Geo

Υπεύθυνος Καθηγητής

Σπυρίδων Παυλίδης

Επιμέλεια Κειμένων:

Δρ Αλέξανδρος      Χατζηπέτρος

 

Σχεδιασμός:

Κική Μακρή

Οι γεωεπιστήμες κατέχουν μια πολύ σημαντική θέση στο χώρο των φυσικών επιστημών, αλλά και  στη διαχρονική διαμόρφωση της ανθρώπινης σκέψης. Ως κοινωνία όμως εξακολουθούμε να μην κατανοούμε τις διαδικασίες λειτουργίας και εξέλιξης αυτού του πλανήτη, πάνω στον οποίο γεννιόμαστε, ζούμε, δημιουργούμε και πεθαίνουμε. Οι άνθρωποι δεν αντιλαμβάνονται τη γιγάντια δραστηριότητα των συνηθισμένων γεωλογικών διεργασιών, γιατί ολόκληρη η ιστορία της ανθρωπότητας, σε σύγκριση με την εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου, είναι μόνο μια στιγμή.

Παρά τα μεγάλα νοητικά άλματα της επιστήμης της γεωλογίας αγνοούμε βασικές γνώσεις για τη δομή του γήινου φλοιού, μερικές εκατοντάδες μέτρα ή λίγα χιλιόμετρα κάτω από τα πόδια μας. Σε κάθε ακραία, αλλά φυσιολογική λειτουργία του πλανήτη μας, όπως είναι οι σεισμοί, οι ηφαιστειακές εκρήξεις, οι κατολισθήσεις, οι τυφώνες, το ψύχος και οι καύσωνες, συνεχίζουμε να αντιδρούμε πρωτόγονα και να εκφραζόμαστε με ιδιαίτερα αναχρονιστικές και στερεότυπες εκφράσεις, όπως «θεομηνία», «πρωτοφανές φαινόμενο», «ο καιρός τρελάθηκε», «καταποντιζόμαστε», «η φύση εκδικείται» ή «η φύση τιμωρεί» κ.ά. Επίσης, μια άλλη μεγάλη προκατάληψη κυριαρχεί στη σκέψη μας, ακόμη και σε επιστήμονες, για το πώς λειτουργεί ο κόσμος μας. Πιστεύουμε ότι παντού υπάρχουν απλές κανονικότητες, περιοδικά και επαναλαμβανόμενα φαινόμενα σε ένα ιδιαίτερα πολύπλοκο κόσμο, μέσα από τα οποία προσπαθούμε να κάνουμε προβλέψεις, επιστημονικές ή όχι, για την επανεμφάνισή τους.

Η μεγάλη συμβολή της Γεωλογίας στη γνώση της δομής και λειτουργίας του πλανήτη μας έγκειται στη διερεύνηση και ταξινόμηση των «ανόργανων» συστατικών της, δηλαδή των ορυκτών και πετρωμάτων, στη κατανόηση της εξέλιξης της ζωής, όπως είναι αποτυπωμένη με τη μορφή  απολιθωμάτων στα γεωλογικά στρώματα, στο διάβα του γεωλογικού χρόνου  για περισσότερο από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, στη διαχρονική κινητικότητα και εξέλιξη του φλοιού (Τεκτονική-Γεωδυναμική) και στον τρόπο μεταβολής και δημιουργίας του γεωπεριβάλλοντος . Αποκορύφωμα όλης αυτής της σωρευμένης γνώσης ήταν η ενοποιητική θεωρία των Λιθοσφαιρικών ή Τεκτονικών Πλακών, γνωστή και ως Παγκόσμια Τεκτονική, και κατΆ επέκταση η κατανόηση των «βίαιων» εκδηλώσεων της ζωντάνιας του πλανήτη μας, των σεισμών, των ηφαιστειακών εκρήξεων και του τρόπου δημιουργίας και καταστροφής των βουνών.

 

ΒΑΣΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ

Οι βασικές αντιλήψεις της γεωλογίας σήμερα μπορούν να συνοψιστούν πολύ απλά στην δομή, γένεση, ποικιλομορφία και κινητικότητα των ανόργανων υλικών, δηλαδή των ορυκτών και πετρωμάτων, στην κινητικότητα και πλαστικότητα του φλοιού, όπως εκφράζεται από τη Θεωρία των Λιθοσφαιρικών Πλακών και τη συμμετοχή όλων των γήινων υποσυστημάτων, και της βιόσφαιρας συμπεριλαμβανομένης, στη συγκρότηση του γήινου γεωσυνόλου ή γήινου μεγασυστήματος. Θα πρέπει καταρχήν να τονιστούν οι έννοιες μαγματισμός και ηφαιστειότητα, που αναφέρονται στις λειτουργίες του εσωτερικού για τη δημιουργία τόσο πετρωμάτων στο βάθος (π,χ γρανίτες) όσο και στην επιφάνεια  (πήξη της λάβας). Η διαδικασία της επιφανειακής αλλοίωσης των πετρωμάτων συντελείται με τη δράση κυρίως του νερού, του αέρα, των οξέων και τον μηχανικό κατακερματισμό τους. Η διάλυση και η μεταφορά τους γίνεται με τη βαρύτητα σε άλλες γωνιές του γήινου φλοιού, δηλαδή αυτό που ονομάζεται από  τη γεωλογία διάβρωση, αποσάθρωση και ιζηματογένεση. Η τεκτονική διεργασία διαμόρφωσε στο παρελθόν, αλλά και συνεχίζει να διαμορφώνει τη δομή του φλοιού της Γης, δηλαδή τον τρόπο τοποθέτησης των πετρωμάτων, τις αναδιπλώσεις τους, τις πτυχές και τα σπασίματά τους (ρήγματα), την παραμόρφωση τους και σε ορισμένες περιπτώσεις τη μεταμόρφωση τους και την αλλαγή τους. Οι τεκτονικές διεργασίες παράγουν την πολυπλοκότητα του γήινου φλοιού.

Η κινητική του φλοιού εκφράζεται με την παραδοχή της οριζόντιας κυρίως μετακίνησης των ηπείρων ή καλύτερα των τεκτονικών πλακών, είτε με απομάκρυνσή τους, είτε με βίαιη σύγκρουσή τους, οπότε εξαναγκάζεται η μία να εισχωρεί κάτω από την άλλη ή την πλευρική-εφαπτομενική μετακίνησή τους. Οι κινήσεις αυτές είναι υπεύθυνες για το γεωλογικό μεγάκυκλο με την δημιουργία έντονου ανάγλυφου, υψηλών βουνών και βαθιών θαλασσών, υποθαλάσσιων ηφαιστειακών βουνών και μεγάλων ρηγμάτων, συσσώρευση ιζηματογενών υλικών, δημιουργία πετρωμάτων βάθους, πτύχωση των στρωμάτων πετρωμάτων, σεισμών, οροσειρών και πεδιάδων. Τα φαινόμενα αυτά δεν εντοπίζονται μόνο στον ευκίνητο φλοιό, ούτε είναι ανεξάρτητα από τις υπόλοιπες γήινες λειτουργίες. Σε αυτόν το γεωλογικό μεγάκυκλο συμμετέχουν τα στρώματα πολύ μεγάλου πάχους κάτω από τον λεπτότατο φλοιό, που τα ονομάζουμε μανδύα, με τα αργά κινούμενα «ρεύματα μεταφοράς», τα οποία θα μπορούσαμε να τα παρομοιάσουμε με τα ρεύματα νερού που βράζει σε μια χύτρα. Επίσης συμμετέχει ο άγνωστός μας γήινος πυρήνας με τις πολύ υψηλές θερμοκρασίες, τις μετακινήσεις ελεύθερων ηλεκτρονίων  και τα ηλεκτρομαγνητικά του ρεύματα. Τέλος, πολύ σημαντικός παράγοντας του γεωλογικού κύκλου είναι η πολύ κινητική ατμόσφαιρα, τα αέριά της, ο κύκλος του νερού, η διάβρωση και αλλοίωση των πετρωμάτων, η δημιουργία άλλων πετρωμάτων σε επιφανειακές συνθήκες και πάνω απΆ όλα η ίδια η ζωή, ως μια αναπόσπαστη και ουσιαστική γεωλογική διεργασία αυτού του μοναδικού και καταπληκτικού πλανήτη.

Οι αντιλήψεις αυτές δεν ξεπήδησαν αυτόματα σε κάποια ιστορική περίοδο, αλλά αντίθετα ήταν το αποτέλεσμα μιας μακράς και πολυδαίδαλης πορείας της ανθρώπινης σκέψης, που ξεκινά από τις ερμηνείες της μυθολογίας, την αγωνιώδη αναζήτηση της φιλοσοφίας, τα αδιέξοδα μονοπάτια του δογματισμού και ανορθολογισμού, της αυθαίρετης ερμηνείας και του σκοταδισμού, τα προ- και πρώτο-επιστημονικά δειλά βήματα, τη σχολαστική επιστημονική δουλειά και εξειδίκευση, τα επιστημονικά αδιέξοδα, τη συσσώρευση γνώσης, την αλλαγή αντιλήψεων και τα μεγάλα επιστημονικά άλματα. Η αναζήτηση της ουσίας των πραγμάτων δεν σταματά εδώ. Η επιστήμη είναι μια συνεχής ορθολογιστική διερεύνηση της πραγματικότητας («αλήθειας»), η οποία απλά προσεγγίζεται σταδιακά και δεν κατακτιέται ποτέ ολοκληρωτικά. Εμπεριέχει την αμφισβήτηση και δεν περιορίζεται σε απόλυτα συμπεράσματα. Στη συνέχεια επιχειρείται μια σύντομη ιστορική πορεία της επιστημονικής αναζήτησης στο χώρο των γεωεπιστημών.

