Geol_1.doc

1. Układ Słoneczny

Układ Słoneczny to inaczej układ planetarny Słońca. Jest to element galaktyki Drogi Mlecznej. Najbliższą, bliźniaczą nam galaktyką jest Mgławica Andromedy oddalona o 2 300 000 lat świetlnych. Nasza galaktyka jest spiralna – jej jądrem jest czarna dziura. 1011 – tyle gwiazd składa się na naszą galaktykę. Odległość Słońca od centrum galaktyki wynosi 30 000 lat świetlnych. Średnica galaktyki 100 000 lat świetlnych. Galaktyka wiruje. W ciągu 200 mln lat świetlnych wykonuje jeden obrót wokół swojego centrum. Prędkość liniowa Słońca wynikająca z tego ruchu wynosi 250km/s. Na układ planetarny Słońca składają się:

·         Słońce

·         Planety i ich satelity

·         Planetoidy (asteroidy) [największa ma średnicę 1000km]

·         Meteory (średnica poniżej 1km) – twory skalne

·         Komety – twory lodowo-skalne

·         Materia międzyplanetarna.

Słońce jest ogromne. Jego masa stanowi 99,87% całej masy wszystkich ciał niebieskich należących do Układu Słonecznego. Słońce zbudowane jest z Wodoru (91%), Helu (9%) i innych pierwiastków (0,15%). Z korony Słońca „wieje” wiatr słoneczny – naładowane strumienie cząstek materii – na Ziemi powodują np. zakłócenia radiowe. 

2. Planety wewnętrzne.

Merkury, Wenus, Ziemia, Mars – są to niewielkie (w porównaniu do planet zewnętrznych) planety w Układzie Słonecznym. Usytuowane są w pobliżu gwiazdy centralnej (Słońca) niż planety zewnętrzne. Wenus i Ziemia są to duże planety wewnętrzne. Ogólnie planety wewnętrzne charakteryzuje to, że są zbudowane ze skał, są to stałe ciała niebieskie, w odróżnieniu od planet zewnętrznych, które są o wiele większymi kulami gazowymi. Ponieważ są to ciała stałe posiadające litosferę (stałą), teoretycznie jest możliwe (jeśli nie brać pod uwagę warunków występujących na powierzchni) wylądowanie na nich, czego nie można by dokonać z planetami zewnętrznymi. Planety wewnętrzne mają dużo większą gęstość od planet zewnętrznych oraz są dużo mniejsze od nich. 

3. Planety zewnętrzne

Jowisz, Saturn, Uran, Neptun i nie pasujący do nich, niewielki skalny Pluton. Planety te charakteryzuje olbrzymi rozmiar (w porównaniu do planet wewnętrznych) oraz brak powierzchni. Są to kule gazowe, także niemożliwe byłoby wylądowanie na nich. Mają dużo mniejsze gęstości od planet typu Ziemi. Z geologicznego punktu widzenia bardzo interesujące są ich satelity, takie jak Jo, Europa (Jowisz), Tytan, Rea (Saturn), Oberon, Ariel (Uran), Tryton (Neptun). Całkowicie do tej charakterystyki nie pasuje ostatnia planeta, krążąca na peryferiach układu słonecznego – Pluton: jest niewielki, posiadający powierzchnię bardzo odchylony od powierzchni ekliptyki (17º). Niektórzy nawet nie zaliczają Plutona w poczet planet, lecz sądzą, że jest to asteroida pochodząca z Obłoku Oorta. 

4. Odmiany meteorytów

Meteoryty to meteoroidy, które spadły na Ziemię. Na dobę spada od kilkuset do kilku tysięcy ton pyłu kosmicznego na Ziemię. Spadające gwiazdy – to właśnie meteoroidy – świecą bo parują w atmosferze; kiedy spadną na Ziemię to już są meteorytami. Meteor – spadająca gwiazda.

Meteoryty dzielimy na:

·         Kamienne (aerolity) [93%]

·         Chondryty (90%)

·         Achondryty (10%)

·         Żelazne (syderyty) [6%]

·         Mieszane [1%]

Kamienne – zbudowane ze skał.

Żelazne – zbudowane z naturalnych stopów Fe i Ni: kamacyt i temit.

Chondryty – mają charakterystyczne struktury (ziarna), nie znaleziono ich nigdy na Ziemi, po raz pierwszy takie struktury odkryto dopiero w skałach księżycowych. Te struktury (kuleczki) to chondry.

