Wietrzenie jest to rozpad i rozkład skał pod wpływem działania powietrza wody, temperatury i organizmów. Polega ono przede wszystkim na rozluźnieniu spójności między poszczególnymi ziarnami skały i "rozsypywaniu" się na drobniejsze fragmenty także na chemicznym rozpuszczaniu jej składników. Procesy wietrzenia zachodzą na powierzchni ziemi tam gdzie dociera termiczny wpływ słońca i chemiczne działanie wody i powietrza. Zewnętrzna powierzchnia ziemi na której zachodzi wietrzenie zwana jest strefą wietrzeniową, a jej produkty w postaci okruchów skalnych i rozpuszczonych związków mineralnych, złożone w miejscu powstania  - regolitem. Wietrzenie ze względu na rodzaj działających czynników podzielono na dwa zasadnicze typy: wietrzenie fizyczne i chemiczne.

Regolit - gruz wapienny zmieszany z materiałem gliniastym, Garb Tenczyński (fot. K. Pietras)

 

Wietrzenie Fizyczne

Głównym czynnikiem odpowiadającym za istnienie tego typu wietrzenia jest temperatura. To ona powoduje rozpad skał na mniejsze okruchy i ziarna. Skały budujące litosferę, jak i inne substancje w przyrodzie, pod wpływem temperatury zmieniają swoją objętość - w wysokiej temperaturze się rozszerzają, a w niskiej kurczą. Warunki takie są dość pospolite na obszarach pustynnych, polarnych, czy wysokogórskich gdzie dobowe wahania temperatury są znaczne. Wśród wietrzenia spowodowanym nasłonecznieniem skał, wyróżnić możemy:

Dezintegracje granularną (rozpad ziarnisty) - jest to najzwyklejsze rozsypywanie się skał zbudowanych z ziaren. Pod wpływem gwałtownych zmian temperatury poszczególne ziarna kurczą się i rozszerzają, spójność całej skały się zmniejsza aż wreszcie następuje rozsypanie się jej. Ziarna zbudowane z rożnych minerałów mają różną rozszerzalność temperaturową, zazwyczaj minerały ciemne mają większą niż jasne, co wiąże się z większym pochłanianiem przez nie ciepła. Typowym przykładem rozpadu ziarnistego jest rozpad granitów, szczególnie widoczny w niektórych polodowcowych otoczakach granitoidów skandynawskich.

Eksfoliacja (łuszczenie) - polega na złuszczaniu się zewnętrznych partii skał, odpadanie drobnych płytek od powierzchni. Temperatura działająca na skały przenika wgłąb ogrzewając także wnętrze skał (do nieznacznych głębokości rzędu 20-50cm) które także się rozszerzają jednak w mniejszym stopniu niż partie przypowierzchniowe, wskutek tego powstają drobne pęknięcia równoległe do powierzchni, i łatwo odpryskują od niej "łuski skalne". Charakterystycznym typem takiego wietrzenia jest wietrzenie kuliste, które opiera się głównie na intensywnym niszczeniu krawędzi skał i ich zaokrąglaniu (przykładem są liczne skałki granitowe w Karkonoszach).

Rozpad blokowy - ma miejsce gdy ochładzana skała kurczy się szybciej przy powierzchni niż wgłębi, i w wyniku tego powstają drobne szczeliny prowadzące wgłąb bloków skalnych, które z czasem się poszerzają a blok skalny się rozpada na mniejsze bryły.

Gołoborze na Łysicy - przykład wietrzenia mrozowego (fot. G. Bijak)

 

 

 

Drugim czynnikiem fizycznym obok temperatury jest działalność wody. Charakterystyczną właściwością wody jest jej zdolność do znacznej zmiany objętości w trakcie zamrażania, co stanowi dosyć dobre "narzędzie" do destrukcji skał. Migrujące wody w szczelinach skalnych czy porach, pod wpływem temperatury zamarzają, zwiększają objętość i rozsadzają skały od zewnątrz. Takie wietrzenie jest możliwe gdy zachodzi często zmiana temperatury w okolicach zera stopni, takimi rejonami są przede wszystkim góry, a także tereny położone na północy.

