De Aarde

De Maan De Maan is het enige hemellichaam dat we ‘s nachts heel gemakkelijk kunnen waarnemen. Dat wil zeggen als de Maan er is. De Maan is ‘s nachts prominent aanwezig tot ze soms enige nachten niet zichtbaar is. Het ritme van de maanfases begeleidt de mensheid al vele millennia. Zo zijn de kalendermaanden ongeveer gelijk aan de tijd die nodig is om van de ene naar de andere Volle Maan te komen. De fases van de Maan en de baan van de Maan leidden in het verleden tot veel vragen. Zo zien we bijvoorbeeld altijd dezelfde zijde van de Maan. Dit komt omdat de Maan in zowel 27,3 dagen om zijn as draait als om de Aarde. We zien of de Volle Maan, Halve Maan of geen maan (Nieuwe Maan) doordat de Maan het zonlicht reflecteert. Hoeveel we van de Maan zien is afhankelijk van de positie van de Maan ten opzichte van de Aarde en de Zon. Hoewel de Maan een satelliet is van de Aarde is ze met een diameter van 3475 kilometer groter dan Pluto (er zijn nog vier andere manen in ons zonnestelsel die nog groter zijn). De Maan is 27% van de grootte van de Aarde. Deze verhouding van ongeveer 1:4 is veel kleiner dan bij de andere planeten en hun manen. Dit betekent dat de Maan een grote invloed uitoefent op onze planeet en er mogelijk mede voor verantwoordelijk is dat er hier leven is. Hoe is de Maan ontstaan? De leidende theorie over het ontstaan van de Maan is dat ze is gevormd uit een grote inslag op Aarde. Hierbij werd genoeg materiaal de ruimte in geslingerd om de Maan te vormen. Deze inslag zou hebben plaatsgevonden toen de Aarde nog grotendeels gesmolten was. Het object dat op de Aarde insloeg had ongeveer een massa van 10% van de Aarde. De Aarde en de Maan hebben dezelfde samenstelling. Wetenschappers leidden hieruit af dat deze inslag ongeveer 95 miljoen jaar na het ontstaan van de Aarde moet hebben plaatsgevonden. Alhoewel de inslagtheorie de meest gangbare theorie is is er een discussie gaande waarin men stelt dat de Maan ook kan zijn ontstaan doordat twee kleinere manen met elkaar in botsing zijn gekomen om zo één grote maan te vormen. Een derde theorie suggereert dat de Aarde de Maan van Venus heeft “gestolen”. Interne structuur De Maan heeft vermoedelijk een hele kleine kern die slechts 1 tot 2% van de totale massa van de Maan omvat. De kern heeft een doorsnede van ongeveer 680 kilometer en bestaat voornamelijk uit ijzer maar er zouden ook grote hoeveelheden zwavel en andere elementen voor kunnen komen. De rotsachtige mantel is ongeveer 1330 kilometer dik en bestaat uit compact gesteente dat rijk is aan ijzer en magnesium. In het verleden heeft magma zich een weg gezocht door de mantel heen naar het oppervlak van de Maan. Gedurende meer dan een miljard jaar was er vulkanische activiteit op de Maan maar die vulkanische periode ligt inmiddels wel al meer dan drie miljard jaar achter ons. De korst aan het oppervlak heeft een dikte van 70 kilometer. Het buitenste deel van de korst is bekraterd en onder het oppervlak gebroken door de vele inslagen die in het verleden hebben plaatsgevonden. Dieper de korst in op ongeveer 10 kilometer is het materiaal nog allemaal intact. Samenstelling van het oppervlak Net zoals de vier binnenste planeten is de Maan rotsachtig. Het oppervlak is zwaar bekraterd als gevolg van de vele inslagen miljoenen jaren geleden. Omdat er geen weer is op de Maan vindt er geen erosie van de kraters plaats. Het oppervlak van de Maan bestaat, op gewichtsbasis, voor ongeveer 43% uit zuurstof, 20% silicium, 19% magnesium,3% aluminium, 0,42% chroom, 0,18% titanium en 0,12% mangaan. Met ruimtesondes zijn sporen van water gevonden dat mogelijk afkomstig is diep uit de ondergrond. De atmosfeer van de Maan De Maan heeft een hele ijle atmosfeer. Een stoflaag of een voetafdruk zal eeuwenlang intact blijven. Omdat er nauwelijks een atmosfeer is wordt warmte niet vastgehouden hetgeen er voor zorgt dat de temperatuur aan het oppervlak sterk kan variëren. Aan de zonzijde van de Maan kan de dagtemperatuur oplopen tot 134 °C en aan de donkere zijde kan de nachttemperatuur zakken tot -153 °. Baankenmerken Gemiddelde afstand tot de Aarde: 384.400 km Perigeum (kleinste afstand tot de Aarde): 363.300 km Apogeum (grootste afstand tot de Aarde): 405.500 km Relatie baan/Aarde De aantrekkingskracht van de Maan trekt aan de Aarde waardoor er voorspelbare pieken en dalen optreden in het zeeniveau. We noemen dit de getijden. Deze getijden treden ook op in meren, de atmosfeer