Mokslo sriuba: Geologija – kas tai?
Geologija - mokslas apie Žemę, jos sandarą, istoriją, procesus, vykstančius jos viduje ir paviršiuje. Tai itin plati mokslo sritis, apimanti daugybę disciplinų - nuo mineralogijos ir paleontologijos iki tektonikos ir hidrogeologijos. Geologija padeda mums suprasti, kaip susiformavo mūsų planeta, kokie procesai ją nuolat keičia, ir kaip Žemės ištekliai gali būti naudojami tvariai. Geologija keičia požiūrį į pasaulį ir daro žmogų laimingą.
Geologijos svarba visuomenei
Geologija nėra tik akademinis mokslas. Ji turi didelę praktinę reikšmę visuomenei. Geologijos žinios naudojamos:
- Ieškant ir išgaunant naudingąsias iškasenas: Geologai ieško naftos, dujų, metalų, akmens anglių ir kitų išteklių, kurie yra būtini šiuolaikinei visuomenei.
- Statybos ir inžinerijos projektuose: Geologiniai tyrimai padeda nustatyti tinkamiausias vietas statyboms, keliams, tiltams ir kitiems inžineriniams statiniams, įvertinant grunto stabilumą, seisminį aktyvumą ir kitus geologinius pavojus.
- Aplinkosaugos srityje: Geologija padeda suprasti ir spręsti aplinkosaugos problemas, tokias kaip grunto ir vandens užteršimas, erozija, nuošliaužos ir klimato kaita.
- Gamtosaugos srityje: Geologija padeda suprasti, kaip saugoti gamtos paveldo objektus, tokius kaip unikalios geologinės formacijos, urvai ir fosilijų radimvietės.
- Prognozuojant ir mažinant gamtinių pavojų riziką: Geologai stebi seisminį aktyvumą, ugnikalnių išsiveržimus, nuošliaužas ir kitus gamtinius pavojus, siekdami prognozuoti jų įvykius ir įspėti visuomenę.
Geologijos istorija: nuo biblinių įsitikinimų iki šiuolaikinio mokslo
Žmonių susidomėjimas Žeme ir jos istorija siekia gilią senovę. Tačiau geologija kaip mokslas pradėjo formuotis tik XVII-XVIII amžiuose. Iki tol vyravo religiniai įsitikinimai apie Žemės amžių ir jos sukūrimą.
Biblinės Žemės teorija
Dar viduramžiais Biblijos tyrinėtojai bandė surasti mažas užuominas Šventajame Rašte, prieš kiek metų buvo ta ketvirta diena. Senajame testamente teigiama kad Adomas buvo sukurtas penktą dieną, po 2000 metų gimė Abraomas, kuris nugyveno dar apie 2000 metų, o tada gimė Kristus, tad pagal Bibliją, Žemė buvo sukurta 4004 metais prieš Kristų. Šie skaičiavimai geriausiai žinomi iš Džeimso Ussher (1581-1656) ir Džono Lightfoot (1602-1627) knygų. Biblijinės Žemės, arba dažnai dar vadinamos „jaunos Žemės“ teorija moksle buvo gaji iki pat XX amžiaus (Didžiojoje Britanijoje iki XIX amžiaus pirmos pusės; Rudwick, 1985).
Pirmieji moksliniai tyrinėjimai
Vienas pirmųjų mokslininkų kvestionavęs biblinį Žemės amžių buvo Robertas Hukas (1635-1703), suformulavęs, vėliau jo vardu pavadintą dėsnį, aprašantį įtemptą spyruoklę veikiančias jėgas. Robertas Hukas kaip daugelis to meto mokslininkų domėjosi ir geologija. Jis buvo pirmasis supratęs, jog pietų ir šiaurės polių padėtis kinta, nors vienareikšmiškų įrodymų surinkti jam ir nepavyko (Montgomery, 2004). Garsiausiojoje knygoje „Micrographia“ Hukas pateikė fosilijų piešinius (pav. 2). Jo nuomone, fosilijos buvo vienareikšmis įrodymas, kad Žemėje vyko masiniai gyvybės išmirimai (Gribbin ir Gribbin, 2012). Žemės plutą anot jo veikė vertikalūs judesiai, dėl kurių susidarė kalnai ir įdubos, o išmirimai vyko dėl ugnikalnių išsiveržimų bei žemės drebėjimų.
