EWOLUCJA I BUDOWA ZIEMI
dr.hab.inż. Barbara Uliasz - Misiak
ZDJĘCIA = PRZYPAŁ/ZAGROŻENIE/LIPA ;/
Prekambr
4,6 miliadrów lat do 543 milionów lat
Reprezentuje 88% całej historii Ziemi
Najstarsze minerały - 4,3 mld lat
Najstarsze skały - 4mld lat
Najstarsze ślady życia - 3,8 mld lat - prose organizmy jednkomorókowe, sinice
W tym eonie formował się skład oceanów, w atmosferze dużo amoniaku.
Nie można odtworzyć układu kontynentów przeszłości geologicznej kiedy życie na Ziemi było w fazie początkowej - nazywano ten superkontynent Rodinia
Około 1lmd lat temu uformował się ten superkontynent.
Rodinia rozpadła się (ok. 0,7-0,8 mld lat temu) tworząc protopacyfik
Około 550mld lat temu powstał kolejny kontynent Protopangea
Właściwości Ziemi:
-grawitacja
-pole magnetyczne (bipolar)
-pole cieplne
Podstawowe metody badań wnętrza ZIemi:
-metody geofizyczne (sejsmiczne[trzesienia ziemi/fale wywolywane przez czlowieka przechodzą przez skały i człowiek wnioskuje z tego różne rzeczy], magnetotelluryczne, badania pola grawitacyjnego i magnetycznego)
-metody bezpośrednie badania wnętrza ziemi (wiercenia, badania rdzeni wiertniczych, geofizyka otworowa)
-pomiary strumienia ciepła Ziemi
-analiza law
-badanie meteorytów
Fale sejsmiczne to fale sprężyste przenoszące drgania z hipocentrum poprzez ośrodki budujące ZIemię.
Tworzą się dwa rodzaje fal:
-podłużne (P)
-poprzeczne (S)
Metodą sejsmiczna poszukuje się nafty.
Fale sejsmiczne to zaburzenia równowagi w ośrodkach sprężystych.
Im bliżej hipocentrum tym większe odkształcenia i bardziej trwałe.
Fale podłużne
Cząstki drgają równolegle do przebiegu fali. Powstają zagęszczenia i rozrzedzenia. Rozchodzą się w ośrodkach stałych i ciekłych.
Mają różne prędkości
Poprzeczne nie przechodzą przez ciecz, poruszają się tylko w ośrodkach stałych.
Jeśli dotrą do powierzchni są to fale powierzchniowe sprężyste, powstają z nałożenia fal podłużnych i poprzecznych, są to fale o znacznych amplitudach, powodujące najsilniejsze wstrząsy podczas trzęsień Ziemi.
Fale Rayleigha i fale Love'a, różnią się one prędkością.
Fale Love'a są spolaryzowane równolegle.
Prędkości rozchodzenia fal sejsmicznych zależą m.in. od gęstości ośrodka, w którym się rozchodzą.
Im większa gęstość tym większa prędkość.
Ziemia składa się z trzech głównych warstw wyróżnionych na podstawie składu:
-skorupy ziemskiej ( najbardziej zewnętrzna)
-płaszcza Ziemi (zbudowana ze skał bogatych w krzemionkę)
-jądra (bogatego w żelazo)
Nieciągłość (powierzchnia nieciągłości) - granica między ośrodkami skalnymi różniącymi się prędkością rozchodzenia się fal sejsmicznych.
Nieciągłości:
- Conrada - nieciągłość w obrębie skorupy kontynentalnej występująca między warstwą granitową a bazaltową
- Mohorovicia (Moho) - nieciągłość w obrębie litosfery znajdująca się między skorupą ziemską a płaszczem Ziemi, na głębokości 5-15 km pod oceanami i do 80km pod kontynentami
- Golicyna - pomiędzy dolnym i górnym płaczem Ziemi na głębokości ok. 400km
- Gutenberga - między płaszczem a jądrem Ziemi, znajdująca się na głębokości ok 2900km.
- Lehmana - między jądrem zewnętrznym i wew., na głębokości ok. 5100km
Skorupa ziemska - najbardziej zewnętrzna powłoka kuli ziemskiej otoczona na powierzchni przez atmosferę i hydrosferę, w głębi graniczy z płaszczem Ziemi wzdłuż nieciągłości Mohorovicicia., jest najlepiej poznana, tutaj wykonuje się odwierty, jest spenetrowana.
