GEOLOGIA HISTORYCZNA

WYKŁAD I - 12.10.2010

Wstępnie termin egzaminu - 16 maja 2011 r.

Poprawka - 27 maja 2011 r.

1. Czas geologiczny.

Z samej ogólnej teorii względności wynik, ze czasoprzestrzeń rozpoczęła się 15 mld lat temu, od osobliwości typu Wielkiego Wybuchu - Big Bang, a koniec.............

Wierzymy również, że nasz Układ Słoneczny ma ok. 4,6 mld lat temu, i że człowiek współczesny powstał ok. 10 tysięcy lat temu.

Różne modele przedstawiające i obrazujące historię naszej planety: model książki mającej 3000 stron; model odległościowy oraz model kalendarzowy.

WYKŁAD II - 19.10.2010

1. Tabela stratygraficzna. Miara czasu względnego i izotopowego.

2. Podstawowe pojęcia stratygrafii:

Stratygrafia jest dziedziną nauk o Ziemi zajmującą się badaniem geometrii, składu i stosunków czasowych w obrębie ciał skalnych.

WYDARZENIE + SKAŁA + CZAS = STRATYGRAFIA

Stratygrafia zajmuje się również ciałami kosmicznymi.

Dziedziny stratygrafii:

• Lito stratygrafia

• Geochronologia

• Chronostratygrafia

• Biostratygrafia

Czas w zapisie skalnym:

• .luki sedymentacyjne i stratygraficzne

• Kondensacja stratygraficzna

• Skamieniałości przewodnie

• Metody datowania skał.

1. Historia stratygrafii: Nils Stensen (Nikolaus Steno), Dania - jako pierwszy naukowo zajął się badaniami stratygraficznymi. Twórca podstawowych zasad stratygrafii.

James Hutton - twórca podstawowych zasad w geologii: uniformitaryzmu i aktualizmu geologicznego (1795), spopularyzowanych w 1830 roku przez Charlesa Lyella - wysunął koncepcję cykli skalnych tłumaczących obieg skał na Ziemi.

Koncepcja uniformitaryzmu i aktualizmu geologicznego zakłada, że zasady fizykochemiczne na Ziemi były takie same kiedyś, jakie są teraz oraz to, że procesy zachodzące współcześnie na powierzchni Ziemi są takie same jak te, które działy się w przeszłości.

Prawo stałości kontynentów:

Erozja kontynentów transport do morza depozycja w postaci warstw zamiana w skałę wynoszenie (uplift) - dwie ostatnie z udziałem ciepła.

William „Strata” Smith - brytyjski inżynier, geolog i paleontolog, twórca prawa sukcesji biotycznej (zastępowanie jednych zespołów skamieniałości innymi zespołami skamieniałości); wprowadził termin skamieniałości przewodnie. Zauważył, że różne warstwy skalne zawierają różne skamieniałości.

XI w. - zastosowanie skamieniałości w badaniach stratygraficznych (paleozoik, mezozoik - zwano wówczas odpowiednio: pierwszorzęd i drugorzęd)

1830 - wprowadzenie koncepcji systemu (Cm, S, C, P)

1856 - zastosowanie podziału na piętra stratygraficzne (d'Orbigny), początkowo tylko dla jury

1856-1858 - wprowadzenie poziomu stratygraficznego (Albert Oppel).

Z podziałów stratygraficznych końca XIX wieku znikają terminy pierwszorzęd i drugorzęd.

1900 - VII Kongres w Paryżu - jednostki stratygraficzne podzielono na geochronologiczne i chronostratygraficzne

Louis Dollo (1909) - wprowadza termin biostratygrafia

1976, Hedberg - wprowadza wersję podziału, która z powodzeniem stosowana jest do dzisiaj.

2. Konwekcja i spreading dna oceanicznego.

Najstarsze skały dna oceanicznego datowane na 200 Ma - trias.

3. Namagnesowanie skał. Obecnie mamy namagnesowanie normalne - od ok. 780 Ka.

4. Dryft kontynentów od kambru. Dowody na istnienie superkontynentów jak np. Gondwany czy Pangei - kształty kontynentów oraz obecność takich samych skamielin zwierząt i roślin na różnych kontynentach (np. Cynognathus, Mesosaurus, Lystrosaurus)

5. Zasady (aksjomaty) stratygrafii:

1. Superpozycji (nadległości)

2. Pierwotnej horyzontalności

3. Ciągłość warstw - warstwy nie urywają się nagle, przechodzą w siebie facjalnie

4. Przecinania się - skała cięta jest starsza od skały tnącej

5. Zasada inkluzji - inkluzja jest starsza niż skała, w której się znajduje

6. Litostratygrafia.

7. Geochronologia - określa wiek względny lub bezwzględny skał, szczątków organicznych, wydarzeń geologicznych.

Jednostki geochronologiczne służą do periodyzacji czasu geologicznego i obejmują krótsze lub dłuższe okresy czasu.

8. Chronostratygrafia - zajmuje się klasyfikowaniem utworów skalnych powstałych w określonym przedziale czasu geologicznego.

9. Facja - rys.1, wycinek jednorodny geologicznie w zdeponowany w jednym czasie

10. Stratotyp jednostki chronostratygraficznej - profil geologiczny kompletnej jednostki na obszarze, na którym została wyróżniona i nazwana oraz na którym jej zakres czasowy jest zdefiniowany przez stratotypy dolnej i górnej warstwy.

