Plan zajęć i wymagania

Transkrypt

1

2 Plan zajęć i wymagania Wykłady nr 1 i 2 Budowa Ziemi, minerały skałotwórcze i skały Budowa Ziemi i skład chemiczny jej powłok. Skały i ich pochodzenie. Typy skał. Ćwiczenie nr 1 Wizyta w Muzeum Mineralogicznym UWr., ul. Kuźnicza (8 gru. 2012r.) Ćwiczenie nr 2 i 3 Praktyczna umiejętność rozpoznawania i opisu skał. Wykład nr 3 Różnorodność życia Skamieniałości. Królestwa. Omówienie najważniejszych skamieniałości. Datowanie zapisu skalnego Geologiczna skala czasu. Jednostki stratygraficzne. Pierwsze szacunki bezwzględnego wieku Ziemi. Środowiska sedymentacyjne Jeziorne i lodowcowe środowiska sedymentacji. Systemy rzeczne jako środowiska sedymentacji. Środowiska sedymentacji morskiej. Pustynie i suche obszary bezodpływowe. Wykład nr 4 Teoria tektoniki płyt Historia poglądów na temat dryfu kontynentów. Alfred Wegner. Sekwencja gondwańska. Spreading dna oceanicznego. Wulkanizm wzdłuż granic płyt oraz w ich obrębie. Strefy sejsmiczne i asejsmiczne Wykład nr 5 Główne wydarzenia na przestrzeni dziejów Ziemi ze szczególnym uwzględnieniem terytorium Polski Eon archaiczny. Eon proterozoiczny. Eon fanerozoiczny. js@ing.uni.wroc.pl

3 Zalecana literatura

4 Podstawowe koncepcje w geologii Aktualizm geologiczny, uniformitaryzm, uniformitarianizm, XIX-wieczna idea, której założenia sformułował szkocki farmer James Hutton a spopularyzował Ch. Lyell. Koncepcja, zgodnie z którą zmiany zachodzące w przeszłości w skorupie ziemskiej dokonywały się na skutek tych samych praw fizycznych, które działają obecnie. Jedna z podstawowych zasad w geologii. Umożliwia odtwarzanie dawnych zdarzeń geologicznych na podstawie obserwacji zjawisk współczesnych. Metoda ta streszcza się w haśle "teraźniejszość jest kluczem do przeszłości". James Hutton Charles Lyell

5 Podstawowe koncepcje w geologii Katastrofizm teorie geol., szczególnie popularne w 1. poł. XIX w., zakładające, że w historii Ziemi miały miejsce gwałtowne wydarzenia (zalewy mor., trzęsienia ziemi, zlodowacenia itp.), które ogarniały swym zasięgiem znaczną część lub nawet całość planety i miały wielki wpływ na losy życia na Ziemi.

6 Podstawowe koncepcje w geologii Fiksizm, fiksycyzm - pogląd, wg którego kontynenty (bloki kontynent.) nie ulegały w przeszłości geol. znacznym przemieszczeniom poziomym; przeciwieństwo mobilizmu. Mobilizm - pogląd, wg którego wielkie obiekty tektoniczne, takie jak np. kontynenty lub płyty litosfery, przemieszczają się poziomo na znaczne odległości, rzędu kilkuset lub kilku tys. km; podstawową teorią mobilistyczną jest obecnie teoria tektoniki płyt litosfery.

7 Podstawowe koncepcje w geologii Neptunizm - jeden z dawnych kierunków w geologii, funkcjonujący na przełomie XVIII i XIX wieku, będący w opozycji do plutonizmu. Nazwa wywodzi się od rzymskiego boga mórz - Neptuna. Zakładał, że wszystkie skały powstały poprzez krystalizację lub osadzanie ze środowiska wodnego. Koncepcja ta okazała się słuszna w ograniczonym stopniu, jedynie w odniesieniu do niektórych skał osadowych. Przedstawicielami neptunizmu byli: Abraham Gottlob Werner, Jean Baptiste Lamarck. Abraham Gottlob Werner Osiecznica k. Bolesławca Plutonizm (od rzymskiego boga podziemia, Plutona) koncepcja, opracowana w XVIII wieku przez Jamesa Huttona, zakładająca, że wszystkie skały istniejące na Ziemi powstały na skutek działalności wulkanicznej m.in. zastygania magmy. Teorią przeciwną był neptunizm. James Hutton

