Datowanie zapisu skalnego
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Datowanie zapisu skalnego
Geologiczna skala czasu
Wiliam Smith na pocz. XIX w. wprowadził pojęcie - następstwo skamieniałości.
Baron Georges Cuvier – pierwszy naukowiec, który zasugerował, że poszczególne gatunki
mogły wymierać w historii Ziemi.
Systemy geologiczne
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Datowanie zapisu skalnego
Adam Sedgwick oraz Roderick Murchison opublikowali w roku 1835 we wspólnej pracy wnioski wynikające z badań, które
prowadzili w Walii. Wyróżnili oni systemy kambryjski oraz sylurski.
Cumbria to rzymska nazwa Walii, sylur zaś to określenie
plemienia walijskiego – Sylurów. W 1879 r. Charles Lapworth na podstawie skamieniałości wykazał, że istnieje także
system rozdzielający te wyróżnione uprzednio przez Sedgwicka i Murchisona. System ten nazwał on ordowikiem.
Adam Sedgwick
Roderick Murchison
Jednostki stratygraficzne
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Datowanie zapisu skalnego
Jednostka
geochronologiczna
Przykład
Jednostka
chronostratygraficzna
Przykład
Era
Paleozoik
Eratem
Paleozoik
Okres
Dewon
System
Dewon
Epoka
Późny dewon
Oddział
Górny dewon
Wiek
Famen
Piętro
Famen
Promieniotwórczość a wiek bezwzględny
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Datowanie zapisu skalnego
Wybrane metody datowania radiometrycznego
Rb-Sr
Rb występuje zarówno w skałach magmowych jak i metamorficznych. Jednak ze względu na długi okres połowicznego
rozpadu nadaje się do datowania skał o wieku powyżej 100 mln lat. Uzyskaną datę interpretuje się jako wiek intruzji.
Dzisiaj uważa się, że daty uzyskane tą metoda są obarczone dużym błędem i mało wiarygodne.
U-Th
Najbardziej użytecznym minerałem do datowań U i Th jest cyrkon. Minerał ten występuje powszechnie zarówno w skałach
magmowych, metamorficznych jak i osadowych. Datować można zarówno pojedyncze ziarna jak i całe ich populacje.
Metoda nadaje się do datowania nawet bardzo starych prekambryjskich skał. W przypadku skał magmowych i
metamorficznych o protolicie magmowym uzyskany wynik interpretuje się jako wiek intruzji. Natomiast datowania
cyrkonów pochodzących ze skał osadowych dostarczają informacji na temat obszarów, które podlegały erozji.
K-Ar
Metoda nadaje się do oznaczeń wiekowych skał, które zawierają łyszczyki oraz amfibole. Można nią datować zarówno
skały magmowe, metamorficzne jak i osadowe. W przypadku skał magmowych uzyskujemy wiek intruzji. W przypadku
skał metamorficznych otrzymany wynik interpretuje się zazwyczaj jako wiek metamorfizmu ewentualnie wyniesienia
masywu skalnego powyżej głębokości odpowiadającej tzw. temperaturze zamknięcia układu izotopowego. Metoda nadaje
się do skał bardzo różnego wieku. Nie można nią datować skał o wieku
poniżej 50 mln lat
.
14C
Z powody bardzo krótkiego czasu połowicznego rozpadu
14
C metoda może być stosowana jedynie do skał bardzo młodych,
których wiek nie przekracza 70 000 lat. Zatem metodę wykorzystuje się bardzo często w archeologii, ale także do
datowania bardzo młodych osadów, w których znajdują się szczątki organiczne takie jak pnie drzew.
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Datowanie zapisu skalnego
Geologiczna skala czasu
tabela geochronologiczna
prekabmr
Eon
Era
Okres
Wiek
[Ma]
Czwartorzęd
1,8
Neogen
23,03
Kenozoik
Paleogen
65,5
Kreda
145,5
Jura
199,6
Mezozoik
Trias
251,0
Perm
299,0
Karbon
359,2
Dewon
416,0
Sylur
443,7
Ordowik
488,3
Fanerozoik
Paleozoik
Kambr
542,0
Proterozoik
Archaik
2500,0
4600,0
James Ussher
Georges-Louis
Leclerc de Buffon
John Joly
Lord Kelvin (William Thomson)
Szacunki bezwzględnego wieku Ziemi
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Datowanie zapisu skalnego
Rok 1654.
Na podstawie Biblii.
Akt stworzenia nastąpił
w 4004 r. p.n.e.
26 października o 9
oo
.
Na dzień dzisiejszy
daje to 6011 lat.
Rok 1749.