Skały mogą być rozsadzane od wewnątrz nie tylko przez lód, ale także przez krystalizujące sole. Czasami wody w szczelinach i porach skał są nasycone różnymi związkami chemicznymi, które z czasem krystalizują. Pod wpływem ciśnienia wywieranego przez rosnące kryształy, szczeliny rozszerzają się, a także powstają nowe spękania i skała dzieli się na mniejsze bloki. 

Trzeciorzędowy zlepieniec wapienny 
- różna odporność poszczególnych warstw na wietrzenie. (fot. E. Tomaszewicz)

Podobnie ma się sprawa z korzeniami drzew i innych roślin (czynnik biologiczny), które rosnąc wywierają nacisk na szczeliny skalne i ich poszerzanie.

Wietrzenie chemiczne

W tym wietrzeniu znajduje się szereg procesów chemicznych związanych z rozkładem skał i minerałów. Czynnikiem jest tu woda opadowa zawierająca w sobie gazy z atmosfery (dwutlenek, węgla, azot, tlen), która migrując w glebie i skałach rozpuszcza rożne składniki mineralne i powoduje powstawanie nowych. Do zasadniczych procesów wietrzenia chemicznego zalicza się:

Utlenianie

Polega na przemianie związku beztlenowego w tlenowy albo na przejściu związku z niskiego stopnia utlenienia na wyższy. Przykładem jest utlenianie pirytu (FeS₂) rozproszonego w iłach i powstanie jonów żelaza III i  jonów siarczanowych, które przy obecności węglany wapnia, mogą powodować powstanie gipsu. (CaCO₃)

 
Wykwity minerałów siarczanowych (melanteryt, gips) w plioceńskich iłach 
- efekt utleniania pirytu, Dobrzyń n. Wisłą (fot. G. Bijak)

Rozpuszczanie

Jest to całkowite lub częściowe przejście minerału do roztworu. Dobrze rozpuszczalne są sole np. halit, słabo rozpuszczalne są: gips, kalcyt, natomiast bardzo słabo rozpuszczalne są pirokseny, amfibole, oliwiny, biotyt, do praktycznie nierozpuszczalnych zaliczamy kwarc, muskowit, magnetyt, apatyt.

        Przykład wietrzenia chemicznego - rozpuszczanie skał wapiennych; efektem tego jest powstawanie ostańców skalnych i jaskiń - po lewej skałki w Podzamczu, po prawej jaskinia - Schronisko Koło Jaskini Maurycego w Sokolich Górach (Wyżyna Krakowsko-Częstochowska) (fot. K. Pietras)

Zwietrzała powierzchnia wapienia muszlowego (głaz narzutowy), 
widoczna większa odporność skorupek organizmów na wietrzenie względem samej masy skalnej (fot. G. Bijak)

Hydroliza

Jest procesem chemicznym w którym bierze udział woda zdysocjowana (np. w postaci H⁺). Tak np. wietrzeją skalenie i powstają minerały ilaste.

Kaolinizacja - działanie chemiczne wody + CO₂ na skalenie, produktem przemiany jest minerał ilasty - kaolinit

Karbonatyzacja (uwęglanowienie) - proces polegający na przemianie różnych związków w węglany. podlegają mu najczęściej krzemiany skałotwórcze.

PRODUKTY WIETRZENIA

Skała wietrzejąc pozostawia materiał zazwyczaj w postaci luźnych okruchów skalnych, których nagromadzenie zwane jest rumoszem, często wymieszanych z drobnymi ziarnami, piaskiem i gliną - całość jest to pokrywa zwietrzelinowa. Część pokrywy zwietrzelinowej zostaje przeniesiona dalej, podlega różnym formom transportu, jednak część materiału z wietrzenia pozostaje na miejscu i zwana jest eluwium (np. lateryty, terra rosa). Pospolitym objawem wietrzenia jest zmiana barwy i wyglądu powierzchni skał - to tzw. skorupa wietrzeniowa. Niekiedy na powierzchniach tworzą się regularne zagłębienia, w miejscach gdzie były minerały/ziarna łatwiej wietrzejące zwane czasami strukturami komórkowymi. W wyniku wietrzenia skał w górach powstają często różne formy skalne, ostańce itp. (wietrzenie chemiczne, rozpad ziarnisty) a także w wszelkie nagromadzenia ostrokrawędzistych okruchów skalnych - gołoborza, usypiska, piargi (rozpad blokowy, wietrzenie mrozowe). W wyniku wietrzenia ilastego powstają różne utwory złożone z wolnej krzemionki, wodorotlenków i tlenków żelaza, glinu i minerałów ilastych (illit, kaolinit, montmorillonit). Do najczęściej spotykanych produktów takiego wietrzenia są lateryty barwy ceglastej (wodorotlenki i tlenki Al i Fe) występujący w klimacie gorącym (intensywne wietrzenie), terra rosa barwy czerwonej, produkt wietrzenia skał węglanowych zbudowany z uwodnionych tlenków Al i Fe (zwykle w klimacie śródziemnomorskim), boksyty - utwory składające się z wodorotlenków glinu, powstałe w wyniku wietrzenia skał bogatych w Al₂O₃. Szczególnym produktem wietrzenia są utwory iluwialne - substancje wytrącone w pobliżu miejsca ich wymycia. Przykładem są naskorupienia wapienne - wytrącony węglan wapnia powyżej miejsca w którym był wymywany - to tzw. caliche.