en binnen de aardse korst maar ze zijn hier wel veel minder prominent meetbaar. Als het water omhoog wordt gestuwd noemen we dit vloed en als het water zakt noemen we dit eb. Als gevolg van de aantrekkingskracht treedt vloed op aan de zijde van de Aarde die zich het dichtste bij de Maan bevindt. Vloed is ook zichtbaar aan de zijde van de Aarde die zich het verste van de Maan bevindt. Dit komt door de traagheid van het water. Tussen deze twee vloedgebieden in is het eb. De aantrekkingskracht van de Maan vertraagt ook de rotatie van de Aarde. Dit noemen we het remmen als gevolg van getijde-energie. Per eeuw neemt de lengte van de dag hierdoor toe met 2,3 milliseconden. De energie die de Aarde verliest wordt opgevangen door de Maan die zich als gevolg hiervan met 2,3 centimeter per jaar van de Aarde verwijderd. De aantrekkingskracht van de Maan heeft mogelijk mede een rol gespeeld bij het bewoonbaar maken van de Aarde doordat de tolling van de draaiings-as van de Aarde wordt afgevlakt hetgeen heeft geleid tot een stabiel klimaat gedurende miljarden jaren waardoor leven zich goed heeft kunnen ontwikkelen. De Maan heeft de vorm van een ei en die vorm is vermoedelijk ontstaan onder invloed van de aantrekkingskracht van de Aarde. Maansverduisteringen Tijdens een verduistering staan de Maan, de Aarde en de Zon op één lijn. Een maansverduistering vindt plaats als de Aarde zich tussen de Zon en de Maan door beweegt en de schaduw van de Aarde de Maan bedekt. Een maansverduistering kan alleen plaatsvinden tijdens Volle Maan. Een zonsverduistering treedt op als de Maan zich tussen de Zon en de Aarde door beweegt en de schaduw van de Maan op de Aarde valt. Een zonsverduistering kan alleen plaatsvinden bij Nieuwe Maan. Seizoenen De Aardas maakt een hoek ten opzichte van de ecliptica. De ecliptica is het denkbeeldige vlak waarin de Aarde om de Zon draait. Dit betekent dat het noordelijk en het zuidelijk halfrond soms naar de Zon toe wijzen of van de Zon afwijzen afhankelijk van de tijd van het jaar. Hierdoor varieert de hoeveelheid licht dat ze ontvangen; dit veroorzaakt de seizoenen. De hoek van de Aardas bedraagt 23,5° maar de hoek die de rotatie-as van de Maan maakt bedraagt slechts 1,5°. Op de Maan is dus nauwelijks sprake van seizoenen. Dit betekent ook dat sommige gebieden altijd door de zon worden verlicht terwijl andere plaatsen altijd zijn verstoken van direct zonlicht. Onderzoek en verkenning Er waren oude volken die de Maan zagen als een kom gevuld met vuur. Anderen zagen de Maan als een kopie van de Aarde met zeeën en land. De oude Grieken wisten dat de Maan een bol was in een baan om de Aarde en dat het licht van de Maan in feite gereflecteerd zonlicht is. De Grieken dachten ook dat de donkere gebieden op de Maan zeeën waren en de heldere gebieden land. Dit is nog steeds zichtbaar in de huidige naamgeving van structuren op de Maan waarin maria en terrea terugkomen: Latijn voor zeeën en land. Galileo Galilei was de eerste astronoom die een telescoop gebruikte om de Maan wetenschappelijk te bestuderen. Hij beschreef in 1609 een ruw bergachtig landschap dat er heel anders uitzag dan de mensen in die tijd dachten dat het zou zijn. In 1959 was het de Sovjet-Unie die als eerste natie een sonde op de Maan te pletter liet slaan en die de eerste foto’s van de achterzijde van de Maan maakte. In 1969 waren het Amerikaanse astronauten die als eerste voet zetten op de Maan. Er werden vijf succesvolle Maanmissies uitgevoerd waarbij 382 kg gesteente en bodemmateriaal mee terug werd gebracht naar de Aarde. De Maan is tot nu toe nog steeds het enige hemellichaam dat door mensen is bezocht. Pas in de jaren 90 van de vorige eeuw kreeg het onderzoek van de Maan weer een nieuwe impuls met de Clementine- en de Lunar Prospector-missies die door de NASA werden uitgevoerd. Beide missies toonden aan dat er vermoedelijk water aan de polen van de Maan voorkomt. Dit werd in 2009 bevestigd door de Lunar Reconnaissance Orbiter-missie in samenwerking met de Lunar Crater Observation and Sensing Satellite-missie. In 2011 maakte de Lunar Reconnaissance Orbiter de beste kaart van de Maan tot nu toe. In 2013 voerde China een historische missie uit door een robot-autootje op de Maan te plaatsen. Het zijn niet alleen naties die belangstelling hebben in de Maan maar ook particuliere organisaties die onderzoeken of er iets te verdienen valt aan de Maan.
De grootte van de Maan vergeleken met de Aarde

