Temat: 5. Podstawowe wiadomości z geologii.

5.1. Ziemia i układ słoneczny.

Przez ciała niebieskie rozumie się wszystkie obiekty znajdujące się w przestrzeni wszechświata. Ciałami niebieskimi są _.więc: Ziemia, Słońce, Księżyc, wszystkie planety, gwiazdy, komety, meteoryty, a ró­wnież zbudowane przez człowieka i umieszczone w przestrzeni między­planetarnej sztuczne satelity Ziemi; sputniki, rakiety kosmiczne, stacje międzyplanetarne.

Zespół najbliższych Ziemi ciał niebieskich stanowi układ słonecz­ny. Słońce jest centralnym i zarazem największym ciałem niebieskim tego układu. Ziemia jest planetą układu słonecznego i wraz z innymi - należącymi do niego - planetami krąży dookoła Słońca, obracając się równocześnie wokół własnej osi. Pogląd ten wyłożył po raz pierwszy wielki polski astronom Mikołaj Kopernik (1473 do 1543). Jego wiekopomne dzieło pt. „O obrotach ciał niebieskich" zapocząt­kowało rozwój nowożytnej astronomii.

Rys. 5.1. Układ słoneczny

Słońce stanowi olbrzymią kulę rozżarzonych gazów. Średnica Słońca jest około 109 razy większa od średnicy Ziemi. Masa Słońca jest 332 000 razy większa od masy Ziemi. Temperatura powierzchni Słońca wynosi około 6000°C, a jego wnętrza - do 25 milionów °C.

W układzie słonecznym rozpoznano dotychczas dziewięć planet. Są to: najbliższy Słońca - Merkury, a następnie w kolejności Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun i Pluton. Porównanie wielkości planet układu Słonecznego z wielkością Ziemi pokazano na rys. 5.1.

Wszystkie planety krążą wokół Słońca po zbliżonych do koła orbitach eliptycznych, obracając się równocześnie dookoła swoich osi. Niektóre planety mają krążące wokół nich ciała satelitarne. Są to księżyce. Planeta Saturn oprócz 10 księżyców ma również potrójny pierścień. Planety nie świecą światłem własnym - jak Słońce - lecz odbitym światłem słonecznym. Większość ich jest otoczona grubszą lub cieńszą powłoką gazową, zwaną atmosferą.

Nasza planeta Ziemia ma jeden Księżyc. Jest on odległy od Ziemi o 384 402 km, średnica jego równa się 1/4 średnicy Ziemi, a masa jest 81 razy mniejsza od masy Ziemi. Czas obiegu Księżyca dokoła Ziemi wynosi 27,3 dna i równa się czasowi obrotu Księżyca dokoła jego osi. Dzięki temu widzimy z Ziemi zawsze jedną i tą samą stronę Księżyca. Poznanie drugiej strony Księżyca oraz uzyskanie dokładnych danych o ukształtowaniu jego powierzchni uzyskano dzięki fotografiom wy­konywanym ze sputników oraz obserwacjom kosmonautów.

Zagadnienie powstania układu słonecznego nie jest dotychczas całkowicie wyjaśnione. Istnieje wiele teorii, wśród których przeważa pogląd wiążący powstanie planet z przemianami materii zachodzącymi w jądrze słonecznym. W czasie takich przemian odrywała się od Słońca materia, z której później powstawały planety.

Temat: 5.2. Budowa Ziemi.

Kształt i wielkość Ziemi. Ziemia ma kształt kuli spłaszczonej na biegunach, czyli tzw. geoidy. Na podstawie pomiarów ustalono następujące wymiary Ziemi:

- promień równikowy 6378,4 km,

- promień biegunowy 6357,9 km,

- powierzćhnia 510,0 mln km²,

- objętość 1083,0 mln km³.

Sfery Ziemi. W budowie Ziemi można wyróżnić zasadniczo trzy części, zwane sferami (rys. 5.2):

- barysfera, czyli jądro Ziemi,

- mezosfera albo sfera pośrednia, zwana również płaszczem,

- litosfera, czyli skorupa ziemska.

Rys. 5.2. Przekrój przez Ziemię

Barysfera ma promień około 3470 km i składa się głównie z niklu (Ni) i żelaza (Fe). Stąd nazywana jest rów­nież nife. Gęstość jej wynosi około 8 t/m³.

