Wykład 1.

Geologia-nauka zajmująca się budową geologiczną, dziejami Ziemi i procesami zachodzącymi w skorupie ziemskiej; wykorzystanie:

-górnictwo

-hutnictwo

-lecznictwo

-budownictwo

-inne

Aktualizm geologiczny-zasada geol. przyjmująca, że czynniki fizyczne i chemiczne oddziałujące na Ziemię i na skorupę ziemską, a zatem także procesy fizyczne i chemiczne były w przeszłości podobne do dzisiejszych, co pozwala na podstawie współczesnych obserwacjach określać przebieg dawnych procesów geologii. Metoda ta streszcza się w haśle "teraźniejszość jest kluczem do przeszłości", a na podstawie obserwacji procesów zachodzących współcześnie można wnioskować co działo się na Ziemi nawet wiele milionów lat temu.

Planety karłowate-rodzaj obiektu astronomicznego, pośredni między planetami a małymi ciałami. Planetą karłowatą jest obiekt, który:

• znajduje się na orbicie wokół Słońca,

• posiada wystarczającą masę, by własną grawitacją pokonać siły ciała sztywnego tak, aby wytworzyć kształt odpowiadający równowadze hydrostatycznej (prawie kulisty),

• nie oczyścił sąsiedztwa swojej orbity z innych względnie dużych obiektów,

• nie jest satelitą planety lub innego obiektu niegwiazdowego.

Ceres, Pluton, Haumea, Makemake, Erisi.

Gwiazda-ciało niebieskie będące skupiskiem związanej grawitacyjnie materii, w której zachodzą reakcje syntezy jądrowej. Wyzwolona w nich energia jest emitowana w postaci promieniowania elektromagnetycznego, a w szczególności pod postacią światła widzialnego. Gwiazdy mają kształt zbliżony do kuli, zbudowane są głównie z wodoru i helu.

Planeta-obiekt astronomiczny okrążający gwiazdę lub pozostałości gwiezdne, nieprzeprowadzający reakcji termojądrowej w swoim wnętrzu, wystarczająco duży aby uzyskać prawie okrągły kształt oraz osiągnąć dominację w przestrzeni wokół swojej orbity. W odróżnieniu od gwiazd, świecących światłem własnym, planety świecą światłem odbitym. planetą jest ciało niebieskie, które:

• znajduje się na orbicie wokół Słońca

• posiada wystarczającą masę, by własną grawitacją pokonać siły ciała sztywnego tak, aby wytworzyć kształt odpowiadający równowadze hydrostatycznej (prawie kulisty)

• oczyściło sąsiedztwo swojej orbity z innych względnie dużych obiektów.

Ziemia-dokładne pomiary wykazały, że nie jest idealną kulą, lecz jest spłaszczona na biegunach. Ten kształt określa się jako elipsoidę obrotową. W rzeczywistości Ziemia ma kształt nieregularny, podobny nieco do kuli spłaszczonej na biegunach. Spłaszczenie to jest wynikiem ruchu obrotowego Ziemi wokół własnej osi.

Geoida-bryła geometryczna wyznaczona przez średni poziom wód oceanicznych przedłużony pod lądami. Geoida jest w każdym miejscu prostopadła do pionu.

Podstawowe wymiary Ziemi:

• promień równikowy-6378 km

• obwód Ziemi wzdłuż równika- 40076 km

• obwód Ziemi wzdłuż południków- 40009 km

• objętość Ziemi- 1083 mld km³

• powierzchnia- 510 mln km²

Udział głównych pierwiastków w budowie Ziemi

…

Udział głównych pierwiastków w skorupie ziemskiej

• tlen (O) 45%

• krzem (Si) 27%

• glin (Al) 8,2%

• żelazo (Fe) 6,1%

• wapń (Ca) 4,6%

• sód (Na) 2,3%

• magnez (Mg) 2,7%

Skład chemiczny atmosfery[%]:

• azot- 78

• tlen-21

• argon-1

• dwutlenek węgla, neon, hel, krypton, ksenon, wodór, ozon-0,04

Budowa atmosfery:

• troposfera-najniższa warstwa, w której skupia się 80% masy powietrza oraz prawie cała para wodna; zachodzą procesy kształtujące pogodę i klimat Ziemi; grubość nad równikiem-do 17 km,nad biegunami-do 8 km; wraz ze wzrostem temperatura spada

• tropopauza

• stratosfera-sięga do wysokości 50-55 km; w górnej części znajduje się ozonosfera, w której temperatura wzrasta do około 0^oC

