Η βασική λειτουργία του Planet Physics είναι να ενθαρρύνει, να προωθήσει και να υποστηρίξει την εκπαίδευση στον τομέα της Φυσικής, κάνοντας τη μάθηση απτή, ενδιαφέρουσα και διαδραστική.

Γιατί υπάρχει ζωή στη Γη;

Η Γη αποτελεί μια μοναχική όαση ζωής στην κοσμική μας γειτονιά. Γιατί όμως είναι τόσο σπάνια η ύπαρξη ζωής σε κάποιο πλανήτη; Η απάντηση είναι ένας συνδυασμός πολλών κρίσιμων παραγόντων.

.

Η κατοικήσιμη ζώνη: Η Γη βρίσκεται σε ιδανική απόσταση από τον Ήλιο, σε μια περιοχή γνωστή ως «κατοικήσιμη ζώνη» του ηλιακού μας συστήματος. Σε αυτή την περιοχή δεν συναντάμε ακραίες θερμοκρασίες και οι συνθήκες είναι κατάλληλες για την ύπαρξη υγρού νερού. Η ζώνη αυτή είναι ζωτικής σημασίας, και αποτελεί την πρώτη περιοχή που στρέφουν την έρευνα τους οι αστρονόμοι, στην αναζήτηση εξωγήινης ζωής στο διάστημα.

.

Υγρό νερό: Η παρουσία του νερού σε υγρή μορφή αποτελεί ακρογωνιαίο λίθο για τη ζωή, παρέχοντας ένα περιβάλλον για πολύπλοκη χημεία, βοηθώντας παράλληλα στη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη μέσω των μοναδικών φυσικών ιδιοτήτων του.

.

Ατμόσφαιρα: Η ατμόσφαιρα της Γης παρέχει τα απαραίτητα αέρια για τη ζωή, όπως το οξυγόνο για τα ζώα και το διοξείδιο του άνθρακα για τα φυτά. Προστατεύει επίσης τους ζωντανούς οργανισμούς από την επιβλαβή υπεριώδη ακτινοβολία του Ήλιου καθώς και από την πρόσκρουση «διαστημικών επισκεπτών».

.

Μαγνητόσφαιρα: Η μαγνητόσφαιρα της Γης λειτουργεί ως ασπίδα, εκτρέποντας τον ηλιακό άνεμο (σωματίδια υψηλής ενέργειας). Χωρίς αυτό το προστατευτικό φράγμα, ο ηλιακός άνεμος θα μπορούσε να διαλύσει την ατμόσφαιρα (κάτι που πιθανότατα συνέβη στον Άρη), αφήνοντας την επιφάνεια εκτεθειμένη στις επιβλαβείς κοσμικές ακτίνες.

.

Χημικά στοιχεία: Η ζωή στη Γη βασίζεται σε χημικά στοιχεία όπως ο άνθρακας, το υδρογόνο, το άζωτο, το οξυγόνο, ο φώσφορος και το θείο, γνωστά με το ακρωνύμιο CHNOPS. Αυτά τα στοιχεία συνδυάζονται με αμέτρητους τρόπους για να σχηματίσουν τα σύνθετα μόρια της ζωής.

.

Αυτοί είναι οι πέντε θεμελιώδεις παράγοντες που δημιουργούν τις προϋποθέσεις για την ύπαρξη ζωής στη Γη. Μαζί, δημιουργούν τις συνθήκες που επέτρεψαν στη ζωή να ευδοκιμήσει στον πλανήτη μας για δισεκατομμύρια χρόνια. Καθώς εκτείνουμε το βλέμμα μας στον γαλαξία, αναζητώντας κι άλλους πλανήτες που μπορούν να υποστηρίξουν τη ζωή, μας υπενθυμίζεται η σπάνια και λεπτή ισορροπία που κάνει τον δικό μας κόσμο τόσο ξεχωριστό.

Τι είναι το Jet-stream?

Αναρωτηθήκατε ποτέ γιατί οι πτήσεις από τα δυτικά προς τα ανατολικά είναι συχνά ταχύτερες από το αντίστροφο ταξίδι; Η κοινή διαίσθηση θα μπορούσε να υποδείξει ότι, δεδομένου ότι η Γη περιστρέφεται από τα δυτικά προς τα ανατολικά, τα αεροπλάνα που πετούν προς τα ανατολικά θα έπρεπε να χρειάζονται περισσότερο χρόνο, καθώς κινούνται ενάντια στην περιστροφή της Γης. Ωστόσο, αυτό δεν ισχύει, και οι λόγοι για τους οποίους συμβαίνει αυτό έχουν τις ρίζες τους στη δυναμική της γήινης ατμόσφαιρας και στη φυσική της κίνησης.

