Skały

1. Wyjaśnij proces ruchu płyt litosfery (podaj przykłady stref ryftu i subdukcji)

TEKTONIKI PŁYT TEORIA to współcześnie powszechnie przyjmowana, teoria geotektoniczna tłumacząca ruchy tektoniczne, dryf kontynentów, procesy powstawania i zaniku basenów oceanicznych, procesy tworzenia się łańcuchów górskich (orogeneza), a także trzęsienia ziemi i aktywność wulkaniczną, jako efekt ruchu płyt litosfery, ich kolizji i rozpadu. Podstaw fizycznych dla teorii tektoniki płyt dostarcza teoria prądów konwekcyjnych w płaszczu Ziemi.

Podstawowe założenia
Teoria tektoniki płyt oparta jest na trzech podstawowych założeniach:
(a) litosfera Ziemi jest podzielona na poruszające się względem siebie niemal sztywne płyty (płyty litosfery);
(b) granicami płyt są strefy rozrostu dna oceanicznego (położone na grzbietach śródoceanicznych), strefy subdukcji i uskoki transformacyjne;
(c) rozsuwanie się płyt zachodzi w strefach rozrostu dna oceanicznego (których początkową fazą rozwojową są ryfty kontynentalne; przykładami ryftów są: Wielkie Rowy Afrykańskie, ryft jeziora Bajkał i ryft Morza Czerwonego; ), zbliżanie — w strefach subdukcji, wzdłuż uskoków transformujących zaś następuje równoległe przesuwanie się płyt względem siebie.

Granice płyt
Chociaż granice głównych płyt litosfery zostały wyznaczone różnymi metodami, wspólna dla nich jest ich aktywność sejsmiczna. Granice płyt na ogół znajdują się na oceanach. Strefy rozrostu dna oceanicznego są podzielone przez uskoki transformacyjne na dosyć krótkie odcinki tworzące charakterystyczny układ schodkowy. Rowy oceaniczne, wzdłuż których biegną strefy subdukcji, mają zwykle kształt lekko wygiętych łuków. Wielkość płyt jest bardzo różna. Największa z nich, płyta pacyficzna, ma powierzchnię 35 razy większą od niewielkiej płyty kokosowej. Bardzo różny jest też procent powierzchni płyty zajęty przez kontynenty. Większą część powierzchni płyty eurazjatyckiej stanowi kontynent, zaś płyta pacyficzna obejmuje prawie wyłącznie dno oceaniczne. Brak wyraźnych regularności w podziale litosfery Ziemi świadczy o skomplikowanej naturze czynników odpowiedzialnych za powstanie i ruch płyt. W obszarach o bardziej skomplikowanej budowie tektonicznej wyszczególnia się wiele płyt często znacznie mniejszych od płyty kokosowej, tzw. mikropłyt (np. płyta Juan de Fuca u zachodnich wybrzeży Ameryki Północnej). Liczba wymienianych w literaturze płyt i mikropłyt sięga kilkudziesięciu.



Ruch płyt
Ruch płyt litosfery spowodowany jest konwekcją cieplną w płaszczu Ziemi. Płyty mogą być biernie poruszane przez prądy konwekcyjne lub same stanowić część strumienia konwekcyjnego (w przypadku płyt ulegających subdukcji). Do obliczania prędkości ruchu płyt wykorzystuje się na ogół badania paleomagnetyzmu dna oceanicznego. W ciągu ostatnich lat do pomiaru prędkości płyt użyto metod geodezyjnych, m.in. interferometrii o bardzo długiej bazie (VLBI). Pomiary pozwalają określić prędkość płyt względem siebie. Obecnie najszybciej porusza się płyta pacyficzna względem płyty Nazca (ok. 15 cm/rok w pobliżu grzbietu Galapagos). Na ogół płyty poruszają się ze względną prędkością rzędu kilku centymetrów na rok. Ameryka Północna odsuwa się od Europy z prędkością ok. 1,5 cm/rok.

