WYKŁAD I - 13.10.2008
Środowisko - ogół elementów ożywionych i nieożywionych, a także krajobraz naturalny lub użytkowany i zmieniany przez człowieka.
Geologia - nauka zajmująca się budową, własnościami i historią Ziemi oraz procesami zachodzącymi w jej wnętrzu i na jej powierzchni, dzięki którym ulega ona przeobrażeniu.
Proces geologiczny - zjawisko lub zespół zjawisk wywołujący na powierzchni Ziemi lub w jej wnętrzu przeobrażenia fizyczne i chemiczne.
Wiek Ziemi to około 4,6 - 4,5 mld lat. Najstarsze znalezisko miało miejsce w Australii - były to ziarna cyrkonu liczące ok. 4,2 mld lat. Najstarsze skały występują w:
- Grenlandii - formacja ISUA
- Afryce Południowej - Dolina Limpopo
- Zachodniej Australii- Masyw Yilgarn
- Kanadzie - Wielkie Jezioro Niedźwiedzie
BUDOWA ZIEMI
Metody badawcze:
-głębokie wiercenia (na ok. 12m) pozwoliły na penetrację zaledwie 1/5 głębokości skorupy ziemskiej
-badanie lawy zasadowej i ultrazasadowej
-badania meteorytów i innych ciał niebieskich
-sejsmologia, badania geofizyczne
-petrologia eksperymentalna
Schemat budowy:
Skorupa
Nieciągłość Moho
Płaszcz
Nieciągłość Wielherta- Gutenberga
Jądro
1. Skorupa ziemska:
-najbardziej zewnętrzna powłoka
-oddzielona od płaszcza powierzchnia Moho
-najbardziej zróżnicowana pod względem właściwości i składu chemicznego
W jej skład wchodzi: - skorupa kontynentalna
- skorupa oceaniczna
- górna część górnego płaszcza
- astenosfera - górny płaszcz
Skorupa kontynentalna |
Skorupa oceaniczna |
|
|
Kompleks skał krystalicznych (dolna część)
Skały kwaśne
↓ skorupa kontynentalna
Skały obojętne i zasadowe
Skorupa oceaniczna zbudowana jest głównie ze skał zasadowych.
Kompleks skał osadowych (w górnej części)
Obszar kontynentalny:
-nie występują na najsilniej wypiętrzonych obszarach kratonów
-głównie znajdują się na silnych obniżeniach terenu
-miąższość sięga ok. 20km
Obszar oceaniczny:
-nie występują powszechnie
-znajdują się przede wszystkim w skłonach -średnia miąższość sięga od 300 do 500m
2. Nieciągłość Moho
-występuje na różnych głębokościach - od 5-12 km pod oceanami, do 35km pod platformami, zaś pod orogenezami nawet do 80km
3. Astenosfera
-materia astenosfery ułatwia poziome przemieszczanie się fragmentów litosfery
-występuje w obrębie górnego płaszcza
-ok. 10% minerałów zawartych w niej znajduje się w stanie ciekłym
-gradient przyrostu temperatury jest większy od gradientu przyrostu ciśnienia
-głębokość występowania - 80-100km w obrębie basenów oceanicznych, 200-250km w strefie tarcz kontynentalnych
4. Płaszcz
-zbudowany z różnych odmian perydotytów i skał im pokrewnych
5. Jądro
-głębokość maksymalna to 6378m
-dzieli się na zewnętrzne i wewnętrzne
-temperatura na powierzchni wynosi ok. 3000˚C, wewnątrz 6000˚C
-zbudowane jest głównie z żelaza, niklu, cząstkowo występuje tlen, krzem, siarka oraz potas
-jądro zewnętrzna ma postać płynną i jest dobrym przewodnikiem prądu
-jądro wewnętrzne ma postać stałą- stanowi źródło pola magnetycznego Ziemi
SKORUPA ZIEMSKA I JEJ ELEMENTY
Płyty litosfery - największe jednostki, wewnątrz są stosunkowo sztywne, znajdują się w ciągłym ruchu
Płyty oceaniczne
Płyty kontynentalne
Płyty mieszane
Koncepcja wędrówki kontynentów zaproponowana przez A. Wegenera została oparta o przesłanki wskazujące na podobieństwo wybrzeży poszczególnych lądów, a także podobieństwo skał, florystyczne oraz faunistyczne.
Grzbiety śródoceaniczne
-opasają całą kulę ziemską
-wznoszą się do ok. 2500m ppm
-osiową część grzbietu jest rozwinięta przez dolinę ryftową
-miejsce wytypowania płytkich trzęsień ziemi
-w obrębie osi grzbietu lawy są najmłodsze
Rowy oceaniczne
-system wąskich, wydłużonych rynien osiągających średnią głębokość
-w ich rejonie występują liczne trzęsienia ziemi
-zjawiskiem towarzyszącym jest wulkanizm, powodujący powstawanie wysp oceanicznych oraz łuków kontynentalnych
-pierścień ognia - łuki wulkaniczne wzdłuż rowów na Oceanie Spokojnym
Granice płyt litosfery
-dywergentne (rozbieżne) - granica w obrębie dwóch płyt oceanicznych lub dwóch płyt kontynentalnych, np. grzbiety lub doliny ryftowe
-konwergentne (zbieżne) - strefy subdukcji, orogeny kolizyjne
-konserwatywne (uskoki transformujące) - występują wzdłuż granic dywergentnych oraz konwergentnych, tworzą poziome przesunięcia skorupy oceanicznej i kontynentalnej, np. uskok Św. Andrzeja na Zachodnim Wybrzeżu
Strefy subdukcji związane są z rowami oceanicznymi, występują w strefie pierścieni ognia.
Nachodzenie na siebie dwóch płyt oceanicznych powoduje wulkanizm bazaltowy, dwóch płyt kontynentalnych wulkanizm kwaśny, zaś płyty oceanicznej i kontynentalnej wulkanizm obojętny (lawy andyzetowe).
Cykl Wilsona
Przyczyny ruchu płyt:
-ruch konwekcyjny materii
-wypływ magmy w strefach grzbietów
-grawitacyjny ześlizg płyt
Hipoteza pióropuszy płaszcza
Uzupełnieniem teorii wielkich płyt litosfery jest hipoteza pióropuszy płaszcza. Teoria ta powstała
w latach 70'. Związana jest z występowaniem plam gorąca.
