Spis treêci. Przedmowa

Transkrypt

1 Przedmowa 1. Ziemia jako system 1 Badanie systemu Ziemi 2 Sk adniki systemu 2 Delikatny system 2 Zasada uniformitaryzmu 3 Aktualizm: teraêniejszoêç kluczem do przesz oêci 3 Koniec katastrofizmu 5 Natura i pochodzenie ska 6 Podstawowe typy ska 6 Klasyfikacja cia skalnych 10 Trzy zasady Steno 10 Cykl skalny 11 Globalne datowanie zapisu skalnego 14 Skamienia oêci, warstwy przewodnie i wiek wzgl dny ska 14 RadioaktywnoÊç i bezwzgl dny wiek ska 15 Geologiczna skala czasu 15 Ewolucja skali czasowej 17 Obraz wn trza Ziemi 18 Gradient g stoêciowy 18 Litosfera i astenosfera 20 Tektonika p yt 21 Ruch p yt 21 Si a nap dowa tektoniki p yt 24 Tektonika p yt a cykl skalny 25 Cykl wodny 25 Rezerwuary 25 Zale noêci od cyklu skalnego 27 Zmiany kierunkowe w historii Ziemi 28 Ewolucja ycia 28 Zmiany kierunkowe cech fizycznych i chemicznych 29 Historia ekosystemu 29 Epizodyczne zmiany w historii Ziemi 30 Luki w zapisie geologicznym 30 Depozycja katastroficzna 32 Epizodyczne zdarzenia w historii ycia 32 Podsumowanie 32 Pytania przeglàdowe 33 Literatura dodatkowa Minera y ska otwórcze i ska y 35 Struktura minera ów 35 Atomy, pierwiastki i izotopy 35 Tablica 2. Ska y i ich pochodzenie 36 Reakcje chemiczne 39 Sieci krystaliczne 41 Wymiana jonowa 43 W aêciwoêci minera ów 44 TwardoÊç 44 Masa w aêciwa 45 upliwoêç 45 Powstawanie minera ów 45 Odkrywanie genezy ska 46 Rodziny minera ów ska otwórczych 46 Typy ska 46 Ska y magmowe 48 Osady i ska y osadowe 51 Warto przeczytaç 2. Dlaczego nasze budynki zbudowane sà ze skamienia oêci? 58 Ska y metamorficzne 62 Podsumowanie 65 Pytania przeglàdowe 66 Literatura dodatkowa 67

2 VIII Spis treêci 3. Ró norodnoêç ycia 69 Tablica 3. SzeÊç królestw 70 Skamienia oêci 72 Cz Êci twarde najcz Êciej zachowane elementy szkieletowe zwierzàt 72 Zachowanie cz Êci mi kkich zwierzàt 72 Permineralizacja 73 OÊródki i odciski 73 Skamienia oêci Êladowe 74 Kopalne paliwa 75 JakoÊç zapisu paleontologicznego 75 Królestwa 76 Grupy taksonomiczne 77 Rekonstrukcja zwiàzków filogenetycznych 79 Identyfikacja kladów i relacji mi dzy nimi 79 Ogólny kladogram kr gowców 80 Ogólne drzewo filogenetyczne kr gowców 80 Analiza na ni szym szczeblu taksonomicznym w rodzinie koniowatych 82 JakoÊç rekonstrukcji filogenetycznych 84 Prokarioty. Dwa królestwa bakterii 85 Archeobakterie 85 Eubakterie 85 Królestwa Protista i grzybów 86 Protista 86 Grzyby 89 Królestwo roêlin 90 Zarodnikowe roêliny naczyniowe 91 RoÊliny nasienne 92 Królestwo zwierzàt 92 Gàbki. Proste bezkr gowce 92 Parzyde kowce (Cnidaria) 93 Strunowce (Chordata) 102 Warto przeczytaç 3. Odkrywajàc niektóre bardzo stare kr gowce 104 Podsumowanie 107 Pytania przeglàdowe 108 Literatura dodatkowa Ârodowisko i ycie 111 Tablica 4. Ârodowiska naturalne i organizmy na Ziemi 112 