1. Teorie ruchu płyt litosfery

1.1. Teoria dryfu kontynentów (teoria Wegenera)

W 1912 r. niemiecki geofizyk Alfred Wegener przedstawił teorię dryfu kontynentów. Według niego istniejący w przeszłości jeden superkontynent, Pangea, pod wpływem powolnych ruchów litosfery na cięższej, plastycznej magmiemagma (z gr. magma ‘ciasto’)magmie znajdującej się w astenosferze, rozpadł się na kilka części.

RQizsedTvMj39

Grafika przedstawia kulę ziemską z superkontynentem. Od góry Eurazja, Ameryka Północna, Ameryka Południowa, Afryka, Antarktyda oraz Indie były ze sobą połączone. Jedynym oceanem był Pacyfik.

Dowody Wegenera na poparcie opracowanej teorii:

• dowody topograficzne – kontury kontynentów pasują do siebie jak elementy układanki (zauważył to już w 1620 r. Francis Bacon),

• dowody biologiczne – na oddalonych współcześnie kontynentach występują podobne skamieniałości,

• dowody geologiczne – na różnych kontynentach występują te same skały i złoża mineralne,

• dowody klimatyczne – np. występowanie węgla świadczy o ciepłym i wilgotnym klimacie, a gliny zwałowe w Afryce – o zlodowaceniach karbońskich.

RTEu7rnjncNg3

Grafika przedstawia rozmieszczenie skamieniałości. Od lewej strony znajdują się Ameryka Południowa, Afryka, Indie, Antarktyda oraz Australia. Cynognathus występował w Ameryce Południowej i Afryce. Mesosaurus występował w południowej Ameryce Południowej i południowej Afryce. Lystrosaurus występował w Afryce, Indiach i Antarktydzie. Glossopteris występował na każdym kontynencie.

Wegener nie potrafił wyjaśnić przyczyny wędrówki kontynentów (wskazywał m.in. ruch obrotowy Ziemi oraz siły przyciągania Słońca i Księżyca), dlatego jego śmiała teoria nie zyskała szerokiego poparcia. Jednak w połowie XX w., w trakcie badań nad paleomagnetyzmem i budową skał odkrytego w 1948 r. Grzbietu Środkowoatlantyckiego, ponownie przywołano hipotezy Wegenera i kilkanaście lat później sformułowano teorię tektoniki płyt litosfery.

1.2. Teoria tektoniki płyt litosfery

Jest to teoria wyjaśniająca zjawisko dryfu kontynentów. Powstała w latach 60. XX wieku na podstawie teorii stworzonej przez Alfreda Wegenera, według której płyty litosfery ciągle zderzają się i rozchodzą. Wyjaśnia ona genezę procesów endogenicznych.

Podstawą do jej sformułowania były:

• aktualne wówczas pęknięcia skorupy ziemskiej,

• analiza wieku skał podłoża Oceanu Atlantyckiego – skały (bazalty) budujące środkową część dna oceanicznego (Grzbiet Śródatlantycki) są najmłodsze, a w miarę zbliżania się do kontynentów ich wiek rośnie,

• satelitarne badania geodezyjne, które umożliwiły określenie współczesnego kierunku i tempa przemieszczania się płyt.

RubhQVnltMtef

Mapa świata przedstawia wiek skorupy oceanicznej w milionach lat. Najstarsza skorupa ma od 180 do 280 milionów lat i znajduje się przy wschodnim wybrzeżu Ameryki Północnej, zachodnim Afryki i na Morzu Śródziemnym. Od 140 do 160 milionów lat ma skorupa znajdująca się na Pacyfiku od strony Azji, przy wschodnim wybrzeżu Ameryki Północnej, przy zachodnim i wschodnim wybrzeżu Afryki, przy wybrzeżu Antarktydy. Im dalej w głąb oceanów, tym skorupa jest młodsza. Na styku płyt tektonicznych, na środku Oceanu Atlantyckiego, przy zachodnim wybrzeżu Ameryki Północnej, na Oceanie Indyjskim skorupa ma od 10 do 20 milionów lat.