11. Biostratratygrafia - opiera się na badaniu skamieniałości pod kątem przydatności stratygraficznej. Fundamentalną jednostką biostratygraficzną jest poziom (zona). Wyróżnia się kilka kategorii poziomów. Jedną z nich jest abstrakcyjny typ poziomu określany mianem biozony lub poziomem biostratygraficznym.

12. Skamieniałości przewodnie. Cechy:

1. Krótki zasięg stratygraficzny

2. Szybka ewolucja

3. Powszechne (kosmopolityczne) występowanie na Ziemi

4. Licznie reprezentowane

5. Łatwo oznaczalne

6. Dobrze zachowane

13. Rodzaje poziomów biostratygraficznych:

1. Poziomy wzorcowe

2. Poziomy niestandardowe

14. Obowiązujący do dzisiaj podział na jednostki geochronologiczne i chronostratygraficzne zaproponował w 1976 roku H.D.Hedberg.

15. Luki sedymentacyjne i stratygraficzne.

Ciągłość sedymentacji wyrażona jest w tym, że w profilach nie widać ewidentnych, fizycznych niezgodności czy luk.

16. Ciągłość stratygraficzna - kompletność następstw standardowych wydzieleń stratygraficznych.

17. Niekompletność w zapisie kopalnym:

1. Diastemy - krótkotrwałe przerwy w sedymentacji, okresy niedepozycji

2. Hiatus - różnej wielkości luki stratygraficzne (brak zapisu czasu w osadzie)

3. Niezgodności stratygraficzne - powierzchnie niedepozycji i erozji:

• Disconformity (niezgodność erozyjna) - pomiędzy // warstwami, nie // do powierzchni erozyjnej

• Paraconformity (par akordancja) - warstwy // do siebie i do powierzchni erozyjnej

• Nonconformity (=inkordancja) - pomiędzy skałami osadowymi i magmowymi

• Angular unconformity (=clino conformity) - niezgodność kątowa, pomiędzy nierównoległymi warstwami.

18. Kondensacja stratygraficzna - zjawisko występowania anormalnie małej miąższości skał spowodowanej długotrwałym (w sensie geologicznym) zwolnieniem tempa akumulacji. W poziomach skondensowanych mogą występować razem skamieniałości należące do kilku poziomów biostratygraficznych.

19. Fauna mieszana.

Domieszki stratygraficzne - domieszanie fauny starszej do osadów młodszych.

1. „Przesiąkanie” - przemieszczanie drobnych skamieniałości wraz z wodą, najczęściej z góry na dół

2. Redepozycja - transport na wtórne złoże

20. ,Stratygrafia zdarzeniowa - stratygrafia dynamiczna lub epizodyczna. Zajmuje się wydarzeniami, które miały miejsce dawniej i są zapisane w skałach.

WYKŁAD III - 26.10.2010

2. Izotopowe metody określania wieku skał, korelacja stratygraficzna.

3. Epoka promieniotwórczości:

1. 1896 - H. Becquerel - odkrycie radioaktywności

2. 1902 - E. Rutherford - sformułowanie prawa rozpadu atomu: „określającego zmianę w czasie ilości jąder substancji promieniotwórczej na skutek rozpadu promieniotwórczego”.

3. 1905 - Rutherford i Boltwood - opracowują podstawową zasadę datowania radiometrycznego. Wykorzystuje ona fakt, że:

• kryształy tworzące minerały, pierwotnie mają tą samą liczbę pierwiastków promieniotwórczych

• wyjściowy pierwiastek promieniotwórczy rozpada się na stabilne pierwiastki potomne uwięzione w krysztale

• domieszki obcych pierwiastków potomnych są wykluczone

• czas rozpadu jest stały dla określonego izotopu i jest do ustalenia

• stosunek pierwiastków potomnych do wyjściowych można wykorzystać do szacowania wieku formacji zawierających badane kryształy

• Czas połowicznego rozpadu - potocznie czas życia izotopu promieniotwórczego, czas po jakim aktywność (równoznacznie: ilość jąder) danego izotopu promieniotwórczego (radionuklidu) spadnie do połowy swej początkowej wartości.

Przyjmuje się, że całkowity rozpad danego radionuklidu następuje po czasie równym 5 czasom połowicznego zaniku (tj. gdy aktywność spadnie do poziomu 1/32 aktywności początkowej).

4. Datowanie radiometryczne - rozpad pierwiastków radioaktywnych jest stały w czasie

5. Ważniejsze izotopy - Wszystkie izotopy mają właściwy sobie czas połowicznego rozpadu - czas potrzebny na to, aby połowa wyjściowego pierwiastka promieniotwórczego rozpadła się i przeszła w inny pierwiastek - produkt rozpadu.

Przykłady czasów połowicznego rozpadu niektórych izotopów:

⁴⁰K --> ⁴⁰Ar ; T1/2 = 1,25 mld lat

⁸⁷Rb --> ⁸⁷Sr ; T1/2 = 48,8 mld lat

²³²Th --> ²⁰⁸Pb ; T1/2 = 13,9 mld lat

²³⁵ U --> ²⁰⁷Pb ; T1/2 = 704 Ma

²³⁸U --> ²⁰⁶Pb ; T1/2 = 4,47 Ma

¹⁴C --> ¹²C ; T1/2 = 5730 lat

6. Jakie minerały możemy datować - większość minerałów zawierających radioaktywne izotopowy występuje w skałach magmowych. Daty, które na ich podstawie odczytujemy są datami stygnięcia magmy.

