MATERIAŁY GEOLOGIA
Literatura:
• Książkiewicz M. Geologia Dynamiczna, Wydawnictwa Geologiczne
• Mizerski W. Geologia Dynamiczna dla geografów. Wydawnictwa Naukowe PWN
• Mizerski W. Geologia Dynamiczna. Wydawnictwa Naukowe PWN
• Skoczylas J. Budowa Ziemi, Wielka Encyklopedia Geografii Świata, Tom II, Wydawnictwo
Kurpisz, Poznań
• Stanley S. M. Historia Ziemi Wydawnictwo Naukowe PWN Warszawa 2002
• Witt A., Borówka R.K. Rzeźba powierzchni Ziemi, Wielka Encyklopedia Geografii Świata,
Tom IV, Wydawnictwo Kurpisz, Poznań
• Thompson G.R., Turk J. Modern Physical Geology. Saunders College Publishing
Geologia nauka o budowie i historii Ziemi a zwłaszcza skorupy ziemskiej. Wraz z
rozwojem geologii wyodrębniły się z niej dyscypliny naukowe o zróżnicowanych celach i
metodach badań.
• Geologia dynamiczna, zajmująca się badaniami procesów kształtujących skorupę ziemską
oraz sił, które te zmiany powodują.
• Geologia historyczna - badająca przeszłość Ziemi.
• Paleontologia – nauka o organizmach żyjących w przeszłości geologicznej i ich ewolucji.
• Mineralogia – nauka o minerałach.
• Petrografia – nauka o skałach.
• Geologia regionalna – badająca historię i budowę geologiczną wyodrębnionych części
skorupy ziemskiej.
• Geologia surowcowo-złożowa – zajmująca się poszukiwaniem i rozpoznawaniem złóż
surowców mineralnych.
• Geologia inżynierska - zajmująca się badaniem przydatności skał do posadowienia
obiektów inżynierskich i ich zagrożenia.
• Hydrogeologia – zajmująca się wodami podziemnymi występującymi w skałach, ich
pochodzeniem, ruchem, zasobami i ochroną.
• Geologia
środowiskowa – obejmująca geologiczne aspekty ochrony środowiska.
4 ostatnie dyscypliny zaliczamy do geologii stosowanej.
Znaczenie geologii w budownictwie i inżynierii środowiska
1. Powierzchnia Ziemi- skorupy ziemskiej - stanowi podłoże wszystkich budowli, a niektóre
wykonywane są pod jej powierzchnią.
2. Skorupa ziemska jest źródłem materiałów budowlanych, stosowanych bądź w stanie
pierwotnym, bądź przetworzonym.
3. Ukształtowanie powierzchni terenu stanowi istotny czynnik w planowaniu przestrzennym,
urbanistyce i architekturze.
4. Procesy geologiczne stanowią najistotniejsze zagrożenie budowli, powierzchniowe ruchy
masowe, przemieszczanie podłoża spowodowane trzęsieniami ziemi, wybuchy wulkanów.
5. Wody podziemne są powszechnie wykorzystywane do zaopatrzenia, utrudniają również
wykonanie głębokich wykopów i stanowią zagrożenie dla podziemnych części budowli.
Powstanie Ziemi
Mechanizm powstania układu słonecznego nie jest wyjaśniony i wiąże się z teoriami
dotyczącymi powstania wszechświata.
Obecnie powszechnie przyjęta jest hipoteza Harolda C. Ureya z 1952 roku, która przyjmuje:
• Słońce powstało z zagęszczonej kosmicznej chmury gazowo-pyłowo-meteorytowej
• z
pozostałości tej chmury powstały planety w wyniku koncentracji materii pod wpływem
grawitacji
• kondensacja materii spowodowała rozgrzanie planet i ich częściowe lub całkowite
upłynnienie
W stadium upłynnienia doszło do grawitacyjnego rozdzielenia materiału planetarnego w ten
sposób, że składniki najlżejsze znajdowały się na zewnątrz a cięższe we wnętrzu planety.
Ziemia podobnie jak układ słoneczny powstała przed około 4,5 (4,6 –4,8) mld lat. Obecnie
przypuszcza się, że dużo wcześniej.
Skorupa ziemska była początkowo niestabilna, cienka i składała się ze skał typu bazaltów. Nie
było hydrosfery a atmosferę stworzyły tlenek i dwutlenek węgla, siarkowodór, dwutlenek siarki,
amoniak, chlorowodór, para wodna i inne gazy.
Gdy temperatura powierzchni obniżyła się poniżej 100
°C mogła kondensować się para wodna.
Powstały pierwsze zbiorniki wód – zaczął działać pra hydrologiczny cykl. Po 0,5 mld lat od
powstania Ziemi powstały pierwsze skały osadowe. Działały inne czynniki zewnętrzne.
Obecnie skorupę ziemską budują 3 rodzaje skał (magmowe, osadowe, metamorficzne), które
powstawały w różnych okresach dziejów Ziemi. Wiek Ziemi szacuje się na około 4,5 mld lat a do
jego określania stosuje się metody:
- wieku bezwzględnego – polega na zjawisku połowicznego rozpadu pierwiastków
promieniotwórczych (jest to czas, w którym połowa atomów danego pierwiastka zawartego w
skale ulega rozpadowi), np.:
40K 1,5
mld
lat
238U 4,5 mld lat
14C 1,5
mld
lat
- wieku względnego – polega na określeniu wieku skały względem innej (skała młodsza -
starsza); wykorzystuje się tu skamieniałości
Czas geologiczny
W okresie 4,5 mld skorupa ziemska ulegała daleko idącym przeobrażeniom. W miejscu
oceanów powstawały wysokie góry. Te z kolei były niszczone zrównane (peneplenizacja) i w ich
miejsce powstawały kolejne morza i oceany. Mimo, że przebieg procesów geologicznych jest
bardzo powolny, rozpatrywane w długim okresie czasu są w pełni zrozumiałe. Np. jeśli w
zbiorniku morskim lub oceanicznym odkłada się 1 mm osadu rocznie, to przez milion lat mamy
1000000 mm czyli 1 km. Nawet obserwowane obecnie procesy biegną dużo szybciej. Np. próg
wodospadu Niagara cofa się rocznie o 0,5 m. Podobnie nasze wybrzeża klifowe. Płyty litosfery
przemieszczają się z prędkością do 10 cm rocznie. W delcie Wisły osadziło się w czasie 10 000
lat do 30 m aluwiów.
