WNĘTRZE ZIEMI
Pytanie, co kryje wnętrze Ziemi, od wieków fascynowało ludzi. Obserwacje wulkanów pozwoliły na stwierdzenie, że panują tam znacznie wyższe temperatury niż na powierzchni. Ale aż do początków XX wieku niewiele wiedziano o budowie wnętrza Ziemi. Dopiero obserwacje fal sejsmicznych towarzyszących trzęsieniom ziemi, a później także próby nuklearne, umożliwiły uchylenie rąbka tajemnicy.
SFERY I POWIERZCHNIE NIECIĄGŁOŚCI
Budowa wnętrza Ziemi przypomina strukturę olbrzymiego orzecha kokosowego z cienką zewnętrzną skorupą, mięsistą owocnią i wewnętrznym jądrem. Zewnętrzna część naszej planety nazwana jest skorupą ziemską. Składa się ona z dwóch warstw. Górna to występująca tylko pod lądami warstwa granitowa. Największą miąższość osiąga ona pod wysokimi górami. Warstwa ta ma lokalnie bardzo zróżnicowany skład chemiczny mineralogiczny, najbardziej jednak zbliżony do granitu. Dużo w niej krzemu (Si) i glinu (Al.), toteż czasami nazywa się 2,7 g/cm³. Dolna warstwa, występująca głównie pod oceanami, nosi nazwę bazaltowej, gabrowej bądź simy. Jej grubość wynosi 7-12 km, a gęstość około 3 g/cm³. Powierzchnia oddzielająca warstwy granitową i bazaltową nazwana jest od nazwiska jej odkrywcy nieciągłością Conrada. Jeszcze wyraźniejsza granica występuje między skorupą a górną częścią płaszcza Ziemi. Odkrył ją w 1909 r. Chorwat A. Mochorovicić, dlatego została ona nazwana nieciągłością Moho [Mohorovicicia]. Płaszcz Ziemi rozciąga się od nieciągłości Moho aż do głębokości około 2900 km. Dzieli się go na dwie lub trzy warstwy. W górnej na szczególną uwagę zasługuje astenosfera, cechująca się dużą plastycznością i podatnością na deformacje. We wnętrzu Ziemi znajduje się otoczony przez płaszcz jądro, zwane dawniej nife, w którym wyróżnia się dwie części: jądro zewnętrzne, prawdopodobnie ciekłe, oraz jądro wewnętrzne, będące zapewne ciałem stałym. Im głębiej, tym wyższe panuje ciśnienie i większa jest gęstość skał, tak że w jądrze wewnętrznym przekracza ona 16 g/cm³.
JAKA TEMPERATURA PANUJE WE WNĘTRZU ZIEMI?
Już bardzo dawno zaobserwowano szybki wzrost temperatury skał wraz ze wzrostem głębokości w zewnętrznej warstwie granitowej. Stało się to źródłem różnych, nieraz wręcz fantastycznych hipotez, zwłaszcza że temperatura nie zmienia się jednakowo w różnych miejscach na kuli ziemskiej. Średnia temperatura wzrasta 10°C na każde 33 m głębokości, i tę wartość przyjmuje się za średni stopień geotermiczny. W Polsce wielkość stopnia geotermicznego nieznacznie tylko odbiega od średniej, ale np. w Budapeszcie temperatura wzrasta ponad dwukrotnie szybciej, bo o 10°C na 15 m. W najbardziej aktywnych sejsmicznie rejonach świata skoczność ta jest jeszcze większa. Jednak przy powolnych prędkościach chłodzenia skorupy ziemskiej teoria ta jest mało przekonująca. Kiedy bowiem skała w ciągu milionów lat opuszcza strefę na powierzchni ziemi, temperatura rośnie bardzo szybko i dochodzi do poziomu, który jest znacznie wyższy niż na głębokościach kilkudziesięciu kilometrów. Jednocześnie istnieją również inne dowody, że temperatura we wnętrzu Ziemi wzrasta z głębokością znacznie szybciej niż wynikałoby to z jednolitej prędkości chłodzenia skorupy. Dochodzi do tego, że jeśli stwierdzona w głębszych warstwach temperatura wraz ze wzrostem głębokości jest coraz wyższa, to w jądrze wewnętrznym musi ona przekraczać 10 000°C i być o wiele wyższa niż jest ona obliczona ze średniego stopnia geotermicznego. Może to jednak tylko pod warunkiem, że są one ciałami stałymi, co akceptuje się jako oczywiste. Teoria tej zaś sprzeczności rozwikłała dopiero niemiecka geofizyk W. B. Ritter, który na podstawie badań sejsmicznych uznał, że skały płaszcza Ziemi w niewielkiej głębokości są na ogół ciałami stałymi i cieczami, ale wraz ze wzrostem głębokości coraz bardziej osiągają charakter cieczy. Jeżeli bowiem panuje tam odpowiednie ciśnienie, to temperatura granitowej skały na przykład nie przekracza 1000°C.