⁴⁰K = skalenie potasowe, muskowit, amfibole, glaukonit

Uran = cyrkon, urainit, niektóre wapienie, monzonit, apatyt, sfen (tytanit)

7. Metoda 14C: J. R. Arnold i W. F. Libby w 1949 roku.

Skąd pochodzi 14C? Otóż górna część atmosfery Ziemi bombardowana jest przez promieniowanie kosmiczne: azot atmosferyczny jest rozbijany na niestabilny izotop 14C.

Akumulacja 14C - niestabilne izotopy są dostarczane na Ziemię w wyniku aktywności atmosferycznej, jak np. burza i zostają uwięzione w biosferze.

Wzbogacanie organizmów w 14C: 14C zachowuje się w organizmach żywych podobnie jak C-12, C-13, tj. wchodzi w skład molekuł organicznych w wyniku procesu fotosyntezy. Zwierzęta odżywiające się roślinami wzbogacają własne molekuły w C-14 jak i w izotopy stabilne. Ten proces pobierania C-14 trwa tak długo jak długo rośliny czy zwierzęta pozostają przy życiu.

8. Ograniczenia metody C-14:

1. wielkość próbek - muszą być duże

2. pobieranie i przechowywanie prób - próbki muszą być ostrożnie przechowywane, żeby nie miały kontaktu z obecnym środowiskiem (przy badaniach archeologicznych)

3. częsta kalibracja urządzeń pomiarowych:

1. wahania zawartości C-14 w atmosferze

4. liczby pomiarów

5. metoda stosowana tylko do próbek organicznych

6. datowanie do 50 Ka wstecz

9. Metoda potasowo-argonowa.

Jak zachodzą reakcje? Potas (K) jest jednym z najczęściej występujących pierwiastków w skorupie ziemskiej (2,4% masy skorupy). Na każde 100 atomów potasu przypada jeden atom potasu radioaktywnego (K-40), którego jądro zbudowane jest z 19 protonów i 21 neutronów. Jeżeli jeden z tych protonów zostanie uderzony cząsteczką beta przejdzie on w neutron. Wówczas powstanie atom o 18 protonach i 22 neutronach będący argonem-40 (Ar-40) - gazem obojętnym.

Ustawianie zegara atomowego - Kiedy skała zostanie podgrzana do punktu topnienia, zawarty w niej gaz Ar-40 zostaje uwolniona do atmosfery. W momencie rekrystalizacji skały sie się ona ponownie nieprzepuszczająca dla gazu i jeżeli zawarty w skale K-40 rozpadnie się na Ar-40 to pozostanie on uwięziony w niej.

10. Ograniczenia metody potasowo-argonowej:

1. stosowana może być prawie wyłącznie do skał magmowych

2. określa wiek tylko ostatniego podgrzania skały

3. rozdzielczość tej metody szacowana jest na ok. 100 Ka - co najmniej tak stare muszą być skały (np. jeżeli skała ma 1 Ma, to argonu w niej jest 0,0053%)

11. Korelacja stratygraficzna:

1. Korelacja wiekowa sensu stricto, korelacja stratygraficzna - porównywanie skał z punktu widzenia czasu ich powstania. Wykorzystuje on znajomość skamieniałości przewodnich.

2. Korelacja litologiczna lub fizyczna - porównywanie skał bez określania równowiekowości, oparta na cechach litologicznych.

WYKŁAD IV - 09.11.2010

1. Wiek wszechświata:

1. W chwili wielkiego wybuchu wszechświat miał zerowy promień

2. Nieskończenie wysoką temperaturę

3. Nieskończoną gęstość

4. Cała materia zgromadzona była w jednym punkcie

2. Początki - w sekundę po Wielkim Wybuchu temperatura spadła do 10 miliardów stopni. Tworzą się jedynie fotony, elektrony, neutrina. W 100 sekund po Wielkim Wybuchu temperatura spadła do miliarda stopni. Tworzą się jądra deuteru (zawierające 1 proton+1 neutron), jądra deuteru + protony + neutrony jądra helu, litu, berylu. Po paru godzinach od Wielkiego Wybuchu ustała produkcja helu i innych pierwiastków (głównie wodoru). Przez następny milion lat Wszechświat rozszerzał się. Temperatura spada do paru tysięcy stopni - powstają atomy.

Materia we wszechświecie nie była równomiernie rozłożona:

1. gwiazdy

2. galaktyki

3. planety

3. Czas życia gwiazd. Ewolucja gwiazdy na ciągu głównym (palenie wodoru w centrum) zajmuje każdej gwieździe około 70-90% jej życia. Dla najbardziej masywnych gwiazd oznacza to 2-3 miliony lat, dla Słońca ok. 6 miliardów lat, natomiast dla jeszcze mniej masywnych gwiazd oznaczałoby to tyle, co wiek Wszechświata.

4. Uważa się, że Słońce Układu Słonecznego jest pozostałością po większej gwieździe, która wybuchła jako supernowa. Z jej resztek utworzyło się obecne Słońce, zaś z materii, która wybuchła utworzyły się planety Układu Słonecznego.