Podział dziejów Ziemi na ery, okresy i epoki oparty jest na ewolucji świata organicznego i
przebiegu zjawisk górotwórczych i ujęty jest w formie tabicy stratygraficznej.
BUDOWA ZIEMI
Budowa globu
Promień równikowy 6378,24 km
Promień biegunowy 6356,86 km
Różnica 21,38 km
Bezpośrednie dane o budowie Ziemi pochodzą tylko z przypowierzchniowej warstwy.
Najgłębsza na świecie kopalnia złota Tau Tona w RPA sięga 3,5 km pod powierzchnię ziemi.
Najgłębsze wiercenie ponad 12 km na Półwyspie Kola. W stosunku do promienia ziemskiego
jest to tylko ułamek procenta.
Budowę głębszych partii Ziemi rozpoznano głównie za pomocą fal sejsmicznych, obserwując
ich zachowanie podczas przechodzenia przez różne ośrodki. Fale sejsmiczne i podłużne
rozchodzą się z różną prędkością, a na pewnych głębokościach skokowo zmieniają prędkość,
ulegają odbiciu lub załamaniu. Wykazują istnienie powierzchni nieciągłości.
Pierwsza i najbardziej znana jest powierzchnia Mohorowicica (chorwacki geofizyk 1857-1936).
Moho znajduje się pod kontynentami na głębokości 50-60 km. Powierzchnia ta uznana jest za
January
February
March
28 march—first one celled
organisms
April
May
First marine organisms
June
July
August
September
October
November
18. 11.— Cambrian
expansion of life
29.11— first land plant
and animals
December
11-25 .12 — age of
dinosaurs
31.12 23.37 — first Homo
species
granicę między skorupą ziemską a płaszczem Ziemi. Według najnowszych badań powierzchnia
ta ma charakter strefy o grubości kilku kilometrów i należy ją nazywać warstwą Moho.
Powierzchnie nieciągłości pozwalają wydzielić w globie kilka stref:
•Skorupa ziemska, dzieląca się na skorupę kontynentalną i oceaniczną, sięgająca do około 80
km
•Nieciągłość Moho
•Płaszcz ziemski: zbudowany ze związków Si, Mg, Fe i Ca; górny do 700 km i dolny do 2900
km
•Nieciągłość Gutenberga
•Jądro: zbudowane ze związków Fe i Ni; zewnętrzne metaliczne w stanie ciekłym do 5100 km i
wewnętrzne metaliczne, stałe do 6370 km
Skorupa ziemska – jest zróznicowana, inną budowę ma pod kontynentami i inną pod
oceanami. Jest trójwarstwowa: warstwa osadowa, granitowa i bazaltowa.
• Skorupa kontynentalna (bloki kontynentów) jest trój warstwowa. Składa się z warstwy
osadowej o grubości do kilkunastu kilometrów, średnio kilka. Warstwy granitowej o grubości od
kilku do 30 km. Średnio kilkanaście. Warstwy bazaltowej o grubości od kilku do 40 km, średnio
20 km. Cała skorupa kontynentalna osiąga grubość około 80km, średnio 40 i najbardziej
miąższa jest pod wysokimi górami.
• Skorupa oceaniczna – występuje pod otwartymi oceanami. Składa się z warstwy osadowej
o grubości od kilkuset metrów do kilku km, złożonej z naprzemianległych skał osadowych i law
bazaltowych i warstwy bazaltowej – złożonej z bazaltu i gabra o miąższości 5-6 km. Cała
skorupa oceaniczna osiąga grubość około 12 km jest więc kilkakrotnie cieńsza od skorupy
kontynentalnej.
Płaszcz Ziemi (mezosfera) występuje pod skorupą ziemską i jest oddzielony od niej
powierzchnią Moho. Rozciąga się do głębokości 2900 km. Górna część zbudowana jest z
perydotytów i pod względem właściwości fizycznych (twarda) przypomina skorupę i z nią
właśnie tworzy litosferę.
Litosfera sięga do głębokości 75-125 km i jest podzielona na bloki zwane płytami litosfery.
Poniżej tej głębokości znajduje się astenosfera. W astenosferze zmianie ulegają właściwości
skał na przestrzeni zaledwie kilku km. W rezultacie wzrostu temperatury znajdują się one w
stanie ciekłym, przypominają podgrzaną smołę. Astenosfera sięga do głębokości 350 km. W jej
spągu wzrasta ciśnienie i płaszcz staje się twardy. Poniżej 660 km rozciąga się płaszcz dolny.
Część górna płaszcza ma gęstość około 5,0 g/cm
3
(perydotyt z domieszką chromu) a dolna
zawiera więcej niklu, 6,0 g/cm
3
.
Jądro Ziemi (barysfera) oddzielone jest od płaszcza wyraźną powierzchnią nieciągłości.
Średnica wynosi 3470 km. Do głebokości 5150 km. 2250 to jądro zewnętrzne zbudowane z
żelaza i niklu w stanie ciekłym a poniżej jądro wewnętrzne w stanie stałym.
Wskutek oddziaływania ruchu stopionego żelaza powstaje zjawisko zwane samo wzbudzonym
dynamem. Zjawisko podtrzymywania pola magnetycznego wskutek oddziaływania ruch
stopionego żelaza na pole magnetyczne.
Litosfera – zbudowana ze skał nie stopionych, sztywna i krucha, najbardziej zewnętrzna
warstwa kuli ziemskiej. Obejmuje skorupę ziemską i warstwę perydotytową górnego płaszcza.
Sięga głębokości 75–125 km. Podzielona na bloki zwane płytami litosfery.
