Podsumowanie

1. System jest to zbiór elementów wchodzàcych we wzajemne relacje.
2. PodejÊcie systemowe umo˝liwia jakoÊciowy i iloÊciowy (matematycz-

ny) opis powiàzaƒ w obr´bie systemu.

3. Ziemia jest systemem otwartym.
4. System przyrodniczy Ziemi tworzà sfery.
5. Sfery Ziemi sà ze sobà ÊciÊle powiàzane.

Pytania i polecenia kontrolne

1. Podaj, jak na przestrzeni wieków zmienia∏y si´ poglàdy na temat bu-

dowy Ziemi.

2. Dlaczego Ziemi´ uwa˝a si´ za system otwarty?
3. WyjaÊnij, czy miasto jest systemem przyrodniczym. Je˝eli tak, to jakie

sà jego elementy?

4. WyjaÊnij, czy ocean jest systemem przyrodniczym. Je˝eli tak, to jakie

sà jego elementy?

5. Wska˝ zale˝noÊci zachodzàce pomi´dzy hydrosferà a atmosferà.
6. W jaki sposób oddzia∏ywujà na siebie litosfera i antroposfera?
7. Zanalizuj rycin´ 39 (str. 65) i podaj przyk∏ady wzajemnego przenika-

nia si´ pow∏ok i sfer tworzàcych system przyrodniczy Ziemi.

6. Litosfera

6.1. Sk∏adniki skorupy ziemskiej

Z zakamarków pami´ci

1. Co to jest pierwiastek, a czym jest zwiàzek chemiczny?
2. Czym pod wzgl´dem fizycznym jest mieszanina?
3. Jakie znasz cechy chemiczne substancji?
4. Jakie sà stany skupienia materii?
5. Jakie znasz cechy fizyczne substancji?

Litosfera sk∏ada si´ ze skorupy ziemskiej i le˝àcej pod nià górnej cz´-

Êci zewn´trznego p∏aszcza Ziemi. W rozdziale tym zajmiemy si´ budowà
i sk∏adem materii tworzàcej skorup´ ziemskà.

Minera∏y

Znaczenie poj´cia „minera∏” zmienia∏o si´ wraz z rozwojem nauk

geologicznych. W przesz∏oÊci uznawano, ˝e minera∏ami sà niektóre cia∏a
krystaliczne skorupy ziemskiej, utworzone w sposób naturalny lub wsku-
tek niezamierzonej dzia∏alnoÊci cz∏owieka. Wed∏ug tej definicji do mine-

66

6.1. Sk∏adniki skorupy ziemskiej

ra∏ów zaliczano równie˝ substancje, które wykrystalizowa∏y si´ na Êcia-
nach wyrobisk kopalnianych.

Obecnie przyjmuje si´, ˝e minera∏em (∏ac. minerale – „pierwiastek”) jest

powsta∏y w naturalny sposób, bez jakiejkolwiek ingerencji cz∏owieka,
sk∏adnik skorupy ziemskiej, b´dàcy pierwiastkiem, zwiàzkiem chemicznym
lub ich jednorodnà mieszaninà, zwykle o sta∏ym stanie skupienia (ryc. 40).

Minera∏ami o najprostszym sk∏adzie chemicznym w postaci pierwiastków

sà: z∏oto (Au) i srebro rodzime (Ag) (to znaczy wyst´pujàce w przyrodzie
w stanie wolnym), a tak˝e grafit i diament – ró˝ne odmiany w´gla (C). Zwiàz-
ki chemiczne, b´dàce minera∏ami, to mi´dzy innymi: kwarc (SiO

2

), halit, czy-

li sól kamienna (NaCl), i kalcyt (CaCO

3

). Wi´kszoÊç minera∏ów wyst´puje

w postaci krystalicznej. Kryszta∏y to cia∏a sta∏e o uporzàdkowanej budowie
wewn´trznej, w których atomy tworzà tak zwane sieci przestrzenne. Minera-
∏y nieb´dàce kryszta∏ami, na przyk∏ad bursztyn czy ozokeryt (wosk ziemny),
nazywamy bezpostaciowymi, majà bowiem budow´ nieuporzàdkowanà.

