LITOSFERA

Litosfera- zewnętrzna, skalna powłoka Ziemi. Składa się z: a) skorupy ziemskiej (granitowo-bazaltowa skorupa kontynentalna występuje jedynie w obrębie kontynentów; bazaltowa skorupa oceaniczna- rozciąga się wokół całej kuli ziemskiej; nieciągła warstwa skał osadowych występuje w skorupie kontynentalnej i oceanicznej), b) stref nieciągłości: Conrada i Moho

Fazy rozwoju litosfery   Dzieje Ziemi szacuje się na ok. 4,5 miliarda lat. Wiek Ziemi ocenia się na podstawie najstarszych skał, jakie do tej pory zostały odkryte. Są to skały sprzed 3,95 miliarda lat, odnalezione w północno-zachodniej Kanadzie, północnej Grenlandii i północno-zachodniej Australii. Przemiany litosfery obejmują 3 fazy: -Faza kształtowania skorupy- prenatalna (4,5-2,7 mld lat temu) Powierzchniowa warstwa była bardzo cienka i ruchliwa, stąd dochodziło do jej ciągłego rozrywania i wylewów magmy. Nie istniały sztywne bloki kontynentalne, tylko archipelagi wysp. -Faza rozwoju kontynentów (2,7-1,8 mld lat temu) Archipelagi wysp łączyły się w wyniku czego powstały sztywne fragmenty litosfery zwane kratonami. -Faza tektoniki płyt litosfery (1,8 mld lat temu do dzisiaj) Następowało rozrywanie i scalanie kratonów, w konsekwencji powstał jeden prakontynent- Pangea (ok. 200 mln lat temu). Który następnie został rozerwany na mniejsze części- kontynenty.

Geologia   Geologia dynamiczna zajmuje się procesami wywołującymi zmiany w skorupie ziemskiej. Dyscyplinami o węższym zasięgu niż geologia historyczna są: -paleogeografia- nauka zajmująca się opisem środowiska geograficznego w poszczególnych okresach geologicznych; -paleontologia- nauka o organizmach roślinnych i zwierzęcych żyjących w dawnych epokach geologicznych; -stratygrafia- nauka zajmująca się określaniem wieku względnego skał na podstawie ich ułożenia i wieku bezwzględnego Określenie wieku bezwzględnego wymaga podania w latach wieku skały. Mówiąc o wieku względnym używamy określeń „skała starsza” lub „skała młodsza”. Geologia historyczna jest nauka zajmującą się badaniem historii skorupy ziemskiej, odtwarzaniem i uszeregowaniem zmian zachodzących w skorupie ziemskiej, wyjaśnieniem ich przyczyn i następstw.

Zasady określania względnego wieku skał   Określenie wieku skał zależy od ich ułożenia: -Na obszarach o budowie płytowej określenie wieku jest proste: warstwy skał położone głębiej są starsze, płyciej- młodsze (tzw. zasada superpozycji). -Na obszarach sfałdowanych lub przemieszczonych wskutek uskoków tektonicznych wiek względny skał określa się za pomocą skamieniałości. -Na obszarach przeciętych intruzjami magmowymi skały przecięte intruzjami magmowymi są od tej intruzji starsze (zasada przecinania). Intruzja- wdarcie się magmy miedzy skały w skorupie ziemskiej, bez wydostania się na zewnątrz.

Skamieniałości   Skamieniałości (skamieliny) to szczątki roślin i zwierząt z minionych okresów geologicznych, zachowane w skałach. Niektóre organizmy żyły na dużych obszarach w krótkim czasie. Nazywamy je skamieniałościami przewodnimi, ponieważ są one szczególnie istotne w datowaniu skał. Skamieniałości charakterystyczne dla poszczególnych okresów geologicznych zostały chronologicznie opisane w tablicy stratygraficznej. Jeżeli w skałach znajdujemy skamieniałości z karbonu, to skały te pochodzą z tego okresu. Na postawie odnajdywanych skamieniałości i tablicy stratygraficznej jesteśmy w stanie powiedzieć, która ze skał jest starsza, mimo że ich pierwotny układ został zburzony.