Założenia teorii tektoniki płyt litosfery

RFdVEbkIWuvqL

Grafika przedstawia prądy konwekcyjne. Od dołu w półokręgu ułożone są jądro wewnętrzne, zewnętrzne, płaszcz ziemski, astenosfera oraz litosfera. W astenosferze znajdują się komórki konwekcyjne. Ciepłe prądy konwekcyjne unoszą się i zamieniają w zimne, które opadają i się ocieplają. W litosferze następuje ruch płyt tektonicznych. Niektóre podsuwają się pod inne. Komórki konwekcyjne występują również w gotującej się wodzie w garnku. Na obrazku przedstawiono garnek stojący na palniku kuchenki. Woda w garnku się gotuje. W wodzie pokazano za pomocą strzałek - czerwonej i niebieskiej - w postaci okręgów dwie komórki konwekcyjne. W jednej z nich ruch odbywa się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, w drugiej przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

RimltQDZfIheS

Grafiki przedstawiają procesy na krawędziach płyt. Gdy rozsuwają się płyty oceaniczne i powstaje zagłębienie na dnie oceanu to jest to spreading. Gdy dwie płyty kontynentalne wsuwają się pod siebie to jest to kolizja. Gdy płyta oceaniczna wsuwa się pod kontynentalną to jest to subdukcja. Gdy jedna płyta kontynentalna porusza się w górę a druga w dół to jest to uskok transformacyjny.

R13gCqEAUym72

Grafika przedstawia spreading na Islandii. Przez jej środek przebiega granica płyt z grzbietem północnoatlantyckim. Płyta północnoamerykańska porusza się w lewo a euroazjatycka w prawo. Na ich styku znajduje się strefa wulkaniczna. Dalej skały młodsze niż 3,1 miliona lat a przy brzegach skały starsze niż 3,1 miliona lat.

ReZtxAOLcmO1g

Zdjęcie przedstawia bazaltową lawę. Znajduje się ona na dnie oceanu. Jest zastygnięta, ma okrągły kształt o nieregularnej powierzchni.

R1A8o6ZgTduXI

Zdjęcie przedstawia widok z góry na uskok San Andreas. Materiał skalny został rozerwany i przemieścił się w dół powstałego zbocza. Jest on długi.

2. Procesy geologiczne

Procesy geologiczne dzieli się najczęściej na endogeniczne (wewnętrzne) i egzogeniczne (zewnętrzne). W tym materiale zwrócono uwagę na procesy endogeniczne i ich dynamikę. Przebieg tych procesów w przeszłości geologicznej został przedstawiony w lekcji „Procesy endogeniczne – zagadnienia z geologii historycznejPDifGZz1qProcesy endogeniczne – zagadnienia z geologii historycznej”. Natomiast procesy egzogeniczne zostały opisane w materiale „Procesy egzogenicznePedZAhJS7Procesy egzogeniczne”.

Magmatyzm obejmuje plutonizm (proces tworzenia się magmy, jej przemieszczania i krzepnięcia wewnątrz Ziemi) i wulkanizm (proces wydobywania się magmy i innych materiałów z wnętrza litosfery na powierzchnię). Diastrofizm to z kolei ogół procesów prowadzących do ruchów i deformacji skorupy ziemskiej na dużych obszarach. Natomiast metamorfizmem nazywamy proces przeobrażania skał w warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia. Procesy te zostały omówiono niżej.

2.1. Plutonizm

Czym jest plutonizm?

Plutonizm (nazwa pochodzi od rzymskiego boga podziemia – Plutona) oznacza powolne procesy geologiczne zachodzące w głębi skorupy ziemskiej, które związane są z powstawaniem, przemieszczaniem, wdzieraniem się (intrudowaniem) magmy w istniejące warstwy skalne, jej zastyganiem oraz krystalizacją skał magmowych głębinowych (nazywanych też skałami plutonicznymi). Powolne krzepnięcie sprzyja wykształcaniu się kryształów widocznych gołym okiem. Skały mają więc budowę jawnokrystaliczną. W wyniku tego procesu powstają także skały magmowe żyłowe i metamorficzne. Z procesem tym mamy zatem do czynienia, gdy magma próbuje przedostać się na powierzchnię, lecz zostaje uwięziona w obrębie skorupy ziemskiej.