KLIMAT A WIETRZENIE

klimat polarny, wysokogórski - charakterystyczna dla tego klimatu jest niska temperatura i przewaga wietrzenia fizycznego w postaci rozpadu blokowego i ziarnistego, tworzą się głazowiska, piargi itp.

klimat umiarkowany - w takim klimacie wietrzenie fizyczne występuje w równowadze z wietrzeniem chemicznym, te pierwsze intensywniej działa w trakcie zimy a drugie w lato, produkty to głównie rumosze skalne, gliny zwietrzelinowe itp.

klimat gorący pustynny - brak wody, duże wahania temperatury dobowe - przewaga wietrzenia fizycznego

klimat tropikalny - charakteryzuje się dużą wilgotnością i wysokimi temperaturami - czynniki idealne do rozwoju intensywnego wietrzenia chemicznego, produktem którego są pospolite w gorącej strefie klimatycznej lateryty.

Tektonika - dziedzina geologia, zajmująca się wszelkimi zjawiskami (i ich efektami) związanymi z ruchem mas skalnych w obrębie skorupy ziemskiej. Bada ona przebieg tych ruchów, przyczyny oraz skutki. Mechaniczne przekształcenia litosfery określa się mianem diastrofizmu.

Budowa geologiczna - sposób przestrzennego rozmieszczenia skał w skorupie ziemskiej.

Na budowę geologiczna składają się wszelakie formy zazwyczaj będące wynikiem działania procesów tektonicznych zwane strukturami tektonicznymi do których należą np. uskoki, fałdy itp. Można je podzielić na dwie główne grupy: struktury ciągłe, gdzie ciągłość warstw nie została przerwana (fałdy) oraz na struktury nie ciągłe, w których warstwy zostały przerwane (uskoki). Podział taki jest uwarunkowany siłami jakie działają na skały a także właściwościami tych skał, szczególnie ich "podatnością" na odkształcenia. Skały "podatne" będą fałdowane, natomiast w skałach "nie podatnych" czyli kruchych będą powstawały uskoki.

Struktury tektoniczne najczęściej występują w obrębie skał zbudowanych z warstw, czyli osadowych oraz częściowo metamorficznych. Warstwy w skałach pierwotnie leżały poziomo lub prawie poziomo a pod wpływem późniejszych procesów tektonicznych zostały wychylone ze swego poziomego położenia. W tektonice ważną kwestią jest określenie położenia warstw w skorupie ziemskiej. Parametrami charakteryzującymi to jest bieg i upad warstw.

Bieg - jest to kąt pomiędzy kierunkiem północnym a linią biegu, czyli linią przecięcia się płaszczyzny warstwy z płaszczyzną poziomą.

Upad - jest to kąt dwusieczny między płaszczyzną poziomą a płaszczyzną warstwy. Linia upadu jest to linia największego spadku powierzchni warstwy, prostopadła do linii biegu.

Bieg i upad mierzymy za pomocą kompasu geologicznego, upad w zakresie 0-90 stopni, a bieg w 0-180 z dodaniem kierunku w którym zapadają warstwy ( N lub S, wyjątkowo W i E)

Upad pozorny - jest to upad widziany w ścianie skalnej czy profilu. Warstwy w takim przekroju są widziane zawsze pod mniejszym kątem niż upad rzeczywisty, a nawet zerowym gdy jest to przekrój  równoległy do linii biegu.