Oszacował wiek Ziemi
na 75 000 lat
Koniec XIX w.
Oszacował wiek Ziemi
na 90 mln lat
na postawie zasolenia oceanów
Rok 1865.
Oszacował wiek Ziemi
na 20-30 mln lat
na postawie tempa
stygnięcia Ziemi
Rok 1907.
Bertram Belwood, posługując się
prostą metodą radiometryczną
oszacował wiek Ziemi na 400 mln
lat lub nawet 2 mld lat.
Tuż po II wojnie światowej
szacowano, że Ziemia liczy
2 mld lat.
Na początku 60-tych uważano, że
Ziemia liczy 3,5 mld lat.
Dziś opierając się na datowaniach
radiometrycznych minerałów
przyjmuje się, że Ziemia liczy 4,6
mld lat.
Szacunki bezwzględnego wieku Ziemi
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Datowanie zapisu skalnego
Jack Hills
(Zachodnia Australia)
Cyrkon 4,4 Ga (mld lat)
Środowiska sedymentacyjne
Środowiska sedymentacyjne
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Erozja - proces niszczenia powierzchni skał przez wodę, wiatr, siłę grawitacji i
działalność człowieka.
Akumulacja (depozycja) - proces gromadzenia się osadów (okruchów mineralnych,
skał, szczątków roślin i zwierząt) w wyniku działania wody, wiatru, lodowca. Występuje
akumulacja lodowcowa, rzeczna i rzeczno-lodowcowa, podstokowa oraz eoliczna. Akumulacja
odnosi się do czynników zewnętrznych kształtujących Ziemię.
Topografia den oceanicznych i kontynentów
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
brzeg
kanion
podmorski
równia
abysalna
skłon
kontynentalny
skłon
kontynentalny
szelf
kontynentalny
wybrzeże
Ryft śródatlantycki
Środowiska sedymentacyjne
G E O L O G I A
wykład nr 4 –
Środowiska sedymentacyjne
Po co badamy środowiska sedymentacyjne?
Rekonstrukcja geografii minionych okresów – poznanie paleogeografii w celu rekonstrukcji rozmieszczenia lądów i mórz.
Szczegółowe poznanie środowisk.
Analiza klimatu (paleoklimat).
Poszukiwania kopalin użytecznych (ropa, gaz ziemny, węgiel kamienny, sól kamienna …).
rafa koralowa
delta
rzeki
jeziora
środ.
glacjalne
środ. głębokomorskie
Stożek podmorski
laguna
środ.
płytkoko-
morskie
Najważniejsze środowiska sedymentacyjne
Lądowe
o
Jeziora
o
Środowiska glacjalne (lodowcowe)
o
Pustynie
o
Rzeki
o
Delty
Morskie
o
Laguny i wyspy barierowe
o
Osady szelfowe
o
Rafy koralowe
o
Podmorskie stożki i turbidyty
o
Osady pelagiczne
Środowiska sedymentacyjne
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Jeziorne i lodowcowe środowiska sedymentacji
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Jeziora słodkowodne
Istnienie jezior jest uwarunkowane intensywnymi opadami, zatem jest to wskaźnik wilgotności klimatu.
W ich obrębie deponowane są skały klastyczne (okruchowe).
Osady przybrzeżne charakteryzują się większą grubością ziarna aniżeli te osadzane na jego środku.
W rozpoznaniu genezy bardzo pomocne są skamieniałości.
Sandr - rozległy, bardzo płaski stożek napływowy zbudowany ze żwirów i piasków osadzonych i wypłukanych przez wody
pochodzące z topnienia lądolodu. Powstaje podczas recesji lub postoju lądolodu na jego przedpolu.
Oz (od szw. ås) — wał lub silnie wydłużony pagórek o wysokości najczęściej kilkunastu metrów i długości nawet kilkudziesięciu
kilometrów, wyniesiony wskutek osadzania piasku i żwiru przez wody płynące pod lodowcem lub w jego szczelinach. Jest
długim, wijącym się wałem lub ciągiem pagórków. Ozy powstają podczas postoju lub cofania się lądolodu w czasie deglacjacji.
Kem – forma ukształtowania powierzchni ziemi: garb, pagórek lub stoliwo o wys. od kilku do kilkunastu metrów i średnicy
kilkuset metrów, o kształcie stożka lub z płaskim wierzchołkiem i stromymi zboczami. Tworzą go warstwowo ułożone piaski,
muły i żwiry osadzane w szczelinach i zagłębieniach w obrębie lądolodu, martwego lodu, bądź między sąsiednimi lobami
lodowca przez wody roztopowe lub wody stojące.
