðan útdrátt á uppgötvun sinni með því að lýsa yfir hversu mikið af vatni kom fram í rófi Sólarinnar:

Niðurstaða okkar er sú að þessar óvenju þéttar línur í rófi sólbletta má rekja til vatns. Ennfremur, flestar af hinum ístöðulitlu og ómerktu línum má líklega einnig rekja til vatns. (Water on the Sun, L. Wallace og fleiri, Science, Vol. 268, 26. maí 1995, bls. 1157).

Grein í júlí 1997 útgáfunni af Science hét meira að segja Water on the Sun: Molucules Everywhere (Vatn á Sólinni: Sameindir alls staðar). Hér eru nokkur megin atriði:

Venjuleg fjölatóma sameindir eins og H2O eiga ekki að fyrirfinnast á yfirborði Sólarinnar. Á svo háum hita, eða um 5800K [5500°C], ættu vatssameindir að rjúfa efnatengsl sín í sindurefnin OH og H atóm eða jafnvel í O atóm og tvö H atóm. Þess vegna fannst mér skýrslan frá 1995 eftir Wallace og fleirum „Vatn á Sólinni“ nokkuð ótrúleg, þó algerlega trúleg engu að síður eftir að hafa skoðað gögnin… Innrauða róf heits vatns úr rannsóknarstofunni, unnið af Bernath og samstarfsmönnum hans, passaði nákvæmlega við hið rannsakaða róf Sólarinnar.

Rófin tvö virðast vera ólík í fyrstu andrá en nánari rannsókn sýnir nákvæma samfellu í tíðnum róflínanna. Samræmi milli stjarnfræðilegra tíðnir og þeirrar úr rannsóknarstofu hefur verið undirstaðan fyrir uppgötvun sameinda í geimnum… Samræmi tíðna í róflínunum svo tugum skiptir, eins og á myndinni, er pottþétt sönnun á mælingu á H2O. (Water on the Sun: Molecules Everywhere, Takeshi Oka, Science, Vol. 277, 18. júlí 1997, bls. 328).

Samkvæmt kenningunni ætti vatn „ekki að fyrirfinnast á yfirborði Sólarinnar“, en sannanirnar sýna annað. Þar er vatn og það verður að útskýra það í stjörnulíkönum. Reyndar þurfa allar stjarnfræðikenningar að gera ráð fyrir vatni sem grundvallar efni innan kenningarinnar. Það að mælt sé og borið hefur verið kennsl á „mikið magn af vatni“ í stjörnum er ekki lengur fréttnæmt, en þó hefur þetta ekki örvað rannsóknir eða orsakað þróun á nýju „vatnslíkani“ í stjörnu- eða plánetumyndun.

Tvenns konar uppruni jarðskjálfta

Flestir Íslendingar átta sig á því að stóru jarðskjálftarnir hér á landi verði til vegna núnings bergs vegna láréttra flekahreyfinga. Skilyrði slíkra skjálfta eru að finna á Skjálfandadjúpinu og á Suðurlandi. Skjálftahrinan um þessar mundir við Grímsey kemur þess vegna ekkert á óvart.

"Daglegu" jarðskjálftarnir eru þó af öðrum toga en þeir myndast vegna flóðkrafta. Á sama hátt og höfin lyftast og síga með flóð og fjöru, þá lyftast og síga meginlöndin einnig, þó bara um rúma 20 cm í stað fleiri metra sem sjórinn lyftir sér. Á stöðum þar sem jarðskorpan er sprungin, t.d. við flekaskil, er jarðskorpan ekki samtaka í að lyfta sér og síga. Þannig myndast núningur bergs vegna lóðréttar hreyfingar - daglegir jarðskjálftar sem eru yfirleitt minni að stærð en þeir sem myndast vegna láréttra hreyfinga.

Jarðskjálftar vegna flóðkrafta hafa dagsveiflur eins og ég hef sýnt áður (sjá hér og hér), enda fara sólin og tunglið daglega yfir höfuð okkar. Á sama hátt og við erum með stórstreymi þegar flóðkraftar frá tungli og sólu leggjast á eitt, þá gerist svipað með jarðskjálftana - þeir verða stærri við nýtt og fullt tungl. Í dag er einmitt nýtt tungl.