Podstawy ekologii 114 Pozycja gatunku w jego Êrodowisku 115 Zespo y organizmów 116 Biogeografia 118 Atmosfera 119 Sk ad chemiczny atmosfery 120 Temperatura i cyrkulacja atmosfery 120 Ârodowiska làdowe 123 Równole nikowe strefy klimatyczne a roêlinnoêç 124 WysokoÊç nad poziomem morza a klimat 128 Làd, woda i okresowe zmiany temperatury 130 Kopalne roêliny jako wskaênik klimatu 132 Królestwo mórz 133 Ruchy wód 133 G bokoêç morza 136 Tryb ycia organizmów morskich i sieci troficzne 138 Temperatura mórz a biogeografia 140 Warto przeczytaç 4. Delikatne rafy 142 Zasolenie jako czynnik ograniczajàcy 143 Ârodowiska s odkowodne 144 Podsumowanie 144 Pytania przeglàdowe 145 Literatura dodatkowa Ârodowiska sedymentacyjne 147 Tablica 5. Ârodowiska sedymentacyjne i depozycja osadów 148 Gleby 150 Powstawanie gleby 150 Gleby kopalne 151 Jeziorne i lodowcowe Êrodowiska sedymentacji 152 Ârodowisko jezior s odkowodnych 152 Ârodowisko glacjalne 152

3 IX Pustynie i suche obszary bezodp ywowe 155 Dolina Âmierci. Przyk ad wspó czesny 156 Wydmy piaszczyste 158 Systemy rzeczne jako Êrodowiska sedymentacji 158 Sto ki aluwialne i osady rzek roztokowych klimatu wilgotnego 158 Rzeki meandrujàce 159 Delty 162 Warto przeczytaç 5. Kurczàca si delta Missisipi 166 Ârodowiska sedymentacji morskiej 167 Zespó wysp barierowych i lagun 167 Osady szelfowe 168 Skamienia oêci jako wskaênik Êrodowiska morskiego 169 Rafy 170 Platformy w glanowe 174 Osady g bokomorskie 176 Podmorskie sto ki i turbidyty 176 Osady pelagiczne 178 Podsumowanie 180 Pytania przeglàdowe 181 Literatura dodatkowa Korelacja i datowanie zapisu skalnego 183 Geologiczna skala czasu 183 Nast pstwo skamienia oêci 183 Tablica 6. Metody korelacji stratygraficznej 184 Systemy geologiczne 187 Jednostki stratygraficzne 188 Jednostki chronostratygraficzne a jednostki geochronologiczne 189 Jednostki biostratygraficzne 189 Magnetostratygrafia i chronostratygraficzne jednostki polaryzacji magnetycznej 191 Jednostki skalne, profile stratygraficzne i facje 193 Pierwsze szacunki bezwzgl dnego wieku Ziemi 197 Zasolenie oceanów 197 Tempo akumulacji osadów 197 Temperatura Ziemi 198 PromieniotwórczoÊç a wiek bezwzgl dny 198 Datowanie radiometryczne 199 U yteczne izotopy 200 RadioaktywnoÊç a skamienia oêci. Precyzja korelacji 203 Inne metody datowania stratygraficznego 205 Stratygrafia izotopowa 205 Stratygrafia zdarzeniowa 206 NiezgodnoÊci, powierzchnie warstw i stratygrafia sejsmiczna 209 Sekwencje 211 Podsumowanie 213 Warto przeczytaç 6. Szukajàc ropy u po udniowych wybrze y New Jersey 214 Pytania przeglàdowe 216 Literatura dodatkowa Ewolucja i zapis paleontologiczny 217 Tablica 7. Ewolucja ycia 218 Wk ad Karola Darwina 221 Wyprawa na okr cie Beagle 221 Dowody anatomiczne 225 Dobór naturalny 225 Geny, DNA i chromosomy 226 Populacje, gatunki i specjacja 228 Wymieranie 228 Tempo powstawania i wymierania taksonów 229 Radiacja ewolucyjna 229 Tempo wymierania 233 Konwergencja ewolucyjna 235 Warto przeczytaç 7. Nadchodzàce masowe wymieranie 236