Astenosfera – zbudowana ze skał częściowo stopionych, plastyczna. W astenosferze zmianie
ulegają właściwości skał na przestrzeni zaledwie kilku km. W rezultacie wzrostu temperatury
znajdują się one w stanie ciekłym, przypominają podgrzaną smołę. Astenosfera sięga do
głębokości 350 km. W jej spągu wzrasta ciśnienie i płaszcz staje się twardy. Poniżej 660 km
rozciąga się płaszcz dolny.
Część górna płaszcza ma gęstość około 5,0 g/cm3 (perydotyt z domieszką chromu) a dolna
zawiera więcej niklu, 6,0 g/cm3.
Górna część płaszcza, do głębokości około 700 km, razem ze skorupą ziemską uczestniczy w
procesach tektonicznych objawiających się powstawaniem gór, pękaniem, rozsuwaniem i
zderzaniem kontynentów.
STAN TERMICZNY ZIEMI
Powierzchnia Ziemi ogrzewana jest promieniami słonecznymi. Ciepło słoneczne przenika
w głąb skorupy ziemskiej bardzo powoli i na niewielkie głębokości. Zmiany dobowe sięgają do 1
m, zmiany pór roku do 5-6 m.
Na głębokości 20 m zmiany są nie dostrzegalne. W strefie głębokości 15-20 m panuje stała
temperatura (strefa termicznie neutralna) równa w przybliżeniu średniej rocznej temperaturze
danego miejsca. Przemarzanie sięga do 1,2 – 1,5 m.
Ziemia ma również własne źródło ciepła. Świadczy o tym wzrost temperatury z
głębokością, stwierdza się to w kopalniach i otworach wiertniczych. Wyraża się go stopniem
geotermicznym tzn. liczba metrów przypadająca na wzrost temperatury o 1°C, albo gradientem
geotermicznym tzn. wzrost temperatury przypadający na wzrost głębokości o 1 m.
Wzrost temperatury jest w różnych miejscach różny, zależy od:
• charakteru
skał i ich przewodnictwa cieplnego
• ułożenia skał
• zawodnienia
• bliskości źródeł gorących, wulkanów i wgłębnych ognisk magmowych
Przykłady:
Budapeszt 15 m/1°C
Szubin (Kujawy) 33 m/1°C
Pisz (Mazury) 90 m/1°C
Sudety 25 m/1°C
Gdańsk 65 m/1°C
Witwaters (Afryka Poł.) 117 m/1°C
Bahamy 180 m/1°C
Średnia dla zachodniej Europy 33 m/1°C
Zgodnie ze stopniem geotermicznym temperatura rośnie do głębokości około 70 km, dalej
przyrost jest mniejszy. Na głębokości 100 km temperatura wynosi 1500°C, na 1000 km około
3000°C, a gwałtowny skok następuje na granicy płaszcza z jądrem od 3500°C do około 4800°C.
W jądrze wynosi ponad 6000°C.
Ziemia jest złym przewodnikiem ciepła. W blisko 5 mld lat liczącej historii zachowała około 20%
ciepła pierwotnego reszta pochodzi z rozpadu pierwiastków promieniotwórczych szczególnie
toru, uranu i potasu. W granicie uranu jest 4 razy więcej niż w bazalcie, potasu 3 razy, a toru
około 10 razy więcej.
Według Wikipedia:
Stopień geotermiczny – opisuje natężenie przepływu ciepła z wnętrza Ziemi na jej
powierzchnię. Wartość współczynnik określa co ile metrów w głąb ziemi temperatura przyrasta o
1°C.
Wartość stopnia geotermicznego zależy od głębokości zalegania ciał magmowych,
przewodnictwa cieplnego skał, tektoniki, ukształtowania powierzchni ziemi, lokalizacji procesów
wulkanicznych, promieniotwórczych i geochemicznych, a także od pewnych zjawisk
hydrogeologicznych. Jako średnią wartość stopnia geotermicznego w skali globalnej przyjmuje
się wielkość 33 m/1°C. Jego wartość zmienia się nie tylko w poziomie, ale również w przekroju
pionowym.
W Polsce stopień geotermiczny wykazuje duże zróżnicowanie, zależne od budowy geologicznej,
a w szczególności od struktur halokinetycznych, odznaczających się wysoką przewodnością
cieplną. W przedziale głębokości 200–2500 m zmienia się on od 10 do 110 m/1°C. W północno-
wschodniej części kraju wartość stopnia rośnie do około 100 m/1°C, co jest związane ze
stosunkowo płytkim występowaniem krystalicznego podłoża. Najniższe wartości, rzędu 20
m/1°C, obserwowane są w Sudetach (Cieplice Śląskie-Zdrój, Lądek-Zdrój).
Na świecie skrajne wartości zanotowano w Budapeszcie: 15 m i na Wyspach Bahama: 180,2 m.
Zjawisko wystepowania przepływu ciepła z wnętrza Ziemi wykorzystuje się w budowie ciepłowni
geotermicznych, jako naturalne źródło energii cieplnej.
Gradient geotermiczny - opisuje zmiany temperatury Ziemi wraz z głębokością, czyli gradient
temperatury. Wartość współczynnika określa przyrost temperatury na jednostkę przyrostu
głębokości wewnątrz Ziemi, poniżej strefy termicznie neutralnej. Jego odwrotnością jest stopień
geotermiczny.
Zjawisko zmiany temperatury w Ziemi wynika z występowania przepływu ciepła z wnętrza Ziemi
na powierzchnię, zjawisko to wykorzystuje się w budowie ciepłowni geotermicznych jako
naturalne źródło energii cieplnej.
PROCESY GEOLOGICZNE
Proces geologiczny – zjawisko lub zespół zjawisk wywołujący na powierzchni skorupy
ziemskiej lub w jej wnętrzu przeobrażenia fizyczne lub chemiczne.
Geologia ustala
• przyczyny procesu
• bada przebieg
• stwierdza skutki
Przyczyną procesów geologicznych jest działanie sił wynikające z istnienia czynników
geologicznych.
Czynniki geologiczne zewnętrzne – oddziaływujące z zewnątrz – energia dociera z zewnątrz.
