Gosberg inniheldur vatn

Kristallaður steinn eða steind hefur reglu í uppbyggingu sinni á meðan að myndlausir steinar hafa hana ekki. Gler er formlaust efni vegna þess að það hefur enga augljósa kristalbyggingu. Gosberg eru venjulega formlaust og glerkennt. Vatn gegnir mikilvægu hlutverki í eldgosum og í myndun þess bergs sem kallast gosberg. Jarðfræðin hefur löngum vitað að þetta berg innihaldi eitthvað vatn bundið í steinunum, eins og við getum lesið í bók Haralds Sigurðssonar, Melting the Earth:

Mikilvægi vatns hefur einnig verið staðfest með efnagreiningu; árið 1824 gerði sýndi Knox með tilraun að allt gosberg innihaldi eitthvað vatn sem er bundið í steininum. (Melting the Earth, The History of Ideas on Volcanic Eruptions: Haraldur Sigurðsson, Oxford University Press, 1999, bls. 220).

Þannig að bæði gosberg (úr bráðnu bergi) og kristallaðir steinar (úr útfellingu) innihalda vatn. Sú staðreynd að allir náttúrulegir steinar á jörðinni innihalda vatn, er ruglingsleg fyrir alla þá sem eru fastir í kenningunni um kvikujörð og hafa ranga hugmynd um hringrás bergs. Hvaðan kemur vatnið og hvers vegna losnaði það ekki út í andrúmsloftið eða út í geim þegar jörðin á að hafa verið logandi heit og bráðin í töluverðan tíma? Þessar spurningar eiga engin auðveld svör í jarðfræði í dag. En ef gosberg myndast við núningshita í jarðskorpunni, þar sem vatn er til staðar, þá er auðveldlega hægt að skilja hvaðan vatnið í gosberginu kemur.

Myndin sýnir íslenskt gjall – í tveimur litum. Báðar steinarnir eru mjög léttir enda sjást á þeim margar loftbólur eða blöðrur. Vísindavefurinn skrifar:

Blöðrurnar stafa af lofttegundum, einkum vatni, sem leysist úr bráðinni við þrýstiléttinn þegar hún rís í gígnum, og veldur sú útþensla sprengivirkninni.

Vissulega gegndi vatn mikilvægu hlutverki í myndun alls bergs sem hafa slíkar blöðrur. Þegar okkur verður þetta ljóst, þá sjáum við verulegar sannanir fyrir tilvist vatns í berginu fyrir gos. Blöðrur í steinum mynduðust ekki með veðrun og þær einangrast heldur ekki við gosberg. Mörg dæmi eru til um holótt berg í náttúrunni, svo sem sandsteinn, basalt og annað.

Ósýnilegt vatn í steinum

Hvað myndir þú halda ef þú heyrðir að allir steinar innihéldu vatn? Þó svo að það sé lítið þekkt meðal almennings, þá hefur rannsóknarfólk vitað í áratugi að steinar og steindir innihalda vatn. Þessi óleysta gáta náttúrunnar hefur haldist falin og geymd. Þetta kann að hljóma undarlega nú, en sú lítt þekkta staðreynd að steinar innihaldi vatn hefur nefnilega víðtækar afleiðingar.

Vatnsinnlyksur eru einstakar vegna þess að þær hafa oft stór vatnsfyllt hólf inni í steininum eða steindinni sem geta verið vel sjáanleg. En aðrir steinar og steindir innihalda einnig vatn. Það er fangað inni í steininum, en ósýnilegt enda er það á stærðarmælikvarða sameinda innst í kristalbyggingunni.

Vatnið er sterk vísbending um að steinninn hafi myndast einmitt í vatni en ekki við bráðnun en það má sjá þegar steinninn er hitaður. Þar sem steinninn inniheldur vatn á svo litlum mælikvarða, þenst það út við upphitun, gufar upp og sleppur út. Það er hægt að sannfæra sig á þessu með því að bera saman massann á steininum fyrir og eftir upphitunina.

Þessi glerkenndi steinn er þekktur sem Hrafntinna en magn vatnsins sem við sjáum í bikarglösunum tveimur (18 g) er það vatnsmagn sem þessi steinn inniheldur (617 g). Já, þessi steinn hefur í alvörunni allt að þessu vatnsmagni í sér (3% af massa)! Hvers vegna sjáum við ekki vatnið? Af sömu ástæðum og við sjáum ekki gerla. Vatnið er á smásæjum mælikvarða innan um steininn, sem er of lítið fyrir mannsaugað til að geta séð. En við getum hitað steina hægt upp og vegið þá eftir að þeir kólna til að athuga hversu mikill massi (af vatni) hefur tapast. Hvers vegna var okkur ekki kennt þetta í skóla? Vegna þeirrar einföldu ástæðu að ósýnilega vatnið í steinum hefur alltaf verið leyndardómur í jarðfræðinni og hefur aldrei passað vel í kvikujörð kenninguna.

