Budowa wnętrza ziemi

BUDOWA WNĘTRZA ZIEMI

Do badania wnętrza Ziemi stosuje się geofizyczne metody badań. Do takich należy metoda sejsmiczna. Geofizycy badają rozchodzenie się fal sejsmicznych wywołanych trzęsieniami ziemi lub sztucznymi podziemnymi wybuchami, np.: nuklearnymi. Rodzaj, tempo i kierunek rozchodzenia się fal zmienia się w zależności id cech fizycznych materii, np.: stanu skupienia, ciśnienia, temperatury, lepkości i gęstości zależnej m. in. od składu skał.

Analiza zapisów fal sejsmicznych pozwoliła na wyróżnienie we wnętrzu Ziemi warstw (sfer) zasadniczo różniących się składem chemicznym i właściwościami fizycznymi; należą do nich: jądro, płaszcz i skorupa ziemska. Na granicy warstw występuje wąska strefa przejściowa, w której notowane są nagłe zmiany prędkości przebiegu fal. Nazwana została powierzchnią nieciągłości.

Centralną część wnętrza Ziemi, obejmującą ponad połowę jej średnicy, zajmuje jądro:

- Jądro wewnętrzne ? leżące na głębokości poniżej 5160 km, ma cechy ciała stałego, najprawdopodobniej składa się głównie z metali ciężkich

- Jądro zewnętrzne ? jest w stanie płynnym. Składa się głównie z lżejszych pierwiastków. Następuje w nim konwekcyjne przemieszczanie się gorącej materii ku chłodniejszym warstwom wyżej położonym

Jądro od następnej warstwy, tj. płaszcza, oddziela wyraźnie zaznaczająca się powierzchnia nieciągłości Wiecherta ? Gutenberga.

Płaszcz ? ze względu na skład wyróżnia się ? płaszcz górny, strefę przejściową i płaszcz dolny:

- Płaszcz górny ? do głębokości ok. 400 km budują skały złożone głównie z krzemianu żelaza i magnezu (PERYDOTYDY)

- Strefa przejściowa ? zachodzą w niej pod wpływem ciśnienia i temperatury przemiany minerałów

- Płaszcz dolny ? położony poniżej 1000 km, wzbogacony jest w krzem. Zachodzi w nim konwencja termiczna

Materia płaszcza, poza lokalnymi ogniskami magmowymi (stopionych skał), jest w stanie stałym. Płaszcz od skorupy ziemskiej oddziela bardzo wyraźna powierzchnia nieciągłości MOHO.

Skorupa ziemska ? jest ciałem stałym zbudowanym z minerałów tworzących skały.

- Skorupa oceaniczna ? buduje dno oceaniczne. Jest cienka (5 ? 8 km). Budują ją przede wszystkim skały zasadowe typu bazaltów. Pokrywa osadowa o średniej grubości 300 ? 500 m stanowi nieciągłą powłokę, brak jej na szczytach grzbietów śródoceanicznych, pojawia się na ich skłonach, a największą grubość, dochodzącą nawet do kilku kilometrów, osiąga przy skłonach kontynentów.

- Skorupa kontynentalna ? obejmuje lądowe części kontynentów i ich części podwodne, tzn. szelf, skłon kontynentalny. Jest gruba, średnio 35 ? 40 km, a największą grubość, do 80 km, osiąga w obrębie gór. Budują ją różnorodne skały krystaliczne oraz skały osadowe. Brak skał osadowych w obrębie tarcz.

TEKTONIKA GLOBALNA ? TEORIA PŁYT LITOSFERY

Główne założenia teorii płyt litosfery w jej ujęciu najprostszym są następujące:

- Litosfera składa się z kilkunastu płyt; wyróżnia się 6 wielkich płyt litosfery o powierzchni wielu milionów km2 każda: amerykańska, afrykańska, eurazjatycka, antarktyczna, indo - australijska, pacyficzna. Płyty mają charakter czasz, są wygięte zgodnie z kulistym kształtem Ziemi. Mogą obejmować tylko dno oceaniczne, jak płyta pacyficzna, lub zarówno dno oceaniczne jak i kontynenty, jak płyta afrykańska.

