Procesy geologiczne zachodzące wewnątrz Ziemi:
Powierzchnia ziemi jest miejscem wzajemnego oddziaływania procesów wewnętrznych (endogenicznych) i zewnętrznych (egzogenicznych).
Procesy wewnętrzne zmierzające do tworzenia nierówności, dają impuls procesom zewnętrznym zmierzającym do wyrównania wszelkich wypukłych form.
Obydwie formy, grupy procesów mają jednakowe znaczenie w kształtowaniu rzeźby i żadna z nich nie panuje niepodzielnie.
Dzisiejsze rozmieszczenie lądów i mórz oraz rzeźba powierzchni jest rezultatem tych procesów, działających od początku istnienia naszej planety.
Do procesów endogenicznych zalicza się:
ruchy wielkopromienne (lądotwórcze i górotwórcze),
zjawiska plutoniczne, wulkaniczne, sejsmiczne,
Do procesów egzogenicznych należy zaliczyć
wietrzenie,
erozja,
denudacja (obniżanie),
egzaracja (zdzieranie),
deflacja (wywiewanie),
transport (gromadzenie),
akumulacja
Pionowe ruchy skorupy ziemskiej
Oprócz gwałtownych i krótkotrwałych ruchów zachodzących w skorupie ziemskiej, którym towarzyszą trzęsienia ziemi lub zjawiska wulkaniczne, odbywają się także ruchy spokojne, bardzo powolne i długotrwałe. Nie można ich obserwować bezpośrednio, lecz ich istnienia dowodzą skutki, jakie wywołują. Skutki tych ruchów są olbrzymie: zmiany oblicza Ziemi, zmiany rozmieszczenia lądów i mórz oraz tworzenie się wielkich form powierzchni ziemi – niziny, wyżyny, góry. Ruchy pionowe najłatwiej obserwować można na wybrzeżach morskich.
Przy ruchu obniżającym powodują one transgresję morza – wkraczanie morza na ląd. Ruchy wypiętrzające prowadzą do ustąpienia morza z lądu, czyli regresji. Czułym wskaźnikiem aktywności ruchów pionowych są zmiany linii brzegowej. Należy jednak mieć świadomość, że transgresje i regresje morskie mogą być spowodowane także zmianą objętości wody zmagazynowanej we Wszechoceanie. Zdarzyło się tak w plejstocenie, gdy ogromne masy wody zostały zmagazynowane w masie lodowej. Wymiernych danych zarówno o przemieszczeniach pionowych, jak i poziomych dostarczają lądowe i satelitarne pomiary geodezyjne. Najwyraźniejsze ruchy pionowe obserwuje się na terenach ostatnich zlodowaceń. Obszary północnej Kanady i Półwyspu Skandynawskiego podniosły się w ciągu ostatnich kilkunastu tysięcy lat o kilkaset metrów (w Skandynawii o 300 metrów). Świadczą o tym stare terasy brzegowe, a także dawne osady rybackie położone dzisiaj w głębi lądu. Do podobnych wniosków prowadzi analiza budowy wielu atoli koralowych na Pacyfiku. Koralowce mogą rozwijać się jedynie w płytkich morzach dobrze przewietrzanych i naświetlonych wodach. Tak więc natrafiając na rafę koralową o grubości kilkuset metrów można domyślić się iż obszar ten ulegał stopniowemu obniżaniu, gdyż koralowce giną na głębokości kilkudziesięciu metrów.
Ruchy lądotwórcze (epejrogeniczne) – są to bardzo powolne, długotrwałe pionowe ruchy skorupy ziemskiej. Ruchom tym nie towarzyszą żadne deformacje lub fałdowania skał. Ruchy te dotyczą wielkich obszarów kontynentów. Przyczyny ruchów lądotwórczych związane są najczęściej z przemieszczaniem się magmy w podłożu litosfery, zmianami stanu skupienia materii na granicy astenosfery i litosfery, zmianami objętości podłoża kontynentów uwarunkowanymi głównie temperaturą oraz poziomymi naciskami. Ruchy obniżające stwierdzono na wybrzeżu Holandii i Zatoki Gdańskiej zaś ruchy wznoszące na wybrzeżu Morza Śródziemnego w okolicach Neapolu i w Mombasie na wybrzeżu Oceanu Indyjskiego.
