Litosfera część I
1. Budowa wnętrza Ziemi
2.Teoria tektoniki płyt litosfery
3. Minerały i skały budujące powierzchnię Ziemi
4. Pytania kontrolne
a) Metody badań:
Bezpośredni dostęp człowieka w głąb ziemi jest niemożliwy ze względu na ciśnienie i temperaturę wzrastające wraz z głębokością. Temperatura wzrasta średnio o 1 stopień na każde 33 m (jest to średnia wartość stopnia geotermicznego Ziemi), natomiast ciśnienie rośnie o 1 atmosferę na każde 3,7 m. Z tego względu nie metody wiertnicze, lecz badania geofizyczne dostarczają informacji o budowie wnętrza ziemi. Polegają one głównie na analizie zapisów przebiegu fal sejsmicznych, odbijających się lub załamujących na styku różnych ośrodków fizycznych. Badania te pozwoliły na wydzielenie 3 głównych warstw budujących Ziemię: skorupy ziemskiej, płaszcza i jądra. Poszczególne warstwy oddzielone są od siebie tzw. powierzchniami nieciągłości.
b) Charakterystyka poszczególnych warstw:
Skorupa ziemska – jest to zewnętrzna, najcieńsza warstwa litosfery, w skład której wchodzą wszystkie pierwiastki chemiczne, głównie: tlen, krzem, glin, żelazo, wapń, magnez, sód i potas. Zbudowana jest ze strefy granitowej (inaczej skorupa kontynentalna; występuje głównie pod kontynentami; jej grubość wynosi przeciętnie od 35 do 40 km, a maksymalnie do 80 km) i bazaltowej (inaczej skorupa oceaniczna; występuje na całej kuli ziemskiej; jej grubość wynosi przeciętnie od 5 do 8 km). Gęstość skorupy ziemskiej rośnie wraz ze wzrostem głębokości z 2,8 do 3,3 g/cm³.
Płaszcz Ziemi – dzieli się na górny (inaczej zewnętrzny; sięga do głębokości 700 km) i dolny (wewnętrzny; sięga do 2900 km). Znajduje się poniżej skorupy ziemskiej i oddzielony jest od niej powierzchnią nieciągłości Moho.
Górna część zewnętrznego płaszcza Ziemi (od 80 do 150 km głębokości) jest warstwą o cechach plastycznych, umożliwiającą przesuwanie się po niej płyt litosfery. Nosi nazwę astenosfery. Ponadto w płaszczu Ziemi zachodzą zjawiska związane z powolnym przemieszczaniem się w górę plastycznych mas materii pod wpływem ciepła z głębi Ziemi, tzw. prądy konwekcyjne. To najprawdopodobniej właśnie one są przyczyną trzęsień ziemi i erupcji wulkanicznych.
Gęstość płaszcza Ziemi rośnie wraz ze wzrostem głębokości z 3,5 do 6,5 g/cm³.
Jądro Ziemi – według współczesnych poglądów zbudowane jest ze stopu niklu i żelaza. Dzieli się na płynne jądro zewnętrzne (do 5100 km głębokości) i sztywne jądro wewnętrzne (do 6371 km). Jądro ma bardzo dużą gęstość wzrastającą od 11 do 14 g/cm³, ogromne ciśnienie rzędu kilku atmosfer oraz temperaturę dochodzącą do 6500 stopni.
Podsumowanie: warto zauważyć, że granice skorupy ziemskiej i litosfery nie pokrywają się. Bowiem litosfera obejmuje całą skorupę ziemską i górną część górnego płaszcza (do astenosfery).