Strefy rozrostu dna oceanicznego
Strefy rozrostu dna oceanicznego nazywamy także strefami spredingu (ang. spreading); przebiegające wzdłuż tych stref granice płyt nazywamy granicami dywergentnymi, konstruktywnymi lub akrecyjnymi. Strefy te położone są na grzbietach śródoceanicznych (np. Grzbiet Śródatlantycki, Wzniesienie Wschodniopacyficzne). Gorąca materia astenosfery wznosi się w tych obszarach ku powierzchni Ziemi i ulega częściowemu (10-30%) stopieniu na głębokości ok. 30 km. Powstająca w wyniku tego procesu magma o składzie bazaltów toleitowych wylewa się na dno oceaniczne w wąskiej (ok. 1 km) strefie wulkanicznej, tworząc nową skorupę ziemską typu oceanicznego. Strefy te, nazywane strefami neowulkanicznymi, położone są na osiach grzbietów śródoceanicznych. Oprócz aktywności wulkanicznej, w strefie neowulkanicznej występuje często aktywność hydrotermalna — woda oceaniczna wnika porami i spękaniami w gorące skały dna i nagrzana do ok. 300C wypływa unosząc także różne związki chemiczne. Związki te ulegają wytrąceniu na powierzchni dna, są też wykorzystywane przez organizmy żywe żyjące w tzw. oazach hydrotermalnych strefy neowulkanicznej.

Strefy subdukcji
Granice destruktywne płyt, gdzie jedna z płyt zagina się i pogrąża w płaszczu, znajdują się w rowach oceanicznych. Na oceanach towarzyszą im łuki wysp pochodzenia wulkanicznego. Jeżeli z rowem sąsiaduje kontynent, w jego częsci sąsiadującej z brzegiem oceanu występują łańcuchy górskie. W przypadku zderzenia dwóch kontynentów nad granicą płyt znajdują się młode góry (np. Himalaje). Procesowi subdukcji płyty towarzyszy silna aktywność sejsmiczna; ogniska trzęsień ziemi sięgają do głębokości 700 km (tzw. strefa Benioffa). W okolicy strefy subdukcji często ma miejsce szereg procesów prowadzących do powstawania gór i rozrostu kontynentu.


Plamy gorąca
Plamy gorąca są strefami o anomalnie dużym strumieniu ciepła płynącym z wnętrza Ziemi (np. Hawaje, Islandia, Yellowstone). Rozmieszczone są dosyć przypadkowo, bez wyraźnego związku z tektoniką płyt. Około 100 stref na Ziemi zaliczamy do plam gorąca. Plamy gorąca są prawdopodobnie związane z prądami konwekcyjnymi powstającymi na granicy płaszcza z jądrem Ziemi. Prądy te docierając od spodu do poruszającej się płyty litosfery powodują powstanie na jej powierzchni strefy wulkanicznej przesuwającej się w miarę ruchu płyty. Efektem tego procesu jest szereg ciągów wysp wulkanicznych na Pacyfiku (np. ciąg wysp i gór podwodnych kończący się na wyspach hawajskich). Ponieważ plamy gorąca nie poruszają się wraz z płytami litosfery, wykorzystuje się je jako punkt odniesienia przy pomiarach tzw. Ruchu Absolutnego tych płyt.


2. Wymień 5 minerałów stosowanych w życiu codziennym. Omów sposób ich wykorzystywania.

Grafit - czarny lub stalowoszary, miękki; występuje gł. w skałach metamorficznych (łupki grafitowe); mało aktywny chemicznie; otrzymywany też sztucznie; używany do wyrobu tygli i retort, elektrod, ołówków, tuszu, jako smar, moderator neutronów w reaktorach jądrowych;
Sól kamienna - skała osadowa pochodzenia chemicznego, składająca się gł. z minerału halitu (chlorku sodu, NaCl), potocznie zw. też solą kamienną; bezbarwna, biała, niebieska, bardzo krucha; stosowana w przemyśle chemicznym, spożywczym (sól kuchenna) i innych;
Talk - łuseczkowate, białozielone, bardzo miękkie skupienia, tłuste w dotyku; używany w przemyśle papierniczym i gumowym, do wyrobu farb ogniotrwałych, w kosmetyce (np. pudry, kredki) i lecznictwie (zasypki); odmiana zbita (steatyt) służy m.in. do wyrobu ceramicznych materiałów izolacyjnych;
Gips - bezbarwny lub biały, żółtawy; używany jako materiał modelarski (sztuka dekoracyjna, chirurgia, dentystyka), w budownictwie jako dodatek do cementu, do wyrobu okładzin itp., poza tym w przemyśle chemicznym i papierniczym oraz w rolnictwie jako nawóz;
Diament - bezbarwny lub zabarwiony (np. niebieskawy), o bardzo silnym połysku, bardzo dużym współczynniku załamania światła; używany w jubilerstwie i przemyśle;
Kalcyt - zwykle bezbarwny, biały lub żółtawy; surowiec przemysłu ceramicznego i szklarskiego; używany też do wytwarzania przyrządów optycznych (szpat islandzki).


