MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Jan Sapielak
Wykonywanie badań geofizycznych 311[23].Z4.02
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
Recenzenci:
mgr Edyta MosiÄ…dz
mgr in\
. Joanna Sznajder-Stworzyjanek
Opracowanie redakcyjne:
mgr in\
. Jan Sapielak
Konsultacja:
mgr in\
. Andrzej Kacperczyk
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[23].Z4.02
 Wykonywanie badań geofizycznych , zawartego w modułowym programie nauczania dla
zawodu technik meteorolog.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
1
SPIS TREÅšCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Skład i budowa Ziemi 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 16
4.1.3. Ćwiczenia 16
4.1.4. Sprawdzian postępów
18
4.2. Procesy na powierzchni Ziemi 19
4.2.1. Materiał nauczania 19
4.2.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 24
4.2.3. Ćwiczenia 24
4.2.4. Sprawdzian postępów 26
4.3. Badania geofizyczne 27
4.3.1. Materiał nauczania 27
4.3.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 34
4.3.3. Ćwiczenia 34
4.3.4. Sprawdzian postępów 37
5. Sprawdzian osiągnięć 38
6. Literatura 43
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
2
1. WPROWADZENIE
Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy na temat występowania i cech wód
powierzchniowych.
W poradniku zamieszczono:
 wymagania wstępne  wykaz umiejętności, jakie powinieneś wcześniej opanować, abyś
bez problemów mógł korzystać z poradnika,
 cele kształcenia  wykaz umiejętności, jakie będziesz mógł kształtować podczas pracy
z poradnikiem,
 materiał nauczania  wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki
modułowej,
 zestaw zadań abyś mógł sprawdzić, czy ju\
opanowałeś określone treści kształcenia,
 ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz kształtować
umiejętności praktyczne,
 sprawdzian postępów,
 sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie materiału całej jednostki modułowej,
 literaturę uzupełniającą.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
3
311[23].Z4.
Podstawy oceanologii
311[23].Z4.01
311[23].Z4.02
Charakteryzowanie zjawisk oceanicznych
Wykonywanie badań geofizycznych
311[23].Z4.03
Przeciwdziałanie zagro\
eniom mórz i oceanów
Schemat układu jednostek modułowych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
4
2. WYMAGANIA WST
PNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
 wyjaśniać podstawowe procesy zachodzące wewnątrz Ziemi,
 rozró\
niać główne strefy wnętrza Ziemi,
 charakteryzować procesy zachodzące na powierzchni Ziemi,
 określać formy ukształtowania powierzchni Ziemi,
 rozró\
niać podstawowe grupy skał,
 określać wpływ czynników atmosferycznych ró\
ne formy terenu,
 określać okresy zlodowaceń na Ziemi,
 stosować jednostki układu SI,
 posługiwać się programami komputerowymi,
 korzystać z ró\
nych z
ródeł informacji,
 obsługiwać komputer,
 współpracować w grupie.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
5
3. CELE KSZTAA
CENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
- określić zakres i znaczenie badań geofizycznych,
- scharakteryzować podstawowe metody badań geofizyki stosowanej,
- scharakteryzować izostazję i geotermikę,
- określić strefy sejsmiczne na Ziemi,
- wyjaśnić przyczyny trzęsień Ziemi,
- wyjaśnić zasady działania sejsmografów,
- zlokalizować czynne wulkany na Ziemi,
- scharakteryzować własności geofizyczne skał oraz metody ich badań,
- zastosować podstawowe badania geofizyczne do opisu budowy geologicznej skorupy
ziemskiej,
- scharakteryzować metody pomiarów geofizyki wiertniczej,
- wyjaśnić budowę i zasady działania przyrządów i elektronicznej aparatury kontrolno-
-pomiarowej stosowanej w badaniach geofizycznych w otworach wiertniczych,
- wykonać konserwację przyrządów i aparatury stosowanej w badaniach geofizycznych,
- wyznaczyć efekty paleoklimatyczne związane ze zlodowaceniami,
- zinterpretować wyniki badań geofizycznych,
- zgromadzić i przetworzyć dane w banku informacji geofizycznych,
- posłu\
yć się programami komputerowymi stosowanymi do badań geofizycznych,
- dokonać analizy ilościowej i jakościowej wyników badań,
- określić mo\
liwości wykorzystania wyników badań geofizycznych do wykrywania złó\