To przede wszystkim energia promieniowania słonecznego i światło, które oddziaływuje na
skorupę ziemską przez wpływ:
• atmosfery: powietrze, wilgoć, deszcze, wiatr, insolacja, zmiany temperatur
• hydrosfery: wody płynące po powierzchni, wody podziemne, morza i lodowce
• życia organicznego
Czynniki te działają z zewnątrz osobno lub razem i prowadzą do przeobrażenia powierzchni
Ziemi w wyniku procesów zewnętrznych – egzogenicznych, które są niszczące lub twórcze.
Procesy niszczące prowadzą do zmian fizycznych i chemicznych w efekcie, których skały
ulegają rozkruszeniu lub rozdrobnieniu a następnie są usuwane i przenoszone na inne miejsce.
Procesy te to wietrzenie, erozja i powierzchniowe ruchy masowe.
• wietrzenie – rozpad mechaniczny i rozkład chemiczny skał pod wpływem nasłonecznienia,
oddziaływania na skały wód gruntowych i działania organizmów, zachodzący na powierzchni
ziemi i w strefie przypowierzchniowej
• erozja – mechaniczne niszczenie skał przez wody, lodowce i wiatr
• powierzchniowe ruchy masowe – przemieszczanie się po stoku przypowierzchniowych
partii skal i zwietrzeliny w wyniku działania siły ciężkości
Są to procesy degradujące – prowadzą one do denudacji polegającej na rozcinaniu, zdzieraniu
i obniżaniu wyniesionych partii skorupy ziemskiej.
Jednocześnie z nimi przebiegają procesy twórcze – agradacyjne. Produkty denudacji są
transportowane z miejsc wyżej położonych do obniżeń. Gromadzą się na lądzie, w morzach i
jeziorach. W procesie odkładania bierze również udział życie organiczne.
Procesy odkładania – gromadzenia materiału to sedymentacja.
• Sedymentacja – gromadzenie się osadów w wyniku osadzania materiału okruchowego,
działalności organizmów lub wytrącania z wód.
Powstają skały osadowe. Działa odwrotnie od denudacji.
Denudacja i sedymentacja to wielki proces zrównania powierzchni Ziemi – gradacja.
Skutkom działania procesów zewnętrznych przeciwstawiają się procesy wewnętrzne –
endogeniczne.
Do procesów tych zaliczamy:
• diastrofizm – zespół procesów prowadzących do ruchów i deformacji skorupy ziemskiej
• magmatyzm – procesy prowadzące do powstawania skał magmowych wewnątrz i na
powierzchni skorupy ziemskiej
• metamorfizm – zespół procesów powodujących przeobrażenia skał pod wpływem działania
wysokiej temperatury i ciśnienia.
Wszystkie procesy wywołują przemieszczanie materii w obrębie skorupy ziemskiej i górnego
płaszcza. Procesy wewnętrzne wymuszają ruch materii z głębszych partii skorupy ziemskiej i
płaszcza ku powierzchni. Na powierzchni skały poddawane są działaniu procesów
zewnętrznych. Woda, lodowce i wiatr przenoszą produkty niszczenia skał, które osadzają się w
różnych miejscach, tak w morzu jaki i na lądzie. Tworzą nowe, całkiem inne skały od tych , które
zostały zniszczone. Skały te mogą być potem sfałdowane, wciągnięte w głębsze partie skorupy
ziemskiej czy w górny płaszcz, przeobrażone (powstają skały metamorficzne), a w końcu
przetopione. Produkty tego przeobrażenia i przetopienia później są znów wynoszone na
powierzchnię dzięki działalności magmowej czy górotwórczej i krążenie materii w
przypowierzchniowych warstwach Ziemi rozpoczyna się od nowa. Zjawisko to nazywa się
cyklem skalnym.
Ukształtowanie powierzchni Ziemi jest wypadkową działania procesów egzo- i
endogenicznych odgrywających rolę niszczącą i budującą. Pod wpływem procesów niszczących
skały ulegają kruszeniu i rozdrabnianiu co prowadzi do obniżania powierzchni Ziemi. Następuje
zatem proces denudacji, którego efektem jest niszczenie i zrównywanie wszelkich wyniosłości
terenu. Zwietrzelina skalna ulega przemieszczaniu w niżej położone miejsca, gdzie się osadza
zasypując i wyrównując nierówności terenu (proces gradacji).
W wyniku denudacji i gradacji obszar przechodzi przez stadia rozwojowe:
• Początkowe – początkowy okres istnienia lądu po wypiętrzeniu lub ustąpieniu lodowca;
kształtuje się system rzeczny – rzeki erodują w głąb tworząc wąskie i strome doliny, działa
wietrzenie, ablacja deszczowa i ruchy masowe
• Młodociane – na obszarach źródłowych rzek działa erozja wgłębna, rzeki większe zbliżają się
do stadium dojrzałego z szerokimi dolinami; działa wietrzenie i ruchy masowe
• Dojrzałe – krajobraz silnie rozcięty siecią rzeczną, rzeki mają szerokie doliny i wyrównane
profile, różnice wysokości są coraz mniejsze, zanikają osuwiska, pojawiają się spełzywania
• Starcze – powierzchnia jest prawie płaska z ostańcami (PENEPLENA); działa wietrzenie
chemiczne. Rzeki płyną leniwie w szerokich wypełnionych osadami dolinach. Między nimi
ciągną się niskie wzgórza o bardzo łagodnych stokach. Wyżej wznoszą się resztki
niezniszczonych obszarów zbudowanych z bardzo odpornych skał, tzw. twardziele, lub
pozostałości zniszczonego działu wodnego – ostańce.
Stadium starości kończy cykl denudacyjny. Procesy wewnętrzne przeciwdziałają zrównaniu
powierzchni. W wyniku ruchów pionowych skierowanych ku górze rzeźba może ulec
odmłodzeniu. Odmłodzenie rzeźby powoduje ponowne rozpoczęcie cyklu denudacyjnego.
