Skopiowano ze stron roboczych projektu Wolne Podręczniki

Wiek Ziemi szacowany jest na około 4,5 mld lat. W początkowym okresie istnienia cała planeta była niezwykle gorąca. Jej powierzchnia pokryta była w całości magmą. W wyniku stygnięcia tej materii skalnej i przemieszczania związków chemicznych, zróżnicowanych pod względem ciężaru, doszło do uformowania warstw o odmiennych właściwościach. Jako pierwsza powstała skorupa ziemska. Grubość tej sztywnej warstwy jest zróżnicowana i waha się – od kilku-, kilkunastu kilometrów w obrębie oceanów, do prawie 90 km w obrębie najwyższych pasm górskich. W wyniku działania procesów geologicznych doszło do jej popękania. W ten sposób powstały płyty tektoniczne, które mogą się składać z jednej bądź dwóch rodzajów skorup:

1. skorupy oceanicznej – jej przecięta grubość wynosi od 5 do 12 km. Budują ją stosunkowo młode skały bazaltowe. Są to skały magmowe, które powstają w wyniku zastygania szybkiego materii z płaszcza ziemskiego.
   
2. skorupy kontynentalnej – budują ją znacznie starsze skały, o różnorodnym sposobie powstawania. Podstawowym budulcem jest granit, który jest także skałą magmową. W przypadku tego rodzaju skał proces zastygania zachodzi jednak bardzo powoli. Przeciętna grubość płyty kontynentalnej wynosi 60-70km. Jej granice wyznacza zasięg szelfu – części kontynentu zanurzonej pod wodą do głębokości 200 m p.p.m.
   

Pod skorupą ziemską, do około 2900 km w głąb, znajduje się miękka i plastyczna warstwa – płaszcz ziemski. Obejmuje ona 2/3 całej masy planety. Jego górna część wraz ze skorupą ziemską tworzą litosferę. W miarę wzrostu głębokości zarówno temperatura, ciśnienie, jak i gęstość skał rośnie. Najcięższe pierwiastki – żelazo i nikiel, przemieściły się w kierunku środka i stworzyły jądro Ziemi. Jądro jest zlokalizowane pod płaszczem, jednak ze względu na niejednorodność dzieli się na zewnętrzne – będące w płynnym stanie skupienia i wewnętrzne – w stałym stanie skupienia. W jądrze wewnętrznym temperatura osiąga wartość ponad 6000°C. Skały nie ulegają tu jednak stopnieniu związku z bardzo wysokim ciśnieniem, które wynosi około 3,5 miliona barów.

ILUSTRACJA – BUDOWA WNĘTRZA ZIEMI

Każdy z nas jest świadkiem procesu stygnięcia Ziemi. Następuje on powoli, a świadczą o nim wybuchy wulkanów. Podczas erupcji wraz z materią z wnętrza planety w postaci lawy, uwalniane jest ciepło. Pochodzi ono z jądra Ziemi i przemieszcza się ku jej powierzchni. Energia cieplna uruchamia proces obiegu magmy (materii skalnej) w płaszczu ziemskim w postaci prądów konwekcyjnych. Konsekwencją tego obiegu jest powstanie oddzielnych płyt tektonicznych, które są fragmentami skorupy ziemskiej i znajdują się w ciągłym ruchu.

ILUSTRACJA – PRĄDY KONWEKCYJNE

Jako pierwszy teorię dryfu kontynentów sformułował w 1912 roku Alfred Wegener. Na postawie kształtów pasujących do siebie linii brzegowych różnych kontynentów, stwierdził, że musiał w przeszłości istnieć jeden prakontynent, a wewnętrzne procesy geologiczne doprowadziły do jego rozpadu. Alfred Wegener nie posiadał jednak dowodów na poparcie swojej teorii. Dopiero w połowie XX wieku, gdy odkryto zasady rozchodzenia się dna oceanicznego, obserwacje jego zostały potwierdzone, a naukowcy sformułowali nową teorię – zwaną teorią tektoniki płyt, która wyjaśnia mechanizm wędrówki kontynentów.

Teoria tektoniki płyt

ILUSTRACJA – PŁYTY TEKTONICZNE, GRANICE, KIERUNEK RUCHU + TEMPO PRZEMIESZCZANIA

Płyty tektoniczne są największymi jednostkami geologicznymi dzielącymi litosferę. Zazwyczaj tworzą je skorupa oceaniczna i kontynentalna (Płyta Euro-Azjatycka, Amerykańska, Afrykańska), choć występują też takie, które są zbudowane tylko ze skorupy oceanicznej (Płyta Pacyficzna, Nazca), lub tylko kontynentalnej (Płyta Arabska, Irańska). W obrębie skorupy kontynentalnej mniejszymi jednostkami geologicznymi są:

• tarcze krystaliczne – rozległe obszary zbudowane ze skał magmowych, które nie zostały pokryte osadami i w czasie istnienia nie uległy sfałdowaniu (które prowadziłoby do powstania łańcuchów górskich)
  
• platformy – fragmenty skorupy ziemskiej, w efekcie nanoszenia materiału, zostały przykryte pokładami skał osadowych
  
• górotwory – które dzieli się na dwa podstawowe typy:
  

• góry fałdowe – obszary sfałdowane i wypiętrzone w wyniku ruchów górotwórczych (orogenez). Fałdy, tworzące góry, powstają w wyniku ściskania poziomo ułożonych warstw skał osadowych. Wklęsłe części fałdów tworzą synkliny, wypukłe – antykliny. Góry fałdowe są najczęściej spotykanym rodzajem gór na świecie.
  
• góry zrębowe – powstają w wyniku działania sił z wnętrza Ziemi, które prowadzą do wyniesienia mas skalnych wzdłuż pionowych pęknięć zwanych uskokami. Budowę tego typu mają starsze górotwory, które podczas ostatniej orogenezy uległy odmłodzeniu. Przykładami są: Sudety, Góry Harz, Wogezy, Tien-Szan.
  

ILUSTRACJA: BUDOWA GÓR FAŁDOWYCH I GÓR ZRĘBOWYCH

Na skutek działania złożonych mechanizmów w głębi Ziemi płyty tektoniczne znajdują się w ciągłym ruchu. Przesuwają się w różnym tempie, a w zależności od sposobu przemieszczania się płyt względem siebie, istniejące pomiędzy nimi granice można podzielić na trzy podstawowe typy:

1. strefa ryftu (spredingu) – strefa rozchodzenia płyt
   
2. strefa subdukcji – strefa zbieżna, w obrębie której jedna z płyt podsuwa się pod drugą
   
3. strefa uskoków przesuwczych – w jej obrębie płyty poruszają się równolegle względem siebie w tym samym kierunku, lub w kierunkach przeciwnych
   

W obrębie płaszcza ziemskiego występuje ciągły obieg magmy. W pierwszym etapie materia przesuwa się ku górze, powodując najpierw nabrzmienia, a następnie podłużne pęknięcia w nieelastycznej skorupie ziemskiej w dnie oceanicznym. Odkształcenia te mają postać grzbietów śródoceanicznych, których powierzchnie zbudowane są zastygającej lawy. Szczeliny, będące miejscami ucieczki ciepła z wnętrza Ziemi, nazywane są ryftami. Ze względu na fakt, iż skorupa kontynentalna jest znacznie grubsza, występowanie ryftów w ich obrębie jest znacznie rzadsze. Przykładem najdłuższego i najlepiej widocznego ryftu w obrębie kontynentów jest obecnie Wielki Rów Wschodnioafrykański, który na znacznej długości wypełniają jeziora. Do największych z nich należą: Tanganika i Niasa. W przyszłości dojdzie więc o oddzielenia wschodniej Afryki od pozostałej części kontynentu.

ILUSTRACJE – STREFA RYFTU – SCHEMAT, + RÓW WSCHODNIOAFRYKAŃSKI

Strefa ryftu jest obszarem powstawania nowej skorupy ziemskiej. Rozrasta się ona w wyniku wydostawania się części magmy z płaszcza ziemskiego na powierzchnię dna oceanicznego. W efekcie następuje rozsunięcie fragmentów skorupy ziemskiej w przeciwnych kierunkach. Najmłodsze skały znajdują się w dolinie ryftowej. Jest to obniżenie pomiędzy dwoma uskokami, które zlokalizowane jest w centralnej części grzbietu oceanicznego. W miarę oddalania się od doliny ryftowej, skały budujące skorupę ziemską są coraz starsze.

Rozsuwanie się płyt litosfery umożliwia astenosfera. Jest to górna część płaszcza ziemskiego, która ma postać lepkiej cieczy i łatwo ulega odkształceniom. Dzięki takiemu stanowi skupienia sztywna skorupa ziemska może się po niej przesuwać. Przy założeniu, że promień ziemski jest stały i w związku z tym powierzchnia planety nie ulega zmianom, a istnieją miejsca, w których następuje rozchodzenie płyt litosfery i jej dobudowywanie, to muszą istnieć obszary, w obrębie których ulega ona niszczeniu. Obszarami tego typu są strefy subdukcji. W ich obrębie dochodzi do nachodzenia na siebie płyt litosfery: oceanicznej (cieńszej) i kontynentalnej (grubszej), lub dwóch płyt oceanicznych.

