Wykład z 12 marca 2010 r.

METODY OKREŚLANIA WIEKU WARSTW SKALNYCH

Stratygrafia - nauka zajmująca się badaniem wieku skał lub procesów geologicznych zachodzących na powierzchni skorupy ziemskiej.

Metody określania wieku warstw skalnych dzielimy na:

1) bezwzględne

2) względne - polegają na ustaleniu następstwa wiekowego skał bez podania jednostki czasowej

(określa się jedynie, która z badanych skał jest starsza, a która młodsza). Dzielą się na:

a) paleontologiczne

b) litologiczne

c) diastroficzne

d) geofizyczne

Biostratygrafia - dział stratygrafii zajmujący się ustalaniem następstwa wiekowego skał skorupy ziemskiej na podstawie skamieniałości.

Skamieniałości - gorzej lub lepiej zachowane szczątki organiczne (roślin lub zwierząt).

Fosylizacja - proces diagenezy resztek organicznych, w wyniku którego powstają skamieniałości.

Skamieniałości przewodnie - skamieniałości tych rodzajów i gatunków zwierząt lub roślin, które żyły w krótkim odcinku dziejów Ziemi np. trylobity (paleozoik), goniatyty (paleozoik), amonity (mezozoik).

Skamieniałości facjalne - skamieniałości, które informują o warunkach środowiskowych panujących na danym obszarze.

Substytucja - zachodzi wtedy, gdy w wyniku krążenia roztworów w skałach, pierwotna substancja mineralna jest zastępowana wtórnym minerałem.

Przemiany chemiczne zachodzące w skamieniałościach:

1. skrzemienienie (sylifikacja)

2. zwapnienie

3. pirytyzacja

4. dolomityzacja

5. zwęglenie (rośliny, motyle w żywicy) - zachodzi w warunkach beztlenowych, wilgotnych

Rodzaje skamieniałości:

1. oryginał (dobrze zachowane, prawie w całości)

2. części twarde niezmienione

3. części twarde zmienione, czasem także miękkie

4. odciski

5. ośródki

6. odlewy

7. ślady działalności

Litostratygrafia - dziedzina stratygrafii, która zajmuje się porządkowaniem skał skorupy ziemskiej na podstawie ich głównych cech litologicznych i ich zmienności.

W litostratygrafii wykorzystuje się zasadę superpozycji (nadległości) - warstwa leżąca wyżej jest zawsze młodsza od warstwy leżącej niżej. Zasada ta sprawdza się na terenach, gdzie nie zaszły ruchy tektoniczne, które pomieszałyby warstwy skalne.

Bezwzględny wiek skał - podanie ile lat upłynęło od powstania danej skały lub zajścia procesu geologicznego.

Metody określania wieku skał:

1. izotopowe - polegają na wykorzystaniu czasu połowicznego rozpadu pierwiastków promieniotwórczych. Każdy pierwiastek ma inny czas rozpadu.

1. uranowo-ołowiowa - rzadko stosowana

2. rubidowo-strontowa

3. potasowo-argonowa - stosowana najczęściej

4. radiowęglowa - stosowana dla skał najmłodszych, nie starszych niż 50 tys. lat. Jest oparta na pomiarze proporcji między izotopem promieniotwórczym węgla ¹⁴C, a izotopem trwałym węgla ¹²C. Czas połowicznego rozpadu wynosi 5730 lat.

2. magnetometryczne - wykorzystują magnetyzm skał; magnetyzm ziemski był różny w różnych okresach

3. chemiczne i biologiczne

4. sedymentologiczne - wykorzystują obserwacje czasu powstawania osadu np. metoda iłowa (warstwy iłów warwowych są albo jasne (te, które powstały latem), albo ciemne (te, które powstały zimą)

Metoda radiowęglowa:

promieniowanie kosmiczne

proton

kolizja z azotem neutron

¹⁴₇N

¹⁴N + neutron ¹⁴C + proton

¹⁴₆C

O₂

powrót do atmosfery ¹⁴CO₂

zawartość ¹⁴C maleje

¹⁴N

¹⁴C

¹⁴C

¹⁴C ¹⁴N⁺ + β^-

Okres przedkambryjski (prekambr)

1. Archaik - formuje się nasza planeta i jej atmosfera, kształtuje się skorupa ziemska. Pod koniec archaiku pojawiają się pierwsze organizmy - bakterie i sinice (3,5 mld lat temu). W tym czasie powstały Góry Sowie (zbudowane z gnejsów). Istnieją 3 kontynenty: Laurencja, Baltika i Gondwana.