Líklegt er að um sambland beggja áhrifa sé að ræða, enda eru hreyfistefnurnar tvær tengdar. Ekki er ólíklegt að miklir flóðkraftar (sem leiða til lóðéttrar hreyfingar) hafa hrundið af stað láréttri hreyfingu og þar með stærri og fleiri jarðskjálfta.

Um 400 skjálftar á 12 tímum

Vatnstunglið Fóbos

Stærsta tungl Mars heitir Fóbos og er það mjög svipað í útliti og sumar halastjörnur og ísstirni, nema Fóbos hefur nokkrar stórkostlegar raðir af vatnsgígum. Raðir vatnsgíga á Fóbos sem sjást á myndinni hér að ofan eru mikilvægar sannanir fyrir virkni vatnsgíga á samsíða farvegum og dölum sem finnast bæði innan og utan langstærsta gígs tunglsins. Takið eftir að sumar gígaraðir virðast vera hornréttar á brún stóra gígsins. Það er furðulegt að rannsakendur vísa enn í gíga Fóbosar sem árekstrargíga, jafnvel líka þann stóra. Árekstur sem skilur eftir slíkan gíg hefði mölvað þetta litla tungl í tætlur. Á yfirborði tunglsins er ekkert útkast að sjá en hins vegar sér maður fullt af röðum vatnsgíga! Árekstrarsinnar geta ekki útskýrt hvernig svo margir „árekstrargígar“ eiga að hafa myndast í þessum „árekstrarröðum“, sérstaklega ef hugsað er um mismunandi loftsteina á mismunandi tímapunktum.

Hinn lági eðlismassi Fóbosar, einungis 1,9 g/cm³, er ekki einu sinni tvöfaldur eðlismassi vatns og er hann tákn um vatnsuppruna tunglsins. Vitandi þetta, þá hafa rannsakendur lagt til:

Eðlismassi Fóbosar er of lár til að geta verið fast berg og er tunglið þekkt fyrir að vera holótt. Niðurstöðurnar leiddu til þeirrar tillögu að Fóbos gæti innihaldið verulegt magn af ís. (Heimasíða Wikipedia).

Vatnsdalir á Mars

Á Þaris-svæðinu á plánetunni Mars finnum við stærsta fjall sólkerfisins. Minnsta af Þaris-eldfjöllunum þremur, Pavonis Mons – „Páfuglafjall“ á latínu – rís 14 km upp úr yfirborðinu, 1,5 sinnum hærri en Mt. Everest. Á fjallshlíðinni er að finna hundruði landslagsþátta sem eru áhrifamiklir vitnisburðir um blauta sögu Mars. Myndin hér að ofan er í hárri upplausn sem sýnir svæði á fjallshlíð Pavonis Mons, en þar sjáum við marga vatnsgíga og vatnsrásir sem kallast vatnsdalir. Vatnsdalur er rás sem myndast skjótt vegna mikils flæðis setmettaðs vatns, ekki ólíkt þeim jökulhlaupa sem þekkjast á Íslandi. Á þessari mynd sjást bæði stórir og smáir vatnsdalir, auk nokkurra vatnsgíga.

Í staðinn fyrir að viðurkenna að þessar rásir mynduðust vegna vatns, eru jarðfræðingar þeirrar skoðunar að þetta séu hrundir hraunhellar:

Rannsakendur trúa því að þetta eru hraunhellar, rásir sem mynduðust upprunalega með heitri, rennandi hraunbráð sem mynda skorpu þegar yfirborðið kólnar. Hraun heldur áfram að flæða undir storknaða yfirborðið, en þegar hraun hættir að renna og rásirnar tæmast, hrynur yfirborðið og myndar ílangar dældir. Svipaðar rásir eru vel þekktar á Jörðinni og á Tunglinu. (Heimasíða ESA).