Pióropusze płaszcza to słupy, rozgrzanej materii, które tworzą się pomiędzy jądrem a płaszczem Ziemi; wędrują w pionie, dopiero w astenosferze kierunek ruchu zmieniają na poziomy; miejsce dojścia pióropuszy do skorupy powoduje powstanie nabrzmień; na wskutek wysokiej temperatury magmy topnieje skorupa;
mogą powstać spękania i uskoki; pojawiają się zjawiska wulkaniczne;
nad pióropuszem litosfera staje się coraz cieńsza; na powierzchni Ziemi powstaje plama gorąca.
Na świecie istnieje ok. 150 miejsc z plamami gorąca; w ok. 40 przypadkach pod plamą znajduje się pióropusz.
tempo przemieszczania plam gorąca 1-2mm/rok; kiedyś uważano, że się nie poruszają
przesuwanie się płyt nad plamą gorąca zaznacza się wulkanizmem (wyspy wulkaniczne)
nie wiadomo dokładnie dlaczego w danym miejscu pojawia się plama gorąca
Brak prawidłowości w rozmieszczeniu plam gorąca
plamy gorąca występują m.in.:
w obrębie Grzbietu Śródatlantyckiego
Islandia
Wyspy Azorskie
Wyspy KanaryjskieRowy Wschodnioafrykańskie
plamy mogą być przyczyną rozłamów w tym regionie
Wyspy Hawajskie
na przykładzie tych wysp widać, że kierunek ruchu płyt może ulec zmianie
ich powstanie związane jest z plamami
część zjawisk wulkanicznych związana jest z pióropuszami i plamami gorąca
PROCESY ENDOGENICZNE
DIASTROFIZM - ogół procesów prowadzący do mechanicznych odkształceń skorupy ziemskiej spowodowany ruchami tektonicznymi.
Źródłem są procesy zachodzące w płaszczu ziemi, czyli ruchy orogeniczne oraz poziome i pionowe ruchy skorupy ziemskiej.
Rodzaje deformacji:
Nieciągłe - warstwy przerwane, np. uskoki
Ciągłe - warstwy nieprzerwane, np. fałd, antyklinoria, synklinoria, płaszczowiny
Deformacje ciągłe
Fałd- struktura zbudowana z antykliny (warstwa wygięta ku górze - siodło) i synkliny (warstwa wygięta ku dołowi - łęk).
Fałd zbudowany jest ze skrzydeł, czyli części synkliny lub antykliny będącej zespołem warstw oraz przegubu - miejsca przejście jednego skrzydła w drugie.
Klasyfikacja fałdów:
-stojące
-pochylone
-leżące
-obalone
-przewalone
Antyklinorium - struktura kopułowato wygiętych warstw.
Synklinorium - struktura nieckowato wygiętych warstw.
Płaszczowiny - zespół skał oderwanych od macierzystego podłoża, przemieszczony i naniesiony na inne skały.
Deformacje nieciągłe
1. Uskok- miejsce zerwania się ciągłości warstw, związane jest z przemieszczeniem.
Możemy je podzielić na:
-uskoki normalne - powierzchnia uskoku jest nachylona w kierunku skrzydła zrzuconego
-uskoki odwrócone - powierzchnia uskoku jest nachylona w kierunku skrzydła wiszącego
-uskoki przesuwcze - przemieszczenie skrzydeł w kierunku poziomym
2. Cios - zbiór spękań w skałach o określonym uporządkowaniu geometrycznym. Dzieli się na:
-cios termiczny - stygnięcie magmy i jej kurczenie się; najpowszechniejszy jest cios termiczny słupowy - tworzy „organy”, np. Organy Wielisławskie w Górach Kaczawskich
-cios tektoniczny - naprężenia tektoniczne.
WYKŁAD II - 20.10.2008
Trzęsienie ziemi - efekt nagłych przemieszczeń mas skalnych w obrębie skorupy ziemskiej lub górnego płaszcza Ziemi. Przemieszczenie mas powoduje drgania, które rozchodzą się w postaci fal sprężystych, a odczuwalne są jako wstrząsy na powierzchni.
Hipocentrum - miejsce, z którego rozchodzą się fale sejsmiczne, ognisko trzęsienia, znajduje się wewnątrz Ziemi.
Epicentrum - punkt na powierzchni Ziemi, do którego fale sejsmiczne docierają najszybciej, znajduje się nad hipocentrum.
Izosejsty - linie łączące punkty o jednakowym natężeniu drgań.
Skale:
Intensywności (skala Marcallego)
- 12 stopniowa
- oparta na ocenie szkód wyrządzonych w trakcie trzęsienia
Wielkości (skala Richtera)
- pozwala na określenie energii wyzwolonej w czasie trzęsienia, a także odległości epicentrum i hipocentrum
Przyczyny trzęsień:
- zapadowe - zapadnięcie się mas skalnych na wskutek oddziaływania sił grawitacyjnych
- wulkaniczne
- tektoniczne
- antropogeniczne - eksploatacja górnicza
Strefy aktywne sejsmicznie:
- wielkie rozłamy w skorupie ziemskiej
- granice płyt litosfery
- młode łańcuchy górskie
Skutki trzęsień:
- ofiary w ludności
- straty materialne
- przerwanie tam skutkujące w powodzie
- przerwanie ciągłości skorupy ziemskiej
- przerwanie ciągłości wzdłuż powstałych szczelin
- podniesienie terenu, powstanie osuwisk na powierzchni ziemi i mórz
- podniesienie lub obniżenie poziomu wód gruntowych
- tsunami
MAGMATYZM - ogół procesów związanych z tworzeniem i przemieszczaniem się magmy oraz ciał magmowych. Procesy te dzielą się na:
Plutoniczne - w głębi Ziemi
Wulkaniczne - przy powierzchni i na powierzchni Ziemi
Magma - stop skalny
Lawa - magma na powierzchni Ziemi
Produkt krystalizacji magmy -> skały magmowe (plutoniczne lub wulkaniczne)
Plutonizm - powolne krzepnięcie magmy pod powierzchnią Ziemi, powodujące powstanie skał o strukturze jawnokrystalicznej.