Metody badań wieku skał Metody określania wieku względnego skał:   -Metoda stratygraficzna służy do określania wieku względnego skał na podstawie ich ułożenia (pod warunkiem, że ich układ nie był wcześniej zaburzony). -Metoda paleontologiczna- dzięki niej można na podstawie znajdowanych skamieniałości przewodnich określić wiek skał charakterystyczny dla danego okresu geologicznego. -Metoda palinologiczna (analizy pyłkowej) opiera się na analizie pyłków roślin zachowanych w osadach. Rodzaj i ilość pyłków zwanych przewodnimi pozwala na datowanie osadów na podstawie diagramu pyłkowego. -Metoda paleomagnetyczna jest to określenie wieku skał na podstawie ich charakterystycznego namagnesowania. Dzięki temu można odczytać położenie biegunów magnetycznych w czasie powstawania badanych skał, a następnie określić ich wiek, stosując paleomagnetyczną skalę czasu.

Metody określania wieku bezwzględnego skał   -Metoda radiometryczna - mówi, że każdy pierwiastek promieniotwórczy ma określony czas połowicznego rozpadu, wówczas kiedy traci połowę swojej masy, powoduje jednocześnie powstanie innych pierwiastków potomnych. Gdy w danej skale określimy proporcje izotopu promieniotwórczego i reszty pierwiastków, to uwzględniając czas połowicznego rozpadu, możemy obliczyć wiek skały. -Metoda termoluminescencji - istnieją minerały, które świecą po podgrzaniu ich do temperatury ok. 500oC. Natomiast starsze minerały świecą zaś mocniej niż młodsze. Intensywność świecenia pozwala określić wiek skał. Zakres takiego datowania to ok. 1 mln lat. -Metoda dendrochronologiczna - ta metoda opiera się na analizie rocznych przyrostów pierścieni drzew. Polega ona na porównywaniu ze sobą sekwencji słojów z różnych pni, można dzięki temu dokładnie określić wiek osadu zawierającego szczątki drzew. Daje także informacje o warunkach klimatycznych, które panowały w danym okresie. Jeśli chodzi o zakres czasowy tej metody o obejmuje ona kilkanaście tysięcy lat. -Metoda warwowa - to metoda, która polega na badaniu warstewek osadów tzw. warw w zbiornikach wodnych. Jeśli chodzi o warstwę jasna i grubszą osadu odpowiada akumulacji letniej, zaś ciemna i cieńsza - zimowej. Z liczby warstw ustalamy wiek osadów. Jeśli chodzi o zakres czasowy tej metody o obejmuje ona kilkadziesiąt tysięcy lat. -Metoda lichenometryczna - metoda ta pozwala datować wiek skał na podstawie stopnia jej pokrycia przez porosty. Jeśli chodzi o zakres czasowy tej metody o obejmuje ona kilka tysięcy lat.

Składniki skorupy ziemskiej   Minerałami nazywamy powstałe w naturalny sposób składniki skorupy ziemskiej o określonej budowie chemicznej i stałych cechach fizycznych. Są nimi na ogół ciała stałe o strukturze krystalicznej. Minerały wchodzące w skład skał nazywamy skałotwórczymi. Spośród ponad 3000 znanych minerałów około 250 jest skałotwórczymi, z czego zaledwie kilkanaście występuje w większej ilości.

Budowa minerałów -Minerały zbudowane z jednego pierwiastka nazywamy rodzimymi, występują one dość rzadko ; w postaci rodzimej mogą występować: platyna, złoto, węgiel, srebro, siarka, żelazo (zazwyczaj jednak tworzą związki chemiczne). -Minerały zbudowane z wielu pierwiastków nazywamy złożonymi -Kamienie szlachetne: diament, szafir, szmaragd, rubin, są minerałami rzadko spotykanymi (rzadkimi), o pięknej barwie i połysku, stąd ich zastosowanie w jubilerstwie. -Minerały są przeważnie ciałami stałymi. Zdarzają się jednak minerały ciekłe, jak rtęć rodzima, która we właściwej temperaturze (poniżej -39®C) również tworzy kryształy. Niektórzy naukowcy za minerał uważają wodę (inni tylko lód) oraz wszystkie gazy wydobywające się z wnętrza Ziemi, na przykład przy wybuchach wulkanów: dwutlenek siarki, dwutlenek węgla, chlorowodór, siarkowodór i inne. -Niektóre minerały mają ten sam skład chemiczny, lecz różne właściwości fizyczne, na przykład diament- grafit, kalcyt- argonit.