De Aarde is vanaf de Zon gezien de derde planeet. Het is de enige planeet die we kennen die een atmosfeer heeft waarin vrije zuurstof voorkomt en die oceanen van vloeibaar water aan het oppervlak heeft. Het is ook de enige planeet die we kennen waarop leven voorkomt.

In grootte is de Aarde de vijfde planeet in het zonnestelsel – kleiner dan de vier gasreuzen Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus maar groter dan de drie andere rotsachtige planeten Mercurius, Venus en Mars.

De Aarde heeft een doorsnede van ongeveer 13.000 kilometer en is als gevolg van de zwaartekracht een ronde bal. Niet perfect rond maar meer een afgeplatte bol die om de evenaar gemeten een beetje groter is dan om de polen.

Ongeveer 71% van het oppervlak van de Aarde is bedekt met water. Het meest water bevindt zich in de oceanen. Ongeveer 1/5-de van de atmosfeer is zuurstof dat wordt geproduceerd door planten. Onze planeet wordt al eeuwenlang door wetenschappers bestudeerd maar het meeste hebben we geleerd vanaf dat we onze planeet vanuit de ruimte kunnen bestuderen.

Baan kenmerken

De Aarde draait om zijn as maar draait ook om de Zon heen. De asrotatie duurt 23,439 uur en de rotatie om de Zon duurt 365,26 dagen. De draaiingsas van de Aarde maakt een hoek ten opzichte van het vlak van de ecliptica. Dit betekent dat het noordelijk en het zuidelijk halfrond afhankelijk van de tijd van het jaar van de Zon afwijzen of er naar toe zijn gericht en daardoor varieert de hoeveelheid licht dat ze ontvangen en dat veroorzaakt dan weer de seizoenen.

De baan van de Aarde om de Zon is, net zoals de baan van de andere planeten, geen perfecte cirkel maar een ovaalvormige ellips. Begin januari bevindt de Aarde zich het dichtste bij de Zon en de grootste afstand tot de Zon wordt in juli bereikt. Deze variaties hebben een veel kleiner effect dan het opwarmen en afkoelen dat wordt veroorzaakt door de helling die de as van de Aarde maakt. De Aarde bevindt zich in de zogenaamde bewoonbare zone van zijn ster, temperaturen zijn er hoog genoeg zodat er vloeibaar water aan het oppervlak kan voorkomen.