Steinar hafa mismikið magn af vatni í sér, en ópall er sagður að hann innihaldi allt að 30% af vatni! Íslenska steinabókin eftir Kristján Sæmundsson og Einar Gunnlaugsson (Mál & menning, 2013, bls. 152) segir þó að ópall „inniheldur 3–13 % af bundnu vatni.“ Þetta er samt töluvert magn af vatni!

Aftast í sömu bók er tafla þar sem m.a. er sýnt efnafræðiformúla mismunandi steinda. Stundum, t.d. hjá gifs, er vatn hreinlega hluti af formúlunni: CaSO4·H2O. Tæki maður vatnið (H2O) út úr efnaformúlu gifs, þá væri það ekki lengur gifs. Það yrði þá anhýdrít, eða CaSO4 – án vatns.

Í bókum um steindafræði er oft sleppt að fjalla um þá staðreynd að allir steinar innihaldi vatn. Það að vatn sé í öllum steinum má líkja við gerla á höndum lækna. Þar til þeir fóru að skilja hvaða áhrif gerlar hefðu á heilsu manna, gat þeim ekki farið fram í læknisfræðinni. Þetta gildir einnig um jarðfræði. Þar til við gerum okkur ekki grein fyrir því hvaða hlutverk vatn spilar í uppruna steina, þá getur okkur ekki farið fram í jarðfræði.

Það er erfitt að brjóta hunang

Það hlýtur að vera hræðilegt að hugsa til þess að geta verið í daglegri rútínu eins og vinnu, skóla, fjölskyldu eða frítíma og á einu augnabliki hent í aðstæður sem eru stjórnlausar og lífshættulegar. Jarðskjálftinn sem geysaði í Mexíkó í síðustu viku kostaði mannslíf og eignartjón, skjálfti sem mældist 7,1 á Richter kvarða. Margir Íslendingar hafa lent í jarðskjálfta hér á landi en þó ekki af þessari stærð. Byggingar og jarðvegur eru auk þess oft betri hér á landi sem er mikið öryggisatriði.

Þegar ég var að lesa um jarðskjálftann, þá tók ég eftir því að upptökin voru í 50 km dýpi, en jarðskorpan í Mexíkó er hins vegar bara 30 km þykk, sjá hér.

Í skólum er okkur kennt að möttull jarðar er gerður úr bráðnu bergi. Jarðeðlisfræðingurinn O.M. Phillips líkir bráðnu bergi saman við hunang. Það er mjög áhugavert, vegna þess að jarðfræðin kennir okkur að jarðskjálftar myndast þegar núningskraftar yfirbugast þegar berg á bergi sem snertast tekur á skrið. Áströlsk vefsíða um jarðvísindi útskýrir jarðskjálfta sem „titring sem myndast í bergi sem brotnar undir álagi.“

O.M. Phillips skrifaði eftirfarandi í The Heart of the Earth:

Ef, eins og við höfum getið okkur um, jarðskjálftar eru afleiðingar skyndilegs staðbundins brots, losun á uppsafnaðri streitu, þá er afleiðingin sú að töluverð stífni sé krafist í efninu áður en það getur framleitt jarðskjálfta. Það er erfitt að brjóta hunang. Sú staðreynd að jarðskjálftar eiga stundum upptök sín í allt að 700 km dýpi, er vísbending um að efnið þar niðri verði að vera nægilega stíft til að geta haldið uppsafnaðri streitu án þess að fljóta, þar til streitan er orðin það há að efnið brotnar.

Hvenær borðaðir þú hunang síðast? Það getur verið nokkuð fljótandi en stundum aðeins harðara (en þó mjúkt eins og krem). Hefur þú nokkurn tímann brotið hunang? Ef bráðið berg er líkt við hunang, hvernig getum við þá fengið „skyndilegt staðbundið brot“ í 50 km dýpi? Um 26 klukkustundum eftir skjálftann reið yfir annar skjálfti í Ástralíu á stærðinni 6,4 á Richter kvarðanum. Upptök hans var mældur í 200 km dýpi. Ef bráðið berg er líkt og hunang, hvers vegna myndast þá jarðskjálftar í svo miklu dýpi?

Ef þú hefur lesið Bindi I í UM, þá hefur þú lært að við raunverulega lifum á vatnsplánetu, ekki kvikuplánetu. Það þýðir að í möttli jarðar og kjarna er gífurlegt magn af vatni og ís. Rannsóknir og tilraunir hafa verið gerðar til að sýna á hversu miklu dýpi berg-berg brot geta átt sér stað. Eitt slíkt ferli var fjallað um í tímaritinu Journal of Geophysical Research í grein undir heitinu ‘Physical Mechanism of Deep Earthquakes.’ Rannsóknirnar útskýra hversu djúpt jarðskjálftabrot geta gerst á ís.

Til að læra meira um þetta ferli, sjá Bindi I í UM, í undirkaflanum Ísskjálftar á bls. 288.