W wyniku przenikania magmy w skorupę ziemską powstają ciała magmowe - intruzje. Możemy podzielić je na:
zgodne - ściany pokrywają się powierzchniami strukturalnymi skał otaczających -nie przecinają warstw skalnych, są to:
- lakolit - lopolit
- sille - fakolit
niezgodne - przecinają warstwy skalne, np. ławice skalne, są to:
- dajka
- batolit --apofiza
- żyła kominowa
WULKANIZM !
- magma wędrująca ku górze może wydostawać się na powierzchnię Ziemi
- procesy zachodzą powolnie lub gwałtownie
- procesy mogą zachodzić punktowo, linijnie lub powierzchniowo
Erupcja wulkaniczna - proces wydobywania się lawy oraz pary wodnej, gazów. Fragmentów skał. Erupcje można podzielić ze względu na sposób wydostawania się lawy:
- centralna - lawa i materiał piroklastyczny wydostają się z krateru
- linijna - lawa i produkty wulkaniczne wydostają się szczelinami (strefy ryftu)
- arealna - magma z batolitu podnosi się ku górze, ogrzewa obszar nadległy i powoduje podtopienie skał na dużym obszarze
Typy wulkanów:
- hawajski - erupcja przeważnie spokojna, lawy zasadowe (wulkany tarczowe)
- merapi - rzadkie wybuchy, lawy kwaśne (kopuły lawowe)
- stromboli - częste erupcje, rytmiczne, ale niezbyt gwałtowne, lawy głównie obojętne, a także materiał
piroklastyczny (stratowulkany)
- vulcano - rytmiczne erupcje, znaczne ilości lawy kwaśnej, chmury popiołów (stratowulkany)
- plinijski - ogromna siła erupcji, która nie trwa jednak długo, produktem erupcji są głownie popioły (wulkany
eksplozywne)
- pelee - duża gwałtowność erupcji spowodowana obecnością ogromnej ilości gazów, chmury gazowo-pyłowe, zniszczenie fragmentów stożka (wulkany eksplozywne)
Budowa wulkanu:
- stożek wulkaniczny
- stożki pasożytnicze
- komin wulkaniczny
- kaldera
- ognisko/komora magmowa
Produkty wulkaniczne:
- lawa
- gazy i pyły
- materiał piroklastyczny
- porwaki skał podłoża, przez które przedziera się lawa lub magma
LAWA |
|
Kwaśna |
Zasadowa |
|
|
Materiał piroklastyczny:
różnej wielkości strzępy rozpylonej lawy wyrzucone w powietrze w czasie erupcji
fragmenty innych skał
fragmenty stożka wulkanicznego
W zależności od rozmiaru wyróżnia się:
- bomby wulkaniczne - wielkość powyżej 50mm
- lapille i piaski wulkaniczne - wielkość od 0,1-50 mm
- popioły - rozmiar poniżej 0,1mm
Brekcja wulkaniczna - zwięzła skała z materiału piroklastycznego
Pumeks - zastygły fragment lawy o wysokiej porowatości
Tuf - skała piroklastyczna z popiołów i piasków wulkanicznych
Skutki wulkanizmu:
- wylewy lawy i potoki lawowe
- wydobywanie się CO i CO2
- lahary -spływy błotne
- trzęsienia ziemi
- spływ materiału piroklastycznego
Rozmieszczenie:
- Pierścień Ognia
- Strefy ryftu
- Morze Śródziemne
Wulkanizm podmorski - wydobywanie się lawy bazaltowej, tworzą się lawy poduszkowe, występuje głównie w strefie ryftu oceanicznego.
Wulkany w Europie:
- Etna
- Stromboli
- Vulcano
- Hekla
- Arat
Największe erupcje wulkaniczne:
1630 r. p. n. e. - Santorini
79 r. n. e. - Wezuwiusz
1883 r. - Krakatau (Indonezja)
1902 r. - Mount Pelee (Martynika)
1956 r. - Bezimienny (Kamczatka)
1980 r. Św. Helena (Kanada)
Procesy powulkaniczne
Ekshalacje - wyziewy i pary związane z działalnością wulkaniczna. Można je podzielić pod względem temperatury wyziewu na:
- fumarde - temp. od 200-800˚C, występują w szczelinach i kraterach czynnych wulkanów
- solfatary - temp. od 100-200˚C, para wodna, H2S, CO2, w kraterach wulkanów drzemiących
- mofety - temp. poniżej 100˚C, głównie CO2, w wulkanach wygasłych
Gorące źródła - wody o temperaturze powyżej 30˚C, zawierają różne rozpuszczone sole, stanowią tanie, odnawialne i czyste źródło energii
Gejzer - rodzaj gorącego źródła (cieplicy), występujący w obszarze czynnego lub niedawno wygasłego wulkanizmu, charakteryzujący się okresowym wyrzucaniem gorącej wody i pary wodnej. Otwór gejzeru na powierzchni ziemi jest ujściem wąskiego i głębokiego przewodu w rodzaju komina skalnego, często połączonego z bocznymi korytarzami i podziemnymi pustkami(kawerny). Gromadzą się w nich wody gruntowe ogrzane od otaczającej skały, która z kolei ogrzewa się od zalegającej poniżej magmy. Słup wody zgromadzony w przewodzie gejzeru osiąga temperaturę wrzenia najpierw w najniższej części, przy czym jest ona wyższa niż na powierzchni ziemi (na głębokości 150 m - 200 0C). Tworzy się tam para wodna i wzrasta ciśnienie, powodując gwałtowne wyniesienie wody i pary wodnej do góry. Wraz z przybliżaniem się do powierzchni ziemi spada temperatura wrzenia wody, co dodatkowo wzmaga siłę wybuchu.
METAMORFIZM - jest to zespół procesów prowadzących do zmiany skał, tekstury, struktury, składu mineralnego oraz chemicznego. Typowym środowiskiem metamorfizmu jest wnętrze skorupy ziemskiej, może on wystąpić również na powierzchni Ziemi.
Wydzielono trzy strefy natężenia stopnia metamorfizmu. Epizona - najsłabszy stopień, mezozona - średni stopień, katazona - najwyższy stopień metamorfizmu. Ponadto wydzielono także określone facje (zespoły) minerałów określonych dla danego stopnia, oraz rodzaju przeobrażeń → facje metamorfizmu.
