Rozmieszczenie czynnych wulkanów na Ziemi jest związane z ruchem litosfery. Występowanie wulkanów:

• Grzbiety śródoceaniczne

• Strefy subdukcji

• Plamy gorąca „hot spot”

Większość zjawisk wulkanicznych zachodzi na dnie oceanu wzdłuż grzbietów śródoceanicznych.

Wulkanizm podmorski, a skład wody morskiej:

• Mg i S są usuwane z wody przez lawę

• Inne pierwiastki (głównie Ca) są dodawane

• Wylewy lawy na dno oceaniczne są główną przyczyną zmiany składu chemicznego wody morskiej

Większość wulkanów widocznych na powierzchni Ziemi występuje w strefach subdukcji. Około 5% wulkanów występuje we wnętrzu płyt litosfery (np. wulkany na Hawajach)

Trapy bazaltowe:

• To inaczej szeroko rozlana lawa bazaltowa powstała na skutek erupcji linijnej

• Dekański:

  • Maksymalna grubość – 2 km

  • Tworzył się 65-60 mln lat temu

• Columbia River:

  • Pokrywa obszar 500 tyś km²

  • Grubość do 2 km

  • Objętość 170 tyś km³

Liczba wulkanów:

• W ciągu ostatnich 10 lat na lądzie było czynnych ponad 1500 wulkanów

• W okresie od 8 000 r. p.n.e. do 1993 r. zanotowano 7886 erupcji

• Większość erupcji wulkanicznych zachodzi na dnie oceanicznym

• Liczba wulkanów podmorskich na Pacyfiku sięga 50 tyś.

Ekshalacje wulkaniczne:

• Wydobywają się z kraterów, szczelin, obszarów pokrytych lawą lub materiałem piroklastycznym

• Pochodzą z magmy znajdującej się w kraterze lub pod powierzchnią Ziemi

• Ogrzewają gleby, wody powierzchniowe, wody gruntowe

• Podział na trzy grupy, zależy od temperatury i składu chemicznego

• Wyróżniamy:

  • Fumarole:

    • Gorące wyziewy (temperatura 250^OC) gazów wulkanicznych z potoków lawowych, materiału piroklastycznego lub szczelin w obrębie wulkanu

    • Skład chemiczny: para wodna, CO₂, HCl, SO₂, a także Cl, S, H, N, F, HF, FeCl₂

    • Ich ilość zwiększa się wraz ze spadkiem temperatury

  • Solfatary:

    • Wyziewy o niższej temperaturze (200 – 100 ^OC)

    • Głównie para wodna, H₂S, SO₂

    • Produkty wyziewów: siarka, solanki

  • Mofety:

    • Są to suche, chłodne, wyziewy złożone głównie z CO₂

    • Ich obecność wskazuje na wygaśnięcie działalności wulkanicznej

Gejzery:

• Gorące źródła

• Woda i para wypływają okresowo pod dużym ciśnieniem

• Występują wyłącznie na obszarach młodej działalności wulkanicznej

• Tworzą się osady krzemionkowe lub węglanowe

• Występują głównie:

  • Nowa Zelandia (500 gejzerów)

  • Islandia (200 gejzerów)

  • Kamczatka (120 gejzerów)

  • USA (100 gejzerów)

BUDOWA WNĘTRZA ZIEMI

Nie możemy bezpośrednio badać wnętrze Ziemi. Najgłębsze wiercenia wynoszą:

• 12 262 m na półwyspie Kolskim

• 7000 m w Rowie Mariańskim

Budowę wnętrza Ziemi badamy za pomocą metod pośrednich:

• Fale sejsmiczne

• Wulkanizm

• Meteoryty

Badania wnętrza Ziemi to przedmiot interdyscyplinarny. Wspólnie badania przeprowadzają:

• Geofizyka (sejsmika)

• Petrografia

• Geografia astronomiczna – astronomia

Fale sejsmiczne:

• Naturalne (trzęsienia Ziemi)

• Sztuczne (wybuchy podziemne)

Są to fale, które rozchodzą się w ośrodku sprężystym.

Najważniejsze do badań głębokich stref Ziemi są fale wgłębne przemieszczające się poprzez zmiany gęstości ośrodka:

• Fale pierwotne podłużne (P) – powodują drgania cząstek równolegle do kierunku rozchodzenia się fal

• Fale wtórne poprzeczne (S) – powodują drgania cząstek prostopadle do kierunku rozchodzenia się fal. Są dwukrotnie wolniejsze od fal podłużnych, nie rozchodzą się w cieczach

Rozchodzenie się fal wgłębnych rejestruje sejsmograf.