Intruzje magmowe

Formy plutoniczne nazywane są intruzjamiintruzja (od łac. intrusus ‘wciśnięty’)intruzjami magmowymi. Dzieli się je na intruzje zgodne i niezgodne z pierwotnym układem warstw. Wokół intruzji często dochodzi do przeobrażenia skał wskutek metamorfizmu regionalnego, któremu sprzyja wysoka temperatura krzepnącej magmy. Introdująca magma może porywać fragmenty skał, przez które się przedziera – są to ksenolity.

RE82TFnzlOk5e

Grafika przedstawia intruzje magmowe. Na samym dole zebrana magma to batolit. Dajka łączy dwa poziomy magmy, przecina ku górze kilka warstw schematu. Apofiza to rozgałęzienie wychodzące z batolitu, ale nie ma górnego połączenia. Następnie przedstawiono lakkolit - stanowi wypukłą intruzję. Sill to podłużna intruzja, usytuowana między dwiema warstwami skalnymi. Stanowi górną część dajki. Lopolit to wklęsła intruzja pomiędzy warstwami skalnymi. Komin wulkaniczny łączy batolit z wulkanem na powierzchni.

Lakkolity powstają stosunkowo blisko powierzchni (0,5–3 km), dlatego też skały nadległe wybrzuszają się i powodują powstawanie wyniosłości na powierzchni terenu. Często nadległe skały ulegają erozji, odsłaniając skały plutoniczne.

RmLdfIey6NgSB

Zdjęcie przedstawia lakkolit. Na pierwszym planie znajduje się zielone trawiaste pole z paroma choinkami. Za nimi znajduje się wzgórze, czyli lakkolit. Niebo jest zachmurzone.

Skały budujące intruzje oraz związane z nimi rudy metali (żelaza, chromu, niklu, platyny, złota) i kamienie szlachetne mają duże znaczenie gospodarcze. Skały plutoniczne są dobrym, stabilnym podłożem dla budownictwa. W bliskim sąsiedztwie intruzji występują wody termalne i mineralne.

2.2. Wulkanizm

Wulkanizm oznacza procesy związane z wydostawaniem się na powierzchnię magmy i innych produktów wulkanicznych. Magma, wydostając się w formie płynnej substancji zubożonej o składniki gazowe, staje się lawą. Nazwa procesu pochodzi od rzymskiego boga ognia, czyli Wulkana.

2.2.1. Budowa wulkanu

Wulkan to miejsce wydobywania się z głębi Ziemi na jej powierzchnię produktów erupcji. Składa się z następujących elementów:

• ognisko magmowe (komora magmowa) – zbiornik z magmą, który znajduje się w skorupie ziemskiej lub płaszczu ziemskim,

• komin wulkaniczny – kanał, który łączy ognisko magmowe z powierzchnią,

• krater – lejkowate ujście komina wulkanicznego, którym wydobywają się na powierzchnię produkty erupcji,

• stożek wulkaniczny – wzniesienie uformowane z produktów kolejnych erupcji,

• stożek pasożytniczy – mały wulkan powstały na stokach głównego stożka wulkanicznego lub u jego podnóża,

• komin boczny – kanał, który łączy komin główny z powierzchnią stożka pasożytniczego.

2.2.2. Erupcja wulkaniczna i jej produkty

Erupcja wulkaniczna to proces wydobywania się składników stałych, ciekłych i gazowych na powierzchnię. Może być zarówno lądowa, jak i podmorska.

Produkty erupcji wulkanicznych

R1QTWAdwAFDUd

Zdjęcie przedstawia bombę wulkaniczną. Ma wydłużony kształt o nieregularnej i ciemnej powierzchni. Leży na piasku.