Mezosfera, czyli sfera pośrednia, ma grubość około 2800 km. W budowie dolnej jej warstwy przeważają: nikiel, żelazo, krzem i mangan, w górnej części chrom, żelazo, krzem i magnez. Gęstość jej w dolnej warstwie wynosi od 6 t/m³, w warstwach górnych do 3,5 t/m³.

Litosfera, czyli skorupa ziemska, ma grubość około 100 km. Dolna jej warstwa, w której przewagę mają krzem (Si) i magnez (Mg), na­zywa się simą, górna, gdzie przewagę mają krzem (Si) i glin (Al), nosi nazwę sialu. Gęstość sialu określono na 2,7 do 2,9 t/m³, a gęstość simy na 3,3 t/m³. Przypuszcza się, że dolna, silnie nagrzana sfera simy znajduje się w stanie półplastycznym. Średnia gęstość Ziemi wynosi 5520 kg/m³.

Do sfer Ziemi zalicza się również:

- hydrosferę, czyli wody oceaniczne i morskie występujące na powierzchni litosfery,

- atmosferę, czyli powłokę gazową Ziemi,

- biosferę, czyli sferę życia, rozwijającego się na powierzchni litosfery, w hydrosferze i w dolnych warstwach atmosfery.

Ciśnienie i temperatura Ziemi. Na powierzchnię Ziemi oddziałuje ciśnienie atmosfery, czyli ciśnienie atmosferyczne. W głębi Ziemi działa ciśnienie wywołane ciężarem nadległych warstw. Znając średnią gęs­tość materii danej sfery, można wyliczyć ciśnienie dla zadanej głęboko­ści. Tym sposobem wyliczono, że na głębokości 10 km panuje cisnienie 26 MPa, na głębokości 100 km (granica litosfery) 260 MPa, a w środku Ziemi ciśnienie przekracza 300 000 MPa.

Temperatura powierzchni Ziemi zależy od ciepła słonecznego. Zmienia się ona w ciągu doby, a także w ciągu roku, zależnie od pory roku. Nawet na bardzo nieznacznej głębokości (np. w piwnicy) różnice temperatury w ciągu dnia i w ciągu roku są mniejsze niż na powierzchni. W naszym klimacie wpływ zmian temperatury w ciągu doby odczuwalny jest do głębokości około 1,3 m. Zmiany temperatury rocznej odczuwalne są do głębokości 20 do 26 m. Na tej głębokości panuje stała temperatura równa średniej rocznej, która w naszym klimacie wynosi 8°C.

Obserwacje i pomiary dokonane w kopalniach i otworach wiert­niczych wykazują wzrost temperatury ze wzrostem głębokości. Liczba metrow o jaką trzeba się posunąć w głąb, aby temperatura podwyż­szyła się o 1°C nazywa się stopniem geotermicznym. Jego wielkość może wynosić od kilku (czeskie kopalnie węgla brunatnego) do stu kilkudziesięciu metrów (półwysep Kola).

W Polsce stopień geotermiczny wynosi 30 do 40 m. Jedynie na Pojezierzu Mazurskim stwierdzono w jednym z otworów (Pisz) stopień geotermiczny wynoszący 70 m. W Górnośląskim i Dolnośląs­kim Zagłębiu Węglowym stopień geotermiczny wynosi od 31 do 35 m. Wielkość stopnia geotermicznego ma duże znaczenie dla górnict­wa, gdyż wysoka ciepłota skał ogranicza głębokość prowadzenia eksploatacji górniczej.

Na podstawie stopnia geotermicznego nie można wyliczać tem­peratur panujących na dużych głębokościach, gdyż obliczone wielkości są za wysokie. Przeprowadzone na innych zasadach wyliczenia wyka­zują, że na głębokości 20 km temperatura wynosi około 500°C. Temperaturę jądra Ziemi ocenia się na około 5000°C. Przyjmując tak wysoką temperaturę, a również bardzo duże ciśnienie nie można okreśhć, w jakim stanie znajduje się materia tworząca jądro Ziemi.

Skład chemiczny litosfery. Około 99% skorupy ziemskiej złożonych jest z dziewięciu pierwiastków, którymi są: tlen, glin, żelazo, wapń, krzem, sód, potas, magnez i tytan.

W tablicy 5.1. podano zawartość 24 pospolitych pierwiastków występujących w skorupie ziemskiej.