Fale sejsmiczne we wnętrzu Ziemi:

• Zmieniają prędkość

• Odbijają się od tzw. powierzchni nieciągłości

Na powierzchni Ziemi rozchodzą się również fale powierzchniowe:

• Nie docierają w głąb Ziemi

• Służą do badań skorupy ziemskiej i górnego płaszcza

Dwa rodzaje fal powierzchniowych:

• Fala Rayleigha – stanowi efekt połączenia się, ściskania, rozciągania fal poprzecznych i podłużnych.

• Fale Love’a – powierzchniowa fala poprzeczna o polaryzacji poziomej wywołująca drgania poziome, prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fal

Ziemia utworzyła się przez kondensację materii i pyłu otaczającego Protosłońce. Pramateria Ziemi:

• Pierwotny skład zbliżony do chondrytów węglistych (ubogich w fazę metaliczną, a bogatych w węgiel i jego związki)

• Akreacja (na zimno) – ciągły wzrost temperatury

Ziemia we wczesnej fazie stanowiła planetę homogeniczną (jednorodną) pod względem składu chemicznego.

Proces dyferencji był przyczyną powstania budowy warstwowej Ziemi.

Skorupa jest zbudowana z lekkich, kwaśnych skał, płaszcz to residuum – pozostałość po procesie dyferencji, natomiast jądro zbudowane jest w dużej mierze z żelaza.

METEORYTY

Podział meteorytów:

• Kamienne

• Żelazne

• Żelazno-kamienne

Meteoryty kamienne:

• Chondryty:

  • Najczęściej spadające na Ziemię

  • Składają się z chondr (małe ziarna materii krzemianowej o kształcie kulistym)

  • Skład: pirokseny, oliwin, plagioklazy, siarczki i metale

  • Chondryty węgliste zawierają do 4% węgla, magnetyt Fe₃O₄ do 25%, woda H₂O

• Achondryty:

  • Około 15% spadających na Ziemię meteorytów

  • Skład chemiczny odpowiada ziemskim skałom magmowym (gabro i bazalt), głównie pirokseny, oliwiny, plagioklazy

Meteoryty żelazne:

• Przy bardzo powolnym stygnięciu stopu (mniej więcej 1^OC na milion lat) krystalizują się dwa różne stopy żelaza:

  • Kamacyt – stop Fe-Ni, o zawartości do 7,5% Ni

  • Taenit – stop Fe-Ni, o zawartości powyżej 7,5% Ni

• Heksaedryty – składają się głównie z kamacytu w postaci dużych kryształów – heksaedrów

• Oktaedryty – składają się z kamacytu i taenitu, zawierają 6-14% Ni

Meteoryty żelazno-kamienne:

• Pallasyty – składają się z kamacytowo-taenitowej „gąbki” zalanej oliwinami

• Mezosyderyty – zbudowane są z masy krzemianowej i wtrąconych ziaren żelazo-niklowych

Geosfery ziemskie:

• Jądro wewnętrzne

• Jądro zewnętrzne

• Dolny płaszcz

• Górny płaszcz

• Skorupa ziemska

Powierzchnie nieciągłości:

• Moho

• Wiecherta – Gutenberga

• Lehmana

Skład chemiczny wnętrza Ziemi:

• Skorupa ziemska (sial)

• Płaszcz ziemski:

  • Górny (sima)

  • Pośredni (crofesima)

  • Dolny (nifesima)

• Jądro (nife)

Źródła energii cieplnej:

• Ciepło rezydualne po pierwotnej akreacji

• Rozpad pierwiastków promieniotwórczych

• Energia pływów wywołanych przyciąganiem przez Księżyc i Słońce

• Powolna krystalizacja zewnętrznego jądra ciekłego

Jądro Ziemi:

• Oddzielone ostrą nieciągłością fizyczną na głębokości 2 900 km

• Gwałtowny skok gęstości od 5,5 do 10 g/cm³

• Stanowi 1/3 masy całej planety

• Stanowi 1/7 objętości całej planety

• Wydzielamy:

  • Jądro wewnętrzne:

    • Promień 1250 km

    • Stały stan skupienia

    • Skład: żelazo z domieszką niklu (analogia ze składem meteorytów żelaznych)

    • Wiruje wewnątrz Ziemi (1 okrążenie na 400 lat)

  • Jądro zewnętrzne:

    • Grubość 2100 km

    • Ciekłe

    • Skład: Fe + 4% Ni + (ok. 7%) lżejszego pierwiastka – O lub S

    • Występują w nim konwekcyjne ruchy materii

    • Konwekcja jądra zewnętrznego połączona z ruchem rotacyjnym Ziemi, wytwarza pole magnetyczne Ziemi

Płaszcz:

• Granice: Moho oraz Wiecherta – Gutenberga

• Średni skał chemiczny jak w meteorytach kamiennych (chondrytach)

