földtani ismeretek

Földtani ismeretek

A Természetvédelmi mérnök B.Sc. szak I. éves hallgatóinak

A 2008-2009. tanév II. féléve

Tárgyfelelős: Dr. Cserny Tibor egyetemi docensT = 70-932 4751, e-mail: [email protected]

Oktatók: Dr. Cserny Tibor, Selmeczi Ildikó c. egyetemi docens,Síkhegyi Ferenc tud. főmunkatárs

mailto:[email protected]

Témakör vázlat

• Az előadások tervezett tematikája• A gyakorlatokról• Kötelező és ajánlott jegyzetek• Tantárgyi követelmény• 1. témakör: Bevezetés a földtanba. Helyünk

a világban: az Univerzum és a Naprendszer. A Föld alrendszerei.

Tervezett témakörök

2009. 2009. 02. 09. hétfő (Cserny T.)• Bevezetés a földtanba. Helyünk a világban: az

Univerzum és a Naprendszer. A Föld alrendszerei• Ásványtani és kőzettani alapfogalmak

2009. 02. 23. hétfő (Cserny T.)• Endogén földtani erők és folyamatok.

Földrengések, lemeztektonika, tektonika• Exogén földtani jelenségek: építő és pusztító külső

erők


2009. 03. 09. hétfő (Selmeczi Ildikó)• Rétegtani és őslénytani alapismeretek • A Föld rövid története

2009. 03. 23. hétfő (Selmeczi Ildikó)• A Kárpát-medence vázlatos földtani felépítése• A Kárpát-medence fontosabb ásványi

nyersanyagai


2009. 04. 06. hétfő (Cserny T. – Síkhegyi F.)

• Földtani állapotfelmérés

• Térképismeret: topográfiai és földtani térképek

2009. 04. 20. hétfő (Cserny T.)

• Víz- és környezetföldtani alapfogalmak

• Talajtani és mérnökgeológiai alapfogalmak

2009. 05. 04. hétfő (Cserny T.)

• Beszámoltatás, jegybeírás

Általános földtan gyakorlat

– 2009. 04. 04. szombat, 8.00-15.00: Soproni és Kőszegi hegység: metamorf kőzetek, neogén üledékes kőzetek és üledékek

– 2009. 04. 25. szombat, 8.00-17.00: Tata, Tatabánya, Gánt földtani természetvédelem, mezozoós karbonátok, bauxit tanösvény

Kötelező jegyzetek

Cserny T., Vincze P. 2009, Selmeczi I., Síkhegyi F.: Általános földtan és gyakorlat, óravázlat, kézirat, http://foldtud.emk.nyme.hu

Hartai É. 2003: A változó Föld, Miskolci Egyetem Kiadó

Ajánlott irodalom

Karátson D. (szerk.): Magyarország földje, kitekintéssel a Kárpát-medence egészére, Magyar Könyvklub, Bp. 2002

Borsy Z. (szerk.): Általános természetföldrajz, Nemzeti Tankönyvkiadó, Bp. 1998

Ajánlott irodalom

Paturi F.R.: A Föld krónikája, Officina Nova, Bp. 1991

Török Ákos: Geológia mérnököknek, Műegyetemi Kiadó

További ajánlott irodalom1. A Föld csodálatos története, Reader’s Digest, 2004.