Tablica 5.1. Zawartości pospolitych pierwiastków w skorupie ziemskiej (litosferze)

Pierwiastki		Procenty	Pierwiastki		Procenty
Tlen	O	46,60	Fluor	F	0,060
Krzem	Si	27,72	Węgiel	C	0,055
Glin	A1	8,13	Siarka	S	0,052
Żelazo	Fe	5,00	Rubid	Rb	0,031
Wapń	Ca	3,63	Chlor	Cl	0,030
Sód	Na	2,83	Bar	Ba	0,025
Potas	K	2,59	Cyrkon	Zr	O,022
Magnez	Mg	2,09	Chrom	Cr	0,020
Tytan	Ti	0,44	Stront	Sr	0,015
Wodór	H	0,145	Wanad	V	0,015
Mangan Mn		0,100	Cynk Zn		0,013
Fosfor	P	0,800	Nikiel	N	0,010

Rozmieszczenie pierwiastków w skorupie ziemskiej nie jest równo­mierne, np. zajmujący 14 miejsce w tabl. 5.1 węgiel tworzy w pewnych rejonach skorupy ziemskiej duże skupiska, zwane złożami.

Temat: 5.3. Ruchy skorupy ziemskiej.

Trzęsienia Ziemi. Przez trzęsienie Ziemi rozumie się wszelkie wstrząsy i drgania skorupy ziemskiej. Najczęściej są one tak słabe, że stwier­dzenie ich jest możliwe tylko specjalnymi instrumentami, tzw. sejsmo­grafami. Bywają też trzęsienia Ziemi o skutkach katastrofalnych, powodujące zniszczenia całych miast i śmierć wielu tysięcy ludzi. Mogą one również spowodować zaburzenia geologiczne w pierwotnej (przed trzęsieniem Ziemi) budowie skorupy ziemskiej, polegające na powstaniu szczelin, pionowych przesunięć i osuwisk w górach.

Trzęsienia Ziemi, a zwłaszcza te najgroźniejsze, powstają w związ­ku z ruchami skorupy ziemskiej, czyli tzw. ruchami tektonicznymi. Towarzyszą również działalności wulkanów.

W rejonach górniczych występują wstrząsy zapadliskowe związane z zawalaniem się pustek powstałych po wybraniu kopaliny. Trzęsienia Ziemi występują szczególnie w pewnych rejonach. W Europie do rejonów tych należą kraje śródziemnomorskie, a więc półwyspy: Iberyjski, Apeniński i Bałkański z przylegającymi do nich terenami. W Polsce większych trzęsień Ziemi w ostatnim tysiącleciu nie notowano.

Zjawiska wulkaniczne. W gorącym wnętrzu Ziemi na znacznych głębokościach, przeważnie wśród simy, występują tzw. ogniska mag­matyczne wypełnione magmą, czyli gorącym ciekłym stopem skalnym, złożonym głównie z krzemianów i glinokrzemianów. Magma zawiera rozpuszczone w niej pod dużym ciśnieniem. gazy, najczęściej parę wodną, dwutlenek węgla, siarkowodór, fluor, chlor i dwutlenek siarki. Mają one dużą prężność i jeśli w warstwach nadległych trafią się szczeliny lub pęknięcia, to wpychają w nie magmę oraz wyciskają ją ku górze. W ruchu tym może się ona zatrzymać i zastygnąć w głębi Ziemi lub wydostać się na powierzchnię, tworząc wulkan. Wulkanem nazywa się więc miejsce na powierzchni Ziemi, gdzie zjawiska takie zachodzą obecnie lub zachodziły w przeszłości.

Kanał, przez który magma wydostaje się na powierzchnię, zakoń­czony jest od góry kraterem. Stanowi go zwykle lejkowate zagłębienie znajdujące się na szczycie stożka wulkanicznego, utworzonego z produk­tów powstałych z wyrzuconej i wylanej na powierzchnię magmy (rys. 5.3). Stożki wulkaniczne tworzą wzniesienia, niekiedy wysokie góry, np. stożek wulkanu Etna ma wysokość 3113 m n.p.m. Wydobywająca się na powierzchnię Ziemi magma oziębia się, dając trzy rodzaje produktów: stałe, ciekłe i gazowe.