SKOMPLIKOWANE ZJAWISKA RADIACJI CIEPLNEJ
Wzrost temperatury wewnętrznej części Ziemi jest spowodowany przede wszystkim promieniowaniem cieplnym. Jest ono tym istotniejsze, że skały płaszcza Ziemi są słabymi przewodnikami cieplnymi, a przez to promieniowanie cieplne przenosi się tam prawie wyłącznie drogą promieniowania. Jednak dość trudno jest określić, jaki jest przewód cieplny skał, bo na niego wpływają bardzo skomplikowane zjawiska, takie jak gęstość, prędkość fal cieplnych, skład skały i wiele innych. Wielka rola przypada promieniowaniu cieplnemu w procesach geotermalnych wynika także z faktu, że jest ono bardzo silne. Średnia wartość promieniowania cieplnego na powierzchni Ziemi wynosi 1600 kcal/m² na s (200 W/m²) i przenosi ono znacznie więcej ciepła niż ziemskie źródła ciepła wynikające z rozpadu promieniotwórczego, który wytwarza tylko 1/50 tej ilości ciepła. Promieniowanie cieplne dostaje się do wnętrza Ziemi przez cienką skorupę ziemską, do której wnika na głębokość kilku-kilkunastu metrów. Jednak większość przenikającego promieniowania jest pochłaniana przez górne warstwy skał, tak że na głębokościach kilku kilometrów stężenie promieniowania cieplnego jest już o wiele niższe niż na powierzchni Ziemi. Promieniowanie to dostaje się jednak do wnętrza ziemi we właściwych miejscach dzięki pewnym naturalnym kanalom. Jest to jednak temat rzeka, dlatego warto omówić to nieco szerzej.
OROGENEZA
Jako orogeneza (gr. óros – góra i genesis – narodziny) nazywamy procesy geologiczne związane z tworzeniem się gór. Orogeneza jest wynikiem ruchów tektonicznych w litosferze, które prowadzą do fałdowania i wydźwignięcia skorupy ziemskiej. Procesy orogeniczne tworzą góry, łańcuchy górskie, a także wpływają na kształtowanie obszarów geologicznie aktywnych, takich jak trzęsienia ziemi i wulkanizm. Istnieje kilka rodzajów orogenezy, z których najważniejsze to orogeneza wynikająca z kolizji płyt tektonicznych i orogeneza wynikająca z subdukcji jednej płyty pod drugą.
Orogeneza związana z kolizją płyt tektonicznych występuje, gdy dwie płyty tektoniczne zbliżają się do siebie i zderzają. W wyniku tego zderzenia materiał skalny jest fałdowany i wypychany ku górze, co prowadzi do powstania gór. Przykładem takiego procesu jest powstanie Himalajów, gdzie płyta indyjska zderza się z płytą euroazjatycką. Inny przykład to Góry Skaliste w Ameryce Północnej, gdzie płyta północnoamerykańska zderza się z płytą pacyficzną.
Orogeneza związana z subdukcją występuje, gdy jedna płyta tektoniczna opada pod drugą. Proces ten prowadzi do fałdowania i wypiętrzania skał na powierzchni ziemi. Przykładem takiej orogenezy jest powstanie Andów w Ameryce Południowej, gdzie płyta oceaniczna opada pod płytą kontynentalną.
Orogeneza jest procesem długotrwałym, który może trwać miliony lat. Efektem tego procesu są różnorodne formy terenu, takie jak góry, pasma górskie, kotliny i doliny. Orogeneza ma również wpływ na geologię obszaru,
WNĘTRZE ZIEMI
Pytanie,co kryje wnętrze Ziemi, od wieków fascynowało lu-
dzi.Obserwacje wulkanów pozwoliły na stwierdzenie,że pa-
nują tam znacznie wyższe temperatury niż na powierzchni.
Ale aż do początków XX w.niewiele wiedziano o budowie
Wnętrza Ziemi.Dopiero obserwacje fal sejsmicznych towa-
Rzyszących trzęsieniom ziemi,a później także próbom nu-
Klearnym,umożliwiły uchylenie rąbka tajemnicy.
