Fysikk og Fascinasjon

en blogg om ny og gammel forskning, og om den fantastiske naturen


Legg igjen en kommentar

Mennesket som geologisk drivkraft

Her er det geologiske kretsløpet:

Stein blir til når sedimenter blir begravet og utsatt for høye trykk og temperaturer. Platetektonikk og vulkanisme presser stein opp til jordas overflate. Her blir steinen forvitret (kjemisk endret i møte med vann) og erodert (slitt ned) av vann, vind og is. Erodert materiale transporteres (av vann, vind og is) til havbunnen der det med tiden blir begravet og igjen blir til stein. Og så videre.

De geologiske drivkreftene som opererer på jordas overflate er altså vann, vind og is.

Og mennesker.

Her kommer noen tall

Det er vanskelig å finne de riktige tallene når man skal få med seg alt som skjer på jorda, men i følge Hooke (1994) frakter elvene 14 milliarder tonn løsmasser til havene hvert år.

Til sammenligning flytter mennesker hvert år 30 milliarder tonn (dette er også data fra 1994) løsmasser rundt på jordoverflaten for å bygge veier og bygninger og for å drive gruver.

30 milliarder tonn er mengden av løsmasser som folk flytter på med vilje. I tillegg fører jordbruk til en enorm økning i erosjon. I 2007 beregnet Wilkinson og McElroy at elvene frakter 21 milliarder tonn “naturlig” sediment (altså et høyere overslag en Hooke, men 21 er fortsatt mindre enn 30) og 75 milliarder tonn “menneskeskapt” sediment som skyldes jordbruk.

Om vi skulle samle sammen alle løsmassene som mennesker har flyttet på i løpet av de siste 5000 år, ville vi kunne bygge en fjellkjede som er 4000 meter høy, 40 kilometer bred og 100 kilometer lang.

Fortsetter den menneskelige aktiviteten å øke i samme takt som nå, vil vi kunne doble størrelsen av denne fjellkjeden på bare 100 år.

Mountaintop removal mining, West Virginia. Bilde:  Dennis Dimick/Flickr/CC license

Mountaintop removal mining, West Virginia. Bilde: Dennis Dimick/Flickr/CC license

Menneskenes tidsalder på den geologiske skalaen

Mennesker står altså for en betydelig større del av utformingen av jordoverflaten enn hva naturlige prosesser gjør, i dag. Slike tall er noe av grunnen til at en rekke forskere mener at vi nå er inne i en ny geologisk tidsalder, som de vil kalle Anthropocene. Diskusjonen pågår fortsatt om hvilken geologisk signatur som skal markere overgangen fra Holocene: Sporene av radioaktivt nedfall etter prøvesprengningene på 50-tallet? De økte CO2-nivåene i atmosfæren da jordbruket tok fart i Europa rundt år 900? Eller hva med det store fallet i globalt CO2-nivå i starten av 1600-tallet, som skyldes skogvekst etter at nærmere 50 millioner amerikanske bønder døde etter at europeerne ankom?
Advertisements


Legg igjen en kommentar

Hvordan en tornado oppstår, og hva det har med kakao å gjøre.

Etter den ekstreme tornadoen som herjet i Oklahoma forrige uke fikk jeg lyst til å skrive om hvordan tornadoer blir til, men så ble jeg altså så fascinert av dette med adiabatisk nedkjøling at jeg ble nødt til å skrive om kakao først. Her kommer altså tornadohistorien.

Jeg har dessverre (?) ingen tornadobilder jeg har tatt selv, så dette bildet er fra Wikipedias side om tornadoer.

Jeg har dessverre (?) ingen tornadobilder jeg har tatt selv, så dette bildet er fra Wikipedias side om tornadoer.

Hvordan har det seg egentlig at så mye faenskap kan klumpe seg sammen på en plass i lufta, og fyke rundt og gjøre skade?