2. Báldi Tamás : A történeti földtan alapjai, Tankönyvkiadó

3. Butzer K.W.: A földfelszín formakincse, Gondolat, Bp. 1986

4. Douglas Palmer: A történelem előtti világ atlasza, Discovery Channel, Gabo Könyvkiadó, 2000.

5. Gianluca Ranzini: Az Univerzum atlasza, Kossuth kiadó, Bp. 2002

6. Jantsky Béla (szerk.): Ásványtelepeink földtana, Műszaki Kiadó 1966

7. John Gribbin (szerk.): A természettudomány rövid története, Gabo, Bp. 2005

8. Juhász Árpád : Évmilliók emlékei, Gondolat, Bp. 1984

9. Mészáros Ernő : A Föld rövid története, Vince Kiadó, Bp. 2001

10. Mészáros Ernő: A környezettudomány alapjai, Akadémiai Kiadó, Bp. 2001

11. Molnár Béla : A Föld és az élet fejlődése, Tankönyvkiadó

12. Némedi Varga Zoltán : Általános és szerkezeti földtan, Tankönyvkiadó

13. Papp Zoltán: Geotechnika I. Földtan-vízföldtan-mérnökgeológia, Tankönyvkiadó

14. Pálfy J.: Kihaltak és túlélők, Vince Kiadó 2002

15. Szakáll Sándor : Ásványrendszertan, Miskolci Egyetemi Kiadó 2005

16. Teremtő erők, pusztító elemek. Rieder’s Digest Válogatás, Bp. 1998.

Tantárgyi követelmény

• az előadások min. 2/3-án + 2 terepbejáráson történő kötelező részvétel!!!

• 6 ZH sikeres megírása (mindegyik óra elején az előző órák anyagából ZH írás lesz.

• a kiadott szakcikkből 5-10 perces előadás megtartása, a lényeg 1 oldalas összefoglalása

• A terepbejáráson egyéni jegyzőkönyvet kell vezetni, tisztázati változatának leadási határideje: május 4.

• Az utolsó tanórán (május 4.): ZH írás, a korábbi ZH-k javítása, pótlása, terepi jegyzőkönyvek leadása

• A félévközi jegy a ZH jegyei, a terepi jegyzőkönyv minősége, a tudományos cikk értelmezése, az előadások látogatottsága alapján lesz megállapítva.

Földtani ismeretek

1. témakör:

Bevezetés a földtudományokba

Helyünk a világban: az Univerzum és a Naprendszer

A Föld alrendszerei

Megismerés – tudomány – földtudomány

Megismerés (többféle megközelítés):- vallás- művészet- tudomány

A tudományos módszer:megfigyelés - korábbi ismeretek áttekintése – hipotézis felállítása - mérések és/vagy kísérletek - az eredmények összevetése a hipotézissel - a hipotézis megerősítése, módosítása vagy elvetése - teória felállítása A tudományos kérdés megközelítése:

Empirikus Experimentális Teoritikus

A földtan (geológia, görög szó, gé – föld, logosz – tudomány): a Földről szóló ismeretek tudománya

A természettudományok és a geológia fejlődése

• Arisztotelész (Kr. e. 384-322): csillagászati és biológiai jelenségek leírása, geocentrikus elmélet

• Arisztarkusz (Kr. e. 312-230): heliocentrikus elmélet

• Ptolemaiosz (Kr. u. 150): geocentrikus elmélet, bolygók mozgásának geometriája

• N. Copernicus (1473-1543): heliocentrikus elmélet kidolgozása


• J. Kepler (1571-1630): bolygók mozgástörvényei

• G. Galilei (1564-1642): új csillagászati és fizikai felfedezések

• I. Newton (1642-1727): a tömegvonzás és az égitestek mozgásának törvényszerűségei


• G. Agricola (1546): ásványtani és bányászati könyvek

• N. Steno (1638-1686): települési törvények

• J. Hutton (1726-1797): uniformitarizmus elve

• Ch. Lyell (1797-1875): aktualizmus elve

• Ch. Darwin (1809-1882): evolúciós elmélete


• 1924: A. Wegener, majd Emile Argand, kontinensvándorlás elmélete

• 1963: F. Vine, D. Matthews, W. J. Morgan, az óceáni aljzat szétterülése

• 1967-1968: H. Hess és sokan mások, a lemeztektonikai elmélet

A magyar geológia fejlődése

• A krónikáktól a felvidéki professzorokig:– Első ország-leírók és földleírások (Oláh Miklós,

