Aarde

Aarde in cijfers

Hoewel wij allemaal dagelijks op de aarde rondlopen, heeft onze thuisplaneet toch nog niet al haar geheimen prijsgegeven. Het oppervlak van de aarde is zeer jong, maximaal 100 miljoen jaar, doordat verschillende geologische processen voor een voortdurende vernieuwing zorgen. Daardoor kunnen we maar moeilijk doordringen in de ontstaansgeschiedenis van onze planeet. Door het bestuderen van de andere, verafgelegen planeten in ons zonnestelsel hebben we al veel bijgeleerd over onze eigen woonplaats. Andersom hebben we ook veel informatie van aardonderzoek kunnen gebruiken bij onze studie van de andere planeten.

Opvallend aan de aarde als planeet is de aanwezigheid van een grote satelliet: de maan. De aarde wordt hierdoor soms beschouwd als een dubbelplaneet.

Ontstaan

De aarde ontstond ongeveer 5 miljard jaar geleden uit de accretieschijf rond de jonge zon. Aanvankelijk dachten wetenschappers dat de planeet zichzelf gedurende een miljard jaar lang zeer langzaam opbouwde door steeds meer stofjes en steenbrokken te accumuleren, maar tegenwoordig wijzen de hypothesen eerder in de richting van een zeer snelle samenklontering, die hooguit 10 miljoen jaar geduurd zou hebben. Bovendien wijzen metingen van zeldzame radioactieve mineralen erop dat de aarde al zeer vroeg geboren is, toen de zon zelf nog maar nauwelijks tien miljoen jaar oud was.

In die vroegste fase zouden er talloze botsingen zijn geweest met grote steenklompen. De maan zou zijn gevormd uit zo'n botsing. Al die botsingen brachten zoveel energie teweeg dat de jonge aarde telkens opnieuw volledig smolt. Door dat smelten kregen de elementen in de planeet de kans om zich te verdelen naargelang hun soortelijk gewicht: de zware materialen zonken naar de kern, de lichtere kwamen bovenaan drijven. Zo vormden zich de kern en de korst van de aarde, en van de andere steenachtige planeten. Pas na honderd miljoen jaar zou de aarde voldoende afgekoeld zijn om een vaste korst te ontwikkelen.

Baan en rotatie

De baan en rotatie van de aarde bepalen het ritme van het leven op aarde.

De rotatie om de aardas is verantwoordelijk voor dag en nacht: een gegeven plek op aarde komt door de aswenteling afwisselend aan de verlichte en de onverlichte kant van de aardbol terecht.

De baan van de aarde om de zon bepaalt ook het ritme van de seizoenen. De askanteling van de aarde blijft vast tegenover de sterren, waardoor dan weer het noordelijke, dan weer het zuidelijke halfrond meer zonlicht krijgt, naargelang de plaats van de aarde op haar baan.
De baan en rotatie van de aarde zijn ook verantwoordelijk voor de dagelijkse en jaarlijkse bewegingen van de sterrenhemel.

Samenstelling

Door de echo's en trillingen van aardbevingen te meten die zich door de aarde verspreiden, konden geologen kaarten opstellen van de binnenkant van de aarde. Zo konden ze opmeten dat de aardkorst 60 km dik is. Daaronder begint de stenen mantel, waar het gesteente aan zware druk wordt blootgesteld. Die mantel zelf bestaat ook weer uit twee verschillende lagen, een vaste bovenmantel en een vloeibare ondermantel. Op een diepte van 2 890 km gaat de mantel over in de buitenste kern, een laag gesmolten metalen. Tenslotte begint op 5 150 km diepte de binnenste kern, die door de immense druk die er heerst opnieuw vast is.

Oppervlak

Het oppervlak van de aarde is één van de meest gevarieerde in het zonnestelsel: de aarde is voor zover we weten de enige planeet met grote landmassa's en oceanen. Enkel op de Saturnusmaan Titan zouden misschien ook zeeën of meren kunnen voorkomen.

Het oppervlak van de aarde is bijzonder actief en verandert dagelijks. Niet alleen is de aarde geologisch actief (zoals bijvoorbeeld ook Venus en Io), ook de atmosfeer en het klimaat beïnvloeden het uitzicht (zoals bijvoorbeeld in mindere mate op Mars gebeurt). Tenslotte zijn er op aarde ook bijzonder actieve biologische processen aan de gang: elke vorm van leven beïnvloedt op zijn manier het ecosysteem van de hele planeet. Dat is voor zover we weten uniek voor het zonnestelsel.