 

ΜΟΝΑΔΙΚΗ ΓΗ

 Η Γη είναι ένας μοναδικός πλανήτης στο πλανητικό μας σύστημα και ίσως πολύ σπάνιος στον γαλαξία μας που διαθέτει ορισμένα αποκλειστικά δικά του χαρακτηριστικά, τα οποία δεν διαθέτουν οι άλλοι πλανήτες. Έχει έναν ευκίνητο φλοιό, ένα δυναμικό εσωτερικό, πολύ νερό, μια καταπληκτική ατμόσφαιρα με τη μοναδική προστασία της οζονόσφαιρας, μια ισχυρή και εκτεταμένη μαγνητική ασπίδα και πάνω απΆ όλα ζωή, μια μεγάλη βιοποικιλότητα, πραγματικά μοναδική, που αντιστοιχεί σε μια εξίσου μεγάλη γεωποικιλότητα. Αν για τους άλλους πλανήτες σχεδιάζονται ή εκτελούνται πολύχρονα και πολυδάπανα πειράματα, για να ανιχνευθούν λίγοι μικροοργανισμοί ή τα χημικά τους κατάλοιπα, εδώ σΆ αυτόν τον πλανήτη υπάρχουν εκατομμύρια είδη ζωντανών οργανισμών, τα περισσότερα άγνωστά μας ακόμη, και απείρως μεγάλος αριθμός οργανισμών πολύπλοκης και εξαιρετικά αναπτυγμένης δομής και αρχιτεκτονικής κατασκευής, από τον μικρότερο μέχρι τον μεγαλύτερο, και εντυπωσιακής λειτουργίας τόσο ως άτομα, είδη, όσο και ως ομάδες ή οικογεωσύνολα. Τέλος, αυτός ο πλανήτης παρήγαγε και εμάς τους ανθρώπους, τη νόηση και την περιέργεια για να ανακαλύψουμε και να ερμηνεύσουμε όλα αυτά. Η διαρκής εξέλιξη δημιούργησε την πολυπλοκότητα, την γεω- και βιο- ποικιλότητα,  τον ίδιο τον άνθρωπο και τη σκέψη. 

 Οι μοναδικότητες της Γης ξεκινούν από την αστρονομική της θέση. Η τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο, γνωστή ως ελλειπτική, είναι πολύ κοντά στην κυκλική, ώστε οι ποσότητες θερμότητας που δέχεται από αυτόν να είναι στο βέλτιστο. Αν η τροχιά της ήταν περισσότερο ελλειπτική θα δεχόταν μικρότερες ποσότητες τους χειμερινούς μήνες και θα πάγωνε ή θα ψηνόταν κυριολεκτικά τους θερινούς. Σε τέτοιες συνθήκες μεγάλες ποσότητες του νερού των ωκεανών και θαλασσών θα εναλλάσσονταν γρήγορα από την υγρή σε στερεή κατάσταση σε ετήσια βάση και ίσως μόνο λίγες και περιορισμένες μορφές ζωής, σε περιορισμένες υδάτινες κοιλότητες, θα μπορούσαν να αναπτυχθούν.

 Η Γη έχει ιδανική μάζα και όγκο.  Αν ήταν λίγο μεγαλύτερη σε μέγεθος, τότε η έλξη της βαρύτητας θα ήταν ισχυρότερη και μεγάλες μορφές ζωής όπως οι γιγαντόσωμοι δεινόσαυροι, τα μεγάλα θηλαστικά και πιθανά και οι άνθρωποι δεν θα μπορούσαμε να αναπτυχθούμε. Αν ήταν αρκετά μικρότερη η ατμόσφαιρά της δεν θα μπορούσε να δημιουργηθεί ποτέ και ιδιαίτερα δεν θα δημιουργούνταν το ζωογόνο οξυγόνο, γιατί θα διέφευγε στο διάστημα, οπότε δεν θα μπορούσε να υπάρξει ποτέ ζωή στην ξηρά.