5. Nukleosynteza:

1. Gwiazdy wypalają się w reakcjach syntezy zachodzących w ich wnętrzu. Reakcje te zamieniają wodór w hel.

2. W reakcjach syntezy cięższe atomy powstają z lżejszych.

3. H He; He C, O; C Ne, Mg; O Si, S; Si, S Fe

6. Od helu do węgla i żelaza. Supernowe dostarczają atomy do ośrodka międzygwiezdnego, które biorą się z reakcji termojądrowych zachodzących we wnętrzach gwiazd, gdzie wodór łączy się w hel, hel w węgiel, a węgiel w tlen. W gwiazdach masywnych poprzez kolejne przyłączanie jąder helu tworzą się pierwiastki od helu do żelaza.

1. Jeden atom węgla powstaje w wyniku fuzji dwóch atomów helu

2. Cięższe pierwiastki powstały w wyniku fuzji atomów węgla.

7. Pochodzenie pierwiastków - Wszystkie pierwiastki (poza wodorem i helem) powstały w zapadających się gwiazdach parę miliardów lat temu, gdy Wszechświat był jeszcze mały. Obecnie gwiazdy, którym zawdzięczamy np. wapń są gdzieś na drugim końcu Drogi Mlecznej.

8. Wiek Księżyca - 4,566 Ga:

1. 4,10-3,85 Ga - bombardowanie powierzchni meteoroidami

2. 2,5 Ga - geologicznie aktywny

4,6-4,3 Ga - krystalizacja oceanu magmy wewnątrz księżyca.

9. Koncepcje na powstanie Księżyca (czerwony - argumenty przeciw, zielony - za)

1. I hipoteza - pochwycenie ukształtowanego już Księżyca przez Ziemię.

• Możliwa, lecz mało prawdopodobna

• Zderzenie

• Zmiana orbity

• Dopasowanie orbit

• Izotopy tlenu na Księżycu i Ziemi są podobne

1. II hipoteza - odłączenie Księżyca od formującej się Ziemi.

• Niezwykłe szybkie wirowanie Ziemi

• Mniejsza gęstość niż na Ziemi

• Niewielkie metaliczne jądro lub jego brak

• Podobne izotopy tlenu

• Zbyt krótka doba:

• Moment pędu

• Wyhamowanie Ziemi

• Inny skład chemiczny:

• Mniej lotnej materii (brak K, Na, Bi, T)

• Dużo mniej wody

• O 50% więcej Al., Ca, Th i pierwiastków ziem rzadkich

• O 10% więcej tlenków żelaza i manganu

• III hipoteza - równoczesne formowanie się Ziemi i Księżyca z obłoku pyłu

• Z pierścienia wirującego wokół Ziemi

• Podobne izotopy tlenu

• Zbyt małe metaliczne jądro w porównaniu z Ziemskim

• Różnice w składzie pierwiastków lotnych i nielotnych

• Brak mechanizmów początkujących ruch wirowy Ziemi

1. IV hipoteza - zderzenie młodej Ziemi z dużym obiektem.

• Brak metalicznego jądra

• Przechwycenie części materii i uformowanie się satelity z krzemianów obu ciał

• Różne zawartości tlenków Fe i Mg spowodowane formowaniem Księżyca w większości z materii obiektu, który uderzył w planetę

• Wydzielenie dużych ilości ciepła - brak wody i innych substancji lotnych na Księżycu

• Identyczna zawartość izotopów

• Moment pędu

10. Pochodzenie Ziemi:

1. „zimne”, z międzyplanetarnego pyłu kosmicznego

2. „gorące”, z materii słonecznej będącej pozostałością po wybuchu supernowej

11. Ziemia ma 4,566 mld lat - najstarsze skały liczą 3,8 mld lat.

1. Wraz z upływem czasu rośnie możliwość usunięcia starszych skał

1. Erozja

2. Subdukcja

3. Przykrycie młodszymi skałami

2. intensywne, metamorficzne zdarzenie termiczne:

1. deszcz meteorytów

2. energia grawitacyjna (tworzenie się jądra Ziemi)

3. powstanie Księżyca

3. 4,6-3,8 mld lat jest to czas potrzebny do utworzenia pierwotnej skorupy ziemskiej

12. Dyferencjacja magmy

1. 3,8 Ga temu Ziemia pokryta była 14 km SiAl podścielonym bazaltem (Moorbath 1976)

2. Granit w całości nie mógł wyodrębnić się z bazaltu - zbyt wysoki stopień geotermiczny (Green 1975)

3. 2,5 Ga mamy ¾ obecnej powierzchni skorupy, która grubiała w tym czasie z 25 do 38 km. (T.J.M.Schopf 1987)

4. „Gwałtowny” proces dyferencjacji magmy przy grubości skorupy 25 km - uwolnienie prawie w całości magm granitowych; zwolnienie procesu; przyrost w warunkach nasyconych

5. 50-60% wszystkich granitoidów skorupy ziemskiej jest w wieku 2,7-2,6 Ga

6. 75-80% skorupy kontynentalnej powstała przed 2,4 Ga

7. Obecnie skały archaiku zajmują ok. 20% powierzchni wszystkich kontynentów

13. Płyta oceaniczna.

1. Bazaltowa

2. Mniej niż 50% SiO₂

3. Cienka, ok. 6 km grubości

4. Stosunkowo młoda - 200 Ma

5. System grzbietów oceanicznych o światowych rozprzestrzenieniu

6. Rowy oceaniczne i łuki wysp

7. Symetryczne pasy magnetyczne

14. Charakterystyka kontynentów.

1. Granitowo-andezytowy skład

2. Więcej niż 60% SiO₂

3. 30-70 km grubości

4. 1/3 powierzchni Ziemi

5. Zwarte (sztywne) struktury

6. Podścielona bazaltem

7. Datowane na 3,8 Ga

WYKŁAD V - 16.11.2010

1. Skład atmosfery - wyróżnia się 3 rodzaje atmosfery:

1. Pierwotna atmosfera: hel, wodór, argon, CO₂, azot, metan, amoniak; dominacja gazów słonecznych, pierwotna atmosfera nie mogła się długo utrzymać, ponieważ gazy były lekkie i uciekały w przestrzeń kosmiczną;
   4,6 - 4,2 Ga