Drugi rodzaj ruchów pionowych litosfery to ruchy izostatyczne – polegają one na dążeniu do osiągnięcia równowagi grawitacyjnej, izostatycznej przez płyty „pływające” po plastycznym materiale astenosfery. Równowaga ta może być zachowana dzięki temu, że astenosfera zachowuje się jak ciało plastyczne. Ugina się pod wpływem zwiększonego ciężaru i podnosi na skutek jego zmniejszenia. Czynnikami obniżającymi skorupę ziemską mogą być grube pokrywy lodowe (lądolody), wzrost ilości wody w zbiornikach widnych lub zwiększona akumulacja osadów w basenach morskich.
Odciążenie skorupy ziemskiej może być wynikiem topnienia pokrywy lodowej, zmniejszenia się ilości wody z zbornikach wodnych i niszczenia przez siły egzogeniczne (zewnętrzne), obszarów kontynentalnych. Materiał skalny pochodzący z niszczenia gór jest przemieszczony do wszelkiego rodzaju obniżeń. Zmniejsza się masa gór co powoduje ich podniesienie, natomiast obszary na których gromadzi się materiał skalny, zwiększa swoją masę do powoduje ich obniżenie.
Wyraźne ruchy podnoszące spowodowane wycofywaniem się lądolodu jest obecnie Skandynawia, Ameryka Północna, Wielka Brytania, Grenlandia. Szczególny przypadek stanowi dziś przykład kontynentu arktycznego na którym do dziś utrzymuje się pokrywa lodowa o grubości około 4 km. Tak duże obciążenie jest przyczyną pogrążenia się Antarktydy na około 200-300 metrów. Określa się to na podstawie głębokości na której znajduje się szelf, który normalnie sięga do głębokości 200 metrów, podczas gdy u wybrzeży Antarktydy ta forma ukształtowania sięga do głębokości 400-500 metrów.
Płyty litosfery można by porównać do pływających jednakowych statków o różnym stopniu załadowania. Statek o większym tonażu będzie bardziej zanurzony niż statek o mniejszym ładunku. Najmniejsze zanurzenie będzie miał statek płynący bez żadnego ładunku. Dokładnie tak samo lub bardzo podobnie są obciążone płyty litosfery.
Ruchy epejrogeniczne różnią się od izostatycznych tym iż te pierwsze mają swoje źródło we wnętrzu Ziemi, a ruchy izostatyczne zachodzą pod wpływem czynników zewnętrznych.
Gdzie na Ziemi się teren podnosi:
Wybrzeża Norwegii,
Wybrzeża Zatoki Botnickiej – 1 cm na rok,
Północno-Wschodnie wybrzeża Azji,
Północno – Wschodnie Chiny,
Sumatra,
Wschodnie wybrzeża Półwyspu Indyjskiego,
Afrykańskie wybrzeża morza Czerwonego,
Wybrzeża Zatoki Meksykańskiej,
Wybrzeża Chile,
Wschodnie wybrzeża Kanady,
Wybrzeża Iranu i Pakistanu,
Wybrzeża Wenezueli,
Gdzie się obniża:
Atlantyckie Wybrzeże Francji,
Dalmacja,
Północno-Zachodnie Wybrzeże Afryki,
Południowa Grenlandia,
Znaczenie gospodarcze ruchów epejrogenicznych i izostatycznych:
Pionowe ruchy skorupy ziemskiej przyczyniły się do powstania ogromnych pokładów skał osadowych wykorzystywanych dziś gospodarczo. Bardzo dobry przykład to pokłady węgla kamiennego i brunatnego, które bez istnienia ruchów obniżających mogłyby osiągnąć zaledwie kilkunastu metrów. To samo dotyczy niektórych skał wapiennych. Współczesne ruchy obniżające wpływają raczej negatywnie na gospodarkę gdyż powodują zalewanie obszarów nadbrzeżnych.