8 Podstawowe koncepcje w geologii Trzy zasady Steno (1669) 1. Zasada superpozycji - w niezaburzonej sekwencji skalnej najstarsze warstwy leżą w spągu sekwencji, a ku górze leżą warstwy coraz młodsze. 2. Zasada pierwotnie poziomego ułożenia w trakcie powstawania wszystkie warstwy ułożone są poziomo. 3. Zasada pierwotnej obocznej ciągłości warstwa skalna jest ciałem o lateralnej rozciągłości i kończy się ona jedynie kiedy np. ulega wyklinowaniu. Zasada relacji intruzywnych Zasada inkluzji C B A Niels Steensen (Nicolas Steno) Duński lekarz, anatom i geolog. Beatyfikowany 23. października 1988 przez Jana Pawła II. A

9 Cykl skalny skały magmowe głębinowe skały magmowe wylewne skały osadowe skały magmowe głębinowe skały metamorficzne Magmowe Osadowe Metamorficzne

10 Skład chemiczny skorupy ziemskiej Fe 5,0% Ca 3,6% Na 2,8% K 2,6% Mg pozostałe 2,0% 1,5% Al 8,1% O2 46,6% Si 27,8%

11 Podstawowe pojęcia Minerał: faza krystaliczna powstała w wyniku procesów geologicznych lub kosmologicznych. Minerały tworzyć mogą zarówno pierwiastki jak i związki chemiczne. Minerały mają określone właściwości fizyczne, chemiczne, określony sposób powstawania, występowania i przeobrażeń. Ciała krystaliczne mają uporządkowaną budowę wewnętrzną, polegającą na prawidłowym ułożeniu atomów i jonów w przestrzeni, czyli tworzą sieć przestrzenną (= sieć krystaliczną). Jeżeli ciało krystaliczne wykazuje prawidłową, wielościenną postać zewnętrzną wykształconą samorzutnie to wtedy nazywamy je kryształem. Definicja powyższa nie obejmuje stałych ciał bezpostaciowych (np. szkliw wulkanicznych), substancji ciekłych (np. woda, ropa), czy gazowych (np. gaz ziemny), które nazwano substancjami mineralnymi. Nie mają one uporządkowanej budowy wewnętrznej i często też ściśle określonego składu chemicznego i własności fizycznych. Skała: zespół złożony z jednego bądź więcej minerałów, powstały wskutek działania procesów geologicznych lub kosmologicznych. Skała może być skonsolidowana lub nieskonsolidowana. Definicja ta nie obejmuje gleby. Ze względu na warunki tworzenia wyróżnia się skały magmowe, osadowe i metamorficzne. Zaś ze względu na skład mineralny skały mono- i polimineralne. skalenie alkaliczne biotyt plagioklazy kwarc

12 Klasyfikacja chemiczna minerałów wg Strunza (Karl Hugo Strunz) Pierwiastki rodzime: C - grafit, antracyt, diament oraz Cu, Ag, Au czy S. Siarczki i siarkosole: galena PbS, piryt FeS 2, markasyt FeS 2. Halogenki: halit NaCl, sylwin KCl, fluoryt CaF 2. Tlenki i wodorotlenki: hematyt Fe 2 O 3, magnetyt Fe 3 O 4, korund Al 2 O 3, rutyl TiO 2. Sole kwasów tlenowych: a) węglany - kalcyt CaCO 3, aragonit CaCO 3, magnezyt MgCO 3, b) siarczany - anhydryt CaSO 4, gips CaSO 4 *2H 2 O, c) fosforany - apatyt Ca 5 [(PO 4 ) 3 (OH,F,Cl)], d) krzemiany i glinokrzemiany - kwarc SiO 2 skaleń potasowy K[AlSi 3 O 8 ], oliwiny (Mg, Fe) 2 SiO 4, granaty, pirokseny, amfibole. Struktura krzemianów O Si O O O

13 Minerały skałotwórcze skał magmowych

14 Skały magmowe minerały skałotwórcze Kwarc SiO 2 Skalenie Wyróżnia się trzy główne skalenie: ortoklaz K[AlSi 3 O 8 ] albit Na[AlSi 3 O 8 ] anortyt Ca[Al 2 Si 2 O 8 ] Wyróżnia się dwie grupy łyszczyków. Są to: muskowit KAl 2 [(OH)AlSi 3 O 10 ] biotyt K(Mg,Fe 2+ ) 3 [(OH)AlSi 3 O 10 ]