4 X Spis treêci Trendy ewolucyjne 238 Zmiana rozmiarów cia a 238 Struktura trendów ewolucyjnych 242 NieodwracalnoÊç ewolucji 245 Podsumowanie 246 Pytania przeglàdowe 246 Literatura dodatkowa Teoria tektoniki p yt 249 Historia poglàdów na temat dryfu kontynentów 249 Tablica 8. Elementy tektoniki p yt 250 Alfred Wegener. Pionier XX wieku 254 Aleksander Du Toit i sekwencja gondwaƒska 255 Odrzucenie teorii dryfu kontynentów 257 Paleomagnetyczny rebus 258 Pojawienie si tektoniki p yt 260 Spreding rozszerzanie si dna oceanicznego 260 Triumf paleomagnetyzmu 264 Uskoki i wulkanizm wzd u granic p yt 265 Typy uskoków 265 Co si dzieje w grzbietach Êródoceanicznych? 266 Uskoki transformacyjne 267 Subdukcja w strefach rowów oceanicznych 268 Warto przeczytaç 8. PierÊcieƒ ognia 270 Dlaczego p yty przemieszczajà si? 272 Co si dzieje z subdukowanymi p atami? 272 Wzgl dny ruch p yt 272 Rzeczywisty ruch p yt 274 Podsumowanie 275 Pytania przeglàdowe 276 Literatura dodatkowa Tektonika kontynentów a pasma górskie 277 Tablica 9. Powstawanie i deformacje obszarów kraw dzi kontynentalnych 278 Procesy ryftowe na kontynentach 280 Ryfty trójramienne i plamy goràca 280 Charakterystyka geologiczna kontynentalnych dolin ryftowych 281 Kraw dzie pasywne kontynentów 283 Odkszta canie i up ynnianie ska 284 Fa dowanie 285 Opisowa terminologia fa dów 287 Powstawanie gór 287 Orogeneza na skutek kolizji kontynentów 288 Orogeneza bez kolizji kontynentalnej 289 Mechanizmy deformacji 291 Depozycja w basenie przedpola 292 Andy. Powstawanie gór bez kolizji kontynentów 294 Warto przeczytaç 9. Gdzie Ziemia si trz sie? 296 Himalaje 298 Ruch p yt 298 Przebieg orogenezy 299 Przy àczanie drobnych obszarów kontynentalnych do kontynentów 302 Tektonika wn trz kontynentów 302 Podsumowanie 304 Pytania przeglàdowe 305 Literatura dodatkowa G ówne cykle geochemiczne 307 Rezerwuary 307 Tablica 10. G ówne cykle chemiczne na Ziemi 308 Przep yw sk adników mi dzy rezerwuarami 310 Sprz enie zwrotne 310

5 XI Dwutlenek w gla, tlen i procesy biologiczne 311 Cykl fotosynteza oddychanie u roêlin 311 Fotosynteza a przyrost tkanek 312 Oddychanie u zwierzàt 313 Oddychanie u reducentów (destruentów) 314 Pogrzebanie szczàtków roêlinnych a chemizm atmosfery 314 Ekosystemy wodne 317 Zastosowanie izotopów do badania cykli globalnych 318 Izotopy w gla 319 Tlen atmosferyczny 321 Atmosferyczny dwutlenek w gla 322 Znaczenie procesów wietrzenia 323 Zmiany st enia atmosferycznego CO 2 w fanerozoiku 326 Ujemne sprz enie zwrotne. W jaki sposób jest kontrolowana zawartoêç CO 2 w atmosferze? 