Achondryty – mniej zasadowe, nie posiadają chondr, występuje więcej plagioklazów, przypominają ziemskie bazalty.

Meteory mają znaczenie przy określaniu wieku Układu Słonecznego (wszystkie meteory mają ten sam wiek – 4,55mld lat = wiek Układu Słonecznego). 

5. Kondensacyjno-akrecyjny model powstania Układu Słonecznego

Model ten zakłada, że planety i Słońce powstały równocześnie. Powstanie Protosłońca – w jednym ze spiralnych ramion galaktyki powstał obłok pyłowo-gazowy. Rósł, przyłączały się do niego różne cząstki i pyły. W pewnym momencie osiągnął masę krytyczną. W środku działa siła grawitacji – obłok się kurczy (obraca się). Tworzy się zagęszczenie centralne otoczone dyskiem protoplanetarnym. Grawitacyjnemu kurczeniu towarzyszy wydzielanie ciepła. Maksymalna temperatura w środku, reakcje syntezy termojądrowej – powstaje gwiazda centralna. Protosłońce przekształca się w słońce otoczone wirującym dyskiem protoplanet. Słońce w pierwszym okresie swego istnienia było bardzo aktywne. Wymiotło ze swego otoczenia wszystkie lżejsze pierwiastki na peryferia dysku: obłok podzielił się na dwie części: wewnętrzną (cięższe pierwiastki) i zewnętrzną (lżejsze pierwiastki). Zaczęły powstawać planety: zewnętrzne z wodoru i helu, wewnętrzne z pozostałych cząstek, które się łączyły. Większe przyciągały mniejsze. Bloki skalne przyciągały mniejsze okruchy. Bloki to planetyzmale. Największe z nich to planety wewnętrzne, mniejsze to planetoidy i komety (działo się to przez ok. 200mln lat) 

Achondryty – odmiana meteorytów kamiennych, nie posiadających chondr, o składzie podobnym do ziemskich bazaltów.

Asteroidy – (planetoidy, planetki) – niewielkie, nieregularne ciała (do 1000km) krążące wokół Słońca. Koncentrują się między Marsem a Jowiszem w tzw. Pasie Planetoid. Największa z nich to Ceres (900km). Są ich miliony.

Chondryty – odmiana meteorytów kamiennych, posiadają chondry. Skład: pirokseny, oliwiny, plagioklazy. Bardzo zasadowe.

Droga Mleczna – galaktyka spiralna, do której należy Układ Słoneczny.

Dysk Protoplanetarny – dysk wirującej materii, z którego wg modelu kondensacyjno-akrecyjnego powstały planety.

Komety – lodowe bryły ważące od kilku do kilkunastu ton, niewidoczne w przestrzeni. Dzielą się na krótkookresowe, długookresowe i jednopojawieniowe.

Meteoroidy – małe obiekty, mniejsze od planetoid, krążące w przestrzeni wokół Słońca

Meteory – „Spadające gwiazdy” – meteoroidy lecące w atmosferze nagrzewają się (tarcie), często wybuchają w atmosferze.

Meteoryty – meteoroidy, które już spadły na Ziemię. Czasem wybijają kratery.

Meteoryty kamienne – aerolity – meteoryty składające się z minerałów skalnych – chondryty i achondryty (93% wszystkich).

Meteoryty żelazne – syderyty – zbudowane z naturalnych stopów żelaza i niklu – kamacytu i temitu (6% wszystkich)

Meteoryty mieszane – zawierają składniki skalne oraz żelazno-niklowe

Obłok Oorta – przestrzeń wokół Układu Słonecznego, która jest zasobnikiem komet długookresowych i jednopojawieniowych.

Pas Kuipera – przestrzeń wokół Układu Słonecznego, która jest zasobnikiem komet krótkookresowych.

Planetyzymale – (meteoryty) – wszystkie ciała krążące w przestrzeni kosmicznej.

Planetoidy – to samo co asteroidy.

Planety – ciała niebieskie średnicy większej niż 1000 obiegające Gwiazdę Centralną.

Planety wewnętrzne – planety mniejsze, mające powierzchnię skalną, krążące w pobliżu Słońca – Merkury, Wenus, Ziemia, Mars.

Planety zewnętrzne – planety większe, olbrzymy gazowe, krążą daleko od Słońca – Jowisz, Saturn, Uran, Neptun i nie pasujący Pluton.

Wiatr Słoneczny – strumień cząstek jądra Słońca wyrzucany w przestrzeń kosmiczną. Gęstość wynosi około 5 cząstek/cm3. 