Cechy minera∏ów

Minera∏y rozpoznajemy wed∏ug charakterystycznych w∏aÊciwoÊci fi-

zycznych. Najwa˝niejsze z tych cech to:
a) g´stoÊç – wyra˝ana w postaci ci´˝aru w∏aÊciwego; cecha ta pozwala na

przyk∏ad odró˝niç z∏oto rodzime od pirytu („z∏ota g∏upców”): z∏oto
ma g´stoÊç 19,28 g/cm

3

, a piryt 5,2 g/cm

3

. Wi´kszoÊç minera∏ów ska∏o-

twórczych ma g´stoÊç 2–4 g/cm

3

;

b) barwa – wed∏ug tego kryterium minera∏y dzielimy na barwne (np. pi-

ryt, malachit), bezbarwne (np. kwarc, halit) i zabarwione (np. gips);
minera∏y barwne pozostawiajà rys´ o takiej samej barwie, minera∏y
zabarwione dajà rys´ bia∏à;

c) twardoÊç – oznacza opór, jaki minera∏ stawia ostrzu, którym próbuje

si´ zarysowaç jego powierzchni´.

67

gips

kalcyt

piryt

biotyt

chalcedon

apatyt

kwarc ró˝owy

baryt

kwarc mleczny

kryszta∏y

minera∏y
bezpostaciowe

definicja
minera∏u

Ryc. 40. Skorup´ ziemskà tworzy wiele minera∏ów ró˝nych pod wzgl´dem barwy, ci´˝aru i twardoÊci.

w∏aÊciwoÊci
fizyczne
minera∏ów:
– g´stoÊç
– barwa
– twardoÊç

6. Litosfera

Na podstawie twardoÊci nawet w warunkach terenowych mo˝na rozpo-

znawaç najpospolitsze minera∏y. Do prostego okreÊlania tej cechy s∏u˝y
skala twardoÊci Mohsa (tab. 3). Jest to dziesi´ciostopniowa skala, którà wy-
znaczajà minera∏y wskaênikowe. Ich twardoÊç wzrasta w skali od 1 do 10.
TwardoÊç minera∏u okreÊlamy przez porównanie go do minera∏ów wzorco-
wych. Minera∏ o twardoÊci 1 mo˝e byç zarysowany wszystkimi innymi mi-
nera∏ami. Minera∏ o twardoÊci 5 mo˝e zarysowaç minera∏y o twardoÊci 1–4,

a sam mo˝e zostaç zarysowany przez mine-
ra∏y o twardoÊci 5–10. Minera∏ znajdujàcy si´
najwy˝ej w skali mo˝e byç zarysowany tylko
przez minera∏ o takiej samej twardoÊci.

Przy rozpoznawaniu ska∏ i minera∏ów

w terenie pomocne jest stalowe ostrze, na
przyk∏ad scyzoryka, które w skali Mohsa
ma twardoÊç oko∏o 6–6,5. Poniewa˝ kwarc
i skalenie majà cz´sto podobny wyglàd,
najlepszym sposobem rozró˝nienia ich jest
zarysowanie. Kwarcu nie da si´ zarysowaç
takim ostrzem, w przeciwieƒstwie do skale-
nia. Mo˝emy próbowaç zarysowaç minera-
∏y w∏asnym paznokciem, pami´tajàc, ˝e ma

on twardoÊç najwy˝ej 2,5 w skali Mohsa.

W∏aÊciwoÊci chemiczne równie˝ pozwalajà odró˝niç pewne minera∏y:

najcz´Êciej wykorzystuje si´ w tym celu zdolnoÊç ska∏ w´glanowych do
reakcji z kwasami. Do rozpoznawania wapieni i kredy mo˝emy u˝yç na
przyk∏ad kwasu octowego. W wyniku reakcji wydzielaç si´ b´dzie dwu-
tlenek w´gla, a próbka b´dzie si´ „burzyç”.

Ska∏y

Ska∏y sà powsta∏ym w sposób naturalny zespo∏em jedno-lub ró˝no-

rodnych minera∏ów. SpoÊród kilku tysi´cy minera∏ów zaledwie nieco po-
nad sto ma du˝e znaczenie w tworzeniu skalnej sfery Ziemi. Minera∏y te
nazywamy ska∏otwórczymi. Nale˝à do nich mi´dzy innymi: kwarc, skale-
nie (b´dàce glinokrzemianami), kalcyt.

Podzia∏u ska∏ mo˝na dokonaç na podstawie pochodzenia, czyli warun-

ków, w jakich powstawa∏y, a tak˝e minera∏ów, z jakich si´ sk∏adajà. Pod-
stawowy jest podzia∏ wed∏ug pierwszego kryterium, na trzy du˝e grupy:
– ska∏y magmowe,
– ska∏y osadowe,
– ska∏y metamorficzne (przeobra˝one).

Ska∏y magmowe

Materia zgromadzona w górnej cz´Êci p∏aszcza Ziemi jest goràca

i plastyczna, a nawet p∏ynna. Nazywamy jà magmà (gr. magma – „goràce
ciasto”). Ska∏y magmowe powsta∏y w wyniku jej krystalizacji. Magma

68

1.