surowców mineralnych,
- zastosować zasady bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony środowiska podczas
wykonywania badań geofizycznych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
6
4. MATERIAA
NAUCZANIA
4.1. Skład i budowa Ziemi
4.1.1. Materiał nauczania
Ukształtowanie powierzchni Ziemi oraz jej budowa geologiczna związane są z licznymi
przeobra\
eniami litosfery. Procesy, w wyniku których zachodzą zmiany na powierzchni
Ziemi lub w jej wnętrzu nazywane są procesami geologicznymi.
W budowie globu ziemskiego wyró\
nia się następujące warstwy:
- skorupa ziemska o grubości wahającej się od 7 km pod oceanami do 75 km pod lądami,
przypada na nią zaledwie 1,4% objętości Ziemi,
- płaszcz Ziemi, który stanowi zasadniczą część zarówno objętości jak i masy Ziemi,
- jądro Ziemi, które dzieli się na zewnętrzne płynne i wewnętrzne  stałe.
W tabeli 1 zestawiono głębokości zalegania poszczególnych warstw budujących Ziemię
Tabela 1. Głębokości warstw budujących Ziemię [opracowanie własne]
Strefa wnętrza Ziemi Głębokość występowania
skorupa ziemska 4 75 km
litosfera 70 270 km
astenosfera 90 350 km
płaszcz do 2900 km
jądro zewnętrzne do 5100 km
jądro wewnętrzne do 6370 km
Geosfery budujące Ziemię do głębokości 2900 km mają stan stały. Poni\
ej litosfery
i astenosfery wnętrze Ziemi składa się: ze stałej mezosfery oraz ciekłego i gazowego jądra,
czyli barysfery (rys.1).
Rys. 1. Budowa wnętrza Ziemi [11]
Skorupa ziemska stanowi najbardziej zewnętrzną powłokę kuli ziemskiej, jest sztywna
i ma niejednorodnÄ… budowÄ™. Od zewnÄ…trz styka siÄ™ z atmosferÄ… i hydrosferÄ…, natomiast
w głębi graniczy z płaszczem Ziemi wzdłu\
strefy nieciągłości Moho zwanej te\
nieciągłością
Mohorovi%0Å„icia.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
7
Grubość skorupy ziemskiej wynosi ok. 7 12 km pod dnem oceanów, ok. 35 40 km pod
platformami kontynentalnymi, dochodzÄ…c do 80 km pod Himalajami. Na obszarze Polski
grubość skorupy ziemskiej oceniana jest na 27 47 km.
Płaszcz Ziemi znajduje się pomiędzy skorupą ziemską a barysferą (jądrem Ziemi). Górną
jego granicę stanowi powierzchnia nieciągłości Mohorovi%0ńicia, natomiast dolną,
powierzchnia nieciągłości Gutenberga. Obejmuje on:
- warstwÄ™ perydotytowÄ…,
- astenosferÄ™,
- mezosferÄ™.
Płaszcz Ziemi zbudowany jest ze skał będących w stałym stanie skupienia. Płaszcz dzieli
się na część górną obejmujący warstwę perydotytową oraz astenosferę do głębokości ok.
700 km, która charakteryzuje się gwałtownym przyrostem prędkości fal sejsmicznych oraz
płaszcz dolny  między głębokością 700 km a jądrem Ziemi.
Astenosfera to wy\
sza część górnego płaszcza Ziemi, zbudowana ze skał w stanie
stopienia o podwy\
szonej plastyczności. Jej górna warstwa znajduje się na głębokości
50 70 km pod oceanami i do 120 km pod kontynentami, a dolna sięga maksymalnie do
400 km poni\
ej powierzchni Ziemi. Astenosfera jest głównym obszarem tworzenia się ognisk
magmy i procesów magmowych. Zbudowana jest z tzw. pirolitów czyli skał ultrazasadowych.
Mezosfera, znajdujÄ…ca siÄ™ poni\
ej astenosfery, zbudowana jest ze skał o większym cię\
arze
właściwym, jest warstwą sztywną, ale w dłu\
szym okresie czasu mo\
e zachowywać się jak
ciało plastyczne.
Jądro Ziemi, czyli barysfera jest najbardziej wewnętrzną warstwą Ziemi, zbudowaną
z metalicznego \
elaza (Fe) i niklu (Ni) z domieszką innych metali. Jego promień wynosi
3470 km, a gęstość waha się od 9,6 18,5 g/cm3. W obrębie jądra Ziemi wyró\
niono dwie
strefy, ró\
niące się między sobą stanem skupienia: jądro zewnętrzne ciekłe lub gazowe oraz
jądro wewnętrzne, wykazujące sztywność ciała stałego.
Skorupę ziemską od płaszcza Ziemi oddziela powierzchnią nieciągłości MOHO,
a płaszcz Ziemi od jądra powierzchnią nieciągłości Wiecherta - Gutenberga.
Górną granicę między litosferą i astenosferą charakteryzuje wyraz
ny spadek prędkości fal
sejsmicznych wywołany większą plastycznością w składzie budującym astenosferę, nie
obserwuje się tu nieciągłości, w przeciwieństwie do innych sfer rozdzielanych warstwami
nieciągłości.
Ze względu na skład chemiczny warstwy Ziemi dzieli się na (rys. 2):
- sial i simÄ™,
- crofesimÄ™ i nifesimÄ™,
- nife.
Najbardziej zewnętrzna część litosfera dzieli się na dwie warstwy:
- sial, od przewa\
ającej zawartości krzemu Si i aluminium Al,
- sima, od przewa\
ającej zawartości krzemu Si i magnezu Mg.
Warstwa sialu zbudowana jest ze skał l\
ejszych takich jak: granity, gnejsy, Å‚upki
krystaliczne i skały osadowe: wapienie, pisaki, \
wiry i zanurzona jest w ciÄ™\
szej, plastycznej
simie, zbudowanej ze skał odpowiadających chemicznie bazaltom.
Na głębokości 50 60 km pod kontynentami i 20 30 km pod Atlantykiem znajduje się
granica dwóch ró\
nych serii skał. Na dnie Pacyfiku występują skały o takich właściwościach,
jakie mają utwory poło\
one głęboko pod kontynentami.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
8
Rys. 2. Schemat budowy Ziemi uwzględniający jej skład chemiczny[1, s. 13]
SkorupÄ™ ziemskÄ… dzieli siÄ™ na:
- kontynentalnÄ…,
- oceanicznÄ….
Skorupa kontynentalna ma średnią grubość około 35 km, a pod młodymi łańcuchami
górskimi (Alpidami) grubość jej wzrasta do około 70 80 km. Skorupę kontynentalną budują
skały osadowe oraz zró\
nicowane skały magmowe i metamorficzne. Na powierzchni znajduje
się gleba i warstwa skał rozdrobnionych wskutek procesów wietrzenia (regolit). Poni\
ej
występują skały osadowe, których łączna grubość wynosi 1 5 km. Warstwy osadowe mogą
być jednak znacznie grubsze (pod górami), mo\
e te\
ich nie być wcale np. na tarczach. Pod
pokrywą skał osadowych znajduje się warstwa o składzie zbli\
onym do granitów (o grubości
około 15 km), a jeszcze ni\
ej warstwa o składzie zbli\
onym do bazaltów. Kontynenty
podzielone są na mniejsze bloki, budowa sąsiadujących ze sobą bloków często ró\
ni siÄ™ od
siebie, co sugeruje, i\
powstawały one w ró\
nych warunkach. W rejonie gór fałdowych
powszechne są nasunięcia skał.
Skorupa oceaniczna stanowi ok. 60% powierzchni Ziemi i w porównaniu ze skorupą
kontynentalną ma mniejszą grubość, około 6 12 km oraz inną budowę. Pod dnem oceanów
zbudowana jest ze skał o składzie chemicznym bazaltów (około 7 km grubości) przykrytych
przewa\
nie cienką warstwą słabo skonsolidowanych osadów (około 1 2 km). Według teorii
tektoniki płyt powstaje współcześnie w tzw. strefach rozrostu dna oceanicznego, a ulega
zniszczeniu w strefach subdukcji. Wskutek ruchów górotwórczych mo\
e być wbudowywana
w strefy fałdowe skorupy kontynentalnej.
W skorupie ziemskiej wyró\
nia się strefy przejściowe między skorupą kontynentalną
i oceanicznÄ…, zwane skorupÄ… suboceanicznÄ… (m.in. na obrze\
ach Oceanu Atlantyckiego).
Powstawanie skorupy kontynentalnej wiÄ…\
e się na ogół ze skomplikowanymi procesami
w strefach subdukcji.
Skały skorupy kontynentalnej są na ogół wyraz
nie starsze od skał skorupy oceanicznej.
Wiek najstarszych skał skorupy kontynentalnej sięga 3,2 mld lat, najstarsze zaś fragmenty dna
oceanicznego uformowały się około 200 mln lat temu.
Dzisiejszy obraz tektoniki i budowy geologicznej Ziemi zwiÄ…zany jest z przemianami
litosfery. Wyró\
niono w niej płyty, czyli fragmenty skorupy ziemskiej, których granice
stanowią grzbiety i rowy oceaniczne. Ruch płyt litosfery jest wywołany prądami
konwekcyjnymi w płaszczu Ziemi, które tworzą zamknięte komory. Powodują one
przemieszczanie materii wnętrza Ziemi, które w efekcie doprowadzają do podziału litosfery
na płyty (kry) i ich dryfu. Przypuszcza się, \
e z
ródłem energii dla konwekcji materii
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
9
w płaszczu jest ciepło wydzielane wskutek rozpadu pierwiastków promieniotwórczych oraz
ciepło pierwotne wnętrza Ziemi pochodzące z okresu tworzenia się planety.
Płyty są sztywne, ale mogą przemieszczać się względem siebie, dryfują w przeciwnych
kierunkach lub zderzają się. Podczas zderzeń płyty oceanicznej z kontynentalną, cię\
sza płyta
oceaniczna, podsuwa siÄ™ pod kontynentalnÄ…  zjawisko to nosi nazwÄ™ subdukcji. Zderzenie
płyt kontynentalnych powoduje fałdowanie ich krawędzi i powstawanie gór. Subdukcja
zachodzi wzdłu\
zachodnich wybrze\
y obu Ameryk oraz na kontakcie płyty Dekanu z płytą
euroazjatyckÄ…. PÅ‚yta pacyficzna podsuwajÄ…c siÄ™ pod kontynenty Ameryk kurczy siÄ™, natomiast
płyty amerykańskie przyrastają. W miejscu rozsuwania się płyt powstaje dolina ryftowa.
Dochodzi tu do wciskania się magmy w rozsuwającą się skorupę dna oceanów. Powstają
grzbiety oceaniczne rozcięte doliną, przez którą wydobywa się magma. System ryftów
występuje głównie w dnach oceanów. Odstępstwem od tego jest ryft na Islandii i w Afryce.
Przykładem grzbietu śródoceanicznego z doliną ryftową jest Grzbiet Środkowoatlantycki [9].
Rys. 3. Rozmieszczenie płyt [5]
Badaniem i opisywaniem dziejów skorupy ziemskiej oraz jej powierzchni zajmuje się
geologia historyczna. Jednym ze z
ródeł informacji na temat procesów geologicznych są skały,
a metoda oparta na ich badaniu nosi nazwę petrograficznej. Na podstawie rodzaju skał
określić mo\
na przeszłość lądową lub wodną, warunki klimatyczne oraz aktywność skorupy
ziemskiej. Inna metoda polega na ustalaniu kolejności zdarzeń na podstawie warstw skalnych,
jeśli warstwy nie zmieniły swojego pierwotnego poło\
enia i są niezaburzone to warstwy skał
le\
ące głębiej są starsze, a płycej występujące młodsze. Jest to metoda stratygraficzna.
Metoda paleontologiczna oparta jest na badaniu zawartych w skałach szczątków organicznych
z minionych epok geologicznych. Skamieniałości organizmów, które pojawiły się na krótko,
ale występowały powszechnie, na du\
ych obszarach nazywa się skamieniałościami
przewodnimi.
Do określania wieku bezwzględnego wykorzystuje się własności pierwiastków
promieniotwórczych. Na podstawie badań rozpadu pierwiastków promieniotwórczych
określono czas powstania globu ziemskiego na 4,6 mld lat temu.