Rodzaje metamorfizmu według stosunku czynników metamorfizmu do skały pierwotnej
Autometamorfizm (autometamorfoza, autometasomatyzm) - jest to zespół procesów prowadzących do przeobrażeń skały magmowej przez gorące, ciekłe (metasomatoza) i lotne (pneumatoliza) substancje pochodzące z tej samej magmy. Ten termin odnosi się szczególnie do przeobrażeń polegających na wypieraniu jednych minerałów przez drugienp. albityzacja skaleni potasowych.
Allometamorfizm- proces, który nie wiąże się bezpośrednio z procesami skałotwórczymi.
Rodzaje metamorfizmu ze względu na dominujący proces
metamorfizm kontaktowy (termiczny, czasem metasomatyczny) ma miejsce wówczas, gdy skały dostaną się w bezpośrednie sąsiedztwo magmy. Nastąpić to może np. na skutek intruzji, tj. przemieszczenia się magmy w wyższe partie skorupy ziemskiej. Procesy metamorficzne przebiegają w strefie kontaktu, pod wpływem temperatury intrudującej magmy. Metamorfizm ten ma charakter lokalny.
metamorfizm dyslokacyjny (dynamiczny, kataklastyczny, kinetyczny, dynamometamorfizm) przebiega w strefach fałdowych, gdzie skały podlegają dużemu ciśnieniu kierunkowemu. Czynnikiem dominującym jest tu stress, temperatura odgrywa rolę podrzędną. Pod wpływem tego procesu zachodzi kruszenie i rozcieranie skał przy nieznacznej rekrystalizacji i wolno przebiegających reakcjach chemicznych. Metamorfizm ten ma charakter lokalny.
metamorfizm metasomatyczny (allochemiczny) ma miejsce wówczas, gdy do środowiska skalnego, podlegającego jednemu z powyżej opisanych rodzajów metamorfizmu doprowadzone zostaną z głębi roztwory hydrotermalne i gazy (pneumatoliza). Substancje te indukują rozmaite reakcje chemiczne polegające na rozpuszczeniu i wypieraniu jednych minerałów przy jednoczesnym powstawaniu nowych, w skład których wchodzą substancje pochodzące z zewnątrz.
metamorfizm regionalny obejmuje swoim zasięgiem wielkie obszary. Przebiega wtedy, gdy wskutek ruchów tektonicznych skały zostają pogrążone na znaczne głębokości, gdzie panuje duże ciśnienie i temperatura.
ultrametamorfizm występuje na pograniczu metamorfizmu i magmatyzmu. Charakteryzuje sie częściowym upłynnieniem skały (jej łatwo topliwych składników) i wciskanie ich w nie stopiona część. Skały ultrametamorficzne np. migmatyt charakteryzują się wybitna ptygmatyzacją.
metamorfizm progresywny gdy skały w czasie wzrostu temperatury lub ciśnienia osiągają coraz wyższy stopień metamorfizmu.
metamorfizm retrogresywny (diaftoreza, metamorfizm wsteczny) gdy stopień metamorfizmu zmniejsza się w wyniku obniżania temperatury i ciśnienia z upływem czasu.
metamorfizm impaktowy (zderzeniowy, szokowy, szokmetamorfizm) jest skutkiem upadku na ziemię ciała kosmicznego, np. meteorytu.
PROCESY EGZOGENICZNE
- wywołane przez czynniki zewnętrzne, odbywają się w wyniku działania energii słonecznej oraz sił grawitacyjnych między Ziemią, Księżycem i Słońcem.
Wpływ na procesy egzogeniczne wywiera:
- atmosfera - temp. powietrza, wiatr, ekspozycja na promienie, deszcz, wilgotność
- hydrosfera- działalność wód
- grawitacja- siła ciężkości
- świat organiczny
WIETRZENIE - rozpad skał lub minerałów pod wpływem niszczących procesów fizycznych, chemicznych zachodzących na powierzchni i przy powierzchni Ziemi. Prowadzi do powstania zwietrzeliny.
Czynniki:
- zmiany temp, wilgotności
- rodzaj podłoża
- ukształtowanie terenu
- ekspozycja terenu
- świat organiczny
Wietrzenie fizyczne
- mechaniczny rozpad skały na bloki, gruz, głazy, żwiry, piaski bez zmian ich składu fizycznego.
Rodzaje wietrzenia fizycznego:
Termiczne - insolacja, eksfoliacja
Mrozowe - zamróz, geliwacja
Solne - eksudacja
Pęcznienie minerałów ilastych - deflokulacja
Wietrzenie fizyczne termiczne:
Insolacja - rozpad skał pod wpływem ogrzewania o ochładzania, na terenach o dużych dobowych amplitudach temperatury (rzędu 50˚C), np. obszary pustyń kamienistych, efektem jest dezintegracja granularna
Eksfoliacja - złuszczenie skał, nagrzewanie o ochładzanie; słabe przewodnictwo cieplne skał -> temperatura na powierzchni jest różna od temperatury w częściach głębiej położonych, co powoduje kierunkowe naprężenia.
Wietrzenie fizyczne mrozowe:
Zamróz (kongelacja, geliwacja) - zachodzi przy udziale wody w szczelinach skalnych, na skutek spadku temperatury poniżej 0˚C woda krzepnie i zwiększa swoją objętość o 9%, efektem jest dezintegracja blokowa
Wietrzenie fizyczne solne:
Eksudacja - rozsadzanie skał przez krystalizację soli z roztworów krążących w szczelinach skalnych lub na powierzchni gruntu na wskutek parowania wody. Rekrystalizacja - przejście bezpostaciowych lub drobnokrystalicznych skupień minerałów w grubokrystaliczne powoduje w skałach zmianę objętości minerałów o powstanie znaczącego ciśnienia.
Pęcznienie minerałów ilastych:
Deflokulacja - skały ilaste chłoną wodę (wilgoć) z opadów i pęcznieją (absorpcja wody), w czasie suszy zachodzi proces odwrotny
Wietrzenie chemiczne
- chemiczny rozpad skały przy udziale powietrza, wody i rozpuszczonych w niej substancji i uwolnienia składników oraz syntezy nowych minerałów bądź pozostawienia trwałych produktów końcowych rozpadu.