Rys. 5.3. Przekrój przez Wezuwiusz

Produktem ciekłym jest lawa wulkaniczna wylewająca się z wnętrza krateru i spływająca. po zboczach wulkanu. Lawa ta stygnie po pewnym czasie (czasem nawet po kilku miesiącach) zamienia się w skałę. Wyrzucone w powietrze strzępy lawy zastygają w powiet­rzu, tworząc stałe produkty wulkaniczne w postaci ziarn o różnej średnicy. Najdrobniejsze, powstałe z cząstek zakrzepłej w powiet­rzu lawy albo wyrwane ze skał tworzących krater i stożek wulka­niczny, tworzą popioły wulkaniczne. Ilość popiołów wulkanicz­nych przekracza zazwyczaj wielokrotnie ilość wylanej lawy. Osadzo­ne na powierzchni i zlepione w jedną masę popioły tworzą tufy wulkaniczne.

Produkty gazowe wybuchu wulkanu stanowią gazy uwalniające się z magmy. Najwięcej wydziela się pary wodnej, która skrapla się w postaci deszczu. Obok niej wydzielają się pozostałe gazy zawarte w magmie.

Objawem działalności wulkanicznej są również gorące źródła, tzw. cieplice. Gejzery są to gorące źródła wyrzucające okresowo wodę, często na znaczną wysokość. Najsłynniejsze gejzery znajdują się w Islandii, Nowej Zelandii i w USA.

Obecnie czynnych jest na Ziemi 450 wulkanów. Największa ich liczba grupuje się na wybrzeżach Oceanu Spokojnego. W Europie najbardziej znanym czynnym wulkanem jest Wezuwiusz, którego wybuch w 79 roku zniszczył trzy miasta rzymskie: Pompeje, Her­kulanum i Stabie. Wybuchy Wezuwiusża powtarzają się do czasów obecnych. Oprócz czynnych wulkanów znane są wulkany wygasłe, a więc nie przejawiające działalności.

W Polsce nie ma czynnych wulkanów. Ślady działalności wul­kanicznej w postaci skał pochodzenia wulkanicznego znajdują się w Sudetach, w okolicach Krakowa oraz w okolicy Szczawnicy.

Ruchy górotwórcze. Wielkie łańcuchy górskie powstały przeważnie w wyniku ruchów górotwórczych wywołanych działaniem potężnych sił, powodujących przesunięcie poziome mas skalnych. Przyczyny i mechanizm tych zjawisk nie są dotychczas całkowicie wyjaśnione. Według jednej z najbardziej rozpowszechnionych hipotez, ciśnienia boczne wywołujące przesunięcia poziome wywołane są kurczeniem się stygnącego jądra Ziemi wskutek utraty przez nie ciepła. Skorupa ziemska spoczywająca na nim dąży własnym ciężarem do przylegania do jądra, musi więc zmniejszyć swoją_, powierzchnię, co powoduje powstanie sił o kierunkach poziomych i pionowych doprowadzających w pewnych rejonach Ziemi do wypiętrzeń lub wgnieceń warstw skalnych, w wyniku, czego powstają góry pasmowe lub łańcuchowe. Występowaniu ruchów górotwórczych towarzyszy zazwyczaj ożywio­na działalność wulkaniczna i trzęsienia ziemi.

Temat: 5.4. Ułożenie warstw w skorupie ziemskiej.

Wykonując roboty górnicze w kopalniach, dokonując odkrywek, stwierdza się warstwową budowę skorupy ziemskiej. W pewnych rejonach uwarstwienie jest regularne i poziome lub zbliżone do poziomego. Są to rejony spokojne, zwane płytami, w których nie działały nigdy ruchy górotwórcze, powodujące zawsze zaburzenia w układzie warstw skalnych.

Jeśli warstwy skalne zostały ich działaniem porozrywane, mówi się o zaburzeniach nieciągłych, jeśli powyginane - o zaburzeniach ciągłych.

Fałdy. Należą one do zaburzeń ciągłych. Na rys. 5.4 pokazano strukturę fałdu. Część fałdu wyniesiona nazywa się siodłem, część wklęsła - łękiem lub niecką. Części pośrednie noszą nazwę skrzydeł łęku lub skrzydeł siodła.

Rys. 5.4. Struktura fałdu

Zależnie od intensywności ciśnień bocznych działających w czasie ruchów górotwórczych, nachylenie skrzydeł zmienia się i powstają różne typy fałdów, a więc faldy stojące, pochylone, obalone i leżące (rys. 5.5).