Dzieje Ziemi podzielono na jednostki czasu: era, okres, epoka, wiek. Granice er
wyznaczyły wielkie orogenezy, czyli ruchy górotwórcze lub zmiany klimatu, które wywołały
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
10
znaczące zmiany w świecie organicznym (tabela 2). Najwa\
niejsze wydarzenia zwiÄ…zane
z procesem kształtowania Ziemi zestawiono w tabeli 3.
Tabela. 2. Podział dziejów Ziemi [11]
ERY OKRESY CZAS TRWANIA
czwartorzęd
Kenozoiczna 65
trzeciorzęd
kreda
Mezozoiczna jura 165
trias
perm
karbon
dewon
Paleozoiczna 370
sylur
ordowik
kambr
Proterozoiczna ok. 2000
Archaiczna ok. 2400
Główne cechy budowy geologicznej skorupy ziemskiej określić mo\
na na podstawie
rodzaju skał, ich wieku, wzajemnego uło\
enia warstw skalnych.
Minerał jest pierwiastkiem lub związkiem chemicznym, bądz
jednorodnÄ… mieszaninÄ…
pierwiastków lub związków chemicznych powstałą w sposób naturalny. Znanych jest około
3000 minerałów. Te najpospolitsze, najczęściej budujące skały, nazywamy skałotwórczymi.
Są to kwarc, skalenie i miki, czyli łyszczyki. Cechy ró\
niące między sobą minerały to,
twardość (rozpoznawana jest po zdolności rysowania bardziej miękkich minerałów przez
twardsze), postać krystaliczna (cecha rozpoznawana zwykle tylko pod mikroskopem
i określana jako  słupki ,  płytki ,  ziarna ), połysk, barwa, smak, rysa, łupliwość i inne.
Twardość stanowi jedną z podstawowych cech podczas rozpoznawania minerałów. Jest
to opór, jaki stawia minerał czynnikom mechanicznym podczas rysowania jego powierzchni.
Określa się ją porównując do twardości wzorcowych minerałów tworzących tzw. skalę Mohsa
[4]. Skala ta obejmuje 10 minerałów w kolejności od 1 (najmniej twardy) do 10
(najtwardszy):
1. Talk  Mg3[(OH)2Si4O10]
2. Gips  CaSO4.2H2O
3. Kalcyt  CaCO3
4. Fluoryt  CaF2
5. Apatyt  Ca5F(PO4)3
6. Ortoklaz  K[AlSi3O8
7. Kwarc  SiO2
8. Topaz  Al2F2SiO4
9. Korund  Al2O3
10. Diament  C
Skala Mohsa podaje tylko następstwo twardości, nie określa natomiast, o ile ka\
dy
następny minerał jest twardszy od poprzedniego. Określa się ją badając minerał w stanie
świe\
ym (tzn. nie zwietrzałym).Powszechnie u\
ywa się skali orientacyjnej, w której minerały
o twardości:
- 1  dają się zarysować zapałką i bardzo łatwo paznokciem,
- 2  2.5  dają się zarysować paznokciem,
- 3  łatwo dają się zarysować miedzianą monetą,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
11
- 4  dają się zarysować łatwo ostrzem scyzoryka,
- 5  dają się zarysować ostrzem scyzoryka,
- 6  z trudem dają się zarysować ostrzem scyzoryka,
- 6.5  dają się zarysować twardą stalą narzędziową,
- 7  rysują szkło,
- 8  Å‚atwo rysujÄ… kwarc,
- 9  przecinają szkło,
- 10  nie dają się zarysować \
adną substancją sztuczną ani minerałem.
Tabela 3. Najwa\
niejsze wydarzenia jakie wystąpiły w czasie trwania poszczególnych er [opracowanie własne]
Era Wydarzenia
prekambryjska: - formowanie skorupy ziemskiej, atmosfery i hydrosfery,
archaiczna
- powstanie tarcz i platform stanowiÄ…cych fundamenty
i proterozoiczna
- kontynentów,
- rozwój prymitywnego \
ycia organicznego w wodach.
paleozoiczna
- organizmy, z których powstały skamieniałości przewodnie
trylobity, graptolity,
- stopniowy rozwój \
ycia  pojawiają się kręgowce, wśród nich
prymitywne ryby, płazy, gady,
- rozwój roślin lądowych, w karbonie lasy wielkich skrzypów,
widłaków, paproci drzewiastych, stanowiące podstawę
tworzenia węgla w tym okresie,
- dwie orogenezy: starsza  kaledońska i młodsza  hercyńska,
- zmiana przestrzennego układu kier kontynentalnych,
- zmiany klimatu  równikowe, umiarkowane
i okołobiegunowe,
- wielkie wymieranie zwierząt pod koniec ery  wyginęło
około 90 % gatunków zwierząt.
mezozoiczna:
- zmiana układu lądów i mórz, transgresje i regresje mórz, czyli
zalewanie obszarów lądowych i ustępowanie mórz z lądów,
- silny rozwój gadów, pierwsze ptaki i pierwsze ssaki,
naczelne,
- bogata fauna w morzach  głowonogi: amonity i belemnity
(skamieniałości przewodnie ery  z ich obumarłych
szczątków tworzą się pokłady wapieni),
- ruchy orogenezy alpejskiej,
- u schyłku ery wymierają wielkie gady lądowe, głowonogi
i wiele innych gatunków.
kenozoiczna
- najkrótsza erą trwająca nadal,
- współczesny układ i rzez
ba lądów i mórz,
- pojawienie się człowieka,
- w świecie zwierzęcym dominacja ssaków,
- wielkie masywy górskie orogenezy alpejskiej,
- zmiany klimatu doprowadzajÄ…ce do rozwoju i zaniku
lądolodów i lodowców,
- ocieplenie klimatu i zanik lądolodu na półkuli północnej.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
12
Skały budujące skorupę ziemską dzieli się na:
- magmowe (ogniowe),
- osadowe,
- metamorficzne.
Skały magmowe powstają na skutek krzepnięcia gorącego stopu ognisto-płynnego, czyli
magmy i dzielą się ze względu na miejsce zastygania na:
- wulkaniczne  krystalizujÄ…ce siÄ™ z magmy wydobywajÄ…cej siÄ™ na powierzchniÄ™ Ziemi,
czyli z lawy,
- plutoniczne  krzepnące głęboko pod powierzchnią Ziemi i tworzące intruzje
o rozmiarach przekraczających kilkaset metrów,
- hipabisalne  krzepnące na niewielkiej głębokości pod powierzchnią ziemi i tworzące
drobne intruzje o rozmiarach od kilku centymetrów do dziesiątków metrów.
Schemat rozmieszczenia skał magmowych powstających w ró\
nych warunkach
przedstawiono na rys. 4, a ich podział w tabeli 4.
Rys. 4. Występowanie skał magmowych w skorupie ziemskiej. Objaśnienia: skały magmowe głębinowe:
gr  gruboziarniste, sr  średnioziarniste, dr  drobnoziarniste; skały \
yłowe: P  pegmatyty, A  aplity;
e  skały wylewne intruzyjne, w  skały wylewne wulkaniczne (efuzywne), p  struktury porfirowe,
a  struktury afanitowe; pozostałe skały: o  osadowe, mr  metamorficzne, mm  skały pośrednie między
metamorficznymi a magmowymi [4]
Na rys. 5 przedstawiono przykładowe struktury skał magmowych
Rys. 5. Przykładowa struktura skał magmowych [5]
Skały osadowe powstają w wyniku akumulacji ziaren i cząstek mineralnych lub
organicznych w środowisku lądowym lub wodnym. Mogą stanowić produkty niszczenia
starszych skał, wytrącania z roztworów wodnych lub działalności organizmów zwierzęcych
i roślinnych. Ze względu na genezę dzieli się je na:
- okruchowe (klastyczne), zestawione w tabeli 5, powstałe w wyniku nagromadzenia
odruchów skalnych oraz ziaren i cząstek mineralnych w zbiorniku lub na lądzie. Ich
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
13
powstawaniu towarzyszÄ… procesy takie jak: wietrzenie, transport, sedymentacja
i diageneza, czyli czynniki chemiczne i fizyczne prowadzÄ…ce do scementowania
odruchów skalnych. Pod pojęciem diagenezy kryć się mo\
e proces konsolidacji
(zagęszczenia), sylifikacji (cementacja osadów wywołana krystalizacją minerałów grupy
SiO2) lub rekrystalizacja (zmiany chemiczne w twardniejÄ…cym osadzie.
- chemiczne powstające w wyniku wytrącania się związków chemicznych w zbiornikach
wodnych, głównie na morzu, po osiągnięciu odpowiedniego stę\
enia.
- organiczne tworzą się na skutek gromadzenia się w środowisku wodnym lub lądowym
szczątków organizmów zwierzęcych (skały zoogeniczne) lub roślinnych (skały
fitogeniczne).
Podział skał osadowych chemicznych i organicznych przedstawia tabela 6. Na rys. 6
przedstawiono przykładowe struktury skał osadowych.
Rys. 6. Przykładowe struktury skał osadowych [5]
Tabela 4. Podział skał magmowych [3, s. 17]
Nazwy Minerały Skład mineralny Skały Skały Skały
grup dominujące głębinowe wylewne \
yłowe
kwarc, ortoklaz,
ryolit
plagioklazy kwaśne,
granit (porfir
miki, amfibole,
kwarcowy)
pirokseny
kwarc, ortoklaz,
Skały skalenie plgioklazy kwaśne,
granodioryt dellenit
kwaśne i kwarc miki, amfibole, aplity
pirokseny i pegma-
kwarc, ortoklaz, tyty
plgioklazy kwaśne,
tonalit dacyt
biotyt, amfibole,
pirokseny
ortoklaz, plgioklazy trachit
kwaśne, miki, sjenit (porfir
amfibole, pirokseny bezkwarcowy)
plgioklazy (oligoklaz,
Skały
skalenie andezyt), biotyt, dioryt andezyt
obojętne
amfibole, pirokseny
plgioklazy (labrador,
bazalt, lamprofiry
bytownit), oliwin, gabro
melafir i diabazy
amfibole, pirokseny
Skały skalenie, plgioklazy zasadowe, fojait, monolit,
zasadowe skaleniowce skaleniowe, oliwin cieszynit bazanit
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
14
Tabela 5. Podział skał okruchowych [3, s. 18]
Skały
Frakcja Skały niespoiste i spoiste (grunty)
scementowane
kamienista > 40 mm rumosze brekcje
\
wirowa (psefitowa) \
wiry (otoczaki)
zlepieńce
40 2 mm
piaski grubo-, piaskowce
piaskowa (psamitowa)
średnio-, (arkozy,
2 0,05 mm
drobnoziarniste szarogłazy)
pyłowa (aleurytowa) pyły (less),
mułowce
0,05 0,002 mm muły
iłowa (pelitowa) iłowce, łupki
iły
< 0,002 mm ilaste
Tabela 6. Podział skał osadowych chemicznych i organicznych [3, s. 19]
skały pochodzenia pochodzenia organicznego
chemicznego zoogeniczne fitogeniczne
wapienie zbite i oolitowe, kreda piszÄ…ca, zlepy
martwica wapienna, muszlowe, wapienie wapienie
węglanowe
dolomity, margle rafowe litotamniowe
opoka, kreda jeziorna
krzemienie, lidyty,
krzemionkowe radiolaryty ziemia okrzemkowa
martwica krzemionkowa,
gejzeryty
\
elaziste ruda darniowa, syderyty
fosforanowe fosforyty guano, zlepy kostne
solne (solno- gipsy, anhydryty, sól
-gipsowe) kamienna, sole potasowe
ropa naftowa
bitumiczne
i surowce bitumiczne
torf, węgiel brunatny,
torfy i węgle węgiel kamienny,
antracyt
sapropele sapropele (gytie)
Część skał pod wpływem głównie wysokiej temperatury, du\
ego ciśnienia, zmienia swą
wewnętrzną budowę (uło\
enie składników skały), skład mineralny i często skład chemiczny,
przeobra\
enie takie zachodzi np. w czasie orogenez i tworzą się wtedy skały przeobra\
one
(metamorficzne), np. gnejsy, marmury, kwarcyty, Å‚upki. Na rys. 7 przedstawiono strukturÄ™
metamorficznych.
Rys. 7. Przykładowe struktury skał metamorficznych [5]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
15
mady
glina zwałowa i
zwietrzelinowa
Właściwości skał decydują o ich odporności na niszczenie. W związku z tym wygląd
terenu (rzez
ba) jest bezpośrednio uzale\
niony od skał budujących dany obszar. Mają te\

