osnove geologije za geografe - 3. del

8/17/2019 Osnove geologije za geografe - 3. del

http://slidepdf.com/reader/full/osnove-geologije-za-geografe-3-del 1/35

4. Diferenciacija Zemlje:

- Planetarna diferenciacija je proces ločevanja različnih sestavin planetarnegatelesa kot posledica njihovih fizikalnih ali kemičnih lastnosti, pri čemer setelo predeli v pasove različne sestave

- Gostejša snov potone v središče planeta, redkejša pa se dvigne na površino- Proces ustvari jedro in plašč; pri nekaterih planetih se na vrhu plašča formira

še kemično drugačna skorja- Planetarna diferenciacija je znana pri planetih, pritlikavih planetih, asteroidu

Vesta 4 in naravnih satelitih (npr. pri Luni)

Zemlja



- Do diferenciacije pride v zgodnji fazi nastanka planetov, ko je njihova notranjost staljena zaradi toplote, ki se sproščaob radioaktivnem razpadu, trkih meteoritov ingravitacijskega pritiska (pri dovolj velikih telesih)

- Fizikalna (gravitacijska) diferenciacija: tonjenje

gostejšega materiala; glavne cone pri Zemlji so zelo gostoz Fe bogato jedro, manj gost Mg-Si plašč in tanka, lahkaskorja iz Al-, Na-, Ca- in K-silikatov; iz še lažjih elementovsta hidrosfera in atmosfera

- V zunanjem delu osonč ja je potekel podoben proces, le da z lažjimi elementi:v jedru so lahko ogljikovodiki, npr. metan, voda (tekoča ali led), ali zmrznjen

CO2

- Kemična diferenciacija: čeprav

večina težjega materiala potone,nekateri težki elementi ostanejo v

zunanjih delih telesa, ker se vežejo zlažjimi elementi v relativno lahkespojine (npr. U je pogostejši kotsledna prvina v skorji kot v jedru)



- Po akreciji je imela Zemlja precej homogeno sestavo (po homogenem oz.modelu mrzlega začetka)

- Toplota zaradi številnih trkov, radioaktivnega razpada in gravitacijskega pritiska je stalila njeno notranjost in Fe in Ni sta lahko potonila v notranjost,nastalo je jedro

- Velika vrteča masa vročega kovinskega jedra ustvarja Zemljino

magnetosfero, ki Zemljo ščiti pred solarnim vetrom in UV sevanjem(pomembno za razvoj življenja)- Po tej teoriji se je Mars ohladil hitreje in njegovo jedro se je strdilo hkrati s

plaščem – zato se je njuno vrtenje sinhroniziralo in Mars je izgubilmagnetosfero

- Najdba dokazov za tekočo vodo kažejo, da je Mars nekoč imel magnetni ščit,ki je zadrževal vodo v atmosferi pred solarnim vetrom

Poleg modela mrzlega začetka obstaja še heterogen model (model vročega začetka), ki predvideva, da se je materialnalagal okoli jedra že diferenciran (z ohlajanjem plinov). Noben od modelov ni povsem zadovoljiv!



- Luna je verjetno nastala iz materiala, ki je bil izvržen v atmosfero pri trkuZemlje z več jim telesom; do trka je diferenciacija Protozemlje verjetno želočila mnoge lažje elemente proti zunanjim delom, tako da je trk odstranil

predvsem lažje elemente in spojine ter pustil nesorazmerno več težjih kovin- Gostota Lune je tako znatno nižja od Zemlje, ker nima velikega Fe jedra



5. Notranja zgradba Zemlje:

- Raziskave Zemljine notranjosti so večinoma posredne in le v manjši merineposredne.

- Neposredne raziskave:najgloblji rudniki: do 3 km

najgloblje naftne vrtine 8 kmnajgloblja znanstvena vrtina: 12 km

- Posredne raziskave: GEOFIZIKA:študija seizmičnih valov,študija gravitaciještudija Zemljinega magnetnega polja intoplote

Rudnik zlata TauTona v Južni Afriki je z

globino 2,9 km trenutno najgloblji rudnikna svetu.

German Continental Deep DrillingProgram med leti 1987-1995 (dosegli so

9101 m globine). Dosedanji rezultativrtanj kažejo, da rezultate posrednih

meritev sistematično napačnointerpretiramo! Rekord globine sicer drži

vrtina na polotoku Kola (12262 m)



Zemlja je sestavljena iz:- jedra (3500km)

notranjezunanje

- plašča (2850km)spodnjizgornji

- skorje (7 do 70km)oceanskakontinetalna



- dokazi na podlagi P in S seizmičnih valov (več o teh pri potresih):• seizmična refleksija (odboj)•

seizmična refrakcija (lom)- Območ je sence P valov med 103° in 142° (refrakcija na meji jedra); način

potovanja P valov kaže na 2-delno jedro- Območ je sence S valov pri kotih > 103° (S valovi ne potujejo po tekočini)



- Še en vir informacij so meteoriti:- okoli 10% meteoritov je Fe-Ni sestave: domnevno ostanki jedra planetov- okoli 90% jih je iz ultramafičnih kamnin: domnevno ostanki plašča