Wszystkie warstwy są od siebie oddzielone płaszczyznami, które w zależności od położenia względem warstwy określa się:
stropem - płaszczyzna warstwy ograniczająca ją od góry, spąg - płaszczyzna ograniczająca warstwę od dołu. Pojęcia te są stosowane w sensie stratygraficznym, czyli spąg jest to "część" starsza, i poniżej jego leżą warstwy starsze, a powyżej stropu leżą warstwy młodsze.

Miąższość warstwy - jest to inaczej grubość warstwy, odległość liczona między powierzchniami ograniczającymi warstwę i prostopadle do nich. Miąższość pozorna to miąższość widziana w ścianie / wychodni, zawsze większa od miąższości rzeczywistej.

Podstawowe struktury

Płyty, budowa płytowa - jest to teren gdzie warstwy leżą na sobie poziomo i nie zostały wychylone ze swojego pierwotnego położenia.

Monoklina - jest to taka forma gdzie skały są wychylone z poziomego położenia i nachylone w jednym kierunku na dość rozległym obszarze. Czasami termin jest stosowany lokalnie dla terenu w którym skały są nachylone w jednym kierunku, a monoklina jest tylko skrzydłem większej struktury fałdowej (antykliny, synkliny)

Podstawy tektoniki fałdowej

Fałd - jest to wygięcie pierwotnie poziomo leżących warstw, bez przerwania ich ciągłości. Wyróżnia się dwie zasadnicze formy fałdu, sąsiadujące ze sobą: antyklinę (siodło) - czyli strukturę zawierającą w środku (w jądrze) skały starsze, oraz synklinę (łęk) zawierającą w jądrze skały młodsze. Każda z tych struktur posiada dwa skrzydła czyli części fałdu zapadające w 2 przeciwnych kierunkach, a wewnątrz nich znajduje się jądro fałdu. Antyklina w normalnym położeniu jest formą wypukłą ku górze, a synklina wklęsłą ku górze.

Każdej struktura fałdowa ma pewne charakterystyczne elementy geometryczne służące do opisanie tej struktury. Wyróżniamy:

Przegub fałdu - jest to odcinek sfałdowanej warstwy o największym przegięciu. Ta część zazwyczaj łączy dwa skrzydła fałdu, czasami jednak np. w fałdach koncentrycznych ciężko jest wyłonić przegub, natomiast, np. w fałdach skrzynkowych, są dwa przeguby. Zbiór wszystkich przegubów w fałdzie nazywamy strefą przegubową.

Oś fałdu - jest to linia która biegnie wzdłuż przegubu po jego środkowej części. Osie często nie są poziome, a raczej nachylone, dla takiej osi określa się kąt zanurzenia osi (nachylenia) czyli kąt pomiędzy osią fałdu a płaszczyzną poziomą. Gdy oś raz zanurza się a raz wynurza, mówimy o osi undulującej. Gdy oś z obu stron wynurza się mamy do czynienia z elewacją, a gdy z dwóch stron się zanurza - depresją.

Powierzchnia osiowa - jest to powierzchnia łącząca wszystkie osie fałdu w poszczególnych warstwach.

Kierunek osi - orientacja osi względem kierunków świata.

Pochylenie fałdu - jest to kąt odchylenia powierzchni osiowej fałdu w stosunku do pionu.

Promień fałdu - odległość między powierzchniami osiowymi sąsiednich form fałdowych mierzona prostopadle do powierzchni.

Klasyfikacja fałdów na podstawie położenia powierzchni osiowych i skrzydeł:

Fałd stojący - powierzchnie osiowe pionowe
Fałd pochylony - powierzchnie osiowe pochylone, skrzydła nachylone w rożnych kierunkach pod różnymi kątami
Fałd obalony - powierzchnie osiowe pochylone, skrzydła nachylone w tym samym kierunku
Fałd leżący - powierzchnie osiowe poziome
Fałd przewalony - powierzchnie osiowe pochylone lub pionowe, pozycja form fałdowych odrócona.

Procesy geologiczne - jest to ogół zjawisk zachodzących w obrębie skorupy ziemskiej prowadzących do zmiany jej powierzchni. Zjawiska te mogą zachodzić szybko jak np. trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów, osuwiska, lub wolno, niedostrzegalnie np. sedymentacja osadów w morzach czy ruchy górotwórcze.