- Płyty są sztywne, lecz mogą się przesuwać względem siebie po powierzchni bardziej plastycznej astenosfery. Tempo przemieszczania wynosi kilka cm w ciągu roku. Płyty stale odnawiają się w grzbietach śródoceanicznych i niszczone są w strefach subdukcji. W oceanach, w miejscach głębokich pęknięć litosfery ? ryftach ? tam, gdzie płyty odsuwają się od siebie, następują wylewy law bazaltowych. Budują one grzbiety śródoceaniczne. Przez stale czynne pęknięcie, tworzące w osi grzbietu głęboką dolinę ryftową, wydobywają się kolejne porcje lawy. Wcześniejsze lawy odsuwane są od osi grzbietu i dobudowują dno oceaniczne. Rozrost dna oceanicznego powoduje, że kontynenty po obu jego stronach oddalają się od siebie. Nadmiar litosfery oceanicznej, niszczony jest w strefach subdukcji, czyli strefach podchodzenia jednej płyty pod drugą i wtapiania jej w płaszcz Ziemi. W strefach subdukcji powstają rowy oceaniczne. Bloki kontynentalne jako lżejsze części płyt nie podlegają subdukcji. Pęknięcia litosfery mogą mieć miejsce również w obrębie kontynentu. Powstaje dolina ryftowa, jak np.: we Wschodniej Afryce, która zapoczątkowuje podział jednej płyty kontynentalnej na dwie i powstanie nowego oceanu. W rozszerzającym się rowie następują wylewy lawy, a dno jego pogrąża się aż do wkroczenia oceanu.

- Granice płyt litosfery mogą przebiegać w miejscach rozrastania się litosfery, w miejscach jej pochłaniania ? subdukcji, lub w miejscach, gdzie płyty tylko przemieszczają się względem siebie wzdłuż uskoków przesuwczych. Wnętrza płyt podlegają tylko nie wielkim deformacjom, natomiast na granicy płyt, w zależności od rodzaju granicy, zachodzą deformacje prowadzące do powstania łańcuchów wysp czy gór fałdowych, mają miejsce zjawiska wulkaniczne, występują trzęsienia ziemi.

- Mechanizmem napędowym ruchu płyt są prądy konwekcji cieplnej w płaszczu poniżej litosfery.

PROCESY GEOLOGICZNE KSZTAŁUTJĄCE POWIERZCHNIĘ ZIEMI

Litosfera formowała się od początku powstania naszej planety pod wpływem procesów zachodzących zarówno we wnętrzu Ziemi (procesów wewnętrznych), jak i na jej powierzchni (procesów zewnętrznych). Źródłem energii procesów wewnętrznych (endogenicznych) jest ciepło wnętrza Ziemi. Źródłem energii procesów zewnętrznych (egzogenicznych) zachodzących pod wpływem działania atmosfery, hydrosfery i biosfery jest energia promieniowania słonecznego i siła ciężkości.

W wyniku współdziałania tych procesów powstawały i powstają skały, złoża minerałów, a także struktury tektoniczne i formy ukształtowania terenu. Skalne oblicze Ziemi stale ulega zmianie, choć nie zawsze jesteśmy w stanie zaobserwować te zmiany.

Procesy geologiczne wewnętrzne
Plutonizm i zjawiska wulkaniczne. Zjawiska związane z tworzeniem się ognisk magmowych, intruzjami, czyli wdzieraniem się magmy między inne skały oraz powstawaniem skał magmowych głębinowych określane są mianem plutonizmu.

Wulkany
Powstawanie i rodzaje wulkanów. Procesy geologiczne we wnętrzu naszej planety z reguły zachodzą bardzo powoli i potrzeba setek lat na to, aby efekty ich działania stały się widoczne. Niekiedy jednak proces taki przebiega niezwykle gwałtownie, a jego katastrofalne skutki widoczne są natychmiast. Takim właśnie zjawiskiem jest erupcja wulkanu. Głęboko pod skorupą ziemską, w płaszczu Ziemi znajduje się magma - roztopiona skała, magazynująca ogromne ilości energii cieplnej. Ciągłe odgazowywanie się magmy wytwarza ciśnienie wpychające ją do tzw. komór magmowych. Komory magmowe są to wielkie szczeliny w skałach skorupy ziemskiej, stanowiące swego rodzaju "magazyny", skąd magma jako materiał lżejszy od otaczających ją skał jest wypychana w górę. W rezultacie magma topi skały stojące jej na drodze i drąży kanał aż wydostanie się spod skorupy ziemskiej na zewnątrz. Kiedy płynna magma dociera do powierzchni nazywana jest lawą. Wydostając się z wulkanu lawa osiąga temperaturę około 1000 stopni Celsjusza i może spływać po zboczach wulkanu z prędkością ponad 165 m/s. Im dalej od krateru, tym ruch lawy staje się powolniejszy, a temperatura niższa. Wszystko zależy od płynności lawy i stopnia nachylenia zbocza wulkanu. W zależności od składu chemicznego magmę dzieli się na dwa rodzaje: magmę kwaśną i magmę zasadową.