6. Najważniejsze źródła informacji o budowie wnętrza Ziemi

Najgłębsze wiercenia mają obecnie do kilkunastu kilometrów. Podstawowym źródłem informacji są obserwacje pośrednie.

a) skały ultrazasadowe – nie zawierające SiO2 skały wulkaniczne. Ogniska magmowe mieszczą się na głębokości od kilkudziesięciu do około 300km, można je znaleźć w niektórych miejscach na powierzchni Ziemi jako skały wulkaniczne.

b) meteoryty – zważywszy, że kondensacyjno-akrecyjny model jest ważny, ta teoria też jest ważna. Sądzi się, że meteoryty kamienne wyglądają jak płaszcz, a żelazne jak jądro. Są zbudowane z tej samej materii co Ziemia.

c) pole grawitacyjne Ziemi – zależy od rozkładu mas we wnętrzu Ziemi. Ma zastosowanie przy poszukiwaniu złóż.

d) fale sejsmiczne – są istotnym źródłem informacji o budowie wnętrza Ziemi. W wyniku trzęsienia Ziemi powstaje fala sejsmiczna. Źródłem fal są ogniska. Z ogniska rozchodzą się fale sprężyste. Geofizycy mierzą prędkości tych fal w zależności od głębokości. Prędkość fal zależy od sprężystości. Im wyższa gęstość ośrodka, tym szybciej rozchodzą się w nim fale sprężyste. Gęstość zależy od składu chemicznego czyli mineralnego. Mając dane prędkości wyciągamy wnioski o gęstości a do gęstości można dopasować skład mineralny. M.in. za pomocą tej metody wiemy, że zewnętrzne jądro Ziemi jest płynne. 

7. Podział wnętrza Ziemi 

Ziemia jest zbudowana z kilku koncentrycznych geosfer. Podziału na geosfery dokonujemy na podstawie nieciągłości. Skorupa ma zmienną grubość. Płaszcz ma grubość prawie 3000 km (połowa promienia). Litosfera – obejmuje całą skorupę i najwyższą część płaszcza. Mezosfera i Astenosfera jest częścią płaszcza. Barysfera to jądro. Skorupa – skały skaleniowo-kwarcowe o gęstości = 3 g/cm3. Płaszcz – skały ultrazasadowe g > 3 g/cm3. Astenosfera – skały częściowo stopione. Jądro jest metaliczne (Fe, domieszka Ni). Jądro zewnętrzne – płynne (zanik fal sejsmicznych) lepkość podobna do wody. Jądro wewnętrzne – stałe, zbudowane niemal wyłącznie z żelaza + odrobina niklu. Płaszcz dolny (650-700km). 
 
 
 
 
 

8. Odmiany skorupy ziemskiej

Mamy dwie podstawowe odmiany skorupy ziemskiej: Kontynentalna i oceaniczna.

Skorupa oceaniczna – wszędzie jest taka sama. 
 
 
 
 

Warstwa 1 – osadowa

Warstwa 2 – bazaltowa

Warstwa 3 – gabrowa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Skorupa kontynentalna – bardzo różna w zależności od miejsca gdzie się znajduje. Zbudowana jest z trzech warstw: warstwa osadowa (średnia miąższość kilka km), warstwa granitowa (średnia miąższość kilkanaście km) oraz warstwa bazaltowa złożona z bazaltu, gabra lub granulitu (średnia miąższość ok. 20 km). Nieciągłość Mohorovičicia (MOHO) oddziela skorupę kontynentalną od znajdującego się poniżej płaszcza Ziemi. 

Astenosfera – leżąca na głębokości ~60-100km do 400km część płaszcza. Bardzo plastyczna, chociaż zbudowana ze skał w stanie stałym.

Barysfera – inna nazwa jądra Ziemi, złożonego ze stopionego żelaza i niklu zalegającego na głębokości 3000km.

Nieciągłość Golicyna – sfera oddzielająca od siebie Astenosferę i Mezosferę.

Nieciągłość Lehmana – oddziela jądro zewnętrzne od wewnętrznego (5155km)

Nieciągłość Mohorovicicia – MOHO – oddziela skorupę od płaszcza.

Nieciągłość Wiecherta-Gutenberga – oddziela płaszcz od jądra (mezosferę od barysfery).

Nieciągłość sejsmiczna – strefa szybkiego wzrostu prędkości fal sejsmicznych.