2. Druga atmosfera: para wodna, CO₂, azot, metan, amoniak; 4,2 - 2,2 Ga

3. Trzecia atmosfera (obecna): azot, tlen, CO₂ i gazy szlachetne

2. Skład obecnej atmosfery:

1. N₂ - nie bierze udziału w żadnych istotnych reakcjach z minerałami, podobnie jak Ar, Ne, Kr i Xe

2. Obieg O₂, CO₂, CH₄, H₂, C₂O i CO zależny jest od czynników biologicznych

3. Źródła H₂S/SO₂, NH₃, NO/NO₃ - mają charakter mikrobiologiczny

4. Cykle H₂O, O₃, He i Rn - zależą głównie od procesów fizyko-chemicznych

3. Atmosfera druga:

1. Warunkiem istnienia atmosfery NH₃-CH₄ jest obecność stałego źródła H₂, potrzebna do odnawiania NH₃ i CH₄

2. Amoniak jest nietrwały w promieniowaniu UV

3. Metan w wysokiej temperaturze ulega przemianie na wodę i CO₂

4. Dane o izotopach węgla wskazują, że w prymitywnej atmosferze istniała całkowita przewaga CO₂

5. Przy braku źródła H₂ silnie redukcyjna atmosfera z dużą ilością CH₄ i NH₃ ulegałaby szybkiej degradacji, a dominującą rolę objęłyby CO₂, N₂ i CO

6. Wskutek ubytku NH₃ para wodna traci ochronę przed fotodysocjacją

7. Rozkład H₂O i uwalnianie O₂ powoduje dalszą przemianę CH₄ na CO₂ i CO

4. Dowody wskazujące na redukcyjny charakter drugiej atmosfery:

1. Detrytyczny uraninit i piryt:

UO₂ i FeS₂ - zlepieńce starsze niż 2,1 - 2,3 Ga. UO₂ powinien przeobrazić się w U₃O₈ i inne tlenki, gdyby w atmosferze występował He

2. Wysoki stosunek FeO/Fe₂O₃:

Produkty wietrzenia i cementy wskazują na przewagę Fe²⁺ nad Fe³⁺; udział Fe2+ wzrasta w coraz starszych skałach osadowych

3. Wysoki stosunek greenalit/glaukonit:

Glaukonit rzadki jest w skałach starszych niż 1,0 Ga, najczęściej wskazuje stosunek Fe²⁺/Fe³⁺ jak 1 do 7. Greenalit - skały przedfanerozoiczne, będące najczęstszym krzemianem żelaza w żelazistej formacji Gunfit - 2,0 Ga.

4. Wysoki stosunek Mn/Fe - wysoka proporcja w prekambryjskich formacjach żelazistych

5. Niski stopień utlenienia europu i ceru - Eu²⁺ - skały osadowe chemiczne archaiku i proterozoiku, w młodszych osadach znacznie uboższy

6. Brak heterocyst u sinic - wiążą azot w warunkach beztlenowych, redukcja azotu do amoniaku przy pomocy nitrogenazy. Tlen hamuje działanie nitrogenazy. Heterocysty nie prowadzą równolegle procesu fotosyntezy (2 Ga temu - pojawienie się heterocyst - wobec czego wtedy musiała się rozpocząć atmosfera tlenowa).

5. Atmosfera tlenowa - 2,0 Ga. Źródła tlenu:

1. Fotodysocjacja wody - H₂O pod wpływem promieni UV rozpada się na ½ H₂
   i O^2-; na każde 10⁶ moli O₂ z fotosyntezy przypada 1 mol z fotodysocjacji. Samoograniczane tempa fotodysocjacji - wzrost ilości O₂ zwiększa absorpcję UV i zmniejsza fotodysocjację.

2. Redukcja krzemianów - oddziaływanie silnie redukcyjnych gazów na krzemiany lub węglany pochodzenia magmowego.

3. Fotosynteza: CO₂ + H₂O O₂ + H₂O + CH₂O; wytwarzanie tlenu tą drogą wymaga istnienia molekularnego O2 w środowisku. Stromatolity reprezentujące fotosyntezę glonową znane są od 2,8-2,7 Ga temu (kompleks Bulawayo). 3,0 Ga - Pongola. 3,5 Ga - Pilbara.

Tlen dostał się do atmosfery dopiero po wysyceniu wody i środowiska wodnego tlenem, musiał zatem powstać już wcześniej.