2. Proterozoik - występują proste organizmy. Powstały wtedy Góry Izerskie (gnejsy) oraz masyw Śnieżnika.

Okres paleozoiczny (paleozoik)

1. Kambr - pojawiają się trylobity, ramienionogi ślimaki. Rozpoczyna się orogeneza kaledońska (trwała do wczesnego dewonu) - powstaje pasmo Łysogór w Górach Świętokrzyskich.

2. Ordowik - dalej występują trylobity i wyłącznie rośliny morskie. Pojawiły się graptolity.

3. Sylur - duże przemieszczenia kontynentów. W wyniku kolizji kontynentów Laurencja i Baltika powstaje Laurazja (Euroameryka). W górnym sylurze pojawiają się psylofity (wyższa forma roślin).

4. Dewon - pojawiają się ryby dwudyszne i trzonopłetwe, paprocie, skrzypy i widłaki

5. Karbon (od łac. słowa carbon = węgiel) - silny rozwój roślin drzewiastych. Między dolnym i górnym karbonem rozpoczyna się orogeneza hercyńska (waryscyjska) jako skutek zderzenia się Laurazji z Gondwaną. Pojawiają się pierwsze prymitywne owady, płazy i gady.

6. Perm - powstaje jeden superkontynent o nazwie Pangea (wszechziemia). Występuje suchy klimat, na większości lądów przeważają pustynie. Skały permskie mają zabarwienie czerwone np. zlepieniec zygmuntowski, melafir, porfiry. Powstały sole kamienne na Kujawach.

Okres mezozoiczny (mezozoik)

1. Trias - pojawiają się pierwsze gady o pozycji pionowej oraz pierwsze ssaki.

2. Jura - wielka transgresja morza, w wyniku której obszar dzisiejszej Polski znalazł się pod wodą. W tym czasie powstała Jura Krakowsko-Częstochowska. Pojawiły się pierwsze ptaki - praptak (archeopteryx).

3. Kreda - zaczęła się kolejnym zalewem morskim. Dominują gady roślino- i mięsożerne, które wyginęły na skutek uderzenia w Ziemię meteorytu o wielkości około 10 tys. km (świadczy o nim pierwiastek irydu).

Okres kenozoiczny (kenozoik)

Miejsce gadów zajmują ssaki, pojawia się homo sapiens (200 tys. lat temu). W trzeciorzędzie dochodzi do orogenezy alpejskiej, a w czwartorzędzie do gwałtownego ochłodzenia klimatu i zlodowacenia. Obecnie żyjemy w holocenie (dawniej aluwium).

MINERALOGIA

Minerał - najprostszy składnik skorupy ziemskiej. Najczęściej jest to jakiś związek chemiczny, rzadziej pierwiastek, powstały w sposób naturalny tzn. bez ingerencji człowieka.

Krystalografia - nauka pomocnicza mineralogii. Przedmiotem jej badań są kryształy.

Kryształ - jest to ciało o prawidłowej budowie wewnętrznej, czyli takie, w którym atomy lub jony rozmieszczone są prawidłowo tworząc tzw. sieć przestrzenną (krystaliczną).

kryształ ≠ ciało bezpostaciowe

Kryształy są ciałami anizotropowymi (różnokierunkowymi) tzn. ich własności są zależne od kierunku badania kryształu.

Ciała bezpostaciowe nie wykazują budowy uporządkowanej. Są izotropowe, tzn. ich własności nie zależą od kierunku badania ciała.

Elementy graniczne kryształów:

1. ściany

2. krawędzie

3. naroża

Elementy symetrii kryształów:

1. środek symetrii (C)

2. oś symetrii (Lⁿ); n - krotność osi, czyli ilość powtórzeń występujących przy pełnym obrocie, czyli o kąt 360°

3. płaszczyzna symetrii (P)

Środek symetrii - jest to punkt wewnątrz kryształu, od którego w równych odległościach leżą jednakowe elementy graniczne. Występuje gdy są ściany parami równoległe.