Jądro wewnętrzne – najbardziej wewnętrzna warstwa wnętrza Ziemi. Kula o średnicy ok. 1200km zbudowana z żelaza i niklu.

Jądro zewnętrzne – płynna geosfera otaczająca jądro wewnętrzne.

Jądro Ziemi – najbardziej wewnętrzna geosfera zalegająca poniżej płaszcza, zaczynająca się na głębokości około 2900km (warstwa petydotytów – górna część płaszcza).

Litosfera – najbardziej zewnętrzna geosfera, rozpiętość od 100 do 200km. Zawiera skorupę i część płaszcza górnego.

Mezosfera – leżąca na głębokości od 400 do 2900km część płaszcza.

MOHO – nieciągłość Mohorovicica.

Płaszcz Ziemi – geosfera pomiędzy skorupą a jądrem. Ma rozpiętość od 80 do 2900km.

Skorupa kontynentalna – odmiana skorupy Ziemskiej. Tarcze kontynentalne grubości rzędu 40km.

Skorupa oceaniczna – odmiana skorupy Ziemskiej zalegająca pod oceanami. Ma miąższość rzędu 5-8km.

Skorupa Ziemi – najbardziej zewnętrzna i najcieńsza geosfera.

Warstwa D” – (de bis), najbardziej wewnętrzna część płaszcza. Tylko nieciągłość Gutenberga oddziela ją od jądra zewnętrznego (2700-2900km). Ta warstwa jest niestabilna – zachodzą reakcje pomiędzy jądrem a płaszczem. 

9. Paleomagnetyzm i jego znaczenie dla geologii 
 
 

Pole magnetyczne Ziemi to pole dipolowe. (we wnętrzu Ziemi jest magnes sztabkowy ;)). Jest ono zdeformowane przez wiatr słoneczny. Konsekwencjami posiadania pola jest to, że skały (szczególnie wulkaniczne) są namagnesowane. W momencie krzepnięcia minerały posiadające zdolność do namagnesowania się ulegają namagnesowaniu przechodząc przez „Punkt Curie”. Namagnesowanie to „naśladuje” namagnesowanie Ziemi z danego okresu (powstania skały). Jest ono bardzo stałe. Badaniami namagnesowania szczątkowego można odtworzyć pole magnetyczne Ziemi z okresu, w którym dana skała powstawała. Badaniami tymi wykryto dwie sprawy:

1) Wędrówka biegunów magnetycznych Ziemi – badane próbki z różnych rejonów i okresów ???? płyną. Stąd wniosek, że albo bieguny się przemieszczały, albo kontynenty się poruszały a bieguny stały w miejscu, co jest bardzo prawdopodobne.

2) Inwersje pola geomagnetycznego – Pole magnetyczne w historii wielokrotnie zmieniało swoją biegunowość. Bieguny zamieniały się miejscami (przebiegunowanie). Następowało to cyklicznie, ale chaotycznie, średnio co 700 000 lat. 

10. Liniowe anomalie magnetyczne

Występują w obszarach sąsiadujących z grzbietami oceanicznymi. Są to zespoły skał namagnesowanych zgodnie lub odwrotnie (na przemian). Widoczna jest symetria.  
Kiedyś pole magnetyczne Ziemi skierowane było odwrotnie niż teraz. Powstawały wówczas skały, które magnesowały się w polu magnetycznym Ziemi (zostały namagnesowane przeciwnie do obecnego kierunku pola magnetycznego). W ciągu miliona lat powstały nowe skały i namagnesowały się zgodnie z kierunkiem obecnego pola magnetycznego (bo pole się przebiegunowało). Skorupa odsuwa się w obie strony od wieku. 
 
 

·         Skały namagnesowane tak jak dzisiaj - pole magnetyczne dodaje się do pola magnetycznego Ziemi = wzmacnia.

·         Skały namagnesowane odwrotnie – pola się odejmują – anomalia ujemna. Potwierdza to hipotezę rozrostu dna oceanicznego.

11. Założenia teorii tektoniki płyt litosferycznych

Na podstawie założeń wpływ miało pięć prac. Rozwój teorii przypada na lata 1961-1968.

1.      Litosfera jest podzielona na kilkanaście sztywnych płyt, które mogą się przemieszczać po powierzchni astenosfery.