Niejednorodna, stodunkowo chłodna i sztywna o średniaj gestości 2,8-3,1 g/cm3
W obrębia skorupy ziemskiej wyodrębniono skorupy: kontynentalną i oceaniczną, różniące się grubością i rodzajem budujących ją skał.
Granice między skorupą kontynentalną i oceaniczną przebiegają wzdłuż podnóży stoków kontynentalych.
Skorupa ma budowę trójwarstwową:
-warstwa osadowa (miąższość 0-kilkunastu km) - skały osadowe
-warstwa granitowa (do kilku km) - skały magmowe i metamorficzne (uległy przemianie pod wpływem ciśnienia) o składzie odpowiadającym granitoidom, o gęstości skał 2,7 - 2,9 g/cm3,skały bogate w krzemionkę, pomagmowe.
-warstwa bazaltowa (do kilkunastu km) - skały odpowiadające skałom bazaltowym, gęstość skał ok. 3,3 g/cm3
Płaszcz Ziemi - strefa leżąca pomiędzy skorupą ziemską a jądrem Ziemi, górna granica powierznia Moho, dolna pow. Gutenberga
Strefa o gęstości materii 3,3 - 5,3 g/cm3, najgrubsza sfera - ok 53%, bogata w krzemionkę.
W płaszczu Ziemi wyróżnia się:
-warstwę perydotykową
-astenosferę
-mezosferę
Inny podział płaszcza Ziemi:
-płaszcz górny
-płaszcz dolny
Rozdzielone są nieciągłością Golicyna
Płaszcz Ziemi budują skały będące przeważnie w stałym stanie skupienia, rozchodzą się w nim poprzeczne i podłużne fale sejsmiczne.
Między warstwą perydotytoa a astenosferą ich prędkość maleje.
Litosfera najbardziej zewnętrzna powłoka kuli ziemskiej obejmująca skorupę i najwyższa część płaszcza (warstwę perydotytową) względnie chłodna.
Grubość litosfery waha się od 60km pod oceanami do 100-120km na pod blokami kontynentalnymi.
Zbudowana z różnorodnych skał występujących w stałym stanie skupienia z wyjątkiem lokalnych ognisk magmowych i utworów wulkanicznych (źródło magmy)
Jest strukturą sztywną o dużej wytrzymałości pękająca pod wpływem nacisku (nie ulega odkształceniom plastycznym.
Astenosfera - warstwa w górnej części płaszcza Ziemi, zalega pod litosferą, oddzielona od niej strefą niskich prędkości i podatności na deformacje (skały ulegają cześciowemu upłynnieniu).
Górna granica zalega na głębokości od 50-60 pod oceanami i 100-120km pod kontynentmami, dolna odpowiednio 400 i 250km.
Astenosfera jest uważana za główny poziom tworzenia się ognisk magmy i źródło procesów magmowych.
Mezosfera lub dolny płaszcz Ziemi, warstwa występująca pomiędzy astenosferą a jądrem Ziemi (barysferą) odznaczająca się wzrostem gęstości skał.
Zalegająca na głębokościach 650 (800km) - 2900km
Ze względu na duże ciśnienia materia jest tam w stanie stałym.
Rozpoznanie głębokich stref jest możliwe dzięki badaniom robionym podczas fal sejsmicznych.
Granica płaszcz/jądro.
fale P wywoływane trzęsieniami Ziemi obserwuje się do odległości 103 stopni od epicentrum i ponownie pojawiają się przy 143 stopniach.
Obszar do którego fala P nie dociera nazywana jest strefą cienia.
Charakteryzuje ją refrakcja fal P, ze względu że fale S nie przechodzą przez jądro dostarcza dowodów na to.
Jądro Ziemi, najbardziej wewnętrzna strefa Ziemi, hipotezy dotyczące jego cech opierają się głównie na badaniu rozchodzenia się fal sejsmicznych wywoływanych trzęsieniami Ziemi.
Jądro Ziemi ma promień 3470 km, jest stopem metalicznym żelaza i niklu o znacznej gęstości.
O składzie chemicznym Ziemi wnioskujemy przede wszystkim na podstawie:
-analiz chemicznych skał
-badań geologicznych
-badań składu meteorytów.
W skład Ziemi jako planety wchodzi nie tylko geosfera, ale hydrosfera i atmosfera, których skład jest diametralnie różny od składu innych warstw Ziemi.
Również w składzie atmosfery znajduje się 6 różnych pierwiastków.