Sfery i powierzchnie nieciągłości
Budowa wnętrza Ziemi przypomina strukturę olbrzymiego orzecha kokosowe-go z cienką zewnętrzną skorupą,mięsistą owocnią i wewnętrznym jądrem.Zew-
nętrzna część naszej planety nazwana jest skorupą ziemską.Składa się ona z
dwóch warstw.Górna to występująca tylko pod lądami warstwa granitowa.Naj-
większą miąższość osiąga ona pod wysokimi górami.Warstwa ta ma lokalnie bardzo zróżnicowany skład chemiczny mineralogiczny,najbardziej jednak zbli-
żony do granitu.Dużo w niej krzemu(Si) i glinu(Al.),toteż czasami nazywa się
2,7 g/cm3.Dolna warstwa, występująca głównie pod oceanami , nosi nazwę bazaltowej ,gabrowej bądź simy.Jej grubość wynosi 7-12 km,a gęstość około
3g/cm3.Powierzchnia oddzielająca warstwy granitową i bazaltową nazwana jest od nazwiska jej odkrywcy nieciągłością Conrada.Jeszcze wyraźniejsza granica występyje miedzy skorupą i górną częścią płaszcza Ziemi.Odkrył ją w 1909 r.
Chorwat A.Mochorovicić,dlatego została ona nazwana nieciągłością Moho [Mo-
horovicicia].Płaszcz Ziemi rozciąga się od nieciągłości Moho aż do głębokości
około 2900 km.Dzieli się go na dwie lub trzy warstwy.W górnej na szczególną u-
wagę zasługuje astenosfera,cechująca się dużą plastycznością i podatnością na deformacje.
We wnętrzu Ziemi znajduje się otoczony przez płaszcz jądro,zwane dawniej ni-
fe,w którym wyróżnia się dwie części:jądro zewnętrzne,prawdopodobnie ciekłe,
oraz jądro wewnętrzne,będące zapewne ciałem stałym.Im głębiej,tym wyższe panuje ciśnienie i większa jest gęstość skał,tak że w jądrze wewnętrznym prze-
kracza ona 16 g/cm3.
Jaka temperatura panuje we wnętrzu Ziemi?
Już bardzo dawno zaobserwowano szybki wzrost temperatury skał wraz ze wzrostem głębokości w zewnętrznej warstwie granitowej.Stało się to źródłem
różnych,nieraz wręcz fantastycznych hipotez,zwłaszcza że temperatura nie zmienia się jednakowo w różnych miejscach na kuli ziemskiej.Średnia tempe-
ratura wzrasta 10C na każde 33 m. Głębokości i tę wartość przyjmuje się za
średni stopień geotermiczny.W Polsce wielkość stopnia geotermicznego nie-
znacznie tylko odbiega od średniej,ale np.w Budapeszcie temperatura wzrasta
ponad dwukrotnie szybciej,bo o 10C na 15 m.W najbardziej aktywnych sejsmi-
cznie rejonach świata obserwowano nawet 10C na 1,5 m!W Witwatersrandzie w
Republice Południowej Afryki stopień geotermiczny wynosi aż 117 m,dlatego
też można tam było zbudować wyjątkowo głębokie kopalnie,sięgające przeszło
3000 m pod powierzchnię ziemi.Panuje w nich temperatura 500C,podczas gdy w
Budapeszcie na takiej głębokości jest już ok.2000C.
Dotychczasowe wyniki badań wskazują jednak,że im głębiej,tym wzrost tempe-
ratury jest wolniejszy.Na górnej granicy astenosfery temperatura przekracza 10000C,na granicy jądra wynosi zapewne około 45000C,w jego wnętrzu nieco
więcej,może nawet około 60000C.Dokładnych danych o temperaturze wnętrza
Ziemi nadal nie znamy.
PŁYTY LITOSFERY
Wyniki najnowszych badań wykazały,że procesy geologi-
czne zachodzące na powierzchni Ziemi są w dużym stopniu
uzależnione od tego,co się dzieje w płaszczu Ziemi,a zwła-
szcza w astenosferze.Znacznie słabiej są rozpoznane pro-
cesy przebiegające w jądrze Ziemi i nie wiemy jeszcze,jak
wpływają one na ksztaltowanie się skorupy ziemskiej.
Ryfty i strefy subdykcji
W astenosferze pulsują potężne prądy konwekcyjne,wywołane prawdopodob-
nie energią cieplną wnętrza Ziemi i energią powstałą w wyniku rozpadu pier-
wiastków promieniotwórczych.Strumienie rozpalonej magmy,biorące początek
na granicy jądra w największych głębinach płaszcza,wzbijają się ku górze.W miejscach zwanych „gorącymi punktami”uderzają w podstawę litosfery,czyli w
górną warstwę płaszcza Ziemi.Dochodzi tam do jej roztopienia i rozdarcia.No-
we masy bazaltu wydostają się na powierzchnię potężnymi szczelinami,czyli
ryftami,rozpychając na boki skały wcześniej utworzone.Dzieje się to z szybkoś-
cią,jak na procesy geologiczne,znaczną,średnio bowiem 4-6 cm na rok,w nie-
których zaś szczególnie aktywnychryftach nawet ponad 10 cm na rok.