15 Skały magmowe minerały skałotwórcze Amfibole Uwodnione krzemiany i glinokrzemiany Na, Ca, Mg i Fe. Najczęściej spotykanym amfibolem, który powstaje w warunkach magmowych jest hornblenda. Pirokseny Krzemiany i glinokrzemiany Na, Ca, Mg i Fe. Najczęściej spotykanym piroksenem, który powstaje w warunkach magmowych jest augit. Oliwiny Krzemiany Mg, Fe oraz Mn. Najważniejsze oliwiny to: forsteryt Mg 2 [SiO 4 ] i fajalit Fe 2 [SiO 4 ].

16 Minerały poboczne i akcesoryczne

17 Galena Fluoryt Granaty Kalcyt Chalcedon Piryt Magnetyt Hematyt

18 Skały magmowe struktury i tekstury skał magmowych Struktura sposób wykształcenia składników skały. Pojęcie to obejmuje: stopień krystaliczności, wielkość i kształt kryształów,. Stopień krystaliczności str. pełnokrystaliczna, str. częściowokrystaliczna, str. szklista. Tekstura sposób rozmieszczenia składników w skale. Pojęcie to obejmuje: cechy uporządkowania składników skały, stopień wypełnienia przestrzeni skalnej. Cechy uporządkowania składników skały tekst. bezładna, tekst. kierunkowa. Stopień wypełnienia przestrzeni skalnej tekst. masywna, tekst. porowata,

19 Skały magmowe struktury i tekstury skał magmowych Struktura szklista Tekstura masywna Bazalt. Struktura częściowokrystaliczna Tekstura porowata, bezładna Andezyt. Struktura częściowokrystaliczna Tekstura masywna, kierunkowa Bazalt. Struktura częściowokrystaliczna Tekstura porowata, kierunkowa

20 Skały magmowe struktury i tekstury skał magmowych Granit. Struktura pełnokrystaliczna Tekstura masywna, bezładna Granit. Struktura pełnokrystaliczna Tekstura masywna, bezładna

21 Skały magmowe serie reakcyjne Bowena 1200 o C Skała głębinowa perydotyty Skała wylewna pikryty 1100 o C 1000 o C oliwiny pirokseny amfibole biotyt muskowit kwarc Ca plagioklazy Na skal. alkaliczne gabro dioryty granity bazalt andezyty ryolity 900 o C

22 Skały magmowe podział skał i ich barwa Skład chemiczny Felzytowe (granitowe) Pośrednie (andezytowe) Maficzne (bazaltowe) Ultramaficzne Minerały skałotwórcze kwarc, skaleń alkaliczny, plagioklaz Na, muskowit, biotyt amfibole, plagioklazy Na, biotyt piroksen, plagioklaz Ca Oliwin, piroksen Minerały akcesoryczne amfibol, piroksen amfibol, oliwin Plagioklaz Ca Kolor skały Skały głebinowe Granit Dioryt Gabro Perydotyt Skały wylewne ryolit andezyt bazalt pikryt szkliwa Obsydian i pumeks

23 Skały magmowe felzytowe granit ryolit ryolit

24 Skały magmowe pośrednie dioryty andezyty

25 Skały magmowe maficzne gabra bazalty

26 Skały magmowe ultramaficzne perydotyty

27 Minerały skałotwórcze skał osadowych

28 Skały osadowe minerały kalcyt

29 Skały osadowe minerały halit

30 Skały osadowe minerały gips

31 Skały osadowe podział genetyczny okruchowe, ilaste, organogeniczne, chemogeniczne.

32 Skały osadowe budowa skał okruchowych szkielet ziarnowy matriks lepiszcze cement Rodzaje spoiwa: margliste dolomityczne kalcytowe krzemionkowe glaukonitowe ilaste

33 Skały osadowe ogólny podział skał okruchowych 256 mm 2 mm Frakcja głazowa Frakcja żwirowa Głazy/ Bloki Żwir/ gruz Zlepieniec/ brekcja Frakcja piaskowa Piasek Piaskowiec 0,063 mm 0,004 mm Frakcja pyłowa Frakcja iłowa Muł Pył Mułowiec Ił Iłowiec