Skorupa ziemska zbudowana jest z: O, Si, Al, Ca, K, Fe, Na
Płaszcz składa się z: O,Mg, Si, Fe, Ca, Al, Na, Cr, Ni
W obrębie jądra; Fe, Ni, Ca, O, Si, S
------------------------
Pole siły ciężkości Ziemi (lub innego ciała niebieskiego) nosi nazwę pola grawitacyjnego.
Geoida - powierzchnia ekwipotencjalna potencjału siły ciężkości, która pokrywa się ze średnim poziomem mórz i oceanów
Sferoida odpowiada normalnemu rozkładowi mas Ziemi i jest mi.. i chuj
Teoretyczna wartość siły ciężkości (wynikająca z potencjału normalnego) na powierzchni odniesienia nosi nazwą wartości normalnej.
Rozkład normalnych wartości siły ciężkości obliczany jest dla steroidy Helmerta (od 1985)
Anomalia siły ciężkości na poziomie odniesienia to różnica międyz wartością normalną siły ciężkości...
Anomalie przyspieszenia ziemskiego są wykorzystywane w poszukiwaniach niektórych złóż surowców mineralnych (np. rud żelaza, węgla brunatnego, soli kamiennej)
Pozytywne anomalie wskazują na występowaniu materiału o dużej gęstości.
Negatywne anomalie o występowaniu materiału o małej gęstości.
Skały gęste = rudy metali
Mniej gęste = kwawerny, sole
Ziemia jest wielkim magnesem, oś magnesu nie pokrywa się z osią obrotu Ziemi.
Pole magnetyczne Ziemi jest zbliżone charakterem do pola wytrwarzanego przez dipol (dwie położone blisko siebie masy magnetyczne o przeciwnym znaku).
Bieguny magnetyczne Ziemi nie pokrywają się z biegunami geo.
- północny biegun magnetyczny
- południowy biegun magnetyczny
Bieguny stale przemieszczają się.
Deklinacja - kąt zawarty między południkiem magnet. a południkiem geo.
Inklinacja - kąt zawarty między wektorem ziemskiego pola magnetycznego a płaszczyzną poziomą (odchylenie igły magnet. od płaszczyzny poziomej)
Anomalia magnetyczna - lokalne różnice między ziemskim polem magnetycznym w danym miejscu a jego wartością teoretyczną..
Ze względu na wielkość obszarów dzieli się je na:
-anomalie kontynentalne - związane z wgłębną budową ziemi
-anomalie regionalne - związane ze strukturami geo. z zasięgiem regionalnym
-anomalie lokalne - występują nad lokalnymi czynnymi magnetycznie strukturami geologicznymi.
Dla odtworzenia historii powierzchni Ziemi bardzo duże znaczenie ma wyznaczenie linii sił ziemskiego pola magnetycznego w przeszłości geologicznej.
Badania namagnesowania dały dowody na:
-poziom przemieszczania się kontynentów
-wielokrotne obracanie pola magnetycznego Ziemi w przeszłości (zmiany znaku biegunów)
Do powierzchni Ziemi dociera ciepło ze Słońca i z wnętrza Ziemi
Ciepło ze słońca przenika przez skały bardzo powoli i sięga płytko (dobowe zmiany temperatury do około 1m, roczne do głębokości 20m)
Ziemia ma własne źródło ciepła znajdujące się w jej jądrze
Ciepło wnętrza Ziemi, to;
-ciepło emitowane przez rozpad izotopów radioaktywnych uranu toru i potasu,
-ciepło powstałe podczas krystalizacji żelaza w stąłe jądro wewnętrzne.
-ciepło powstałe podczas formowania Ziemi
Wraz z głębokością temperatura skał wzrasta, szybkość wzrostu temperatury opisuje się:
-stopniem geotermicznym - przyrost głębokości wewnątrz Ziemi, na której następuje wzrost temp do 1 stopni C
-gradientem geotermicznym - określa wzrost temp w stopniach przypadających ja jednostkę przyrostu głębokości.
Wartość stopnia geotermicznego jest uzależniona od budowy i historii geologicznej, zmienia się w poziomie i w pionie.
Średnia w skali globalnej wynosi około 33m/1oC
w Polsce stopień geotermiczny jest bardzo zróżnicowany.
Strumień cieplny jest to ilość ciepła wypromieniowanego przez 1m2 powierzchni ziemi w ciągu 1s
anomalia termiczna - różnica między rzeczywistym ciepłem dostarczanym z wnętrza Ziemi a wartością średnią.
podolski310