• 90% masy płaszcza: tlenki Fe, Mg, Si

• 5-10% masy płaszcza: tlenki Ca, Al, Na

• Podział płaszcza ze względu na skład:

  • Płaszcz górny, do głębokości 370 km – tzw. sima

  • Strefa przejściowa, 370-670 km – tzw. crofesima

  • Płaszcz dolny, do 2900 km – tzw. nifesima

• Podział płaszcza ze względu na własności reologiczne:

  • Płaszcz litosferyczny (wraz ze skorupą ziemską stanowią płytę litosferyczną)

  • Astenosfera

  • Mezosfera

• Cyrkulacja materii w płaszczu:

  • Dominuje konwekcja powodująca przemieszczenie się płyt litosferycznych i wędrówkę kontynentów

• Pióropusze materii – część materii płaszcza pochodząca z dużych głębokości podnosi się ku górze w postaci wąskich słupów materii

Skorupa ziemska:

• Najbardziej zróżnicowana pod względem cech fizycznych i składu chemicznego

• Gęstość < 3,1 g/cm³

• Graniczy z płaszczem wzdłuż nieciągłości Moho

• Skorupa ziemska dzieli się na:

  • Kontynentalną:

    • Miąższość 30-80 km, przeciętnie 35-40 km

    • Gęstość 2,7–2,8 g/cm³

    • Stanowi 79% całej objętości skorupy ziemskiej

    • Budowa wewnętrzna skorupy kontynentalnej:

      • Warstwa osadowa (kilka km – 20 km), przewaga iłów i łupków ilastych (40 % wagi)

      • Warstwa granitowa (kilkanaście km)

      • Warstwa bazaltowa (średnio 20 km), zbudowana z gabra i granulitów Vp i Vs jak w bazalcie

  • Oceaniczną:

    • Podłoże otwartych oceanów

    • Miąższość 5-8 km

    • Średnia gęstość 3 g/cm³

    • Zajmuje 59% powierzchni globu

    • Strefa bazaltowa skorupy oceanicznej – składa się z pierwotnych bazaltów o stosunkowo wysokiej zawartości SiO₂

  • Przejściową

TEKTONIKA PŁYT LITOSFERY

Fakty, które przeczyły teorii tektoniki:

• Kontynenty i baseny oceaniczne zbudowane są z całkowicie odmiennych typów skorupy

• Zdarza się, że skały z dna oceanicznego znajdują się obecnie na kontynencie – budują najstarsze szczyty górskie

• Najstarsze skały na lądzie – 3 mld lat

• Najstarsze skały skorupy oceanicznej 200 mln lat

• Warstwa osadów na dnach oceanicznych jest o wiele za cienka, aby mogła tworzyć się przez cały czas istnienia Ziemi

Cechy basenów oceanicznych i kontynentalnych trudne do wyjaśnienia:

• Grzbiety śródoceaniczne

• Rowy oceaniczne

• Pasma fałdowe

Zjawiska:

• Wulkanizm

• Trzęsienia ziemi

• Metamorfizm

Fakty potwierdzające słuszność teorii tektoniki:

• Podobieństwo faunistyczne i florystyczne na odległych od siebie kontynentach

• Podobieństwa formacji skalnych na odległych od siebie kontynentach

Teoria dryfu kontynentów -  Alfred Wegener (1915):

• Zbieżności w występowaniu skamieniałości w warstwach geologicznych, które obecnie są oddzielone przez oceany

• Podobieństwa kształtów kontynentów po obu stronach Oceanu Atlantyckiego

Wegener sądził, że obecne kontynenty powstały około 200 milionów lat temu w wyniku rozpadu jednego Superkontynentu, tzw. Pangei, tj. „Wszechziemi”. Materiał, w którym zanurzone są kry kontynentalne jest cięższy od skał powierzchniowych i w związku z tym kontynenty przemieszczają się po jego powierzchni pod wpływem ruchu obrotowego Ziemi, a także oddziaływania Księżyca i Słońca.

Grzbiety śródoceaniczne:

• Wznoszą się zawsze do wysokości ok. 2500 m n.p.m.

• Dolina ryftowa – to płaskie trzęsienia ziemi wskazujące na rozciąganie (tensje)

• Rozwój grzbietu śródoceanicznego:

  • Część materii płaszcza podnosi się ku górze w postaci wąskich słupów materii

  • „hot spots” – cienienie skorupy, pękanie

  • Powstaje dolina ryftowa (oceaniczna w obrębie skorupy oceanicznej, kontynentalna – w obrębie skorupy kontynentalnej)

  • Elementy pękniętej skorupy oddalają się od siebie

  • Wypływająca i stygnąca lawa buduje dno nowego basenu