Niemal wszystkie ryfty przebiegają w centralnej części oceanicznych grzbie-
tów.Tworzą one obejmujące całą Ziemię system rozpadlin,dzielących litosferę
naszej planety na 6 podstawowych i szereg mniejszych płyt (kier) leżących na
plastycznej astenosferze.W ukształtowaniu powierzchni dna oceanów ryfty zaz-
naczają się jako potężne zapadliska,długie na tysiące kilometrów,szerokie na 25-55 km,obniżone o parę tysięcy metrów w porównaniu z sąsiednimi podmor-
skimi szczytami.Tylko w paru miejscach,np.w Afryce Wschodniej i na Islandii
ryfryty wkraczają na lądy.W przyszłości geologicznej,i to niezbyt odległej,roz-
padliny te zapewne wypełnią się wodą,tak jak stało się to z ryfrytem Morza Czerwonego.
Stałe wydobywanie się magmy w oceanicznych ryftach jest przyczyną ruchu płyt litosfery i rozrastania się dna oceanicznego.Najmłodsze fragmenty bazalto-
wej skorupy ziemskiej leżą w bezpośrednim sąsiedztwie ryftów,najstarsze-da-
towane na około 200 mln lat- na skraju kontynentów.Najwolniej rozrasta się dno Oceanu Atlantyckiego (zaledwie 2 cm rocznie),najszybciej zaś Pacyfiku.
Skorupy ziemskiej w jednych miejscach przybywa,w innych zaś dochodzi do
likwidacji dna bazaltowego.Dzieje się to w tzw.strefach subdukcji,gdzie dwie płyty litosfery napierają na siebie z przeciwnych kierunków. Większość sfer
subdukcji przebiega na granicy płyt oceanicznych i kontynentalnych.W rzeźbie
dna zaznaczają się one jako głębokie rowy oceaniczne.
Narodziny gór
Efektem zderzenia płyt oceanicznej i kontynentalnej jest wciąganie dużej części
płyty oceanicznej przez zstępujące prądy konwekcyjne w głąb,aż do astenosfe-
ry,gdzie w wysokiej temperaturze ulega ona roztopieniu i stopniowemu zaniko-
wi.Napór płyt powoduje równocześnie sfałdowanie i wypiętrzanie osadów zale-
gających na jej styku.W ten sposób powstały potężne łańcuchy gór fałdowych
otaczających Pacyfik:Andy,Kordyliery,pasma górskie na łukach wysp okalają-
cych od wschodu Azję.Góry fałdowe powstają także w wyniku kolizji dwóch płyt kontynentalnych.Tak narodziły się m.in.Alpy i Himalaje.
Strefy graniczne płyt litosfery są wciąż obszarami wyjątkowo aktywnymi sej-
smicznie.Dla mieszkających tam ludzi szczególne znaczenie mają nie tyle po-
wolne ruchy,zauważalne jedynie dzięki czułym aparatom pomiarowym,ile krót-
kie a burzliwe epizody im towarzyszące:trzęsienia ziemi i wybuchy wulkanów.
Wulkany
Wulkanizmem nazywamy wszystkie zjawiska związane z wydobywa-
niem się na powierzchnię ziemi produktów magmowych:stałych,
ciekłych i gazowych.Magma przedzierająca się szczelinami skalny-
mi ku górze,znajduje się pod wysokim ciśnieniem,a jej temperatu-
ra może przekraczać 10000C.Niekiedy zastyga nie osiągnąwszy po-
wierzchni ziemi i tworzy potężne soczewkowate skrzepy lakkolitów
i lopolitów.Jeśli jednak dojdzie w końcu do przebicia skorupy ziem-
skiej,a towarzyszące magmie gazy rozprężają się porywając z sobą
krople rozpalonych cieczy,okruchy skalne,niekiedy nawet wielkie
bloki- następuje wybuch.