 Αυτός ο πλανήτης έχει ιδανική απόσταση από τον Ήλιο.  Αν για παράδειγμα βρισκόταν 5% της απόστασής της η Γη πιο κοντά στον Ήλιο, όλο το νερό της θα είχε εξατμισθεί. Χωρίς νερό σε υγρή μορφή, το αέριο διοξείδιο του άνθρακα δεν θα διαλυόταν στον ωκεανό, δεν θα σχημάτιζε ιζηματογενή πετρώματα και δεν θα εμπλούτιζε την ατμόσφαιρα της. Η Γη τότε θα έμοιαζε περισσότερο με τον πλανήτη Αφροδίτη, θα παρουσίαζε υψηλές επιφανειακές θερμοκρασίες και ίσως δεν ανέπτυσσε ποτέ ζωή. Αν αντίθετα βρισκόταν 5% μακρύτερα από τον Ήλιο, τότε νερό και διοξείδιο του άνθρακα θα πάγωναν και ίσως μόνο απλές μορφές ζωής θα υπήρχαν σε λίγες και περιορισμένες περιοχές, που θα μπορούσαν να τις αναπτύξουν και να τις διατηρήσουν. Η Γη θα έμοιαζε περισσότερο με τον πλανήτη ¶ρη.

 Η Γη έχει εξωτερικό πυρήνα σε ρευστή κατάσταση που δημιουργεί το ισχυρό μαγνητικό της πεδίο. Η σημασία της μαγνητόσφαιράς της, ως μαγνητική ασπίδα της ζωής είναι ζωτικής σημασίας. Αν δεν υπήρχε, τότε η κοσμική ακτινοβολία δεν θα επέτρεπε ποτέ την ανάπτυξη της ζωής στην ξηρά, ούτε φυσικά θα εμφανιζόταν και ο άνθρωπος. Επίσης ανάλογη σημασία για την ύπαρξη και επιβίωση της ζωής στην ξηρά έχει και το μοναδικό στρώμα όζοντος, για το οποίο πολλά γράφονται και συζητούνται σε επιστημονικό και εκλαϊκευμένο επίπεδο τελευταία.

 Η Σελήνη δεν είναι απλά ένας δορυφόρος της Γης, που για κάποιο λόγο «έτυχε» να περιφέρεται γύρω της. Αποτελεί ένα «αντίβαρό» της, που κρατά τον άξονα της Γης σταθερό ή καλύτερα με μικρές διακυμάνσεις.  Διαφορετικά οι διακυμάνσεις του θα ήταν τόσο μεγάλες, με τρομακτικές συνέπειες στο κλίμα και τη ζωή. Το γεωλογικό αρχείο δείχνει ότι πολλές φορές στο παρελθόν μικρές διακυμάνσεις του άξονα της Γης είχαν μεγάλες επιδράσεις στο παγκόσμιο κλίμα και σημαντικές ανακατατάξεις στα ζωικά είδη.

 Τέλος, μια άλλη αστρονομική ιδιαιτερότητα της Γης είναι ότι δέχεται πολύ λιγότερους μετεωρίτες και αστεροειδείς σε σχέση με τους άλλους πλανήτες, όχι μόνο γιατί η ατμόσφαιρά της διαλύει μικρού και μεσαίου μεγέθους ουράνια αντικείμενα, που προσπαθούν να τη βομβαρδίσουν, αλλά κυρίως γιατί τα ισχυρότατα βαρυτικά πεδία άλλων πλανητών, όπως του πελώριου Δία εκτρέπουν κομήτες, αστεροειδείς και άλλα ουράνια σώματα προστατεύοντας έμμεσα τη μικρότερη Γη. Η γειτονιά της Γης με ένα, χωρίς ζωή, αλλά μεγάλου μεγέθους γείτονα αποτελεί πολύ σημαντικό παράγοντα για τη γεωλογική της εξέλιξη και την ανάπτυξη της ζωής.

 Το μέγεθος της Γης, ο φλοιός της και η παραγόμενη στο εσωτερικό θερμότητα, λόγω ραδιενεργών διασπάσεων, επιτρέπουν τις μικρότερες δυνατές απώλειες θερμότητας και τη διατήρηση μιας θερμικής ισορροπίας που δεν επιτρέπει την ολοκληρωτική ψύξη του πλανήτη μας, όπως συνέβη με τον ¶ρη, την Αφροδίτη και τη Σελήνη. Αυτοί ψύχθηκαν και νεκρώθηκαν νωρίς, ενώ η Γη παραμένει ζεστή στο εσωτερικό της και κινητική. Συνεπώς παρουσιάζει σημαντικές επίσης ιδιαιτερότητες, ως γήινο σύστημα.