Oś symetrii - prosta przechodząca przez środek kryształu, wokół której przy obrocie powtarzają się identyczne przystające do siebie elementy graniczne.

Płaszczyzna symetrii - płaszczyzna dzieląca kryształ na dwie części mające się do siebie tak jak przedmiot i jego odbicie lustrzane (w zwierciadle płaskim). Kryształy mogą mieć 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 lub 9 płaszczyzn symetrii lub wykazywać ich całkowity brak.

Klasa symetrii - zbiór kryształów charakteryzujących się takim samym zespołem elementów symetrii. Są 32 klasy symetrii, pogrupowane w układy krystalograficzne.

Układ krystalograficzny - zbiór kryształów o zbliżonej symetrii, dający się opisać i scharakteryzować w ściśle określonym, związanym z symetrią układu systemie osi krystalograficznej.

Wyróżniamy 7 układów krystalograficznych:

1. trójskośny

2. jednoskośny

3. rombowy

4. trygonalny

5. tetragonalny

6. heksagonalny

7. regularny - o największej ilości symetrii np. sól kamienna

Własności fizyczne minerałów widzialne gołym okiem:

1. barwa

2. rysa, czyli barwa sproszkowanego minerału

3. połysk

4. łupliwość/przełam - jest to własność wyłącznie ciał krystalicznych, polegająca na zdolności minerału do pękania wzdłuż gładkich powierzchni zwanych powierzchniami łupliwości.

5. twardość

6. pokrój/postać skupienia

Podział minerałów ze względu na barwę:

1. barwne (idiochromatyczne) - mają własną barwę; ich rysa jest barwna

2. zabarwione (allochromatyczne) - posiadają barwę domieszki; rysa jest biała lub szara

3. bezbarwne (achromatyczne) - ich rysa jest biała

Podział minerałów ze względu na łupliwość:

1. doskonała

2. dokładna

3. wyraźna

4. niewyraźna

5. brak łupliwości

Minerały można też podzielić ze względu na ilość kierunków łupliwości np. jednokierunkowa lub dwukierunkowa.

Gdy minerał nie ma łupliwości to ma przełam:

1. muszlowy

2. ziemisty

3. zadziorowaty

4. włóknisty

Twardość - opór jaki stawia minerał sile usiłującej zarysować jego powierzchnię. Jest to wartość wektorowa i zależy od kierunku badania w krysztale. Do określania twardości minerałów służy skala Mohsa od 1 do 10 np. 7 - kwarc, 10 - diament.

Pokrój, czyli postać wykształcenia geometrycznego kryształu, może być:

1. izometryczny

2. tabliczkowy

3. blaszkowy

4. słupkowy

5. pręcikowy

6. włóknisty

Skupienia minerałów występują w postaci:

1. szczotki krystaliczne - powstają, gdy minerał krystalizuje jeden obok drugiego na jednym podłożu

2. geoda - pusta przestrzeń masy skalnej, w której krystalizuje się minerał

3. słupkowa

4. włóknista

5. tabliczkowa

6. naciekowa np. stalagmity

Podział minerałów:

1. pierwiastki rodzime np. złoto, srebro

2. siarczki i pokrewne np. piryt, galena

3. halogenki np. halit, sylwin

4. tlenki i wodorotlenki np. magnetyt, hematyt

5. sole kwasów tlenowych np. kalcyt, gips

6. krzemiany i glinokrzemiany np. kwarc, ortoklaz

SKAŁY MAGMOWE

Podział skał ze względu na genezę:

1. okruchowe

2. metamorficzne (przeobrażone)

3. magmowe - powstają w wyniku zastygania magmy

4. osadowe

Magma - gorący, ognistopłynny stop zbudowany z fazy ciekłej i gazowej. Głównymi składnikami magmy są tlenki krzemu (SiO₂), glinu (AlO₃), magnezu (MgO), wapnia (CaO), żelaza (FeO, Fe₂O₃) oraz para wodna. Składniki lotne magmy to tzw. mineralizatory.

