Wykład 1 Prekambr i budowa Ziemi
Dyscypliny stosowane:
· Geologia surowcowa (złożowa) - zajmuje się poszukiwaniem, rozpoznawaniem, obliczaniem zasobów i określaniem warunków eksploatacji złóż surowców mineralnych.
· Geologia inżynierska – zajmuje się badaniem właściwości skał z punktu widzenia potrzeb budownictwa i zagrożenia obiektów inżynierskich.
· Hydrogeologia – zajmuje się badaniem pochodzenia i ruchu wód krążących w skałach, obliczaniem ich zasobów i ochroną, a także migracją zanieczyszczeń wód podziemnych
· Geologia środowiskowa – zajmuje się szeroką problematyką związaną z geologicznymi aspektami ochrony środowiska.
Powstanie Ziemi
Protosłońce – pierwsze w Układzie Słonecznym, powstało z kompleksu gazowo-pyłowego. Dysk protoplanetarny (spłaszczona mgławica gazowa) – powstał wokół Słońca ma rozmiar naszego Układu Słonecznego. Początek kształtowania Ziemi – 4,6 mld lat temu. Największe planetezymale wyłapywały mniejsze ciała – zarodki naszych planet. Początkowo wzrost był powolny, gdy masa zwiększyła się – coraz szybszy. W ten sposób powstała między innymi Ziemia. W wyniku zderzeń ciał niebieskich z Ziemią planeta zaczęła rozgrzewać się i topnieć. Meteoryty uderzające w Ziemię, roztapiały się, a uwięziona w nich woda parowała. Para wodna wraz z CO2 unosiła się do góry, dzięki grawitacji nie ulatywała w kosmos – tak powstała atmosfera. Planetoidy uderzając w Ziemię uwalniały pierwiastki – cięższe szły na dno, a lżejsze utrzymywały się na powierzchni. Gdy coraz mniej planetoid uderzało w Ziemię ta zaczęła stygnąć.
Prekambr:
· 4,6 mld lat temu do 543 mln lat
· Reprezentuje 88% całej historii Ziemi
· Najstarsze minerały - 4,3 mld lat
· Najstarsze skały - 4 mld lat
· Najstarsze ślady życia – 3,8 mld lat
· W pierwszym okresie istnienia Ziemia była bombardowana obiektami kosmicznymi, co doprowadziło do całkowitego lub prawie całkowitego upłynnienia jej pierwotnej materii
· Materia stygnąc ulegała dyferencjacji tworząc geosfery, hydrosferę oraz atmosferę o zupełnie innym składzie niż obecnie
· Na początku prekambru skorupa ziemska była cienka (kilka km) zbudowana ze skał ultrazasadowych
· W wyniku niszczenia skał pierwotnej skorupy oraz pojawienia się hydrosfery powstały pierwsze osadowe skały ( 3,8 mld lat temu), które podobnie jak skały magmowe, ulegały przetapianiu i przeobrażaniu
· W wyniku różnicowaniu się magmy zaczęły powstawać pierwsze magmowe skały obojętne, a później kwaśne, tworząc w skorupie pierwsze mikrokontynenty
· 3,5 - 2,7 mld lat temu – powiększanie się skorupy i jej podział na segmenty oceaniczne i kontynentalne ( przyrastanie do jąder nowych kontynentów gnejsowych i łańcucha zlepieńców)
· W młodszym proterozoiku, w obniżeniach fundamentu krystalicznego, utworzyły się baseny, w których powstawały skały osadowe (ląd i morze), głównie okruchowe: zlepieńce, piaskowce, łupki ilaste. W zbiornikach morskich, w wyniku działalności sinic, tworzyły się wapienie.
· 4,3 – 3,5 mld lat – najstarsze datowane radiometrycznie kryształy cyrkonu
· W ciągu pierwszych 4 mld lat woda na powierzchni pochodziła z głębi Ziemi (procesy magmowe). Zbiorniki wodne były płytkie i ciepłe, stopniowo zwiększały swą głębokość i powierzchnię
· Do około 3 mld lat temu wody miały kwaśny odczyn ( rozpuszczone gazy wulkaniczne i atmosferyczne)
· W wyniku reakcji pomiędzy rozpuszczonymi w wodach substancjami oraz działania procesów biochemicznych (wiązanie CO2) następowało zmniejszenie ich kwasowości (proces zakończony ok. 600 mln lat temu)
· Dopływ tlenu pochodzącego z fotosyntezy spowodował stopniową zmianę atmosfery na utleniającą. Znaczna część azotu zaczęła przechodzić z wód do atmosfery.
· Skład atmosfery ustabilizował się ok. 300 mln lat temu.
