1

5. Podstawowe wiadomości z geologii

5.1. Ziemia i układ słoneczny

Przez ciała niebieskie rozumie się wszystkie obiekty znajdujące się w przestrzeni

wszechświata. Ciałami niebieskimi są

.

więc: Ziemia, Słońce, Księżyc, wszystkie planety,

gwiazdy, komety, meteoryty, a również zbudowane przez człowieka i umieszczone w
przestrzeni międzyplanetarnej sztuczne satelity Ziemi; sputniki, rakiety kosmiczne, stacje
międzyplanetarne.

Zespół najbliższych Ziemi ciał niebieskich stanowi układ słoneczny. Słońce jest cen-

tralnym i zarazem największym ciałem niebieskim tego układu. Ziemia jest planetą ukła-
du słonecznego i wraz z innymi - należącymi do niego - planetami krąży dookoła Słońca,
obracając się równocześnie wokół własnej osi. Pogląd ten wyłożył po raz pierwszy wielki
polski astronom Mikołaj Kopernik (1473 do 1543). Jego wiekopomne dzieło pt. „O obro-
tach ciał niebieskich” zapoczątkowało rozwój nowożytnej astronomii.

Rys. 5.1. Układ słoneczny

Słońce stanowi olbrzymią kulę rozżarzonych gazów. Średnica Słońca jest około 109

razy większa od średnicy Ziemi. Masa Słońca jest 332 000 razy większa od masy Ziemi.
Temperatura powierzchni Słońca wynosi około 6000°C, a jego wnętrza - do 25 milionów
°C.

W układzie słonecznym rozpoznano dotychczas dziewięć planet. Są to: najbliższy

Słońca - Merkury, a następnie w kolejności Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran,
Neptun i Pluton. Porównanie wielkości planet układu Słonecznego z wielkością Ziemi
pokazano na rys. 5.1.

Wszystkie planety krążą wokół Słońca po zbliżonych do koła orbitach eliptycznych,

obracając się równocześnie dookoła swoich osi. Niektóre planety mają krążące wokół
nich ciała satelitarne. Są to księżyce. Planeta Saturn oprócz 10 księżyców ma również po-
trójny pierścień. Planety nie świecą światłem własnym - jak Słońce - lecz odbitym świa-
tłem słonecznym. Większość ich jest otoczona grubszą lub cieńszą powłoką gazową,
zwaną atmosferą.

Nasza planeta Ziemia ma jeden Księżyc. Jest on odległy od Ziemi o 384 402 km, śred-

nica jego równa się 1/4 średnicy Ziemi, a masa jest 81 razy mniejsza od masy Ziemi.
Czas obiegu Księżyca dokoła Ziemi wynosi 27,3 dna i równa się czasowi obrotu Księżyca

2

dokoła jego osi. Dzięki temu widzimy z Ziemi zawsze jedną i tą samą stronę Księżyca.
Poznanie drugiej strony Księżyca oraz uzyskanie dokładnych danych o ukształtowaniu
jego powierzchni uzyskano dzięki fotografiom wykonywanym ze sputników oraz obser-
wacjom kosmonautów.

Zagadnienie powstania układu słonecznego nie jest dotychczas całkowicie wyjaśnione.

Istnieje wiele teorii, wśród których przeważa pogląd wiążący powstanie planet z prze-
mianami materii zachodzącymi w jądrze słonecznym. W czasie takich przemian odrywała
się od Słońca materia, z której później powstawały planety.

5.2. Budowa Ziemi

Kształt i wielkość Ziemi. Ziemia ma kształt kuli spłaszczonej na biegunach, czyli

tzw.

geoidy. Na podstawie pomiarów ustalono następujące wymiary Ziemi:

- promień równikowy

6378,4 km,

- promień biegunowy

6357,9 km,

- powierzchnia

510,0 mln km

2

,

- objętość

1083,0 mln km

3

.

Sfery Ziemi. W budowie Ziemi można wyróżnić zasadniczo trzy części, zwane sferami
(rys. 5.2):

- barysfera, czyli jądro Ziemi,
- mezosfera albo sfera pośrednia, zwana również płaszczem,
- litosfera, czyli skorupa ziemska.

Rys. 5.2. Przekrój przez Ziemię

Barysfera ma promień około 3470 km i składa się głównie z niklu (Ni) i żelaza (Fe). Stąd

nazywana jest również nife. Gęstość jej wynosi około 8 t/m

3

.