• stratopauza

• mezosfera- sięgo do wys.80 km, temp. spada wraz z wysokością

• termosfera-temp. wzrasta wraz z wysokością, składa się z jonosfery (zawiera zjonizowane gazy, powstają tu zorze polarne) i egzosfery (przechodzi w przestrzeń kosmiczną, temp. rośnie do 1000^oC)

Pole grawitacyjne

`Ziemskie pole magnetyczne

Anomalia grawimetryczna, różnica pomiędzy rzeczywistą, występującą na danym terenie siłą ciężkości a jej wartością teoretyczną. Wywołana jest nierównomiernym rozmieszczeniem mas skalnych we wnętrzu Ziemi i na jej powierzchni. W wysokich górach można zauważyć zwiększenie przyspieszenia ciała swobodnie spadającego. Analiza anomalii grawimetrycznej pozwala wykryć we wnętrzu Ziemi złoża lekkich lub ciężkich minerałów.

Warstwy wewnętrzne Ziemi

Skorupa ziemska - część litosfery ograniczona od góry atmosferą i hydrosferą, a od dołu granicząca z górną warstwą płaszcza ziemskiego (nieciągłość Mohorovičicia nazywana też nieciągłością Moho). Składa się w głównej mierze z minerałów. Grubość skorupy ziemskiej wynosi od ok. 10 km do 70 km. W obrębie skorupy ziemskiej występują dwa zasadnicze kompleksy skał. Warstwę powierzchniową stanowi kompleks osadowy, spod którego miejscami odsłania się kompleks krystaliczny. Odmienność w ich wykształceniu pozwala wyróżnić skorupę kontynentalną, skorupę oceaniczną oraz występującą pomiędzy nimi skorupę suboceaniczną. Skorupa ziemska składa się z kilkunastu płyt tektonicznych o grubości kilkudziesięciu kilometrów.

Płaszcz to warstwa Ziemi grubości ok. 2900 kilometrów, leżąca pomiędzy skorupą a jądrem. W skład płaszcza wchodzi ok. 70% objętości skał ziemskich. Ze względu na swoją dominującą pozycję w bilansie masy Ziemi płaszcz spełnia kluczową rolę w procesach uwalniania się energii z wnętrza Ziemi, jest m.in. silnie sprzężony z procesami tektoniki płyt.

Nieciągłość Moho (Mohorovičicia) -oznacza granicę pomiędzy skorupą i płaszczem Ziemi. Jest to kilkusetmetrowej grubości warstwa przejściowa. Leży na różnych głębokościach, pod oceanami średnio na głębokości 5-8 km, natomiast pod kontynentami znacznie głębiej - około 35 km. Pod wysokimi górami (np. Himalajami) może leżeć nawet na głębokościach do 80 km

Ruchy Ziemi:

• obiegowy - ruch wokół słońca, w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara, jednostajny, po orbicie w kształcie elipsy. Pełen obieg trwa 365 dni 5 godz. i 49 min. Ruch obrotowy ziemi- to ruch ziemi wokół własnej osi. Cechy ruchu- w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara pełny obrót trwa 23 h 56 min. i 4 sek.

• obrotowy - zmiana dnia i nocy, spłaszczenie ziemi przy biegunach, pozorny ruch sklepienia niebieskiego zmiana kierunku ciał swobodnie poruszających się na półkuli PN tor ruchu odbywa się na prawo na półkuli PD tor ruchu odbywa się w lewo.

• precesyjny- polega na ruchu osi obrotu Ziemi, która w ciągu 25 700 lat (rok Platona) zakreśla powierzchnię boczną stożka. W wyniku tego ruchu oś ziemska jest nachylona ku słońcu w pewnych okresach w perihelium, w innych w aphelium.

Inklinacja magnetyczna inaczej nachylenie magnetyczne jest kątem zawartym pomiędzy wektorem natężenia ziemskiego pola magnetycznego a horyzontem.
Deklinacja magnetyczna - kąt poziomy w danym miejscu na powierzchni Ziemi pomiędzy południkiem magnetycznym i geograficznym. Kąt ten podaje się jako wartość ze znakiem, zgodnie ze sposobem liczenia azymutu: odchylenie kierunku północy magnetycznej od kierunku północy geograficznej ku wschodowi jako kąt dodatni, odchylenie ku zachodowi jako kąt ujemny.