Złożony materiał ulega dalej procesom fizycznym i chemicznym prowadzącym do jego zmian –
DIAGENEZA, która prowadzi do lityfikacji skały luźnej (stwardnienia, scementowania) i
powstania skały zwięzłej. W procesie diagenezy główną rolę odgrywa:
•Twardnienie koloidów – polega na utracie wody i stwardnieniu składników koloidalnych osadu
•Kompakcja – zachodzi pod wpływem ciężaru osadów leżących powyżej i zmniejszeniu
objętości i porowatości osadu
•Rekrystalizacja - prowadzi do wytrącenia z wody zawartej w osadzie nowych związków,
najczęściej CaCO3 co powoduje zwiększenie wielkości ziaren w skale
•Cementacja – prowadzi do zlepiania się ziaren ze sobą najczęściej za pomocą CaCO3 lub
SiO2 oraz związków żelaza, dolomitu i gipsu
Ukształtowanie powierzchni a klimat
Na ukształtowanie powierzchni wpływa wiele czynników rzeźbotwórczych. Jednym z nich jest
klimat. Ukształtowanie powierzchni w różnych strefach klimatycznych jest bardzo zróżnicowane.
Po podjęciu badań nad tym zagadnieniem w XIX wieku możliwe stało się wyróżnienie cyklów
rozwojowych rzeźby powierzchni ziemi charakterystycznych dla określonych typów klimatów.
Rzeźba na obszarach klimatu umiarkowanego
Charakterystyczne cechy rzeźby na obszarach klimatu umiarkowanego:
◄ wietrzenie chemiczne,
◄ wietrzenie fizyczne,
◄ formy przypominają występujące w klimacie suchym i wilgotnym.
Rzeźba na obszarach wilgotnych
Rzeźba na obszarach wilgotnych charakteryzuje się:
◄ gorącym i wilgotnym klimatem,
◄ występowaniem wietrzenia chemicznego,
◄ występowanie kopów i iglic skalnych.
Rzeźba na obszarach suchych, półsuchych i sawannowych
Obszary suche obfitują w:
◄ pustynie różnego rodzaju (ilaste, piaszczyste, żwirowe, skalne, kamieniste),
◄ płaskie, zwarte równiny,
◄ płaskowyże z dolinami rzecznymi,
◄ duże wahania temperatur (szczególnie dobowych),
◄ występuje wietrzenie fizyczne.
Rzeźba glacjalna
Rzeźba glacjalna, nazywana także lodowcową, charakteryzuje się występowaniem takich
elementów, jak:
◄ występowanie moren,
◄ występowanie pingo – pagórki kopulaste,
◄ krajobraz peryglacjalny,
◄ niskie temperatury.
WIETRZENIE
to całokształt zmian jakim podlegają skały i minerały wystawione na działanie atmosfery,
hydrosfery i biosfery; głębokość zależy od budowy geologicznej, klimatu i głębokości
występowania wód (od kilku do kilkunastu metrów)
1. Wietrzenie fizyczne:
prowadzi do rozpadu skał i zachodzi przede wszystkim pod wpływem:
• nierównomiernego rozszerzania i kurczenia się minerałów podczas nagrzewania bądź
oziębiania skały
• wzrostu kryształów lodu lub soli w szczelinach skał
• wahania ciśnienia na powierzchni skał wskutek odciążenia
• zmiany wilgotności skał
• mechanicznej działalności zwierząt i roślin
Wietrzenie insolacyjne najintensywniej zachodzi tam, gdzie występują duże wahania
temperatury i skały są bezpośrednio wystawione na słońce oraz skały są wieloskładnikowe i ich
minerały mają różne współczynniki rozszerzalności (dochodzi do rozpadu ziarnistego -
dezintegracji granularnej).
Gdy skała jest jednorodna, ale warstwa przypowierzchniowa nagrzewa się szybciej, powstają
wtedy pęknięcia równoległe do powierzchni skały - dochodzi do łuszczenia (eksfoliacji).
Przy ochładzaniu skały warstwa przypowierzchniowa ochładza się szybciej i szybciej się kurczy,
co doprowadza do powstania szczelin prostopadłych do powierzchni skały, dzielących ją na
bloki. Taki proces nazywany jest rozpadem blokowym (dezintegracją blokową).
Wietrzenie mrozowe polega na rozsadzaniu porowatych skał przez zamarzającą w nich wodę.
Woda, przechodząc ze stanu ciekłego do stałego, zwiększa swoją objętość o około 9%,
wywierając ciśnienie na ściany szczelin w skale. Skutkiem wietrzenia mrozowego jest rozpad
blokowy. Zachodzi ono głównie w klimacie polarnym, umiarkowanym i wysokogórskim, co jest
spowodowane wahaniami temperatury w granicach 0 stopni Celsjusza.
Wietrzenie solne zachodzi wskutek krystalizacji soli w szczelinach skalnych. Kryształ soli
wywiera coraz większy nacisk na ściany szczelin, powodując rozpad skały zarówno granularny,
jak i blokowy. Ten typ wietrzenia dominuje na obszarach o klimacie suchym, gdzie parowanie
jest większe od opadów atmosferycznych i rozpuszczone substancje nie są odprowadzane
przez wody powierzchniowe.
Wietrzenie biologiczne spowodowane jest działaniem organizmów żywych. Obejmuje to na
przykład wzrost korzeni roślin, które wnikają w skały, przyczyniając się do poszerzania spękań i
rozdrobnienia skały. Mniejsze znaczenie ma działalność zwierząt żyjących w gruncie.
2. Wietrzenie chemiczne – zmiana składu skał i powstawanie nowych minerałów na skutek
działania czynników chemicznych, głównie świata organicznego i wody, która wraz z aktywnymi
jonami powoduje:
-
utlenianie powodujące powstawanie nowych minerałów i zmianę barwy, sięga do
zwierciadła wód gruntowych
-
uwodnienie polegające na przyłączeniu cząstki wody do minerału
-
karbonatyzacja polegająca na rozpuszczaniu skał przez wody zawierające CO2 W
klimacie ciepłym i wilgotnym powstaje terra rosa.
-
kaolinityzacja – przeobrażenie krzemianów pod wpływem wody i CO2 w czego powstają
minerały ilaste (kaolinit, illit, montmorylonit).