Atmosfeer

De planeet aarde heeft een atmosfeer die bestaat uit ongeveer driekwart stikstof (N2) en één kwart zuurstof (O2). Bij het ontstaan van de aarde moet die atmosfeer er heel anders hebben uitgezien: zoals bij Venus en Mars bestond ze toen voornamelijk uit koolzuurgas (CO2). Onder invloed van het prille leven in de oceanen op aarde werd het CO2 ontbonden, waarbij het koolstof in de biologische cyclus en het zuurstof in de atmosfeer terecht kwamen.

De atmosfeer is ook verantwoordelijk voor het klimaat en het weer op aarde. Door verschillen in temperatuur en geografie is de luchtdruk niet gelijkmatig over de aarde verspreid. Dit drukverschil zorgt voor winden die de atmosfeer tot een dynamisch geheel maken. De temperatuursverschillen zorgen er ook voor dat water kan voorkomen als vaste stof, als vloeistof of als gas. Door die voortdurende wisseling van de aggregatietoestanden ontstaan wolken en neerslag.

Water

Driekwart van de oppervlakte van de planeet aarde wordt ingenomen door vloeibaar water. Dat is erg uitzonderlijk. Bovendien is de aarde de enige planeet waar die stof (of eender welke stof) in haar drie aggregatietoestanden kan voorkomen: als vloeistof (water), gas (damp) of vaste stof (ijs). Dat komt doordat de gemiddelde temperatuur en de partieeldruk van waterdamp op aarde erg dicht bij het trippelpunt (0 °C, 6 mbar) ligt.

Daardoor kan het water zich ook overal op onze planeet verspreiden: als damp wordt het opgenomen in de atmosfeer waarna het, na condensatie, onder de vorm van regen weer neerkomt op plekken die soms zeer ver van de oceanen verwijderd liggen.

Waar het water vandaan komt is nog niet helemaal uitgeklaard. Tot voor kort luidde de meest aannemelijke theorie dat het naar de aarde werd gebracht door neerstortende kometen, die immers voor een groot deel uit water bestaan. Uit metingen blijkt echter dat kometen waarschijnlijk een veel hoger percentage deuterium hebben dan de aardse oceanen (deuterium is een vorm van waterstof met een proton en een neutron, in plaats van enkel een proton zoals bij 'normale' waterstof).

Recente berekeningen hebben aangetoond dat het water waarschijnlijk afkomstig is van de planetesimalen die de planeet gevormd hebben en die zelf afkomstig zijn uit de buitenste regio van de planetoïdengordel. Later werd er nog een klein percentage water toegevoegd door meteorieten. Geologen hebben ontdekt dat er 3,9 miljard jaar geleden zeker al grote hoeveelheden water op de aarde aanwezig waren.

Magnetisch veld

De vloeibare ijzerkern van de aarde zorgt voor het ontstaan van een magnetisch veld rond de aarde. Dat magnetisch veld is van levensbelang: het werkt als een schild tegen de zonnewind, die schadelijk is voor het leven op aarde.

De beweging van de magnetische zuidpool van de aarde doorheen de jaren.
De magnetische polen van de aarde komen niet exact overeen met de geografische polen, maar liggen enkele duizenden kilometer uit mekaar. Dat komt doordat de aarde binnenin de kern van vloeibaar metaal ook nog een vaste ijzerkern heeft, waarvan de as ten opzichte van de rest van de aarde licht gekanteld is. Deze gekantelde as tolt op zijn beurt ook zeer traag rond, waardoor de magnetische polen in de loop van de eeuwen langzaam verschuiven. De snelheid van die beweging is tegenwoordig ongeveer 15 km per jaar. Het is trouwens interessant op te merken dat de magnetische noordpool in de buurt van de geografische zuidpool ligt, en omgekeerd.

Het magnetische veld van de aarde is niet overal even sterk. Variaties in de dikte en samenstelling van de aardkorst zorgen voor kleine afwijkingen in de veldsterkte. Ook de gemiddelde veldsterkte van de aarde varieert. Door studie van oude, gemagnetiseerde basaltlagen hebben geologen ontdekt dat het aardse magnetische veld in het verleden regelmatig is omgepoold: de noord- en zuidpool wisselen daarbij van plaats. Zo'n ompoling komt gemiddeld eens in de 200 000 jaar voor en duurt enkele honderden tot enkele duizenden jaren. Omdat de magnetische veldsterkte van de aarde in de laatste eeuwen sterk afgenomen blijkt te zijn, nemen wetenschappers aan dat er over ongeveer 10 eeuwen opnieuw een magnetische ompoling zal gebeuren.