Baan en rotatie

Enkele statistieken over de Aarde

  • gemiddelde afstand tot de Zon: 149.598.262 kilometer
  • perihelium (kleinste afstand tot de Zon: 147.098.291 kilometer
  • aphelium (grootste afstand tot de Zon): 152.098.233 kilometer
  • lengte van de zonnedag (één rotatie om de as): 23,934 uur
  • lengte van het jaar (één omwenteling om de Zon): 365,26 dagen
  • baaninclinatie; 23,4393°

Ontstaan en evolutie van de Aarde

Wetenschappers denken dat de Aarde ongeveer 4,6 miljard jaar geleden gelijk met de Zon en de andere planeten is ontstaan. In die tijd ontstond het zonnestelsel uit een grote, draaiende wolk van gas en stof die we de zonnenevel noemen. Deze nevel stortte onder zijn eigen zwaartekracht ineen en begin sneller en sneller te draaien en platte daarbij af tot een schijf. Het meeste materiaal werd naar het centrum getrokken en hieruit ontstond de Zon.

Andere delen in de schijf botsten met elkaar en bleven aan elkaar plakken om zo grotere objecten te vormen waaronder dus de Aarde. De zonnewind van de Zon was zo sterk dat bijna alle lichtere elementen, zoals waterstof en helium, werden weggeblazen van de binnenste planeten waardoor de Aarde en zijn broertjes en zusjes als kleine rotsachtige planeten achterbleven.

Wetenschappers denken dat de Aarde als een kale waterloze wereld is begonnen. Radioactief materiaal in het binnenste en de toenemende druk diep in de Aarde zorgden voor voldoende hitte om het binnenste te laten smelten waardoor er bepaalde chemische stoffen omhoog naar het oppervlak konden komen en water konden vormen. Andere chemische stoffen werden de gassen van de atmosfeer. Recent bewijs duidt er op dat de korst en de oceanen van de Aarde binnen ongeveer 200 miljoen jaar na het ontstaan van de planeet zijn ontstaan.

De geschiedenis van de Aarde wordt opgedeeld in vier tijdperken:

  • Hadeïcum (het Hadeïcum is het tijdperk vanaf het ontstaan tot de oudste bekende gesteenten, dit tijdperk maakt officieel deel uit van het Archeïcum).
  • Archeïcum
  • Proterozoïcum
  • Fanerozoïcum

De eerste drie tijdperken, die samen ongeveer 4 miljard jaar duurden, samen worden ook wel het Precambrium genoemd. Deze term wordt nog veel gebruikt maar is verdwenen uit de officiële indelingen. De eerste tekenen van leven komen uit het Archeïcum ongeveer 3,8 miljard jaar geleden maar pas in het Fanerozoïcum kwam leven algemeen voor op Aarde.

Het Fanerozoïcum wordt in drie tijdperken opgedeeld:

  • Paleozoïcum, in deze periode ontstonden veel soorten dieren en planeten in zeeën en op land.
  • Mesozoïcum, dit is de periode van de dinosauriërs
  • Cenezoïcum, het tijdperk van de zoogdieren waarin we nu ook nog leven.

De meeste fossielen uit het Paleozoïcum zijn ongewervelde dieren zoals koraal, trilobieten en weekdieren. Ongeveer 450 miljoen jaar geleden ontstonden de eerste vissen en 380 miljoen jaar geleden ontstonden de eerste amfibieën. Ongeveer 300 miljoen jaar geleden werd de Aarde bedekt door grote bossen en moerassen en uit die tijd stammen de oudste fossielen van reptielen.

Het mesozoïcum wordt gekenmerkt door de opkomst van de dinosauriërs maar in die periode, ongeveer 200 miljoen jaar geleden, ontstonden ook al de eerste zoogdieren. In deze periode waren bloeiende planeten de dominante plantengroep en dat zijn ze tegenwoordig nog steeds.