znaczenie dla gospodarki np. skały magmowe i przeobra\
one odznaczajÄ… siÄ™ wysokÄ…
twardością i stąd mają zastosowanie w budownictwie jako materiał trwały, osadowe
wykorzystywane są w energetyce (węgliel, ropa), w budownictwie, np. wapienie w przemyśle
chemicznym, przeobra\
one sÄ… ponadto bardzo dekoracyjne.
4.1.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie strefy wyró\
nia siÄ™ w budowie Ziemi?
2. Czym charakteryzuje siÄ™ skorupa ziemska?
3. Jakie sÄ… cechy jÄ…dra Ziemi?
4. Jakie procesy wpłynęły na obecny kształt Ziemi?
5. Jak dzielą się skały?
6. Jakie cechy charakteryzują minerały?
7. Co to jest i do czego słu\
y skala Mohsa?
8. Jak powstają skały magmowe?
9. Jak powstają skały osadowe?
10. Na czym polega proces tworzenia skał metamorficznych?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na podstawie atlasu minerałów rozpoznaj próbki wskazane przez nauczyciela i określ ich
cechy.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) obejrzeć próbki minerałów otrzymane od nauczyciela,
2) przeanalizować budowę poszczególnych minerałów,
3) makroskopowo ocenić cechy minerałów,
4) odszukać minerały w atlasie,
5) zapisać właściwości minerałów.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
- próbki minerałów,
- atlas minerałów.
Ćwiczenie 2
Na podstawie badań makroskopowych określ cechy minerałów wskazanych przez
nauczyciela według instrukcji do ćwiczenia.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeczytać instrukcję do wykonania ćwiczenia,
2) wyjaśnić budowę minerałów,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
16
3) określić barwę, rysę, przezroczystość, przełam oraz twardość minerałów,
4) porównać trafność obserwacji z danymi z atlasu minerałów,
5) zapisać wnioski w zeszycie.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
- próbki minerałów,
- skala Mohsa,
- atlas minerałów.
Ćwiczenie 3
Określ nazwę wskazanych przez nauczyciela skał i wska\
, z jakich minerałów są
zbudowane oraz jak powstajÄ….
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) wyjaśnić budowę skał,
2) określić ich cechy wizualne,
3) nazwać skały,
4) odnalez
ć w atlasie określone skały,
5) określić minerały, z jakich skały zostały zbudowane,
6) scharakteryzować genezę powstawania skał,
7) zapisać wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
- próbki skał,
- atlas minerałów i skał.
Ćwiczenie 4
Uzupełnij tabelkę, wpisując przykłady skał. Na podstawie genezy skał określ ich nazwy.
Typy skał magmowe osadowe metamorficzne
Rodzaje skał ze względu
na genezÄ™
przykłady
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) scharakteryzować skały budujące skorupę ziemską,
2) dokonać podziału skał magmowych, osadowych i metamorficznych ze względu na ich
genezÄ™,
3) przyporządkować skały do określonego rodzaju skał.
4) uzupełnić tabelkę.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
17
- atlas minerałów i skał.
Ćwiczenie 5
Rozpoznaj przedstawione ni\
ej skały, określ ich cechy i opisz mo\
liwości ich
zastosowania.
Rysunek do ćwiczenia 4
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) porównać strukturę przedstawionych na rysunku skał,
2) wyjaśnić budowę skał,
3) określić ich cechy wizualne,
4) odnalez
ć w atlasie skały o podanych właściwościach,
5) nazwać skały,
6) określić mo\
liwości zastosowania skał.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
- atlas minerałów i skał.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) nazwać elementy budowy Ziemi?
1
1