Rys. 5.5. Typy fałdów normalnych

a - stojący, b - pochylony, c - obalony d - leżący

Płaszczowinę (rys. 5.6) stanowi potężny leżący fałd, który wskutek dalszego nacisku bocznego został przesunięty ponad innymi warst­wami skalnymi. Często spotyka się płaszczowiny, w których warstwy skalne jednego skrzydła (dolnego - po obaleniu fałdu) uległy roze­rwaniu i starciu.

Jeżeli część płaszczowiny została w pewnym miejscu zniszczona na tyle, że widać obnażone skały podłoża, na które fałd został nasunięty, miejsce takie nazywa się oknem tektonicznym.

Rys. 5.6. Płaszczowina i okno tektoniczne

Szczególny typ fałdów stanowią wysady, czyli diapiry (rys. 5.7). Powstają one wtedy, gdy masy skalne położone we wnętrzu siodła mają większą plastyczność niż warstwy otaczające. Pod działaniem ciśnień pionowych skały plastyczne przeciskają się do góry, tworząc wysokie siodło. Diapiry tworzy najczęściej sól kamienna cechująca się większą plastycznoscią od skał otaczających. W Polsce wysady solne są przed­miotem eksploatacji górniczej w Inowrocławiu, Wapnie i Kło­dawie

Rys. 5.7. Schematyczny przekrój przez wysad solny w Kłodawie (wg E. Passendorfera)

Uskoki (rys. 5.8). Zaburzenia. nieciągłe, w których warstwy skalne zostały rozerwane i jedna ich część została przesunięta pionowo lub skośnie w stosunku do drugiej, nazywa się uskokiem. Płaszczyzna, na której nastąpiło zerwanie ciągłości warstw, nazywa się płaszczyzną lub szczeliną uskoku. Wysokość pionowa przemieszczenia nosi nazwę zrzutu.

Rys. 5.8. Elementy uskoku γ - kąt nachylenia warstwy,

β - kąt nachylenia ptaszccyzny uskokowej, λ - kąt rozstępu uskoku

Zależnie od nachylenia płaszczyzny uskokowej rozróżnia się uskoki normalne, pionowe i odwrócone (rys. 5.9).

Rys. 5.9. Główne typy uskoków

a - normalny skośny, b - pionowy, c - odwrócony

Niekiedy obszar między uskokami zapada się i wtedy powstaje rów tektoniczny (rys. 5.10). Jeżeli obszar zachował swe położenie między strefami zapadniętymi, nazywany jest zrębem (rys. 5.11).

Rys. 5.10. Rów tektoniczny Rys. 5.11. Zrąb tektoniczny

Uskoki komplikują budowę geologiczną złoża kopaliny użytecznej i utrudniają prowadzenie robót górniczych. Napotkanie uskoku wy­maga wykonania, robót badawczych, mających za zadanie określenie zalegania zauskokowej części złoża. Przy uskokach normalnych (a tych jest najwięcej) dobrze jest zapamiętac stare górnicze powiedze­nie: „Jeśli uderzysz czołem w uskok, pokład jest w dole, jeśli stopami, to pokład jest w górze" (rys. 5.12).

Rys. 5.12. Określanie położenia pokładu za uskokiem normalnym

Szczelina uskokowa może być wypełniona drobno roztartą skałą, czyli tzw. druzgotem, a powierzchnie jej mogą być wygładzone przez tarcie mas skalnych. Może też być zawodniona lub może wypływać z niej gaz (np. dwutlenek węgla lub metan) i wtedy stanowi niebez­pieczeństwo dla robót górniczych. Dlatego też dojście do szczeliny uskokowej robotami górniczymi wiąże się zawsze z pewnym ryzykiem i powinno być poprzedzone robotami badawczymi (np. otworami wiertniczymi).

Temat: 5.5. Krążenie wody w przyrodzie. Wody podziemne.

Hydrosfera obejmuje całkowitą wodę występującą na Ziemi, a więc wodę zawartą w morzach, oceanach, wodach stojących i płynących na lądzie, lód zawarty w lodowcach, a również parę wodną zawartą w atmosferze. Należą tu również wody zawarte w skorupie ziemskiej, a więc wody podziemne.

Krążenie wody w przyrodzie. (rys. 5.13). Pod wpływem ciepła słonecz­nego następuje parowanie wody na wszystkich jej powierzchniach. Powstałe w atmosferze chmury w sprzyjających warunkach dają opady atmosferyczne.