Taip pat skaitykite: Pinigų spausdinimo technologijos ateitis
Panašiu metu, Danijoje, anatomas ir geologas Nikolas Steno (1638-1686), suformulavęs pagrindinius stratigrafijos principus, priėjo prie panašių išvadų kaip Hukas (Bahsi et al., 2018). Steno buvo itin religingas dėl to tapo katalikų vyskupu (Bahsi et al., 2018), tad anot jo, uolienų sluoksniai, kuriuose randamos fosilijos, turėjo susidaryti po vandeniu biblinių potvynių metu, o fosilijos - tuometinės gyvūnijos liekanos (Gribbin ir Gribbin, 2012). Jo idėjos skyrėsi nuo Huko, bet kėlė tą patį klausimą: kiek laiko vystėsi Žemė?
Steno idėjas toliau vystė šiuolaikinės taksonomijos pradininkas Karlas Linėjus (1707-1778). Anot jo, biblijoje aprašomas potvynis negalėjo trukti pakankamai ilgai, kad galėtų paaiškinti visą fosilijų įvairovę. Linėjaus nuomone, pradžioje visa Žemė buvo padengta vandeniu, kuris po truputį atsitraukinėjo ir suformavo sausumas su sluoksniais kuriuose randamos jūros gyvūnų fosilijos (Lundqvist, 2007). Linėjus buvo įsitikinęs kad 6000 metų biblinės Žemės teorija yra klaidinga, bet nenorėjo užsitraukti bažnyčios rūstybės ir viešai šių idėjų neskelbė.
Neptūnizmas ir plutonizmas
XVIII amžiaus pabaigoje geologijoje susiformavo dvi pagrindinės mokyklos: neptūnistai ir plutonistai. Neptūnistai, vadovaujami Abraomo Vernerio (1749-1817), teigė, kad visos uolienos susiformavo iš vandens, o Žemės pluta susidarė pamažu, mineralams susiformuojant iš vandens. Plutonistai, vadovaujami Džeimso Hutono (1726-1797), teigė, kad uolienos susiformavo iš magmos, o Žemės gelmėse vykstantys procesai yra pagrindinė jėga, formuojanti planetos paviršių.
Vernerio požiūris į uolienas, ne vien kaip į iš tam tikrų mineralų sudarytą kūną, o tam tikru metu susidariusį objektą, pakeitė požiūrį į geologiją. Pagrindinė jo skelbta idėja buvo, jog visa pluta susidarė pamažu, mineralams susiformuojant iš vandens. Jis suskirstė uolienas į penkias grupes pagal amžių, pirmajai iš jų priskyręs granitą. Taip jau nutiko, kad apylinkėse kur gyveno Verneris granitai dažniausiai aptinkami žemiau kitų uolienų. Pagal Vernerį Žemė pradžioje buvo apsemta biblinio tvano, tad ši geologijos mokykla tapo plačiai žinoma kaip neptūnistų.
Hutonas buvo kone pirmasis matęs Žemę kaip vientisą darnią sistemą, bei dažnai ją vadino „mechanizmu“ ar „mašina“. Jo garsiausia knyga, „Žemės teorija“ išleista 1795 metais, likus dviem metams iki jo mirties (Pav. 3). Pagrindinė Hutono idėja buvo tai, kad paaiškinti kaip Žemė atrodo dabar, Bibliniai potvyniai, galingi žemės drebėjimai ar panašios katastrofos nėra reikalingos. Jis manė, jog ilgai trunkantys palaipsniui vykstantys procesai paaiškina geologinę įvairovę (Gribbin ir Gribbin, 2012).
Taip pat skaitykite: Mokslo populiarinimas pasaulyje
Hutono teorija, sakanti, kad palaipsniui vykstantys procesai, veikiantys ilgus laikotarpius gali paaiškinti kalnų kilimą iš vandenynų dugno, kurie po truputį yra ardomi erozijos ir nusodinami į vandenyno dugną, taip tapdami medžiaga iš kurių susidarys nauji kalnai, tapo žinoma kaip uniformitarizmas. Hutonas nebandė apskaičiuoti kiek laiko šie procesai trunka - anot jo: „iš žmogaus perspektyvos, šis pasaulis neturi nei pradžios, nei pabaigos“ (Hutton, 1785). Uniformitarizmas taip pat paaiškino, kodėl gamtoje randamos trys pagrindinės uolienų grupės: magminės, nuosėdinės ir metamorfinės.