• Notranje jedro:

- Premer 1200 km

- trdno (zaradi visokega pritiska)- glede na razliko med celokupno gostoto Zemlje (določeno na podlagigravitacijskega privlaka) in gostoto skorje je gostota jedra 15 g/cm3

- glede na gostoto je sestavljeno večinoma iz elementarnih Fe in Ni→

gravitacijska diferenciacija- T = 5000-6000°C- od zunanjega jedra ga ločiLehmannina diskontinuiteta

• Zunanje jedro:- premer 2270 km- tekoče- zaradi razlike v hitrosti vrtenja se

inducira magnetno polje!- gostota 5,5-6,5 g/cm3- Fe, Ni in lažji elementi (O, S) (Fe vspojini z S – kemična diferenciacija!)- T = 5000-6000°C

Elementarno Fe je ostalo na voljo, ker je bilo prvotno v presežku glede na O, S in druge lažje elemente, s katerimi bi selahko vezalo – če bi bilo npr. v prvotni masi več kisika, bi bilo jedro manjše!



- V zunanjem jedru poteka konvekcija- dvigajoči tokovi snovi zunanjega jedra lahko prodrejo v plašč

- Mejo jedro-plašč zaznamuje upočasnitev P-valov v prehodni D plasti debeline200 km oz. Gutenbergova diskontinuiteta

- del D plasti je nepravilno območ je ultra-nizke hitrosti (ultra-low velocity zone,ULVZ): jedro delno tali plašč ali z njim reagira v Fe-silikate



• Plaš č :

- debelina 2850 km (80% volumna Zemlje)

- gostota 3,3 g/cm3

- hitrost P valov 8 km/s- trdna ultramafična kamnina: peridotit (olivin + piroksen)- v zgornjem delu lokalno žepi magme

- T = 4000°C (ob stiku z jedrom) oz. 500-900

°C (pri vrhu)- konvekcija; padajoči tokovi plašča ne morejo prodreti v gostejše zunanje jedro



- Na globini 670 km mineral olivin preide v gostejši perovskit (kemična sestavaostane ista)

- drugi predvidevajo tudi kemično spremembo in ločijo zgornji in spodnji plašč



• Skorja:

- lažje spojine in elementi so splavali na površje Zemlje

- trdna, lokalno žepi magme- skorjo tvorijo elementi z nizkim tališčem: spojine Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, O- debelina do 70 km- od plašča jo loči Mohorovičićeva diskontinuiteta (MOHO)

- delimo jo na kontinentalno in oceansko (različna sestava in debelina): podoceani je MOHO na globini 10 km, pod kontinenti 20-70 km globoko)- v Avstraliji so nedavno našli fragmente skorje (mineral cirkon) stare 4300-4400milijonov let – Zemlja se je torej že 100 milijonov po trku, ki je povzročilnastanek Lune, ohladila dovolj za nastanek skorje!



Debelina skorje:



Oceanska skorja (“SIMA”):

- Debelina 5-8 km

- Hitrost P valov 7 km/s- Sestava bazalta in gabra –

mafična

- Večinoma Si in Mg (sima)

- Gostota 3,3 g/cm3

Kontinentalna skorja (“SIAL”):

- Debelina 10-70 km (najdebelejša pod

mladimi gorovji)- Hitrost P valov 6 km/s- Sestava granita (+gnajs, skrilavci, čez

tanek sloj sedimentnih kamnin) – felzična

(glinenci in kremen)- Večinoma Si in Al (sial)- Gostota 2,8 g/cm3



OFIOLITI:- Značilno zaporedje kamnin, ki ga najdemo v mnogih gorskih verigah na

kopnem- Sestojijo iz:

- Tanek sloj morskih sedimentov (pogosto z radiolariti) zgoraj- Blazinaste lave bazaltne sestave

- Bazaltni dajki- Gabro- Ultramafična kamnina (npr. peridotit, delno metamorfoziran v

serpentinit)- So deli oceanske skorje (robnih delov!), ki so bili vključeni na kopno (o tem

kako pri tektoniki plošč!)



6. Litosfera in astenosfera:

- poleg jedra, plašča in skorje, moramo ločiti tudi litosfero in astenosfero (ne greza sinonime delov skorje in plašča!)

Litosfera:- Skorja in zgornji del plašča

- relativno trdna in krhka – lomne deformacije- razdeljena na litosferske plošče- povprečna debelina 70 km (pod kontinenti 125-250 km)- na spodnji meji se hitrost seizmičnih valov upočasni

Astenosfera:- sega do globine 200 km- Seizmični valovi seupočasnijo

- kamnine bliže tališča, mordacelo kašaste (delno staljene)- možno območ je izvoramagme- kamnina teče oz. je plastična