W klimacie równikowym i podzwrotnikowym powstają lateryty tzw. wietrzenie laterytowe.
-
procesy redukcyjne wywołane działaniem bakterii i rozkładem substancji organicznej
Produkty wietrzenia fizycznego i chemicznego to pokrywa zwietrzelinowa tworząca się na
skałach. Na obszarach górskich tworzą się gruzowiska (gołoboża) i piargi. Na innych obszarach
zaznacza się zależność od głębokości, tzw. profil zwietrzelinowy:
gleba
strefa
gliniasta
strefa drobnego gruzu
strefa grubego gruzu
strefa
zgruzowania
strefa
monolityczna
ELUWIUM – pozostała na miejscu część materiału z wietrzenia chemicznego, która nie uległa
rozpuszczeniu; najpospolitszym eluwium jest glina zwietrzelinowa zbudowana z minerałów
ilastych, kwarcu, muskowitu i wodorotlenków żelaza; miąższość dochodzi nawet do 20 metrów
(G. Świętokrzyskie, Wyżyna Lubelska, Śląsko – Krakowska)
DELUWIUM – materiał okruchowy powstały z erozji gliny zwietrzelinowej, rozmyty,
wyselekcjonowany i przemieszczony w niższe partie zboczy
Wietrzenie a klimat:
• Klimat polarny – wietrzenie fizyczne spowodowane przez zamróz
• Klimat umiarkowany – wietrzenie fizyczne i chemiczne; np. w Polsce:
- na obszarach górskich – wietrzenie fizyczne (rumowiska, piargi, gołoboża)
- na obszarach zbudowanych ze skał węglanowych – wietrzenie chemiczne (Jura
Krakowsko – Częstochowska, Lubelszczyzna, G. Świętokrzyskie)
- na wyżynach i nizinach – wietrzenie fizyczne i chemiczne, w zimie głównie zamróz
powodujący „wyrastanie kamieni na polach”
• Klimat gorący pustynny – wietrzenie fizyczne spowodowane nasłonecznieniem
• Klimat gorący wilgotny – wietrzenie chemiczne głównie laterytowe
WIETRZENIE PODMORSKIE – HALMYROLIZA: jest to rodzaj wietrzenia chemicznego – woda
morska działa podobnie jak woda słodka dodatkowo zawierając szczątki organiczne
gromadzące się na dnie i dostarczające siarkowodór i amoniak. Reagują one z osadami
zgromadzonymi na dnie.
Głównym produktem tych reakcji jest glaukonit (uwodniony krzemian żelaza i potasu) oraz
bentonit (powstający z popiołów wulkanicznych) i czerwony ił głębinowy (uwodniony krzemian
glinu oraz tlenki żelaza i manganu)
EROZJA
to zespół procesów powodujących żłobienie i rozcinanie powierzchni skorupy ziemskiej przez
wody, lodowce i wiatr, połączone z usuwaniem powstających produktów niszczenia. Procesy
erozji są przyśpieszane przez uderzanie i tarcie o podłoże przemieszczanego materiału
skalnego (ABRAZJA).
Erozja deszczowa (ablacja deszczowa, spłukiwanie) jest najprostszą formą erozji wywołanej
przez
wodę płynącą; w wyniku jej działania luźne osady są zmywane ze stoków.
Erozja rzeczna ma największe znaczenie w kształtowaniu powierzchni Ziemi; prowadzi do
powstawania dolin rzecznych; przebiega tym szybciej, im większa jest prędkość przepływu rzeki
wywołana spadkiem rzeki, masą płynącej wody, a także masą transportowanego przez nią
materiału, oraz im mniejsza jest odporność skał, w których powstaje koryto rzeczne (erozja
denna, boczna, wsteczna)
Erozja lodowcowa (erozja glacjalna, egzaracja) polega na mechanicznym żłobieniu podłoża
przez płynący lód i zawarty w nim materiał skalny; prowadzi do powstawania żłobów
lodowcowych, cyrków lodowcowych i in.
Erozja eoliczna to szlifujące działanie niesionych przez wiatr ziaren piasku (korazja) połączone
z wywiewaniem materiału piaszczystego i pylastego (deflacja); prowadzi do powstawania form
eolicznych, np. mis deflacyjnych.
Erozja morska polega na niszczeniu dna i brzegów morskich przez falowanie i prądy morskie.
W strefie brzegowej zbudowanej ze skał zwięzłych niszczące działanie przyboju fal może
spowodować powstanie stromej skarpy zwanej klifem a w strefie dna u jego podnóża —
rozległej powierzchni, zwanej platformą abrazyjną.
POWIERZCHNIOWE RUCHY MASOWE
Erozja i wietrzenie naruszają równowagę utworów geologicznych. Erozja zwiększa pochyłość
stoków i sprzyja osuwaniu. Ruch mas może być powolny lub gwałtowny.
Powierzchniowe ruchy masowe są to przemieszczenia mas ziemi pod wpływem siły ciężkości.
Na stoku nachylonym siła ciężkości rozkłada się na dwie składowe: stykową – prostopadłą do
stoku i ześlizgową – równoległą do stoku. Wraz ze zwiększeniem się kąta nachylenia wzrasta
składowa ześlizgowa i wzrasta możliwość przemieszczenia się mas skalnych. Ruchowi mas
skalnych przeciwdziała spójność (kohezja) oraz opór tarcia wewnętrznego (opór stawiany
przeciwko przesuwaniu się cząstek między sobą) dlatego rozwój powierzchniowych ruchów
masowych i ich charakter zależy też od rodzaju gruntu. Osady drobnoziarniste przesycone wodą
mogą ulec uplastycznieniu lub upłynnieniu, gdyż woda zmniejsza tarcie między cząsteczkami
skały. Upłynnione osady piaszczyste czy mułowe nazywamy kurzawką, natomiast skłonność
osadów do upłynnienia i ruchu – tiksotropią. W gruntach sypkich (piaski) ruchom mas skalnych
przeciwdziałają tylko siły tarcia wewnętrznego, dlatego osunięte piaski i żwiry mają na całej
wysokości jednakowy kąt nachylenia.