Stopień geotermiczny, głębokość (mierzona w metrach), na której temperatura wzrasta o 1°C w stosunku do punktu początkowego. Niewielka wartość stopnia geotermicznego wskazuje, że temperatura w głąb Ziemi szybko wzrasta. Na wielkość stopnia geotermicznego wpływa m.in. budowa geologiczna danego obszaru, rozwój geotektoniczny, procesy chemiczne zachodzące w głębi Ziemi, bliskość zjawisk wulkanicznych, obecność wód wgłębnych.

Gradient geotermiczny - opisuje zmiany temperatury Ziemi wraz z głębokością, czyli gradient temperatury. Wartość współczynnika określa przyrost temperatury na jednostkę przyrostu głębokości wewnątrz Ziemi, poniżej strefy termicznie neutralnej. Jego odwrotnością jest stopień geotermiczny. Zjawisko zmiany temperatury w Ziemi wynika z występowania przepływu ciepła z wnętrza Ziemi na powierzchnię, zjawisko to wykorzystuje się w budowie ciepłowni geotermicznych jako naturalne źródło energii cieplnej.

Perydotyty - ultrazasadowe skały głębinowe. Zawierają mniej niż 45% krzemionki), składają się głównie z mineralnego oliwinu (40-100%), w mniejszym stopniu z piroksenów (0-60%) i innych minerałów. Uważa się, że z perydotytu zbudowany jest górny płaszcz Ziemi.

Prądy konwekcyjne (podłoża skorupy ziemskiej)- według teorii wędrówki płyt tektonicznych są to przepływy plastycznej materii skalnej i skalno-magmowej w płaszczu Ziemi. Są one powolne - osiągają prędkość kilku centymetrów na rok oraz są oparte na mechanizmie konwekcji. Teoria prądów konwekcyjnych została przyjęta przez teorię płyt litosfery w celu wyjaśnienia przyczyn powstawania skorupy oceanicznej - spreadingu w grzbietach oceanicznych, jej pochłaniania w tzw. strefach subdukcji, przemieszczania się kontynentów i powstawania pasm orogenicznych. Zasada działania: materia płaszcza jest ogrzewana w głębi a następnie wznosi się w pewnych miejscach do podstawy skorupy ziemskiej lub litosfery. Następnie rozpływa się równolegle do jej powierzchni. Teraz, gdy materia się ochładza ponownie zstępuje ona w głąb, zamykając tym samym komórkę konwekcyjną.

Fale sejsmiczne - fale sprężyste rozchodzące się w Ziemi, powstałe wskutek trzęsień ziemi, wywołane przez eksplozję materiałów wybuchowych lub powodowane działalnością górniczą. Rodzaje fal sejsmicznych:

• fale podłużne (P) - najszybsze z fal sejsmicznych (5,4 km/s), które najwcześniej docierają do epicentrum; drgają w kierunku równoległym do kierunku rozchodzenia się fal; powodują ściskanie i rozciąganie skał, przez które przechodzą; mogą przenosić się również w płynach, w tym także w płynnym jądrze Ziemi,

• fale poprzeczne (S) - około dwukrotnie wolniejsze od fal podłużnych (średnio 3,3 km/s); wywołują drgania w płaszczyźnie pionowej lub poziomej, w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fal; mogą przemieszczać się tylko w skałach

• fale powierzchniowe (L) - rozchodzą się po powierzchni Ziemi, od epicentrum trzęsienia; są najbardziej katastrofalne w skutkach,

Wykład 2.

Sejsmiczność i trzęsienia ziemi.

Subdukcja - w teorii tektoniki płyt, proces polegający na wciąganiu lub wpychaniu jednej płyty litosferycznej (płyty oceanicznej) pod drugą (oceaniczną lub kontynentalną).

Spreading to proces rozrastania się dna oceanicznego w rejonie grzbietu śródoceanicznego.

Metody określania wieku względnego (względem innych skał):

1. trzy zasady Steno:

1.Zasada superpozycji-w niezaburzonej sekwencji skalnej najstarsze warstwy leżą w spągu sekwencji, a ku górze leżą warstwy coraz młodsze.

2.Zasada pierwotnie poziomego ułożenia-w trakcie powstawania wszystkie warstwy ułożone są poziomo.

3.Zasada pierwotnej obocznej ciągłości-warstwa skalna jest ciałem o lateralnej rozciągłości i kończy się ona jedynie kiedy np. ulega wyklinowaniu.