Rozróżniamy dwa podstawowe typy wulkanów: WULKANY STOŻKOWE-tworzące się na obszarach, gdzie płyty tektoniczne popychają się wzajemnie. Magma pochodzi głównie z materiału płyty i jest bardzo gęsta, a wypływając na powierzchnię Ziemi ochładza się szybko, tworząc wysokie stożki wulkaniczne. Dopóki magma wypływa na zewnątrz wulkanu, praktycznie nic groźnego się nie dzieje. Czasem jednak zakrzepła lawa zatyka komin wulkanu, i po pewnym czasie (trwającym nieraz dziesiątki lat) ciśnienie wypychające magmę jest tak wielkie, że powoduje usunięcie blokady z komina wulkanicznego. Następuje wówczas gwałtowna erupcja. Gazy rozpuszczone w magmie gwałtownie się rozprężają i wyrzucają wysoko ponad krater wulkanu słup dymu, pyłów i rozżarzonych kawałków skał (tzw. bomby wulkaniczne).
WULKANY TARCZOWE-tworzące się na obszarach, gdzie płyty tektoniczne odsuwają się od siebie oraz w tzw. "gorących punktach", gdzie skorupa ziemska jest bardzo cienka. Magma pochodzi z płaszcza ziemi i jest całkowicie płynna. Lawa, która powstaje z tej magmy płynie na pewną odległość po powierzchni ziemi zanim zastygnie. W taki sposób tworzy się rozległy wulkan. W tym przypadku magma nie jest wyrzucana gwałtownie, ale po prostu wypływa z krateru.
Wulkany można też podzielić według struktury wyrzucanych na zewnątrz materiałów:
WULKANY LAWOWE-wydobywa się tylko lawa.
WULKANY EKSPLOZYWNE-wyrzucane s tzw. materiały piroklastyczne.
WUKLANY MIESZANE (STRATOWULKANY)-wydobywają się na przemian materiały piroklastyczne i lawa.


Wulkan
1. Komora wulkaniczna
2. Skała macierzysta
3. Kanał lawowy
4. Podnóźe
5. Sill
6. Przewód boczny
7. Warstwy popiołu emitowanego przez wulkan
8. Zbocze
9. Warstwy lawy emitowanej przez wulkan
10. Gardziel
11. Stoźek pasoźytniczy
12. Potok lawowy
13. Komin
14. Krater
15. Chmura popiołu

Trzęsienia ziemi

Trzęsieniem ziemi nazywa się zjawisko drgania skorupy ziemskiej spowodowane rozchodzeniem się fal sprężystych, zwanych falami sejsmicznymi. Trzęsienia wywołane są ruchami mas skalnych w głębi skorupy ziemskiej lub w płaszczu Ziemi. W wyniku tych ruchów powstają w skałach naprężenia, których nagłe rozładowanie wywołuje falę sejsmiczną.

Miejsce w głębi Ziemi, w którym powstaje fala sejsmiczna, nazywane jest ogniskiem trzęsienia ziemi ? hipocentrum. Fale rozchodzące się we wszystkich kierunkach od ogniska najszybciej i z największą energią docierają do powierzchni Ziemi w miejscu znajdującym się bezpośrednio nad nim. Miejsce to nazywa się epicentrum, czyli środkiem.

Rozmieszczenie obszarów sejsmicznych nawiązuje wyraźnie do przebiegu granic płyt litosfery. Słabsze trzęsienia, lecz częste, występują w miejscach rozstępowania się płyt. Największe nasilenie ma miejsce w strefach subdukcji ? wokół Oceanu Spokojnego. Trzęsienia ziemi mogą być również działalnością wulkaniczną. Mają wtedy ograniczony, lokalny zasięg.

WIETRZENIE ? to rozpad (wietrzenie fizyczne/mechaniczne) lub rozkład (wietrzenie chemiczne) skał pod wpływem działania czynników zewnętrznych; w wyniku zmian temperatury powietrza skała najpierw się nagrzewa (wówczas zwiększa swoją objętość), a potem ochładza (kurczy się); taki cykl, powtarzany regularnie, prowadzi do kruszenia się (rozpadu) skały i powstania zwietrzeliny.
Szczególnym przypadkiem WIETRZENIA fizycznego jest WIETRZENIE mrozowe (tzw. zamróz); zachodzi ono przy udziale wody zawartej w szczelinach skalnych; na skutek spadku temperatury poniżej 0C woda krzepnie, zwiększając przy tym swoją objętość (zgodnie z prawami fizyki); w efekcie prowadzi to do rozsadzania skał.

Przykładem WIETRZENIA chemicznego są zjawiska krasowe; skały węglanowe (np. wapień), wchodząc w reakcję z wodą, ulegają rozpuszczaniu (rozkład); powstają w ten sposób przeróżne formy krasowe, np. jaskinie z szatą naciekową (stalaktyty, stalagmity i stalagnaty), wywierzyska (źródła krasowe), lejki krasowe i inne.