W gruntach spoistych dodatkowo działają siły spójności co powoduje, że nisza osuwiskowa jest
zakrzywiona.
Ważną rolę odgrywa także woda powodując powstanie sił zsuwających (ciśnienie spływowe) a
także zmianą ciężaru objętościowego i zmniejszenie parametrów wytrzymałościowych.Osuwiska
działają dopóki zbocze nie osiągnie stanu równowagi.
Powierzchniowe ruchy mas jest to przemieszczanie w dół stoku zwietrzeliny, osadów stoku i
przypowierzchniowych partii podłoża skalnego pod wpływem siły ciężkości.
Skutki oddziaływania siły ciężkości na stoku zależą od jego nachylenia, które decyduje również
o przebiegu ruchu i powstawaniu określonych form. Wraz ze stromością stoku zwiększa się
wektor składowej siły ciężkości równoległej do jego powierzchni.
Na równowagę mas stokowych i tempo zachodzących zmian – procesów wpływ ma ponadto
szereg czynników:
• litologia i ułożenie warstw
• nawodnienie
luźnego materiału (gwałtowne topnienie śniegu, wysokie opady)
• zamarzanie
i
rozmarzanie
gruntu
• podcięcie brzegu przez erozję lub w sposób sztuczny
• trzęsienia ziemi
Ruchy masowe zachodzą wtedy, gdy siły spójności (kohezja) skał jest mniejsza niż
oddziaływująca na nie siła ciężkości. Do przesunięcia w dół, tj. grawitacyjnych ruchów
masowych, dochodzi tylko wtedy, gdy zostanie naruszona równowaga stoku, która może
wystąpić gdy:
– zwiększy się nachylenie stoku,
– zmniejszy się spoistość zalegającego na stoku materiału,
– zmniejszy się siła tarcia, np. przez nasączenie luźnego materiału wodą.
W klasyfikacji powierzchniowych ruchów masowych uwzględnia się:
• tempo w jakich przebiegają
• rozmiary obszarów zaangażowanych w ruch
• zasięg w głąb
• częstość występowania
Najczęściej wyróżnia się :
• osypywanie
• obrywanie
• osuwanie,
zsuwanie
• spełzywanie
• spływanie
• spłukiwanie
Przemieszczany w czasie powierzchniowych ruchów masowych w dół materiał to koluwium.
Osypywanie – podlegają mu niewielkie masy materiału zwietrzelinowego lub nawet okruchy
skalne. Powstające koluwia zawierają materiał drobniejszy niż w obrywach. W wyniku
osypywania w dolnej części stoku powstają nagromadzenia drobnego materiału skalnego: piargi
(osypiska, usypiska) a u wylotu żlebów stożki usypiskowe. Drobny materiał gromadzi się w
dolnych partiach.
Odpadanie
to swobodne przemieszczanie się materiału skalnego w rejonach ścian skalnych i urwisk
skalnych. Przeważnie zachodzi w skutek insolacji i zamrozu. Powstały materiał ma
zróżnicowaną wielkość, od pojedynczych ziaren mineralnych i okruchów po głazy oraz bloki
skalne. Proces ten niszczy powierzchniowe warstwy skalne.
Materiał skalny gromadzący się u podnóży stoków i ścian gromadzi się w postaci:
- hałd usypiskowych, o nieregularnym kształcie wałów, powstającej przy równomiernym
wietrzeniu całej powierzchni ściany, co powoduję gromadzenie się materiałów u jej stóp na całej
jej szerokości. Materiał drobny oraz grubszy jest ze sobą wymieszany.
- stożków piargowych, związanych z nierównomiernym wietrzeniem i niszczeniem ścian
skalnych. Wietrzenie przebiega na linii spękań i stref mniejszej odporności w obrębie stoku
skalnego. Proces odpadanie zachodzi bardzo intensywnie, a na stokach (ścianach) tworzą się
linijne zagłębienia w postaci żlebów lub rynien korazyjnych. W obrębie stożków materiał
zwietrzelinowy osadza się od drobnych (u wylotu żlebu) i w miarę obniżania wysokości po
grubszy.
Obrywanie – nagłe oderwanie i runięcie w dół wielkich mas skalnych. Warunkiem powstania
jest urwistość stoków. Powstające u podnóża koluwium zawiera bloki o znacznym
zróżnicowaniu wielkości.
Osuwanie – jest stosunkowo gwałtowne, do kilku m/s. Powstają osuwiska – zsuwy.
Przemieszczają się duże masy zwietrzeliny lub podłoża wzdłuż wyraźnych płaszczyzn poślizgu.
Rozmiary od kilkumetrowej długości i głębokości do olbrzymich zsuwów.
Osuwiska niszczą całe osiedla, zagrażają drogom, liniom kolejowym, zatamowują doliny rzek.
Morfologia osuwisk. Przemieszczenie zaczyna się od powstania szczeliny w formie łuku
otwartego w kierunku zbocza. Masy odrywają się powstaje półkoliste obniżenie zwane niszą
osuwiskową. W dół od niszy może ciągnąć się rynna osuwiskowa, którą masy przemieściły
się w dół. Przechodzi ona w jęzor osuwiskowy złożony z osuniętych mas skalnych. Jeżeli
masy (koluwium) znajdują się tuż poniżej niszy to rynny brak. Powierzchnia języka jest nierówna
i łatwo odróżnić go od stoków niezaburzonych.
Osuwanie odbywa się wzdłuż istniejących powierzchni osłabienia (poślizgu) w masywie skalnym
lub wzdłuż płaszczyzn warstwowania, ciosu.
