1.1 Hva er geofag?
Geofag handler om å forstå jordsystemene, både hvordan de virker sammen og hver for seg, og hvordan de former jorda over tid. Geofaglige undersøkelser i faget skal bidra til at elevene utvikler en helhetlig forståelse av jorda som system og menneskets plass i jordsystemene. Videre skal faget bidra til kunnskap om hvordan menneskene kan påvirke og leve med klimaendringer og naturfarer, og bidra til en mer bærekraftig ressursutnyttelse. Fordypning i geofaglige problemstillinger forbereder elevene til videre studier og deltakelse i arbeids- og samfunnsliv. (Læreplan i geofag (GFG01-03), 2024)
I geofag jobber vi med jordsystemene geosfæren, atmosfæren, hydrosfæren, kryosfæren og biosfæren. Geofag 2 går i dybden på atmosfæren, havet og kryosfæren. I tillegg ser vi på hvordan disse jordsystemene vekselvirker med, og ikke minst hvordan geosfæren, den resterende hydrosfæren og biosfæren påvirker atmosfæren, havet og deler av kryosfæren. Jordens energibalanse er også påvirket av strålingsbalansen ved toppen av atmosfæren.
Antroposfæren?
I mange fremstillinger av klimasystemet, slik som i figuren over, er ikke mennesket regnet som en egen sfære. Likevel er det stadig vanligere å snakke om en sjette dimensjon, antroposfæren, for å fremheve hvor gjennomgripende menneskelig aktivitet påvirker de fem andre sfærene. I motsetning til geosfæren, som endrer seg over millioner av år, er menneskelig påvirkning noe som skjer raskt og er stadig økende.
Tenk gjennom hver av de fem sfærene: vi endrer sammensetningen i atmosfæren gjennom utslipp av klimagasser, vi varmer opp og forsurer havet (hydrosfæren), vi bidrar til at is og snø smelter (kryosfæren), vi endrer arealbruk og dyrker jorda (geosfæren), og vi påvirker mangfoldet av liv gjennom avskoging og fiske (biosfæren). Mennesket påvirker alle sfærene i klimasystemet.
I geofag er “Mennesket i jordsystemene” et eget kjerneelement. Dette kjerneelementet handler om “hvordan vi som mennesker utnytter naturressursene og endrer jordsystemene, og hvordan vi er avhengige av og påvirkes av de samme systemene og deres endringer. Mennesket i jordsystemene handler også om hvordan vi kan forebygge og beskytte oss mot klimaendringer og naturfarer gjennom forskning og forvaltning.” (Læreplan i geofag (GFG01-03), 2024)
1.2 Posisjon og tid – geofagets grunnleggende koordinater
Alt vi undersøker i geofag er forankret i to grunnleggende dimensjoner: posisjon og tid. Uten å vite hvor en observasjon er gjort, og når den er gjort, gir den liten mening i en geofaglig sammenheng.
Posisjon handler ikke bare om bredde- og lengdegrad, men også om høyde over havet, dyp i havet eller i isen, og plassering i forhold til andre geografiske og klimatiske forhold som havstrømmer, luftmasser og topografi. Et temperaturmål fra Bergen forteller noe helt annet enn samme måling fra Svalbard eller fra midt i Stillehavet. Tilsvarende vil en iskjerne hentet fra Grønland gi andre svar enn en hentet fra Antarktis, fordi posisjonen påvirker hvilke prosesser som har formet stedet.
Tid er like avgjørende. Jordsystemene endrer seg på svært forskjellige tidsskalaer – fra sekunder og minutter (som i atmosfæriske turbulensprosesser), via dager og sesonger (som værsystemer og havstrømmer), til tusener og millioner av år (som istider og platetektonikk). Når vi sammenligner data, må vi derfor alltid spørre: er dette en øyeblikksverdi, et døgnmiddel, en årlig verdi, eller et gjennomsnitt over flere tiår eller århundrer?
Gjennom hele Geofag 2 vil du møte data og figurer som er knyttet til både kart (posisjon) og tidsserier (tid). Når du tolker en figur eller et datasett, er det derfor alltid nyttig å stille deg spørsmålene: Hvor er dette målt, og hvor representativt er det for andre steder? Når er dette målt, og hvor representativt er det for andre tidsperioder?
I de neste tre avsnittene skal vi se nettopp dette i praksis: vi ser på de store linjene i atmosfærens, havets og kryosfærens historie. Her er tid den klart viktigste referanserammen – vi beveger oss fra jordens fødsel for 4,6 milliarder år siden, via istider på tusenvis av år, til endringer som skjer i løpet av et menneskeliv i dag. Samtidig er det viktig å huske at tallene og prosessene som beskrives, ofte er globale gjennomsnitt. Det betyr at de skjuler store forskjeller mellom ulike posisjoner på jorden – noe vi kommer tilbake til gjennom resten av boka.
1.3 Atmosfærens historie
Atmosfærens historie er fascinerende, og strekker seg over milliarder av år. Helt siden jorden ble dannet for omtrent 4,6 milliarder år siden har atmosfæren gjennomgått store endringer.