7. Izostazija:

- je ravnovesje sosednjih blokov litosfere, ki plove na astenosferi- Prattov model (2): različno veliki bloki različne gostote so potopljeni do enakeglobine- Airyjev model (1): bloki enake gostote so potopljeni različno globoko – debelejši kot je blok, globlje je potopljen (podobno kot ledene gore v morju);

danes najbolj sprejet



- Deli skorje tonejo ali sedvigajo, dokler niso

uravnovešeni s težo količine plašča, ki ga izrivajo –

koncept vertikalnih premikovza dosego ravnovesja jeizostatsko uravnovešenje

razbremenitev delovskorje po koncu

poledenitev (zmanjšanjeteže): dvig

debeljenje skorje zaradikolizije ali “lepljenja”magme pod gorovja: dvigerozija: spust



8. Gravimetrija:

- Zemlja ima zaradi svoje mase gravitacijsko polje v katerem so vsa telesa naZemljinem površju in v njegovi bližini:- Newtonov zakon:

F= G . m1 . m2 / r 2(F = privlačnostna sila; m1, m2 = masa; r = razdalja med telesi; G =gravitacijska konstanta 6,67 x 10 -11 Nm2/kg2)

- Nasproti deluje centrifugalna sila- Ker Zemlja ni homogeno telo nastopajo gravitacijske anomalije. Črte enakihanomalij imenujemo izogame.- Gravitacijske anomalije beleži gravimetrija

- težnostni pospešek je na različnih delih Zemlje različen:na ekvatorju: 9,7803 m/s2

pri 450: 9,80616 m/s2

na polih: 9,83216 m/s2



- gravitacijski privlak Zemlje merimo z gravimetrom- z gravimetrom iščemo lokalne variacije v gostoti

kamnine: pozitivne anomalije: rudno telo, intruzija…negativne anomalije: sedimentni bazen, solni čok...



- z gravimetrom lahko tudi ugotavljamo, če je območ je v izostatskemravnovesju:

ni anomalije (po korekciji nadmorskih višin): ravnovesje pozitivna anomalija: območ je dvignjeno iz ravnovesja (gostejši plašč jeizbočen)negativna anomalija: območ je spuščeno iz ravnovesja (skorja upognjena

proti središču Zemlje)



9. Magnetno polje Zemlje:- Območ je magnetnih sil, ki obdajajo planet Zemlja imenujemo magnetno polje

- Zemeljsko magnetno polje poznamo že več kot 3000 let, a še vedno nistoodstotno zanesljive razlage o njegovem nastanku in izvoru- S pridom so ga uporabljali že Kitajci, s svojim predzgodovinskim kompasom,vendar si pojava niso znali razložiti. Znanstveniki se s tem problemom resnoukvarjajo šele zadnjih 400 let.



- Magnetno polje gotovo nastaja v jedru, saj imajo kamnine plašča preslabo prevodnost

- Na podlagi računalniških simulacij Zemljinega magnetnega polja je trenutnosprejeta razlaga: Zemlja je MHD (MagnetoHidrodinamski) dinamo, ki se

samovzdržuje- Zemljino notranje jedro se vrti hitreje kot ostali planet (dokazi s simulacijo ter s

potresnimi valovi)- Zemljino tekoče zunanje jedro sestavljajo metalni fluidi, ki konveksijsko krožijo- Zemljino magnetno polje nastane zaradi električnih tokov v tekočem zunanjem

jedru



- Magnetna pola se ne ujemata povsem z geografskima poloma (danes odstopataza okoli 11,5°) in nekoliko spreminjata svoj položaj

- nekatere kamnine ohranjajo informacijo o moči (“inklinacija”) in smeri(“deklinacija”) magnetnega polja v času njihovega nastanka:

- magmatske kamnine- nekatere sedimentne kamnine z namagnetenimi zrni

- oborine- mineral magnetit “zamrzne” v trenutni orientaciji, ko se talina ohladi podCuriejevo točko (za Fe pri 580°C)- študij magnetnih polj v Zemljini zgodovini se imenuje paleomagnetizem



- paleomagnetne študije zaporedja lavinih tokov razkrivajo, da sta se magnetna pola v preteklosti večkrat zamenjala (N je postal S in obratno) = magnetni

obrat:- normalna polarnost- reverzna polarnost

- poleg dolgotrajnejših obratov poznamo še kratkotrajnejše“magnetne ekskurzije”- magnetni obrati so temeljmagnetostratigrafije in so

pomemben dokaz za širjenjeoceanskega dna ob sredoceanskihhrbtih



- Moč Zemljinega magnetnega polja merimo z magnetometrom

- podobno kot pri gravimetriji, tudi z magnetometrom iščemo magnetne anomalije



- Magnetno polje varuje Zemljino površje pred kozmično radiacijo (sončevimvetrom)

- magnetne nevihte



10. Geotermični gradient:

- je naraščanje temperature z globino- Gradient je na različnih mestih na Zemlji različen. Odvisen je od kontinenta in položaja proti vroči točki.- Geotermalni gradient v zgornjih delih skorje variira od 10oC/km do 40oC/km(povpreč je 25°C/km).- Gradient se z globino zmanjša - če bi naraščala zvezno, bi bila notranjost

prevroča!- Postopno uhajanje notranje toplote preko površja Zemlje je toplotni tok .



- Območ ja s povišanim gradientom so potencialna za izrabo geotermalne energije.



- V naših krajih je geotermalna stopnja 30oC/km globine.

osnove geologije za geografe - 3. del

Documents