Ruchy podnoszące powodują utrudniony dostęp portów do wody, należy pogłębiać tory wodne lub nawet przekopuje się kanały.
astenosfera ; jej górna granica leży na głęb. 50–60 km pod oceanami i 100–120 km pod kontynentami, dolna — odpowiednio na głęb. 400 i 250 km. Astenosferę charakteryzuje spadek prędkości rozchodzenia się fal sejsmicznych, zwł. poprzecznych, co wskazuje na to, że ma ona względnie małą lepkość i jest bardziej podatna na deformacje niż sąsiadujące z nią sfery (stąd określenie — słaba warstwa), co może być związane z obecnością niewielkiej ilości fazy ciekłej (1–10%). Astenosfera pełni funkcję generatora ruchów litosfery, gdyż w jej obrębie występują prądy konwekcyjne powodujące ruch płyt litosferycznych, powstaje magma i tworzą się miejscami jej wzniesienia w postaci astenolitów; astenosfera jest również amortyzatorem ruchów pochodzących z głębszych warstw płaszcza Ziemi.
Ruchy górotwórcze – orogeniczne:
Ruchy górotwórcze to powolne ruchy skorupy ziemskiej odpowiedzialne za powstawanie gór, polegają głownie na pofałdowaniu warstw skalnych i powstaniu gór.
Trzęsienia Ziemi:
Trzęsieniem Ziemi nazywamy gwałtowne ( w ciągu ułamka sekundy do kilku sekund maksymalnie do kilku minut) uwolnienie znaczącej ilości energii mechanicznej nagromadzonej w skałach skorupy ziemskiej lub górnego płaszcza. Towarzyszy mu wzajemne przemieszczanie się mas skalnych. Ruchy tych mas skalnych generują drgania, rozchodzące się w postaci fal.
Jest to nagły ruch skorupy ziemskiej. Jest to jedno z konsekwencji ruchu płyt litosfery.
Dział geologii zajmujący się badaniem trzęsień ziemi to sejsmologia.
7% - trzęsień ziemi to efekt wybuchu wulkanów,
90% - to trzęsienia ziemi tektoniczne spowodowane ruchem płyt litosfery, najczęściej na granicach płyt litosfery,
Silniejsze są trzęsienia ziemi w rejonie subdukcji, słabsze w rejonie akreacji.
Hipocentrum czyli ognisko trzęsienia Ziemi – to miejsce wewnątrz Ziemi w którym została wyzwolona energia odpowiedzialna za trzęsienie ziemi. Znajduje się na głębokości od kilku do kilkuset kilometrów pod powierzchnią Ziemi.
Epicentrum ośrodek trzęsienia Ziemi – miejsce na powierzchni Ziemi znajdujące bezpośrednio nad hipocentrum, do epicentrum fale sejsmiczne docierają najszybciej i powodują najsilniejsze wstrząsy. Wraz z odległością od ośrodka siła trzęsienia Ziemi stopniowo maleje.
Przyczyny powstawania trzęsień Ziemi:
ruchy warstw skalnych w obrębie skorupy ziemskiej,
rozładowania naprężeń warstw skalnych,
przebijanie się magmy i gazów przez skały.
Występują trzy rodzaju fale:
w miejscu uwolnienia się energii w głębi ziemi powstają fale podłużne i poprzeczne
gdy fale sejsmiczne docierają do powierzchni ziemi wywołują fale powierzchniowe
Najszybsze są fale podłużne a najwolniejsze to fale powierzchniowe.
Fale sejsmiczne rejestrowane są przez sejsmografy.
Dla określania siły wstrząsów najczęściej używa się skali wielkości Richtera, jest to skala otwarta ale na Ziemi nie jest możliwe wystąpienie trzęsień o sile powyżej 9 w skali Richtera.
Silne wstrząsy ziemi mogą być odczuwane w rozmaity sposób: jako drgania powierzchni ziemi, jako uderzenia z dołu lub też kołysanie gruntu.