Kwasy organiczne - szczawiowy, octowy, cytrynowy
mineralne - siarkowy, azotowy
humusowy
Typy wietrzenia chemicznego:
Hydroliza
Oksydacja
Redukcja
Uwodnienie
Uwęglanowienie
Rozpuszczanie
Hydroliza - rozpad substancji pod wpływem wody, jeśli pojawia się nadmiar jonów OH- lub H3O+ to roztwór przybiera odczyn zasadowy lub kwaśny
Oksydacja (utlenianie) - reakcje minerałów z tlenem oraz zmiany wartościowości występujących w ich sieci krystalicznej metali - związki o niższym stopniu utleniania przechodzą w związki o wyższym stopniu utleniania
FeS2 + H2O + 7/2O2 → FeSO4 + H2SO4
Redukcja - proces odwrotny do utleniania, wywołany działalnością bakterii lub rozkładem materii organicznej w środowisku beztlenowym.
Uwodnienie (hydratacja) - wiązanie powstałych z dysocjacji wody jonów H+ i OH- przez strukturę kryształu; powoduje przemianę minerału bezwodnego w uwodniony i słabo uwodnionego w mocno uwodniony
CaSO4 + H2O ↔ CaSO4 * 2H2O
Uwęglanowienie (karbonatyzacja) - polega na rozpuszczaniu i wypieraniu przez wodę zawierającą dwutlenek węgla węglanów wapnia, magnezu i żelaza, a także rozkładaniu krzemianów i glinokrzemianów, i przechodzeniu ich w węglany. Uwęglanowienie zachodzi przede wszystkim na terenach, gdzie skały są bogate w odpowiednie węglany.
CaCO3 + H2O + CO2 ↔ Ca2+ + 2HCO3-
Rozpuszczanie (solucja) - Ten proces polega na rozpuszczaniu minerałów pod wpływem wody z szybkością zależną od rodzaju minerałów w skale, temperatury i odczynu wody oraz obecności substancji rozpuszczonych w wodzie. W wyniku niego powstają roztwory wodne, szczególnie podatne na rozpuszczanie są wapienie, gipsy, dolomity.
WYKŁAD III - 27.10.2008
Wietrzenie organiczne (biogeniczne)
- jest połączeniem wietrzenia fizycznego i chemicznego; polega na rozpadzie o rozkładzie skał w wyniku działalności organizmów żywych.
- czynniki fizyczne:
Rośliny - rozwój systemów korzeniowych
Zwierzęta ryjące - systemy korytarzy i kanalików w warstwie glebowej
- czynniki chemiczne:
Wydzielanie kwasów humusowych
Pobieranie wody wraz z rozpuszczonymi substancjami mineralnymi
Produkcja przez drobnoustroje kwasu węglowego, azotowego, siarkowodorowego
Zwiększenie porowatości i przepuszczalności gleb
Produkty powstające podczas wietrzenia mogą pozostawać na miejscu - zwietrzelina - lub mogą być przetransportowane.
Zwietrzelina wykazuje pewną piętrowość:
- na litej skale leżą duże jej odłamki - rumosz
- ku górze przechodzi w coraz drobniejsze okruchy, a następnie w glinę zwietrzelinową
Procesy organiczne wzbogacają powierzchniową warstwę zwietrzeliny i tworzy glebę.
Pokrywy zwietrzelinowe:
Pochodzące z wietrzenia fizycznego - gruzowo-pyłowe (piargi i gołoborza)
Pochodzące z wietrzenia chemicznego - ilaste (lateryty i boksyty)
Caliche (iluwium) - wtórnie wytrącony materiał (węglan wapnia) wymyty z warstw powierzchniowych; wytrącenie spowodowane jest parowaniem nasyconego roztworu.
EROZJA - mechaniczne niszczenie skał przez wodę, lodowce i wiatr.
Erozja rzeczna
- polega na niszczeniu przez transportowany materiał skalny.
- erozja wgłębna (denna) - w obrębie dna koryta rzeki
- erozja boczna - podcinanie brzegów doliny rzecznej, powoduje powstawanie meandrów
- erozja wsteczna - cofanie się źródła
- eworsja - drążenie naturalnych przegłębień w dnie rzeki w skutek wirów wodnych.
Czynniki przyspieszające proces erozji rzecznej:
Ilość przepływającej wody
Prędkość przepływającej wody
Ilość transportowanego materiału skalnego
Rodzaj podłoża, przez które płynie rzeka
Erozja wiatrowa (eoliczna)
- widoczna na obszarach suchych, pozbawionych zwartej szaty roślinnej, dzieli się na dwa typy:
Korazję - niesiony przez wiatr materiał uderza o skały i je niszczy, np. wygłady, pagóry, grzyby skalne
Deflację - wywiewanie materiału skalnego, np. kieszenie, jamy skalne, misy, rynny, bruk deflacyjny i ostańce deflacyjne
Czynniki przyspieszające proces erozji:
Prędkość wiatru
Głębokość zalegania wód gruntowych
Pokrycie terenu szatą roślinną
Erozja morska
- efekt niszczącej działalności fal morskich oraz pływów morskich na brzeg.
Wysoki brzeg morski ulega podcinaniu u podstawy i osuwaniu - powstanie niszy abrazyjnej.
Klif - strome wybrzeże powstałe przez odrywanie się mas skalnych znad niszy abrazyjnej.
Platforma abrazyjna - lekko nachylona powierzchnia u podnóża klifu.
Czynniki przyspieszające proces erozji:
Ukształtowanie pionowe brzegu
Rodzaj skał budujących brzeg
Wielkość wahań poziomu wody
Erozja lodowcowa
- zachodzi pod lądolodem - w wyniku tarcia okruchów skalnych, wtopionych w lód, o podłoże, doprowadzając do powstania wygładów i żłobów
- może zachodzić także na przedpolu lądolodu - polega na spychaniu i przesuwaniu materiału skalnego z pola firnowego, np. przekształcenie doliny V-kształtnej w U-kształtną.
TRANSPORT - polega na przenoszeniu luźnego materiału z miejsca jego powstania przez grawitację, wiatr, wodę, fale i lodowce.
Redeponacja - wielokrotne przenoszenie tego samego materiału.
Grawitacja - ruchy masowe
- procesy przemieszczania materiału skalnego po powierzchni nachylonej, skierowane w dół zbocza, pod wpływem działania sił ciężkości.