.

Πρώτον, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι η περιστροφή της Γης δεν επηρεάζει τον χρόνο πτήσης. Όταν ένα αεροπλάνο απογειώνεται, διαθέτει ήδη την ταχύτητα περιστροφής της Γης. Αυτό σημαίνει ότι καθώς η Γη περιστρέφεται, το αεροπλάνο κινείται μαζί της, όπως ακριβώς ένα άτομο που πηδάει κατακόρυφα πάνω σε ένα κινούμενο τρένο, θα προσγειωθεί ξανά στο ίδιο σημείο (σε σχέση με το τρένο).

.

Ο κύριος λόγος για τον οποίο οι πτήσεις μπορεί να είναι ταχύτερες όταν κατευθύνονται προς τα ανατολικά, οφείλεται στα ρεύματα “jet streams”. Πρόκειται για ζώνες ισχυρών ανέμων που βρίσκονται στα ανώτερα επίπεδα της ατμόσφαιρας και πνέουν από τα δυτικά προς τα ανατολικά. Αυτοί οι άνεμοι δημιουργούνται από έναν συνδυασμό της περιστροφής της Γης και των θερμικών επιδράσεων του ήλιου, οι οποίες μαζί δημιουργούν μεγάλης κλίμακας μοτίβα ατμοσφαιρικής κίνησης.

.

Όταν τα αεροπλάνα πετούν από τα δυτικά προς τα ανατολικά, μπορούν να επωφεληθούν από αυτά τα jet streams, για να πάρουν μια πρόσθετη ώθηση, μειώνοντας σημαντικά τον χρόνο ταξιδιού. Αντίθετα, όταν πετούν προς τα δυτικά, τα αεροπλάνα πρέπει συχνά να «παλέψουν» ενάντια σε αυτούς τους ανέμους, οδηγώντας σε μεγαλύτερους χρόνους πτήσης.

.

Την επόμενη φορά λοιπόν που θα κλείσετε μια πτήση και θα αναρωτηθείτε για τη διαφορά στις διάρκειες μεταξύ ανατολικών και δυτικών δρομολογίων, θυμηθείτε: δεν πρόκειται για τη Γη που περιστρέφεται, αλλά για τους ανέμους που τη σαρώνουν.

Κύμα TSUNAMI

Τα τσουνάμι (tsunami = το κύμα του λιμανιού, στα ιαπωνικά) είναι μεγάλα κύματα νερού που προκαλούνται από γεγονότα που μετατοπίζουν σημαντικούς όγκους νερού, όπως σεισμοί, ηφαιστειακές εκρήξεις, κατακρημνίσεις παγετώνων ή προσκρούσεις μετεωριτών. Το μέγεθος και η ισχύς τους μπορεί να είναι μνημειώδεις, θέτοντας σοβαρές απειλές για τις παράκτιες κοινότητες.

.

Όταν το τσουνάμι ταξιδεύει στον ωκεανό, το ύψος του είναι μικρό (το πολύ 1 μέτρο) και δύσκολα εντοπίζεται οπτικά, καθώς τα επιφανειακά κύματα (που δημιουργούνται από τον άνεμο) μπορεί να είναι πολύ ψηλότερα. Όταν όμως πλησιάζει στην ακτή, το ύψος του μπορεί να φτάσει μέχρι και τα 50 μέτρα! Γιατί όμως συμβαίνει αυτό;

.

Σε αντίθεση με τα αέρια, τα υγρά είναι ασυμπίεστα. Όταν λοιπόν συμβαίνει ένας υποθαλάσσιος σεισμός, ο πυθμένας της θάλασσας «ανεβοκατεβαίνει», ωθώντας ολόκληρη τη στήλη του νερού που βρίσκεται από πάνω. Αυτό σημαίνει ότι το πραγματικό ύψος του κύματος δεν είναι όσο φαίνεται πάνω από την επιφάνεια: στην πραγματικότητα το ύψος του κύματος είναι τόσο, όσο το θαλάσσιο βάθος της περιοχής που έγινε ο σεισμός. Όσο το κύμα ταξιδεύει σε μεγάλα βάθη, δεν έχει λόγο να ψηλώσει. Όταν όμως πλησιάσει στην ακτή που το βάθος μειώνεται, η στήλη του νερού δεν μπορεί να πάει προς τα κάτω και…πάει προς τα πάνω!

.