Spadająca na powierzchnię Ziemi woda częściowo paruje, a częś­ciowo spływa po powierzchni tworząc strumienie oraz rzeki, te znów spływają do mórz i oceanów, gdzie następuje ponowne jej parowanie.

Rys. 5.13. Schemat krążenia wody w przyrodzie wg W. Wundta

Opisane zjawiska stanowią pewien cykl zamknięty i określa się je jako krążenie wody w przyrodzie.

Wody podziemne. Powstają przeważnie z opadów atmosferycznych, których część napotkawszy przepuszczalne skały (piaski, żwiry, ska­ły porowate, popękane, szczelinowate) przenika w głąb ziemi. Napo­tykając skały nieprzepuszczalne (iły, gliny, łupki), woda gromadzi się nad nimi jako tzw. woda gruntowa. Górna powierzchnia jej za­sięgu nazywa się zwierciadłem albo poziomem wody gruntowej. Jeśli zwierciadło wody gruntowej leży blisko powierzchni ziemi i nie jest chronione od zmian temperatury i zanieczyszczenia, woda taka nazywa się wodą zaskórną albo wierzchówką. Wody gruntowe, których zwierciadło położone jest na głębokości większej (kilku do kilkunastu metrów), mają stałą temperaturę w ciągu roku, a gruba warstwa skał przepuszczalnych chroni je skutecznie od zanieczysz­czeń. Wody te mogą być w związku z tym użyte jako woda do picia. Do warstw głębszych woda może przenikać przez:

- warstwy przepuszczalne wychodzące na powierzchnię,

- szczeliny uskoków wodonośnych,

- pojedyncze szczeliny w skałach, czyli tzw. żyły wodne.

Częstokroć w podziemia kopalń sprowadza się wodę potrzebną w procesach eksploatacji górniczej, np. do podsadzki hydraulicznej lub do ługowania (w kopalniach soli).

Warstwy przepuszczalne wypełnione wodą stanowią warstwy wo­donośne. Obecność ich, jak również obecność uskoków wodonośnych i żył wodnych, stanowi duże zagrożenie dla kopalń, gdyż nagłe wdarcie się wody do wyrobisk górniczych może spowodować katastrofalne skutki

Rys. 5.14. Dopływy wód do kopalni głębinowej. Podziemne zbiorniki wodne

Prowadzenie robót górniczych oraz pozostawienie pustek po wybraniu kopaliny użytecznej powoduje powstanie dodatkowych szczelin w górotworze, mogących sięgnąć do warstw wodonośnych i żył wodnych, a nawet do zbiorników oraz wód powierzchniowych. Stare zroby, nieczynne zaniechane wyrobiska górnicze, mogą wypełnic się wodą, tworząc podziemne zbiorniki wodne (rys. 5.14).

Szczególnie niebezpieczne są zbiorniki wodne, w ktorych woda spiętrzona jest na dużą wysokość i ma duże ciśnienie hydrostatyczne. Należą tu zawodnione szyby, szybiki i otwory wiertnicze.

Podziemne zbiorniki wodne, warstwy wodonośne, uskoki i żyły wodne oraz wszelkie możliwości wdarcia się wód powierzchniowych i podziemnych do kopalni muszą być dokładnie rozeznane i udoku­mentowane. Eksploatacja górnicza w ich sąsiedztwie musi być pro­wadzona z zachowaniem specjalnych środków ostrożności.

Temat: 5.6. Działalność powietrza i wód powierzchniowych.

Działalność powietrza jako czynnika geologicznego polega na:

- jego udziale w procesach wietrzenia,

- działalności wiatru.

Procesy wietrzenia. Przez proces wietrzenia rozumie się rozpad mecha­niczny i rozkład chemiczny skał pod wpływem działania ciepla sło­necznego, powietrza, wody i organizmów żywych. Wietrzenie odbywa się w skałach występujących na powierzchni skorupy ziemskiej i obej­muje tylko zewnętrzną cienką ich warstwę.

W zależności od czynników powodujących wietrzenie odróżnia się wietrzenie fizyczne i chemiczne.