R1bED63LsbGyR

Zdjęcie przedstawia lapille. Są one niewielkie, mają kształt zbliżony do okrągłego. Posiadają chropowatą powierzchnię o szarej lub brązowej barwie.

R1EVyGchHhdzi

Zdjęcie przedstawia tufy. Jest to porowata skała o nieregularnym kształcie. Ma jasną lub brązową barwę.

R1UUi317jbCkF

Zdjęcie przedstawia tifit. Jest to stosunkowo duża skała o chropowatej powierzchni i o szarej barwie. Znajduje się na niej mech.

R1DCQOp5FgPfR

Zdjęcie przedstawia pumeks. Ma porowatą powierzchnię o regularnym kształcie i jasnej barwie.

2.2.3. Specyficzne formy działalności wulkanicznej

Do specyficznych form działalności wulkanicznej należą:

• kaldery – rozległe zagłębienia powstałe w wyniku rozerwania górnej części stożka wulkanicznego przez zatykającą go kwaśną, gęstą lawę lub po zapadnięciu się stożka wulkanicznego do opróżnionej komory magmowej, np. Santoryn (Grecja), Wezuwiusz (Włochy); niekiedy zalewane jest ono wodą, np. w przypadku Krakatau (Indonezja),

• maary – koliste zagłębienia wypełnione wodą, otoczone pierścieniem tufowym, powstałe po eksplozji podgrzanych przez magmę wód podziemnych, np. w górach Eifel (Niemcy),

• stożki żużlowe – nieduże stożki o stromych stokach, zbudowane z materiałów piroklastycznych, często eksplozywne,

• neki (pnie) wulkaniczne – wzniesienia będące fragmentem dawnego komina wulkanicznego; zbudowane ze skał bardziej odpornych na erozję (z bazaltu) niż skały otaczające.

R1Y6CNCsnIjvN

Zdjęcie przedstawia kalderę z lotu ptaka. Jest to otwarta okrągła dziura, z której wydobywa się dym.

Ro9q1kYwhny6G

Zdjęcie przedstawia maar. Jest to zagłębienie terenu wypełnione wodą, jego zbocza porastają drzewa. W tle znajdują się pola.

R1TLmC3uMta4P

Zdjęcie przedstawia nek wulkaniczny. Jest to wysokie wzniesienie o stromych i urwistych stokach. U jego podnóża występują drzewa.

2.2.4. Klasyfikacje wulkanów

Indeks górny Źródło: M. Awdankiewicz, Największe erupcje wulkaniczne na Ziemi,”Kosmos. Problemy Nauk Biologicznych” 2011, t. 60, nr 3–4, s. 227–234. Indeks górny koniec^{Źródło: M. Awdankiewicz, Największe erupcje wulkaniczne na Ziemi,”Kosmos. Problemy Nauk Biologicznych” 2011, t. 60, nr 3–4, s. 227–234.}

2.2.5. Rozmieszczenie wulkanów

Poniżej przedstawiono obszary, na których występuje duża liczba wulkanów:

R1GYHchXRJuK5

Mapa świata przedstawia rozmieszczenie wulkanów. Występują one głównie w Ognistym Pierścieniu Pacyfiku, który rozciąga się przez Nową Zelandię, wschodnią Australię, wschodnie wybrzeże Azji, zachodnie wybrzeże Ameryki Północnej, Środkowej i Południowej. Wulkany występują też we wschodniej Afryce oraz południowej Europie.

RmxOu9mM7CnVg

Mapa świata przedstawia rozmieszczenie wulkanów na płytach tektonicznych. Występują one głównie w Ognistym Pierścieniu Pacyfiku, który rozciąga się przez Nową Zelandię, wschodnią Australię, wschodnie wybrzeże Azji, zachodnie wybrzeże Ameryki Północnej, Środkowej i Południowe. Wulkany występują też we wschodniej Afryce oraz południowej Europie. Są to miejsca styku płyt tektonicznych.