Ewolucja atmosfery:
Ø Pierwotna: wychwycona z mgławicy słonecznej; w większości wodór i hel; szybko zanikła
Ø Wtórna: uformowana przez odgazowanie wulkanów
Ø Trzecia: zmodyfikowana przez organizmy żywe (dodatek tlenu)
· 3,8 – 3,0 mld lat – najstarsze skamieniałości- bakterie sinicowe i produkt ich działalności- stromatolity
· Do około 600 mln lat temu życie na Ziemi rozwijało się bardzo powoli, dopiero po tym czasie nastąpił gwałtowny rozwój organizmów szkieletowych związany ze zwiększeniem się ilości tlenu w atmosferze
· Fauna z Ediacara niejednorodna grupa pierwszych zwierząt tkankowych. Niektóre ze zwierząt nie pozostawiły żadnych następców, inne należą do form istniejących współcześnie
· Odkryte na wzgórzach Ediacara w południowej Australii. Podobne formy życia odkryto w Rosji, Anglii. Skamieniałości pochodzą sprzed 550-543 mln lat.
· ok. 1 mld lat temu uformował się superkontynent Rodinia obejmujący większość dzisiejszych kontynentów. Rodinia rozpadła się ok. 0,7-0,8 mld lat temu tworząc Protopacyfik
· ok. 550 mln lat temu powstał kolejny wielki kontynent Protopangea.
Budowa Ziemi
Do podstawowych metod badań wnętrza Ziemi należą:
· m. geofizyczne (sejsmiczne, badania pola grawitacyjnego i magnetycznego Ziemi
· m. bezpośrednie; badania wnętrza Ziemi (wiercenia, badania rdzeni wiertniczych, geofizyka otworowa)
· pomiary strumienia ciepła Ziemi
· analiza law
· badania meteorytów
Badania sejsmiczne wykorzystują różne zachowanie się fal sejsmicznych w trakcie przechodzenia przez różne ośrodki skalne. Bada się rozchodzenie i prędkość fal sejsmicznych, które wzbudzane są w wyniku trzęsień Ziemi, wybuchów i działalności człowieka.
Fale sejsmiczne powstają na wskutek zaburzania równowagi w ciele sprężystym (skorupa ziemska i głębsze partie Ziemi). Tworzą się dwa rodzaje fal:
¾ Podłużne P
¾ Poprzeczne S
Podłużne (P) – cząstki drgają wzdłuż drogi fali; szybsze docierają do powierzchni, jako pierwsze; powodują zmiany objętości ośrodka- zagęszczenia (kompresja) i rozrzedzenia (dylatacja).
Poprzeczne (S) – cząstki drgają prostopadle do drogi fali, są wolniejsze od podłużnych, nie przechodzą przez ciecz; fale poprzeczne poruszają się tylko w ośrodkach stałych.
Fale podłużne i poprzeczne po dotarciu do powierzchni Ziemi wzbudzają dwa rodzaje fal powierzchniowych: fale Rayleigh`a i fale Love`a. Fale te rozchodzą się z miejsca najwcześniej uderzonego tj. od epicentrum. Poruszają się z prędkością od 3 do 3,8 km/s.
Prędkość fal sejsmicznych zależy m.in. od gęstości ośrodka, w którym się rozchodzą (im większa gęstość skały, tym większa prędkość rozchodzenia się fal sejsmicznych). Znając prędkość rozchodzenia się fal sejsmicznych można wnioskować o gęstości skał.
Odbicie sejsmiczne – zdefiniowanie granic pomiędzy warstwami o różnych gęstościach.
Na podstawie prędkości rozchodzenia się fal sejsmicznych kulę ziemską podziel ono na warstwy ( strefy – geosfery), w których prędkość rozchodzenia się fal jest różna, co wynika z ich odmiennych parametrów fizycznych i zróżnicowanego składu chemicznego poszczególnych warstw.
Nieciągłość – granica pomiędzy ośrodkami skalnymi różniącymi się prędkością rozchodzenia się fal sejsmicznych. Powierzchnie, na których skokowo zmienia się prędkość fal sejsmicznych określamy powierzchniami nieciągłości.
Granica płaszcz-jądro
Fale P wywołane trzęsieniami Ziemi obserwuje się do odległości 103o od epicentrum i ponownie pojawiają się przy 143o. Obszar, do którego fala P nie dociera-strefa cienia, powstaje na skutek załamania fal na jądrze Ziemi. Charakteryzuje ją refrakcja fal P. Ze względu, na to że fale S nie przechodzą przez jądro dostarcza dowodów na istnienie płynnej warstwy pod skalnym płaszczem.
Powierzchnie nieciągłości:
· Nieciągłość Conrada – nieciągłość w obrębie skorupy kontynentalnej, występująca między warstwą granitową a bazaltową.
· Nieciągłość Mohorovicica (Moho) – nieciągłość w obrębie litosfery znajdująca się między skorupą ziemską a płaszczem Ziemi, na głębokości 5-15 km pod oceanami i do 80 km pod kontynentami.
· Nieciągłość Golicyna – nieciągłość pomiędzy dolnym i górnym płaszczem Ziemi, na głębokośći ok. 400km.
· Nieciągłość Gutenberga – nieciągłość pomiędzy płaszczem Ziemi a jądrem Ziemi, znajdująca się na głębokości ok. 2900 km.
· Nieciągłość Lehmana – nieciągłość pomiędzy jądrem zewnętrznym w wewnętrznym, znajdująca się na głębokości ok. 5100 km.
ewcialinkap27