Ongeveer 65 miljoen jaar geleden begon het Cenozoïcum. Toen eindigde ook het tijdperk van de dinosauriërs, wetenschappers denken dat dit komt door de inslag van een komeet of asteroïde. Zoogdieren overleefden die inslag en ze werden de dominante groep dieren op het land en dat zijn ze tegenwoordig nog steeds.

Samenstelling en structuur

Atmosfeer

De atmosfeer van de Aarde bestaat voor ongeveer 78% uit stikstof, 21% uit zuurstof en er komen ook sporen water, argon, koolstofdioxide en andere gassen in voor. Nergens anders in het zonnestelsel komt een atmosfeer voor die vrije zuurstof bevat. Dankzij die vrije zuurstof kunnen wij bestaan.

De luchtlaag die de Aarde omhuld wordt dunner naar mate die verder van de Aarde is verwijderd. Op ongeveer 160 kilometer hoogte is de lucht zo ijl dat satellieten er zonder al te veel weerstand doorheen kunnen bewegen maar sporen van de atmosfeer zijn tot op 600 kilometer boven het oppervlak te traceren.

De onderste laag van de atmosfeer is de troposfeer. Deze laag is voortdurend in beweging en veroorzaakt het weer. Zonlicht verhit het oppervlak van de planeet waardoor warme lucht opstijgt. Dee lucht zet uit en koelt af als de luchtdruk zakt en omdat deze koele lucht zwaader is dan zijn omgeving zakt hij weer naar beneden en wordt weer door de Aarde opgewarmd.

Op ongeveer 50 kilometer boven het aardoppervlak begint de stratosfeer. De rustige lucht van de stratosfeer bevat ook de ozonlaag die is ontstaat doordat onder invloed van ultraviolet licht groepjes van drie zuurstofatomen binden tot ozonmoleculen. Ozon beschermt ons tegen de ultraviolette straling van de Zon.

Waterdamp, koolstofdioxide en andere gassen in de atmosfeer houden de hitte van de Zon vast waardoor de Aarde opwarmt. Zonder dit broeikaseffect zou het op Aarde vermoedelijk veel te koud zijn voor leven. Van de andere kant heeft een uit de hand gelopen broeikaseffect vermoedelijk tot een onbewoonbare Venus geleid.

Satellieten die de Aarde in de gaten houden hebben aangetoond dat het bovenste gedeelte van de atmosfeer gedurende de dag wordt opgewarmd en uitzet en ‘s nachts weer krimpt en afkoelt.

Magneetveld

Het magneetveld van de Aarde wordt opgewekt door stromingen in de buitenste delen van de kern. De magnetische polen bewegen altijd. De magnetische noordpool beweegt momenteel met een snelheid van 40 kilometer per jaar en zal over enkele tientallen jaren van Noord-Amerika naar Siberië zijn getrokken.

Het Magneetveld van de Aarde verandert ook. Globaal gezien is het sinds de 19-de eeuw met 10% afgenomen volgens de NASA. Dat zijn kleine veranderingen vergeleken met wat er vroeger met het magneetveld is gebeurd. Soms flipt het magneetveld helemaal om en verwisselden noord- en zuidpool van plaats.

Als geladen deeltjes van de Zon worden gevangen in het magneetveld van de Aarde dan botsen ze boven de magnetische polen met luchtmoleculen waardoor die gaan gloeien en zo het noorderlicht en het zuiderlicht veroorzaken.

Chemische samenstelling

Zuurstof is het meest voorkomende element in het gesteente in de Aardse korst. Ongeveer 47% van het gewicht van al het gesteente bestaat uit zuurstof. Silicium is het op één na meest voorkomende element; ongeveer 27%, gevolgd door aluminium met 8%, ijzer met 5%, calcium met 4% en daarna natrium, kalium en magnesium met ieder 2%.

De kern van de Aarde bestaat voornamelijk uit ijzer en nikkel en mogelijk ook kleinere hoeveelheden lichtere elementen zoals zwavel en zuurstof. De mantel bestaat uit ijzer en silicaathoudend gesteente dat rijk is aan magnesium. (De combinatie van silicium en zuurstof wordt silica genoemd en mineralen die silica bevatten worden silicaten genoemd.)