Vanligvis er det jo sånn at ting har en tendens til å spre seg utover. Rot, for eksempel. Det er veldig lett å få et gjevnt lag med lego i hele stua, men det krever mer innsats å få den tilbake i kassa. Vind pleier å ha den samme effekten: Har du raket sammen en svær haug med løv og overlater den til seg selv, vil den etterhvert være spredt (for alle vinder!). Vinden kommer ikke og samler sammen løvet for deg. Men når en tornado oppstår er det akkurat som om vinden samler seg på et sted, ikke for å rydde i hagen, men for å gjøre mest mulig ugagn.

Det er egentlig sånne prosesser som gjør planeten vår til det spennende stedet den faktisk er. Hadde alt bare spredt seg utover, hadde jorda vært flat og grå. Noen ganger fungerer heldigvis naturen sånn at en ting på ett sted fører til mer av den samme tingen på det samme stedet. Dette kalles for en selvforsterkende prosess, eller en ustabilitet. Rennende vann er et typisk eksempel. Når vannet har fått begynne å grave ett sted, gjør det at det blir lettere for mer vann å renne akkurat der, så får du gravd bort mer, du får mer vann, og vips har du fått ett nytt elveleie.

For å danne en tornado er vi nødt til å ha en eller flere selvforsterkende prosesser. Vi må også ha en kilde til energi. Hus kan ikke bli ødelagte helt av seg selv.

På jordoverflaten er det nesten alltid sola som står for energien. Når flomvann gjør ødeleggelser har sola først brukt energi på å flytte vann fra havet og høyt opp på land. Det er denne energien vannet kan bruke til å flytte hus når det renner nedover mot havet igjen. Energien som skal brukes i tornadoen ligger lagret i varm, fuktig luft ved bakken. Da lufta lå over Mexicogulfen, brukte sola energi på å rive vannmolekyler løs havoverflaten og sende dem opp i lufta. Dette er energi som kan bli frigjort om vannmolekylene setter seg sammen og blir til flytende vann igjen. Sola har også brukt energi på å varme opp lufta, både da den lå over havet og etter at den flyttet seg nordover og ble liggende over prærien i Oklahoma.

I Oklahoma møtes ofte denne varme, fuktige lufta sørfra med tørr, kjølig luft fra nord. Kald luft er tyngre enn varm luft, så når den kalde lufta flytter seg sørover, sklir den langs bakken og dytter den varme lufta opp.

Når den varme lufta stiger oppover, kommer den etterhvert opp i luft som har mindre trykk enn den selv. Og akkurat som når lufta du blåser med munnen blir kald fordi den utvider seg, bruker denne lufta en del av den varmeenergien den har fått fra sola til å utvide seg og dytte vekk lufta rundt seg, og den blir kaldere. Kald luft har ikke plass til like mye vanndamp i seg som det varm luft har. Når lufta blir avkjølt, begynner vannmolekylene å klumpe seg sammen på ørsmå partikler og bli til vanndråper. Da frigjøres energien som ble brukt til å fordampe vannet over havet, og den energien gjør at lufta blir varmere, igjen. Når den blir varmere, blir den igjen lettere enn lufta rundt seg – og den stiger videre oppover. Den kan selvfølgelig ikke bare stige opp og etterlate seg et tomrom, så lufta lenger ned blir trukket oppover. Dette er altså en selvforsterkende mekanisme. Luft stiger, vanndråper dannes, lufta stiger mer, trekker med seg mer luft, som igjen utvider seg og lager vann og vil stige, og trekker mer, og så videre.

Når vanndråpene som dannes blir store nok vil de begynne å dette ned som regn. Dette vil etterhvert avkjøle lufta og bakken under slik at mekanismen som løfter luft oppover stoppes. Men, om det er litt vind høyt oppe som dytter regnet vekk fra den stigende lufta, vil du få en sirkulasjon der luft stiger opp ett sted, og regn detter ned et annet sted. Er det i tillegg sånn at vinden blåser litt fortere på den ene siden enn den andre, kan dette systemet begynne å rotere. Da blir det omtrent som en snurrebass – har du først fått noe til å begynne å snurre, er det ikke så lett å stoppe det. Og nå kan situasjonen bli virkelig farlig. Luft suges inn fra sidene og oppover, kald luft og regn faller ned på sidene, det hele roterer og flytter seg og kan suge med seg hus, biler, kuer og trær når det farer forbi. Jo mer varm og fuktig luft som er tilgjengelig langs bakken, og jo tørrere og kaldere lufta rundt er, jo lengre kan tornadoen holde på.