Główne obszary występowania wulkanów:

2.2.6. Wpływ zjawisk wulkanicznych na środowisko geograficzne

Zjawiska wulkaniczne oraz im towarzyszące wywierają zarówno pozytywny, jak i negatywny wpływ na środowisko naturalne oraz człowieka i jego działalność.

2.3. Metamorfizm

W wyniku metamorfizmu pod wpływem wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia skały skorupy ziemskiej ulegają przekształceniu, przeobrażeniu i stają się skałami metamorficznymi. Zmienia się zarówno ich skład mineralny, jak i budowa wewnętrzna. Innymi czynnikami, które mają wpływ na ten proces, są także gorące gazy ulatniające się z magmy i przenikające do skał, a także gorące roztwory krążące w przestrzeniach skalnych. Kluczowy jest także czas. Gdy skały te znajdą się na powierzchni, tworzą wysokie wzniesienia o znacznej odporności na procesy niszczące. Proces ten jest długotrwały. Najbliżej powierzchni tworzą się m.in. łupki i fyllity, głębiej – gnejsy i amfibolity, natomiast na dużych głębokościach – eklogity i granulity.

Rodzaje metamorfizmu

• termiczny (kontaktowy):

  • przebiega w sąsiedztwie intruzji magmowych,

  • głównym czynnikiem jest wysoka temperatura,

  • ma ograniczony zasięg z uwagi na małe przewodnictwo cieplne skał;

• regionalny:

  • występuje głównie w strefie subdukcji,

  • zależy w podobnym stopniu od wszystkich czynników,

  • ma większy zasięg;

• dyslokacyjny:

  • występuje na obszarach o dużych naciskach bocznych (ciśnienie kierunkowe),

  • powoduje to kruszenie skał i powstawanie tzw. brekcji tektonicznych;

• zderzeniowy:

  • związany z dużymi impaktami, czyli uderzeniami znacznej wielkości meteorytów,

  • głównymi czynnikami są gwałtowny wzrost temperatury i ciśnienia,

  • w takich warunkach następuje szybkie topnienie i odparowanie części skał.

Niektóre produkty metamorfizmu są wykorzystywane przez człowieka (np. rudy żelaza, marmury i kwarcyty).

2.4. Ruchy górotwórcze a deformacje tektoniczne

2.4.1. Deformacje tektoniczne

Większość górotworów jest zaburzona w wyniku ruchów tektonicznych. Występujące w nich deformacje tektonicznedeformacja tektonicznadeformacje tektoniczne dzieli się na ciągłe i nieciągłe.

Deformacje tektoniczne

• ciągłe:

  • takie, w których zachowana została ciągłość warstw skalnych;

  • na przykład fałd;

• nieciągłe:

  • takie, w których ciągłość powstałych wcześniej warstw została zakłócona;

  • na przykład uskok.

Obszar o przewadze deformacji ciągłych ma budowę fałdową, a obszar o przewadze deformacji nieciągłych ma budowę zrębową.

Fałd

Najprostszą deformacją ciągłą jest fałd. Jest to wygięcie warstw skalnych wskutek nacisków bocznych. Fałd składa się z następujących elementów:

• antyklina (siodło) – warstwy skalne wygięte ku górze, wewnątrz których znajdują się skały starsze, a na zewnątrz – skały młodsze (tzw. część wklęsła),

• synklina (łęk) – warstwy skalne wygięte ku dołowi, wewnątrz których znajdują się skały młodsze, a na zewnątrz – skały starsze (tzw. część wypukła),

• skrzydło – zespół warstw skalnych o nachyleniu w jednym kierunku, które są częścią antykliny lub synkliny,

• przegub – część warstwy fałdowanej posiadająca największą krzywiznę,

• jądro – część wewnętrzna fałdu,

• oś fałdu – linia biegnąca przez środek antykliny lub synkliny,

• powierzchnia osiowa – łączy osie fałdu.