Gamla jarðfræðin virkar ekki

Áður hef ég skrifað um Hringrás bergs eins og nútíma jarðfræði skilgreinir hana, en sé hún röng, þá þarf augljóslega að endurskoða flokkun bergs. En hvers vegna mynda þessir þrír bergflokkar (storkuberg, myndbreytt berg og setberg) ekki réttan uppruna bergs? Jarðfræðingar tala um þessa þrjá bergflokka sem uppruna steinda. Uppruni frumsteinda storkubergs er lýst á eftirfarandi hátt:

Margar steindir myndast beint úr kviku. Feldspat, gljásteinn og kvars til dæmis myndast þegar kvika kælist niður, djúpt í jarðskorpunni, við hitastig frá 1100°C niður í 550°C. (Rocks, Minerals & Gemstones: Walter Schumann, HarperCollins Publisher and Houghton Mifflin Company, 1993, bls. 12).

Í kviku-falskenningunni lærum við um ástæðuna, hvers vegna þessi ofangreind yfirlýsing sé röng. Náttúrulegt kvars getur ekki myndast vegna kælingu kviku vegna margra ástæðna, m.a. þessarar:

1. Kvars er ekki geislavirkt (eins og kenningin um hitann í jörðunni segir til um).
2. Kvars er ekki gler (kvars hefur kristalluppbyggingu á meðan gler hefur hana ekki).
3. Kvars hefði ekki þrýstirafeiginleika (náttúrulegt kvars glatar þessum eiginleikum þegar það er hitað yfir 570°C).

Algengt er að fólk haldi að hitinn í jörðunni viðhelst vegna geislavirkni í kvikunni þar. Það myndi hins vegar þýða að allt storkuberg (storknuð kvika) ætti að vera geislavirk, en svo er ekki raunin. Annar augljós hlutur sem hrekur þessa punkta er að þegar kvars bráðnar, þá verður það að formlausu gleri og getur aldrei aftur orðið að kristölluðu kvarsi með kólnun. Auk þess hefur náttúrulegt kvars þrýstirafeiginleika. Sé kvars hitað yfir 570°C glatar steindin þennan eiginleika. Kvars, eins og aðrar steindir sem myndast í vatnsþrýstihita, geta ekki átt upptök sín í storknaðri kviku. Þess vegna er uppruni frumsteinda storkubergs gallaður og þarf að skilgreina upp á nýtt.

Næsti flokkur, myndbreytt berg, er sagður hafa myndast í ferli sem inniheldur hátt hitastig og háan þrýsting, almennt án vatns sem leiðir til myndunar nýrra steinda með enduruppbyggingu núverandi steinda. Aldrei hafa menn þó fylgst með þessu ferli í náttúrunni! Við gætum aðlagast þessari skilgreiningu ef bergfræðingar gætu búið til myndbreytt berg úr storkubergi eða öðru bergi í rannsóknarstofu með því að beita einungis háum hita og háum þrýstingi. En jafnvel eftir tilraunir í aldaraðir hafa rannsakendur ekki náð að gera það. Megin innihaldsefnið vatn hefur verið sleppt úr jöfnunni og þess vegna þarf myndbreytta bergið að vera skipt út.

Fjallað er um leyndardóminn um setberg í kaflanum um falskenninguna um hringrás bergs. Hinn sanni uppruni meginþorra sets er ekki vegna veðrunar og rofs. Þó svo að jarðfræðingar hafi haldið fast við þessa skoðun, tala vísbendingarnar gegn rofi sínu máli. Jarðfræðingar geta ekki útskýrt nægilega vel uppruna mestan hluta sets jarðarinnar en hinn sanni uppruni setbergs er þýðingamesta breytingin sem kynnt verður í nýrri jarðfræði.

Jarðfræðingar í dag tala sjálfir um að myndun setbergs sé ekki einfalt ferli og í raun er ekki hægt að sjá mörg þessara ferla í gangi í dag.

Þetta kemur kannski mörgum á óvart sem héldu að ef jarðfræðingar voru með eitthvað rétt, þá ætti það að vera það að setberg kæmi frá veðrun og rofi. Raunin er samt önnur eins og Löss leyndardómurinn og falskenningin um hringrás bergs sýna. Og eins og hægt er að lesa í undirkafla 6.2, þá lærum við að það var „erfitt að ákveða“ í hvaða af þessum þremur flokkum á að setja einstaka steina:

Storkuberg er venjulega skilgreint sem berg sem storknar úr heitu (vanalega hærri en 600°C), bráðnuðu eða að hluta til bráðnuðu ástandi. Þegar maður reynir að beita þessari skilgreiningu á raunverulegan stein, þá uppgötvar maður að í vettvangi djúpbergs er oft erfitt að koma á laggir forsendu til að ákveða hvort viðkomandi kristallað berg sé annaðhvort storkuberg eða myndbreytt berg, en hins vegar á vettvangi yfirborðs gæti það orðið erfitt að ákveða hvort gjóskubergsefni eigi upptök sín í storkubergi eða setbergi. (Magmas and Magmatic Rocks: Eric A J Middlemost, Longman Group Limited, 1985, bls. 71-72).

