Górnictwo i Geologia

Studia zaoczne

GEOLOGIA

WYKŁADY

Zuzanna Wojtach

BUDOWA ZIEMI

Pierwotnie wyobrażano sobie, że Ziemia jest płaska.

Ziemia żyje czyli cechuje się tzw. ziemskim dynamizmem, ponieważ w wyższych partiach następuje cykliczny przepływ materii.

ZIEMIA - trzecia licząc od Słońca, a piąta co do wielkości planeta Układu Słonecznego. Pod względem średnicy, masy i gęstości jest to największa planeta skalista Układu. Kształt Ziemi zbliżony jest do elipsoidy obrotowej, kuli lekko spłaszczonej na biegunach. Ruch obrotowy Ziemi sprawia, że średnica równika jest o 43 km większa niż średnica pomiędzy biegunami. Przeciętna średnica wynosi 12 742 km. Zbudowana jest z wielu sfer.

Rzeczywisty kształt planety jest nazywany geoidą - jest to powierzchnia prostopadła do pionu w każdym jej punkcie. Geoida zerowa pokrywałaby się z powierzchnią oceanów przy pełnej równowadze znajdujących się w nich mas wodnych, czyli bez krótkotrwałych zmian poziomu morza przez prądy morskie i pogodę.

Wiek ziemi liczony jest na 4,5 mld lat, a najstarsze skały na Ziemi mają 3,5 mld lat.

Glob ziemski jest gigantycznym magnesem.

Masa Ziemi = 6x10²⁷ kg

Masa Słońca = 332 tys. mas Ziemi

Gęstość Ziemi = 5, 52 g/cm³

Odległość Ziemi od Słońca = 150 mln km

Promień równikowy = 6 378 km

Promień południkowy = 6 356 km

JĄDRO ZIEMSKIE - podzielone jest na dwie części: stałe jądro wewnętrzne i płynne jądro zewnętrzne wokół niego. Przyjmuje się, że jądra mają taki sam skład chemiczny, choć w innych stanach skupienia. Konwekcja jądra zewnętrznego połączona z ruchem rotacyjnym Ziemi (efekt Coriolisa) wytwarza ziemskie pole magnetyczne przez proces znany jako efekt dynama. Stałe jądro wewnętrzne jest zbyt gorące aby utrzymać stałe pole magnetyczne (temperatura Curie) ale prawdopodobnie działa stabilizująco na pole magnetyczne wytwarzane przez ciekłe jądro zewnętrzne.

Hipotezy wyjaśniające budowę Ziemi:

• ekspansji - ziemia z roku na rok się powiększa

• kontrakcji - ziemia z roku na rok się zmniejsza

• prądów konwekcyjnych - we wnętrzu Ziemi następuje przepływ ciepła

• teoria wędrówki kontynentów

Metody pozwalające poznać budowę wnętrza Ziemi:

• bezpośrednie - pobieranie próbek, wiercenia poszukiwawcze, podziemne kopalnie (najgłębsze kopalnie → 3000 m : złoto, RPA)

• pośrednie:

• sejsmika - metody badania skorupy ziemskiej polegające na wzbudzaniu (za pomocą materiałów wybuchowych lub specjalnych urządzeń), lub wykorzystywaniu powstałych naturalnie w wyniku trzęsienia Ziemi, fal sejsmicznych i ich rejestracji za pomocą sejsmografów lub geofonów.

• grawimetria - dział nauki zajmujący się pomiarami przyspieszenia ziemskiego dla badań pola grawitacyjnego Ziemi. Nauka ta pozwala na podstawie anomalii siły pola grawitacyjnego określić różnice w budowie skorupy ziemskiej.

Fale ulegają załamaniu i odbiciu na granicy różnych skał.

Fale poprzeczne S → nie przechodzą przez ośrodki płynne

Fale podłużne P → powodują ściskanie i rozciąganie skał, przez które przechodzą; mogą przenosić się również w płynach, w tym także w płynnym jądrze Ziemi

Jądro zewnętrzne:

• 15,4 % objętości Ziemi

• gęstość skał między 9 - 12 g/cm³

• ciśnienie: 150 - 130 GPa

• temperatura: 3000 - 6000^oC

Płaszcz ziemski:

• 82,3 % objętości Ziemi

• gęstość skał między 3,3 - 6,7 g/cm³

• ciśnienie: 1,4 - 150 GPa

• temperatura: 700 - 4500^oC

Skorupa ziemska:

• gęstość skał między 2,4 - 3,3 g/cm³

• ciśnienie: 0,9 - 1,4 GPa

• temperatura: 200 - 700^oC

MATERIA BUDUJĄCA POSZCZEGÓLNE GEOSFERY ZIEMI

Skład chemiczny Ziemi jako całość:

1. żelazo 44,85% wagowych

2. tlen 24%

3. krzem 12%

4. magnez 9%

5. nikiel 4%

6. siarka 1%

7. glin 1%

8. wapń 1%

9. sód 0,5%

10. potas 0,1%

Skład chemiczny skorupy ziemskiej:

1. 
   tlen 44% dlatego jest ich najwięcej ponieważ główne skały budujące skorupę

2. krzem 28% ziemską to krzemiany i glinokrzemiany: kwarc, ortoklaz, augit,

3. glin 8% biotyt, oliwin, amfibole

4. żelazo 5%

5. wapń 3,6%

6. sód 2,8%

7. potas 2,6%

8. tytan 0,44%

9. wodór 0,14%

TEORIA WĘDRÓWKI KONTYNETÓW (TEORIA RUCHU KIERLITOSFERY)

Jedną z teorii wysunął w 1912 roku Alfred Wegener (tzw. teoria Wegenera), nie zyskała ona jednak wielu zwolenników, być może dlatego, że nie wyjaśniała, w jaki sposób kontynenty mogą się przemieszczać. W latach 30. XX wieku hipoteza Wegenera została zarzucona, a na początku lat 60. wykrystalizowała się nowa teoria tektoniki płyt, w znacznym stopniu oparta o wywody Wegenera, ale wyjaśniająca mechanizm wędrówki kontynentów.

1858 → zauważono duże podobieństwa flory i fauny Europy i ameryki Południowej, na tej podstawie próbowano dopasować ze sobą te kontynenty

1912 → Wegener wysunął hipotezę, według której obecne kontynenty powstały około 200 milionów lat temu w wyniku rozpadu jednego superkontynentu. W 1912 przedstawił publicznie swoją teorię dryftu kontynentalnego, która głosi, że kontynenty przesuwają się, a w wyniku ich kolizji powstają wypiętrzenia w postaci łańcuchów górskich.

1912 - 1925 → lądy tworzyły jeden ogromny ląd, który nazwał Pangeą ( Laurentia i Gondbana). Zebrał w niej wszystkie dotychczas otrzymane dowody topograficzne, geologiczne i paleontologiczne. Wg Wegenera w karbonie kontynent ten zaczął się rozpadać, a powstałe mniejsze kontynenty zaczęły się od siebie odsuwać. Wegener sądził, że materiał, w którym zanurzone są kry kontynentalne, jest cięższy od skał powierzchniowych i że w związku z tym kontynenty przemieszczają się po jego powierzchni pod wpływem ruchu obrotowego Ziemi, a także oddziaływania Księżyca i Słońca.

Pojawiły się kolejne fakty paleontologiczne:

• rafy koralowe : między 30^oN a 30^oS

• szczątki rasowych gadów: mezozaurus, listrozaurus

Fakt paleontologiczny: skały w zależności od położenia magnetycznego są różnie namagnesowane.

Wiek skał na dnie oceanicznym to 180 mln tal (wiek jurajski) przy rowach architektonicznych.

Najważniejsze założenia teorii wędrówki kontynentów:

1. glob ziemski jest utworzony z szeregu płyt litosfery (mają różne rozmiary i różnią się budową skorupy): euroazjatycka, australijska, indyjska..

Płyty są stale odnawiane na grzbietach śródoceanicznych (sfery ryftowe), a niszczone są w strefach subdukcji.

2. istnieją trzy rodzaje granic płyt:

• konwergentna: płyty schodzą się ze sobą - strefa subdukcji. Na tych granicach występuję dużo trzęsień Ziemi, wybuchów wulkanów. Strefa Beniofa - zachodzi skracanie i niszczenie skorupy oceanicznej

• dywergentna: spreading i akrecja czyli powstawanie i rozchodzenie się. Strumień cieplny ma najwyższą temperaturę. Grzbiet nazywamy ryftem. Wylewają się lawy bazaltowe

• transformująca: przebiega wzdłuż uskoków transformujących na dnie oceanicznym

3. litosfera składa się ze skorupy ziemskiej z warstwą górnego płaszcza, poniżej niej znajduje się plastyczna astenosfera. Litosfera jakby ślizga się po astenosferze. Mechanizmem napędowym są prądy konwekcyjne (mają charakter globalny - występują pod wszystkim).

---