Mezosfera, czyli sfera pośrednia, ma grubość około 2800 km. W budowie dolnej jej war-

stwy przeważają: nikiel, żelazo, krzem i mangan, w górnej części chrom, żelazo, krzem i ma-
gnez. Gęstość jej w dolnej warstwie wynosi od 6 t/m

3

, w warstwach górnych do 3,5 t/m

3

.

3

Litosfera, czyli skorupa ziemska, ma grubość około 100 km. Dolna jej warstwa, w której

przewagę mają krzem (Si) i magnez (Mg), nazywa się simą, górna, gdzie przewagę mają krzem
(Si) i glin (Al), nosi nazwę sialu. Gęstość sialu określono na 2,7 do 2,9 t/m

3

, a gęstość simy na

3,3 t/m

3

. Przypuszcza się, że dolna, silnie nagrzana sfera simy znajduje się w stanie półpla-

stycznym. Średnia gęstość Ziemi wynosi 5520 kg/m

3

.

Do sfer Ziemi zalicza się również:
- hydrosferę, czyli wody oceaniczne i morskie występujące na powierzchni litosfery,
- atmosferę, czyli powłokę gazową Ziemi,
- biosferę, czyli sferę życia, rozwijającego się na powierzchni litosfery, w hydrosferze i w

dolnych warstwach atmosfery.

Ciśnienie i temperatura Ziemi. Na powierzchnię Ziemi oddziałuje ciśnienie atmosfery,

czyli ciśnienie atmosferyczne. W głębi Ziemi działa ciśnienie wywołane ciężarem nadległych
warstw. Znając średnią gęstość materii danej sfery, można wyliczyć ciśnienie dla zadanej
głębokości. Tym sposobem wyliczono, że na głębokości 10 km panuje cisnienie 26 MPa, na
głębokości 100 km (granica litosfery) 260 MPa, a w środku Ziemi ciśnienie przekracza 300 000
MPa.

Temperatura powierzchni Ziemi zależy od ciepła słonecznego. Zmienia się ona w ciągu do-

by, a także w ciągu roku, zależnie od pory roku. Nawet na bardzo nieznacznej głębokości (np.
w piwnicy) różnice temperatury w ciągu dnia i w ciągu roku są mniejsze niż na powierzchni. W
naszym klimacie wpływ zmian temperatury w ciągu doby odczuwalny jest do głębokości około
1,3 m. Zmiany temperatury rocznej odczuwalne są do głębokości 20 do 26 m. Na tej głęboko-
ści panuje stała temperatura równa średniej rocznej, która w naszym klimacie wynosi 8°C.

Obserwacje i pomiary dokonane w kopalniach i otworach wiertniczych wykazują wzrost

temperatury ze wzrostem głębokości. Liczba metrow o jaką trzeba się posunąć w głąb, aby
temperatura podwyższyła się o 1°C nazywa się stopniem geotermicznym. Jego wielkość może
wynosić od kilku (czeskie kopalnie węgla brunatnego) do stu kilkudziesięciu metrów (półwy-
sep Kola).

W Polsce stopień geotermiczny wynosi 30 do 40 m. Jedynie na Pojezierzu Mazurskim

stwierdzono w jednym z otworów (Pisz) stopień geotermiczny wynoszący 70 m. W Górnoślą-
skim i Dolnośląskim Zagłębiu Węglowym stopień geotermiczny wynosi od 31 do 35 m. Wiel-
kość stopnia geotermicznego ma duże znaczenie dla górnictwa, gdyż wysoka ciepłota skał
ogranicza głębokość prowadzenia eksploatacji górniczej.

Na podstawie stopnia geotermicznego nie można wyliczać temperatur panujących na du-

żych głębokościach, gdyż obliczone wielkości są za wysokie. Przeprowadzone na innych zasa-
dach wyliczenia wykazują, że na głębokości 20 km temperatura wynosi około 500°C. Tempe-
raturę jądra Ziemi ocenia się na około 5000°C. Przyjmując tak wysoką temperaturę, a również
bardzo duże ciśnienie nie można okreśhć, w jakim stanie znajduje się materia tworząca jądro
Ziemi.

Skład chemiczny litosfery. Około 99% skorupy ziemskiej złożonych jest z dziewięciu

pierwiastków, którymi są: tlen, glin, żelazo, wapń, krzem, sód, potas, magnez i tytan.

W tablicy 5.1. podano zawartość 24 pospolitych pierwiastków występujących w skorupie

ziemskiej.