Hvers vegna ætti það að vera "erfitt að ákveða" hvernig flokka eigi "raunverulega steina"? Vegna þess að steinar hafa vanalega verið flokkaðir eftir þessum þremur bergflokkum sem grundvallast á kenningu en ekki á athugunum.

Flokkun bergs er ekki það einfalt mál að bera kennsl á steina og sortera þá. Hver flokkur er kerfi sem byggður er á kenningu um hvernig berg myndast. (The Complete Guide to Rocks & Minerals: John Farndon, Anness Publishing, 2006, bls. 56).

Hvað ef kenningarnar um "hvernig berg myndast" séu rangar? Ef það væri tilfellið, myndi það svo sannarlega lýsa ástandinu í jarðfræðinni – að jarðfræðingar eiga "erfitt" með að nota fræðilega flokkunarkerfið á "raunverulega steina".

Gosbrunnar

Skilgreining á gosbrunnum (hydrofountains) er ef til vill óþörf, enda höfum við oft séð vatni sprautað upp í loftið í einhverjum brunni eða tjörn, t.d. í miðborg Reykjavíkur.

Gosbrunnar eru þó mikilvæg fyrirbæri í náttúrunni, bæði sem voru í sögunni og eins sem eru virkir í dag. Goshverir (geysers) eru dæmi um gosbrunna en það er þó bara hluti sögunnar, annars væri nóg að tala um goshveri. Til þess að fá hugmyndina um gosbrunna, langar mig að taka Enkeladus sem dæmi.

Þessar myndir sýna meiriháttar vatnsgos, eða gosbrunn sem gýs frá yfirborði Enkeladusar, sjötta stærsta tungli Satúrnusar. Vísindamenn voru orðlausir þegar þeir fylgdust með slíkum merkis atburði. Að vera vitni að slíku gosi segir tvímænalaust til um tilvist virkra vatnshnatta í sólkerfinu okkar. Á þeim tíma sem Cassini geimfarið tók myndir af þessu áður óþekkta fyrirbæri, spjó gosbrunnur Enkeladusar vatni upp í geim í hærri hæð en eigið þvermál (sjá innskotsmynd 1 sem sýnir litrófsmynd af tunglinu og öllu gosinu)! Innskotsmynd 2 er ljósmynd úr sýnilega ljósinu af þessum atburði á byrjunarstigi. Innskotsmynd 3 er nærmynd af yfirborði Enkeladusar sem sýnir stórar sprungur og gil frá fyrri bresti. Þessar hafa vafalaust einnig losað töluverðu magni af vatni og ís upp í geim, sem hafa endað sem hluti af hringjum Satúrnusar. Vísindamenn hafa greint hringi Satúrnusar til að vera að mestu úr ís og Enkeladus er þekkt til að hafa verið einn af megin uppruna þess.

Innskotsmynd 4 er einnig nærmynd af yfirborði Enkeladusar. Ferningarnir tákna hitastigið á yfirborðinu (á Fahrenheit skalanum). Rauðu ferningarnir tákna heitara yfirborð og hinir bláu kaldara yfirborð. Takið eftir að hitastigið hækkar, eftir því sem nær dregur að sprungu (misgengi). Þetta er dæmi um þyngdarafls-núnings-lögmálið sem fjallað er um í 5. kafla (Bindi I) í UM. Núningur meðfram misgengi í skorpunni hitar vatn undir yfirborðinu sem rís upp að yfirborðinu. Stundum, eins og í þessu tilfelli þegar Cassini flaug þarna um, eiga gos sér stað með slíkum krafti, að miklir vatns- og ísstrókar eru sjáanlegir sem spúa efni langt inn í geim. Enkeladus vatnshnötturinn er sagður hafa eðlismassa sem svarar til rúmlega 1,5 sinnum hærri en eðlismassi vatns og er hann líklega samansettur af vatni, grjóti og steinefnum.

Ef þú átt nokkurn tíma tök á að horfa á Satúrnus í gegnum stjörnusjónauka – allir ættu að prófa það – vertu tilbúinn til að verða innblásinn, ekki einungis af fegurð hringja Satúrnusar, heldur einnig vegna þeirrar staðreyndar að þeir eru nánast eingöngu búnir til úr vatni!

Gosbrunnar hafa merkilega sögu að segja – einnig á jörðinni okkar!