Síðasti hluti þessarar tilvitnunar er bæði réttur og rangur. „Svipaðar rásir eru vel þekktar … á Tunglinu“ er rétt að hluta til vegna þess að við sjáum sömu landslagsþætti á Tunglinu en þeir finnast ekki á Jörðinni. Það er satt að það eru til hraunhellar á Jörðinni en þeir eru örsmáir í samanburði við landslagið á Mars. Það eru sex ástæður fyrir því að þessar rásir og þessir dalir eru ekki hrundir hraunhellar.

Í fyrsta lagi, þá eru ekki til neinir sambærilegir hrundir hraunhellar á Jörðinni, að minnsta kosti ekki stórir. Ekkert á Jörðinni kemst nálægt því í stærð við rásirnar á Mars, sem sumar hverjar eru nokkrir kílómetrar breiðir og margir kílómetra langir. Stærsti hraunhellirinn á Jörðinni sem hefur hrunið er um það bil hundrað sinnum minni en dalirnir á Mars, sjá mynd hér að neðan. Það er einfaldlega engin sönnun fyrir því að hraunhellar getir verið svona stórir.

Í öðru lagi mætti búast við að með svo stórum hraunrásum sem hrynja niður, myndu risastórir steinar og hraunhellur vera sjáanleg í dölunum. Hins vegar sést ekkert slíkt á myndunum sem þó hafa háa upplausn.

Í þriðja lagi, kílómetra löngu rásirnar og dalirnir mjókka smám saman en bæði breiddin og dýptin minnka. Þetta er ekki einkenni þeirra hrundu hraunhella sem þekkjast á Jörðinni, en þekkjast hins vegar í dölum sem hafa veðrast í vatni. Auk þess eru dalirnir á Mars stöðugt meðfram yfirborðinu sem sýnir að þeir mynduðust á yfirborðinu. Hraunhellar á Jörðinni myndast hins vegar neðanjarðar og fylgja ekki alltaf yfirborðinu. Þannig að margir hraunhellar á Jörðinni hafa fallið saman þar sem þeir eru stundum nálægt yfirborðinu og hafa heila hella sem teygja sig dýpra niður. Rásirnar á Mars sýna samfellu á allri lengd sinni í rásinni. Þetta er vegna yfirborðsrof vatns.

Í fjórða lagi sýna raunverulegir samanfallnir hraunhellar á Jörðinni grófan og flatan botn í rásinni, á meðan rásirnar á Mars sýna bæði fíngerða og annaðhvort flatan botn eða V-laga dali, sem passar ekki við kenninguna um hrun. Hins vegar passar bæði við vatnsdalslíkanið, en rásir með flata botna myndast þegar leðjukennt vatn og þykkt set flæðir niður dalina en V-laga dalir myndast með orkuríkri vatnshreyfingu á tímabili mikils flæðis eða flæðis niður brattar brekkur – bæði skýrir V-laga rásir.

Í fimmta lagi eru flest hraunflæði á Jörðinni dökk, oftast svört að lit. Járn í jarðvegi Jarðarinnar stuðlar að hinum einkennandi dökka lit. Yfirborð Mars inniheldur mikið járn en dalirnir sem sjást á ljósmyndum Mars Express eru greinilega ekki svartir. Það er hlutfallslega lítill vindur og veður í þeirri hæð þar sem dalirnir eru, þannig að það er ólíklegt að þeir voru þaktir af vindi bornu seti. Í öllu falli, landsvæðið er óhemju samleitin og engar svartar hraunhellur liggja í dölunum. Á Mars er fullt af slíkum hraunsteinum, en þeir eru bara annars staðar.

Í sjötta lagi og mest sannfærandi sönnunin fyrir því að stóru rásirnar á Mars eru vatnsdalir, er að finna inni í dölunum sjálfum. Í rásinni sem sést á myndinni hér að ofan er röð gíga meðfram botninum sem einnig sést á myndinni hér að neðan. Slíkir gígar eiga svo sannarlega ekki upptök sín í árekstri og það er jafn augljóst að þeir eru ekki heldur vegna hruns hraunhellis.