Zwiastuny
Rzadko zdarza się,by wybuch wulkanu był zupełnym zaskoczeniem dla miesz-
kańców.Przybliżanie się magmy zapowiadają zwykle drobne wstrząsy i pomru-
ki występujące pod ziemią,wzrost temperatury w źródłach,intensywniejsze wy- ziewy gorących gazów wulkanicznych.Gazy te zawierają dużo siarki,która często wytrąca się na pobliskich skałach tworząc złociste naloty.Na stokach góry otwierają się szczeliny,wzrasta naelektryzowanie powietrza i nocą nad szczytem wykwitają ogniste języki,a w wierzchołek biją pioruny.Zwierzęta stają
się niespokojne,niekiedy wiedzione instynktem uciekają ze szczególnie zagro-
żonych miejsc.Np.7 maja 1902 r. z Saint Pierre leżącego u stóp wulkanu Mont
Pelee na Martynice niespodziewanie znikły koty,jednak ludzie zignorowali to
spostrzeżenie.W wyniku eksplozji zginęło 26 tysięcy osób.Najbardziej roman-
tycznym zwiastunem jest jednak kwitnąca królewska prymula,zakwitająca na
stokach wulkanu Jawy zawsze w przedzień wybuchu.Nie zawiodła ona dotych-
czas ani razu.
Wybuch
Wybuchy (erupcje) wulkaniczne przebiegać mogą w różny sposób,każdy wul-
kan ma swój „charakter”.We wcześniejszych epokach geologicznych częstym
zjawiskiem były erupcje linearne- lawa wylewała się,na ogół dość spokojnie,ze
szczelin,które mogły mieć setki kilometrów długości.Jednak w miarę jak zwię-
kszała się grubość skorupy ziemskiej,erupcje linearne stawały się coraz rzad-
sze,dziś zdarzają się już sporadycznie,przede wszystkim na Islandii,wyjątkowo
na Azorach,Wyspach Kanaryjskich,Nowej Zelandii.Taki właśnie wybuch zrujno-
wał gospodarkę Islandii w 1783 r.Był to najobfitszy wypływ lawy w czasach his-
torycznych (13 km3 ).Szczelina miała 25 km długości,a potoki z niej wypływają-
ce sięgały 64 km.Mniej groźny był wylew lawy Hekli w 1947 r.gdy otworzyła się
ognista szczelina długości „zaledwie”5 km.
Zdecydowana większość wybuchów to erupcje centralne,podczas których przez pionowy kanał wydostają się materiały piroklastyczne i lawa.Z wulkanów
lawowych wylewa się niemal wyłącznie lawa,stąd ich nazwa.Jeśli jest to płynna
wolno krzepnąca i bardzo ruchliwa lawa bazaltowa,wówczas rozlewając się
szeroko tworzy nieznacznie tylko wypukłą,łagodnie nachyloną pod kątem ok.80,
rozległą tarczę-wulkan tarczowy(hawajski).Największym takim wulkanem jest
Mauna Loa (4189m n.p.m.) na Hawajach,której tarcza ciągnie się z północy na południe przeszło 100 km.Znacznie powszechniejsze są lawowe wulkany kopu-
łowe,tworzące się wtedy,gdy najbardziej lekka lawa szybciej zastyga.Występu-
ją one m.in. na Jawie,Kamczatce i w Gwatemali.
Niektóre (szczególnie groźne) wulkany wyrzucają tylko luźne materiały,głównie
bomby,lapille(groszek) i popioły.Zwą się wulkanami eksplozywnymi.Należy do nich często wybuchający Mayon na Filipinach,który dzięki bardzo regularnemu
stożkowi zyskał przydomek najpiękniejszego wulkanu świata.
Większość wulkanów należy jednak do stratowulkanów,czyli wulkanów miesza-
nych.Takie są np.Etna i Wezuwiusz.Wyrzucają lawę i popioły,które na zboczach
tworzą naprzemianległe warstwy.Od tego warstwowania wzięła się zresztą ich nazwa.
Niekiedy zdarza się,że potężny wybuch wysadzi całą szczytową część wulkanu w powietrze.W miejsce stożka tworzy się wówczas rozległe obniżenie zwane
kalderą.Kaldery powstają także inaczej:pod koniec erupcji,gdy większość mate-
riałów została już wyrzucona,magma często cofa się w głąb ziemi,a pod stoż-
kiem wytwarza się próżnia.Wulkan zapada się.Wewnątrz kaldery zwykle wyras-
ta nowy stożek. Taki jest np.Wezuwiusz sterczący z odległej kaldery. Niekiedy
wnętrze kaldery wypełnia woda.