Cechy fizyczne minerałów Najważniejsze cechy na podstawie, których rozróżniamy minerały to: -gęstość- ciężar właściwy; -barwa i przezroczystość- kolor i możliwość przepuszczania światła -twardość- możliwość zarysowania; cechę tę mierzymy według skali Mohsa; twardość minerału porównujemy z minerałem wzorcowym: -rysa- kolor minerału po sproszkowaniu; -połysk- określa sposób odbijania światła, może być na przykład tłusty -łupliwość- cechująca kryształy zdolność pękania wzdłuż płaszczyzn zwanych płaszczyznami łupliwości; może być od doskonałej do złej; -przełam- charakteryzuje minerały nieposiadające płaszczyzn łupliwości, pękające nieregularnie; może być na przykład muszlowy, nierówny;

Substancje mineralne Skały Większość minerałów ma strukturę kryształu, co oznacza, że ich atomy tworzą regularną sieć przestrzenną. W przyrodzie spotykamy też substancje mineralne, które nie są kryształami, gdyż ich atomy są bezładnie rozłożone. Do takich substancji należą: bursztyn, opal, szkliwo wulkaniczne, wosk ziemny, metan.   Skały Skałą nazywamy zbiór minerałów, powstały w sposób naturalny. Jeżeli skała składa się z jednego minerału, mówimy, że ma budowę jednorodną, na przykład: wapień, gips; gdy w jej skład wchodzi więcej minerałów- jej budowę określa się jako różnorodną (złożoną), na przykład: granit, bazalt. Ze względu na genezę wyróżnia się 3 typy skał: magmowe, osadowe, metamorficzne (przeobrażone).

Skały magmowe Skały magmowe powstają na skutek zastygania magmy. Jeżeli magma zastyga szybko, na powierzchni Ziemi, tworzy drobne, niewidoczne gołym okiem kryształy, np. kwarc, skalenie, miki. Minerały te tworzą skały wylewne o budowie skrytokrystalicznej (np. bazalt). Gdy magma zastyga wolno, pod powierzchnią Ziemi, wówczas w podwyższonej temperaturze tworzą się kryształy duże, wyraźnie widoczne gołym okiem. Z nich powstają skały głębinowe, jawno krystaliczne (np. granit). Odmienną, złożoną budowę ma porfir, który zaczął krystalizować pod powierzchnią Ziemi, po czym w postaci magmy został wyrzucony na powierzchnię, stąd zaliczany jest do skał wylewnych. Dlatego niektóre jego minerały są duże (budowa jawnokrystaliczna), pozostałe, krystalizujące na powierzchni- drobne (budowa skrytokrystaliczna). Jeszcze inaczej powstawał pumeks. Gorąca magma wyrzucona na powierzchnie, bardzo szybko ostygła, najczęściej w zetknięciu z zimną wodą. Zawarte w magmie gazy zostały uwięzione w skale w postaci pęcherzyków gazowych. Dlatego pumeks ma budowę porowatą. Ze względu na skład chemiczny skały magmowe dzielimy na: kwaśne (więcej niż 60% krzemionki), obojętne (53-66% krzemionki) i zasadowe (mniej niż 53% krzemionki).

granit porfir bazalt melafir dioryt andezyt

Skały osadowe Skały te powstały przez nagromadzenie, rozkruszenie lub wytrącenie skał istniejących, a także ze szczątków organizmów roślinnych i zwierzęcych. Są wynikiem następujących procesów: -sedymentacji - osadzenie się materiału mineralnego lub organicznego; -diagenezy – przemiany luźnego materiału nagromadzonego w wyniku sedymentacji w spoistą skałę. Skały osadowe dzielimy na: okruchowe, osadowe pochodzenia organicznego i osadowe pochodzenia chemicznego.

Skały okruchowe W ich składzie dominuje materiał allogeniczny. Nagromadzenie materiału okruchowego (okruchów skalnych, ziarn) prowadzi do powstania skały okruchowej luźnej. Jeśli materiał ten w wyniku działania diagenezy i lityfikacji zostanie scementowany, to powstaje skała okruchowa zwięzła. Klasyfikacja skał osadowych opiera się na ich strukturze, w związku z tym wydziela się cztery kategorie tych skał odpowiadające kolejnym frakcjom: -psefity (struktura psefitowa, czyli żwirowa) – gruz skalny, brekcja, żwir, zlepieniec (konglomerat) -psamity (struktura psamitowa, czyli piaskowa) – piaski, piaskowce, arkoza, szarogłaz, kwarcyty; -aleuryty (struktura aleurytowa, czyli mułowa) – muły, mułowce, less; -pelity (struktura pelitowa, czyli iłowa) – lateryt, boksyt, terra rossa, glinki ogniotrwałe, bentonit, iły, ił pstry, ił warwowy, iłowiec, iłołupek (łupek ilasty), glina lodowcowa.