Lárétt röð dælda á yfirborði plánetu myndast meðfram línu þar sem veikleiki er í fleka. Þessar sprungur skerast við djúpan veiti sem skapar rásir fyrir vatnshreyfingu. Þyngdarafls-núningur ofurhitar vatnið sem þenst snögglega út í átt að yfirborðinu þar sem það springur og þeytir ofanáliggjandi seti burt. Eftir fyrsta útbrotið, heldur vatn áfram að flæða hratt úr nýmyndaða vatnsgígnum og skolar burtu jarðvegi og myndar þannig útskolaðar rásir. Brottnám af slíku magni af seti meðfram sprungu minnkar þrýstinginn á yfirborðinu sem leiðir til aukins vatnsgoss.

Röð vatnsgíga á Mars

Myndir frá geimfarinu Mars Express sem teknar voru af ESA (Geimvísindastofnun Evrópu) sýna fyrirbæri á yfirborði Mars í ótrúlegum smáatriðum. Rannsakendur líta á næstum því alla gíga himintunglanna sem árekstrargíga en myndir á borð við þessa hér að ofan eru ruglandi fyrir þá sem hallast að árekstrarkenningunni, vegna þess að jafnvel þótt hringlaga dældir líkjast svokölluðum árekstrargígum á öðrum stöðum á Mars og öðrum hnöttum, þá eru gígarnir og dældirnar raðaðar í línu í kringum fjallstinda. Þeir eru greinilega ekki árekstrargígar. Ef til vill til að aðgreina gígana, vísa rannsakendur í þessar dældir eða „gíga“ sem „holuraðir“.

Holuraðir, röð hringlaga dælda sem eru talin hafa myndast þegar yfirborðið hrynur niður, eru einnig sjáanleg á litmyndinni. (Heimasíða ESA).

Orðið „hola“ er almennt notað til að lýsa litlum dældum en þessar „holur“ geta verið margir kílómetrar í þvermál og þess vegna er orðið „hola“ léleg lýsing á dældunum, enda lýsir orðið ekki réttilega eðli þessara dælda. Sprungur einar og sér hafa aldrei sýnt að geta myndað slíkar raðir dælda. Röð vatnsgíga myndast við vatnsrof undir yfirborðinu sem fylgja sprungum. Dæmi um þetta má sjá á mynd hér til vinstri úr bloggfærslunni Vatnsgígar. Það er því betra að kalla þessi fyrirbæri röð vatnsgíga.

Vatnsplánetan Mars

Árangursrík þróun nokkurra geimskipa og jeppa sem fóru til Mars hefur skilað sér í umfangsmiklum og nýjum upplýsingum og gögnum. Sönnun fyrir því að þar var vatn í miklu magni hefur komið í ljós. Einn jarðeðlisfræðingur hjá Jarðfræðistofnun  Bandaríkjanna (USGS) sagði þetta um „mikilvægustu framfarir“ í vísindarannsóknum:

Mikilvægustu framfarir síðastliðin 25 ár: Í janúar 2004 lenti [Mars-jeppi] á litlum gíg og uppgötvaði setlög sem sýndu að opin og grunn höf hafi verið til þar. (Discover, Laurence A. Soderblom, Research Geophysicist, Astrogeology Program of the USGS, des. 2005, bls. 70).

Rannsakendur höfðu verið vægast sagt mjög hissa á að hafa fundið svo miklar sannanir fyrir miklu magni af vatni á Mars. Nú þegar Mars-jeppinn hefur staðfest svo mikið vatn á Mars er næsta spurning augljós: „Hvaðan kom allt þetta vatn?“ Frá öðrum hnöttum lærum við að flest allt vatn á hnetti kemur að innan. Halastjörnur geta spýtt út vatni í þúsundir ára vegna þess að það er svo mikið vatn inni í þeim.

Þegar vatnið í skorpunni gufar upp vegna hita sólargeisla eða vegna þyngdarafls-núningshita, sleppur það í gegnum vatnsgíga en einnig í gegnum sprungur og misgengi sem mynda þá vatnsdali ef vatnið er í fljótandi formi við gosið.

Þessi mynd er nærmynd af vatnsrás sem nefnist Mars Hrad Vallis. Hið þýðingamikla sérkenni á þessari mynd er vatnsgígurinn neðarlega á myndinni. Takið eftir greinilegum vatnsrásum þar sem vatn flæddi beint út úr gígnum og niður á landslagið fyrir neðan.