- ruchy masowe odbywają się:
Z prędkością, nagle i gwałtownie
W tempie bardzo wolnym
W sposób trudny do bezpośredniego zaobserwowania
Czynniki wpływające na zjawisko ruchów masowych:
Nachylenie powierzchni stokowej
Rodzaju oraz ułożenia skał
Miąższość zwietrzeliny
Obecność i charakter szaty roślinnej
Przesycenie wodą warstw przypowierzchniowych
Rodzaje ruchów masowych:
Osuwanie - główne elementy osuwiska to: nisza osuwiskowa, zagłębienie powstałe na skutek osunięcia, jęzor osuwiskowy (miejsce przemieszczenia materiału); zjawisko to jest bardzo gwałtowne
Spełzywanie - proces powolnego przemieszczania się zwietrzeliny/skał/gleby w dół, widoczne skutki to pochylone słupy i płoty oraz łukowato wygięte drzewa
Odpadanie/obrywanie - proces degradacji zachodzący w obrębie ścian i stoków skalnych nachyleniu większym niż 45˚; polega na odrywaniu się od litego podłoża i spadaniu fragmentów zwietrzeliny
Spływanie - spływy powstają na stokach o dużym nachyleniu, w wyniku nasiąknięcia gruntu wodą po obfitych opadach lub roztopach
Ześlizgiwanie - gwałtowna utrata stabilności i przemieszczanie się, spadanie, staczanie lub ześlizgiwanie się ze stoku górskiego mas śnieżnych, lodu, gleby lub materiału skalnego
Lawiny - prędkość dochodzi do 200km/h, rodzaje lawin:
- kamienista
- wulkaniczna
- błotna
- lodowa
- śnieżna
- pyłowa
Działalność transportowa:
- toczenie - unoszenie - ruch skokowy - wleczenie
Rzek - zależy od rodzaju materiału, podłożą i ilości przepływającej wody
Lodowców - przenoszenie materiału skalnego przez lądolód lub wody płynące pod lub przed lodowcem
Wiatru - przenoszenie materiału skalnego przez wiatr
SEDYMENTACJA - osadzanie się, gromadzenie materiału skalnego przetransportowanego przez wodę, rzeki, wiatry lub lodowce. Środowiska sedymentacji:
- lądowe
- morskie
- przejściowe
Akumulacja rzeczna
- proces osadzania materiału wynikły z zaniku siły transportującej rzeki. Powoduje to powstanie ujścia rzeki - delty.
Czynniki wpływające na akumulację rzeczną:
- przeciążenie materiałem skalnym
- zmniejszenie spadku rzeki i w efekcie przepływu
Akumulacja wiatrowa
- główną formą tego rodzaju akumulacji są wydmy.
- typy wydm:
- barchany - niewielka ilość materiału skalnego i umiarkowana siła wiatru, a poziom wód gruntowych dość głęboko
- wydmy paraboliczne - płytki poziom wód gruntowych, duża ilość materiału transportowanego
- wydmy poprzeczne
- wydmy gwieździste
- wydmy podłużne - sejty na Saharze
Akumulacja morska
- plaża - akumulowany materiał skalny na brzegu
- ławice - równoległe wały do brzegu powstałe w miejscach załamywania się fal
- lido - wyniesiona ławica w miejscu silnych pływów morskich
- laguna - obszar płytkiego morza między brzegiem a lido
- mierzeja - piaszczysty wał
Akumulacja lodowcowa
- wały moren czołowych - wypukłe formy znajdujące się na granicy maksymalnego zasięgu lodowca
- moreny boczne
- moreny powierzchniowe
- moreny denne
- pola sandrowe - formy powstałe w wyniku akumulacji materiału wyniesionego przez rzeki
- ozy - kręte i faliste pagórki powstałe w szczelinach wewnątrz lądolodu
- kemy - płaskie pagórki powstałe przez akumulację materiału między sąsiednimi lobami lodowca
- drumliny - długie pagórki powstałe z przekształcenia moren czołowych podczas ponownego wkroczenia lodowca
DIAGENEZA - ogół procesów zachodzących po akumulacji materiału, który jest luźny, miękki i często przepojony wodą. Procesy diagetyczne powodują jego przekształcenie w litą skałę.
Kompakcja - zmniejszenie objętości porowej osadu, jego zagęszczenie, zwiększenie upakowania składników osadu.
Cementacja - wykształcenie spoiwa, cementu łączącego składniki mineralne osadu/skały, najczęściej na skutek wytrącenia substancji cementyzującej z roztworów obecnych w przestrzeniach międzyziarnowych
Rekrystalizacja - rozpuszczanie i krystalizacja składników na skutek zmian warunków fizycznych i chemicznych, w których znalazł się osad.
ŚRODOWISKA SEDYMENTACJI
Jest to zespół warunków, od których zależy przebieg procesu sedymentacji. Warunki sedymentacji zależą od:
Morfologii obszaru sedymentacji
Procesów tektonicznych
Klimatu
Sieci hydrograficznej
Życia organicznego
Środowiska sedymentacji:
- lądowe - lodowcowe, pustynne, rzeczne, jeziorne, bagienne
- morskie - przybrzeżne, płytkowodne, batialne, abisalne
- przejściowe - estuaria, lagunowe
Facja sedymentacyjna - zależy od środowiska, cech petrograficznych i strukturalnych osadu, cech paleontologicznych i geochemicznych.
Środowisko sedymentacji lądowe
Stożek piargowy - produktem jest głównie zwietrzelina pochodząca z procesów wietrzenia chemicznego oraz fizycznego, istotny też jest czynnik transportujący - grawitacja; tworzy się u podnóża gór - gruz.
Osady piargowe są źle wysortowane, czyli mają różne rozmiary, są grubookruchowe oraz ostrokrawędziowe.
Brekcja - zdiagenezowany gruz
Pustynne - występowanie wysokich temperatur, małej ilości opadów, klimat suchy lub półsuchy, ubóstwo/brak szaty roślinnej; czynnik transportujący - wiatr, siła ciężkości; produkty pochodzą z wietrzenia fizycznego.
