Guidningar och workshopar

Grundämnenas uppkomst

Universum började expandera för 13,7 miljarder år sedan i och med urexplosionen. I samband med urexplosionen uppkom världsalltets två vanligaste grundämnen – väte och helium. Tillsammans bildar de ca 99 procent av världsalltets massa (75 % väte).

I stjärnans kärna omvandlas väte till helium och frigör stora mängder energi. I stjärnor som liknar vår egen sol fortskrider fusionsreaktionerna ända fram till järn. Grundämnen som är tyngre än järn uppkommer i stjärnexplosioner (supernova) och i kollisioner av neutronstjärnor som uppkommit som resultat av explosionerna och som består av neutroner och kollapsade stjärnor.

Grundämnena på jordklotet

Vårt jordklot bildades för cirka 4 560 miljoner år sedan av den materia som blev över då solen föddes. Till en början var vår planet sval, men på grund av partikelbombning, trycket från dragningskraften samt de radioaktiva ämnenas sönderfall, började jorden värmas upp. Grundämnena smälte och de tyngre sjönk ner i jordens kärna medan de lättare stannade på ytan. På detta sätt uppkom jordklotets skiktstruktur och småningom jordskorpans första plattor.

Jordklotets kärna består av järn och nickel. På jordskorpan bildar olika grundämnen tillsammans olika mineral som tillsammans åter bildar olika bergarter. Jordskorpan består av mer än 5 600 olika mineral, största delen dock av silikat, dvs. kisel (28 %) och syre (46 % av jordskorpans grundämnen). Jordskorpans plattor rör långsamt på sig. I den stora bergartscykeln kan man urskilja tre bildningsmiljöer för mineral och bergarter. Då smälta svalnar kristalliseras den till mineral och bildar olika magmastenar. På jordens yta fortskrider vittringen, och avlagringen bildar nya, olika mineral och sedimentbergarter. Bergarternas långsamma förändring under hårt tryck och/eller temperatur bildar metamorfiska bergarter.

Det är tack vare summan av olika händelser vi har vatten och kan leva på jorden. Vi befinner oss på ett lämpligt avstånd från solen, vi har inte för varmt eller för kallt. Atmosfärens tryck är lämpligt och ett magnetfält hindrar syre och väte från att rymma. Vattnets uppkomst började med vårt solsystems uppkomst i vilken ingick såväl vulkanutbrott som meteoriter och asteroider. Tills vidare är det ändå en gåta hur vatten exakt har uppkommit. Vatten är en väsentlig förening i jordens biosfär som möjliggjorde liv.

Vändpunkten i utvecklingen av livet var fotosyntesens uppkomst för mer än 2 500 miljoner år sedan. Då lärde sig de blågröna algerna (Cyanobacterierna) att använda solens ljus som energikälla för att kombinera vatten och koldioxid till socker. Samtidigt släpptes syre ut i atmosfären. På så sätt började ett ozonskikt bildas som skyddar atmosfären mot den ultravioletta strålningen och gjorde det möjligt för livet att i ett senare skede flytta upp på land. Numera är de vanligaste grundämnena i jordklotets atmosfär kväve (över 78 %) och syre (22 %). Atmosfärens konsistens inverkar väsentligt på hur mycket energi från solen når jordklotets yta och hur mycket värmestrålning rymmer ut i rymden.

Växternas betydelse för näringskretsloppet

Växter producerar näring av näringsämnen. Växtnäring är sådana grundämnen som är nödvändiga för växtens tillväxt och normala utveckling. De är sammanlagt 16 till antalet. Olika växter har något olika krav på vilken näring de behöver. Också växternas utvecklingsfas inverkar på vilka näringsämnen de särskilt behöver. Om växten inte får de näringsämnen den behöver störs dess utveckling. Symtom på brist av olika näringsämnen framgår på olika sätt.

Växter kan omvandla organiska näringsämnen av den livlösa naturens råämnen till föda för djur och människor. Näringsämnena som växterna utnyttjar har sitt ursprung i berggrunden. Näringsämnena finns i marken som olika joner eller föreningar. Markens mikrober och surhet inverkar mycket på i vilken form näringsämnena förekommer och hur lätt växterna har tillgång till dem.

Växterna upptar kol och syre i gasform: som koldioxid (CO₂) och syre (O₂). Väte får växterna från vatten (H₂O). Växten kan ta kväve från marken i antingen ammonium- eller nitratform. I roten på baljväxter och några andra växter lever kvävebindande bakterier som kan ta upp kväve som kvävemolekyler från luften.

Kväve, fosfor, kalium och magnesium rör sig lätt inne i växten. Vid odling är det särskilt viktigt att se till att växten har tillgång till dessa näringsämnen i början av vegetationsperioden och när växten växer som mest. Näringsämnen som rör sig dåligt inne i växten är mangan, svavel, koppar, zink, järn, kalcium, bor och molybden. När det gäller näringsämnen som rör dåligt på sig måste man särskilt se till att de finns tillgängliga under hela vegetationsperioden.