328 Temperatura a tempo wietrzenia 328 Opady a tempo wietrzenia 328 Izotopy tlenu, klimat i cykl hydrologiczny 330 Temperatura a stosunki izotopowe w szkieletach 330 Zasolenie a stosunki izotopowe 331 Obj toêç pokryw lodowych a izotopy 333 Chemizm oceanu a sk ad mineralny szkieletów 334 Warto przeczytaç 10. Chemizm oceanu a kreda piszàca 336 Podsumowanie 338 Pytania przeglàdowe 339 Literatura dodatkowa Eon archaiczny prekambru 341 Tablica 11. G ówne zdarzenia archaiku 342 Wiek planet i wszechêwiata 345 Powstanie Uk adu S onecznego 348 S oƒce 349 Planety 349 Powstanie Ziemi i Ksi yca 350 Warstwy Ziemi 350 Katastroficzne narodziny Ksi yca 351 Wczesna atmosfera Ziemi 352 Oceany 352 M odoêç Ziemi 353 Kratery na powierzchni Ksi yca 353 Cieplejsza Ziemia i mniejsze p yty 354 Narodziny kontynentów 355 Plamy goràca. Miejsca tworzenia kwaênej skorupy 355 Dlaczego archaiczne kontynenty by y ma e? 357 Warto przeczytaç 11. Groêba z dalekiej przestrzeni 358 Najstarsza skorupa kontynentalna 360 Powstawanie skorupy kontynentalnej 360 Ska y archaiczne 360 Ogólne cechy ska osadowych 361 Pasy zieleƒcowe 361 Pojawienie si wi kszych kratonów 363 ycie archaiku 365 Zapis paleontologiczny 366 Aminokwasy 367 Âwiat RNA? 368 Gdzie powsta o ycie? 368 Podsumowanie 372 Pytania przeglàdowe 373 Literatura dodatkowa Eon proterozoiczny 375 Tablica 12. G ówne zdarzenia eonu proterozoicznego 376 Pojawienie si wspó czesnego stylu procesów orogenicznych 378 Zdarzenia globalne w okresie 2,5 1,0 mld lat temu (paleo- i mezoproterozoik) 381

6 XII Spis treêci Wczesnoproterozoiczne zlodowacenie 381 ycie organiczne wczesnego proterozoiku 381 Wzrost st enia tlenu w atmosferze 385 Era neoproterozoiczna 387 Epoki lodowcowe 387 Poczàtki wspó czesnego ycia 388 Eksplozywna ewolucja zwierzàt 388 Wzrost i kurczenie si kontynentów 393 Formowanie si Ameryki Pó nocnej 395 Akrecja kontynentalna 395 Wi kszy kontynent 397 Ârodkowoproterozoiczny ryfting w Êrodkowej i wschodniej cz Êci Ameryki Pó nocnej 397 Warto przeczytaç 12. Z otonoêne góry 398 Strefa orogeniczna Grenville 399 Powstawanie i rozpad superkontynentów 401 Powstanie superkontynentu Rodinia 402 Narodziny Oceanu Spokojnego i zachodnich wybrze y Ameryki Pó nocnej 402 Kolejny superkontynent? 403 Narodziny paleozoicznych kontynentów 403 Podsumowanie 404 Pytania przeglàdowe 404 Literatura dodatkowa Wczesny paleozoik 407 Kambryjska eksplozja ycia 407 Tablica 13. G ówne zdarzenia wczesnego paleozoiku 408 ycie we wczesnym kambrze 410 ycie w kambrze Êrodkowym i póênym 416 ycie ordowiku 417 Warto przeczytaç 13. Co jest potrzebne, aby przetrwaç? 