2.      Płyty są odnawiane w strefach akrecji i niszczone w strefach subdukcji.

3.      Granice między płytami mogą być:

·         dywergentne (akrecyjne) – spreading, gdzie płyty się rozchodzą

·         konwergentne (konsumpcyjne) – rowy, gdzie płyty są konsumowane

·         transformacyjne (konserwatywne) – płyty przesuwają się równolegle względem siebie

4.      Mechanizmem napędowym ruchu płyt są prądy konwekcji cieplnej w płaszczu Ziemi oraz inne (konwekcja nie jest jedynym źródłem napędu).

12. Mechanizmy ruchu płyt litosfery 
 
 

Współcześnie jest kilkanaście płyt litosferycznych. Największą rolę odgrywają największe płyty (ok. 6). Poruszają się one względem siebie. Prędkości tego ruchu wahają się od kilku do kilkunastu cm na rok. 
 
 

1) Głównym mechanizmem (lecz nie jedynym) jest konwekcja w płaszczu Ziemi. Ziemia posiada określony układ komórek konwekcyjnych. Komórki te powodują wciąganie płyty pod drugą płytę. Płyta jest wleczona przez prąd konwekcyjny.  
 
 

2) Inną przyczyną ruchu płyt jest rozpychanie płyt przez materię w strefach akrecji. Materia dopływa z płaszcza i rozpycha płyty w strefach ryftu.  
 
 

3) Kolejnym mechanizmem może być zrzut grawitacyjny. Płyta jest na nachylonym podłożu i grawitacyjnie się ześlizguje w głąb płaszcza. Związany z tym jest również „efekt obrusa” – zwisająca część płyty pociąga za sobą całą płytę

5.      Wciąganie przez płat tonący – to właśnie efekt obrusa.

13. Pióropusze płaszcza i plamy gorąca 
 
 

Istnieje kilka miejsc, gdzie obserwujemy intensywny wpływ ciepła. Strumień ciepła wydostaje się z Ziemi. Wpływ ten nie jest równomierny – szczególnie intensywny prowadzi do powstania wulkanów. Również duże wpływy ciepła występują w miejscach izometrycznie kołowych. Teren jest tam lekko podwyższony przez strumień ciepła. Miejsca te nazywamy plamami gorąca (ok. 100 na świecie). Uważa się, że są one wynikiem istnienia pióropuszy płaszcza – słupy rozgrzanej materii, cieplejszej od otoczenia. Materia jest lżejsza, przez to jest konwekcyjnie unoszona ku górze. W dolnym płaszczu istnieje niestabilna warstwa D” – zachodzą tam reakcje między materią płaszcza i jądra, co powoduje powstawanie w niektórych miejscach pióropuszy. Przebijają się one przez cały płaszcz aż do litosfery. Ich efektem są plamy gorąca. Wynikiem istnienia pióropuszy jest np. powstanie wysp wulkanicznych w miejscach plam gorąca (np. Hawaje). 
 
 
 
 
 
 

14. Geneza grzbietów śródoceanicznych (ryftogeneza) 
 
 

Grzbiety oceaniczne rodzą się na kontynentach. Wędrująca z płaszcza materia powoduje powstanie plamy gorąca, umiejscawia się pióropusz płaszcza jeżeli skorupa jest wystarczająco ciepła w stosunku do transportu ciepła od dołu nastąpi jej wygięcie – zacznie pękać. Rozgrzana materia zacznie się wciskać w szczeliny. Może to doprowadzić do powstania wulkanów. W kolejnym etapie tworzy się rodzaj zapadliska tektonicznego, który nosi nazwę ryftu kontynentalnego. Początkowo jest to obszar lądowy, jednak gdy uzyska połączenie z morzem, woda się do niego wleje. Początkowo będzie to płytkie morze, z czasem skorupy oceaniczne oddalą się od siebie – ocean się pogłębi. 
 
 

Grzbiety śródoceaniczne są powierzchownym przejawem stref akrecji. 

Rodzaje grzbietów: Na rysunku à :u góry szybki rozrost, na dole powolny rozrost. 
 
 
 

15. Strefy akrecji i zachodzące w nich procesy

Strefy akrecji to strefy ryftu kontynentalnego. Są to grzbiety śródoceaniczne – najpotężniejsze na świecie systemy górskie. Glob Ziemski jest nimi opasany, mają 60-70 tysięcy km długości, wysokość względna 2-3km, tworzą jeden łączący się system – łańcuch górski. W strefach akrecji jest tworzona skorupa oceaniczna. Doliny ryftowe to naturalne, globalne pęknięcia skorupy ziemskiej, miejsca, w których materia z wnętrz...