Klasyfikacja osuwisk ze względu na stosunek osuwiska do przebiegu struktur geologicznych:
• asekwentne – tworzą się w jednorodnych, niewarstwowanych utworach (glinach, iłach,
lessach). Powierzchnia ścinania, po której nastąpiło osunięcie się mas skalnych, jest wklęsła i
uzależniona wyłącznie od spoistości i tarcia wewnętrznego utworów budujących zbocze
• konsekwentne – powstają w skutek przemieszczania się mas skalnych po powierzchni
strukturalnej (np. powierzchni warstwy, powierzchni spękania, granicy między skałą a
zwietrzeliną)
• insekwentne – tworzą się, gdy przemieszczanie odbywa się w poprzek powierzchni
strukturalnych
Inny podział osuwisk – w zależności od rodzaju przemieszczanego materiału:
• skalne, powstałe w skałach niezwietrzałych
• zwietrzelinowe, w obrębie zwietrzeliny, lub na granicy zwietrzeliny ze skałą
• zwarte – osunięte skały zachowują nienaruszoną strukturę wewnętrzną
• gruzowe – zbudowane z pokruszonych i wymieszanych w trakcie osuwania bloków
skalnych
Na powstanie osuwisk duży wpływ mają wody opadowe i gruntowe. Wskutek wymywania
cząsteczek gruntu przez wody gruntowe powstają osuwiska –sufozyjne.
Osiadanie
polega na grawitacyjnym przemieszczeniu materiału z zachowaniem nienaruszonej budowy
wewnętrznej utworów skalnych.
Spełzywanie – płytkie, powolne, okresowe lub stałe przemieszczanie warstw gruntu na stoku.
Tempo spełzywania największe jest na powierzchni i maleje z głębokością. Spełzywanie
związane jest ze stokami gdzie zaznaczają się okresowe zmiany temperatury i wilgotności
(częste przejścia przez punkt zamarzania wody).
Wzrost objętości mas stoku w czasie zamarzania powoduje przemieszczanie się cząstek gruntu
prostopadle do powierzchni ku powierzchni, podczas kurczenia cząstki nie wracają do swojego
położenia lecz przemieszczają się pionowo zgodnie z siłą ciężkości. W strefach klimatu zimnego
(Tatry), spełzywanie nosi nazwę soliflukcji.
Spływanie – przemieszczanie się silnie nasyconego wodą, luźnego, głównie drobnoziarnistego
materiału skalnego, głównie zwietrzelinowego. Spływanie odbywa się w niezbyt grubej pokrywie
stokowej. Powstające nagromadzenie materiału to spływ błotny. Często katastrofalne.
Spłukiwanie – erozja luźnych osadów głównie gleb zależy od wielkości opadów, przebiegu
roztopów, szaty roślinne, rzeźby stoku i spoistości. Powstają deluwia. Nagromadzenie
spłukanego materiału.
Ruchy masowe zachodzić mogą samoistnie bądź pod wpływem konkretnego, zewnętrznego
bodźca. Uruchomieniu ruchów masowych sprzyja podcięcie lub zbytnie obciążenie stoku (np. na
skutek postawienia budynku), przesycenie zwietrzeliny wodą, rozmarznięcie wierzchniej
warstwy zmrożonego gruntu, a także powstanie fali akustycznej. Natężenie i tempo zachodzenia
procesów grawitacyjnych zależą głównie od nachylenia stoku oraz rodzaju i grubości
zwietrzeliny znajdującej się na stoku. W obrębie ścian i stoków skalnych (o nachyleniach
większych niż 45°) występuje:
• odpadanie (pojedynczych fragmentów skały),
• obrywanie (większych mas skalnych).
W wyniku obu tych procesów następuje wolne cofanie się ścian skalnych, a materiał
zwietrzelinowy gromadzi się u podnóża stoków, tworząc stożki i hałdy usypiskowe. W obrębie
stoków o nachyleniach mniejszych niż 45° zachodzić może osuwanie, osiadanie, osypywanie
lub pełzanie (spełzywanie) zwietrzeliny. Gwałtownie zachodzące procesy grawitacyjne –
obrywanie, osuwanie i in. – stanowią niekiedy poważne zagrożenie dla człowieka, szczególnie w
sytuacji, gdy jego działalność (np. lokalizacja zabudowań, dróg) narusza równowagę stoku.
Ogromne osuwiska i obrywy powstają w czasie trzęsień ziemi, mogą jednak powstać również
spontanicznie, bez zauważalnego bodźca uruchamiającego proces. Procesami podobnymi
nieco do ruchów masowych jest powstawanie lawin śnieżnych – wielkich mas śniegu lub lodu,
obrywających się ze stoków górskich i zsuwających w dół z dużą prędkością.
SEDYMENTACJA
to procesem osadzania się (depozycji) materiału w określonym środowisku. W wodach
płynących (rzekach) sedymentacja rozpoczyna się tam, gdzie zmniejsza się siła nośna rzeki lub
tam, gdzie nagromadziło się więcej materiału niż rzeka może unieść. Podobnie, sedymentacja
wietrzna (eoliczna) ma miejsce tam, gdzie spada siła nośna wiatru, najczęściej po stronie
zawietrznej pasma górskiego. Sedymentacja lodowcowa rozpoczyna się wraz z zatrzymaniem
się i cofaniem czoła lodowca. W jeziorach i morzach sedymentacja przebiega najczęściej
spokojnie, poprzez grawitacyjne opadanie zawieszonych okruchów i resztek organicznych lub
też poprzez gromadzenie się na dnie substancji mineralnych wytrącanych z roztworu wodnego.
Istnieją trzy główne typy środowisk sedymentacyjnych:
1.Środowisko kontynentalne jest bardzo zróżnicowane, co w dużym stopniu determinowane
jest przez klimat. Wyróżnia się tu kilka środowisk sedymentacyjnych: pustynne, rzeczne,
jeziorne, bagienne i lodowcowe.
2. Środowisko morskie to główny obszar sedymentacji osadów zarówno współczesnych, jak i
powstałych w przeszłości geologicznej. Morza są ostatnim etapem depozycji osadów
powstałych na lądzie i w środowiskach przejściowych. W nich właśnie utworzyła się większość
skał osadowych skorupy ziemskiej. W środowisku morskim powstają różnorodne osady, których
charakter w dużym stopniu zależy od głębokości i odległości od brzegu, a także od morfologii
dna i ukształtowania wybrzeża morskiego.
3. Środowiska przejściowe związane są z akumulacją przybrzeżną, lagunową, estuariową
oraz deltową. W środowiskach tych zaznaczają się wpływy zarówno środowisk kontynentalnych,
jak i morskich.