 

 

Metody badań geologii dynamicznej;
- badanie współcześnie zachodzących procesów np. działalności rzek, lodowców, wulkanizmu
- analiza śladów dawnej działalności różnych procesów

Zasada aktualizmu geologicznego
Teoria, która mówi o tym, że warunki i czynniki, które kształtowały powierzchnie Ziemi w przeszłości są takie same lub zbliżone do tych panujących w teraźniejszości. tak więc podstawą do wyjaśnienia przeszłości geologicznej jest współczesny obraz Ziemi i zjawisk na niej zachodzących. (pogląd J. Hutton'a, rozszerzony przez C. Lyell'a)

Wszelkie procesy zachodzące na Ziemi są związane z istnieniem energii, która może przybierać różne formy: ciepła, światła, ruchu. Ich źródłem na Ziemi jest energia cieplna Słońca oraz energia wewnętrzna Ziemi. Energia pochodząca od Słońca odpowiada za wiatry, opady, ruch fal i prądów, ruch lodowców itp. natomiast energia wewnętrzna Ziemi za procesy górotwórcze, lądotwórcze, trzęsienia ziemi, wulkanizm itp. Na podstawie takiej zależności procesy dzielimy na dwie grupy:

procesy egzogeniczne - zachodzące dzięki działaniu sił zewnętrznych (energia Słońca i księżyca)

procesy endogeniczne - zachodzące dzięki działaniu sił wewnętrznych (energia Ziemi)

Działanie obu sił powoduje, to że na Ziemi mamy zróżnicowaną rzeźbę terenu. Czynniki zewnętrzne dążą do zniszczenia wyniosłości terenu i zrównania powierzchni, a czynniki wewnętrzne do jej wypiętrzenia. Niszcząca działalność procesów egzogenicznych określana jest mianem denudacji. Procesy egzogeniczne powodują także transport materiału przez rzeki, lodowce, prądy morskie i gromadzenie ich w miejscach położonych niżej (zbiorniki wodne, morza, oceany) czyli tzw. akumulację.

Geologia jest to nauka o Ziemi; przedmiotem badań geologii jest głównie budowa, skład, historia skorupy ziemskiej oraz wszelkie procesy, które zachodzą bądź zachodziły w jej obrębie (procesy geologiczne).

W geologii wyróżnić możemy szereg dziedzin i działów, które specjalizują się w danych zagadnieniach:

Geologia dynamiczna - zajmuje się wszelkimi zjawiskami zachodzącymi zarówno na powierzchni skorupy ziemskiej jak i w głębi. Bada ona między innymi ruchy górotwórcze, trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów, działalność wód płynących, lodowców, mórz, atmosfery, oraz odtwarza dawne środowiska.

Geologia historyczna - głównym jej zadaniem jest odtwarzanie historii, Ziemi, jakim podlegała zmianom, jak przemieszczały się lądy, jakie organizmy zamieszkiwały dawne morza itp.

Geologia strukturalna (tektonika) - bada wszelkie zaburzenia w skorupie ziemskiej a konkretnie w skalach (uskoki, fałdy, spękania itp.)

Geologia regionalna - jest to synteza wyżej wymienionych dziedzin i skupienie się na danym obszarze, tak więc zajmuje się budową geologiczną i przeszłości wybranego terenu np. zagłębia, jednostki geologicznej, masywu itp.

Mineralogia - nauka o minerałach, badania nad ich składem chemicznym, właściwościami, warunkami tworzenia itp. Pomocniczą nauka mineralogii jest krystalografia, która zajmuje się kryształami.

Petrografia - jest to nauka o skałach, przedmiotem badań jej są własności skał, skład mineralny i chemiczny, budowa, warunki powstawania i występowania w skorupie ziemskiej, wzajemne stosunki między skałami.

Paleontologia - nauka zajmująca się wymarłymi (kopalnymi) organizmami, których szczątki znajdowane są w skałach. odtwarza ona wygląd dawnych organizmów, ich budowę, czynności życiowe, środowisko życia itp.

Geofizyka - bada zjawiska i ustala prawa fizyczne, którym podlega kula ziemska

Geochemia - nauka o rozmieszczeniu i krążeniu pierwiastków chemicznych w skorupie ziemskiej.

---