Georg Bauer, Georg Wernher, a 16. sz. végéig)– Természetföldrajzi elemzések, a magyar

földtudományi nyelv megteremtése (Pázmán Péter, Frölich Dávid és Apáczai Csere János, a 17. sz. első fele)

– Földrajzi elemző munkák, a korabeli ég- és földtudományok összegzése, a felvidéki professzorok (pl. Szentiványi Márton, a 17. sz. második fele)


• A földtudományok elkülönülése– Egyre pontosabb térképek és vidékleírások (Bél

Mátyás, Mikovinyi Sámuel, Orbán Balázs, a 18. sz. derekáig)

– A magyar tudományos nyelv újjászületése és térhódítása, továbbá az egyes földtudományok szétválása és önállósulása (pl. Losontzi István, Fridvalszky János, Born Ignác, Benkő Ferenc, Mátyus István, a 18-19. sz. fordulójáig)


– Kimagasló eredmények a 18-19. századfordulón: önálló ásvány- és kőzettan, továbbá a természetföldrajzi szemlélet kialakulása (Mitterpacher Lajos, Kitaibel Pál, Zipser András, Francois Beudant)

– A 19. sz. első fele: lelassul a hazai kutatások lendülete, jól felkészült magyar tudósok külföldön (Körösi Csoma Sándor, Besse János, Magyar László, Reguly Antal)


• Napjaink földtudományainak kibontakozása: a véglegesen elkülönülő földtudományokat európai rangú tudósok művelik, megalakul a Földtani Intézet, a Magyarhoni Földtani Társulat, a földtudomány irányítói a pesti tudományegyetem világhírű tanárai (Szabó József, Böck János, Hunfalvy János, id. Lóczy Lajos, Zsigmondy Vilmos, Cholnoky Jenő, Eötvös Lóránt, Egyed László, stb.)

A földtani kutatás

• A földtani kutatás célja:– tudományos módszerek segítségével– felderítse a Föld és az élővilág történetét– térben és időben, továbbá– tisztázza a változások okait és kölcsönhatásait

• A földtani vizsgálódás tárgya:– az anyag (ásványok, kőzetek, ősmaradványok), – a külső (exogén) és belső (endogén) építő és pusztító

folyamatok és jelenségek,– a kialakított felszíni formák vizsgálata

A földtani tudományok

Az anyagi világ hierarchiája

galaxisok → naprendszerek

→ bolygók → kőzetek → ásványok → → atomok → elemi részecskék →

kvarkok

Az Univerzum

• Univerzum (világmindenség) – Metagalaxis (benne 50 Md Galaxis) – Galaxis (csillagrendszer, benne 100 Md csillag)

• a galaxisok lapult felépítésűek, spirál karokkal rendelkeznek, átmérőjük 100 E fényév, központjukban extrém gravitációjú hatalmas hipercsillag (feketelyuk) van

A Galaktika• A mi galaxisunk a Galaktika, vagy Tejútrendszer, melynek

átmérője 100 E fényév• naprendszerei 12 spirálkarba rendeződnek, csillagainak

száma kb. 200 milliárd• a Naprendszer 30 E fényévre a központjától• 200 ezer év alatt kerüli meg a Galaktika központját

(=1 galaktikus év)

Az Univerzum keletkezése

• Kb. 15 Md éve Ősrobbanás („big bang”): a hihetetlenül sűrű kozmikus tömeg anyagot és energiát lövellve a tér minden irányába létrehozta az ősi univerzumot, mely egy 75% H és 23% He alkotta táguló gázfelhő (ősköd)

• Az ősköd kisebb protogalaktikus ősfelhőkre oszlott, melyek a galaxisok (pl. a Tejútrendszer) kezdetei voltak. Ezekben kisebb csillagközi kozmikus gázfelhők, „nebulák” alakultak ki.