Η διάδοση του κύματος στον ωκεανό είναι ταχύτατη και μπορεί να φτάσει τα 800 km/hr, ταχύτητα που μπορεί να συγκριθεί με αυτή ενός αεροπλάνου! Ένα άλλο ενδιαφέρον χαρακτηριστικό για τα τσουνάμι είναι το μήκος κύματός τους – η απόσταση δηλαδή μεταξύ δύο κορυφών κύματος. Αυτό είναι εξαιρετικά μεγάλο, συχνά εκατοντάδες χιλιόμετρα, γεγονός που σημαίνει ότι μπορούν να ταξιδέψουν σε ολόκληρες ωκεάνιες λεκάνες με μικρή απώλεια ενέργειας.

.

Τη δεκαετία του 1950 ανακαλύφθηκε ότι οι γιγάντιες υποθαλάσσιες κατολισθήσεις μπορεί να προκαλέσουν τσουνάμι πολύ μεγαλύτερα από ό,τι είχε θεωρηθεί προηγουμένως δυνατό. Η ύπαρξή τους επιβεβαιώθηκε το 1958, όταν μια γιγαντιαία κατολίσθηση στον κόλπο Lituya της Αλάσκας προκάλεσε το υψηλότερο κύμα που έχει καταγραφεί ποτέ, το οποίο είχε ύψος 524 μέτρα!

Η εξέλιξη της ατμόσφαιρας

Η ατμόσφαιρα της γης αποτελείται κυρίως από άζωτο (78%) και οξυγόνο (21%). Όλα τα υπόλοιπα αέρια μαζί (αργό, μονοξείδιο του άνθρακα, υδρατμοί κλπ) αποτελούν το τελευταίο 1%. Ήταν όμως πάντα έτσι;

.

Η πρώτη ατμόσφαιρα της Γης προήλθε από το ηλιακό νεφέλωμα, ένα ουράνιο περιβάλλον που χαρακτηρίζεται από υδρογόνο και χημικές ενώσεις αυτού, όπως υδρατμοί, μεθάνιο και αμμωνία – τα ίδια αέρια που βρίσκονται στον Δία και τον Κρόνο.

.

Στη συνέχεια, τα ηφαίστεια και οι προσκρούσεις μεγάλων αστεροειδών έφεραν την επόμενη ατμόσφαιρα. Το άζωτο πήρε την πρωτοκαθεδρία, μαζί με το διοξείδιο του άνθρακα και κάποια αδρανή αέρια. Ένα μεγάλο μέρος των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα διαλύθηκε στο νερό και αντέδρασε με μέταλλα όπως ασβέστιο και μαγνήσιο, σχηματίζοντας ανθρακικά άλατα που αποτέθηκαν ως ιζήματα. Γενικά, το άζωτο κυριαρχούσε στη “δεύτερη ατμόσφαιρα” πριν από περίπου 3,4 δισεκατομμύρια χρόνια.

.

Το πρώτο οξυγόνο άρχισε να δημιουργείται πριν από περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια από προκαρυωτικούς οργανισμούς, που το παρήγαγαν ως απόβλητο προϊόν. Πριν από περίπου 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια άρχισε να δημιουργείται περισσότερο οξυγόνο από τα κυανοβακτήρια. Παρόλα αυτά, το οξυγόνο δεν παρέμενε στην ατμόσφαιρα, καθώς το όποιο οξυγόνο παρήγαγε η φωτοσύνθεση καταναλωνόταν από την οξείδωση χημικών στοιχείων, κυρίως του σιδήρου. Το ελεύθερο οξυγόνο εμφανίστηκε πριν από περίπου 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια, σηματοδοτώντας το «Μεγάλο Γεγονός Οξυγόνωσης» (Great Oxidation Event). Το οξυγόνο άρχισε να συσσωρεύεται όταν η παραγωγή του ξεπέρασε τα υλικά που το απορροφούσαν.

.

Κατά τα τελευταία 600 εκατομμύρια χρόνια, τα επίπεδα οξυγόνου είχαν μεγάλες διακυμάνσεις, με αποκορύφωμα περίπου το 30%, πριν από 280 εκατομμύρια χρόνια. Η αιτία της μεταβολής της ποσότητας του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα δεν είναι γνωστή.

.

Από το 1750, η ανθρώπινη δραστηριότητα έχει αυξήσει τις συγκεντρώσεις διαφόρων αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, κυρίως του διοξειδίου του άνθρακα και του μεθανίου. Η αύξηση αυτή έχει συντελέσει στην παρατηρούμενη αύξηση της παγκόσμιας θερμοκρασίας. Τελικά…κάτι καταφέραμε κι εμείς!