Det som gjør tornadoen synlig er vanndråpene som er kondensert i den kalde lufta, akkurat som i en sky. Nederst ser man selvfølgelig også støv som blir virvlet opp.


2 kommentarer

Flom og ødeleggelser

Nå er det mye vann over alt!

Problemene med vann oppstår når det blir mye av det, og spesielt når det renner fort. Jo fortere vannet renner, jo vanskeligere er det å stoppe det eller få det til å svinge unna. Når det kommer en mengde vann rennende mot en parkert bil, så kan vannet velge å svinge rundt bilen, eller det kan fortsette rett fram og ta bilen med seg. Om hastigheten til vannet er stor nok, koster det mer energi å svinge unna enn det gjør å ta bilen med seg. Siden naturen er gjerrig velges den billigste løsningen, og bilen får seg en tur nedover elva.

Når det er flom finner ofte vannet nye veier å renne. Kanskje har elva i alle år vært nødt til å svinge rundt en voll. Plutselig er vannstanden blitt høyere, og noe vann finner en vei å renne over toppen av vollen. Det rennende vannet graver med seg litt jord og sand. Da blir det lettere å renne der, og mer vann kommer til. Mer vann, høyere hastighet, og så blir vannet i stand til å ta med seg grusen under i tillegg. Dette forsterker seg til hele elva kommer rennende ned gjennom sentrum og tar med seg alt som står i dens vei.

Elva renner gjennom Kvam sentrum. Foto: Dag W. Grundseth, Aftenposten

Elva renner gjennom Kvam sentrum. Foto: Dag W. Grundseth, Aftenposten

Egentlig så pleier ikke vannet å begynne med å grave seg gjennom en demning fra toppen. Tenk deg en demning som består av jord, grus og stein, som holder en mengde med vann bak seg. Trykket er høyest nederst i vannet, og trykket her blir større når vannstanden blir høyere. Det er vanskelig å presse vannet gjennom demningen, men det er ikke umulig. Noen små sprekker og hull går det an å finne veien gjennom. Når trykket bak demningen blir høyt nok, begynner noe vann å piple gjennom nederst i demningen. På utsiden, der vannet kommer ut i det fri, greier det å grave løs litt jord eller sand. Da blir veien for vannet som kommer bak litt kortere, det er altså litt lettere for vannet å komme gjennom, og det gjør at hastigheten kan øke litt. Så graver vannet ut litt til, og gravingen fortsetter, i raskere og raskere tempo. Det som først så ut som uskyldig pipling på utsiden av demningen blir til et hull som utvider seg, fra utsiden, helt til det bryter gjennom og hele demningen kollapser.

Dette er gjerne mekanismen som får veier til å kollapse. Vannet vil fra den ene siden av veien til den andre, og enten hadde det ikke noe rør å renne gjennom, eller så var røret blitt for lite. Da begynner det først å sildre gjennom, og grave med seg mer og mer grovkornet fyllmasse fra den andre siden av veien, helt til det ikke er noe igjen til å holde asfalten oppe og den knekker og faller ned i hullet. Yr.no har lagt ut en fantastisk film som viser hvordan riksveg 3 ved Atna kollapser. Røret som gikk under veien var blitt for lite, og vannet har gravd ut alt så asfalten henger i løse lufta. En sprekk oppstår i asfaltdekket, og den vokser raskere og raskere – og så raser hele veien ned. (mannen med gravemaskin og mobiltelefon ser forbløffende rolig ut.)