Środowisko glacjalne
Ślad erozji – rysy i zgłady lodowcowe.
Ślady akumulacji -
Glina zwałowa (tillit).
Morena.
Warwity.
Osady (ozy, sandry i kemy).
Pustynie
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Osady pustynne są świetnym wyznacznikiem obszarów o deficycie opadów. Taki
suchy klimat występuje obecnie głównie w strefie pasatów. Jednak takie
warunki klimatyczne mogą pojawić się także poza tą strefą, w obszarach, gdzie
opady są ograniczane przez masywy górskie oraz w wewnętrznych obszarach
kontynentów (np. pustynia Gobi), które leżą daleko od oceanów. Obszary
pustynne charakteryzuje pewien typowy zespół skał osadowych.
Spadające niezwykle rzadko na tych obszarach deszcze prowadzą do erozji, a
następnie akumulacji produktów wietrzenia chemicznego. Dochodzi do
wytrącania się minerałów w wyniku odparowywania wody (ewaporacja) co
jest typowe wyłącznie dla tego środowiska. Ponadto strumienie, które na
obszarach pustynnych istnieją wyłącznie w porze deszczowej mają charakter
efemeryczny. Zanikają z powodu wysokiego parowania i infiltracji wody w
wysuszony grunt, co nie prowadzi do stałego odpływu wód. W efekcie obszary
te są bezodpływowe. Jeziora na takich obszarach są określane jako playa.
Okresowe rzeki dostarczają do nich roztwory soli oraz osady transportowane w
formie zawiesiny. Ponieważ cały czas dochodzi do intensywnego parowania i
zmniejszania powierzchni takich jezior to rozpuszczone w wodzie sole wytrącają
się jako ewaporaty.
kanion
masyw górski
aluwia
stożek aluwialny
Pustynie
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Dolina Śmierci
Okresowe potoki, wcinające się w skały masywu górskiego transportują materiał skalny do doliny, tworząc stożki aluwialne.
Powstają one w miejscach, gdzie zbocza gór dochodzą do dna doliny, powodując gwałtowny spadek prędkości wód strumieni. Te
ostatnie tracąc siłę transportową zrzucają prawie cały niesiony materiał. Powstające stożki zbudowane są z materiału bardzo źle
wysortowanego od głazów po ziarna drobnego piasku. Potoki transportują materiał osadowy aż do samego centrum basenu,
gdzie sporadyczne dostawy wody powodują powstawanie jezior okresowych (playa). Po wyparowaniu wód następuje
gromadzenie się minerałów ewaporatowych. Minerały te mogą również powstawać tam gdzie dochodzi do podsiąkania wód
gruntowych do powierzchni i ich parowania. Ewaporaty w Dolinie Śmierci składają się głównie z halitu, gipsu i anhydrytu.
Naprzemianległe okresy suche i wilgotne prowadzą do powstania poligonalnych szczelin z wysychania. Może powstawać również
caliche.
Pustynie
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Dolina Śmierci
Pustynie
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Dolina Śmierci
Pustynie
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Wydmy piaszczyste to wzgórza
piasku nagromadzonego przez
wiatr. Zwykle zajmują niewielki
procent powierzchni pustyni.
Pojawiają się one także na
plażach piaszczystych nad
brzegami oceanów czy nawet
jezior. Piasek jest
transportowany przez wiatr.
Jednak nawet najmniejsza
przeszkoda wystarczy, aby
zaczął się on gromadzić
(akumulować) i zainicjować
powstawanie wydm.
kierunek
kierunek
opadania
piasku
wiania wiatru
barchan
gwiaździsta
podłużna
Rzeki, Indus
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Zespół środowisk
sedymentacyjnych
jakie tworzą się w
efekcie działalności
rzek omówimy na
przykładzie rzeki
Indus.
kanion
masyw górski
aluwia
stożek aluwialny
Stożki aluwialne
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Stożki aluwialne i osady rzek roztokowych
Osady stożków aluwialnych (podobnie jak stożki aluwialne w
suchym klimacie) gromadzą się u podnóża gór i stromych wzgórz
i zbudowane są z grubookruchowych osadów. Jednak w
przypadku klimatu wilgotnego stożki te mają łagodniejsze
nachylenie. Wody rzeczne po powierzchni tych stożków płyną
szybko transportując okruchy o dość dużych rozmiarach.
Stożki aluwialne
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Rzeki
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
A
Rzeki
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
B
Rzeki roztokowe
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
W takim środowisku woda płynie w złożonej sieci
wzajemnie powiązanych koryt. Jest to rzeka
roztokowa. Obszary leżące pomiędzy poszczególnymi
korytami tworzą wyniesione łachy materiału
gruboziarnistego.