2) określić cechy skorupy ziemskiej, płaszcza i jądra Ziemi?
1
1

3) zdefiniować pojęcia: minerał, skała?
1
1

4) rozró\
nić podstawowe skały i minerały?
1
1

5) oznaczyć twardość korzystając ze skali Mohsa?
1
1

6) scharakteryzować genezę powstawania skał magmowych?
1
1

7) wymienić procesy towarzyszące powstawaniu skał osadowych?
1
1

8) określić tworzenie skał metamorficznych?
1
1

9) rozpoznać podstawowe skały magmowe, osadowe, metamorficzne?
1
1

10) scharakteryzować ery dziejów Ziemi?
1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
18
4.2. Procesy na powierzchni Ziemi
4.2.1. Materiał nauczania
Na ukształtowanie powierzchni Ziemi wpływają procesy egzogeniczne  zewnętrzne
i endogeniczne  wewnętrzne. y
ródłem procesów zewnętrznych są czynniki atmosferyczne,
hydrosferyczne oraz \
ycie organiczne. Pod wpływem ich działania zachodzą następujące
procesy geologiczne:
- wietrzenie,
- erozja,
- denudacja, polegajÄ…ca na obni\
aniu się powierzchni poprzez stałe usuwanie produktów
wietrzenia i przenoszenia ich z wy\
szych miejsc terenu do ni\
szych, a tym samym na
stopniowym obni\
aniu poziomu skały macierzystej [3, s.16],
- transport materiału zwietrzelinowego przez wiatr, wodę, lodowce,
- akumulacja czyli osadzanie się produktów wietrzenia na lądzie lub w środowisku
wodnym.
Wietrzenie jest procesem niszczenia, rozpadu, rozluz
niania skał, bądz
ich chemicznej
przemiany pod wpływem powietrza, wody, nasłonecznienia i działalności \
ywych
organizmów. Obejmuje zarówno powierzchniową warstwę Ziemi, jak i warstwę
przypowierzchniową z reguły do głębokości kilku lub najwy\
ej kilkudziesięciu metrów. Ze
względu na przyczynę wywołująca rozpad skał wyró\
nia siÄ™:
- wietrzenie fizyczne (mechaniczne) zachodzi pod wpływem wahań temperatury,
zamarzania wody w porach oraz rozsadzania skał przez korzenie roślin. Skały cechuje
ró\
ny współczynnik rozszerzalności, dlatego te\
nasłonecznienie wpływa na ró\
nice
w objętości skał, nagrzewane rozszerzają się termicznie, wychładzane kurczą się.
Powtarzalność tych zmian wywołana ró\
nicami temperatur między dniem i nocą
powoduje naprÄ™\
enia i pękanie skał. Na obszarach pustyń skały mogą nagrzać się do
temperatury 80°C w ciÄ…gu dnia i wychÅ‚odzić nocÄ… do 0°C. InnÄ… przyczynÄ… wietrzenia
fizycznego jest zmiana objętości wody wypełniającej szczeliny i spękania skał. Zachodzi
ona podczas zamarzania i rozmarzania wody. PodobnÄ… rolÄ™ odgrywa krystalizacja soli
w szczelinach,
- wietrzenie chemiczne powoduje rozpad skał oraz zmiany w ich składzie chemicznym na
skutek procesów chemicznych zachodzących wewnątrz skał, głównymi czynnikami
wywołującymi ten proces są woda i powietrze.
Produktem wszystkich typów wietrzenia jest pokrywa luz
nych skał, czyli zwietrzelina.
Odgrywa ona istotnÄ… rolÄ™ w powstawaniu gleb.
Wietrzenie prowadzi do rozluz
nienia skały i ułatwia powierzchniowe ruchy masowe,
które prowadzą do przemieszczania, a w konsekwencji do niszczenia stoków. Główną
przyczyną ruchów mas skalnych jest siła cię\
kości, a geneza ich tkwi w nachyleniu stoków,
budowie podło\
a oraz jakości pokrywy zwietrzelinowej.
Stok, to ka\
da nachylona powierzchnia. Im większe nachylenie stoku tym większe
prawdopodobieństwo naruszenia równowagi i tym gwałtowniejsze mo\
e być przemieszczenie
materiału po powierzchni.
Na powierzchniach pochylonych działają dwie przeciwstawne siły  odrywająca
i trzymająca, a naruszenie równowagi tych sił uruchamia ruchy masowe. Do czynników
sprzyjajÄ…cym ruchom masowym zalicza siÄ™:
- nachylenie stoku,
- rodzaj i uło\
enie skał,
- klimat.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
19
Efektem grawitacyjnych ruchów masowych jest:
- odpadanie, czyli swobodne przemieszczanie się okruchów skalnych po stromych stokach
lub ścianach skalnych (rys. 8),
Rys. 8. Przykład odpadania: a) odpadanie płyt skalnych wzdłu\
spękań tektonicznych lub międzyławicowych,
b) odpadanie bloków skalnych i tworzenie się \
lebów oraz sto\
ków piargowych u ich wylotów [2, s. 62]
- obrywanie, gwałtowne przemieszczanie się w dół stoku ogromnych mas skalnych,
- osuwanie, szybkie ześlizgiwanie się mas skalnych po stoku na skutek nasiąknięcia gruntu
wodÄ… (rys. 9),
Rys. 9. Przykłady osuwisk: a) osuwisko rotacyjne, b) osuwisko konsekwentno-zwietrzelinowe [2, s. 63]
- spełzywanie, powolne przemieszczanie się mas skalnych po stoku na skutek nasiąknięcia
gruntu wodÄ… (rys. 10),
Rys. 10. Spełzywanie pokrywy zwietrzelinowej lub ziemnej [2, s. 62]
- spływanie, przemieszczanie się luz
nego materiału silnie nasączonego wodą (rys. 11),
Rys. 11. Przykład spływania  strumienie gruzowe [2, s. 62]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
20
- spłukiwanie, przemieszczanie w dół stoku luz
nego materiału przez wody opadowe,
roztopowe.
Po przemieszczeniu materiału powstają nisze, \
leby, \
Å‚obki, bruzdy, wÄ…wozy,
a u podnó\
a narastajÄ… piargi, rumowiska skalne, piramidy ziemne. Ruchy masowe sÄ…
zdecydowanie niekorzystnym zjawiskiem. Człowiek z jednej strony często je potęguje, np.
wycinając lasy, stosując głęboką orkę, z drugiej strony stosuje liczne zabiegi mogące
ograniczyć ruch mas, np. poprzez zalesianie zboczy, stosując orkę wzdłu\
poziomicy.
W skrajnych sytuacjach mo\
na próbować technicznie zahamować procesy na stokach
wprowadzając cement w materiał stoku lub stosować kosztowną silifikację (wstrzykiwanie
szkła wodnego). Metody te nie zawsze dają oczekiwane rezultaty, stąd największą
skuteczność ma racjonalna gospodarka na powierzchniach pochylonych.
We wnętrzu Ziemi zachodzą procesy wywołane wysokim ciśnieniem górotworu
i znaczną temperaturą w głębszych warstwach skorupy ziemskiej. Procesy endogeniczne
obejmują ruchy izostatyczne, epejrogeniczne, wulkanizm, sejsmikę (trzęsienia Ziemi), ruchy
górotwórcze. Ruchy epejrogeniczne i izostatyczne dotyczą pionowego ruchu płyt litosfery lub
tylko ich części.
Ruchy izostatyczne powstają w wyniku zaburzenia równowagi izostatycznej, w jakiej
znajduje się sztywna litosfera unosząc się na plastycznej astenosferze. Przykładem tych
ruchów jest powolne dz
wiganie się Skandynawii po uwolnieniu od pokrywy lądolodu, która
pierwotnie spowodowała jej ugięcie. Obszar ten podniósł się ju\
o 250 m w ciÄ…gu ostatnich
10 000 lat. Z kolei Antarktyda ugina siÄ™ pod naciskiem przygniatajÄ…cej jÄ… masy
współczesnego lądolodu.
Ruchy epejrogeniczne spowodowane sÄ… powolnym, wielkoskalowym przemieszczaniem
siÄ™ magmy pod skorupÄ… ziemskÄ…, skutkiem czego jest podnoszenie lub obni\
anie lÄ…du.
Przykładem ruchów obni\
ajÄ…cych jest obszar Holandii. Wznoszenie epejrogeniczne
zaobserwowano m. in. nad Morzem Śródziemnym koło Neapolu (świadczą o tym ślady mał\
y
skałotoczy widoczne na słupach świątyni Serapisa). Ruchy epejrogeniczne nazywane są
inaczej lądotwórczymi, gdy\
przy ruchach obni\
ajÄ…cych zachodzi transgresja, czyli
wkraczanie morza na ląd, a przy wznoszących  regresja, czyli ustępowanie morza z lądu.
Platonizm dotyczy zjawisk związanych z przemieszczaniem się magmy w obrębie
skorupy ziemskiej. Tworzą się intruzje magmowe, czyli ciała skalne występujące w obrębie
starszych skał. Intruzje przybierają ró\
ne formy jak batolity, lakolity, \
yły, soczewki, kominy.
Wulkanizm obejmuje wszystkie zjawiska związane z wydobywaniem się płynnych,
stałych i gazowych produktów wulkanicznych, które stanowi magma oraz rozdrobnione siłą
wybuchu materiały skalne (piroklastyczne) i gazy wulkaniczne.
Miejsce ich wydobywania siÄ™, czyli erupcji, nazywamy wulkanem (rys. 12). Erupcja
dokonuje się albo poprzez komin i krater wulkanu  tworzą się wówczas sto\
ki wulkaniczne,
albo przez szczeliny, wtedy powstają rozległe pokrywy wulkaniczne. Przyczyną wybuchów
wulkanów jest ciśnienia gazów lub przemieszczenia materiału w skorupie ziemskiej
wyciskające płynną magmę ku powierzchni Ziemi.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
21
Rys. 12. Przekrój przez wulkan [11]
Ze względu na rodzaj wyrzucanego materiału wyró\
nia siÄ™ wulkany:
- płaskie, tarczowe, z których wydobywa się tylko lawa, np. wulkany Hawajów,
- eksplozywne, o gwałtownym wybuchu, wyrzucające tylko materiały piroklastyczne, czyli
bloki, okruchy skał, drobne fragmenty zastygłej w powietrzu lawy (bomby, lapille),
rozpyloną lawę tworzącą popioły, np. wulkany Gwatemali, Filipin,
- stratowulkany, mieszane, wyrzucające produkty płynne i stałe, stanowią większość
wulkanów na lądach, np. Wezuwiusz (Włochy), Fud\