R1Gp2ErJ6hWpL

Grafika przedstawia budowę fałdu. Antyklina jest formą wypukłą do góry. Na jej szczycie znajduje się przegub fałdu a po obu stronach opadają skrzydła fałdu. Synklina natomiast jest formą wypukłą do dołu. Przez przekrój przebiega linia. Wskazuje ona oś fałdu. Odległość pomiędzy tą linią w antyklinie i synklinie tworzy wysokość fałdu. Odległość od tej linii do wysokości fałdu to jego promień. Cała szerokość fałdu to jego płaszczyzna osiowa.

R1OmidtHJkvVp

Zdjęcie przedstawia budowę fałdu. Skalne formy układające się w wypukłą do góry formę to antyklina a w wypukłą do dołu synklina. Warstwy idące po skosie to skrzydło. Na górze znajduje się przegub oraz jądro antykliny.

Wyróżnia się następujące rodzaje fałdów: stojący, pochylony, obalony, leżący i przewalony.

Fałdy można podzielić także na symetryczne i asymetryczne.

R179wal78VFTA

Grafika przedstawia fałdy. Fałd symetryczny posiada jeden grzbiet oraz takie same zbocza po obu stronach. Fałd asymetryczny posiada dwa grzbiety. Każdy z nich jest inaczej pochylony.

Czasem zdarza się inwersja rzeźby, kiedy młodsze warstwy antykliny ulegają erozji w wyniku niewielkiej odporności na niszczenie. Rzeźba terenu wskazuje wtedy – przeciwnie do struktury geologicznej – na obniżenie terenu (jak na obszarze oznaczonym literą A).

RVUoISDWtOllM

Grafika przedstawia antyklinę i synklinę. Warstwy tereny tworzące antyklinę są wypiętrzone do góry. Natomiast wszystkie warstwy tworzące synklinę są obniżone.

RTOb0gb0k7E4s

Grafika przedstawia antyklinorium i synklinorium. Przy antyklinorium wszystkie warstwy są wypukłe i tworzą na powierzchni obwiednię wypukłą. Przy synklinorium wszystkie warstwy są wklęsłe i tworzą na powierzchni obwiednię wklęsłą.

Płaszczowina (fałd kompensacyjny)

Jest to silnie sfałdowana pokrywa warstw skalnych, która została oderwana od podłoża, przesunięta na znaczną odległość i nasunięta na dany obszar na skutek poziomych nacisków bocznych, dlatego też określa się ją jako formę pośrednią między deformacjami ciągłymi i nieciągłymi.

R1YDu9vV3gGVd

Grafika przedstawia płaszczowinę. Jest to nasunięcie pofałdowanych osadów na siebie.

Uskok

Jest to podstawowa deformacja nieciągła, którą stanowi pęknięcie warstw skalnych i ich przemieszczenie względem tego pęknięcia. Pojedynczy uskok tworzy skrzydło wiszące (część warstw skalnych przemieszczona do góry) i skrzydło zrzucone (część warstw skalnych przemieszczona w dół). Wyróżnia się następujące rodzaje uskoków:

• normalny – powierzchnia uskokowa jest nachylona w kierunku skrzydła zrzuconego,

• odwrócony – powierzchnia uskokowa jest nachylona w kierunku skrzydła wiszącego,

• przesuwczy – kierunek przemieszczania się skrzydeł jest równoległy do powierzchni uskokowej.

Rt2sLaDYBedB2

Grafika przedstawia uskoki. Przy uskoku przesuwczym przemieszczenie zachodzi równolegle do uskoku, nie odsuwając się od siebie. Przy uskoku normalnym przemieszczeniu zachodzi w dół uskoku. Przy uskoku odwróconym przemieszczenie zachodzi w górę uskoku.

Jeżeli na danym obszarze występuje zespół uskoków, wówczas tworzą one następujące elementy:

• zrąb tektoniczny (horst) – ograniczony uskokami blok wydźwignięty w stosunku do obszarów sąsiednich,

• rów tektoniczny (graben) – ograniczony uskokami blok obniżony w stosunku do obszarów sąsiednich, zwykle o wydłużonym kształcie; jeżeli ma duże rozmiary, a uskoki nie są do siebie równoległe, mówimy o zapadlisku tektonicznym.