Vatn, vatn út um allt

Vatn, vatn út um allt (Water, Water Everywhere) er titill greinar í febrúar 1999 útgáfu af Sky & Telescope tímaritinu. Það er saga um geimfara sem finna vatn, eins og það er sagt – út um allt. Það er í raun erfitt fyrir stjörnufræðinga að horfa út um allt, án þess að finna vatn. Sem er undravert í ljósi þess að við ættum ekki að finna svona mikið af því samkvæmt miklahvells-falskenningunni sem talar um yfirgnæfandi vetni í alheiminum. Vetni en ekki vatn er sagt vera algengasta efnið. En raunveruleikinn blasir við okkur:

Hinn aðlaðandi blái litur jarðarinnar sem vatnið myndar úr meirihluta yfirborðs hennar hefur alltaf verið greinilegt einkenni plánetunnar okkar. En þegar stjörnufræðingar horfa nánar á restin af sólkerfinu okkar og lengra, komast þeir að þeirri niðurstöðu að Jörðin er ekki eins einstæð eins og haldið hefur verið. Vatn, eitt af algengustu sameindum alheimsins, birtist næstum alls staðar þar sem við leituðum: á tunglinu, Mars, Júpíter, Satúrnusi, Úranusi og Plútó, á mörgum tunglum þessara reikistjarna, í halastjörnum og loftsteinum, í sólinni og ef til vill á Merkúríusi, alls staðar í geimnum og mjög líklega á reikistjörnum í kringum aðrar stjörnur. (Surfing the Solar System, It‘s wetter than you think, Michael Milstein, Air & Space, des. 1997/jan. 1998, bls. 56).

Það virðist eins og að menn séu að finna vatn alls staðar. Þessi grein var skrifuð 1997 en síðan þá hafa stjarneðlisfræðingar verið að finna meira og meira af vatni með hverju gervitungli sem sent er upp í geim. Meira vatn, ekki vetni. Í annarri grein í Sky & Telescope fimm árum síðar lesum við nánast sömu orðin:

Vatn, vatn út um allt                                                                                       Til þessa hefur SWAS rannsakað halastjörnur, lofthjúp Mars, Júpíter og Satúrnusar auk um 120 sameindaský, útvalið aðallega vegna áhugaverðs eðli rafsegulbylgna sinna. Alveg eins og ISO hefur SWAS fundið „vatn, vatn út um allt“, segir Melnick, rannsóknarstjóri verkefnisins. (Searching for the Molecules of Life in Space, Steve Nadis, Sky & Telescope, janúar 2002, bls. 32).

Í ljósi hins mikla magns af vatni í geimnum og að það hafi verið fundið á svo mörgum stöðum, þá myndi venjulegt fólk halda að vatn myndi verða að aðal umræðuefni í stjarnefnafræði og í rannsóknum um myndun stjarna og reikistjarna. Því miður er það ekki tilfellið.

Vatn í stjörnunum

Alfræðiorðabók á netinu (hlekk sjá hér) segir að vatnssameindir skapa "bjartasta litrófslínu í rafsegulbylgjum alheimsins":

Menn hafa einnig fylgst með meysi-líkar örvandi losun í náttúrunni úr miðgeimnum og er oft kölluð "ofurgeislandi losun" til þess að greina það frá meyserum rannsóknarstofa. Vatnssameindir á stjörnumyndandi svæðum geta gengist undir umhverfingu þýðis og losa út geislun á um það bil 22,0 GHz og skapa þar með bjartasta litrófslínu í rafsegulbylgjum alheimsins.

Þó svo að þessar upplýsingar séu ekki endilega nýjar, þá eru þær ekki almennt þekktar. Það sem er þó verra er að nútíma vísindi hafa ekki lagt saman tvo og tvo til að komast að því hvers vegna vatn hafi svo bjarta litrófslínu og hvers vegna það er svo lítið af vetni og súrefni í miðgeimnum í samanburði við vatnssameindir, einkum þar sem stjörnumyndanir eiga sér stað.

Vatnið kom fyrst, ekki vetni, ekki helín, nitur eða súrefni. Þetta er ástæðan fyrir því að við finnum vatn, hvert sem við lítum, jafnvel í litrófi stjarna:

Heitar vatnssameindir eru mikilvægasta uppspretta innrauðs ógagnsæis litrófs súrefnisríkra seinni-gerða stjarna. Vatn er sérstaklega áberandi í litrófi rauðs risa-breyistjörnu og í öðrum köldum stjörnum af M-gerðinni. (Water on the Sun, L. Wallace og fleiri, Science, Vol. 268, 26. maí 1995, bls. 1155).

Uppgötvun vatns í litrófi stjarna var merkileg uppgötvun en enn merkilegra er hlutverk vatns í stjörnumyndunum. Greinin Water´s Role in Making Stars í tímaritinu Science (nóvember 2000) hefst með þessum orðum:

Vatnssameindin gegnir undirstöðu hlutverki á frumstigum stjörnumyndana.

Þetta er stórmerkilegt! Ekki stendur þetta í kennslubókum um stjörnufræði.

Hvað með sólina okkar, hún er jú stjarna. Ef til vill kemur það ekki á óvart fyrir marga en það er vatn á sólinni! Hvernig getur þetta verið?

Ég ætla ekki að þræða smáatriðin hér en uppi stendur að vatn eigi alls ekki að finnast á sólinni samkvæmt öllum kenningum en mælingar sýna þó annað. Það fannst vatn þar og þarf nú að taka tillit til þess í öllum stjörnulíkönum. Reyndar þurfa allar stjörnufræðikenningar að líta á vatn sem undirstöðuefni í kenningum sínum. Auðkenning og greining mikils magns af vatni í stjörnum þykir ekki lengur vera nýjar fréttir en samt hefur þessi uppgötvun ekki hvatt til rannsókna eða þróun nýs "vatnslíkans" í myndun stjarna og reikistjarna.