Lp.

Diament

Korund

Topaz

Kwarc

Ortoklaz (skaleƒ)

Apatyt

Fluoryt

Kalcyt

Gips

Talk

Minera∏

wzorcowy

Sk∏ad

chemiczny

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Mg

2

(OH)

2

Si

4

O

10

CaSO

4•

2H

2

0

CaCO

3

CaF

2

Ca

5

F(PO

4

)

3

KAlSi

3

O

8

SiO

2

Al

2

F

2

SiO

4

Al

2

O

3

C

ska∏y:
– magmowe
– osadowe
– metamorficzne

ska∏y
magmowe:
– g∏´binowe
– wylewne

Tab. 3. Skala twardoÊci Mohsa

skala twardoÊci
Mohsa

6.1. Sk∏adniki skorupy ziemskiej

jest goràcym stopem, co oznacza, ˝e stanowi mieszanin´ sk∏adników
o zró˝nicowanym cz´sto sk∏adzie chemicznym. W zale˝noÊci od sk∏adu,
warunków i tempa krystalizacji ska∏y magmowe mogà si´ znacznie ró˝-
niç. Zasadniczo dzielimy je na ska∏y g∏´binowe i wylewne.

Ska∏y g∏´binowe (plutoniczne) sà to ska∏y, których stygni´cie i kry-

stalizacja odbywa∏y si´ pod powierzchnià Ziemi. Poniewa˝ proces ten
zachodzi∏ powoli, powsta∏e w jego wyniku kryszta∏y sà zwykle dobrze
wykszta∏cone i wyraênie widoczne. Zjawisko to wyjaÊnia si´ za pomocà
nast´pujàcego eksperymentu. Zróbmy wodnà mieszanin´ soli kuchen-
nej w dwóch naczyniach i jedno z nich ustawmy w pobli˝u êród∏a ciep∏a,
na przyk∏ad na kuchence, a drugie pozostawmy w temperaturze poko-
jowej. Po krótkim czasie z ogrzewanego naczynia odparuje woda. Na je-
go dnie pozostanie warstewka drobnoziarnistej soli. W naczyniu, z któ-
rego woda odparuje wolniej, pozostanie gruboziarnista sól. Zatem
wielkoÊç kryszta∏ów zale˝y od tempa procesu. O ska∏ach g∏´binowych,
z powodu wyraênie widocznych kryszta∏ów, mówimy, ˝e majà budow´
jawnokrystalicznà. Ska∏ami g∏´binowymi sà g∏ównie granity sk∏adajàce
si´ z kwarcu, jasnych skaleni i ∏yszczyków (miki) (ryc. 41a). Do grupy tej
zalicza si´ równie˝ dioryt (ciemniejszy od granitu), gabro (ciemnozielo-
na ska∏a) (ryc. 41b) czy sjenit (niezawierajàcy kwarcu).

Ryc. 41. Przyk∏adami ska∏ g∏´binowych sà granit (a) i gabro (b).

Ska∏y wylewne (wulkaniczne) powstajà, kiedy magma

wydostanie si´ na powierzchni´ Ziemi. Zastyga wtedy bar-
dzo szybko i dlatego kryszta∏y nie zdà˝à si´ wykszta∏ciç i sà
bardzo drobne. O takiej budowie ska∏ mówimy, ˝e jest
skrytokrystaliczna. Do najbardziej typowych ska∏ wylew-
nych nale˝à: bazalt (ciemna, skrytokrystaliczna ska∏a, pod
wzgl´dem chemicznym b´dàca odpowiednikiem ga-
bra)(ryc. 42), andezyt (wylewny odpowiednik diorytu) oraz
riolit (odpowiednik granitu).

Pewnà szczególnà odmianà ska∏ wylewnych sà ska∏y

porfirowe. Powstajà one dwuetapowo. Najpierw powoli
zastygajà pod powierzchnià Ziemi, w wyniku czego nie-
które minera∏y przybierajà krystalicznà postaç. Póêniej
dochodzi do wyrzucenia stygnàcej ska∏y na powierzchni´,

69

powolny proces
zastygania lawy

szybki proces
zastygania lawy

Ryc. 42. Ska∏a bazaltowa na Sy-
cylii – przyk∏ad ska∏y wylewnej

a

b

6. Litosfera

gdzie pozosta∏e sk∏adniki szybko krystalizu-
jà, przyjmujàc postaç skrytokrystalicznà.
W ten sposób powstaje specyficzna struktu-
ra, którà w starych podr´cznikach geologii
okreÊla si´ jako „prakryszta∏y w cieÊcie skal-
nym”. Przyk∏adem takiej budowy jest porfir
(ryc. 43).