Uniformitarizmo įsigalėjimas
XIX amžiuje uniformitarizmo idėjos įsigalėjo geologijoje. Čarlzas Lailas (1797-1875), sekdamas Hutono pėdomis, rašė: „Geologija artimai siejasi su beveik visais gamtos mokslais, kaip istorija siejasi su morale. Istorikas turėtų, jei įmanoma, būti deramai susipažinęs su etika, politika, teisėtvarka, karo mokslais, teologija; kitaip sakant, visomis žiniomis, leidžiančiomis numatyti žmogaus veiksmus, žmogaus moralinę ir intelektualinę prigimtį. Tad reikia mažų mažiausiai tikėtis, kad geologas turėtų geras chemijos, filosofijos, mineralogijos, zoologijos, anatomijos ir botanikos žinias: trumpai tariant, visas žinias apie gyvąją ir negyvąją gamtą“ (Lyell, 1835).
Lailas pasiūlė jaunų uolienų sluoksnių klasifikaciją, kurios modifikacija naudojama ir dabar. Jo nuomone santykinis uolienų amžius gali būti nustatomas pagal abiejuose sluoksniuose esančių moliuskų ir išnykusių moliuskų rūšių santykį. Tokiu būdu iki tol paplitusį Terciaro periodą jis suskirstė į Eoceną, Mioceną ir Plioceną. Vėliau vėlyvajame Pliocene išskyrė Pleistoceną.
Lailo knyga, atsiradusi Darvino rankose kelionės aplink pasaulį metu, pakeitė Darvino požiūrį į geologiją. Darvinui grįžus, jie tapo kolegos ir bičiuliai. Pradžioje Lailas negalvojo, jog naujos rūšys jaunesniame sluoksnyje evoliucionavo iš senų, bet po Darvino „Rūšių atsiradimo“, 1860 metais, jis pakeitė savo nuomonę.
Nauji Žemės amžiaus skaičiavimai
Pirmieji bandymai matematiniais ir fizikiniais modeliais apskaičiuoti Žemės amžių buvo atlikti XVIII amžiuje. Juos atliko Prancūzų mokslininkai, kurie tikėtina jog skaitė Niutono užrašus, bei atrado jau minėtus kelis sakinius apie galimybę apskaičiuoti Žemės amžių. Prancūzijoje, Žoržas de Biufonas (1707-1788) būdamas septynerių paveldėjo krikštatėvio turtą, tad galėjo visą savo laiką paskirti mokslui. Savo laboratorijoje Biufonas atlikinėjo eilę eksperimentų, kurių metu jis kaitino įvairaus dydžio geležinius rutulius iki lydymosi ribos ir stebėjo kiek laiko trunka jų atvėsimas kol galima juos paliesti. Perskaičiavus gautus rezultatus iki Žemės dydžio, Biufonas gavo 75 000 metų amžių (Piveteau, 2021), nors jis pats savo knygoje Les Époques abejojo šio skaičiavimo tikslumu ir manė, Žemė yra mažiausiai trijų milijonų metų senumo.
Taip pat skaitykite: Renginiai Molėtuose: „Mokslo sriuba“
Kitas garsus prancūzų mokslininkas, Žanas Baptistas Furjė (1768-1830), 1822 metais išleido savo garsiausią knygą „Theorie analytique de la chaleur“, arba „Analitinė šilumos teorija“ kuriame aprašomas šilumos pernešimas iš karšto kūno į šaltą (Abad-Zapatero, 2021). Furjė panaudojo šias idėjas Žemės vėsimo laikui nuo išsilydžiusios būsenos iki dabartinės temperatūros apskaičiuoti. Galutiniai skaičiavimai parodė 100 milijonų metų Žemės amžių, kuris sukrėtė Furjė, ir rezultatai viešai nebuvo paskelbti (Gribbin ir Gribbin, 2012), išskyrus 1820 metų publikaciją, kurioje pateikta skaičiavimuose naudota formulė.