3. Wyjaśnij sposób powstawania skał magmowych. Podaj przykłady takich skał.

Skały magmowe są zwykle bardzo twarde, gdyż powstały z roztopionej masy skalnej zwanej magmą. Magma, która na powierzchni Ziemi występuje w postaci lawy, jest mieszaniną różnych substancji chemicznych. Wydostając się przez szczeliny w powierzchni Ziemi, krzepnie wokół ich brzegów. Może zastygać albo w głębi Ziemi, albo na jej powierzchni.
Rodzaj skały magmowej zależy od składu magmy i poziomu, na którym ona krzepnie. Ochładzając się, substancje chemiczne zawarte w magmie tworzą kryształy. Kryształy te, podobnie jak ziarenka soli czy cukru, mają różne kształt, zależnie od składu chemicznego i czasu krzepnięcia; im dłużej stygną, tym są większe. Trwałe formy krystaliczne zwane są minerałami.
Wulkaniczne skały powstające w głębi skorupy ziemskiej nazywane są plutonicznymi. Najbardziej znanym ich rodzajem jest granit, zawierający wiele dużych kryształów tak popularnego minerału jaki jest kwarc. Do skał magmowych , krzepnących bliżej powierzchni w postaci żył i pokładów, należy doleryt, który zawiera mniejsze kryształy innych minerałów, ale nie kwarcu, a do skał wulkanicznych, formujących się na powierzchni – bazalt, równie często spotykany jak doleryt, lecz mający bardzo drobne kryształy, ponieważ szybko stygnie na powietrzu.

Andezyt – ciemnoszara skała magmowa, używana w budownictwie i przy układaniu dróg;
Bazalt – twarda i odporna na wietrzenie, często spotykana skała koloru czarnego. Z niej właśnie zbudowana jest skorupa ziemska pod dnem oceanów;
Granit – skała magmowa głębinowa o barwie jasnoszarej lub różowej, Jest najbardziej rozpowszechnioną skałą skorupy ziemskiej. Używana zarówno przez budowniczych, jak i rzeźbiarzy;
Pumeks – porowata skała powstająca z zastygłej lawy bogatej w gazy;
Trachit – magmowa skała wylewna, jasnoszara, różowa lub żółtawa, wykorzystywana jako materiał budowlany i surowiec szklarski.

4. Wyjaśnij różnicę między pojęciami diageneza i metamorfizm.

DIAGENEZA jest to ogół procesów prowadzących do chemicznych, fizycznych i mineralnych przemian w osadzie po jego nagromadzeniu się (z wyłączeniem procesów wietrzenia i metamorfizmu); gł. odwodnienie koloidów, kompakcja, cementacja, rekrystalizacja. Proces diagenezy polega na odwodnieniu osadu, twardnieniu koloidów, tworzeniu nowych minerałów lub przebudowie istniejących oraz na wytrąceniu substancji mineralnych z roztworów w porach skały, spajaniu ziarn i wypełnianiu spoiwem. Natomiast METAMORFIZM to przebudowa wewnętrzna skał w głębi skorupy ziemskiej w wyższej temperaturze i pod większym ciśnieniem niż panujące na powierzchni Ziemi; polega na zmianie składu mineralnego i chemicznego, a także struktury skał, przy czym przeobrażenia zachodzą gł. w stanie stałym. W wyniku metamorfizmu powstają skały metamorficzne. W zależności od gł. czynnika powodującego przeobrażenie skał rozróżnia się 3 gł. rodzaje metamorfizmu. Metamorfizm dyslokacyjny (kinetyczny) zachodzi w płytkich strefach skorupy ziemskiej pod wpływem ruchów górotwórczych; na ogół nie prowadzi do tworzenia się nowych minerałów; następstwem tego procesu, powodującego kruszenie, rozcieranie i sprasowanie rozdrobnionych składników skały, jest powstanie nowych, charakterystycznych struktur i tekstur skał. Metamorfizm kontaktowy (termiczny) jest spowodowany działaniem wysokiej temperatury w sąsiedztwie intruzji magmy; zasięg tego typu procesów zależy od podatności na przeobrażenia skał otaczających intruzję i od ilości dostarczanego przez tę intruzję ciepła; waha się od kilku cm do setek i więcej metrów; najbardziej podatne na procesy metamorfizmu kontaktowego są wapienie, dolomity, margle i łupki ilaste. Metamorfizm regionalny (termodynamiczny) jest spowodowany jednoczesnym działaniem podwyższonej temperatury i zwiększonego ciśnienia w rezultacie pogrążenia całych kompleksów skalnych w głąb skorupy ziemskiej wskutek ruchów górotwórczych. W metamorfizmie kontaktowym i metamorfizmie regionalnym dużą rolę mogą odgrywać procesy metasomatozy.