TRZĘSIENIA ZIEMI
Tylko na pozór żyjemy na nieruchomej,stałej powierzchni planety.Gwał-
towne zaburzenia stanu równowagi w skorupie bądź we wnętrzu Ziemi,
którym towarzyszy powstawanie fal sejsmicznych,zdarzają się bardzo
często.Ich liczbę szacuje się na milion rocznie,z czego około stu tysięcy
notują przyrządy pomiarowe.Przeważnie są to niewielkie i nie odczuwal-
ne przez człowieka wstrząsy,niekiedy jednak osiągają one rozmiary kata-
strofalne.30 września 1993 r.zadrżała ziemia w indyjskim stanie Maha-
rasztra.Najpotężniejszy był pierwszy wstrząs.W godzinę później przy-
szły następne,na szczęście słabsze.Ale i tak zniszczenia były przeraża-
jące-zginęło 16 tys.ludzi,a około 130 tys.straciło dach nad głową.Trzęsie-
nie to nie należało jednak ani do najpotężniejszych,ani do najstraszliw-
szych w dziejach świata.Niemal corocznie występują klęski podobnych
rozmiarów,a w wyniku najbardziej tragicznego trzęsienia w Chinach w
1976 r.zginęło co najmniej ćwierć miliona ludzi (niektóre szacunki mówią
o przeszło 700 tys.).
Gzie i dlaczego?
Trzęsienia ziemi powodowane są nagłymi,krótkotrwałymi rozładowaniami na-
naprężeń i przesunięciami mas skalnych w obrębie skorupy ziemskiej bądź górnych warstw płaszcza Ziemi.Miejsce,w którym dochodzi do takego rozłado-
wania naprężeń,to ognisko.Może ono leżeć płytko (do 70 km pod powierzchnią,
średnio głęboko (70-300 km) bądź głęboko (300-700 km).Na powierzchni ziemi,
bezpośrednio nad ogniskiem,znajduje się epicentrum.Przeważnie im płycej po-
łożone ognisko,tym większa siła wstrząsu i tym większe zniszczenia.Im głębiej
leży ognisko,tym mniejsze występują na ogół wstrząsy na powierzchni,gdyż są
one skutecznie tłumione przez grubą warstwę skał.Obszary najczęściej odwie-
dzane przez trzęsienia ziemi znajdują się przeważnie w pobliżu wielkich usko-
ków tektonicznych,a zwłaszcza na granicy płyt litosfery.
Z nasuwaniem się jednej kry na drugą w strefie subdukcji związane były m.in.
trzęsienia,które nawiedziły Chile w 1960r.oraz miasto Meksyk w latach 1978 i 1985.
Są na naszej planecie miejsca,gdzie ziemia drży niemal bez przerwy.Tak jest np. w Japonii (ponad 10 000 wstrząsów rocznie), a także w Kalifornii,gdzie wzdłuż uskoku San Andreas płyta Pacyfiku przesuwa się ku północnemu
zachodowi z prędkością 3-5 cm rocznie, „ocierając się” przy tym o sąsiednią
płytę północnoamerykańską.Niektórzy uczeni przypuszczają,że uskok ciągnie
się pod wodami Zatoki Kalifornijskiej i w zachodnim Meksyku,a jego długość sięga 2500 km.Ruch płyt nie dokonuje się równomiernie,ale licznymi krótkimi
„skokami”,którym towarzyszą mniej lub bardziej groźne trzęsienia ziemi.Naj-
słynniejsze dotknęło San Francisco w 1906r.,gdy nastąpiło przesunięcie o 6
metrów.Znacznie mniej ofiar pociągnęło trzęsienie w styczniu 1994r.Uczeni z niepokojem obserwują fakt narastania naprężeń wzdłuż uskoku i zgodni są w
prognozach,że Big One-wielki wstrząs-w Kalifornii dopiero nastąpi.
Sposoby pomiaru
Do mierzenia wstrząsów skorupy ziemskiej służą sejsmografy-przyrządy działa-
jące na zasadzie wahadła o dużej masie,zamocowanego tak,by w minimalnym tylko stopniu reagowało na drgania skorupy ziemskiej.Natomiast połączony z wahadłem samopis wiernie reaguje na wszystkie wstrząsy.Na podstawie dokła-
dnych przeliczeń określa się magnitudę,czyli wychylenie igły sejsmografu,któ-
ry znajdowałby się 100 km od epicentrum.Magnitudy wstrząsów mierzy się w
9-stopniowej skali Ch.Richtera.Jest ona logarytmiczna,każdy następny stopień
oznacza się 10-krotnie większe wychylenie niż poprzedni.Trzęsienie,które na-
wiedziło Maharasztrę w 1993r. miało „tylko” 6,4 stopnia,w Chinach w 1976r. przekroczyło 8 stopni,a w Chile w 1960r. przekroczyło 8,5 stopnia.Chilijskie
wstrząsy były więc stukrotnie silniejsze niż 30 września 1993r. w Indiach!