ILUSTRACJA – STREFA SUBDUKCJI

W rejonie subdukcji cieńsza z płyt ulega zanurzeniu i ponownemu przekształceniu w magmę. Zewnętrzna warstwa skał z tej płyty jest zdzierana przez płytę grubszą. Zdarte osady ulegając fałdowaniu są do niej doklejane i mogą tworzyć łańcuchy górskie (np. Andy w Ameryce Południowej), bądź łuki wysp wulkanicznych (np. Wyspy Japonii, Indonezji u wybrzeży Azji). W efekcie subdukcji od strony cieńszej płyty tektonicznej, dochodzi do powstania rowów oceanicznych – wąskich, podłużnych i mających ponad 6000m głębokości zapadlisk (np. Rów Atakamski u wybrzeży Ameryki Południowej, Rów Japoński, czy najgłębszy na świecie – Rów Mariański). W wyniku zachodzącego ściskania płyt dochodzi do ogromnych naprężeń, których siła uwalniana jest w postaci licznych trzęsień ziemi. Ponadto, na skutek wzrostu temperatury wraz z głębokością, cieńsza płyta ulega roztopieniu. Przemiany te mają miejsce kilka kilometrów pod powierzchnią Ziemi i prowadzą do powstania licznych ognisk magmowych, a w konsekwencji do gwałtownych erupcji wulkanów.

Istnieje także możliwość kolizji dwóch płyt kontynentalnych. Przykładem tego typu procesu jest zderzenie fragmentu płyty indo-australijskiej i euroazjatyckiej. W tym przypadku obszar Półwyspu Indyjskiego (znanego inaczej Półwyspem Dekan) oderwał się od Afryki i uległ kolizji południową częścią Azji. W efekcie powstały najwyższe góry świata – Himalaje oraz obniżenie w postaci Niziny Gangesu. Jest to także strefa dużej aktywności sejsmicznej, a więc rejonem występowania licznych trzęsień Ziemi. Duża grubość obu płyt sprawia, że nie możliwy jest rozwój zjawisk wulkanicznych.

Ostatnim rodzajem granic pomiędzy płytami litosfery są uskoki przesuwcze. Występują w sytuacji, gdy dwie płyty poruszają się równolegle względem siebie. Ruch ten może być skierowany w tym samym kierunku, bądź w kierunku przeciwnym. Ponieważ poszczególne płyty tektoniczne przemieszczają się z różną prędkością, w obydwu przypadkach na skutek tarcia krawędzi płyt o siebie, dochodzi do powstawania trzęsień Ziemi. Najbardziej znaną granicą tego typu jest uskok San Andreas (Świętego Andrzeja), przebiegający wzdłuż zachodniego wybrzeża USA. Jest on granicą pomiędzy Płytą Pacyficzną, a Płytą Amerykańską. W efekcie w 1906 roku w rejonie San Francisco doszło do bardzo silnego trzęsienia Ziemi, które osiągnęło wartość prawie 8 stopni w skali Richtera i zniszczyło znaczną część liczącego wówczas ponad 400 tysięcy mieszkańców miasta. ¾ ludności pozostało bez dachu nad głową.

Procesy, które zachodzą w głębi Ziem i powodują zmiany na jej powierzchni, nazywamy procesami endogenicznymi. Prowadzą do urozmaicenia rzeźby terenu. Należą do nich:

• ruchy izostatyczne – pionowe ruchy skorupy ziemskiej, występujące dzięki istnieniu plastycznej astenosfery i powstałe na skutek zwiększania bądź zmniejszania nacisku na astenosferę w danym miejscu. Czynnikiem powodującym ruchy izostatyczne może być lądolód, który swoją masą znacznie zwiększa ciężar skorupy ziemskiej. W przeszłości występował także w północnej Europie i Ameryce Północnej, a obecnie zlokalizowany jest na obszarze Antarktydy i Grenlandii. W ciągu ostatnich 10 000 lat, po ustąpieniu lądolodu z obszaru Europy, na skutek ruchów izostatycznych, powierzchnia Półwyspu Skandynawskiego podniosła się o około 250 m. Obniżaniu ulegają natomiast wybrzeża Europy Zachodniej np. Portugalii i Bretanii.
  
• ruchy epejrogeniczne (ruchy lądotwórcze) – powolne, długotrwałe ruchy skorupy ziemskiej, które prowadzą do wydźwigania, bądź obniżania lądów. Towarzyszą im zalewy morskie (transgresje) i cofanie się mórz (regresje).
  
• ruchy górotwórcze (orograficzne)
  
• trzęsienia ziemi – są to gwałtowne rozładowania naprężeń powstałych w skorupie ziemskiej, występujące głównie na granicach płyt litosfery. Obszary występowania silnych i częstych wstrząsów to strefy sejsmiczne. ¾ wszystkich trzęsień Ziemi notuje się w obrębie tzw. "okołopacyficznego pierścienia ognia" – wokół wybrzeży Oceanu Spokojnego, w obrębie których znajdują się liczne strefy subdukcji, oraz uskoki przesuwcze. Miejsce, w którym następuje uwolnienie naprężeń to hipocentrum (ognisko trzęsienia Ziemi). Stąd rozchodzą się fale sejsmiczne, które przenoszą drgania na powierzchnię. Bezpośrednio nad ogniskiem położone jest epicentrum. Jest to miejsce, gdzie fale docierają najszybciej, a siła trzęsienia jest największa. Wraz ze wzrostem odległości od epicentrum, siła drgań maleje. Intensywność wstrząsów mierzona jest w skali Richtera lub w skali Mercallego i notowana jest przy pomocy sejsmografów.
  