Rzeki roztokowe
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Rzeki
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
C
Rzek meandrującei
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
W rzekach meandrujących przepływ odbywa się
jednym, tworzącym zakola korytem. Niosą one
relatywnie mało materiału okruchowego i o znacznie
mniejszej średnicy okruchów. Jest to spowodowane
małym spadkiem terenu i słabą siła
transportową/nośną rzeki. Jakakolwiek
nieregularność terenu powoduje zakrzywienie
kierunku biegu rzeki. Większa prędkość przepływu
ma miejsce po stronie zewnętrznej tworzonego
łuku. Zatem ten brzeg podlega erozji. Po stronie
wewnętrznej łuku prędkość przepływu jest mała i
materiał skalny jest akumulowany. W ten sposób
powstaje łacha meandrowa. Poza krawędzią
koryta rzeki meandrującej znajduje się płaski obszar
zalewany podczas wysokiego (powodziowego) stanu
wód. Jest to równia zalewowa, która jest
obszarem bagnistym. Po obu stronach koryta, tuż
przy jego krawędzi z najgrubszych osadów
deponowanych podczas okresów powodziowych
formowany jest wał przykorytowy. Równia
zalewowa często porośnięta jest przez gęstą szatę
roślinną.
równia
zalewowa
łacha
meandrowa
równia
zalewowa
równia
zalewowa
krewasa
3. Mułowce oraz iłowce warstwowane
poziomo często z dużą ilością detrytusu
organicznego. Wkładki piaskowców w
tych osadach powstają, gdy w trakcie
powodzi przerywany jest wał
przykorytowy. Są o osady krewasy.
2. Piaskowiec warstwowany przekątnie.
Ku górze wielkość ziarna maleje.
1. Zlepieńce grubookruchowe (okruchy
różnych skał ale także i mułowców oraz
iłowców z niżejleżących osadów równi
zalewowe).
równia
zalewowa
wał przykoryt.
łacha
meandrowa
Delty
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
D
Delty
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Gdy rzeka uchodzi do morza lub jeziora, jej prąd rozprasza się, a niesiony osad jest deponowany przy ujściu w formie stożka.
Osady złożone z piasków, iłów i mułów powstałe w ten sposób określane są jako delty. Jako pierwszy deponowany jest
materiał najgrubszych frakcji – piasek. Dalej niesiony jest muł, zaś najdalej od ujścia rzeki deponowany jest ił. Typowa delta
składa się z równi deltowej, czoła delty i prodelty.
Warstwy równi deltowej są ułożone
niemal poziomo i zbudowane są z
piasków i mułów. Niektóre utwory
równi deltowej deponowane są w
korytach. Przy spadku prędkości
rzeki osady deponowane są na dnie
koryt, powodując podział koryta na
liczne mniejsze. Te kanały
rozprowadzające zbudowane są z
piasków warstwowanych
przekątnie. Pomiędzy kanałami
rozprowadzającymi znajdują się
bagna równi deltowej. Tutaj
osadzają się muły i iły porośnięte
często gęstą szatą roślinną,
dostarczającą materiału do
przyszłych pokładów węgla.
Warstwy czoła delty są nachylone
w kierunku morza. Budują je
głównie muły i iły i charakteryzuje
je obecność fauny morskiej. Osady
prodelty zbudowane są wyłącznie z
iłów.
równia deltowa
prodelta
Środowiska sedymentacji morskiej – wyspy barierowei laguny
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Wyspy barieriowe i laguny tworzą znacznie dłuższe aniżeli delty odcinki wybrzeży. Wyspy barierowe budują piaski
nagromadzone przez procesy falowania. Większość takich struktur jest zaopatrywanych w piasek nie przez rzeki, ale przez fale i
płytko płynące prądy wzdłużbrzegowe. Obszar morza oddzielony przez barierę określany jest jako laguna. Tam właśnie
gromadzi się drobnoziarnisty materiał głównie iły oraz muły. Wyspy barierowe są często oddzielone od siebie wąskimi
przesmykami (kanałami) pływowymi. Prądy pływowe, wpływające do laguny i wypływające z niej, powodują osadzanie się na
dnie przesmyków przekątnie warstwowanych piasków. Przy brzegu laguny znajduje się równia pływowa zbudowana z piasków
przeławiconych z mułami i iłami. Znaczne odcinki wybrzeży wielu lagun porastają bagna. Zatem warunki te sprzyjają akumulacji
materii organicznej i powstawaniu złóż torfu czy węgla.
wyspa barierowa
laguna
Środowiska sedymentacji morskiej – wyspy barierowei laguny
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Środowiska sedymentacji morskiej – osady szelfowe
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
W tych partiach szelfu, gdzie występują silne prądy pływowe a dostawa materiału klastycznego jest duża, prądy mogą
prowadzić do akumulacji materiału piaszczystego. Dla tych środowisk depozycyjnych typowa jest fauna organizmów
ryjących (np. ramienionogi, trylobity).