4

Tablica 5.1. Zawartości pospolitych pierwiastków w skorupie ziemskiej (litosferze)

Pierwiastki

Procenty

Pierwiastki

Procenty

Tlen

O

46,60

Fluor

F

0,060

Krzem

Si

27,72

Węgiel

C

0,055

Glin

A1

8,13

Siarka

S

0,052

Żelazo

Fe

5,00

Rubid

Rb

0,031

Wapń

Ca

3,63

Chlor

Cl

0,030

Sód

Na

2,83

Bar

Ba

0,025

Potas

K

2,59

Cyrkon

Zr

O,022

Magnez

Mg

2,09

Chrom

Cr

0,020

Tytan

Ti

0,44

Stront

Sr

0,015

Wodór

H

0,145

Wanad

V

0,015

Mangan

Mn

0,100

Cynk

Zn

0,013

Fosfor

P

0,800

Nikiel

N

0,010

Rozmieszczenie pierwiastków w skorupie ziemskiej nie jest równomierne, np. zajmujący 14

miejsce w tabl. 5.1 węgiel tworzy w pewnych rejonach skorupy ziemskiej duże skupiska, zwa-
ne złożami.

5.3. Ruchy skorupy ziemskiej

Trzęsienia Ziemi. Przez trzęsienie Ziemi rozumie się wszelkie wstrząsy i drgania skorupy

ziemskiej. Najczęściej są one tak słabe, że stwierdzenie ich jest możliwe tylko specjalnymi in-
strumentami, tzw. sejsmografami. Bywają też trzęsienia Ziemi o skutkach katastrofalnych,
powodujące zniszczenia całych miast i śmierć wielu tysięcy ludzi. Mogą one również spowo-
dować zaburzenia geologiczne w pierwotnej (przed trzęsieniem Ziemi) budowie skorupy ziem-
skiej, polegające na powstaniu szczelin, pionowych przesunięć i osuwisk w górach.

Trzęsienia Ziemi, a zwłaszcza te najgroźniejsze, powstają w związku z ruchami skorupy

ziemskiej, czyli tzw. ruchami tektonicznymi. Towarzyszą również działalności wulkanów.

W rejonach górniczych występują wstrząsy zapadliskowe związane z zawalaniem się pu-

stek powstałych po wybraniu kopaliny. Trzęsienia Ziemi występują szczególnie w pewnych
rejonach. W Europie do rejonów tych należą kraje śródziemnomorskie, a więc półwyspy: Ibe-
ryjski, Apeniński i Bałkański z przylegającymi do nich terenami. W Polsce większych trzęsień
Ziemi w ostatnim tysiącleciu nie notowano.

Zjawiska wulkaniczne. W gorącym wnętrzu Ziemi na znacznych głębokościach, przeważ-

nie wśród simy, występują tzw. ogniska magmatyczne wypełnione magmą, czyli gorącym
ciekłym stopem skalnym, złożonym głównie z krzemianów i glinokrzemianów. Magma zawie-
ra rozpuszczone w niej pod dużym ciśnieniem. gazy, najczęściej parę wodną, dwutlenek węgla,
siarkowodór, fluor, chlor i dwutlenek siarki. Mają one dużą prężność i jeśli w warstwach nad-
ległych trafią się szczeliny lub pęknięcia, to wpychają w nie magmę oraz wyciskają ją ku gó-
rze. W ruchu tym może się ona zatrzymać i zastygnąć w głębi Ziemi lub wydostać się na po-
wierzchnię, tworząc wulkan. Wulkanem nazywa się więc miejsce na powierzchni Ziemi, gdzie
zjawiska takie zachodzą obecnie lub zachodziły w przeszłości.

Kanał, przez który magma wydostaje się na powierzchnię, zakończony jest od góry krate-

rem. Stanowi go zwykle lejkowate zagłębienie znajdujące się na szczycie stożka wulkaniczne-
go, utworzonego z produktów powstałych z wyrzuconej i wylanej na powierzchnię magmy
(rys. 5.3). Stożki wulkaniczne tworzą wzniesienia, niekiedy wysokie góry, np. stożek wulkanu

5

Etna ma wysokość 3113 m n.p.m. Wydobywająca się na powierzchnię Ziemi magma oziębia
się, dając trzy rodzaje produktów: stałe, ciekłe i gazowe.