Πρόσφατα στοιχεία για τη σεισμικότητα της Σελήνης, τη δομή του φλοιού και γενικά του εσωτερικού των άλλων πλανητών και δορυφόρων τους, του πλανητικού μας συστήματος δείχνουν αυτήν την μεγάλη μοναδικότητα στη δομή της Γης, τις καταπληκτικές λειτουργίες του εσωτερικού της. Οι λειτουργίες του πυρήνα  επηρεάζουν όλο το γήινο σύστημα:  μανδύα, φλοιό, ωκεανούς, μαγνητόσφαιρα, ζωή. Τα ρεύματα μεταφοράς του μανδύα και ο λεπτότατος φλοιός προσδίδουν μια αργή, αλλά διαρκή ευκινησία στη λιθόσφαιρα και κυρίως στα ανώτατα στρώματα του φλοιού και μια διαρκή ανανέωση των πετρωμάτων της γήινης επιφάνειας και των αερίων της ατμόσφαιρας. Αν η Γη δεν διέθετε ένα θερμό εσωτερικό, το λεπτότατο, ευκίνητο και εύπλαστο φλοιό, τις μεγάλες και μικρές τεκτονικές πλάκες που κινούνται διαρκώς, θα παρουσίαζε πολλά από τα χαρακτηριστικά των νεκρών πλανητών.

 Η δυναμική των τεκτονικών πλακών της λιθόσφαιρας με τις άπειρες αργές μικρομετακινήσεις και μικροδιαρρήξεις, που μερικές φορές μόνο εκδηλώνονται στιγμιαία αλλά πολύ δυναμικά ως σεισμοί, με τις μικρές ηφαιστειακές διεισδύσεις ή τις μεγάλες επιφανειακές εκχύσεις λάβας, με τις κατολισθήσεις στην επιφάνεια και τις υπόγειες ανακατατάξεις πετρωμάτων, με τη μακροχρόνια αναδίπλωση των στρωμάτων του φλοιού και τη δημιουργία βουνών, κοιλάδων και θαλάσσιων τάφρων, με όλη αυτή τη θαυμαστή κινητικότητα συμβάλλουν ευεργετικά στο άλλο μεγάλο θαύμα, της εξέλιξης και διατήρησης της ζωής.

 Εκτός από αυτές τις μεγάλες ιδιαιτερότητες του πλανήτη Γη, που περιγράφηκαν επιγραμματικά παραπάνω, πολλές άλλες θα μπορούσε να ανακαλύψει και να διατυπώσει ένας σχολαστικός ερευνητής, που συγκροτούν ένα πλανήτη πραγματικά μοναδικό, ένα θαυμάσιο λειτουργικό γήινο σύστημα.

Ως σύστημα (system), ορίζουμε επιστημονικά, μια λειτουργική ομάδα (entity) επιμέρους ανεξάρτητων, αλλά αλληλοεπηρεαζόμενων τμημάτων, τα οποία λειτουργούν ως σύνολο. Τα ανεξάρτητα αυτά τμήματα, οι συνιστώσες του συστήματος, επιδρούν το ένα στο άλλο με τέτοιο τρόπο, ώστε το σύστημα να λειτουργεί ασταμάτητα και να εξελίσσεται με το χρόνο. Οι συνιστώσες του συστήματος συγκροτούνται από ύλη και ενέργεια και ονομάζονται υποσυστήματα. Ο ορισμός αυτός διατυπώθηκε για μηχανικά, οικολογικά και βιολογικά συστήματα.  Τα τελευταία όμως χρόνια, με τη συνεχή συσσώρευση της γεωλογικής γνώσης, οι γεωεπιστήμονες όλο και περισσότερο συνειδητοποιούν ότι η Γη έχει τα επιστημονικά χαρακτηριστικά του ορισμού ενός συστήματος, ίσως ενός υπερσυστήματος. Θεωρείται δηλαδή ένα ιδιαίτερα πολύπλοκο σύστημα με τα κύρια υποσυστήματά του: πυρήνας, μανδύας, φλοιός, ατμόσφαιρα, υδρόσφαιρα και βιόσφαιρα, τα οποία χωρίζονται σε πάρα πολλά και πολύπλοκα επιμέρους μικρότερα υποσυστήματα, που παρουσιάζουν τη δική τους δυναμική και αμφίδρομη σχέση μεταξύ τους, μεταβαλλόμενα και εξελισσόμενα για τουλάχιστον 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια. Σήμερα, η σύγχρονη τάση των γεωεπιστημών είναι η Γεωλογία των Συστημάτων.