A Naprendszer keletkezése

• Forgó gáz és porfelhő (nebula), a benne uralkodó gravitáció miatt összehúzódott. A felhő közepében kialakult magas nyomás és hőmérséklet miatt termonukleáris reakció (H – He) indult meg, hatalmas mennyiségű fény és hő szabadult fel, megszülettek a csillagok (pl. a Naprendszer 4,6 Md évvel ezelőtt)

• A tömeg a forgó mozgás miatt szétlapult, gyűrűkre szakadozott, melyekben véletlenszerű gravitációs centrumok alakultak ki, melyek aszteroida méretű rögökké tapadtak össze (planetezimálok)

• Utóbbiak összeütközések és összeforrások révén (planetáris akkréció) bolygókká sűrűsödtek

A Naprendszer

• központi csillaga a Nap, melynek tömege az egész rendszer 99,87 %-a

• a rendszer a Nap, Jupiter és a törmelékből (további égitestekből) áll

• a Naprendszer átmérője 1,4 M km

A Naprendszer

• Föld-típusú bolygók (szilárd anyagból állnak): Merkur, Vénusz, Föld, Mars

• Kisbolygók (aszteroidok)• Óriás bolygók (gázokból állnak): Jupiter, Szaturnusz, Uránusz,

Neptunusz

A Naprendszer bolygói

Az égitest neve Nagysága Átmérője mm-ben A Naptól számított távolság méterben

Nap 1400Merkur Borsó 5 58Vénusz Cseresznye 12 108Föld Cseresznye 13 150Mars Borsó 7 228Jupiter Kókuszdió 143 778Szaturnusz Kókuszdió 121 1400Uránusz Alma 48 2900Neptunusz Alma 45 4500

A Naprendszer távolsági és nagyságrendi viszonyai, 1:109 arányban lekicsinyítve

Konklúzió: 1. milyen parányiak az égitestek az űr óriási méreteihez képest; 2. a bolygók milyen irdatlan térrészt járnak be a Nap körül

A Naprendszer további tagjai

• a Naprendszer kültagjai:– üstökösök (jégmag és gázcsóva)– meteoritok (fém vagy kőmag)

• nagyobb holdak:– Luna – Föld– Garümédesz, Kalliszló, Ió, Európa –

Jupiter– Titán-Szaturnusz– Triton - Neptunusz

A Naprendszer mint kozmikus laboratórium

• A XX. század hatvanas éveitől megindul az űrkorszak:

– A Föld körül, majd a Holdra

– A föld típusú bolygók: Mars, Vénusz, Merkur

– A négy óriás gázbolygó és a Földdel együtt 26 „kérges égitest”

• A Naprendszer, mint kozmikus laboratórium a nyolcvanas évek végére:

– Föld a világűrből (pl. sok kerek alakzat a Föld felszínén, vonalas rendszerek Szibériában)

A Naprendszer mint kozmikus laboratórium

A légkörök laboratóriuma: O2 és O3 - Mars, Vénusz, Európa; N2 - Titán, Triton, Plútó; CO2 – Mars, Vénusz

A mágneses terek és a légkörök kölcsönhatásának laboratóriuma: Vénusz sűrű légkör, mágneses tér nélkül; Mars – ritka légkör gyenge mágneses tér; Merkúr légkör nélkül, de mágneses térrel; Ganymedes – gyenge mágneses tér

A kérgek és a köpenyek laboratóriuma: A Föld a Naprendszer legnagyobb kéreggel bíró bolygója, mely elsődleges, másodlagos és harmadlagos kéreggel is rendelkezik

A Nap és bolygóinak kapcsolata

Kepler (1571-1630) tételei:

• A bolygópályák egyik gyújtópontja üres, a másikba esik a Nap középpontja

•Naptávolban lassabban járnak a bolygók, de a vezérsugár által súrolt terület mindig ugyanakkora

• A Merkúr a legfürgébb bolygó, a Naptól távolabb kerengő társai egyre lomhábbak

A Naprendszer energia utánpótlása

• benne 15 M oC-on és hatalmas nyomáson végbemenő termonukleáris reakció (H – He) energiát termel:– minden kg hidrogénből 7 g válik

energiává– E = m x c2, azaz 1 g anyagból

szétsugárzása felér 300 vagon szén égési energiájával, fényével, melegével

– A Nap átlagosan 1 millió t/sec sebességgel fogy, de ez a tevékenység 11 évente megélénkül (napkitörések)