Bæði útflæðisrásin og að ekkert útkast er sjáanlegt er greinilegt tákn um það að gígurinn er ekki árekstrargígur. Gosbrunnar  geta myndað gíga og kastað út vatni, sem skilur eftir sig nánast ekkert útkast. Vatnsgígar geta myndast þegar veitir (jarðlag sem vatn rennur hlutfallslega greitt um) undir yfirborðinu fjarlægir set sem veldur því að lög við yfirborðið hrynja niður, t.d. Kerið. Þetta getur myndað gíga, röð gíga og sigdali.

Fyrir aðeins rúmum áratug síðan hefðu menn ekki ímyndað sér að geimvísindamenn ættu eftir að lýsa gígum á Mars sem vatnsgíga en ekki árekstrargíga. Þetta nýja og djarfa skref gerðist þó árið 2005 þegar hugmyndin um útflæðisrásir og vatn undir yfirborðinu hafi „brotist út með hamförum“:

Aram Chaos, gígur með þvermál upp á 280 km, hefur útflæðisrás og er fylltur með lög steina sem innihalda hematít. Stórir grjóthnullungar eru á víð og dreif á gígbotninum. Það virðist eins og hlaup af yfirborðsvatni hafi brotist út með hamförum sem olli landsvæðinu til að falla saman. Sumt af þessu vatni myndaði stöðuvatn í gíg sem myndaði lög af hematít-ríku seti. (The Many Faces of Mars, Philip R. Christensen, Scientific American, júlí 2005, bls. 38).

Veðurspá – "ónákvæm vísindi"

Til að spá fyrir um veðrið í dag þarf veðurfræðingur að stunda nám í loftslagsfræðum. Nákvæmnin í veðurspá er hins vegar oft málið hjá grínistum – allir vita jú hversu nákvæm „spáin“ er, ekki satt? Starfsmaður bandarísku veðurstofunnar sagði eftirfarandi eftir að ofsaveður lagði brúðkaupsveislu eftir hádegi í rúst:

„Veðurspá er enn ónákvæm vísindi“, segir Charles McGill sem starfar í Burlington skrifstofu Veðurstofunnar (NWS). Daginn fyrir brúðkaupið hafði veðurstofan spáð stormi seint um kvöldið, en ekki síðdegis. „Kannski verða spálíkönin einhvern tímann nógu góð til að tiltaka nákvæmlega hvenær og hvar einstaka þrumuveður muni gerast, en ég tel þann dag vera langt í burtu.“ (Weather Forecasting, National Geographic, júní 2005, bls. 95).

Hvers vegna, eftir meiriháttar tækniframfarir og rannsóknir í áraraðir, er veðurspá enn „ónákvæm vísindi“?

Jafnvel eftir meiriháttar tækniframfarir og rannsóknir í áraraðir er uppruni veðurs ennþá leyndardómur.

Áður en Kepler uppgötvaði lögmálin um hreyfingu himintunglanna, voru hreyfingar plánetanna í sólkerfinu leyndardómur, af sömu ástæðu og veðrið er leyndardómur í dag – náttúrlögmálin sem stjórna veðrinu eru ekki skilin.

Löngu fyrir tíma stjörnusjónaukanna voru pláneturnar bara þekktar sem ljóspunktar á himninum sem virtust reika um, en enginn vissi hvers vegna. Þar til mannkynið gat spáð fyrir um hvar pláneta myndi birtast á himninum og hvenær hún myndi birtast þar, þá urðu þeir sem rannsökuðu þær að viðurkenna að þeir skildu ekki hreyfingar þeirra. Nýju lögmál Keplers um hreyfingu himintunglanna breytti þessu öllu. Með sólina í miðju kerfinu leyfði nýskilgreindu lögmálin vísindamönnum að sjá fyrir sér pláneturnar á sporbrautum í sólkerfinu sem færði þeim skilning á hreyfingu plánetanna.

Það sama gildir um veðrið. Svo lengi sem við getum ekki spáð fyrir um hvenær og hvar miklir stormar og veðurmynstur munu geysa, getum við ekki sagt að við skiljum náttúrulögmál veðursins. Og við getum ekki spáð fyrir um veðrið fyrr en við skiljum hvaðan veðrið á uppruna sinn.