418 Wczesny ordowik 419 Wielka ordowicka radiacja ycia 420 ycie zwierzàt i schy ek stromatolitów 422 Wymieranie i ró norodnoêç w morzu 423 Czy roêliny wysz y na làd? 423 Paleogeografia kambru 424 Okresowe masowe wymierania trylobitów 426 Paleogeografia ordowiku 428 Zlodowacenie i obni enie si poziomu morza 428 Wielkie masowe wymieranie 430 Przyk ady regionalne 432 Orogeneza takoƒska wschodniej Laurencji 432 Stabilna zachodnia Laurencja 436 Podsumowanie 438 Pytania przeglàdowe 439 Literatura dodatkowa Ârodkowy paleozoik 441 Tablica 14. G ówne zdarzenia Êrodkowego paleozoiku 442 Nowa ekspansja ycia 444 Odrodzenie w Êrodowiskach wodnych 444 Warto przeczytaç 14. Szcz ki, ewolucja i in ynieria genetyczna 452 RoÊliny podbijajà làd 454 Zwierz ta wychodzà na brzeg 458 Paleogeografia Êrodkowego paleozoiku 460 Poczàtek nowego okresu glacjalnego 462 Póênodewoƒskie masowe wymieranie 462 Przyk ady regionalne 464 Wschodnia cz Êç Ameryki Pó nocnej 464 Eurameryka (Laurussia) 466 Podsumowanie 472 Pytania przeglàdowe 473 Literatura dodatkowa 474

7 XIII 15. Póêny paleozoik 475 Tablica 15. G ówne zdarzenia póênego paleozoiku 476 ycie 478 Nowe formy ycia w morzach 478 Aragonitowe morza i rafy 481 RoÊliny làdowe 481 Warto przeczytaç 15. Mokrad a wtedy i dzisiaj 484 Zwierz ta s odkowodne i làdowe 488 Paleogeografia póênego paleozoiku 492 Wczesny karbon. Wapienie i lodowce 492 Zdarzenia na prze omie wczesnego i póênego karbonu 492 Póêny karbon. Kolizja kontynentów i wzrost gradientu temperaturowego 494 Perm. Z o onoêç klimatu 495 Atmosferyczny dwutlenek w gla a klimat karbonu i permu 496 Póênopermskie wymieranie 497 Pierwszy epizod wymierania 497 Koƒcowe wymieranie 498 Przyk ady regionalne 500 Orogeneza allegeƒska i Appalachy 502 Ruchy górotwórcze w po udniowo- -zachodnich Stanach Zjednoczonych 502 Cyklotemy w glowe 506 Perm zachodniego Teksasu 509 Zachodnia kraw dê Ameryki Pó nocnej 513 Podsumowanie 513 Pytania przeglàdowe 514 Literatura dodatkowa Wczesny mezozoik 517 Tablica 16. G ówne zdarzenia wczesnego mezozoiku 518 ycie w oceanach. Nowa fauna 520 Dna mórz 520 ycie w strefie pelagicznej 522 ycie na làdach 526 RoÊliny làdowe. Mezozoiczna flora nagozalà kowa 526 Zwierz ta làdowe. Poczàtek wieku dinozaurów 528 Warto przeczytaç 16. Jakie by y dinozaury? 534 Paleogeografia wczesnego mezozoiku 536 Pangea w triasie 536 Rozpad Pangei 537 Âwiat jurajski 539 Masowe wymierania 540 Ameryka Pó nocna we wczesnym mezozoiku 541 Wschodnie baseny uskokowe 541 Zachodnia cz Êç Ameryki Pó nocnej 543 Podsumowanie 549 Pytania przeglàdowe 549 Literatura dodatkowa Kreda 551 Âwiat organiczny 551 Tablica 17. G ówne zdarzenia okresu kredowego 552 ycie w strefie pelagicznej 554 ycie na dnie morza 557 Pojawienie si wspó czesnych morskich drapie ników 558 RoÊliny kwiatowe opanowujà làd 559 Wielkie dinozaury i niewielkie ssaki 561 Paleogeografia kredy 563 Nowe kontynenty i oceany 564 Warto przeczytaç 17. Nagrodzona agodnoêç 565 Poziom morza, cyrkulacja oceaniczna i klimat 567 Masowe wymieranie w koƒcu kredy 571 Dowody na zderzenie z planetoidà 571 Skutki impaktu 574 Lekcja dla ludzkoêci 575