piaskowiec zlepieniec less iłowiec

Skały osadowe pochodzenia organicznego Inaczej skały organogeniczne powstają ze szczątków obumarłych roślin i zwierząt. Są to przede wszystkim wapienie (zbudowane głównie z kalcytu). Ze względu na rodzaj szczątków organicznych wapienie dzielimy na: muszlowe, koralowe, krynoidowe, globigerynowe, kredę oraz libotamniowe). Wapienie wzbogacone węglanem magnezu tworzą dolomity. Niektóre organizmy (gąbki, okrzemki) żyjące w głębokich wodach mają szkielety zbudowane z krzemionki. Powstają z nich łupki krzemionkowe. Skałę wapnistą z domieszką piasku i krzemionki nazywamy gezą, zaś wapnisto-ilastą z domieszką krzemionki- opoką. Część skał osadowych pochodzenia roślinnego powstała na lądzie w wyniku uwęglenia szczątków roślin bez dostępu tlenu. W zależności od materiału, z którego pochodzą, i stopnia zawartości węgla dzielimy je na: -torf, powstały ze szczątków roślin wodnych o zawartości C do 60% -węgiel brunatny, utworzony z drewna o zawartości C do 70% -węgiel kamienny, utworzony z drewna o zawartości C do 80% -antracyt, powstały z drewna o zawartości C do 95% Skałami organicznymi, których pochodzenia dokładnie nie znamy, są ropa naftowa i towarzyszący jej gaz ziemny. Przypuszcza się, że powstały przez rozkład substancji organicznej w środowisku wodnym przy udziale beztlenowych bakterii ropotwórczych.

Węgiel z odciskami paproci Wapień muszlowy Węgiel z odciskami paproci

Skały osadowe pochodzenia chemicznego Skały te powstały w wyniku wytrącenia się substancji mineralnych z wody morskiej, są to: sól kamienna, sól potasowa, anhydryt i gips. Najszybciej wytrącają się trudno rozpuszczalne gips i anhydryt, następnie sól potasowa i kamienna. Z gipsu przy udziale bakterii siarkowych powstaje siarka rodzima. Siarka wulkaniczna jest produktem sublimacji siarki n powierzchni Ziemi ze stanu gazowego. sól kamienna sól potasowa gips

Skały metamorficzne (przeobrażone) Są to skały pochodzenia magmowego lub osadowego ( a także skały już zmetamorfizowane), które na skutek oddziaływania wysokiej temperatury lub ciśnienia uległy przeobrażeniu. Proces ten nazywamy metamorfizmem i wyróżniamy: -metamorfizm dynamiczny – kiedy skały na skutek ruchów skorupy ziemskiej zostały przeniesione w głąb Ziemi i tam pod wpływem ciśnienia sprasowane; na przykład gnejs powstał przez sprasowanie granitu, łupki ilaste (mające wyraźne, łatwo, dające się oddzielić warstewki) – iłu; im głębiej skały są przemieszczane, tym większemu ciśnieniu i wyższej temperaturze są poddawane. -metamorfizm kontaktowy – kiedy skała na skutek zetknięcia się z gorącą magmą topi się i ponownie krystalizuje, w ten sposób na przykład z wapienia powstał marmur.

gnejs łupek grafit marmur

Złoża mineralne Złożem mineralnym nazywamy naturalne nagromadzenie minerałów użytecznych (kopalin) w ilości nadającej się do eksploatacji. Podział złóż w zależności od pochodzenia magmowe -powstają w jednym miejscu na skutek wytrącania się z krzepnącej magmy pierwiastków o takiej samej temperaturze krzepnięcia (np. złoża platyny, diamentów, rud chromu). -głębiej wytrącają się pierwiastki o wyższych temperaturach krzepnięcia, przy powierzchni Ziemi- o niższych -najczęściej występują w formie gniazd i żył osadowe -tworzą się na skutek wietrzenia i sedymentacji materiału okruchowego (np. rudy miedzi); wytrącenia z wody substancji mineralnej (np. sól kamienna) i osadzenia oraz przetworzenia substancji organicznej (np. węgiel kamienny, ropa naftowa) -najczęściej występują w formie pokładów, soczew, konkrecji i słupków metamorficzne -powstają ze złóż osadowych lub magmowych przez przemiany ich składu mineralnego lub przemieszczenia substancji w głąb i zmianę jej struktury fizycznej (np. węgiel-grafit, wapień-marmur, ił-łupek ilasty) -występują we wszystkich formach złóż