Grundämnena i människokroppen

Har du någon gång tänkt på vilka grundämnen människokroppen består av? Över 90 % av vår vikt består av endast tre grundämnen: syre (65 %), kol (18 %) och väte (ca 10 %). Varje organisk molekyl i vår kropp innehåller kol C, men största delen av människokroppens vikt utgörs dock av vatten H₂O. Dessutom har vi mycket kväve N (ca 3 %), kalcium Ca (ca 1,5 %) samt fosfor P (ca 1 %) i vår kropp. Andra grundämnen utgör sammanlagt mindre än 1 procent av kroppsvikten, men många av dem är livsviktiga.

På samma sätt som i naturen är vatten ett viktigt ämne i människan. Största delen av vattnet i vår kropp finns inne i cellerna, en tredjedel mellan cellerna. För att cellerna ska må bra och vara i balans måste de innehålla tillräckligt med vätska. Vatten är viktigt för människans ämnesomsättning, transporten av närings- och slaggämnen samt för hjärtats funktioner. Vattnet upprätthåller blodcirkulationen och blodtrycket och påverkar starkt regleringen av kroppstemperaturen. Njuren sköter vattenhushållningen, men många läkemedel och sjukdomar ändrar vattenbalansen.

Människor får de näringsämnen de behöver från maten, vattnet från drycker och syret från luften. Havsorganismer får syret de behöver från vattnet. Eftersom en stor del av luften består av kväve har vi kvävgas i lungorna, men den tas inte upp i vår kropp. Benen på tvättsvampen som lever i havet består av vitröst kisel, men i människokroppen finns det bara lite kisel. Människans skelett består i huvudsak av kalcium och fosfor. Järn är kärnan i människans hemoglobin, växter har magnesium i sitt klorofyll och spindlar har koppar i blått blod.

När man tänker på grundämnenas färd från stjärnorna till jordklotet och hur livet har utvecklats på vår planet, kan man bara förundra sig över hur mycket har hänt för att människan någonsin har blivit till!

Källor (på finska och engelska):

Yle: H₂0. Ilman vettä ei olisi elämää – Maapallon vesi on 4,5 miljardia vuotta vanhaa.

Peda.net: Kasvibiologiaa

Sciencenotes.org: Elements in the Human Body and What They Do

Aiemmat Kiepin ja GTK:n yhteistyössä tehdyt materiaalit

Mer än hälften av fåglarna som häckar i Finland är flyttfåglar. Resten av fågelarterna är partiella flyttfåglar, vandringsfåglar eller stannfåglar. I workshopen bekantar vi oss med olika fåglar och diskuterar vilka slutsatser vi kan dra av deras struktur, näbb och bröstben. Vad äter de, vart flyttar de? I Veikko Salkios naturaliesamling finns cirka 200 fågelarter representerade vilka häckar i Finland. Det finns också tillgång till cd:n Finlands fåglar med beskrivning av flyttfåglarnas flygrutter, flyttider samt häcknings- och förekomstorter.

Fågelägg kan vara enfärgade eller brokiga, runda eller ovala – allt har en mening. I workshopen bekantar vi oss med fåglarnas häckning, olika fågelbon samt fågelägg genom Kieppis äggsamling och prov i Veikko Salkios samling. Vad säger lagen om fågelägg? Numera avlidna biologen Harri Hongell fungerade tidigare som expert när det gällde att känna igen fågelägg och bon. I workshopen kan du själv göra ett fågelbo och ägg av olika material. Det finns också tillgång till cd:n Finlands fåglar med beskrivning av flyttfåglarnas flygrutter, flyttider samt häcknings- och förekomstorter.

Under den här uggleutflykten är det garanterat att du ser ugglor och hör deras hoande. I workshopen får man bekanta sig med i Finland levande ugglearter samt deras levnadssätt. Veikko Salkios minidioramor berättar om ugglornas häckning och deras bytesdjur. Med hjälp av ett skuggspel kan vi också skapa stämningen i en nattlig skog.

Nässelfjärilen och citronfjärilen är dagfjärilar som alla känner, men vilka är svärmare, spinnare och mätare? I workshopen bekantar vi oss med fjärilarnas mångfald och fjärilens förvandling från ägg till fullbildad fjäril. Vad sker i olika utvecklingsskeden? Vi kan också fundera på skillnader mellan trollsländor och fjärilar eller undersöka olika insekter. Att vika origamifjärilar kräver noggrannhet, men slutresultatet är belönande.