Radioaktyvusis datavimas
XX amžiuje atradus radioaktyvumą, atsirado galimybė tiksliau nustatyti uolienų amžių. Radioaktyviosios medžiagos, esančios uolienose, skyla tam tikru greičiu, o pagal jų skilimo produktų kiekį galima nustatyti uolienų susidarymo laiką. Šis metodas parodė, kad Žemė yra daug senesnė, nei manyta anksčiau - apie 4,5 milijardo metų.
Geologijos šakos
Šiuolaikinė geologija apima daugybę specializuotų šakų, kurių kiekviena nagrinėja skirtingus Žemės aspektus:
- Mineralogija: mokslas apie mineralus, jų savybes, susidarymą ir klasifikaciją.
- Petrologija: mokslas apie uolienas, jų sudėtį, susidarymą ir klasifikaciją.
- Geochemija: mokslas apie cheminių elementų pasiskirstymą ir migraciją Žemėje.
- Geofizika: mokslas apie Žemės fizikines savybes, tokias kaip magnetinis laukas, gravitacija ir seisminis aktyvumas.
- Paleontologija: mokslas apie senovės gyvybę, tiriant fosilijas.
- Stratigrafija: mokslas apie uolienų sluoksnius ir jų susidarymo seką.
- Tektonika: mokslas apie Žemės plokščių judėjimą ir jo poveikį Žemės paviršiui.
- Hidrogeologija: mokslas apie požeminį vandenį, jo judėjimą ir savybes.
- Inžinerinė geologija: geologijos žinių taikymas statybos ir inžinerijos projektuose.
- Aplinkos geologija: geologijos žinių taikymas aplinkosaugos problemoms spręsti.
Geologija Lietuvoje
Lietuvos teritorija yra geologiškai palyginti rami, tačiau ir čia galima rasti įdomių geologinių objektų. Kadaise Lietuvos lygumos buvo užlietos jūrų, kurių dugne laikui bėgant kaupėsi nuosėdos ir formavosi uolienos. Erozija jų nepaveikė taip, kaip veikia kalnų uolienas, kurios dėl įvairių gamtos procesų ilgainiui skilinėja ir trupa. Būtent todėl dabar po mūsų kojomis slūgso iki šiol išlikę šimtų milijonų metų senumo metraščiai. Juose išsaugota informacija apie procesus, vykusius Žemėje tada, kai žmonių dar nebuvo.
Mokslininkai tiria iš gręžinių ištrauktą kerną - cilindrinius uolienų stulpelius. Iš Lietuvos gelmių išgautas kernas saugomas Vievyje įsikūrusioje Žemės gelmių informacijos centro saugykloje. Visą ten sukauptą kerną sudėjus į vieną eilę, šios ilgis siektų daugiau nei 140 kilometrų. Centro vedėjo Vytauto Purono teigimu, ši kerno saugykla - tarsi biblioteka. Mums įprastoje bibliotekoje saugomos popierinės knygos, o geologų bibliotekoje, arba kernotekoje, - akmeninės.
Lietuvoje galima rasti įvairių nuosėdinių uolienų, tokių kaip smėlis, žvyras, molis, klintis ir dolomitas. Taip pat yra ledyninių nuogulų, tokių kaip morena, smėlio kalvos (ozai) ir rieduliai. Šios uolienos ir nuogulos yra svarbios statybos pramonei, žemės ūkiui ir kitoms ūkio šakoms.
Gyvybės kilmė ir geologija
Teksaso technologijų universiteto muziejaus paleontologijos kuratorius prof. Sankaras Chatterjee yra įsitikinęs, kad rado teisingą atsakymą į gyvybės kilmės klausimą, mat sujungė gyvybės cheminės evoliucijos teorijas su duomenimis, pasakojančiais apie Žemės ankstyvąją geologiją, rašo phys.org. Besiformuojant Žemei, prieš 4 mlrd. metų, ji buvo nuolat bombarduojama sunkių kometų ir meteoritų, kurie paliko didžiulių kraterių. Juose buvo ne tik vandens, bet ir esminių cheminių elementų, iš kurių sudaryta gyvoji gamta, taigi tie krateriai buvo idealūs indai cheminiams elementams koncentruoti ir virinti, kad susidarytų pirmi paprasčiausi organizmai.