Vatn í alheiminum

Jörðin sem vatnspláneta, kom til úr vatni - það sama gildir um reikistjörnurnar, tungl og önnur himintungl. Jafnvel stjörnurnar sjálfar komu til úr vatni. Vegna þess að vatn er til í svo miklu magni í alheiminum, ættum við að búast við að geta séð það alls staðar þar sem við lítum, allt frá öðrum reikistjörnum í okkar sólkerfi í ytra sólkerfið og áfram inn í alheiminn. Hingað til hefur lotukerfið verið forsendan til þess að ætla að vetni sé algengasta frumefni alheimsins. Það hefur verið lagt til að það sé efnið sem öll önnur efni hafa myndast úr. En þökk sé að hluta til nýrrar tækni sem hefur þróast síðustu ár, þá erum við í þann mund að afhjúpa það sem raunverulega er algengasta sameindin í alheiminum og einnig hinn sanna uppruna alls efnis.

Charles Townes var með í að finna upp hinn svokallaða meysir, eða örbylgjuleysir. Enska orðið maser er búið til úr örbylgju (e. microwave) og leysir (e. laser) og á svipaðan hátt varð hið íslenska heiti til. Þetta tæki er notað til að safna útslög á örbylgjutíðni. Townes var einnig upphafsmaður litrófsfræðinnar sem notar örbylgjur og var hann frumkvöðull í rannskóknum á gasskýjum í vetrarbrautum og í kringum stjörnur. Rannsóknir hans leiddi til uppgötvana á stjarneðlisfræðilegum meysi, eða náttúrulegum uppruna af örbylgjuorku í geimnum.

Joseph von Frauenhofer var fyrstur manna til að kortleggja róf sólarinnar snemma á 19. öld. Í litrófinu komu fram svartar línur, eða liti sem vantaði inn á milli. Hann merkti þessar svörtu línur með bókstöfum og kallaði þær gleypnilínur en þær svara til bylgjulengda sem eru "gleyptar" af mismunandi efnum. Auðvelt var að koma auga á vetni sem gleypti mest og þar af leiddi að það efni var til í meira magni en annað. Þessi athugun leiddi til þess að vísindamenn trúðu því að vetni væri algengasta frumefni alheimsins. Í dag er þessi falskenning kennd sem hún væri staðreynd í öllum kennslubókum.

Þegar nú Townes uppgötvaði hina náttúrulegu meysi, gaf það honum þann kost að greina efni í alheiminum, sem hann og gerði. Ef vetni væri algengasta frumefnið, þá ætti hann að geta greint það auðveldlega með meysirnum sínum. Þetta er það sem hann fann:

Hvaða sameindir ættum við að leita eftir næst? Það voru engin augljós og auðveld viðfangsefni... Vatn hafði litrófslínu mjög nálægt því ammoníaki sem við höfðum fundið, en örvun vatnsorkustigsins sem framkallaði þessa bylgjulengd myndi taka verulega hærri þéttni og hærri hitastig en það sem þótti líklegt í gasskýi, jafnvel eftir nýju niðurstöðurnar frá ammoníaki. Engu að síður hugsaði hópurinn minn... við gætum allt eins leitað að vatni. Hver veit hvað meira óvænt gæti gerst. Og það gerðist - vatnslínan kom upp. Við fundum fyrsta vatnið okkar í Sagittaríus B2, á sama stað og við fundum fyrst ammoníak.

Eftir að vatn kom upp í Sagittaríus B2, vildum við auðvitað leita að öðrum stöðum til að sjá hvort vatn væri algengt. (How the Laser Happened - Adventures of a Scientist: Charles H. Townes, Oxford Universtiy Press, 1999).

Townes lýsti viðbrögðum vinnufélags síns á þennan hátt:

Það hlýtur að rigna á Óríon! Hún hefur mjög sterka vatnslínu. Hann hafði fundið vatn, fullt af því. Óríon vatnslínan var 20 sinnum sterkari en sú fyrri, miklu hærri en við áttum von á.

Rannsakendum kom þetta svo mikið á óvart að þeir endurtóku tilraunina með stærra 26 m löngu loftneti til þess að sannfæra sig, en þeir fundu bara ennþá meira vatn.

Samkvæmt miklahvells-falskenningunni ættu vetni og helín að vera til í miklu meira magni en vatn, en svo er ekki.

Hvaða frumefni er algengast í alheiminum, byggt á útslagi geimgeislunar? - Vatn!

Ekki örvænta þó ég kalli vatn frumefni. Það er frumefni í þeim skilningi að það er byggingarefni á öllu öðru. Þó að vatnssameindin sé byggð úr vetni og súrefni, þá er ekki hægt að búa til vatn úr þeim tveimur efnum. Hver hefur verið í efnafræðikennslu þar sem kennarinn blandar saman súrefni og vetni saman og úr verður vatn? Einmitt. Enginn.