Myrku tímar vísindanna hafa haldið flestum loftslagsfræðingum frá því að læra það að náttúran öll, þar á meðal veðrið, er grundvölluð á náttúrulögmálum. Til dæmis lýsti veðurfræðingur þessu yfir:

Allt sem þarf til að skapa veður er loft og upphitun frá sólinni. (Weather Forecasting, National Geographic, júní 2005, bls. 95).

Við munum læra að þessi yfirlýsing er röng. Hvernig getur slík yfirlýsing í rauninni verið gerð þegar veðurspá er viðurkennd að vera „ónákvæm vísindi“? Þar til við getum spáð fyrir um veðrið með nokkurri nákvæmni, á hvaða hátt erum við betur stödd en stjörnufræðingar fyrr á tímum sem reyndu að spá fyrir um tíma og staðsetningu reikistjarnanna áður en lögmál Keplers voru uppgötvuð?

Eins og með öll svið vísindanna, vöntun náttúrulögmála í loftslagsvísindum hefur leitt til margra kenninga sem hafa lítið gert fyrir þennan geira. Til dæmis er ein vinsæl kenning sem við köllum fiðrilda-veðurkenninguna sem heldur áfram að hafa áhrif á veðurspá:

Litlir hlutir geta haft gríðarlegar afleiðingar. Þetta var þrýstikraftur áhrifamikils fyrirlesturs veðurfræðingsins Ed Lorenz frá 1972 undir heitinu „Predictability: Does the Flap of a Butterly´s Wings in Brazil Set Off a Tornado in Texas?“ [Forspárgildi: Setja vængjaslættir fiðrildis í Brasílíu af stað hvirfilvind í Texas?]. Lorenz kom með þau rök að flókin kerfi eins og lofthjúpur Jarðarinnar geta breyst vegna, að því er virðist, þýðingarlítilla þátta – vindhviðu hér, auka varma þar. Þetta er áskorun fyrir þá sem spá fyrir um veður. (Weather Forecasting, National Geographic, júní 2005, bls. 98).

Þetta er rétt grundvallarregla – að út frá litlum hlutum geta miklir hlutir gerst. En fiðrildi er örugglega ekki að fara að hafa mælanleg áhrif á hvirfilvind. „Fiðrildaveður“ virðist vera áhugaverð hugmynd sem er gaman fyrir prófessora í veðurfræði að kenna, en hún ögrar heilbrigðri skynsemi og hefur óvart valdið því að veðurfræðingar glati trú sinni á þeim möguleika að einhver geti nokkurn tímann „tiltekið nákvæmlega hvenær og hvar einstaka þrumuveður muni gerast.“

Að sjálfsögðu benda veðurfræðingar á betrumbætur í veðurspám á síðastliðnum áratugum, en ástæðan fyrir því að spár þeirra hafa bæst á stuttum tíma ein einföld: þeir geta bókstaflega séð veðrið koma langt að. Framfarir í tækni, einkum í gervitunglum, gefa veðurfræðingum stöðugt myndir af hnattrænum veðurfyrirbærum. Þessi rauntíma gögn hafa haft mikil áhrif, segir National Geographic:

Þökk sé aðallega skarpari tólum og öflugri tölvum, geta veðurfræðingar teigt sig lengra inn í óþekkta framtíð. (Weather Forecasting, National Geographic, júní 2005, bls. 94).

Að öðlast fleiri gögn með nýrri tækni eykur aðeins þekkinguna á veðurmynstri eins og þau gerast, en þau hjálpa lítið við að spá lengra fram en um nokkra daga, enda er uppruni veðurs enn ekki skilinn. Gervitungl sem líta niður á ský sem hreyfast í áttina til okkar leyfa veðurfræðingum að spá um veðrið á sama hátt og forfeður okkur gerðu það, bara með örlítið meiri fjarlægð!

Hvers vegna getur veðurfræðin með öllum sínum mælitækjum, tölvulíkönum og þekkingu í vísindum ekki spáð fyrir um veðrið með meiri nákvæmni? Þekking okkar á veðrinu er greinilega enn mjög takmörkuð.