Wietrzenie fizyczne, zwane również mechanicznym, odbywa się głównie pod działaniem znacznych różnic temperatur dnia i nocy występujących w skalistych terenach pustynnych i górskich. Nagrzanie oraz rozszerzanie się powierzchniowej warstwy skał w ciągu dnia i kurczenie się jej w ciągu nocy przy stałej temperaturze warstw głębszych powoduje powstanie naprężeń wywołujących łuszczenie się skały na jej powierzchni oraz powstanie spękań. Podobne skutki wywołuje marznąca woda wypełniająca szczeliny skalne.

Rozluźnienia spoistości skał mogą dokonywać również korzenie roślin, a zwłaszcza grube korzenie drzew.

W Polsce zjawisko wietrzenia fizycznego występuje na pozba­wionych roślinności zboczach górskich, gdzie produktem jego jest ostrokanciasty gruz skalny, zwany w Tatrach piargiem oraz pokryte grubymi blokami skalnymi zbocza górskie w Górach Świętokrzyskich i Bieszczadach, czyli tzw. gołoborza).

Wietrzenie chemiczne jest wynikiem procesów chemicznych powo­dujących rozkład i zmiany chemiczne skał oraz minerałów wystawio­nych na działanie wody i rozpuszczonych w niej gazów, głównie tlenu oraz dwutlenku węgla. Ponieważ wietrzenie chemiczne przebiega głównie przy udziale wody, dlatego też przebiega ono głównie w kli­macie wilgotnym i gorącym.

Działalność wiatru. Wiatr w zależności od swej prędkości może porywać i przenosić nawet na duże odległości drobne ziarna skalne (np. pyły, popioły wulkaniczne, piaski powstałe z wietrzenia), a nawet żwir, który toczy po powierzchni ziemi. Porywanie ziam skalnych z powierzchni pustyni powoduje obniżenie jej powierzchni. Poza tym wiatr niszczy skały, uderzając w nie niesionymi ziarnami piasku. Unoszone i toczone po powierzchni ziarna skalne osadzają się po napotkaniu jakiejś przeszkody, którą może być roślina, kamień lub wzniesienie terenu. W miejscu tym urasta charakterystyczny pagórek piaszczysty, zwany wydmą. Nawietrzne zbocze wydmy jest łagodne, zawietrzne zbocze jest strome. Ponieważ wiatr porywa piasek ze zbocza łagodnego i przesypuje przez wierzchołek na zbocze strome, wydma powoli przemieszcza się w kierunku wiatru. Wydmy powstają na obszarach, gdzie wieją silne wiatry oraz istnieje skąpa roślinność, a więc na pustyniach i plażach morskich.

Osadem powstałym przez działanie wiatru jest less - urodzajna gleba powstała z naniesionego pyłu kwarcowego i wapiennego. W Pol­sce grube osady lessu występują na obszarach Wyżyny Sandomier­skiej i Lubelskiej.

Działalność geologiczna wód powierzchniowych. W działalności tej można wyróżnić:

- działalność niszczącą skały tworzącej powierzchnię Ziemi, czyli erozję,

- transport materiału skalnego powstałego ze zniszczonych skał,

- osadzanie transportowanego materiału.

Działalność niszczącą wykonuje już deszcz, którego krople roz­mywają i spłukują glebę z pól uprawnych. Spłukiwanie to jest tym bardziej intensywne, im większe jest nachylenie terenu. Szczególnie niebezpieczae są w czasie ulewnych deszczów wysokie skarpy w kopal­niach odkrywkowych węgla brunatnego i siarki oraz w piaskowniach. Osunięcie skarpy osłabionej przez wodę stanowi jedno z największych zagrożeń tych kopalń.

Spływające po zboczach górskich strumienie podmywają brzegi i unoszą ze sobą powstały z ich osunięcia materiał skalny. W strumie­niach górskich składa się on z ostrokanciastych bloków skalnych.

Bloki te przetaczane po dnie strumienia ścierają swoje krawędzie, tworząc otoczaki Z biegiem rzeki otoczaki stają się coraz mniejsze, a materiał powstały z ich kruszenia transportowany jest dalej jako żwir, piasek i muł.

Erozja jest najsilniejsza w górnym biegu rzeki, słabsza w jej biegu średnim. W biegu dolnym, gdzie prędkość wody maleje, rzeki wykazu­ją mniej zdolności erozyjnej; ma tu natomiast miejsce osadzanie unoszonego drobnego materiału skalnego. Osadzanie to następuje również przy ujściu rzeki do morza, gdzie osady (głównie iły) tworzą w sprzyjających warunkach rozległe stożki nasypowe, czyli tzw. delty.