Rys. 5.3. Przekrój przez Wezuwiusz

Produktem ciekłym jest lawa wulkaniczna wylewająca się z wnętrza krateru i spływająca.

po zboczach wulkanu. Lawa ta stygnie po pewnym czasie (czasem nawet po kilku miesiącach)
zamienia się w skałę. Wyrzucone w powietrze strzępy lawy zastygają w powietrzu, tworząc
stałe produkty wulkaniczne w postaci ziarn o różnej średnicy. Najdrobniejsze, powstałe z czą-
stek zakrzepłej w powietrzu lawy albo wyrwane ze skał tworzących krater i stożek wulka-
niczny, tworzą popioły wulkaniczne. Ilość popiołów wulkanicznych przekracza zazwyczaj
wielokrotnie ilość wylanej lawy. Osadzone na powierzchni i zlepione w jedną masę popioły
tworzą tufy wulkaniczne.

Produkty gazowe wybuchu wulkanu stanowią gazy uwalniające się z magmy. Najwięcej

wydziela się pary wodnej, która skrapla się w postaci deszczu. Obok niej wydzielają się pozo-
stałe gazy zawarte w magmie.

Objawem działalności wulkanicznej są również gorące źródła, tzw. cieplice. Gejzery są to

gorące źródła wyrzucające okresowo wodę, często na znaczną wysokość. Najsłynniejsze gejze-
ry znajdują się w Islandii, Nowej Zelandii i w USA.

Obecnie czynnych jest na Ziemi 450 wulkanów. Największa ich liczba grupuje się na wy-

brzeżach Oceanu Spokojnego. W Europie najbardziej znanym czynnym wulkanem jest
Wezuwiusz, którego wybuch w 79 roku zniszczył trzy miasta rzymskie: Pompeje, Herkulanum
i Stabie. Wybuchy Wezuwiusża powtarzają się do czasów obecnych. Oprócz czynnych wulka-
nów znane są wulkany wygasłe, a więc nie przejawiające działalności.

W Polsce nie ma czynnych wulkanów. Ślady działalności wulkanicznej w postaci skał po-

chodzenia wulkanicznego znajdują się w Sudetach, w okolicach Krakowa oraz w okolicy
Szczawnicy.
Ruchy górotwórcze. Wielkie łańcuchy górskie powstały przeważnie w wyniku ruchów gó-
rotwórczych wywołanych działaniem potężnych sił, powodujących przesunięcie poziome
mas skalnych. Przyczyny i mechanizm tych zjawisk nie są dotychczas całkowicie
wyjaśnione. Według jednej z najbardziej rozpowszechnionych hipotez, ciśnienia boczne
wywołujące przesunięcia poziome wywołane są kurczeniem się stygnącego jądra Ziemi
wskutek utraty przez nie ciepła. Skorupa ziemska spoczywająca na nim dąży własnym cię-
żarem do przylegania do jądra, musi więc zmniejszyć swoją

,

powierzchnię, co powoduje

powstanie sił o kierunkach poziomych i pionowych doprowadzających w pewnych rejonach
Ziemi do wypiętrzeń lub wgnieceń warstw skalnych, w wyniku, czego powstają góry pa-
smowe lub łańcuchowe. Występowaniu ruchów górotwórczych towarzyszy zazwyczaj
ożywiona działalność wulkaniczna i trzęsienia ziemi.

6

5.4. Ułożenie warstw w skorupie z

iemskiej

Wykonując roboty górnicze w kopalniach, dokonując odkrywek, stwierdza się war-

stwową budowę skorupy ziemskiej. W pewnych rejonach uwarstwienie jest regularne i po-
ziome lub zbliżone do poziomego. Są to rejony spokojne, zwane płytami, w których nie
działały nigdy ruchy górotwórcze, powodujące zawsze zaburzenia w układzie warstw skal-
nych.

Jeśli warstwy skalne zostały ich działaniem porozrywane, mówi się o zaburzeniach nie-

ciągłych, jeśli powyginane - o zaburzeniach ciągłych.

Fałdy

. Należą one do zaburzeń ciągłych. Na rys. 5.4 pokazano strukturę fałdu. Część

fałdu wyniesiona nazywa się siodłem, część wklęsła - łękiem lub niecką. Części pośrednie
noszą nazwę skrzydeł łęku lub skrzydeł siodła.

Rys. 5.4. Struktura fałdu

Zależnie od intensywności ciśnień bocznych działających w czasie ruchów górotwór-

czych, nachylenie skrzydeł zmienia się i powstają różne typy fałdów, a więc faldy stojące,
pochylone, obalone i leżące

(rys. 5.5).