A Földet érő sugárzások

A Napból, fénysebességgel, a teljes sugárzás 2 milliárdod része:• Vörösön inneni vagy hősugarak, nagy részük eléri a Földet, főkép a CO2 és a vízgőz akasztja el• Látható fény• Ibolyántúli sugarak, ezek roncsolják az élő szervezetet, a magaslégköri ózonréteg véd• Részecske sugárzás (napszél: atommagok és elektronok), 400 km/sec sebességgel, véd a mágneses mező• Neutrinók a Nap belsejéből, nem károsak, áthatolnak mindenen

A Földet érő sugárzások

• Kozmikus sugárzás, főleg hidrogén és egyéb atommagok, veszélyesek, de a levegőmolekulákkal történő ütközések megszelídítik

• Kozmikus háttérsugárzás: 270,5 oC falból történő 2,7 oC-os „meleg” sugárzás, mely ártalmatlan

A Föld mint bolygó

• átmérője = 12.713 (12.756) km

• kerülete (az Egyenlítőnél) = cca. 40 E km

• felszíne = 510 M km2, • térfogata = 1 Md km3

• átlagos sűrűsége 5,5 g/cm3

• belsejében cca. 4 E oC, és 3,5 Mbar nyomás van.

• a Föld kora kb. 4,6 Md év• kb. 3,6 Md éve alakult ki a Föld - Hold rendszer, de 2,7 Md éve már biztosan létezett a rendszer• a Hold befogásának következménye: a Föld kéreg alatti olvadása, és az új légkör kialakulása

A Föld alrendszerei• Föld (Gaia, Terra): a földi élő és élettelen világ egységes nagy

önszabályozó rendszert alkot, mely képes rendezetlenségének csökkentésére, azaz mintegy élőlény viselkedik (egyensúly az anyag – energia rendszerben)

• alrendszerei:– gravitoszféra (gravitáció)– magnetoszféra– atmoszféra (légkör)– hidroszféra (vízburok)– litoszféra (kőzetburok)– mezoszféra (asztenoszféra és a szilárd köpeny alsó)– centroszféra (földmag)– bioszféra (élővilág)– pedoszféra (talaj)– nooszféra (a tudat világa)

A gravitoszféra (gravitáció)

• Gravitáció - vonzerő, mely a tömeggel egyenesen, a távolsággal fordítottan arányos• Gravitáció alakítja ki az égitest Nap körüli, saját tengelye körüli forgását, a Hold forgását a Föld körül. Mindezek eredménye:

• a földi év (365 nap, 5 ó, 48’, 46”)• évszakok• földi nap (<24 ó)• ár-apály-jelenség (12 ó 26’)

• A Föld forgási sebessége a Nap körül: 29,8 km/sec (100 E km/ó)• A szökési sebesség a Föld vonzásából: 11,2 km/sec (40 E km/ó)

A magnetoszféra

• a Föld mágneses test, pólusai nem esnek egybe a földrajzi pólusokkal (deklináció, inklináció)• a Napból + és – részecskék záporoznak a Földre (Napszél), 2 nagyon sűrű réteg utóbbiakat befogja (Van Allen öv)

Az atmoszféra (légkör)• légnyomás a t.sz.-en 1 bar = 1

kp/cm2, 30 km magason 1 mbar• A légkör felosztása

– troposzféra (0-10 km, itt van a felhőképződés, a hőmérséklet és a nyomás gyorsan csökken, pl. 8-10 km magason –60oC)

– sztratoszféra (10-50 km, a levegő száraz, a hőmérséklet nő, felső határán van az ózonréteg)

– mezoszféra (50-80 km, a hőmérséklet –140oC-g csökken)