Interne structuur

De kern van de Aarde heeft een diameter van ongeveer 7100 kilometer, dat is iets meer dan de helft van de doorsnede van de Aarde en ongeveer gelijk aan de grootte van Mars. De buitenste 2250 kilometer van de kern zijn vloeibaar en de binnenkern, ongeveer 4/5-de van de grootte van de Maan is vast.

Boven de kern bevindt zich de mantel van de Aarde en die is ongeveer 2900 kilometer dik. De mantel is niet helemaal stijf maar kan heel langzaam vloeien. Op de mantel drijft de korst van de Aarde zoals hout drijft op water en de langzame beweging van gesteente in de mantel zorgt voor het bewegen van de continenten en veroorzaakt aardbevingen, vulkanen en het ontstaan van bergketens.

Boven de mantel komen twee soorten korst voor. Het droge land van de continenten bestaat voornamelijk uit graniet en andere lichte silicaten en de vloeren van de oceanen bestaan voornamelijk uit donker vulkanisch gesteente met een hoge dichtheid dat we basalt noemen. De korst van de continenten is gemiddeld 40 kilometer dik en de korst van de oceaanbodem is gemiddeld 8 kilometer dik.

Richting de kern wordt de Aarde warmer. Op de bodem van de continentale korst bereikt de temperatuur een hoogte van 1000 °C die temperatuur neemt onder de korst met 1° per kilometer toe. Geologen denken dat de buitenst kern van de Aarde een temperatuur heeft van ongeveer 3700 tot 4300 °C en de binnenste kern ongeveer 7000 °C heet is. De enorme druk zorgt er voor dat de hele hete binnenkern vast blijft.

Recente zoektochten naar exoplaneten die met telescopen als de Kepler zijn uitgevoerd wijzen er op dat planeten met de grootte van de Aarde algemeen voorkomen. Ongeveer 1/4-de van de door de Kepler bestudeerde zonachtige sterren hebben potentieel bewoonbare planeten.

De Maan

De maan van de Aarde heeft een doorsnede van 3474 kilometer, ongeveer 1/5-de van de diameter van de Aarde. De Aarde heeft slechts één maan terwijl Mercurius en Venus er geen hebben en de andere planten in het zonnestelsel twee of meer manen hebben.

De leidende theorie over het ontstaan van de Maan zegt dat er een gigantische inslag heeft plaatsgevonden waarbij de ruwe ingrediënten voor de Maan zijn weggeslagen van de nog primitieve en grotendeels gesmolten Aarde. Uit deze brokstukken vormde zich de Maan. Wetenschappers denken dat de veroorzaker van de inslag ongeveer een massa van 1/10-de van de Aarde had en ongeveer zo groot als Mars is geweest.

Soorten overzicht

De Aarde is de enige planeet in het heelal waarvan we weten dat er leven voorkomt. Er leven miljoenen soorten op de planeet die in de diepste delen van de oceaan wonen tot enkel kilometers hoog in de atmosfeer. Wetenschappers denken dat nog lang niet alle soorten in kaart zijn gebracht en ze schatten dat er tussen de 5 miljoen en 100 miljoen soorten op Aarde voorkomen waarvan er ongeveer 2 miljoen in kaart zijn gebracht.

De Aarde is het enige object in het zonnestelsel waarop leven voorkomt maar wetenschappers denken dat andere kandidaten, zoals de Saturnusmaan Titan en de Jupitermaan Europa, primitief leven zouden kunnen herbergen. Wetenschappers weten nog steeds niet tot in detail hoe snel complex leven op Aarde ontstond uit de primitieve voorvaderen. Eén van de ideeën is dat leven eerst evolueerde op de nabije, ooit bewoonbare, planeet Mars en dan met behulp van meteorieten naar de Aarde is gekomen. Waterdichte bewijzen hiervoor zijn er echter niet.

 

Eerste publicatie: 22 oktober 2017

Meer artikelen over de Aarde