ijama (Japonia).
Ze względu na częstotliwość wybuchów wulkany dzieli się na:
- czynne,
- drzemiÄ…ce,
- wygasłe, których wybuchu nie zachowała pamięć ludzka, wiele z nich stanowi jednak
wulkany drzemiÄ…ce.
Na świecie jest obecnie około 450 wulkanów lądowych. W Europie do czynnych
wulkanów nale\
Ä… m. in.: Etna na Sycylii, Stromboli na Wyspach Liparyjskich, Wezuwiusz,
Santoryn w Grecji, Hekla na Islandii. Obszary wygasłych wulkanów znajdują się m. in.
W Masywie Centralnym we Francji, w Górach Eifel w Niemczech, w Polsce  Góra Św.
Anny.
Występowanie wulkanów na Ziemi jest ściśle związane ze strefą młodej aktywności
górotwórczej i z obszarami aktywnych trzęsień Ziemi. W miejscach, gdzie jedna płyta
litosfery zagłębia się pod drugą, wulkany powstają na kontynencie wzdłu\
ich krawędzi oraz
wzdłu\
rowów oceanicznych, (rys. 13) np. wybrze\
e Pacyfiku, Europa Południowa, wyspy
Japonii, Filipin. Wulkany powstajÄ… tak\
e w miejscach rozsuwania się płyt litosfery, czyli
w grzbietach śródoceanicznych i w dolinach ryftowych, np. w Grzbiecie
Åšrodkowoatlantyckim, na Islandii, w Afryce Wschodniej.
Rys. 13. Powstawanie stef wulkanicznych wzdłu\
rowu oceanicznego [11]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
22
Trzęsienie Ziemi to nagłe przemieszczenie się mas skalnych w obrębie skorupy
ziemskiej. Wzbudzane są we wnętrzu Ziemi, rozprzestrzeniają się w postaci fal sejsmicznych,
których skutkiem są drgania, kołysania, falowania powierzchni. W zale\
ności od przyczyn
wyró\
niamy następujące trzęsienia Ziemi:
- tektoniczne  związane z ruchami płyt litosfery, ruchami górotwórczymi, izostatycznymi,
stanowią 90% wszystkich trzęsień,
- wulkaniczne  towarzyszą wybuchom wulkanów lub przemieszczeniom magmy
w skorupie ziemskiej, stanowią 7% wszystkich trzęsień,
- zapadliskowe  wywołane zapadaniem stropu jaskini, wyrobisk górniczych, nale\
Ä… do
najsłabszych i najrzadszych (3%).
Ze względu na stopień zagro\
enia wstrząsami sejsmicznymi, ich częstotliwość oraz siłę,
wyró\
nia siÄ™:
- obszary sejsmiczne z aktywnymi, częstymi wstrząsami, do których nale\
Ä… regiony
młodych górotworów, a zwłaszcza obszary wokół Pacyfiku  Andy, Kordyliery, Japonia,
Nowa Zelandia, Melanezja, przypada na nie 80 % trzęsień Ziemi. Drugą strefą
sejsmiczną jest rejon śródziemnomorski oraz obszar ciągnący się od Iranu przez Pamir,
północne Indie do Półwyspu Malajskiego,
- obszary pensejsmiczne z rzadkimi i słabymi wstrząsami np. Masyw Centralny, obszar
Morza Północnego, Ural, Wielkie Góry Wododziałowe,
- obszary asejsmiczne, nie nawiedzane przez wstrzÄ…sy czyli stare platformy kontynentalne.
y
ródło fal sejsmicznych podczas trzęsienia Ziemi znajduje się w głębi Ziemi i stanowi
ognisko trzęsienia Ziemi, czyli hipocentrum. Z ogniska rozchodzą się fale we wszystkich
kierunkach docierajÄ…c do powierzchni Ziemi. Punkt na powierzchni znajdujÄ…cy siÄ™
w najkrótszej odległości od hipocentrum, do którego fale sejsmiczne docierają najwcześniej,
to epicentrum. Tu wstrzÄ…s jest najsilniej odczuwalny i powoduje najdotkliwsze zniszczenia.
Ruchy górotworu związane są z przemieszczaniem się płyt litosfery, następuje w strefach,
gdzie:
- dwie płyty kontynentalne w wyniku ruchów poziomych nasuwają się na siebie
doprowadzając do zderzenia (kolizji), np. Płyta Afrykańska i Euroazjatycka, Płyta
Dekanu i Euroazjatycka. W ten sposób powstały Alpy i Himalaje z osadów basenu
oceanicznego zawartego między napierającymi płytami. Stopniowe kurczenie się basenu
powoduje boczne naciski i fałdowanie się osadów. Sfałdowana strefa zwiększa
obciÄ…\
enie litosfery i w wyniku zachwiania równowagi skorupy ziemskiej pojawiają się
ruchy pionowe, wynoszące sfałdowany obszar (rys. 14),
-
Rys. 14. Schemat wypiętrzenia Himalajów [11]
- nastąpi kolizja płyty kontynentalnej z oceaniczną, płyta oceaniczna wsuwa się wtedy pod
kontynentalną (subdukcja), czemu towarzyszy zdzieranie z jej powierzchni osadów,
fałdowanie i przyrastanie do powierzchni kontynentów  przykładem są góry
okołopacyficzne  Andy, Kordyliery.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
23
Proces powstawania gór jest niezwykle powolny. Deformacje, czyli zniekształcenia
osadów oceanicznych, są jednak ogromne i świadczą o olbrzymich siłach. Trzon gór tworzą
skały przeobra\
one, a otaczają je skały osadowe lądowo-morskie. Znaczne partie obszarów
górskich tworzy flisz, czyli naprzemianlegle uło\
one warstwy piaskowców, zlepieńców
i łupków. Strefy fliszowe stanowią najczęściej zewnętrzne partie gór. Procesy powstawania
gór tworzą cykl górotwórczy obejmujący kilka następujących po sobie etapów, czyli stadiów
rozwoju:
- gromadzenie siÄ™ grubej (powy\
ej kilku kilometrów) serii osadów na dnie morza,
- fałdowanie osadów w wyniku nacisków bocznych,
- wypiętrzanie sfałdowanych osadów,
- niszczenie i zrównywanie gór przez czynniki zewnętrzne.
4.2.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie czynniki powodują zmiany na powierzchni Ziemi lub w jej wnętrzu?
2. Na czym polegajÄ… procesy egzogeniczne?
3. Jak przebiega proces wietrzenia?
4. Na czym polegajÄ… procesy endogeniczne?
5. Jakie są przyczyny wybuchów wulkanów?
6. Gdzie występuje największa ilość trzęsień Ziemi?
7. Jak powstają góry?
8. Na czym polega ruch mas skalnych na powierzchni Ziemi?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na mapie otrzymanej od nauczyciela zaznacz tereny, gdzie występują ruchy tektoniczne
i wybuchy wulkanów, określ ich przyczyny.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeanalizować treść mapy,
2) odszukać na mapie tereny nara\
one na trzęsienia Ziemi i wybuchy wulkanów,
3) zaznaczyć tereny,
4) określić poło\
enie i rzez
bę zaznaczonych obszarów,
5) wyjaśnić przyczyny ruchów tektonicznych i wybuchów wulkanów na zaznaczonych
terenach,
6) zapisać wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
- mapka otrzymana od nauczyciela,
- atlas geograficzny.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
24
Ćwiczenie 2
Określ, jakie procesy geologiczne zachodzą na obszarze Twojego kraju, regionu lub na
obszarze wskazanym przez nauczyciela i jakie sÄ… ich przyczyny i skutki.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) wyjaśnić budowę geologiczną analizowanego obszaru,
2) wskazać formy rzez
by terenu,
3) określić rodzaj skał budujących,
4) określić zjawiska endogeniczne i endogeniczne na analizowanym obszarze,
5) określić skutki zjawisk,
6) zapisać wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
- mapka obszaru,
- atlas geograficzny,
- atlas geologiczny,
- atlas hydrogeologiczny.
Ćwiczenie 3
Określ, jakie sfery Ziemi kształtowane są przez procesy egzogeniczne, wymień ich
przykłady i określ genezę.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zdefiniować zjawisko procesów egzogenicznych,
2) wymienić przyczyny procesów egzogenicznych,
3) nazwać procesy egzogeniczne,
4) określić strefy Ziemi kształtowane przez procesy egzogeniczne,
5) sformułować wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
- atlas geograficzny,
- literatura pozycje 1 3,
- komputer z dostępem do Internetu.
Ćwiczenie 4
Scharakteryzuj wpływ czynników atmosferycznych (wiatr, deszcz, Słońce itp.) na formy
ukształtowania powierzchni Ziemi.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) scharakteryzować czynniki atmosferyczne,
2) określić wpływ czynników na skorupę ziemską,
3) wymienić formy terenu powstające przy udziale tych czynników,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
25
4) określić pozytywne i negatywne skutki działalności czynników atmosferycznych,
5) zapisać wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
- atlas geograficzny,
- literatura z rozdziału 6.
Ćwiczenie 5.
Rozpoznaj typy ruchów masowych, i określ ich przyczyny oraz mo\
liwości
zapobiegania.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zdefiniować pojęcie ruchów masowych,
2) nazwać osuwiska,
3) określić przyczyny ruchów masowych,
4) przeanalizować rysunki i nazwać ruchy masowe,
5) określić przyczyny ruchów masowych dla przykładów,
6) określić skutki ruchów masowych,
7) zaproponować formy ochrony przed ruchami masowymi,
8) zapisać wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
- komputer z dostępem do Internetu,
- atlas geograficzny,
- literatura z punktu 6.
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wymienić procesy endogeniczne i egzogeniczne?
1
1