I begynnelsen var atmosfæren svært forskjellig fra det vi kjenner i dag, hovedsakelig bestående av hydrogen og helium. Etter hvert som jorden ble kaldere, ble tyngre gasser som karbondioksid og vanndamp mer fremtredende. I løpet av de neste hundrevis av millioner år, førte intens vulkansk aktivitet til at vi fikk en atmosfære som i stor grad bestod av karbondioksid, nitrogen og vanndamp. Denne sammensetningen var avgjørende for å opprettholde en drivhuseffekt som hindret jorden i å fryse, til tross for at solen var svakere enn i dag.
Et vendepunkt i atmosfærens historie skjedde for omtrent 2,4 milliarder år siden. Da fikk vi en stor fremvekst av cyanobakterier (blågrønnalger) som via fotosyntese produserte oksygen fra karbondioksid og vann. Over tid førte dette til en betydelig økning i atmosfærens oksygeninnhold, en hendelse man senere har kalt “den store oksygenkatastrofen”. Økningen i oksygen gjorde det mulig for mer komplekse livsformer å oppstå, inkludert flercellede organismer. Samtidig fjernet oksygenet mye av metanet i atmosfæren, som førte til en nedkjøling av jorden og muligens bidro til den huronianske istiden for omkring 2,4 til 2,1 milliarder år siden.
I løpet av de siste hundre millioner årene har atmosfæren nådd en relativt stabil tilstand, med en sammensetning som ligner dagens: 78% nitrogen, 21% oksygen og små mengder andre gasser som argon og karbondioksid. Denne balansen har vært avgjørende for utviklingen og opprettholdelsen av livet på jorden slik vi kjenner det. Likevel har menneskelige aktiviteter i den industrielle tidsalder ført til betydelige endringer i atmosfærens sammensetning, spesielt når det gjelder drivhusgasser som karbondioksid, noe som har konsekvenser for jordens klima.
I Geofag 2 skal du lære om prosesser i atmosfæren som er viktige for oss i dag, og hvordan atmosfæren er i endring grunnet både naturlige og menneskapte prosesser.
1.4 Havets historie
Da jorden ble dannet, var overflaten dekket av en smeltet magmasjø. Etter hvert som jordoverflaten ble avkjølt, begynte vanndamp fra jordens indre å sive ut fra vulkaner og geotermiske kilder. Vanndampen kondenserte, falt ned som regn, og over millioner av år dannet dette de første verdenshavene.
Gjennom tidene har havnivået variert betydelig, hovedsakelig på grunn av endringer i jordens klima. Under istider har store mengder vann vært bundet opp i isbreer og innlandsis, noe som har ført til lavere havnivå. I mellomistidene, som den vi lever i nå, smelter isen og havnivået stiger. Disse syklusene har hatt stor innvirkning på utformingen av kystlinjer og kontinentalsokler.
Havet har i milliarder av år vært svært viktig for utviklingen av liv på jorden. De første livsformene oppsto sannsynligvis i havet for over 3,5 milliarder år siden. Gjennom evolusjonen har marine organismer tilpasset seg et bredt spekter av habitater, fra grunne kystområder til dype havgroper. Havets biologiske mangfold har gjennomgått flere store endringer, inkludert masseutryddelser og perioder med rask evolusjon.
Verdenshavene har vært viktige for transport, handel, matproduksjon og rekreasjon. I nyere tid har vi begynt å forstå havets avgjørende rolle i jordens klimasystem og de potensielle konsekvensene av menneskeskapte påvirkninger som forurensning og overfiske. I Geofag 2 vil vi se på dynamiske prosesser i havet, og forstå hvordan disse vekselvirker med de andre jordsystemene og ikke minst hvordan menneskene påvirker og blir påvirket av de dynamiske prosessene i havet.
1.5 En kort introduksjon til kryosfæren
Kryosfæren, som omfatter alle former for frossent vann på jordoverflaten, har en lang og fascinerende historie på planeten vår. Gjennom millioner av år har kryosfæren gjennomgått betydelige endringer, ofte i takt med skiftende klimaforhold. Studier av kryosfærens historie gir oss verdifull innsikt i jordens klimafortid og hvordan den kan påvirke fremtiden vår.
I løpet av jordens historie har det vært flere perioder med omfattende nedising, kjent som istider. Den siste istiden, kjent som Weichsel-istiden, begynte for omtrent 115 000 år siden og nådde sitt maksimum for rundt 20 000 år siden. I denne perioden var store deler av den nordlige halvkule dekket av tykke lag med is, og havnivået var betydelig lavere enn i dag. Etter hvert som klimaet ble varmere, begynte isen å smelte, og for omtrent 11 700 år siden markerte dette starten på den nåværende mellomistiden, Holocen.
Studier av kryosfærens historie avslører også hvordan endringer i blant annet jordens bane rundt solen, kjent som Milankovitch-sykluser, har påvirket klimaet og utbredelsen av is på jorden. Disse syklusene, sammen med andre faktorer som drivhusgasskonsentrasjoner og endringer i havstrømmer, har bidratt til de vekslende periodene med istider og mellomistider gjennom jordens historie. I Geofag 2 skal vi prøve å forstå kryosfærens fortid og dens samspill med klimasystemet, for å bedre forberede oss på fremtidige endringer og tilpasse oss et klima i endring.