Ryc. 43. Szczególna odmiana ska∏y wylewnej – porfir.
Zwróç uwag´ na wyraênie widoczne „prakryszta∏y”.

Ska∏y osadowe

Ska∏y osadowe powsta∏y w wyniku nagromadzenia si´ (osadzania)

materia∏ów pochodzàcych z niszczenia innych ska∏. Dlatego sà one wtórne
w stosunku do ska∏ magmowych. W wyniku dalszych ró˝norodnych
procesów zmienia si´ struktura ska∏. Ska∏y osadowe dzielimy na okruchowe,
organogeniczne oraz ska∏y pochodzenia chemicznego.

Ska∏y okruchowe majà postaç luênej zwietrzeliny bàdê

zwi´z∏ej ska∏y (tab. 4). Proces tworzenia ska∏y zwi´z∏ej ze
ska∏ luênych polegajàcy na ∏àczeniu (zlepianiu) spoiwem
ziaren skalnych nazywa si´ diagenezà (gr. di – „drugi”, ge-
nos – „pochodzenie, powstanie”). Diageneza odbywa si´
na ma∏ej g∏´bokoÊci, czyli przy niskim ciÊnieniu, a g∏ównym
czynnikiem zmiany jest spoiwo, które mo˝e byç krzemion-
kowe, w´glanowe lub ˝elaziste. W wyniku wymieszania
ska∏ okruchowych mogà powstaç kolejne, na przyk∏ad mie-
szanina piasku, ˝wiru i minera∏ów ilastych tworzy glin´.

Ska∏y organogeniczne powsta∏y ze szczàtków zwierz´-

cych lub roÊlinnych. Dzielimy je na:
a) Ska∏y bitumiczne (zawierajà bituminy, czyli substan-

cje chemiczne b´dàce mieszaninà w´glowodorów)
i w´gle; mo˝emy je u∏o˝yç w dwa szeregi: w´glowy
i w´glowodorowy (tab. 5). Pewne kontrowersje bu-
dziç mo˝e umieszczenie w tabeli gazu ziemnego i ro-
py naftowej. Z jednej strony sà one naturalnymi
sk∏adnikami skorupy ziemskiej, z drugiej – nie posia-
dajà sta∏ego stanu skupienia. Dlatego w definicji mi-
nera∏u, kiedy by∏a mowa o stanie skupienia, musieli-
Êmy u˝yç s∏owa „zwykle”.

b) Ska∏y w´glanowe, które zbudowane sà z w´glanów, g∏ównie w´glanu

wapnia (CaCO

3

). Do grupy tej nale˝à:

– wapienie – utworzone z w´glanowych szczàtków szkieletu zwierzàt

morskich; dzieli si´ je na:
• wapienie muszlowe (muszlowce),

• wapienie krynoidowe (powsta∏e z liliowców),

70

Ska∏a luêna

Ska∏a zwi´z∏a

gruz

brekcja

˝wir

zlepieniec

piasek

piaskowiec

mu∏owiec

mu∏

i∏

i∏owiec

Szereg w´glowy

Szereg

w´glowodorowy

gaz ziemny

torf

w´giel brunatny ropa naftowa

w´giel kamienny

asfalt

antracyt

ozokeryt
(wosk ziemny)

Tab. 4. WÊród ska∏ okruchowych
wyró˝niamy ska∏y luêne i zwi´z∏e.

Tab. 5. Ska∏y bitumiczne uk∏adajà
si´ w dwa szeregi: w´glowy i w´-
glowodorowy.

ska∏y osadowe:
– okruchowe
– organogeniczne
– pochodzenia

chemicznego

6.1. Sk∏adniki skorupy ziemskiej

• wapienie koralowe (wapienie rafowe),
• wapienie litotamniowe (roÊlinne, powsta∏e ze zwapnia∏ych plech

glonów);

– dolomity – ska∏a sk∏adajàca si´ g∏ównie z minera∏u dolomitu oraz

ma∏ych iloÊci kalcytu, minera∏ów ilastych i substancji bitumicznych;

– kreda piszàca – ska∏a powsta∏a z maleƒkich pancerzyków otwornic,

˝yjàcych w du˝ych iloÊciach w ciep∏ych morzach;

– margiel – mieszanina w´glanu wapnia pochodzenia organicznego i i∏u;
– opoka – mieszanina w´glanowych pancerzyków otwornic i krze-

mionkowych szkieletów gàbek.

c) Ska∏y krzemionkowe, które powsta∏y z krzemionkowych szkieletów

zwierzàt. Najcz´Êciej spotykana jest ziemia okrzemkowa, zbudowana
z pancerzyków okrzemek. S∏u˝y ona do produkcji filtrów, materia∏ów
Êciernych oraz wybuchowych.