2) wyjaśnić mechanizm erupcji wulkanu?
1
1

3) sklasyfikować obszary ze względu na częstotliwość wstrząsów
sejsmicznych? 1
1

4) określić przyczyny trzęsień Ziemi?
1
1

5) scharakteryzować mechanizm formowania łańcuchów górskich?
1
1

6) wymienić rodzaje ruchów mas skalnych?
1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
26
4.3. Badania geofizyczne
4.3.1. Materiał nauczania
Geofizyka jest dziedziną nauki, w której bada się Ziemię jako planetę metodami
naukowymi stosowanymi w fizyce. W zale\
ności od zakresu badań geofizykę dzieli się na:
- geofizykÄ™ stosowanÄ… zwanÄ… te\
poszukiwawczÄ…, obejmujÄ…cÄ… badania ukierunkowane na
rozpoznanie przypowierzchniowych warstw skorupy ziemskiej. Wszystkie metody
geofizyki stosowanej opierają się na znajomości parametrów fizycznych skał, takich jak:
oporność właściwa, gęstość objętościowa, moduł Younga, naturalna promieniotwórczość
i in. oraz wykorzystujÄ… pola fizyczne,
- geofizykę otworową, która stanowi zespół metod geofizycznych realizowanych
w otworze wiertniczym.
Geofizyka dostarcza szczegółowych informacji o:
- profilu litologicznym otworu,
- parametrach fizycznych skał (porowatość, obecność płynów zło\
owych),
- stanie technicznym otworu (nieszczelności, ucieczki płuczki),
- stanie ośrodka skalnego w warunkach naturalnego zalegania.
Otwór wiertniczy to wyrobisko w kształcie otworu o cylindrycznym kształcie, o znacznie
większej głębokości w stosunku do średnicy. Ukończony otwór wiertniczy nazywa się
odwiertem.
Pomiary geofizyczne wykonywane w otworach wiertniczych nazywamy profilowaniem
i oznaczamy literą P. Nazwa profilowania pochodzi od mierzonej własności fizycznej (np.
mierzenie oporności elektrycznej to profilowanie oporności PO). Pomiarów dokonuje się
sondami, zazwyczaj podczas ruchu z dołu do góry.
Do metod badania skorupy ziemskiej nalezÄ…:
- grawimetria,
- sejsmika,
- magnetometria,
- metody georadarowe.
Znaczenie badań geofizycznych wa\
ne jest dla hydrogeologii, gdy\
nierównomierność
rozmieszczenia otworów hydrogeologicznych oraz głębokość studni przekraczających 100 m
powoduje niewielki stopień rozpoznawania warunków hydrogeologicznych. Dlatego dane
geofizyczne stanowią główne z
ródło informacji dotyczących warunków hydrogeologicznych
w otworach wiertniczych. Wyniki badań dotyczą:
- pionowej zmienności mineralizacji wód z wydzieleniem granicy wód słodkich oraz
słonych,
- wydzielenia stref inwersji mineralizacji (obecność wód wysłodzonych wśród zasolonych,
np. w utworach kredy dolnej),
- rzeczywistych granic warstw wodonośnych,
- szacunkowych zasobów eksploatacyjnych dla analizowanych otworów,
- tworzenia modeli fizycznych ośrodka dla interpretacji wyników powierzchniowych
metod geofizycznych, takich jak metoda geoelektryczna, grawimetryczna, a w dalszej
perspektywie równie\
metoda sejsmiczna.
Grawimetria jest to nauka zajmująca się pomiarami przyspieszenia ziemskiego dla badań
pola grawitacyjnego Ziemi. Pozwala ona na podstawie anomalii siły pola grawitacyjnego
określić warstwy, które tworzą w danym miejscu skorupę ziemską oraz wykryć du\
e pustki.
W grawimetrii mierzy się składową pionową siły cię\
kości, będącej sumą siły grawitacji i siły
odśrodkowej. Przyrząd wykorzystywany w grawimetrii to grawimetr (rys. 15).
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
27
Rys. 15. Automatyczny grawimetr firmy Scintrex  Autograv CG-3 [8]
Grawimetr jest przyrzÄ…dem do pomiaru zmian przyspieszenia ziemskiego w dwu
punktach. Zasada działania grawimetru opiera się na porównaniu cię\
aru ciała w danych
warunkach (miejscu) ze stałą siłą sprę\
ystości. Ze względu na to, \
e obserwowane odchylenia
od przeciętnego poło\
enia równowagi są zazwyczaj bardzo małe, grawimetry wyposa\
ane sÄ…
w układy pomocnicze słu\
Ä…ce wzmocnieniu obserwowanego efektu. Ponadto grawimetry
muszą być stabilizowane temperaturowo, dla uniknięcia błędów wynikających ze zmian
sprÄ™\
ystości wywołanej zmianami temperatury. Czułość współczesnych grawimetrów sięga
setnych części mgal (Gal). Badania grawimetryczne znajdują zastosowanie tam, gdzie
szukany obiekt charakteryzuje się inną gęstością ni\
skały go otaczające. Grawimetria mo\
e
być stosowana do poszukiwań złó\
kopalin u\
ytecznych, złó\
rud, a tak\
e do badań mających
na celu uściślenie budowy geologicznej na badanym obszarze [6].
W Polsce szeroko stosowana jest równie\
mikrograwimetria, szczególnie do badań
związanych z ochroną środowiska oraz badań archeologicznych prowadzących do
wykrywania nieznanych krypt w kościołach, piwnic, podziemnych lochów itp. Na rys. 16
przedstawiono przykładowe zastosowanie metod mikrograwimetrii.
Rys. 16. Wyniki badań mikrograwimetrycznych w rejonie zapadliska, powstałego
na obszarze średniowiecznej eksploatacji złó\
rud złota [8]
Sejsmika obejmuje metody badania skorupy ziemskiej polegajÄ…ce na wzbudzaniu, za
pomocą materiałów wybuchowych albo specjalnych urządzeń, lub wykorzystywaniu
powstałych naturalnie w wyniku trzęsienia Ziemi, fal sejsmicznych i ich rejestracji za pomocą
sejsmografów lub geofonów. Metoda ta wykorzystywana jest w geofizyce poszukiwawczej
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
28
i w badaniu budowy Ziemi. ZnajÄ…c czas i miejsce powstania fal oraz moment ich dotarcia do
ró\
nych punktów na kuli ziemskiej, mo\
na obliczyć prędkość wędrówki fal na ró\
nych
głębokościach. Następnie wyznaczone w ten sposób prędkości nale\
y porównać
z prędkościami zmierzonymi w skałach występujących na powierzchni, by określić, jakie
skały mogą występować w analizowanym przedziale głębokości skorupy ziemskiej. Proces
ten nazywa się profilowaniem sejsmicznym, które oznacza identyfikację wielkoskalowych
struktur geologicznych na podstawie analizy przebiegu fal sejsmicznych (najczęściej
sztucznie wywołanych). Polega głównie na analizie obrazów horyzontów i refleksów
sejsmicznych.
Przyrządem stosowanym do badań jest sejsmograf (rys. 17), który wykrywa i rejestruje
przebieg drgań powierzchni Ziemi wywołanych naturalnymi wstrząsami sejsmicznymi lub
sztucznymi, np. poprzez eksplozję materiałów wybuchowych. Drgania zapisane są na
sejsmogramie, z którego mo\
na odczytać czas przejścia, amplitudę i okres wahań określonych
fal sejsmicznych.
Rys. 17. Sejsmograf [6]
Na rys. 18 przedstawiono schemat budowy sejsmografu.
Rys. 18. Schemat sejsmografu [6]
Głównym elementem sejsmografu jest sejsmometr, którego podstawową częścią jest
masa bezwładna zawieszona w taki sposób, \
e tworzy wahadło fizyczne (pionowe lub
poziome). Okres drgań własnych wahadła powinien być du\
y w porównaniu z okresem drgań
gruntu, gdy\
wtedy środek wahadła mo\
na traktować jako stały punkt odniesienia, względem
którego określa się wielkość i kierunek drgań gruntu. Drgania gruntu są przetwarzane na
impulsy elektryczne, wzmacniane i rejestrowane za pośrednictwem galwanometru na taśmie
światłoczułej lub w pamięci komputera. Zapis drgań gruntu przez sejsmograf nosi nazwę
sejsmogramu (rys. 18). Pozwala na wyznaczenie czasu przyjścia fal sejsmicznych ró\
nego
typu do stacji sejsmologicznej oraz na określenie amplitud i okresów tych fal.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
29
Rys. 19. Przykładowy sejsmogram. Hodograf (czerwona hiperbola) wskazuje szereg sygnałów
pochodzÄ…cych od pojedynczej warstwy odbijajÄ…cej [6]
OdmianÄ… pomiaru fal sejsmicznych jest sejsmika refleksyjna, wykorzystujÄ…cÄ… odbicia fali
sejsmicznej od struktur podziemnych do stworzenia obrazu sejsmicznego. Pomiar polega na
emisji fali sejsmicznej przez z
ródło sejsmiczne w punkcie wzbudzenia, a następnie rejestracji
sygnałów przez czujniki drgań umieszczone na powierzchni ziemi w punktach odbioru.
Drgania te są wynikiem propagacji i odbić fali sejsmicznej w głębi ziemi. Przy projektowaniu
punktów wzbudzenia i odbioru nale\
y przestrzegać tzw. Zasady wielokrotnego pokrycia 
przez ka\
dy punkt odbicia powinno przechodzić 70 do 100 tras sejsmicznych. Ma ona na celu
wzmocnienie sygnału pochodzącego z ka\
dego punktu odbicia.
Dane otrzymane w trakcie badań nale\
y przetworzyć, aby otrzymać obraz struktury
geologicznej, w tym celu wykonuje się następujące operacje:
- filtrowanie sygnałów, które pozwala na eliminację zbędnych sygnałów (szumu, fal
powierzchniowych, fal ugiętych itp.) i pozostawienie jedynie sygnałów pochodzących od
odbić fali sejsmicznej od granic warstw,
- wprowadzenie poprawek statycznych i dynamicznych (poprawka statyczna polega na
uwzględnieniu wpływu topografii terenu i strefy małych prędkości i nie zale\
y od czasu,
wprowadzana jest w dowolnym momencie przetwarzania danych, poprawka dynamiczna
polega na przeliczeniu czasów zmierzonych na poszczególnych trasach na czas podwójny
pionowy, zmierzony w punkcie le\
Ä…cym najbli\
ej punktu wzbudzenia, nale\
y jÄ…
wprowadzić przez sumowaniem,
- sumowanie obrazów prowadzone według specjalnych reguł, pozwalających na uzyskanie
sekcji czasowej (sumy końcowej),
- korekcja i analiza prędkości wykonywana w celu uzyskania głębokości odpowiadającej
obiektowi poprzez wykonanie obliczeń opartych na analizie prędkości fal sejsmicznych
i przeło\
eniu czasu na głębokość,
- migracja promienia sejsmicznego jest to specjalna procedura, pozwalająca na uło\
enie
sygnałów odbić w odpowiednich miejscach, pozwala określić rzeczywisty upad warstw,
- dekonwolucja pozwala na wyeliminowanie z obrazu wpływu formy fali sejsmicznej
i poprawia rozdzielczość pionową (czasową) uzyskanej sekcji sejsmicznej.
Końcowym wynikiem przetwarzania jest obraz sejsmiczny, pokazujący uło\
enie warstw
geologicznych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
30
Rys. 20. Przykładowa sekcja czasowa z zaznaczonymi warstwami geologicznymi.
Zaznaczona pośrodku strefa wskazuje maskowanie głębszych interfejsów geologicznych
wywołane obecnością jaskini [6]
Początkowo sejsmika refleksyjna słu\
yła jako jedno z narzędzi poszukiwań
węglowodorów, w szczególności ropy naftowej i gazu ziemnego. Z czasem liczba ró\
nych
zastosowań rosła i w chwili obecnej metoda ta znajduje wiele ró\
nych zastosowań, wszędzie
tam, gdzie wymagana jest dokładna znajomość struktury geologicznej terenu. Kilka
przykładów:
- budownictwo  ocena stateczności podło\
a,
- in\
ynieria lądowa  ocena ryzyka związanego z istnieniem pozostałości po eksploatacji
górniczej,
- ochrona środowiska  wykrywanie potencjalnych lub istniejących zanieczyszczeń wód
gruntowych,
- górnictwo  wykrywanie złó\
kopalin,
- archeologia  wykrywanie pozostałości budowli znajdujących się pod wodą.
Innym przyrzÄ…dem stosowanym do rejestrowania fal sejsmicznych i przetwarzania ich na
impuls elektryczny jest geofon (rys. 21).
Rys. 21. Szerokopasmowy geofon firmy Geometrics [6]
Jest czujnikiem na napięcie elektryczne, przetwarzającym prędkość drgań podło\
a, do
którego jest przytwierdzony. Podstawowym elementem geofonu jest cewka oraz bezwładna
masa. Dzięki zjawisku indukcji elektrycznej wzajemne przemieszczenia cewki oraz masy
powodują powstawanie na zaciskach geofonu napięcia proporcjonalnego do prędkości
mierzonych drgań.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
31
Geofon jest wahadłem i posiada własną częstotliwość oscylacji. W zale\
ności od
zastosowań, w obwód z geofonem włącza się w szereg rezystor, dobranych tak, aby jak
najbardziej stłumić drgania własne bez pogorszenia parametrów niezbędnych dla poprawnej
rejestracji drgań.
Geofony są preferowane jako czujniki drgań sejsmicznych, ze względu na swoją wysoką
dynamikę, prostą budowę, wysoką odporność mechaniczną i niski poziom szumów własnych.
Wysokiej klasy geofony reagują na minimalne nawet drgania podło\
a, przetwarzane na
napięcia rzędu mikrowoltów i oferują dynamikę przekraczającą 100 dB. Jednak wysoka
czułość geofonu utrudna proces pomiarowy, poniewa\
powoduje rejestracjÄ™ niepo\
Ä…danych
sygnałów, przede wszystkim wszelkiego rodzaju hałasu otoczenia.
Magnetometria dzieli się na stosowaną i środowiska, pierwsza zajmuje się
poszukiwaniami i rozpoznawaniem struktur geologicznych zbudowanych ze skał o dodatnich
własnościach magnetycznych  głównie skał magmowych i rud \
elaza, druga określa
zastosowanie metod magnetycznych w badaniach środowiska naturalnego. Badania
magnetyczne na tle innych metod geofizycznych stosowanych do oceny stanu środowiska
naturalnego charakteryzują się wysoką efektywnością (niskie koszty i du\
a szybkość
wykonywania badań), są bezinwazyjne i obejmują: pomiary całkowitego pola magnetycznego
Ziemi przy u\
yciu magnetometrów protonowych (rys. 22), pomiary gradientów poziomych
lub pionowych pola magnetycznego Ziemi przy u\
yciu gradiometrów (rys. 23).
Rys. 22. Pomiar całkowitego pola magnetycznego Ziemi przy u\
yciu magnetometru protonowego [8]
Stosowanie odpowiednio gęstej sieci pomiarowej pozwala na uzyskanie informacji
o obecności obiektów pochodzenia antropogenicznego znajdujących się pod powierzchnią
Ziemi, które mogą stanowić m.in. zagro\
enie \
ycia ludzkiego (np. niewybuchy, rurociÄ…gi
gazowe), być z
ródłem groz
nego dla zdrowia ludzi zanieczyszczenia środowiska (np.
pojemniki z toksycznymi substancjami, odpadami), stanowić istotne zagro\
enie przy
wykonywaniu ró\
nego typu prac in\
ynierskich (budowlanych) w danym obszarze. W ciÄ…gu
ostatnich 20 lat obserwuje siÄ™ szerokie zastosowanie metody magnetycznej w badaniach
archeologicznych, która okazała się bardzo przydatna w lokalizacji pogrzebanych zabudowań
(budowle, mury ceglane) (rys. 23), cmentarzysk i ró\
nych innych przejawów działalności
człowieka (np. wytop \
elaza).
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
32
Rys. 23. Pomiary całkowitego pola magnetycznego Ziemi przy u\
yciu gradiometru [8]
Metody georadarowe oparte są na stosowaniu fal radiowych, najczęściej
o częstotliwościach 10 1000 MHz do kartowania geologicznego warstw
przypowierzchniowych i lokalizacji obiektów antropogenicznych pod powierzchnią Ziemi.
Georadar (GPR) to wysokorozdzielcza, mobilna i bezinwazyjna metoda geofizyczna
przedstawiająca w sposób graficzny ciągłą strukturę badanego ośrodka.
Zestaw do badań GPR składa się z dwóch anten: nadawczej i odbiorczej, centralnej
jednostki sterującej sygnałem i rejestratora w postaci komputera typu laptop. W trakcie
pomiaru wykorzystuje się generowanie i wysyłanie impulsu fali elektromagnetycznej
o odpowiedniej częstotliwości. W badanym ośrodku sygnał georadarowy ulega tłumieniu,
załamaniu oraz odbiciu na kolejnych granicach ośrodka o ró\
nych własnościach. Odbite echo
jest zapisywane w formie cyfrowej przez rejestrator do dalszego przetwarzania i interpretacji.
Rys. 24. Schemat działania georaru [9]
Georadar jest bardzo czuły na podstawowe parametry związane z przepływem prądu,
głównie zmianę stałej dielektrycznej w ośrodku na drodze propagacji fali
elektromagnetycznej. Stała dielektryczna ośrodka dywersyfikuje typy litologiczne, zmiany
stanu nasycenia gruntów oraz defekty w ich strukturze. Prześwietlanie georadarem jest
wykonywane zestawem pomiarowym prowadzonym bezpośrednio po badanej powierzchni.
Przetwarzanie zarejestrowanych danych georadarowych odbywa siÄ™ z wykorzystaniem
specjalistycznego, interaktywnego oprogramowania, które pozwala na uzyskanie
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
33
rzeczywistych danych takich jak np.: warstwowanie gruntów i skał, budowa strukturalna,
zawodnienie, zlokalizowane ciała obce, pustki, znaleziska archeologiczne i wiele innych.
Georadar znajduje zastosowanie podczas:
- badania i monitoringu wałów przeciwpowodziowych oraz innych budowli
hydrotechnicznych,
- analizy struktury podtorza oraz nasypów kolejowych,
- lokalizacja pustek i szczelin,
- określania granic litologicznych i grubości warstw,
- lokalizacji zbiorników, beczek, rurociągów i sieci podziemnych (metalowych i nie
metalicznych),
- inwentaryzacji obszarów zurbanizowanych i poprzemysłowych (pogrzebane fundamenty,
piwnice, metalowe konstrukcje,
- mapowania istniejących i historycznych składowisk odpadów,
- lokalizacji i dokumentowania struktury stropów i murów,
- lokalizacji zbrojenia, ciągów kanalizacyjnych, wentylacyjnych, ukrytego okablowania,
- badania pustek, nieciągłości, infrastruktury pod dnem,
- odnajdywania stref zawodnionych, miejsc uprzywilejowanej filtracji, przecieków,
poziomów wodonośnych,
- lokalizacji pustek, pęknięć, szczelin, rozwarstwień itp. [9]
4.3.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Czym zajmuje siÄ™ geofizyka?
2. Jakie są metody badań geofizycznych?
3. Na czym polega metoda sejsmiczna badań geofizycznych?
4. Jakie urzÄ…dzenia stosowane sÄ… do pomiaru fal sejsmicznych?
5. Co to jest grawimetria?
6. Na czym polega zasada działania georadaru?
7. Na czym polegajÄ… metody magnetyczne?
8. Co jest efektem badań geofizycznych?
9. Jaki jest zwiÄ…zek geofizyki z hydrogeologiÄ…?
10. Gdzie znajdujÄ… zastosowanie badania geofizyczne?.
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na podstawie mapy geologicznej narysuj profil geologiczny terenu według instrukcji
przygotowanej przez nauczyciela. Oznacz odpowiednio otwory wiertnicze oraz wprowadz