34 Skały osadowe ogólny podział skał okruchowych mułowiec piaskowiec zlepieniec

35 Skały osadowe chemogeniczne i organogeniczne Organogeniczne wapienie, kopalne paliwa stałe (torf, węgiel brunatny, węgiel kamienny). Chemogeniczne wapienie, sól kamienna (halityt), gipsyty, skały krzemionkowe (opal, chalcedon, kwarc). Chalcedon (krzemień)

36 Minerały skałotwórcze skał metamorficznych

37 Skały metamorficzne minerały andaluzyt syllimanit dysten

38 Skały metamorficzne typy metamorfizmu WARUNKI NIEOBECNE W LITOSFERZE C i ś n i e n i e [ k b a r ] Nadtapianie (ULTRAMETAMORFIZM) G ł ę b o k o ś ć [ k m ] 4 2 metamorfizm termiczny 10 DIAGENEZA o Temperatura [C]

39 Skały osadowe rodzaje metamorfizmu

40 Skały osadowe rodzaje metamorfizmu

41 Skały metamorficzne Protolit Osady ilaste lub mułowcowoilaste Piaskowce kwarcowe Wapienie Granitoidy Bazaltoidy Skały ultramaficzne Skała metamorficzna fyllity, łupki łyszczykowe Kwarcyty Marmury Gnejsy Zieleńce, amfibolity serpentynity Wzrost stopnia metamorfizmu metapelity: fyllity łupki łyszczykowe metabazyty: zieleńce amfibolity METAMORFIZM REGIONALNY BARDZO WYSOKIEGO STOPNIA granulity migmatyty zróżnicowany protolit

42 Skały metamorficzne METAMORFIZM WYSOKOCIŚNIENIOWY BAZYTÓW (bazaltów i gabr) niebieskie łuki (glaukofanowe) Eklogity METAMORFIZM KONTAKTOWY łupki plamiste łupki gruzełkowe HORNFELSY

43 Skały metamorficzne typy metamorfizmu 16 WARUNKI NIEOBECNE W LITOSFERZE eklogity C i ś n i e n i e [ k b a r ] łupki łyszczykowe amfibolity NADTAPIANIE (ULTRAMETAMORFIZM) migmatyty granulity amfibolity G ł ę b o k o ś ć [ k m ] 4 fyllity zieleńce 10 2 DIAGENEZA h o r n f e l s y o Temperatura [C]

44 Budowa Ziemi

45 Budowa Ziemi płaszcz skorupa oceaniczna skorupa kontynentalna Górny płaszcz Astenosfera Płaszcz Jądro wewnętrzne Jądro zewnętrzne płaszcz skorupa

46 Budowa Ziemi skorupa kontynentalna skorupa oceaniczna 7 km skorupa kontynentalna km górny płaszcz litosfera sfałdowane i niezmet. skały osadowe fyllity (kliważ pionowo ustawiony ) łupki łyszczykowe intruzja magmowa łupki łyszczykowe z grt migmatyty granulity

47 Budowa Ziemi skorupa oceaniczna Lawy poduszkowe Osady Osady Skorupa oceaniczna płaszcz bazalty gabra perydotyty skorupa oceaniczna 7 km skorupa kontynentalna km górny płaszcz litosfera

48 Budowa Ziemi skorupa oceaniczna Ofiolity fragmenty den oceanicznych wbudowane w skorupę ziemską. Lawy poduszkowe dajki pakietowe gabra izotropowe gabra warstwowane i perydotyty perydotyty płaszcza

49 Budowa Ziemi skorupa oceaniczna Lawy poduszkowe dajki pakietowe gabra izotropowe gabra warstwowane perydotyty płaszcza

50 Budowa Ziemi skorupa oceaniczna Lawy poduszkowe dajki pakietowe gabra izotropowe gabra warstwowane perydotyty płaszcza

51 Budowa Ziemi skorupa oceaniczna osady głębokomorskie lawy poduszkowe dajki pakietowe gabra izotropowe perydotyty i gabra warstwowane perydotyty płaszcza