6. Atmosfera tlenowa:

1. Powszechne występowanie BIF

2. Ostatnie występowanie skał okruchowych z uraninitem

3. Pierwsze heterocysty

4. Występowanie czerwonych osadów lądowych

5. Powszechne występowanie glaukonitu

6. Przewaga Fe³⁺ nad Fe²⁺ 2,0 Ga

7. Geneza oceanów:

1. Ocean wywodzi się z wnętrza Ziemi

2. 3 sposoby wzbogacania w wodę - czyli jak powstało 1,37 x 10⁹ km³ wody oceanicznej - KONCEPCJE:

1. A - woda pojawiła się w 1 Ga od powstania Ziemi w prawie tak dużej ilości, jak jest obecnie - UWAŻA SIĘ ZA SŁUSZNĄ

2. B - woda tworzy się nieustannie - wciąż jej przybywa

3. Woda pojawiła się później, na początku fanerozoiku

3. obecnie powstaje nowa woda - juwenilna - charakterystyczny skład wskazuje na to, że nie jest to woda uczestnicząca w obiegu ogólnym

8. Proces powstania wody proces stopniowego odgazowania wnętrza Ziemi:

1. wzbogacenie wody oceanicznej w ³He względem atmosferycznych proporcji ³He/⁴He. Nadmiar ³He jest spowodowany uchodzeniem do wody pozostałości pierwotnego ³He:

³He - strefy ryftowe

²⁰Ne - wskaźnik neonu pierwotnego, wzbogacone nim wody w ekshalacjach wulkanicznych, grzbietach oceanicznych

¹²⁹Xe - produkt rozpadu nieistniejącego na Ziemi ¹²⁹I

9. Przesłanki, c.d.

1. Wzbogacenie bazaltów morskich, które uległy serpentynizacji i u. morskiej w bor - mimo, że jest odprowadzany przez minerały ilaste, w wodzie morskiej jest go 4 ppm, a w słodkiej 0,01 ppm

2. Obecność tzw. słonecznych pierwiastków w wodach juwenilnych (Ne, Ar, Kr, He, H, Te) wskazują, że obecna atmosfera jest ...

10. Woda wydobywająca się na powierzchnię Ziemi przez odgazowywanie jej wnętrza pochodzi ze źródeł:

1. Bazaltów lądowych - 0,5% objętości

1 km³ - objętość tworzących się rocznie bazaltów - wulkanizm

0,005 x 10⁹ km³ wody przez miliard lat

0,0175 x 10⁹ km³ w ciągu 3,5 Ga

2. bazaltów oceanicznych

200 Ma - najstarsze dna oceaniczne

287,3 x 10⁶ km² - powierzchnia den oceanicznych

10 km - grubość skorupy oceanicznej

Co 1 Ga zachodzi pięciokrotne odnowienie podłoża dając łącznie
14,365 x 10⁹ km³ bazaltu 0,5% tej objętości daje 0,071 x 10⁹ km³ wody co miliard lat, a 0,25 x 10⁹ km³ przez ostatnie 3,5 Ga

1,4 x 10⁹ km³

0,25 x 10⁹ + 0,0175 x 10⁹ = 0,2675 x 10⁹ km³

11. Dowody na wczesne katastroficzne odgazowanie:

1. Inkluzje w berylach - ⁴⁰Ar i ³He w berylach młodszych od 1 Ga są o rząd wielkości niższe niż w starszych od 2,5 Ga

2. Wartości ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr w archaicznych węglanach są podobne do wartości w płaszczu (~ 0,703), w skałach młodszych proporcje te wynoszą ~ 0,720

3. Większy udział ⁴⁰Ar niż ³⁶Ar lub ³⁸Ar w obecnej atmosferze - nadmiar ⁴⁰Ar w skałach prekambryjskich ultrazasadowych wynika z ich nagłego odgazowania

12. Wielkie bombardowanie:

1. Wczesny Układ Słoneczny ulegał częstym kolizjom z kometami, meteorytami

2. Ostatnie takie wydarzenie miało miejsce 4,1 Ga

13. Nagłe odgazowanie skutkowałoby raptownym osiągnięciem równowagi chemicznej na poziomie obserwowanym obecnie.

60% skorupy kontynentalnej powstało w archaiku.

Objętość oceanu znajdowała się w stanie równowagi przez ostatnie 2,5 Ga.

Objętość skorupy kontynentalnej i oceanicznej wzrosły gwałtownie w archaiku.

Gwałtowne odgazowanie mogło być spowodowane bombardowaniem gdzie przetopiona została skorupa ziemska, która została odgazowana.

WYKŁAD VI - 23.11.2010

1. Tektonika płyt w przeszłości:

1. Nigdzie nie występuje dno oceaniczne starsze od jury i wszystkie dowody na temat dryfu kontynentów, którymi dysponujemy świadczą, że dryf trwa od czasu kolejnego rozpadu Pangei.

2. 1,1 - 1,0 Ga powstała Pangea.

3. Rodinia = Pangea typu „A” - ok. 1,0 Ga

4. 542 Ma - początek kambru, występowało 5 kontynentów: Laurencja, Baltika, Syberia, Azja, Gondwana.

Pomiędzy Laurencją a Baltiką - ocean Iapetus; pomiędzy Baltiką a Syberią - ocean preuralski; między Syberią a Azją - ocean śródazjatycki; pomiędzy Gondwaną a resztą kontynentów - ocean paleotetyda.

5. Pomiędzy sylurem a dewonem - zamyka się ocean Iapetus pomiędzy Laurencją a Baltiką; wypiętrzają się w związku z tym wydarzeniem Kaledonidy.

6. W karbonie połączona Laurencja z Baltiką zderza się z Gondwaną - wypiętrzają się waryscydy; występuje otwarty ocean preuralski.