2. Teoria tektoniki płyt litosfery
Rozmieszczenie kontynentów na kuli ziemskiej jest nierównomierne. Już od dawna zgodność zarysów wschodnich wybrzeży Ameryki Północnej i Południowej z zachodnimi wybrzeżami Europy i Afryki nasuwała przypuszczenie, że wszystkie dzisiejsze kontynenty stanowiły w przeszłości jedną wielką całość. Istniało kilka hipotez potwierdzających to założenie. Na początku XX wieku niemiecki geofizyk Alfred Wegener wysunął hipotezę, która zakładała istnienie poziomych ruchów kontynentów. Przy ówczesnym stanie wiedzy nie umiano jednak wyjaśnić mechanizmu tych ruchów. Dopiero udało się to przy pomocy opracowanej w latach 60 –tych teorii tektoniki płyt litosfery. Zgodnie z tą teorią, litosfera dzieli się na płyty (m.in. euroazjatycka, pacyficzna, amerykańska) nieustannie przemieszczające się względem siebie po plastycznej astenosferze pod wpływem prądów konwekcyjnych istniejących w płaszczu Ziemi (patrz punkt 1b). W miejscach gdzie działają prądy wstępujące (ku górze), skorupa ziemska jest rozciągana i podlega rozrywaniu, jej fragmenty oddalają się od siebie. Powstaje podłużna szczelina zwana doliną dryftową, występująca w grzbietach śródoceanicznych. Grzbiety te są usiane podwodnymi wulkanami i wyspami wulkanicznymi oraz nawiedzane przez trzęsienia ziemi. Przez dolinę dryftową wylewają się coraz to nowe masy magmy. W ten sposób „rozrasta się ocean”. W strefie gdzie występują prądy zstępujące (ku dołowi), płyty litosfery zbliżają się do siebie i zderzają . W wyniku tego może dochodzić do podsuwania się jednej płyty pod drugą i powstawania rowów oceanicznych. Proces ten nazywamy subdukcją, np. zachodzi u zachodnich wybrzeży Ameryki i wschodnich wybrzeży Azji, które tworzą tzw. pierścień ognia. Strefa subdukcji odznacza się intensywnym wulkanizmem i silnymi trzęsieniami ziemi.
a) Skały i minerały:
Skorupę ziemską tworzą skały, które składają się z minerałów. Minerał to naturalny składnik skorupy ziemskiej jednorodny pod względem fizycznym i chemicznym. Skałą zaś nazywamy skupienie jednorodnych lub różnorodnych minerałów w dużej masie. Tylko niektóre minerały są pierwiastkami, np. złoto, platyna, srebro, siarka, żelazo, miedź. To tzw. minerały rodzime. Minerały, które mają udział w budowie skał (tworzą ponad 99% masy skorupy ziemskiej), nazywa się minerałami skałotwórczymi. Najpospolitsze to: skalenie, pirokseny i amfibole, kwarc, łyszczyki.
Ten sam pierwiastek lub związek chemiczny może tworzyć minerały o zupełnie odmiennych właściwościach, np. przykład grafitu i węgla dwóch postaci czystego węgla. Minerały rozpoznajemy według takich cech jak: barwa, połysk i twardość, czyli odporność na zarysowanie (10 stopniowa skala Mohsa).
b) Podział skał:
W zależności od sposobu powstawania skały dzielimy na: magmowe, osadowe i przeobrażone (metamorficzne).
Skały magmowe – powstają z magmy wskutek zastygania. Głównymi składnikami tych skał są: kwarc, skalenie i łyszczyki. W zależności od warunków, w jakich następowało krzepnięcie magmy, dzieli się je na: wylewne , np. bazalt, pumeks i głębinowe , np. granit, sjenit. Skały magmowe wylewne powstają na powierzchni ziemi, z lawy wyrzucanej w czasie wybuchów wulkanów lub wypływającej z wulkanów. W skałach tych kryształy nie są widoczne gołym okiem (budowa skrytokrystaliczna). Niekiedy mogą być dobrze widoczne tylko pojedyncze kryształy, jak gdyby tkwiące w drobnokrystalicznej masie (budowa porfirowa). Dzieje się tak wtedy, gdy proces krystalizacji rozpoczął się w głębi Ziemi, a następnie wskutek erupcji wulkanicznej przebiegał na powierzchni Ziemi.