– termoszféra (80-1000 km, itt jönnek létre az aurórák, az É-i és D-i fények 100-160 km között

– Ionoszféra (100-400 km) elektromosan töltött levegő, a rádióhullámokat visszaveri

A légkör kialakulása

• a Föld másodlagos légkörének kora 3,6 Md év• a Föld kialakulásakor csak CO2 volt a légkörben, a N és az O csak később, fokozatosan alakult ki• a jelenlegi levegő gázok keveréke (78% N, 21% O, 1% Ar, CO2,

vízgőz)

Az oxigén kialakulása az O két forrása van:

• UV sugárzás hatására a víz disszociációjából H a világűrbe szökik, az O egy részéből ózon lesz• a növényzet kialakulása után, a fotoszintézis során

• Urey-szint = 0,1% PAL (=present atmospheric level); itt az ózonréteg miatt a fotodisszociáció leáll; 2,7 – 3 Md éve, 10-13 m magas vízoszlop alatt kialakul az élet (kékmoszatok); fotoszintézis, O keletkezés; szárazföldi üledékek oxidációja (1,8 – 2 Md éves vörös üledékek)

• Pasteur-szint = 1% PAL; a primitív szervezetek áttérnek a fermentációról a légzésre; 0,6 – 0,7 Md év (a proterozoikum vége); már 30 cm vízréteg elegendő a pusztító UV sugárzás ellen; a tengerekben kialakul a gazdag lágytestű fauna (Ediacara)

• Szárazulati szint = 10% PAL; a szilur végén (420 M év) a halálos UV sugarak elnyelése olyan mértékű, hogy az élővilág kiléphet a szárazföldre; első ismert szárazföldi növénymaradványok

• Mai szint = 100% PAL; a karbon végére (300 M év); kialakul a Földön a CO2

O2 önszabályzó rendszer

A hidroszféra (vízburok)

• a Föld felszínének (510 M km2) 71%-át borítja víz• a víz 97%-a tengervíz, 3%-a édesvíz (ennek 77%-a örök jég és gleccser, 22%-a felszínalatti víz, 1%-a folyó, tó, talajnedvesség)

A hidroszféra

– A Föld felületén végbemenő dinamikai folyamatok közül az egyik legjelentősebb a víz körforgása, melyet a Nap hőenergiája és a Föld nehézségi erőtere szabályozza és tartja fenn.

A Föld további alrendszerei

• litoszféra (kőzetburok): kéreg• mezoszféra (képlékeny köpeny felső =

asztenoszféra, szilárd köpeny alsó)• centroszféra (földmag)

A Föld szerkezete

• Sűrűség és összetétel szerint:

– Vasmagos elmélet (Goldschmidt szerint)

– Vasmag nélküli (Egyed L.) elmélet

• Halmazállapot szerint

A Föld szerkezete

• Vasmagos elmélet szerint: 1200 km-ig litoszféra (Sial 2,7 g/cm3; Sima 3,3 g/cm3), 1700 km átmeneti (Crofesima 5 g/cm3, Nifesima 6 g/cm3), 3500 km mag (Nife 8 g/cm3).

A Föld szerkezeteVasmag nélküli elmélet:

A rengési (diszkontinuitási) felületekkel elválasztva:

– Kéreg: savanyú kontinentális és bázisos óceáni, közte cca. 15 km Conrad felület; 30-60 km-nél Mohorovicic (MOHO) felület;

– Köpeny: felső és alsó rész; 2.900 km-nél Gutenberg-Wiechert felület;

– Mag: maghéj és belső mag, közte 5.000 km-nél Lehman féle törési öv

A Föld szerkezete

Halmazállapot szerint:

– litoszféra (szilárd)

– asztenoszféra (képlékeny)

– mezoszféra (szilárd)

– külső mag (folyékony)

– belső mag (szilárd)

A Föld további alrendszerei

• bioszféra (élővilág)

• pedoszféra (talaj)

• nooszféra (a tudat világa)

földtani ismeretek

Documents