7. Pangea II typu „B” - Perm;

2. Bezpośrednie dowody świadczące o istnieniu Pangei:

1. Po powstaniu Ziemi - dochodzi do procesu różnicowania się magm powstają zalążki nowych kontynentów najstarsze kontynenty to protokontynenty - były one rozmiarów dzisiejszej Islandii.

2. W archaiku istniał wyższy gradient termiczny; cieńsza była również pierwotna skorupa (ok. 25 km).

3. Protokontynenty tworzyły się nad gorącymi plamami, gdzie magmy podlegały dyferencjacji (mogła następować kontaminacja magm?)

4. Siłą napędową tworzenia się płyt kontynentalnych były plamy gorąca związane z większą aktywnością termiczną Ziemi

5. Protokontynenty były niewielkie, ale występowały stosunkowo blisko siebie

6. Za dużą ilością protokontynentów przemawia gęsta sieć stref spreadingu i subdukcji, związanych z wysokim gradientem termicznym Ziemi

7. Obecnie skorupa kontynentalna jest chłodniejsza i cięższa

3. Rozpad Rodinii, ok. 900-800 Ma:

4. Wiek skorupy kontynentalnej:

1. Najstarsze skały datowane na ok. 3,8 Ga skały archaiczne zajmują ok. 7% obecnej powierzchni kontynentów. Skały prekambryjskie ogółem
   (archaik + proterozoik) zajmują ok. 20% powierzchni skorupy kontynentalnej.

5. Rozmieszczenie prekambryjskich jednostek strukturalnych:

1. Platformy:

• AMERYKA PÓŁNOCNA platforma północnoamerykańska, wyróżnia się w niej dwie tarcze: Grenlandzką i Kanadyjską (największa tarcza)

• AMERYKA POŁUDNIOWA platforma południowoamerykańska, w niej dwie tarcze: Gujana i brazylijska

• EUROPA platforma wschodnioeuropejska (rozciąga się po Ural, skręca nad Morze Kaspijskie, Morze Czarne po Norwegię
  i strefę TT); platforma ta odcina Skanię - południową część Szwecji, która nie należy do tej platformy. Platforma wschodnioeuropejska dzieli się na dwie tarcze: ukraińską i bałtycką.

Zachodnia granica tarczy bałtyckiej pokrywa się z granicą platformy po Morze Białe, przecina Jezioro Ładoga i Onega na północy od wysp Olandii i Gotlandii, odcina Skanię po norweskie miejscowości Stavanger i fiord Varanger przed pasem Kaledonidów.

• AFRYKA platforma afrykańska - cały kontynent, w jej obrębie mamy tarcze: południowoafrykańską, równikową, saharyjską, arabsko-nubijską i gwinejską. W obrębie tej tarczy wyróżniamy również masyw Madagaskaru i masyw Atlantycki - na zachodnim wybrzeżu Afryki

• AZJA platforma syberyjska (Angory), w jej obrębie dwie tarcze: anabarska i Ałdańska.

• Oprócz wyżej wymienionych, wyróżniamy tarcze: chińsko-koreańską, indyjską, australijską i antarktyczną.

• W Europie mamy masywy: Szkocki, Centralny, Iberyjski, Armorykański (Francja), Rodopów (Bułgaria), Czeski, Dobrudży (Rumunia).

• Podstawowe jednostki strukturalne prekambru (pCm):

1. Tarcze

2. Platformy

3. Masywy

4. Pasy sfałdowanych skał

5. Syneklizy - obniżenia tektoniczne o rozmiarach regionalnych

6. Anteklizy

7. Aulakogeny - rowy sedymentacyjno-tektoniczne

• Tarcze:

1. Płaskie i niewysokie

2. Fundament stanowią skały metamorficzne i plutoniczne

3. Odsłaniają się na powierzchni Ziemi

4. Zbudowane z kilku stref i cykli sedymentacyjno-diastroficznych

5. Nie podlegają deformacjom (są sztywne)

6. Pomiędzy tymi cyklami mogą występować pasma sfałdowanych skał, np. Saamudy - tarcza Bałtycka - datowane na 2,6 Ga.

• Platformy:

1. Stabilny fundament krystaliczny

2. Nie podlegają deformacjom tektonicznym

3. Powiększają się przez akrecję coraz młodszych skał

4. Składają się z II pięter strukturalnych:

• I - orogeniczne - skały sfałdowane, zmetamorfizowane, krystaliczne

• II - osadowe

• nie zawiera młodszych pasm orogenicznych

• Pasma górskie:

1. Stosunkowo wąskie strefy sfałdowanych i ściśniętych skał - stowarzyszonych z magmatyzmem

2. Tworzone na granicach płyt - w wyniku konwergencji

3. Największe niedawno powstałe pasma to: Kordyliery, Alpy, Himalaje

4. Starsze pasma to np. Apallachy i Ural.

• Coricium enigmaticum - glon, który został odnaleziony w cyklu Svekojenniden, na tarczy bałtyckiej. Pojawiały się również stromatolity w cyklu.