Środowiska sedymentacji morskiej – rafy
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Rafy
Środowiska sedymentacji morskiej – rafy
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
W płytkich i ciepłych wodach przybrzeżnych w niskich szerokościach geograficznych (pomiędzy zwrotnikami) kiedy jest
ograniczona dostawa materiały silikoklastycznego dominuje sedymentacja węglanowa. Wtedy rozpoczyna się tworzenie raf
koralowych. Rafy koralowe to masywne struktury wyrastające ponad dna płytkich mórz w wodach o pełnomorskim zasoleniu.
Rafy zbudowane są głównie z organizmów wytwarzających węglanowe szkielety.
Zasadnicza część współczesnej rafy zbudowany jest z węglanowych szkieletów koralowców. Ta konstrukcja jest wzmocniona przez
organizmy cementujące powierzchnie rafy. W efekcie są to struktury porowate i w stanie kopalnym stanowią świetne pułapki dla
weglowodorów.
W obrębie raf wyróżnić możemy, idąc od strony otwartego morza (oceanu), talus, jądro rafy oraz lagunę w obrębie, której
bardzo często spotyka się drobne wysepki utworzone przez rafy kępowe. Talus to nagromadzenie detrytusu powstałe przez
erozje morską stromego czoła rafy. Jądro rafy to właściwa rafa. Jej górna część, znajdująca się blisko powierzchni morza
zbudowana jest z żywych organizmów. Jej dolna część to jedynie martwe szkielety organizmów niegdyś kolonizujących rafę.
Laguna zaś to płytki obszar położony pomiędzy jądrem rafy a brzegiem.
Typy raf:
rafy przybrzeżne
rafy kępowe,
rafy barierowe
atole
rafa kępowa
rafa
barierowa
atoll
rafa przybrzeżna
Środowiska sedymentacji morskiej – atole
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Atole tworzą się na obszarze wysp wulkanicznych. Są
powszechne na przyrównikowym obszarze Pacyfiku. Początek
rozwoju atolu to powstanie wokół wyspy wulkanicznej rafy
przybrzeżnej. Stopniowe pogrążanie się wyspy powoduje
ewolucje tej początkowo przybrzeżnej rafy do rafy barierowej.
Jednocześnie, pomiędzy wyspą a rafą rozwija się laguna. W
końcu wyspa wulkaniczna całkowicie pogrąża się w wodzie,
pozostawiając przy powierzchni jedynie kolistą strukturę cały
czas nadbudowującej się rafy. W jej środku znajduje się płytka
laguna, w której dominuje akumulacja węglanowa.
wyspa wulkaniczna
rafa
wyspa wulkaniczna
rafa
atol
podwodna wyspa wulkaniczna
Środowiska sedymentacji morskiej – osady głębokomorskie
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Niektóre osady zdeponowane u krawędzi skłonu kontynentalnego są efektem działalności prądów zawiesinowych. Czyli
spływów w kierunku podnóża stoku wód przeciążonych osadem pod wpływem siły ciężkości. Gdy nachylenie stoku zmniejsza się
następuje spadek prędkości przemieszczania się prądu zawiesinowego i depozycja niesionego materiału. Osady powstałe w ten
sposób określa się jako turbidyty.
bezstrukturalny żwir oraz piasek
piasek płaskorównolegle warstwowany
piasek przekątnie warstwowany
muł
osadzony materiał
szelf
Stożek
kaniony
Środowiska sedymentacji morskiej – osady głębokomorskie
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Środowiska sedymentacji morskiej
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Środowiska sedymentacji morskiej – osady pelagiczne
G E O L O G I A
wykład nr 3 –
Środowiska sedymentacyjne
Do głębin oceanicznych materiał klastyczny dostarczany jest z
kilku źródeł. Są to:
Prądy zawiesinowe,
Opadanie materiału ilastego z wód oceanicznych,
Podmorskie wietrzenie skał wulkanicznych.
Osad deponowany na równi abysalnej określany jest jako
pelagiczny.
Skały, które w ten sposób powstają to:
Iły pelagiczne.
Muły krzemionkowe zbudowane głównie ze szkieletów okrzemek.
Muły węglanowe zbudowane ze szkieletów organizmów
planktonicznych np. otwornic.