Typy trzęsień ziemi:
tektoniczne - są to najczęstsze i jednocześnie najgroźniejsze trzęsienia ziemi 90%, ich przyczyną jest gwałtowne rozładowanie energii nagromadzonej w skorupie ziemskiej lub górnym płaszczu. Energia stopniowo kumuluje się a po przekroczeniu krytycznej wartości następuje jej uwolnienie manifestujące się wstrząsem. Większość tych trzęsień ziemi powstaje w strefach granicznych płyt litosfery – zarówno w strefach subdukcji, jak też w obrębie grzbietów śródoceanicznych. Trzęsienia tektoniczne występują także w pasmach fałdowych, w strefach, gdzie subdukcja już wygasła,
wulkaniczne trzęsienia ziemi – są zdecydowanie słabsze o tektonicznych i mniej rozpowszechnione – stanowią około 7% ogółu trzęsień, ich genezą są gwałtowne erupcje wulkanów lub zapadnie się stropów opróżnianych komór magmowych (zbiorników magmowych zasilających wulkany),
zapadowe – na ogół są związane z obszarami krasowymi, na których dochodzi do zawalania się stropów nad jaskiniami lub innymi próżniami w podłożu, stanowią one około 2% wszystkich trzęsień ziemi, ich skutki są ograniczone tylko do miejsca wystąpienia zapadliska,
wstrząsy antropogeniczne – są zaliczane niekiedy do trzęsień zapadowych, dotyczy to zwłaszcza wstrząsów spowodowanych tąpnięciami czyli zapadaniem się wyrobisk kopalnianych
Ze względu na głębokość zalegania hipocentrum trzęsienia ziemi możemy podzielić na:
płytkie (do 70 km są najczęściej spotykane),
pośrednie (70-300 km),
głębokie (poniżej 300 km).
Rozmieszczenie trzęsień ziemi:
Większość ognisk trzęsień ziemi położonych jest w wydłużonych i wąskich strefach odpowiadającym granicom płyt litosferycznych. W grzbietach oceanicznych oraz wzdłuż uskoków transformujących wzbudzane są najczęściej płytkie ale silne wstrząsy, na szczęście obejmują one głównie obszary dna morskiego i oceanicznego i tylko w wyjątkowych przypadkach zaznaczają się także na lądach.
Bardzo częste i silne trzęsienia związane są ze strefami subdukcji, położonymi w sąsiedztwie łukow wyspowych i rowów oceanicznych. Położenie ich ognisk jest bardzo zmienne od zaledwie kilku aż do kilkuset km głębokości. Leżą one wzdłuż powierzchni styku dwóch płyt litosfery, z których jedna podsuwa się pod drugą i tonie w materii płaszcza.
Część trzęsień ziemi powstaje w obrębie młodych łańcuchów górskich, jako przykłady mogą służyć pasma alpidów, ciągnące się od Atlasu aż po Himalaje i Archipelag Malajski, oraz amerykańskich Kordylierów.
Ze względu na zagrożone wstrząsami sejsmicznymi, ich częstotliwość i siłę, wyróżnia się trzy rodzaje obszarów:
obszary sejsmiczne – z częstymi i silnymi trzęsieniami ziemi, obejmują one obszar wokół-pacyficzny, alpejskie pasma fałdowe, grzbiety śródoceaniczne oraz basen Morza Karaibskiego,
obszary pensejsmiczne ze wstrząsami występującymi sporadycznie lub częstymi, ale słabymi , należą do nich strefy starych górotworów paleozoicznych, a wśród nich między innymi Masyw Centralny, Harz, Ural, Góry Wododziałowe,
obszary asejsmiczne wolne od trzęsień ziemi, stanowią one najstabilniejsze fragmenty skorupy ziemskiej i obejmują prekambryjskie kratony, jak również dno basenów oceanicznych
Najczęściej trzęsienia ziemi nawiedzają regiony położone wokół Pacyfiku. Notuje się tam ponad 80% spośród przypuszczalnie około 40 tys. trzęsień zachodzących w ciągu roku na świecie. Tylko 1/5 wstrząsów jest rejestrowana przez sejsmografy.