odpowiednie oznaczenia litologiczne.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeanalizować materiały otrzymane od nauczyciela,
2) posłu\
yć się instrukcją do wykonania ćwiczenia,
3) odnalez
ć na mapie otwory wiertnicze wskazane w instrukcji,
4) określić wysokość punktów badawczych n.p.m.,
5) na papierze milimetrowym wykreślić osie współrzędne (na osi odciętych zaznaczyć
odległości poziome, na osi rzędnych wysokości),
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
34
6) nanieść otwory badawcze na wykres w odpowiedniej skali,
7) zaznaczyć warstwy gruntu zalegające pod poziomem terenu,
8) wprowadzić oznaczenia litologiczne warstw,
9) pokolorować odpowiednio warstwy,
10) opisać rysunek.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
- papier milimetrowy,
- instrukcja do ćwiczenia,
- mapa geologiczna z zaznaczonymi otworami wiertniczymi,
- wykaz otworów badawczych z opisem warstw zalegających pod poziomem terenu
i poło\
enia zwierciadła wody,
- oznaczenia i znaki litologiczne.
Ćwiczenie 2
Dobierz metody badań geofizycznych potrzebnych do poszukiwań surowców naturalnych
oraz badań geotechnicznych i ochrony środowiska. Scharakterzyuj ich wady i zalety.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) określić zakres i cel badań geotechnicznych,
2) wymienić metody badań geofizycznych,
3) odszukać w literaturze i Internecie informacji dotyczących badań geofizycznych,
4) określić dane otrzymywane w wyniku badań geofizycznych,
5) określić mo\
liwości zastosowania metod do odnajdywania złó\
surowców naturalnych,
badań geotechnicznych i ochrony środowiska,
6) zapisać w tabeli wady i zalety poszczególnych metod.
7) zapisać wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
- literatura pozycje 4 9,
- materiały dotyczące badań geofizycznych.
Ćwiczenie 3
Wymień metody badania trzęsień Ziemi, scharakteryzuj wybraną, określ jej wady
i zalety.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zdefiniować pojęcie trzęsienia Ziemi,
2) określić przyczyny trzęsień Ziemi,
3) wskazać metody geofizyczne stosowane w sejsmologii,
4) scharakteryzować wybraną metodę,
5) określić wady i zalety metody oraz jej skuteczność,
6) zapisać wnioski.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
35
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
- literatura pozycje 4 9,
- komputer z dostępem do Internetu.
Ćwiczenie 4
Scharakteryzuj, kiedy i dlaczego nale\
y przeprowadzić badania geofizyczne?
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) określić zakres i cel badań geotechnicznych,
2) wymienić metody badań geofizycznych,
3) odszukać w literaturze i Internecie informacji dotyczących badań geofizycznych,
4) określić kiedy nale\
y wykonywać badania geofizyczne,
5) przewidzieć skutki nie wykonania badań,
6) zapisać wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
- poradnik dla ucznia,
- literatura pozycje 4 9,
- komputer z dostępem do Internetu.
Ćwiczenie 5
Uzasadnij, dlaczego georadar znajduje zastosowanie podczas monitoringu i budowy
wałów przeciwpowodziowych oraz budowli hydrotechnicznych.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) określić zakres i cel badań geotechnicznych z wykorzystaniem georadaru,
2) wymienić wady i zalety metody badań georadarem,
3) scharakteryzować budowle hydrotechniczne i określić warunki ich posadowienia oraz
eksploatacji,
4) określić zastosowanie georadaru podczas monitoringu i budowy wałów
przeciwpowodziowych i budowli hydrotechnicznych,
5) zapisać wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- papier formatu A4, flamastry,
- literatura pozycje 4 9,
- komputer z dostępem do Internetu.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
36
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) określić cele i zadania geofizyki?
1
1

2) przedstawić zasadę działania sejsmografu?
1
1

3) wymienić sprzęt stosowany do badań geofizycznych?
1
1

4) scharakteryzować metody magnetyczne badania powierzchni Ziemi?
1
1

5) określić zastosowanie badań geofizycznych?
1
1

6) scharakteryzować działanie georadaru?
1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
37
5. SPRAWDZIAN OSI
GNI
Ć
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uwa\
nie instrukcjÄ™.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartÄ™ odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań. Do ka\
dego zadania dołączone są 4 mo\
liwości odpowiedzi.
Tylko jedna jest prawidłowa.
5. Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki nale\
y błędną odpowiedz
zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedz
prawidłową.
6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłó\
jego rozwiÄ…zanie
na póz
niej i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.
8. Na rozwiÄ…zanie testu masz 35 min.
Powodzenia!
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
38
ZESTAW ZADAC
TESTOWYCH
1. Substancje chemiczne powstające na drodze naturalnych procesów geologicznych to
a) minerały.
b) skały.
c) piaski.
d) zaprawy.
2. Naturalne skupiska minerałów to
a) kryształy.
b) pierwiastki chemiczne.
c) skały.
d) iniekcje.
3. Skorupa ziemska zbudowana jest głównie ze skał zasobnych w
a) krzem i magnez.
b) nikiel i \
elaza.
c) magnez i \
elazo.
d) krzem i glin.
4. Strefa nieciągłości rozdzielająca skorupę ziemską od płaszcza Ziemi to strefa nieciągłości
a) Mohorovicica.
b) Gunenberga.
c) Galicyna.
d) Wiherta.
5. W barysferze znajduje siÄ™
a) skorupa ziemska.
b) płaszcz zewnętrzny.
c) jÄ…dro Ziemi.
d) płaszcz wewnętrzny.
6. Na rysunku przedstawiona została
struktura skał:
a) magmowych.
b) metamorficznych.
c) przeobra\
onych.
d) osadowych.
7. GorÄ…ca ruchliwa materia, stanowiÄ…ca
krzemianowy stop występująca w głębi Ziemi to
a) erupcja.
b) magma.
c) lawa.
d) intruzja.
8. Proces powstawania skał przeobra\
onych określany jest mianem
a) erozji.
b) akumulacji.
c) metamorfizmu.
d) platonizmu.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
39
9. Bazalt nale\
y do skał magmowych
a) wylewnych.
b) głębinowych.
c) \
yłowych.
d) zasadowych.
10. Na rysunku symbolem oznaczone zostały
skały magmowe
a) wylewne.
b) piroklastyczne.
c) plutoniczne.
d) otaczajÄ…ce.
11. Proces niszczenia skał pod wpływem wody,
nasłonecznienia i działania organizmów to
a) erozja.
b) akumulacja.
c) wietrzenie.
d) denudacja.
12. Zjawiska zwiÄ…zane z przemieszczaniem siÄ™ magmy pod skorupÄ… ziemskÄ… noszÄ… nazwÄ™
a) erupcji.
b) wulkanizmu.
c) platonizmu.
d) magnetyzmu.
13. Przedstawiony na rysunku wulkan powstał
w wyniku
a) rozsuwania się płyt litosfery od siebie.
b) wsuwania się jednej płyty litosfery pod
drugÄ….
c) w miejscach kolizji płyt litosfery.
d) zagłębiania się płyty oceanicznej pod kontynentalną.
14. Przyrząd słu\
Ä…cy do pomiaru fal sejsmicznych i przetwarzania ich na impulsy elektryczne
to
a) geofon.
b) heliograf.
c) grawimetr.
d) manometr.
15. UrzÄ…dzenie umo\
liwiające rejestrację drgań gruntu na taśmie sejsmografu lub w pamięci
komputera to
a) rezystor.
b) galwanometr.
c) rysik.
d) generator.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
40
16. Ruchy masowe zwietrzeliny skalnej powstajÄ… wskutek
a) siły tarcia.
b) siły cię\
kości.
c) siły Coriolisa.
d) siły odśrodkowej.
17. Na rysunku przedstawiono przykład ruchów
masowych w postaci
a) osuwiska.
b) spływu.
c) zsuwu.
d) obrywania.
18. Zbiór cech i właściwości skał obserwowanych
makroskopowo to
a) litologia.
b) paleontologia.
c) geofizyka.
d) metamorfizm.
19. Wulkany wyrzucające produkty płynne i stałe to
a) wulkany tarczowe.
b) stratowulkany.
c) wulkany eksplozywne.
d) wulkany wygasłe.
20. W celu określenia prędkości fal sejsmicznych na ró\
nych głębokościach nale\
y posiadać
dane na temat
a) klimatu na danym terenie.
b) warunków hydrogeologicznych.
c) czasu i miejsca powstania fali oraz momentu dotarcia jej do punktu na kuli
ziemskiej.
d) zmian klimatycznych oraz trzęsień ziemi w ostatnich 100 latach.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
41
KARTA ODPOWIEDZI
ImiÄ™ i nazwisko ...............................................................................
Prowadzenie badań geofizycznych
Zakreśl poprawną odpowiedz
.
Nr
Odpowiedz
Punkty
zadania
1. a b c d
2. a b c d
3. a b c d
4. a b c d
5. a b c d
6. a b c d
7. a b c d
8. a b c d
9. a b c d
10. a b c d
11. a b c d
12. a b c d
13. a b c d
14. a b c d
15. a b c d
16. a b c d
17. a b c d
18. a b c d
19. a b c d
20. a b c d
Razem:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
42
6. LITERATURA
1. Kowalski J.: Hydrogeologia z podstawami geologii. PWN, Warszawa 1997
2. Otołęga Z. (red.): Encyklopedia geograficzna świata. Tom IX. Ziemia. OPRES, Kraków
1997
3. Pisarczyk S.: Mechanika gruntów z fundamentowaniem. WSiP, Warszawa 1991
4. http://gr.introne.com.htm
5. http://oen.dydaktyka.agh.edu.pl
6. http://pl.wikipedia.org
7. http://portalwiedzy.onet.pl
8. http://www.geofizyka.agh.edu.pl
9. http://www.georadar.pl/georadar.htm
10. http://www.igf.edu.pl
11. http://www.sciaga.pl/prace/getattach.html
12. http://www.wynalazki.mt.com.pl.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
43