Pierwszy przyrząd do wykrywania trzęsień ziemi wymyślili Chińczycy już w
132r. n.e.Był on prosty i przemyślny zarazem.Puszkę drewnianą,kształtem przy-
pominającą wazę,zdobiło u góry 8 wyrzeźbionych smoków,połączonych z me-
talowym prętem ukrytym wewnątrz puszki.Każdy ze smoków miał otwartą pasz-
czę,w której trzymał niewielką kulkę.Wstrząsy skorupy ziemskiej powodowały
drgania pręta i kulka wypadała z paszczy.Wpadała ona wprost do pyszczka sto-
jącej poniżej rzeźbionej rzabki.Przyrząd nie tylko informował o trzęsieniach zie-
mi,lecz pozwalał też określić kierunek,w którym leży dotknięta kataklizmem prowinacja.
Czy potrafimy przewidzieć,kiedy nastąpi wstrząs?
W Kalifornii zlokalizowano liczne stacje pomiarowe,które bez przerwy śledzą najmniejsze zmiany naprężeń.Podobne badania prowadzone są w innych kra-
jach,zwłaszcza w Rosji,Chinach iJaponii.Pozwoliło to na zestawienie zjawisk
poprzedzających wstrząsy:niepokój i nietypowe zachowanie zwierząt,zmniej-
szenie prędkości rozchodzenia się fal podłużnych w litosferze,gwałtowny
wzrost natężenia pola elektrycznego w atmosferze i pojawienie się różnego
rodzaju „ognistych mgieł”,wzrost zawartości radioaktywnego radonu w wo-
dach podziemnych i wiele innych.Pierwsze udane prognozy,połączone z
częściową ewakuacją ludzi,pochodzą już z lat 70.Ale liczba „zwiastunów trzę-
sień” (znaleziono ich dotychczas prawie 300) jest tak duża,że skutecznie utrud-
nia krótkoterminowe prognozowanie.I chociaż są już podejmowane ekspery-
menty rozładowania naprężeń w skorupie ziemskiej,to nadal dokładne przewi-
dywanie wstrząsów jest raczej sprawą odległej przyszłości.Niemal wszystkie
MINERAŁY I SKAŁYtrzęsienia nadchodzą niespodziewanie.
Często nie zdajemy sobie sprawy,jak różnorodny i barwny jest świat otaczają-
cych nas kamieni,jak burzliwa była ich przeszłość.Przybliżyć te zagadnienia
mogą dwa działy geologii:mineralogia i petrografia.Przedmiotem zaintereso-
wania mineralogii są minerały.Tworzą je pierwiastki,związki bądź też jedno-
rodne mieszaniny pierwiastków lub związków chemicznych powstałe w spo-
sób naturalny.W normalnych warunkach występują one w stałym stanie sku-
pienia. Petrografia zajmuje się skałami.Dla geologa są to zespoły złożone z
różnych minerałów bądź wielu osobników jednego tylko minerału,powstałe w
wyniku naturalnych procesów geologicznych.Skałami są więc nie tylko grani-
ty i piaskowce,ale także utwory nieskosolidowane,jak suche piaski pustynne
czy gliny zwałowe pozostawione przez lodowiec.Do skał nie zalicza się jed-
nak gleby.
Kolorowy świat minerałów
Minerały zbudowane z jednego pierwiastka spotyka się bardzo rzadko. Należy do nich na przykład diament, będący chemicznie czystym węglem, samorodki złota, wykwity siarki czy żelazo meteorytowe. Znacznie częściej występują mi-
nerały będące związkami chemicznymi o skomplikowanym nieraz składzie.
Przykładem mogą być skalnie (glinokrzemiany potasu,sodu i wapnia),jak rów-
nież miki,czyli łyszczyki (uwodnione glinokrzemiany potasy oraz kationów dwu-
bądź trójwartościowych glinu,magnezu,żelaza i innych rud metali).Niekiedy spotkać można w przyrodzie kilka różnych minerałów o jednakowym składzie chemicznym.Za przykład może posłużyć bardzo powszechny dwutlenek krze-
mu SiO2.Może on występować jako opal-nietrwały,stwardniały żel krzemionko-
wy o zmiennej zawartości wody i różnorodnym zabarwieniu,poza tym jako
drobnokrystaliczny minerał z gęsto rozsianymi maleńkimi banieczkami wody
zwany chalcedonem,wreszcie jako krystaliczny kwarc,powstający w skałach magmowych i żyłowych.Tworzy on dwie odmiany (alfa i beta),zależnie od tem-
peratury krystalizacji.W temperaturze poniżej 5730C powstaje najczęściej od-
miana bezbarwna zwana kryształem górskim.Niekiedy zawiera ona niewielkie
domieszki innych pierwiastków,pęcherzyki powietrza lub wrostki minerałów.