Rys. 5.5. Typy fałdów normalnych

a - stojący, b - pochylony, c - obalony, d - leżący

Płaszczowinę

(rys. 5.6) stanowi potężny leżący fałd, który wskutek dalszego nacisku

bocznego został przesunięty ponad innymi warstwami skalnymi. Często spotyka się płasz-
czowiny, w których warstwy skalne jednego skrzydła (dolnego - po obaleniu fałdu) uległy
rozerwaniu i starciu.

Jeżeli część płaszczowiny została w pewnym miejscu zniszczona na tyle, że widać obna-

żone skały podłoża, na które fałd został nasunięty, miejsce takie nazywa się oknem tekto-
nicznym.

Rys. 5.6. Płaszczowina i okno tektoniczne

Szczególny typ fałdów stanowią wysady, czyli diapiry (rys. 5.7). Powstają one wtedy, gdy
masy skalne położone we wnętrzu siodła mają większą plastyczność niż warstwy otaczają-

7

ce. Pod działaniem ciśnień pionowych skały plastyczne przeciskają się do góry, tworząc
wysokie

siodło.

Diapiry tworzy najczęściej sól kamienna cechująca się większą

plastycznoscią od skał otaczających. W Polsce wysady solne są przedmiotem eksploatacji
górniczej w Inowrocławiu, Wapnie i Kłodawie

Rys. 5.7. Schematyczny przekrój przez wysad solny w Kłodawie (wg E. Passendorfera)

Uskoki (rys. 5.8). Zaburzenia. nieciągłe, w których warstwy skalne zostały rozerwane i

jedna ich część została przesunięta pionowo lub skośnie w stosunku do drugiej, nazywa się
uskokiem. Płaszczyzna, na której nastąpiło zerwanie ciągłości warstw, nazywa się
płaszczyzną lub szczeliną uskoku. Wysokość pionowa przemieszczenia nosi nazwę zrzutu.

Rys. 5.8. Elementy uskoku

γ - kąt nachylenia warstwy,β - kąt nachylenia ptaszccyzny uskokowej,

λ - kąt rozstępu uskoku

Zależnie od nachylenia płaszczyzny uskokowej rozróżnia się uskoki normalne, pionowe

i odwrócone (rys. 5.9).

Rys. 5.9. Główne typy uskoków

a - normalny skośny, b - pionowy,c - odwrócony

Niekiedy obszar między uskokami zapada się i wtedy powstaje rów tektoniczny (rys.

5.10). Jeżeli obszar zachował swe położenie między strefami zapadniętymi, nazywany jest
zrębem

(rys. 5.11).

8

Rys. 5.10. Rów tektoniczny Rys. 5.11. Zrąb tektoniczny

Uskoki komplikują budowę geologiczną złoża kopaliny użytecznej i utrudniają prowa-

dzenie robót górniczych. Napotkanie uskoku wymaga wykonania, robót badawczych, mają-
cych za zadanie określenie zalegania zauskokowej części złoża. Przy uskokach normalnych
(a tych jest najwięcej) dobrze jest zapamiętac stare górnicze powiedzenie: „Jeśli uderzysz
czołem w uskok, pokład jest w dole, jeśli stopami, to pokład jest w górze" (rys. 5.12).

Rys. 5.12. Określanie położenia pokładu za uskokiem normalnym

Szczelina uskokowa może być wypełniona drobno roztartą skałą, czyli tzw. druzgotem,

a powierzchnie jej mogą być wygładzone przez tarcie mas skalnych. Może też być zawod-
niona lub może wypływać z niej gaz (np. dwutlenek węgla lub metan) i wtedy stanowi nie-
bezpieczeństwo dla robót górniczych. Dlatego też dojście do szczeliny uskokowej robotami
górniczymi wiąże się zawsze z pewnym ryzykiem i powinno być poprzedzone robotami
badawczymi (np. otworami wiertniczymi).

5.5. Krążenie wody w przyrodzie. Wody podziemne

Hydrosfera obejmuje całkowitą wodę występującą na Ziemi, a więc wodę zawartą

w morzach, oceanach, wodach stojących i płynących na lądzie, lód zawarty w lodowcach, a
również parę wodną zawartą w atmosferze. Należą tu również wody zawarte w skorupie
ziemskiej, a więc wody podziemne.
Krążenie w

ody w przyrodzie. (rys. 5.13). Pod wpływem ciepła słonecznego następuje pa-

rowanie wody na wszystkich jej powierzchniach. Powstałe w atmosferze chmury w sprzyja-
jących warunkach dają opady atmosferyczne.