Älgen bredde ut sig till vårt land efter den senaste istiden för ca 10 000 år sedan. Den är väl anpassad till köld: de långa täckhåren är ihåliga och verkar värmeisolerande och dessutom är älgens långa ben till hjälp i snön. Men vad äter älgen under olika årstider? I workshopen bekantar vi oss med älgen och andra hjortdjur genom horn- och skallprov i Veikko Salkios samling. I sina fotografier lyfter Jyrki Portin fram älgen i olika livsmiljöer. I workshopen kan vi också fundera på vilken betydelse älgen har haft under Finlands förhistoria och dess betydelse för oss idag.

Man kan rymma undan vinterkölden, men de djur som stannar får skydd av snön. Vissa vilar i flera månader medan andra letar ständigt efter mat under hela den korta ljusa tiden på dagen. Den mjuka snön avslöjar spår efter många små fötter som vi kan undersöka. Välkommen att bekanta er med djur som vi kan se i vår vinternatur. Hur klarar de den långa, kalla vintern? I workshopen får du också anvisningar om hur du kan delta i projektet Följ med vintern.

Med hjälp av fossil får vi kunskap om jordklotets historia och uppkomsten av liv. I workshopen kan vi kika miljoner år tillbaka i tiden och få reda på hur alla organismer har förändrats med tiden. Hur har kontinenterna flyttat på sig under jordklotets historia? Vilka faktorer har påverkat jordklotets klimat?  Som expert vid identifiering och datering av fossil har fungerat paleontologer vid Helsingfors universitet.

I workshopen bekantar vi oss med uppkomsten av stjärnor och solsystemet med bilder från rymdteleskopet Hubble. Vad är det som skyddar jordklotet mot meteoriter? Vi undersöker olika meteoriter och impaktbergarter. I Viljo Nissinens samling finns ett fragment av kända Bjurböles stenmeteorit som föll ner som ett eldklot i slutet av 1800-talet nära Borgå. I workshopen letar vi på en jordglob fram platser där stora meteoriter slagit ner eller hittats, både i Finland och i andra delar av världen. Som expert har fungerat Satu Hietala (GTK), Arto Luttinen (Naturhistoriska centralmuseet) och professor emeritus Lauri Pesonen (Helsingfors universitet).

Berg bildas och vittrar sönder, hav bildas och försvinner. Jordens yta förändras ständigt, materia cirkulerar. Välkommen att bekanta dig med mineraler och stenar som bildas av grundämnen. Hur och var bildas de, vilka ämnen består de av? I workshopen blir magmatiska bergarter, sedimentstenar och metamorfa stenar bekanta. I Viljo Nissinens mineralsamling ingår en cirka 3 500 miljoner år gammal gnejs från Siurua i Pudasjärvi, den äldsta bergarten i den Fennoskandiska urbergsskölden. Vi kan också lära oss känna de vanligaste mineralerna.

I naturens kretslopp under miljoner år har bergen långsamt vittrats sönder till sten, grus, sand och lera. I workshopen bekantar vi oss med lermineral och färgämnen som används vid keramiktillverkning, detta med hjälp av prov i Viljo Nissinens mineralsamling. Vad minns leran av jordens olika skeden? Vad är sur sulfatjord som man kan hitta även i Karleby? Som avslutning får alla en bit finsk rödlera som man kan forma till ett litet konstverk åt sig själv. Obs! Lerföremål kan inte brännas i Kieppi.

I Viljo Nissinens mineralsamling finns många sällsynta mineral och deras ädla former. I workshopen utreder vi av vilka grundämnen och genom vilka processer ädel- och smyckestenar bildas. Vi söker fram en ametist, en topas och en rubin i samlingen. Vilka egenskaper måste stenen ha för att man ska kunna slipa den? Som avslutning kan vi undersöka mineral med olika instrument, slipa stenar för hand eller göra vår egen amulett av olika material.

I Kieppis färgäventyr bekantar vi oss med ljus och färg på ett mångsidigt sätt. Människoögat kan uppfatta bara en bråkdel av solstrålningen.  Färger ”föds” via vårt synsinne; ljusets våglängd påverkar färgerna vi ser. Med hjälp av ficklampa får vi fram vackra färgnyanser i fjärilars vingar och fåglars fjädrar. En del mineral varierar i färg beroende på ljuset. Joni Virtanen har genom åren fotograferat atmosfärens olika fenomen. Med hjälp av hans bilder lär vi oss bland annat om meteorer, norrsken, halon, lysande nattmoln, regnbågar.

I Kieppis vinterworkshop är vi en del av den vintriga naturen. Vi diskuterar vad fåglarna gör under den mörka vinternatten. Var hittar de sin föda under de korta, ljusa timmarna? Alla djur går ingalunda i vinterdvala. Olika djurarter har kommit på sina egna sätt att överleva vintern. I Jaana Erkkiläs berättelse Vinterparadis berättar björnen historier om vinternaturen. I den rimfrostiga skogen kan vi också se spår efter många små fötter. Det är roligt att göra spår i takt med musik av Mellersta Österbottens Kammarorkester.