• plutonizm – ogół zjawisk polegający na powstawaniu i przemieszczaniu się magmy pod powierzchnią Ziemi. Magma to gorący stop skalny, zbudowany głównie z materii budującej skorupę ziemską – krzemianów i glinokrzemianów, z dużą ilością gazów i wody. Efektem plutonizmu są różnorodne formy zastygłej magmy, zwane intruzjami.
  
• wulkanizm – procesy geologiczne zachodzące na powierzchni Ziemi. Związane są z wydobywaniem się lawy i innych materiałów z jej wnętrza. Lawa jest ciekłym produktem towarzyszącym wybuchom wulkanów. Powstaje z magmy, jednak w porównaniu z nią pozbawiona jest składników gazowych. Ulegają one ulotnieniu w trakcie wypływu lawy na powierzchnię. W zależności od składu chemicznego lawę dzieli się na:
  

• lawę kwaśną – charakteryzuje ją duża zawartość krzemionki (ponad 63%), duża lepkość i gęstość. W związku z tym ulega szybkiemu krzepnięciu, tworząc wulkany w kształcie stożków - wulkany stożkowe. Szybkie zastyganie często powoduje zablokowanie krateru, czego konsekwencją są gwałtowne erupcje;
  

ILUSTRACJA – WULKAN STOŻKOWY – BUDOWA, PRZYKŁAD

• lawę zasadową (bazaltową) – ma ona znacznie mniej krzemionki (poniżej 52%) i z tego powodu mają małą lepkość i gęstość. Przebieg procesów wulkanicznych jest łagodny. Lawa płynie szybciej i tworzy wulkany tarczowe – rozległe wulkany o bardzo łagodnych stokach.
  
• lawę obojętną – o średniej zawartości krzemionki, która mieści się w przedziale 52-63%
  

Oprócz lawy, produktami erupcji wulkanicznych są substancje gazowe (para wodna, siarkowodór, chlor, wodór, amoniak, tlenki siarki metan) oraz produkty stałe – tzw. materiał piroklastyczny. Tworzą go bomby wulkaniczne (zastygłe fragmenty lawy o średnicy ponad 1 metra), lapille i piaski wulkaniczne (o znacznie mniejszych rozmiarach).

Podobnie jak w przypadku trzęsień Ziemi, rozmieszczenie zjawisk wulkanicznych nie jest równomierne. Wulkany czynne (aktywne) i drzemiące (te, które były aktywne w czasach historycznych) położone są:

ILUSTRACJA – ROZMIESZCZENIE WULKANÓW NA ZIEMI

1. w strefach subdukcji – w obrębie nich występują wulkany stożkowe charakteryzujące się gwałtownymi erupcjami. Wydobywa się z nich lawa kwaśna. Najczęściej erupcja ma charakter mieszany tzn. produktami wybuchu jest nie tylko lawa, ale też materiał piroklastyczny. Wybuchy tego typu są najczęstszymi na świecie. W ten sposób zbudowane są m.in. Wezuwiusz, Etna we Włoszech, Fudżi w Japonii, Pinatubo na Filipinach. Wulkan o tego typu budowie określany jest jako stratowulkan.
   
2. w strefach ryftów – głównie w obrębie grzbietów śródoceanicznych, gdzie erupcja ma charakter łagodny, a wydobywająca się ze szczelin lawa zasadowa prowadzi do powstania wulkanów tarczowych. Typowym przykładem występowania tego typu wulkanów na lądzie jest obszar Islandii. Najbardziej znanymi są tu: Hekla i Laki. Wyspa ta ma charakter wulkaniczny i jest najwyższą kulminacją Grzbietu Północnoatlantyckiego.
   
3. w obrębie plam gorąca – tzw. hot spotów – są to miejsca w których skorupa oceaniczna jest bardzo cienka i ucieczka ciepła z wnętrza Ziemi następuje punktowo. Jako że skorupa oceaniczna jest zbudowana z bazaltów, przebieg zjawisk wulkanicznych jest dość łagodny. Przykładem tego typu obszaru są Hawaje. Najwyższymi kulminacjami tego archipelagu wysp wulkanicznych są: Mauna Kea (licząc od podstawy na dnie oceanu wulkan ten jest najwyższą górą świata) i Mauna Loa.