11. Cykle sedymentacyjno-diastroficzne tarczy bałtyckiej:

1. Katarcnach - 3,8-3,3 Ga

2. Saamidy - 2,6 Ga

3. Biełomoridy - 2 Ga /Lapy

4. Svekofenidy - 1,8-1,6 Ga

5. Karelidy - 1,8-1,6 Ga

6. Gotydy (Gothicum), występują relikty skał pierwotnych - 1,4-1,2 Ga

7. Ryfeidy/Dalslandydy - 1,1-0,7 Ga

8. Eokambr - 0,7-0,542 Ga - przebiegają z północny na południe, świadczą
   o akrecyjnym przyroście tarczy

12. Tektoniczne wydarzenia prekambru:

1. Atlantycki typ wybrzeży znaczony jest występowaniem granulitowych-amfibolitowych facji metamorficznych; dokumentowany jest wokół kratonu panafrykańskiego

2. Pasywne wybrzeża Kenii i Tanzanii z ofiolitami - 840 Ma

3. Aulakogen w pasie Zambezi z wulkanitami - 879 Ma, świadczą, że dryf kontynentalny musiał istnieć wcześniej

4. Neoproterozoiczna (1000-540 Ma) orogeneza panafrykańska ma charakter kolizyjny: głównie wschodnia i zachodnia część Gondwany (Mozamique Belt): ofiolity, zasadowe batolity, metamorficzne face granulitowe. Podobne pasy znane są z Brazylii, Europy - orogeneza kadomijska, Ameryki Północnej.

13. Archaik:

1. Powszechne dwa typy ternarów:

• Gnejsowe - silnie zmetamorfizowane, bogate w chrom, rutyl itp.

• Zieleńcowe - pasy wulkaniczne, dobrze zachowane

2. akrecje przyrostowe niewielkich mikrokontynentów tworzenie fundamentu krystalicznego

3. Skały ultramaficzne pomiędzy blokami skał magmowych (rys)




4. Pasy zieleńcowe (od spągu do stropu):

• W najniższej części znajdują się skały ultramaficzne - bazalty

• Skały wapienno-alkaliczne, wulkaniczne

• Wzrasta udział skał piroklastycznych, skały osadowe pochodzenia chemicznego, np. jaspility, czerty

• W stropie profilu występują skały okruchowe, iły, zlepieńce, piaskowce, mułki

Tworzą formy synklinalne najczęściej wydłużone, w niektórych miejscach przypominają soczewki.

5. pochodzenie pasm zieleńcowych:

• postępujące zapadanie się w jeszcze słabo skonsolidowaną skorupę (lub na granicy płyt) pod ciężarem przyrastających law

• zapadanie pogrzebanie upłynnienie granityzacja

• baseny intratratoniczne pomiędzy sialicznymi kratonami, granulitowo-gnejsowymi ternarami z marginalnymi basenami sedymentacyjnymi i aktywnymi pasami wulkanicznymi na granicach płyt

• ultrametamorficzna grupa jest reliktem dna oceanicznego, które lokalnie obniżone lub pocięte szczelinami ulega upłynnieniu i zakwaszeniu magmami granitowymi, powiększające się bloki granitowe stają się centrami przyszłych mikrokontynentów, zachowując pomiędzy sobą relikty pasów zieleńcowych

6. duże jednostki ze skałami wulkaniczno-osadowymi znane ze wszystkich jednostek pCm:

• dłuższa przekątna do 250 km

• datowane na 3,5-2,3 Ga (dominacja 3-2,7 Ga)

• bogate w Au, Ag, Cr, Ni, Cu, Zn

• chloryt barwa

• np. Barberton, Pilbara, Bulawayo

• BIF: 3,7-0,8 Ga (dominujące 3,3-1,8 Ga):

1. Wytrącanie krzemianu z zakwaszonych wód powierzchniowych

2. Periodyczne, sezonowe zakwity organizmów autotroficznych, „sinic”

3. Wytrącanie tlenków żelaza

4. W Ameryce Północnej, nad Jeziorem Górnym

• Wczesnoproterozoiczne baseny:

1. Wzrasta udział skał osadowych

2. Z początkiem proterozoiku wiele regionów było już po pierwszych wydarzeniach formowania kratonów - mikrokontynenty

3. Szczyt formowania skorupy - 2,8-2,6 Ga

4. 1,6 Ga - ostatnie etapy formowania się skorupy kontynentalnej

2,6 Ga - tarcza bałtycka

2,7 Ga - tarcza kanadyjska

3,0 Ga - Pongola - tarcza północnoafrykańska - najstarsza widoczna kratonizacja

16. Granica archaik/proterozoik - 2,5 Ga”

1. Granica ustalona izotopowo; brak istotnych wydarzeń

17. Intruzje:

1. Gabra wyodrębnione do 1,8 Ga; zawierają platynę i chrom

2. Anortyzowo-norytowe - powstały 1,6-1,2 Ga (ponad 70% intruzji tego typu powstało właśnie wtedy); zawierają wolfram, żelazo, tytan, magnetyt
   np. w masywie Sudeckim!

18. Od 1,6 Ga zaczynają tworzyć się strefy fałdowe (za wyjątkiem Saamudów, które utworzyły się w archaiku!):

1. Cykl bajkalski

2. Cykl ?kaledoński?

19. Klimat pCm:

1. Zimny:

• Warwity (ilaste i mułowcowe)

• tllity

• epoka hurońska - 2,2-2,3 Ga

• zlodowacenie laplandzkie - 0,7 Ga

• zlodowacenie Varanger - 0,6 Ga

2. ciepły i suchy:

• piaskowce jotunickie - 1,4-1,2 Ga

• wapienie i stromatolity

---