Skilningur okkar á því magni vatns í alheiminum mun breyta hugsunarhætti okkar um uppbyggingu okkar eigin jarðar.

Kúlulaga hnettir

Við öll þekkjum að jörðin er skipt í fleka og að þeir séu að reka. Á Íslandi tölum við um að flekaskilin sem fara beint þvert í gegnum landið opnist eða með öðrum orðum að flekarnir tveir sem eiga í hlut reka frá hvorum öðrum árlega um 2 cm. Kennt er í skólum að þeir fljóti á heitri kviku.

Tveir megin þættir í þessu eru hárréttir. Annars vegar að flekar hreyfast í mismunandi stefnu enda er það mælanlegt. Hins vegar að flekarnir, það er að segja jarðskorpan, fljóti á vökva. Það hefur einnig verið sýnt með jarðskjálftamælingum. Það er rétt, jarðskorpan er á floti! Þetta leiðir okkur að eftirfarandi grundvallar spurningar:

Á hverju fljóta flekar jarðarinnar?

Ég kem að þessari spurningu síðar en snúum okkur að spurningunni um vatn jarðarinnar - stór spurning í nútíma vísindum er hvaðan það kom. Lagt hefur verið til að það hafi komið með halastjörnum en í raun hafa menn ekki hugmynd um það. Ég myndi hins vegar snúa spurningunni við og spyrja: Hvaðan kemur bergið sem sumir hnettir hafa?

Titill þessarar færslu er "Kúlulaga hnettir". Hvers vegna eru allar reikistjörnur og flest tungl kúlulaga? Ég held að allir séu sammála um að svarið liggi í því að í árdaga hnattarins hafi hann verið í fljótandi formi. Vökvi. Vísindi tala um aðsóp loftsteina (hvaðan komu þeir, úr gamalli sól?) sem hafa myndað heitan og fljótandi hnött sem hafi síðan kólnað en jörðin þó ekki að innan, jafnvel eftir 4,5 milljarða ára!

Þetta stenst alls ekki en hins vegar er það rétt að jörðin hafi í árdaga verið í fljótandi formi. Eftirfarandi stuttmynd sýnir vatnskúlu í þyngdarleysi.

Í fyrstu andrá virðist hugmyndin um "vatnsplánetu" eða að pláneta mynduð úr vatni vera fjarstæðukennd. Á hinn bóginn þarf bara stutta ígrundun til að sjá að það er enginn annar kostur, alveg sama hversu fjarstæðukennt það megi virðast fyrst. Hugmynd Kópernikusar og stuðningur Galíleós um að jörðin snúist um sólina var einu sinni talið fjarstæðukennt, jafnvel guðlast þegar fyrst var talað um það. Vissulega kemur kúlulögun jarðarinnar vegna vökvaforms og innviðir jarðarinnar eru einnig fullir af vökva. Við höfum séð að það er enginn vísindaleg sönnun fyrir tilvist kviku. Það gefur okkur ekki marga kosti.

Næstu færslur munu smám saman sýna sannanir fyrir Vatnplánetulíkaninu.

Úr kvikuplánetu í vatnsplánetu

Allsstaðar þar sem við horfum í kringum okkur er vegsummerki um vatn. Svipað er að sjá á öðrum plánetum og tunglum í sólkerfinu okkar og menn hafa eytt töluverða fjármuni og tíma í að reyna að uppgötva vatn í alheiminum. Reyndar var ástæðan fyrir slíkri fyrirhöfn sú að uppgötva mögulegt líf en ekki til að skilja betur hvernig berg og plánetur voru gerðar.

Á vísindaráðstefnu í La Jolla, Kaliforníu í febrúar 2004 var m.a. rætt um innviði jarðarinnar. David Stevenson skrifaði eftirfarandi í þá umræðu í Nature tímaritinu (apríl 2004):

Sagan um hvernig innviðir jarðarinnar þróuðust og hvernig hún útskýrir marga þætti um eðli jarðarinnar er áfram óþekkt. Að taka vatn með í reikninginn gæti vel hjálpað til við að útskýra miklu meira.

Stevenson dregur þessa ályktun:

Frá kynningunum og umræðunum sem fylgdu meðal áhanganda bergplánetu að dæma, þá er augljóst að við þurfum betri þekkingu á ferlum sem stjórna jarðarsögu í dýpi hennar og efnisbreytur þær sem stjórna þeim ferlum áður en nokkurs konar "hefðbundið líkan" er smíðað...

Hann heldur áfram að segja:

Við þekkjum ekki heildarmagn vatns í möttlinum (þó svo að það sé að minnsta kosti sambærilegt við höf jarðarinnar) eða þann hraða sem þetta birgðarhólf er fyllt og endurnýjað. Engu að síður sýnir tilkoma ögrandi hugmynda um viðfangsefnið vaxandi vilja til að takast á við helstu spurningar um hið gríðalega mikla vatn innan í jörðinni.