52 Budowa Ziemi płaszcz Ziemi Jest to największa warstwa budująca Ziemię zarówno pod względem masy jak i objętości. Rozciąga się ona od MOHO, które znajduje się na średniej głębokości około 21 km aż do granicy z jądrem na głębokości około 2883 km. Uważa się, że pod względem składu chemicznego ta warstwa jest niehomogeniczna (niejednorodna). Wraz z głębokością zachodzą w niej zmiany o charakterze mineralogicznym (przejścia od faz mineralnych trwałych w niższych ciśnieniach - o mniejszej gęstości do faz trwałych w wyższych ciśnieniach - o większej gęstości upakowania materii). Większość naszej wiedzy na temat płaszcza ziemskiego opiera się na wynikach badań sejsmicznych. Sporadycznie znajduje się także skały, które interpretuje się jako fragmenty płaszcza wyniesione na powierzchnię Ziemi jako ksenolity w obrębie wulkanów przez znajdującą się w nich lawę. Ponieważ zdecydowana większość skorupy oceanicznej jest zbudowana ze skał o składzie bazaltu oraz gabra a ksenolity znajdowane w wulkanach bazaltowych mają skład perydotytu uważa się, że płaszcz jest zbudowany ze skał o składzie perydotytu. górny płaszcz perydotyt dolny płaszcz perydotyt granatonośny

53 Budowa Ziemi Jądro Ziemi Meteoryt żelazny jądro zewnętrzne jądro wewnętrzne Jądro buduje najbardziej wewnętrzną warstwę Ziemi. Granica pomiędzy płaszczem i jądrem to bardzo wyraźna granica sejsmiczna określana jako nieciągłość Gutenberga. Informacje dotyczące budowy tej części Ziemi pochodzą wyłącznie z badań prędkości przebiegu fal sejsmicznych. Jądro dzieli się na zewnętrzne i wewnętrzne. Uważa się, że to ostatnie jest stałe, zaś zewnętrzne płynne. Przypuszcza się, że jądro wewnętrzne jest zbudowane z mieszaniny Fe i dodatku 4% Ni. Natomiast jądro zewnętrzne prawdopodobnie buduje niemal wyłącznie Fe, które zawiera jedynie niewielki dodatek jakiegoś lekkiego pierwiastka spośród, których najbardziej prawdopodobne wydają się być tlen lub potas. Stop Fe Fe 99% O 2 lub K Stop Fe-Ni

54 Budowa Ziemi Jądro Ziemi Ziemskie pole magnetyczne jest podobne do tego generowanego przez magnes sztabkowy, który jest ułożony niemal równolegle do osi obrotu Ziemi. Linie sił ziemskiego pola magnetycznego są łukowato wygięte. Miejsce, gdzie linie sił zorientowane są pionowo określane jest jako biegun. Bieguny mogą się przemieszać, a nawet ulegać odwróceniu (zmiana polarności biegunów). Dotychczas zebrane dane wskazują, że ziemskie pole magnetyczne powstaje w obrębie płynnego jądra zewnętrznego w wyniku działania mechanizmu podobnego do dynama. Magnetyzm ziemski jest wynikiem współdziałania trzech czynników: (1) obecności w pobliżu jądra dużej ilości płynnego przewodnika (płynne Fe), (2) dopływu energii, która wywołuje konwekcję materii w płynnym jądrze zewnętrznym, (3) rotacji planety, która kontroluje konwekcję w jądrze zewnętrznym. Pole magnetyczne jako całość podobne jest do pola generowanego przez magnes sztabkowy ale ruch wirowy Ziemi powoduje, że w wielu miejscach powstają obszary o przeciwnej biegunowości zwane anomaliami magnetycznymi.

55 Budowa Ziemi Jądro Ziemi Linie sił ziemskiego pola magnetycznego (rok 2010)

56 Budowa Ziemi skorupa oceaniczna skały o normalnej polarności magnetycznej skały o odwróconej polarności magnetycznej ryft 4 Ma lat temu 2 Ma lat temu dzisiaj litosfera magma Ma lat temu Jako pierwszy odkrył zjawisko zmiany polarności biegunów Motonori Matuyama w 1920 roku na podstawie obserwacji skał odsłaniających się w Japonii. Następnie w latach 50-tych XX w prace prowadzone przez statki badawcze mierzące namagnesowanie skał budujących dna oceaniczne wykazały powszechność tego zjawiska i występowanie pasowych anomalii ziemskiego pola magnetycznego. Dopiero w 1963 roku Frederick Vine idrummond Matthews zaproponowali model zgodnie, z którym powstaje skorupa oceaniczna.

57 Budowa Ziemi skorupa oceaniczna obliczona krzywa zmian ziemskiego pola magnetycznego zaobserwowana krzywa zmian ziemskiego pola magnetycznego