Osady eoliczne - doskonała segregacja, jeden rozmiar, ziarna matowe i porysowane; uwarstwowienia krzyżowe; brak skamieniałości morskich; wykwity solne, gipsowe na skorupie, polewy pustyniowe
Pustynie:
- piaszczyste (erg)
- żwirowe (serir)
- kamieniste (hamada)
Lessy - materiał o wielkości mniejszej niż 0.1 mm, obrzeża pustyń i przedpola lodowców, zawierają węglan wapnia
Glacjalne - niska temperatura i znaczne opady, brak/ubóstwo fauny, czynnik transportujący - lód, wody fluwioglacjalne, wiatr; działalność akumulacyjna i erozyjna; produkty pochodzą głównie z wietrzenia fizycznego
Glina zwałowa (morenowa) - źle wysortowana, bez struktur i tekstur, mieszanina iłów, mułów, piasków i żwirów
Iły warwowe (zastoiskowe) - u czoła lodowca, w zbiorniku zastoiskowym
Tyllity - prekambryjska glina zwałowa
Działalność akumulacyjna: morena denna, czołowa, głazy narzutowe (eratyki), sandry (osady wodnolodowcowe)
Działalność erozyjna: jeziora, nasilenie procesów wietrzenia fizycznego, rysy polodowcowe (wskazanie kierunku przemieszczenia się lodowca), doliny U-kształtne
WYKŁAD IV - 03.11.2008
Wód płynących (rzeki) - klimat raczej wilgotny, w klimacie suchym występowanie rzek okresowych; erozyjna i akumulacyjna działalność rzek; główny typ osadu to aluwium; czynnik transportujący - woda; obecność fauny słodkowodnej, fauny lądowej i flory; obszar - górny, środkowy i dolny bieg rzeki
Działalność erozyjna - erozja boczna i denna
Działalność akumulacyjna - aluwium; w zależności od prędkości rzeki i siły transportu, wody transportują materiał:
- ilasty i mułowcowy - dolny bieg
- piaski i żwiry - środkowy bieg
- głazy - górny bieg
Osady kopalne to piaskowce, zlepieńce, iłowce i mułowce
Aluwium - górny bieg rzeki, stożki napływowe (materiał grubookruchowy)
- środkowy bieg rzeki, równina zalewowa, osady średniookruchowy i drobnookruchowy)
- dolny bieg rzeki, delta, materiał drobnookruchowy
Kopalne osady deltowe:
- przewarstwowienie osadów morskich i lądowych
- obecność węgli
- przekątne ułożenie lamin
Typowe osady to mułki, iły, bituminy
Osady rzeczne:
- osady okruchowe o różnej frakcji (osady korytowe i pozakorytowe) oraz osady organiczne
- ziarna błyszczące, gładkie i nieporysowane
- osad jest warstwowany, często przekątnie
- imbrykacja - wskaźnik kierunku ruchu; jest do dachówkowate ułożenie otoczaków
Wód stojących (jeziora) - klimat wilgotny, w klimacie suchym jeziora okresowe; działalność akumulacyjna, główne typy osadów - okruchowe, chemiczne, biogeniczne; czynnikiem transportowym jest woda; obecność fauny słodkowodnej lub słonolubnej oraz flory.
Osady jeziorne:
- materiał naniesiony przez rzeki, wiatr, deszcz i lodowce
- materiał okruchowy - iły, muły, piaski i żwiry
- wapienie, margle jeziorne
- ziemia okrzemkowa
- rudy jeziorne
- osady rzeczne
Ewaporaty (halit, gips, anhydryt, soda, borany, jodki) - powstają po odparowaniu głównie w obrębie bezodpływowych jezior słonych.
Kopalne osady jeziorne:
- niewielkie formy
- warstwowanie horyzontalne
Bagienne - klimat wilgotny; działalność akumulacyjna; główne typy osadu - biogeniczne i okruchowe; obecność flory
Osady bagienne:
- okruchowe drobnoziarniste (ciemnej barwy)
- torf → węgiel brunatny → węgiel kamienny
- rudy darniowe oraz bagienne
- związki manganu, fosforany, szczątki okrzemek
torf - miąższość 100m
↓
węgiel brunatny - miąższość 20m
↓
węgiel kamienny - miąższość 1m
Subsydencja - obniżanie się dna zbiornika wodnego, gdzie odkłada się torf
Środowisko sedymentacji przejściowe
Estuarium
- działalność akumulacyjna
- strefa wpływu środowiska lądowego i morskiego (periodyczne zalewanie)
- obecność fauny morskiej oraz słodkowodnej
- obfitość szczątków roślinnych
- typy osadów - mułki ilaste z domieszką piasków i żwirów, rzadko występują utwory węglanowe
Laguna
- działalność akumulacyjna
- osady pochodzenia kontynentalnego ze śladami wpływów środowiska morskiego
- typy osadów - mułki, piaski, węglany, osady gipsowo - solne
- obecność fauny morskiej i słodkowodnej
Środowisko sedymentacji morskie
- dzieli się ze względu na odległość od brzegu oraz głębokość
1. Strefa litoralna:
- strefa działania pływów od maksymalnego zasięgu fal sztormowych do minimalnego punktu osuszania dna w czasie odpływu
- duża ruchliwość wody
- działalność akumulacyjna oraz erozyjna
- dominują osady terygeniczne (naniesione z lądu) - piaski, żwiry, muły
Plaża - działalność akumulacyjna; piaski i żwiry plażowe - osad dobrze wysortowany; silnie spłaszczone otoczniaki; osad cienkowarstwowany; obecność pokruszonej fauny morskiej.
Klif - działa erozyjna; druzgot, brekcje i żwiry - osad źle wysortowany, słabo obtoczony; obecność silnie pokruszonej fauny morskiej.
2. Strefa sublitoralna:
- strefa od minimalnego punktu osuszania się dna w czasie odpływu do stoku kontynentalnego, maksymalna głębokość 200m
- średnia ruchliwość wody
- działalność erozyjna i akumulacyjna
- główny typ osadów - muły, iły, piaski (terygeniczne), węglany
Szelf - frakcja osadów, zmienna wraz z odległością:
- piaski - do 50m głębokości
- muły - 50 - 150m głębokości
- iły - poniżej 150m głębokości
- obfitość fauny morskiej (strefa fotyczna)
- ślady działalności organizmów
Rafa - obfitość organizmów budujących zwarte budowle organiczne, opierające się na niszczącej działalności fal (koralowce) i inne morskie organizmy (jeżowce, ślimaki, ryby, małże); dominują osady węglanowe - biolifity (masywne skały węglanowe), piaski i żwiry węglanowe.