8 XIV Spis treêci Skamienia oêci i datowanie wymierania 575 Konsekwencje wymierania 575 Ameryka Pó nocna w okresie kredowym 577 Kontynuacja ruchów górotwórczych w Kordylierach 577 Wybrze a Zatoki Meksykaƒskiej i basen wewn trzny 578 Wschodnie wybrze a. Rozwój wspó czesnego szelfu kontynentalnego 581 Europejskie morza kredy piszàcej 582 Podsumowanie 583 Pytania przeglàdowe 583 Literatura dodatkowa Paleogen 585 Tablica 18. G ówne zdarzenia paleogenu 586 Zdarzenia globalne 588 Ewolucja ycia w morzu 588 Ewolucja roêlin làdowych 590 Wczesnopaleogeƒskie zwierz ta làdowe i s odkowodne 590 Oligoceƒskie ssaki 595 Zmiana klimatu i masowe wymieranie 597 Warto przeczytaç 18. Globalne ocieplenie w eocenie 600 Zdarzenia regionalne 602 Antarktyda i zmiany globalne 602 Zmiany konfiguracji làdów i mórz w pobli u bieguna pó nocnego 603 Tektonika zachodniej cz Êci Ameryki Pó nocnej 603 Wybrze a zatokowe 609 Podsumowanie 610 Pytania przeglàdowe 610 Literatura dodatkowa Neogen i plejstocen 613 Tablica 19. G ówne zdarzenia neogenu i plejstocenu 614 Zdarzenia globalne 616 ycie w wodzie 616 ycie na làdach 616 Zmiana klimatyczna w koƒcu neogenu i w plejstocenie 621 Zdarzenia regionalne 633 Ewolucja tektoniczna zachodniej cz Êci Ameryki Pó nocnej 634 Warto przeczytaç 19. Najwi ksza powódê w historii Ziemi 642 Zachodni Atlantyk i obszary przyleg e 643 Narodziny Morza Karaibskiego 644 Wielka amerykaƒska wymiana ssaków 646 Koniec Tetydy 647 Ewolucja cz owieka 648 Wczesne ma py w Afryce i w Azji 648 Australopiteki 649 Homo erectus, nasz wspó czesny przodek 653 Nasz kuzyn neandertalczyk 654 Podsumowanie 656 Pytania przeglàdowe 657 Literatura dodatkowa Holocen 659 Tablica 20. G ówne zdarzenia holocenu 660 Odwrót lodowców 662 Nag e globalne zdarzenia wczesnego holocenu 663 Pierwsi Amerykanie 667 Nag e wymarcie wielkich ssaków 668 Hipoteza wielkiego zabijania 670 Hipoteza klimatyczna 670

9 XV Kompromis. Zarówno klimat, jak i owiectwo 670 Zmiany klimatyczne ostatnich lat 671 Poczàtki rolnictwa 671 Okres optimum klimatycznego 672 Lodowce, granica lasu i s oje przyrostowe 672 Temperatura od koƒca okresu optimum klimatycznego 674 Epizody osuszania 675 Poziom morza 676 Konsekwencje wczesnoholoceƒskiego podniesienia si poziomu morza 677 Linia brzegowa w ciàgu ostatnich 7000 lat 677 Wiek XX i XXI. Wp yw cz owieka 680 AktywnoÊç ludzka i efekt cieplarniany 680 Metan z tundry 681 Konsekwencje przysz ych zmian klimatycznych 681 BezpoÊredni wp yw wzrostu zawartoêci CO 2 na roêliny 682 Podniesienie si poziomu morza 682 Warto przeczytaç 20. Czy pokrywa lodowa Antarktydy kurczy si? 684 Podsumowanie 686 Pytania przeglàdowe 687 Literatura dodatkowa 688 Apendyks. Podzia stratygraficzny 689 èród a ilustracji 693 Indeks 695