Spadająca na powierzchnię Ziemi woda częściowo paruje, a częściowo spływa po po-

wierzchni tworząc strumienie oraz rzeki, te znów spływają do mórz i oceanów, gdzie nastę-
puje ponowne jej parowanie.

9

Rys. 5.13. Schemat krążenia wody w przyrodzie wg W. Wundta

Opisane zjawiska stanowią pewien cykl zamknięty i określa się je jako krążenie wody w

przyrodzie.

Wody podziemne. Powstają przeważnie z opadów atmosferycznych, których część na-

potkawszy przepuszczalne skały (piaski, żwiry, skały porowate, popękane, szczelinowate)
przenika w głąb ziemi. Napotykając skały nieprzepuszczalne (iły, gliny, łupki), woda gro-
madzi się nad nimi jako tzw. woda gruntowa. Górna powierzchnia jej zasięgu nazywa się
zwierciadłem

albo poziomem wody gruntowej. Jeśli zwierciadło wody gruntowej leży blisko

powierzchni ziemi i nie jest chronione od zmian temperatury i zanieczyszczenia, woda taka
nazywa się wodą zaskórną albo wierzchówką. Wody gruntowe, których zwierciadło położo-
ne jest na głębokości większej (kilku do kilkunastu metrów), mają stałą temperaturę w cią-
gu roku, a gruba warstwa skał przepuszczalnych chroni je skutecznie od zanieczyszczeń.
Wody te mogą być w związku z tym użyte jako woda do picia. Do warstw głębszych woda
może przenikać przez:

- warstwy przepuszczalne wychodzące na powierzchnię,
- szczeliny uskoków wodonośnych,
- pojedyncze szczeliny w skałach, czyli tzw. żyły wodne.
Częstokroć w podziemia kopalń sprowadza się wodę potrzebną w procesach eksploatacji

górniczej, np. do podsadzki hydraulicznej lub do ługowania (w kopalniach soli).

Warstwy przepuszczalne wypełnione wodą stanowią warstwy wodonośne. Obecność ich,

jak również obecność uskoków wodonośnych i żył wodnych, stanowi duże zagrożenie dla
kopalń, gdyż nagłe wdarcie się wody do wyrobisk górniczych może spowodować katastro-
falne skutki

Rys. 5.14. Dopływy wód do kopalni głębinowej. Podziemne zbiorniki wodne

10

Prowadzenie robót górniczych oraz pozostawienie pustek po wybraniu kopaliny uży-

tecznej powoduje powstanie dodatkowych szczelin w górotworze, mogących sięgnąć do
warstw wodonośnych i żył wodnych, a nawet do zbiorników oraz wód powierzchniowych.
Stare zroby, nieczynne zaniechane wyrobiska górnicze, mogą wypełnic się wodą, tworząc
podziemne zbiorniki wodne (rys. 5.14).

Szczególnie niebezpieczne są zbiorniki wodne, w ktorych woda spiętrzona jest na dużą

wysokość i ma duże ciśnienie hydrostatyczne. Należą tu zawodnione szyby, szybiki i otwo-
ry wiertnicze.

Podziemne zbiorniki wodne, warstwy wodonośne, uskoki i żyły wodne oraz wszelkie

możliwości wdarcia się wód powierzchniowych i podziemnych do kopalni muszą być do-
kładnie rozeznane i udokumentowane. Eksploatacja górnicza w ich sąsiedztwie musi być
prowadzona z zachowaniem specjalnych środków ostrożności.

5.6. Działalność powietrza i wód powierzchniowych

Działalność powietrza jako czynnika geologicznego polega na:
- jego udziale w procesach wietrzenia,
- działalności wiatru.
Procesy wietrzenia. Przez proces wietrzenia rozumie się rozpad mechaniczny i rozkład

chemiczny skał pod wpływem działania ciepla słonecznego, powietrza, wody i organizmów
żywych. Wietrzenie odbywa się w skałach występujących na powierzchni skorupy ziem-
skiej i obejmuje tylko zewnętrzną cienką ich warstwę.

W zależności od czynników powodujących wietrzenie odróżnia się wietrzenie fizyczne i

chemiczne.