Osadzane przez rzeki żwiry, piaski i muły mogą z czasem ulec procesowi cementacji oraz stwardnieniu i wtedy powstają z nich skały, a więc odpowiednio zlepieńce, piaskowce oraz łupki. Charakterystycz­ną ich cechą jest uwarstwienie pochylone w jednym kierunku - kierunku płynącej wody.

Działalnosc wód płynących jest najważniejszym czynnikiem geo­logicznym kształtującym powierzchnie lądów, z wyjątkiem pustyń i krajów podbiegunowych.

Temat: 5.7. Działalność lodowców

W okolicach podbiegunowych i w wysokich górach ważnym czyn­nikiem kształtującym powierzchnię Ziemi są lodowce. Istnieją one tam, gdzie ilość opadów jest dostatecznie duża, a średnia roczna temperatura jest tak niska, że niecała ilość opadającego śniegu ulega stopnieniu. Granicę, powyżej której zjawisko to występuje, nazywa się linią albo granicą wiecznego śniegu. Na stromych zboczach śnieg nie utrzyma się i stacza się z nich w postaci lawin. Na zboczach łagodnych, płaskowyżach, a zwłaszcza w zagłębieniach górskich śnieg gromadzi się w coraz to większych ilościach. Śnieg świeżo spadły na ziemię tworzy puszystą masę, ta jednak pod wpływem słońca, wiatru oraz deszczu na przemian topnieje i marznie, tworząc ziarnistą masę śnieżną, zwaną firnem.

Pod wpływem ciśnienia nowych warstw opadłego śniegu firn zamienia się w lód lodowcowy. Dalsze opady śniegu powodują zwięk­szanie masy lodu, który pod wpływem ciśnienia spełza w dół, poniżej granicy wiecznych śniegów, tworząc jęzor lodowcowy. Zatrzymanie jęzora lodowcowego następuje niżej, gdzie temperatury są wyższe i topnienie lodu przebiega intensywniej równoważąc dopływ lodu. Zmiany klimatyczne mogą spowodować postępowanie lub cofanie się lodowca.

Lodowiec niesie ze sobą gruz skalny, powstały z wietrzejących skał zboczy górskich oraz wyrwany z dna wąwozu, którym posuwa się jęzor lodowcowy. Materiał ten, zwany moreną, może być unoszony na powierzchni lodowca (morena brzeżna i środkowa), wewnątrz lodowca (morena wewnętrzna) i po dnie (morena denna). Schematycznie pokazano to na rys. 5.16.

Rys. 5.16. Rozmieszczenie materiału more­nowego niesionego przez lodowiec górski (przekrój poprzeczny)

1 - morena boczna,

2 - morena środkowa,

3 - morena wewnętrzna,

4 - morena denna,

5 - stół lodowcowy (według A. Jahna)

Cały materiał skalny transportowany jest przez lodowiec do jego czoła, gdzie tworzy morenę czołową - zwałowisko skalne, za którym po cofnięciu się lodowca powstaje jezioro polodowcowe.

W rejonach podbiegunowych występują potężne lodowce kon­tynentalne, czyli lądolody, pokrywające niemal całkowicie obszary Antarktydy i Grenlandii. Lądolód Antarktydy zajmuje powierzchnię 13 mln km² i ma średnią grubość 2020 m, a maksymalną nawet 4200 m. Ze spełzającego do morza czoła lądolodu odłamują się góry lodowe, stanowiące duże zagrożenie dla żeglugi.

W epokach ubiegłych podobne lodowce kontynentalne zalegały obszary północnej i środkowej Europy. Na terenie Polski aż po Karpaty i Sudety można obserwować ślady ich obecności. Szczególnie wyraźnie występują w Polsce północnej, a zwłaszcza na Pojezierzu, w postaci jezior polodowcowych, pagórków morenowych, żwirów i głazów narzutowych.

Pytania kontrolne

1. Co rozumiesz przez układ słoneczny?

2. Jak zbudowana jest Ziemia?

3. Co zalicza się do ruchów skorupy ziemskiej?

4. Zdefiniuj uskok i fałd - jakie jest znaczenie tych zaburzeń dla eksploatacji złoża?

5. Czy wody podziemne są zagrożeniem dla kopalni?

6. Przedstaw procesy wietrzenia fizycznego i chemicznego.

---