Skały magmowe głębinowe powstają w trakcie powolnej krystalizacji magmy w głębi Ziemi. W tych warunkach tworzą się skały jawnokrystaliczne z rozmieszczonymi chaotycznie dużymi, widocznymi gołym okiem kryształami.
Skały magmowe w zależności od składu chemicznego (zawartości krzemionki) dzielimy na kwaśne (jasne zabarwienie, więcej krzemianów), zasadowe (ciemne zabarwienie, mniej krzemianów) i obojętne.
Skały osadowe – powstają w wyniku sedymentacji, czyli gromadzenia się materiału skalnego na lądzie lub w morzu. Ze względu na warunki powstawania, dzielimy je na: okruchowe, pochodzenia chemicznego i pochodzenia organicznego.
Okruchowe – powstają z rozdrobnionych szczątków dawnych skał, luźno nagromadzonych, np. piasek, żwir, pył i less lub spojonych lepiszczem, np. piaskowce, zlepieńce i iłowce.
Pochodzenia chemicznego – powstają poprzez wytrącanie się związków z roztworów, w wyniku odparowywania wody w słonych jeziorach oraz wysychających częściach mórz. Są to przede wszystkim: sól kamienna i gips.
Pochodzenia organicznego – powstają ze szczątków organizmów roślinnych, np. węgiel, torf i zwierzęcych, np. wapienie, kreda.
Skały metamorficzne – powstają wskutek przeobrażenia skał już istniejących. Pod wpływem wysokiej temperatury, wysokiego ciśnienia i różnych procesów chemicznych może zachodzić przeobrażenie prowadzące do zmiany budowy wewnętrznej, składu chemicznego lub mineralnego skał. Skały te powstają głównie: w strefie kontaktu z magmą, np. tak dochodzi do przeobrażenia wapieni w marmur, węgla kamiennego w grafit lub w wyniku ruchów skorupy ziemskiej, które powodują przemieszczanie się skał w głębsze warstwy litosfery, np. tak z granitu tworzy się gnejs.
a) Krążenie skał w przyrodzie:
Każda skała ma swoją długą trwającą najczęściej wiele milionów lat historię, która obejmuje cykl przemian i przemieszczeń, zachodzących pod wpływem procesów geologicznych.
Za początek tej historii można przyjąć czas formowania się skorupy ziemskiej i powstanie skał magmowych. Pod wpływem czynników zewnętrznych skały te ulegają wietrzeniu. Zwietrzały materiał jest transportowany i osadzany – powstają skały osadowe. Skały magmowe jak i osadowe podlegają procesowi metamorfizacji - powstają skały przeobrażone. Wszystkie rodzaje skał w wyniku ruchów tektonicznych zostają przemieszczone do głębszych warstw skorupy ziemskiej, ulegają roztopieniu i zmieniają się w magmę. Gdy magma ostygnie, cały cykl powtarza się od nowa.
4. Pytania kontrolne:
Na koniec proponuję rozwiązanie krótkiego testu. Odpowiedzi na pytania zostaną dołączone do następnego pokazu.
LITOSFERA – część pierwsza
1. Uporządkuj wymienione sfery w kolejności zaczynając od powierzchni
Ziemi: PŁASZCZ WEWNĘTRZNY, SIMA, MOHO, ASTENOSFERA, NIFE
2. Podaj cechy fizyczne i chemiczne jądra Ziemi według planu: a) głębokość, b) temperatura, c) ciśnienie
3. Który element nie spełnia kryterium przyporządkowania?:
a) ropa naftowa, węgiel kamienny, wapień, piaskowiec, kreda,
b) granit, gnejs, pumeks, bazalt, sjenit,
2. Podaj, czym różnią się między sobą:
a) skały metamorficzne i magmowe, b)doliny ryftowe i strefy subdukcji , c) złoto i skaleń.
3. Odpowiedz na pytanie. Dzięki jakim badaniom posiadamy wiedzę na temat budowy wnętrza Ziemi?.
BIEDRONKA102