Wietrzenie fizyczne, zwane również mechanicznym, odbywa się głównie pod działaniem

znacznych różnic temperatur dnia i nocy występujących w skalistych terenach pustynnych i
górskich. Nagrzanie oraz rozszerzanie się powierzchniowej warstwy skał w ciągu dnia i
kurczenie się jej w ciągu nocy przy stałej temperaturze warstw głębszych powoduje po-
wstanie naprężeń wywołujących łuszczenie się skały na jej powierzchni oraz powstanie
spękań. Podobne skutki wywołuje marznąca woda wypełniająca szczeliny skalne.

Rozluźnienia spoistości skał mogą dokonywać również korzenie roślin, a zwłaszcza gru-

be korzenie drzew.

11

W Polsce zjawisko wietrzenia fizycznego występuje na pozbawionych roślinności zbo-

czach górskich, gdzie produktem jego jest ostrokanciasty gruz skalny, zwany w Tatrach
piargiem oraz pokryte grubymi blokami skalnymi zbocza górskie w Górach Świętokrzy-
skich i Bieszczadach, czyli tzw. gołoborza – rys. 5.15.

Wietrzenie chemiczne jest wynikiem procesów chemicznych powodujących rozkład i

zmiany chemiczne skał oraz minerałów wystawionych na działanie wody i rozpuszczonych
w niej gazów, głównie tlenu oraz dwutlenku węgla. Ponieważ wietrzenie chemiczne prze-
biega głównie przy udziale wody, dlatego też przebiega ono głównie w klimacie wilgotnym
i gorącym.

Działalność wiatru. Wiatr w zależności od swej prędkości może porywać i przenosić

nawet na duże odległości drobne ziarna skalne (np. pyły, popioły wulkaniczne, piaski po-
wstałe z wietrzenia), a nawet żwir, który toczy po powierzchni ziemi. Porywanie ziam
skalnych z powierzchni pustyni powoduje obniżenie jej powierzchni. Poza tym wiatr nisz-
czy skały, uderzając w nie niesionymi ziarnami piasku. Unoszone i toczone po powierzchni
ziarna skalne osadzają się po napotkaniu jakiejś przeszkody, którą może być roślina, ka-
mień lub wzniesienie terenu. W miejscu tym urasta charakterystyczny pagórek piaszczysty,
zwany wydmą. Nawietrzne zbocze wydmy jest łagodne, zawietrzne zbocze jest strome. Po-
nieważ wiatr porywa piasek ze zbocza łagodnego i przesypuje przez wierzchołek na zbocze
strome, wydma powoli przemieszcza się w kierunku wiatru. Wydmy powstają na obsza-
rach, gdzie wieją silne wiatry oraz istnieje skąpa roślinność, a więc na pustyniach i plażach
morskich.

Osadem powstałym przez działanie wiatru jest less - urodzajna gleba powstała z nanie-

sionego pyłu kwarcowego i wapiennego. W Polsce grube osady lessu występują na obsza-
rach Wyżyny Sandomierskiej i Lubelskiej.

Działalność geologiczna

wód powierzchniowych. W działalności tej można wyróżnić:

- działalność niszczącą skały tworzącej powierzchnię Ziemi, czyli erozję,
- transport materiału skalnego powstałego ze zniszczonych skał,
- osadzanie transportowanego materiału.
Działalność niszczącą wykonuje już deszcz, którego krople rozmywają i spłukują glebę

z pól uprawnych. Spłukiwanie to jest tym bardziej intensywne, im większe jest nachylenie
terenu. Szczególnie niebezpieczae są w czasie ulewnych deszczów wysokie skarpy w ko-
palniach odkrywkowych węgla brunatnego i siarki oraz w piaskowniach. Osunięcie skarpy
osłabionej przez wodę stanowi jedno z największych zagrożeń tych kopalń.

Spływające po zboczach górskich strumienie podmywają brzegi i unoszą ze sobą po-

wstały z ich osunięcia materiał skalny. W strumieniach górskich składa się on z ostrokan-
ciastych bloków skalnych.

Bloki te przetaczane po dnie strumienia ścierają swoje krawędzie, tworząc otoczaki Z

biegiem rzeki otoczaki stają się coraz mniejsze, a materiał powstały z ich kruszenia trans-
portowany jest dalej jako żwir, piasek i muł.

Erozja jest najsilniejsza w górnym biegu rzeki, słabsza w jej biegu średnim. W biegu

dolnym, gdzie prędkość wody maleje, rzeki wykazują mniej zdolności erozyjnej; ma tu na-
tomiast miejsce osadzanie unoszonego drobnego materiału skalnego. Osadzanie to następu-
je również przy ujściu rzeki do morza, gdzie osady (głównie iły) tworzą w sprzyjających
warunkach rozległe stożki nasypowe, czyli tzw. delty.