Geografio∏y

Ziemia okrzemkowa dzi´ki p´cherzykom okrzemek ma w∏aÊciwoÊci ch∏onàce,
czyli absorpcyjne. Wykorzysta∏ to Alfred Nobel w jednym z doÊwiadczeƒ pole-
gajàcych na po∏àczeniu ziemi okrzemkowej z nitroglicerynà – substancjà
wra˝liwà na wstrzàsy, o silnych w∏aÊciwoÊciach wybuchowych. Nitrogliceryna
wype∏nia przestrzenie pomi´dzy p´cherzykami i staje si´ mniej reaktywna.
ZdolnoÊç absorpcyjna ska∏y okrzemkowej jest równie˝ wykorzystywana
w przemyÊle spo˝ywczym do filtrowania, na przyk∏ad soków czy piwa.

Ska∏y osadowe mogà powstawaç równie˝ na drodze chemicznej. Ma-

my wtedy do czynienia ze ska∏ami pochodzenia chemicznego. SpoÊród
nich najbardziej typowe sà: sól kamienna, sole magnezowo-potasowe,
gips (ryc. 44) (odk∏adajàcy si´ najcz´Êciej w p∏ytkich, wysychajàcych
zbiornikach morskich) oraz anhydryt (nieco podobny do gipsu, jednak
twardszy od niego, czasem wspólnie z nim wyst´pujàcy).

Ryc. 44. Ska∏y pochodzenia chemicznego – gips, czyli uwodniony siarczan wapnia (a)
oraz sól kamienna, czyli halit (b)

71

ska∏y pochodze-
nia chemicznego

a

b

6. Litosfera

Ska∏y metamorficzne (przeobra˝one )

Wszystkie ska∏y mogà ulegaç przemianom w wyniku procesu nazywane-

go metamorfizmem. Polega on na dzia∏aniu wysokiego ciÊnienia oraz wyso-

kiej temperatury, w wyniku czego zmienia si´ sk∏ad
chemiczny i mineralny ska∏. Takie przekszta∏cenia
prowadzà do powstania ska∏ metamorficznych
(przeobra˝onych) (tab. 6, ryc. 45). Stopieƒ prze-
obra˝eƒ bywa ró˝ny, zale˝nie od temperatury i ci-
Ênienia, w jakich zachodzi∏ proces metamorfizmu.
Odpowiednie warunki (bardzo wysoka temperatu-
ra i wysokie ciÊnienie) istniejà tylko w g∏´bi Ziemi,
stàd obecnoÊç ska∏ metamorficznych na jej po-
wierzchni Êwiadczy o kierunku i tempie ruchów
skorupy ziemskiej. Najpierw ju˝ wczeÊniej utwo-

rzona ska∏a magmowa bàdê osadowa musi si´ dostaç do strefy wysokich
temperatur i ciÊnieƒ, a takie warunki panujà na du˝ych g∏´bokoÊciach. Na-
st´pnie ska∏a zostaje powtórnie przemieszczona ku powierzchni Ziemi.
Ska∏y metamorficzne majà specyficzne cechy budowy.

Ryc. 45. Ska∏y metamorficzne – gnejs z Grenlandii (a) i marmur z Bu∏garii (b)

W geologii sposób przestrzennego u∏o˝enia i rozmieszczenia minera-

∏ów w skale, czyli jej wewn´trznà budow´, okreÊla si´ mianem tekstury.
Tekstury ska∏ metamorficznych sà najcz´Êciej uporzàdkowane, kierun-
kowe. Za przyk∏ad mogà s∏u˝yç linijne tekstury gnejsu, sprawiajàce wra-

˝enie p∏yni´cia ska∏y. Oddaje to rzeczywi-
ste warunki powstania: rozgrzana ska∏a,
w której zachodzi∏y przemiany chemiczne,
p∏yn´∏a pod wp∏ywem ciÊnienia. Typowa
dla ska∏ metamorficznych jest równie˝
tekstura ∏upkowa.

Ryc. 46. Tekstura ∏upkowa ska∏ metamorficznych
– ∏upek w Alpach.

72

Ska∏y

wyjÊciowe

Ska∏y

metamorficzne

granity

gnejsy

∏upki ilaste,
mu∏owce ilaste

piaskowce

kwarcyty

wapienie

marmury

hornfelsy

metamorfizm

tekstura ska∏y

Tab. 6. Pochodzenie ska∏ metamorficznych

a

b