Udział objętościowy grup minerałów w budowie skał magmowych:

1. skalenie - 60 %

2. amfibole i pirokseny - 17 %

3. kwarc - 12 %

4. oliwin i skaleniowce - 6 %

5. łyszczyki - 4 %

6. niekrzemiany - 1 %

Podział minerałów skałotwórczych:

1. główne - są głównymi składnikami skały, występują w znacznych ilościach

2. poboczne - występują często, lecz w niewielkich ilościach

3. akcesoryczne - występują sporadycznie tylko w niektórych typach skał

Minerały mogą być:

- jasne, czyli sialiczne (kwarc, skalenie, muskowit, skaleniowce)

- ciemne, czyli maficzne/femiczne (biotyt, amfibole, pirokseny, oliwin)

Szereg reakcyjny Bowena pokazuje w jakiej kolejności krystalizują minerały z magmy (na początku oliwin, następnie m.in. pirokseny, amfibole, biotyt, a na samym końcu kwarc).

Podział skał magmowych (ze względu na chemizm skał):

1. kwaśne - SiO₂ (krzemionka) > 65 %

2. obojętne - 65-52 %

3. zasadowe - 52-40 %

4. ultrazasadowe - SiO₂ < 40 %

Skały zasadowe są ciemniejsze, a kwaśne jaśniejsze.

Dyferencjacja - proces różnicowania się pierwotnego stopu magmowego wskutek zmian warunków termodynamicznych, grawitacji itp. Ułatwiają ją mineralizatory, czyli substancje lotne.

Podział skał magmowych (ze względu na miejsce powstania):

1. głębinowe (plutoniczne) - powstały z magmy zastygłej pod powierzchnią ziemi

2. wylewne (wulkaniczne) - powstały z lawy zastygłej na powierzchni ziemi

Minerały występujące w skałach magmowych (skałotwórcze):

• grupa kwarcu - SiO₂

• grupa skaleni - ortoklazy i plagioklazy

• miki (łyszczyki) - np. muskowit, biotyt

• amfibole - np. hornblenda

• pirokseny - np. augit

• oliwiny

• skaleniowce (foidy)

Struktura skały magmowej mówi nam o stopniu krystaliczności i wielkości ziaren występujących w skale.

Podział struktur ze względu na stopień krystaliczności:

1. pełnokrystaliczne

2. półkrystaliczne

3. szkliste

Podział struktur ze względu na wielkość ziaren występujących w skale:

1. jawnokrystaliczne - wszystkie ziarna widzimy gołym okiem

1. równomiernie ziarniste (ziarna są tej samej wielkości)

2. nierównomiernie ziarniste:

• porfirowe (charakterystyczne dla skał wylewnych; większe kryształy są zatopione w cieście złożonym z małych ziaren)

• porfirowate (charakterystyczne dla skał głębinowych; w skale występują ziarna różnej wielkości)

skrytokrystaliczne - nie możemy dostrzec ziaren gołym okiem; są to struktury charakterystyczne dla skał wylewnych, posiadają jeden kolor

Tekstura skały magmowej mówi nam o rozmieszczeniu składników w skale oraz o sposobie wypełnienia przestrzeni skalnej. Pojęcie to obejmuje:

1. rozmieszczenie minerałów:

1. bezładne

2. kierunkowe (uporządkowane):

• fluidalne (gdy dostrzegamy kierunek płynięcia lawy)

• szlirowe (gdy możemy zauważyć smugi w skale)

• równoległe (ułożone na przemian)

• łupkowe (wykazujące oderwanie od reszty)

sposób wypełnienia przestrzeni:

1. masywne (zbite)

2. porowate (gdy występują pustki w skale np. pumeks):

• pęcherzykowe

• miarolityczne

• migdałowcowe

Występowanie skał magmowych:

• granit - Dolny Śląsk (ma tam duże znaczenie przemysłowe), Tatry

• bazalt - Dolny Śląsk po Górę Św. Anny (kamieniołomy: Bukowa Góra, Wilcza Góra, Gracze, Męcinka, Rębiszów)

• gabro - okolice Nowej Rudy i Sobótki na Dolnym Śląsku

• melafir - Dolny Śląsk (główne złoża: Grzędy, Świerki), obszar krakowski

• porfir - obszar krakowski, Dolny Śląsk (okolice Wałbrzycha i Bolkowa)

• sjenit - Dolny Śląsk (okolice Niemczy, Przedborowa, Kośmin)

1

---