Ef til vill hitti Stevenson áafvitandi naglann á höfuðið með því að skilja að án þess að hafa "betri þekkingu á ferlum sem stjórna jarðarsögu í dýpi" jarðarinnar getur ekkert "hefðbundið líkan" verið smíðað.

Kvika er botngata og teikn eru á lofti að sumir séu að efast um sannleiksgildi hennar. Í grein frá 2002 í tímaritinu Geology undir heitinu A cool early Earth draga jafnvel vísindamenn tilvist um höf af kviku í efa:

Eðli og tímasetning og jafnvel tilvist hafa af kviku er óviss.

Við getum búist við meiri og meiri viðhorf sem þessi, þegar hið sanna eðli jarðarinnar kemur æ meira í ljós. Í tilfærslunni frá gömlu hugmyndafræðinni um kvikuplánetu í plánetu byggða á vatni, mun vatnsplánetulíkanið fela í sér að kasta burt gamla kreddu til að gera pláss fyrir nýjan sannleik. Kreddan um kviku, eða kreddukvikan eins og ég ætla að kalla hana, er langvarandi kenning og hugmyndafræði um hefð jarðfræðinnar byggða á kviku. Þessi kreddukvika hefur verið ábyrg fyrir hömlun á jarðfræðilegum uppgötvunum í rúma öld.

Kreddukvika: kreddan um kviku.

Stuttu fyrir hina umræddu vísindaráðstefnu í Kaliforníu, hittust þátttakendur frá 12 löndum í Hveragerði sumarið 2003 á Penrose ráðstefnu til að ræða um hvers vegna kvikulíkanið sé ekki að virka:

Rúmlega 60 jarðfræðingar, jarðeðlisfræðingar og jarðefnafræðingar frá 12 löndum komu saman til að ræða þá grundvallar sönnun sem heftir uppruna eldgosa... Þessi fundur var mikilvægasta samkoma sem nokkru sinni hefur verið haldin af vísindamönnum sem vinna að öðru gangverki um óeðlilegar eldstöðvar. (Plume IV: Beyond the Plume Hypothesis, Tests of the plume paradigm and alternatives, Gillian R. Foulger, James H. Natland og Don L. Anderson, Scientific report: GSA Today, Penrose Conference, 14, 2004).

Því var haldið fram að þetta hafi verið í fyrsta skipti sem stór hópur af jarðvísindamönnum kom saman til að reyna að skilja uppruna eldstöðva. Þeir gerðu sér grein fyrir vandamál hinna heitu reita og þeirrar forsenda að þeir fengu hita sinn úr möttli jarðarinnar. Ræðumenn fundarins sögðu að "mælingar á varmastreymi gæfu engar vísbendingar" fyrir þessu og raunverulega sönnuðu það vera rangar forsendur:

Því er almennt haldið fram að "heitir reitir" séu heitir. Þeir eru heitir í þeim skilningi að eldsumbrot eiga sér stað á yfirborðinu, en mikilvægur punktur er hið afstæða mögulega hitastig í möttlinum fyrir neðan. Þrír fundir einblíntu á þessi tvísýnu efnisatriði. Mælingar á varmastreymi í sjó gefa varla vísbendingar um hækkað varmaflæði við "heita reiti". Tvö stórkostleg dæmi um þetta eru Havaí og Ísland þar sem mælingar á varmastreymi gefa enga vísbendingu um hækkað hitastig neðar í jarðskorpunni. Slíkar niðurstöður eru algengar á "heitum reitum".

Frá þessari mikilvægu samkomu vísindamanna, hver og einn að vinna að annarri úrlausn til að styðja kvikulíkanið, kom eftirfarandi mikilvægi nýi skilningur í ljós:

Ýmsir þættir eldvirkni í Kyrrahafi virðast þurfa ný líkön.

Þetta gæti hafa orðið augnablik innblásturs, þar sem skorað væri á gamla hugmyndafræði og henni hent út og ný innsýn kæmi fram til að takast á við gömul vandamál. Vísindamenn að vinna saman að því að skilja eðli og uppruna eldstöðva segja:

Þessi Penrose ráðstefna sameinaði í fyrsta sinn vísindamenn sem enn keppast við að skilja grundvallar uppruna eldstöðva. Hin fulla vídd umliggjandi hugmynda á þessu sviði sem enn er á frumstigi var lögð fram, rædd, gagnrýnd og ögruð. Einblínt var á vandamál, þarfir og verkefni sem framundan eru. Við erum í upphafi langs og spennandi ferðalags.

Vatnsplánetulíkanið er hið nýja líkan, en vísindamennirnir sem leituðust við að skilja grundvallar uppruna eldstöðva jarðarinnar voru of kaffærðir í kreddukvikunni til þess að geta gert þetta stökk. Fyrir alla þá sem þora að líta framhjá kreddukvikunni til að læra um hina sanna innviða jarðarinnar, þá ætti þetta Alhliða líkan að vera "upphaf langs og spennandi ferðalags"!