Nosi wtedy inne nazwy:biały kwarc to kwarc mleczny,szaroczarny-kwarc zady-
miony,czarny-morion,żółty-cytryn,czerwonawy-krwawnik,intensywnie fioletowy
-ametyst.Także korund-tlenek glinu Al2O3 krystalizujący się w układzie trygonal-
nym,jeden z najtwardszych minerałów świata,przybierać może różne zabarwie-
nia:żółtawe,fioletowe,niebieskie (szafiry),czerwone (rubiny),a bywają też korun-
dy bezbarwne zwane leukoszafirami.
Minerały wystęoują w skorupie ziemskiej w różnych ilościach.Najrzadsze,
zwłaszcza ładnie zabarwione i przezroczyste,dzięki czemu atrakcyjnie załamu-
jące światło,cechujące się dużym połyskiem,twarde i odporne na ścieranie,na-
leżą do najbardziej poszukiwanych i zyskały miano kamieni szlachetnych.Do najcenniejszych należą:diament (najtwardszy minerał świata),szmaragd,alek-
sandryt,rubin i szafir.Niewiele tylko ustępują im urodą nieco bardziej rozpow-
szechnone w przyrodzie,a przez to tańsze,kamienie pół szlachetne,np.akwama
ryn,ametyst,granat,turkus,topaz,turmalin.
Dlaczego niektóre minerały pojawiają się razem?Czemu jedne kruszce wystę-
pują w postaci łatwych w eksploatacji pokładów,inne zaś-cienkich żył o zawi-
łym nieraz przebiegu?Które z pospolitych minerałów mogą być traktowane jako
zwiastuny cennych kruszców?Te pytania od wieków intrygowały górników i po-
szukiwaczy skarbów.Częściową na nie odpowiedź pozwoliło znaleźć poznanie mechanizmów zastygania magmy.Gdy pochodząca z głębi Ziemi magma nie
wylewa się na powierzchnię w postaci lawy,ale przybliżywszy się ku górze po-
woli zastyga,powstają różnorodne minerały i skały.Ich skład żależy m.in.od temperatury krzepnięcia,składu chemicznego magmy i skał nad nią zalegają-
cych,których część uległa roztopieniu.Już w temperaturze ok.8500C zaczynają
wyodrębniać się minerały bogate w żelazo i magnez.Jako cięższe powoli prze-
mieszczają się ku dołowi,co prowadzi do zróżnicowania się magmy na gabrową w niższych partiach oraz zasobniejszą w wapń,glin,sód,potas i krzem magmę granitową w górze.W miarę obniżania się temperatury zmienia się nie tylko skład chemiczny,ale i stan skupienia magmy.Zwiększa się w niej udział cieczy i
gazów.Staje się przez to bardziej plastyczna,wciska się w szczeliny i poszerza je.W żyłach i gniazdach krystalizują się wówczas ługi,z których powstają bar-
dzo gruboziarniste skały zwane pegmatytami.Gdy gazy ulotnią się,w szczeli-
nach skalnych krążą już tylko gorące roztwory wodne.W miarę ochładzania kry-
stalizują się z nich różnorodne minerały tworząc użyteczne złoża hydromalne.
Są to przeważnie siarczki i węglany,a wsród nich dwusiarczek żelazawy FeS2
(piryt),o silnym metalicznym połysku,często występujący z domieszkami srebra i złota,siarczek synku ZnS (sfaleryt,blenda cynkowa),siarczek ołowiu PbS (gale-
nit,galena),ciężki,ołowianoszary o srebrzystym odcieniu,najważniejsza z rud o-
łowiu,poszukiwany też ze względu na domieszki srebra.Eksploatuje się go w Polsce w okolicach Bytomia i Olkusza.Cenione są też hydrotermalne złoża ar-
senopirytu,cynobru,antymonitu,chlorytu,fluorytu czy barytu.
Poszukiwaczy złota najbardziej interesuje jednak występowanie żył kwarco-
wych,w których natrafić można na okruchy tego kruszcu.Miłośnicy ładnych mi-
nerałów i kamieni półszlachetnych śledzą przebieg żył w poszukiwaniu geod-próżni skalnych wypełnionych dużymi kryształami tak gęsto,że nazywa się je
szczotkamo krystalicznymi.Do najpowszechniejszych należą spotykane w wa-
pieniach szczotki kalcytowe oraz duże kryształy kwarcu i skaleni w pegmaty-
tach.Ale np.w Masywie Śnieżnika przy odrobinie szczęścia znaleźć można tak-
że pięknie zabarwione szczotki ametystowe,a koło Strzegomia moriony.