3. Strefa pelagiczna:
- obejmuje obszar od stoku kontynentalnego w głąb oceanu
- działalność akumulacyjna i erozyjna
- dominują osady drobnoziarniste (muły, iły) - niewielki udział materiału terygenicznego, częściowo antropogeniczny i wulkaniczny
- powolna sedymentacja - kilka mm/rok
- obecność turbidytów - prądy zawiesinowe
- obecność fauny planktonicznej
◊ strefa batialna:
- rozciąga się od skłonu kontynentalnego do głębokości 400m
- osady - piaski, muły, iły, muły węglanowe, materiał wulkaniczny
- konkrecje siarczków
- bogate życie organiczne
◊ strefa abisalna (od 4000 - 6500m) i hadona (do 11000m):
- osady muły i iły głębinowe o barwie czerwonej
- brak osadów węglanowych - węglany nie są w stanie wytrącić się poniżej 3500m - strefa CCD
- osady krzemionkowe
- konkrecje siarczków metali
- bardzo wolna sedymentacja
Turbidyty - osady prądów zawiesinowych, oberwany naturalnie ze stoku kontynentalnego, gwałtownie opadający do podnóża stoków; charakteryzuje się frakcyjnym uziarnieniem - okruchy większe na dole, maleją w górę
Radidaryty - głębokomorskie skały krzemionkowe utworzone w strefie abisalnej.
SKAŁY
- naturalny zbiór osobników mineralnych
- skały monomineralne (tworzą jeden rodzaj minerałów) oraz polimineralne ( tworzą kilka rodzajów minerałów)
Skały dzielą się na:
Magmowe - proces endogeniczny
Osadowe - proces egzogeniczny
Metamorficzne - proces enilogeniczny
Skały magmowe
- powstają w wyniku zastygania magmy ( w głębi skorupy ziemskiej) lub lawy ( na powierzchni ziemi)
- dzielą się na skały:
Plutoniczne - w głębi ziemi, powolny proces krystalizacji, wszystkie kryształy widoczne gołym okiem (struktura fanerokrystaliczna)
Wulkaniczne - tworzą się blisko powierzchni ziemi lub na niej, struktura afanitowa (nie widać struktur) i portifirowa
Żyłowe
Skały kwaśne - główny składnik to kwarc, np. granit (skała plutoniczna), riolit (skała wulkaniczna), pegmatyt i aplit (skały żyłowe)
Skały obojętne - dzielą się na trzy klasy:
- klasa diorytu - dioryt (skała plutoniczna), andezyt (skała wulkaniczna)
- klasa gabra - gabro (skała plutoniczna), bazalt (skała wulkaniczna), diabaz i labradoryt (skały żyłowe)
- klasa perydotytu i dunitu - perydotyt i dunit (skały plutoniczne)
Skały osadowe
- produkty powstałe na skutek nagromadzenia na powierzchni zwietrzeliny, mogą to być fragmenty starszych skał oraz wyseparowanych z nich minerałów, szczątków organicznych, nowe minerały powstałe w wyniku procesów chemicznych
- skład:
Grupy krzemionkowe (kwarc, opal, chalcedon)
Tlenki i wodorotlenki żelaza, glinu, manganu
Węglany (kalcyt, aragonit, dolomit)
Fosforany
Siarczany (gips, anhydryt)
Chlorki (halit, sylwin)
Minerały lub fragmenty z wietrzenia (skalenie, kwarc, granaty)
- cechy:
Stopień selekcji - wysortowanie materiału okruchowego i ziaren pod względem frakcji: - osad słabo wysortowany - duże i małe ziarna
- dobrze wysortowany - ziarna o podobnym rozmiarze
Stopień selekcji świadczy o długości transportu.
Stopień obtoczenia ziaren - również świadczy o długości transportu, zarys ziaren i okruchów: - kanciaste
- słabo obtoczone
- obtoczone
- dobrze obtoczone
Kształt ziaren : - kuliste
- dyskowate
- wrzecionowate
- płasko-wydłużone
Kształt ziaren informuje z jakim rodzajem transportu mamy do czynienia.
Charakter powierzchni ziarna - świadczy o rodzaju transportu
- chropowata (środowisko eoliczne)
- gładka (środowisko wodne)
- matowa (środowisko eoliczne)
- błyszcząca (środowisko wodne)
Warstwowanie - warstwa to zinwidualizowane nagromadzenie osadu, którego wymiary poziome są wielokrotnie większe od jego grubości (miąższości), granice tworzą strop oraz spąg.
- podział:
Okruchowe
- psefity - gruzy, żwiry, brekcje
- psammity - piaski i piaskowce
- aleuryty - muły, lessy, mułowce
- piroklastyczne - brekcje
Ilaste
- pelity - iły i łupki ilaste
Chemiczne i organogeniczne
- krzemionkowe - ropowce
- żelaziste - syderyty i limaryty
- węglanowe - wapienie, margle, dolomity
- ewaporaty - gips, anhydryt i sole
Skały piroklastyczne - grupa przejściowa pomiędzy skała magmowymi a osadowymi; powstają na skutek erupcji; posiadają cechy skał okruchowych; są to bomby wulkaniczne, lapille, piaski i pyły wulkaniczne (osady luźne), a także skały zwarte takie jak tufy, tufity.
Psefity - wielkość ziaren > 2mm, np. gruz, żwir, brekcja
Psammity - wielkość ziaren 0,1 - 2mm, np. piasek
Aleuryty - wielkość ziaren < 0,1 mm, np. muł, less
Pelity - wielkość ziaren < 0,01mm, np. ił
18
geologia
Dynamiczna
Mineralogia
Historyczna
Petrologia
Paleontologia
Geologia regionalna
Geochemia
Stosowana
Surowcowa
Hydrogeologia
Inżynierska
Środowiskowa
Procesy geologiczne
Endogeniczne (wewnętrzne)
Egzogeniczne (zewnętrzne)
Diastrofizm
Magmatyzm
Metamorfizm
Wietrzenie
Erozja
Sedymentacja
Transport
|
objętość |
masa |
Skorupa |
1,4% |
0,3% |
Płaszcz |
82,6% |
68,3% |
Jądro |
16% |
31,4% |
Ryft kontynentalny
Erozja
Kolizja, powstanie górotworu
Zbliżenie z płytą kontynentalną
Rozwój strefy subdukcji
Rozwój grzbietu
wietrzenie
fizyczne
chemiczne
organiczne