Skutki trzęsień Ziemi:
Trzęsienia ziemi pociągają za sobą ofiary w ludziach i znaczne straty materialne. Powodują zmiany rzeźby terenu ( w tym liczne osuwiska i obrywy), modyfikują położenie wód podziemnych. Niekiedy wywołują obniżenie lub podniesienie terenu, co w przypadku wybrzeży morskich, może skutkować wynurzaniem dna morskiego lub zalaniem lądu.
W czasie trzęsień ziemi największe zniszczenia występują w rejonie epicentrum; wielkie straty i liczne ofiary powodują silne trzęsienia ziemi o epicentrach położonych na obszarach dużych miast lub w ich sąsiedztwie. Katastrofalne w skutkach są wywoływane przez trzęsienia ziemi fale tsunami oraz osuwiska. Trzęsienie ziemi w Lizbonie (1755) spowodowało śmierć 30–70 tysięcy ludzi; liczne ofiary spowodowało tsunami o wysokości 30 m. Trzęsienie ziemi 1906 zniszczyło San Francisco (50 tysięcy ofiar śmiertelnych); inne katastrofalne trzęsienia ziemi wystąpiły 1908 (Messyna i Reggio, 100 tysięcy ofiar), 1923 (Tokio i Jokohama, 250 tysięcy ofiar). Tragiczne w skutkach były trzęsienia ziemi na lessowych obszarach chińskiej prowincji Gansu; w czasie trzęsienia 1920 osuwiska pogrzebały tysiące ludzi mieszkających w jamach wydrążonych w lessach i zatamowały rzeki, wywołując katastrofalne powodzie. Bardzo liczne ofiary (242 tysiące) spowodowało 1976 trzęsienie ziemi w Chinach. Spośród trzęsień ziemi w ostatnim półwieczu najsilniejsze (8, 6 stopni w skali Richtera) nawiedziło w 1950 roku Asam (Indie).
Równie tragiczne w skutkach były trzęsienia ziemi ostatnich kilku lat:
17.01.1994 rok – Kalifornia – siła 6,8 stopni straty materialne około 13 miliardów dolarów, zniszczone 13 tys. budynków, zginęło tylko 57 osób, 9300 rannych,
13.01.1995 Kobe – Japonia – siła 7,2 stopni, zginęło 5239 osób, 26 tys. rannych, 50 tys. zniszczonych budynków, odbudowa kosztowała 100 miliardów dolarów,
17.08.1999 – Izmit – Turcja – siła 7,1 stopni, 13,5 tys. zabitych, 26 tys. zaginionych, straty 9 miliardów dolarów,
26.01.2001 – Indie – Gudżarat – 6,9 – 7,9 stopni, 20 tys. osób zabitych, 3,3 miliarda dolarów straty
Zapobieganie skutkom trzęsień ziemi:
Walka z trzęsieniami ziemi z ich skutkami odbywa się na dwóch frontach:
opracowanie metod przewidywania nadchodzących trzęsień ziemi, tak aby możliwie wcześnie zabezpieczyć życie i dobytek, obecnie badania koncentrują się na obserwacji powolnych ruchów skorupy ziemskiej , w czym pomocą służy geodezja satelitarna, analizuje się pole magnetyczne i przewodnictwo elektryczne skał, mierzy się zawartość radonu w wodach podziemnych, bada się naprężenia w skorupie ziemskiej, mierzy się ciśnienie atmosferyczne, ważne jest też uświadamianie ludziom jak powinni się zachowywać w przypadku wystąpienia trzęsienia ziemi
drugi tor działań to minimalizacja skutków trzęsień ziemi poprzez opracowywanie specjalnych technik budowlanych, które umożliwiają budynkom przetrwanie nawet silnego trzęsienia ziemi. Buduje się budynki małe, lekkie które dzięki swej lekkiej i sprężystej konstrukcji nie są podatne na zniszczenie. To dobra technika dla terenów wiejskich i podmiejskich. Nowszy trend wykorzystuje specjalne sposoby fundamentów które zabezpieczają budynki przed rezonansem, usadowienie ich na poduszkach hydraulicznych, bądź specjalny sprężysty szkielet, który pod wpływem wstrząsu chwilowo odkształca się, po czym wraca do pierwotnego kształtu.