Osadzane przez rzeki żwiry, piaski i muły mogą z czasem ulec procesowi cementacji

oraz stwardnieniu i wtedy powstają z nich skały, a więc odpowiednio zlepieńce, piaskowce
oraz łupki. Charakterystyczną ich cechą jest uwarstwienie pochylone w jednym kierunku –
kierunku płynącej wody.

12

Działalnosc wód płynących jest najważniejszym czynnikiem geologicznym kształtują-

cym powierzchnie lądów, z wyjątkiem pustyń i krajów podbiegunowych.

5.7. Działalność lodowców

W okolicach podbiegunowych i w wysokich górach ważnym czynnikiem kształtującym

powierzchnię Ziemi są lodowce. Istnieją one tam, gdzie ilość opadów jest dostatecznie du-
ża, a średnia roczna temperatura jest tak niska, że niecała ilość opadającego śniegu ulega
stopnieniu. Granicę, powyżej której zjawisko to występuje, nazywa się linią albo granicą
wiecznego śniegu. Na stromych zboczach śnieg nie utrzyma się i stacza się z nich w post

a-

ci lawin. Na zboczach łagodnych, płaskowyżach, a zwłaszcza w zagłębieniach górskich
śnieg gromadzi się w coraz to większych ilościach. Śnieg świeżo spadły na ziemię tworzy
puszystą masę, ta jednak pod wpływem słońca, wiatru oraz deszczu na przemian topnieje i
marznie, tworząc ziarnistą masę śnieżną, zwaną firnem.

Pod wpływem ciśnienia nowych warstw opadłego śniegu firn zamienia się w lód lodow-

cowy. Dalsze opady śniegu powodują zwiększanie masy lodu, który pod wpływem ciśnie-
nia spełza w dół, poniżej granicy wiecznych śniegów, tworząc jęzor lodowcowy. Zatrzy-
manie jęzora lodowcowego następuje niżej, gdzie temperatury są wyższe i topnienie lodu
przebiega intensywniej równoważąc dopływ lodu. Zmiany klimatyczne mogą spowodować
postępowanie lub cofanie się lodowca.

Lodowiec niesie ze sobą gruz skalny, powstały z wietrzejących skał zboczy górskich

oraz wyrwany z dna wąwozu, którym posuwa się jęzor lodowcowy. Materiał ten, zwany
moreną, może być unoszony na powierzchni lodowca (morena brzeżna i środkowa), w

e-

wnątrz lodowca (morena wewnętrzna) i po dnie (morena denna). Schematycznie pokazano
to na rys. 5.16.

Rys. 5.16. Rozmieszczenie materiału morenowego

niesionego przez lodowiec górski (przekrój poprzeczny)

1 - morena boczna, 2 - morena środkowa, 3 - morena wewnętrzna, 4 - morena denna,

5 - stół lodowcowy (według A. Jahna)

Cały materiał skalny transportowany jest przez lodowiec do jego czoła, gdzie tworzy

morenę czołową - zwałowisko skalne, za którym po cofnięciu się lodowca powstaje jezioro
polodowcowe.

W rejonach podbiegunowych występują potężne lodowce kontynentalne, czyli lądolo-

dy, pokrywające niemal całkowicie obszary Antarktydy i Grenlandii. Lądolód Antarktydy
zajmuje powierzchnię 13 mln km

2

i ma średnią grubość 2020 m, a maksymalną nawet 4200

m. Ze spełzającego do morza czoła lądolodu odłamują się góry lodowe, stanowiące duże
zagrożenie dla żeglugi.

W epokach ubiegłych podobne lodowce kontynentalne zalegały obszary północnej i

środkowej Europy. Na terenie Polski aż po Karpaty i Sudety można obserwować ślady ich
obecności. Szczególnie wyraźnie występują w Polsce północnej, a zwłaszcza na Pojezierzu,
w postaci jezior polodowcowych, pagórków morenowych, żwirów i głazów narzutowych.

13

Pytania kontrolne
1. Co rozumiesz przez układ słoneczny?
2. Jak zbudowana jest Ziemia?
3. Co zalicza się do ruchów skorupy ziemskiej?
4. Zdefiniuj uskok i fałd - jakie jest znaczenie tych zaburzeń dla eksploatacji złoża?
5. Czy wody podziemne są zagrożeniem dla kopalni?

6. Przedstaw procesy wietrzenia fizycznego i chemicznego.