S. Chatterjee mokslo pasaulyje jau yra išgarsėjęs kaip mokslininkas, išsiaiškinęs, kaip senovėje skraidė gyvūnai ir atradęs Šyvos meteorito kraterį, kurį paliko 40 km skersmens meteoritas, smogęs į Žemę toje vietoje, kur dabar yra Indijos vandenynas ties rytiniu Indijos krantu. Jo tyrimo metu buvo nustatyta, kad šis gigantiškas meteoritas Žemę prieš 65 mln. metų atakavo kartu su Chicxulubo meteoritu, kuris krito netoli dabartinės Meksikos, prieš 65 milijonus metų ir išnaikino dinozaurus.
Paleontologas, ištyrinėjęs tris planetos vietas, kuriose rasta pačių seniausių fosilijų, yra įsitikinęs, kad žino, kaip hidroterminiuose kraterių baseinuose gimė pirmieji vienaląsčiai organizmai. „Kai maždaug prieš 4,5 mlrd. metų susiformavo Žemė, tai buvo sterili planeta, nesvetinga visiems gyviems organizmams. Tai buvo kunkuliuojantis katilas, kuriame vienas po kito sproginėjo ugnikalniai, lijo meteorais, o planetos paviršių gaubė karštos, nuodingos dujos. Bet jau prieš milijardą metų tai buvo rami, vandeninga planeta, kurioje knibždėjo mikrobinė gyvybė - visų dabartinių gyvių protėviai“, - pasakojo mokslininkas.
„Daugelį metų ginčas apie gyvybės kilmę koncentravosi ties gyvųjų ląstelių evoliucija iš organinių molekulių vykstant natūraliam procesui“, - sakė mokslininkas, kurio pateiktoje hipotezėje nurodomi keturi didėjančio sudėtingumo žingsniai - kosminis, geologinis, cheminis ir biologinis.
Ištyręs seniausių uolienų su fosilinėmis liekanomis aplinkas Grenlandijoje, Australijoje ir Pietų Afrikoje, S. Chatterjee pareiškė, jog tai galėtų būti senovinių kraterių liekanos ir būtent tie taškai, kur tamsioje, gilioje karštoje aplinkoje gimė gyvybė. Tuomet, pasak mokslininko, prasidėjo cheminis etapas. Vandenį maišantis karštis krateriuose sumaišė cheminius elementus, o vykstant šiam procesui paprasti junginiai išaugo į didesnius, sudėtingesnius.
S. Chatterjee įsitikinęs, kad šiuolaikiniai RNR virusai ir baltyminiai prionai, sukeliantys mirtinas ligas, tikriausiai yra evoliucinis primityvių RNR ir baltymų molekulių reliktas. Gali būti, kad tai yra pačios seniausios ląstelinės dalelės, atsiradusios anksčiau už pirmąją ląstelinę gyvybę.
Geologijos ateitis
Geologija ir toliau išlieka svarbi mokslo sritis, padedanti mums suprasti Žemę ir jos išteklius. Ateityje geologijos žinios bus dar svarbesnės sprendžiant tokias globalines problemas kaip klimato kaita, energijos išteklių trūkumas ir aplinkosauga. Naujos technologijos, tokios kaip palydovinė stebėsena, kompiuterinis modeliavimas ir genų inžinerija, atveria naujas galimybes geologiniams tyrimams ir praktiniam jų taikymui.
Mokslo populiarinimas
Siekiant sudominti visuomenę geologija ir kitais mokslais, vykdomi įvairūs populiarinimo projektai. Vienas iš jų - „Šlovės laboratorija“, projektas, 2004 metais startavęs Jungtinėje Karalystėje Cheltenhamo mokslo festivalyje. Pagrindinis projekto tikslas yra paskatinti mokslo bendruomenės bendravimą su visuomene, didinti mokslininko profesijos prestižą bei skatinti skirtingų mokslinių disciplinų atstovų bendradarbiavimą. Lietuvoje taip pat populiari mokslo laida „Mokslo sriuba“ - ne pelno siekianti jaunų žmonių iniciatyva, kuriama bendradarbiaujant su Baltijos pažangių technologijų institutu.
tags: #mokslo #sriuba #geologija #kas #tai