2. Przecinania-skała przecinana starsza od przecinającej

3. Zasada relacji intruzyjnych-intruzja młodsza od skał otaczających)

4. Inkluzji-obcy element wchodzący w skład skały jest od tej skały starszy (np. piaskowiec)

5. Następstwa organizmów-

6. Izotopów

7. Paleomagnetyczna- polega na ustaleniu wieku skał na podstawie wieku znajdujących się w nich skamieniałości przewodnich, czyli takich, które żyły dość krótko, ale za to były bardzo rozpowszechnione (ich szczątki znajdujemy w wielu miejscach kuli ziemskiej); znajdując szczątki tych organizmów w formacjach skalnych położonych w różnych miejscach na kontynencie, możemy wnioskować, że skały te powstały w tym samym czasie.

8. Sedymentologiczna (FACET PODAŁ JĄ JAKO METODĘ OKREŚLANIA WIEKU WZGLĘDNEGO NA WIKIPEDII NATOMIAST JEST JAKO METODA DATOWAŃ BEZWZGLĘDNYCH I NIE WIEM CO JEST DOBRE)

9. Archeologiczna-określa wiek skał na podstawie znalezionych w nich ludzkich kultur historycznych

Metody określania wieku bezwzględnego:

1. Izotopowe:

• metoda węglowa (radiowęglowa)Jest stosowana do oceny wieku materiałów pochodzenia organicznego. Polega na pomiarze stosunku ilości zawartych w nich izotopów węgla ¹²C i ¹⁴C. W procesie fotosyntezy CO₂ jest przyswajany przez organizmy żywe, w których utrzymuje się ustalony stosunek pomiędzy ilością węgla promieniotwórczego i niepromieniotwórczego. Po obumarciu substancji organicznej - wskutek zmniejszania się zawartości promieniotwórczego  ¹⁴C - stosunek ten się zmienia.

• Metoda uranowo-ołowiowa- Za jej pomocą określa się wiek minerałów zawierających tor, uran lub ich domieszki. Metoda ta opiera się na pomiarach zawartości izotopów promieniotwórczych ²³⁸U, ²³⁵U lub  ²⁰⁶ Pb, ²⁰⁷Pb

• metoda potasowo-argonowa Służy do oceny wieku minerałów potasu, zwłaszcza biotytu i muskowitu, gdzie wykorzystuje się stosunek zawartości  ⁴⁰K i produktu jego rozpadu ⁴⁰Ar.

• metoda rubidowo-strontowa-Pozwala ustalić wiek związków chemicznych na podstawie wyników pomiaru zawartości promieniotwórczego ⁸⁷ Rb i trwałego ⁸⁷Sr.

2. de Geera-niewielkie zastosowanie do skał plejstocenu(iły warbowe); znając barwę można określić porę roku i lata (jasne-pora letnia, ciemna-zimowa)

3. dendrochronologczna- obliczanie wieku oni drzew na podstawie liczby pierścieni

Intruzja

1. proces- wtargnięcie magmy w skały otaczające

2. ciało skalne - ciało powstałe na skutek wciśnięcia i zastygnięcia magmy w skorupie ziemskiej

• zgodne-ściany pokrywają się z płaszczyznami strukturalnymi(sille, lakolity, lopolity, fakolity)

• niezgodne- przecinają płaszczyzny strukturalne nie okazując żadnego dostosowania się do nich (dajki, żyły pierścieniowe, etruolity, monolity, żyły kominowe: kominy wulkaniczne, pnie, batolity, sztoki)

Dajka - intruzja niezgodna w postaci żył przecinających otaczające warstwy skalne. Mogą  występować pojedynczo lub tworzą  koncentryczne zgrupowania.

Sill - żyła pokładowa - intruzja zgodna w postaci cienkiej warstwy magmy, która wcisnęła się  miedzy warstwy skalne. Sille najczęściej powstają blisko powierzchni Ziemi

Lakolit (lakkolit) - intruzja zgodna, między dwoma warstwami skalnymi powstaje soczewka magmy wypukłą ku górze

Lopolit - intruzja zgodna, między dwoma warstwami skalnymi powstaje soczewka magmy wypukłą ku dołowi

Fakolit - drobna, soczewkowata intruzja zgodna występująca głównie w przegubach fałdów

Luka stratygraficzna- brak osadów (warstw) w profilu stratygraficznym

Zgodność (konkordancja)-określenie wzajemnego stosunku warstw lub kompleksów warstw, które leżą względem siebie równolegle, a ich powierzchnia graniczna(ry…??) nie wykazuje istnienia luki stratygraficznej

Niezgodność (dyskordancja)- określenie wzajemnego stosunku….???????????:

1. Kątowa-powstanie gdy osady morskie ulegną wypiętrzeniu, sfałdowaniu i erozji, po której zostaną przykryte nowopowstałymi osadami morskimi lub lądowymi

2. Przekraczająca-gdy morze stopniowo zaleje obszar, a powstałe osady będą miały coraz większy zasięg

3. Erozyjna-osady morskie ulegną wypiętrzeniu zachowując poziome ułożenie i erozji, po której zostaną pokryte nowymi osadami

4. Prawie zgodność-określenie położenia warstw lub kompleksów warstw, zalegających względem siebie równolegle lub prawie równolegle, między którymi istnieje trudno rozpoznawalna luka stratygraficzna spowodowana brakiem wyraźnych śladów erozji.

Sejsmograf- urządzenie do wykrywania i rejestracji drgań skorupy ziemskiej (przemieszczeń i wielkości) wywołanych wstrząsami naturalnymi lub sztucznymi. Zapis drgań gruntu przez sejsmograf nosi nazwę sejsmogramu. Pozwala na wyznaczenie czasu przyjścia fal sejsmicznych różnego typu do stacji sejsmologicznej oraz na określenie amplitud i okresów tych fal. Głównym elementem sejsmografu jest sejsmometr, którego podstawową częścią jest masa bezwładna zawieszona tak, że tworzy wahadło fizyczne (pionowe lub poziome).

Skala Richtera- określająca wielkość trzęsienia ziemi na podstawie amplitudy drgań wstrząsów sejsmicznych.

Skala Mercalliego - 12-stopniowa skala stosowana przy określaniu wielkości trzęsienia ziemi, gdzie intensywność wstrząsu określana jest na podstawie wartości przyspieszenia drgań gruntu, a także opisie skutków trzęsienia na powierzchni Ziemi. W Europie stosuje się obecnie zmodyfikowaną skalę Miedwiediewa-Kárnika-Sponhouera (skalę MKS).

Skutki trzęsienia ziemi w zależności od jego intensywności wg skali MCS:

• 1 stopień - wyczuwane tylko przez przyrządy, przyspieszenie poniżej 1/4 cm/s²

• 2-3 stopnie - lekkie drgania, odczuwalne tylko przez niektórych ludzi, przyspieszenie od 1/4 do 1 cm/s²

• 4-5 stopni - ogólnoodczuwalne wstrząsy, poruszanie się drobnych przedmiotów, przyspieszenie od 1 do 5 cm/s²

• 6-7 stopni - wyraźne zniszczenia, odpadanie tynku, walenie się kominów, przyspieszenie od 5 do 25 cm/s²

• 8-10 stopni - rozległe zniszczenia, powstawanie szczelin w ziemi, osuwisk, przyspieszenie od 25 do 100 cm/s²

• 11-12 stopni - zmiany konfiguracji lądów, osuwiska, szczeliny, podniesienie poziomu wód gruntowych. Przyspieszenie od 100 do 1000 cm/s²

4

Na wszystkie ciała znajdujące się na powierzchni Ziemi działa siła przyciągania ziemskiego skierowana ku środkowi Ziemi i siła odśrodkowa skierowana na zewnątrz od osi obrotu Ziemi. Wypadkową obu tych sił jest ciężar ciała. SIła odśrodkowa jest największa na równiku i przeciwnie skierowana do siły grawitacyjnej. Na biegunach wartość siły odśrodkowej maleje do 0. Ciężar ciała zależy więc również od szerokości geograficznej: najmniejszy jest na równiku, największy na biegunach.

Pole występujące naturalnie wokół Ziemi. Odpowiada ono w przybliżeniu polu dipola magnetycznego z jednym biegunem magnetycznym w pobliżu geograficznego bieguna północnego i z drugim biegunem magnetycznym w pobliżu bieguna południowego. Własności magnetyczne Ziemi wynikają z jej wewnętrznej budowy. Źródłem ziemskiego magnetyzmu są prądy, które płyną w stopionym jądrze naszej planety. Fizycy ustalili, że planeta może wytwarzać własne pole magnetyczne

Batolity - olbrzymie intruzje magmowe typu niezgodnego, których dno jest nierozpoznawane dla badań geologicznych. Powstają zazwyczaj podczas ruchów górotwórczych lub tuż po ich ustaniu. Największe batolity zajmują  powierzchnie rzędu setek tysięcy km².  W Polsce tworzą między innymi masywy karkonoski, strzegomski, tatrzański (batolity te powstały podczas orogenezy waryscyjskiej (hercyńskiej)).

---