R17VzdUWa8j5f

Grafika przedstawia zespoły uskoków. Od lewej strony są obniżone warstwy skalne, uskok, wypiętrzone warstwy skalne, uskok, obniżone warstwy skalne. Jest to zrąb tektoniczny. Następnie są długie obniżone warstwy skalne rowu tektonicznego. Jest to zapadlisko tektoniczne. Następnie są długie wypiętrzone warstwy skalne. Jest to zrąb tektoniczny.

R1UoTI1ZGzQ7D

Zdjęcie przedstawia uskok przesuwczy. Prawa strona uskoku obejmująca ląd przesuwa się w dół a lewa strona obejmująca ocean przesuwa się w górę.

R1DlgE1IWNlsW

Zdjęcie przedstawia uskok na skałach. Jest on wyraźnie zaznaczony ukośną linią rozciągniętą na całej wysokości. U dołu i na szczycie skały rosną niskie krzewy.

Szczególnym typem deformacji nieciągłej skał powstałej wskutek wzajemnego przesunięcia w poziomie jednej masy skalnej na drugą jest nasunięcie.

2.4.2. Typy gór

Ze względu na genezę wyróżnia się następujące typy gór: fałdowe, zrębowe, wulkaniczne i kopułowe.

Góry fałdowe

Są one skutkiem ruchów górotwórczych (orogenicznych, orogenez, fałdowań), czyli ogółu procesów powstawania gór w wyniku działania bocznych sił tektonicznych.  Stanowią rozległe pasma o znacznych wysokościach. Ruchy wypiętrzające wynoszą warstwy skalne (zakumulowane osady) na znaczną wysokość, tworząc górotwór (łańcuch górski) o budowie fałdowej (i płaszczowinowej). W budowie takich gór dominują zatem deformacje ciągłe – fałdy i płaszczowiny. Ruchy te trwają dziesiątki, setki, a nawet miliony lat. Przebiegają w kilku fazach, aktywniejszych lub spokojniejszych. Towarzyszą im: wulkanizm, metamorfizm i plutonizm.

Można wyróżnić następujące etapy powstawania i zaniku gór fałdowych:

• gromadzenie się (akumulacja) osadów,

• fałdowanie osadów na skutek ruchu płyt litosfery,

• przeobrażanie materiału skalnego,

• wypiętrzanie materiału skalnego,

• powstanie w wielu przypadkach (np. w strefie subdukcji) ognisk magmowych i występowanie magmatyzmu,

• powstanie górotwóru,

• wpływ ruchów egzogenicznych (np. denudacji) i izostazjiizostazjaizostazji, które wpływają na wysokość utworzonego górotworu (wraz z postępującą denudacją górna część górotworu zostaje erodowana, a jednocześnie – w wyniku zmniejszania ciężaru – działają ruchy wstępujące; w efekcie pozostałością dawnego górotworu jest jego dawna dolna część znajdująca się tuż pod powierzchnią; tak zniszczone dawne orogeny znajdują się np. w Karelii – północno‑wschodnia Europa).

Góry fałdowe występują w strefach krawędziowych płyt litosfery, ponieważ powstają:

• w wyniku subdukcji płyty oceanicznej pod kontynentalną – osady oceaniczne są zdzierane i fałdowane – np. Andy, Kordyliery, Góry Skaliste,

• w wyniku kolizji dwóch płyt kontynentalnych – osady morskie między płytami są zdzierane i fałdowane – np. Himalaje, Alpy, Karpaty, Atlas.

W związku z tym góry fałdowe są zbudowane głównie z plastycznych osadów morskich (np. fliszuflisz (od niem. fliessen ‘pływać’)fliszu, czyli kompleksu skał osadowych zbudowanych z naprzemiennych warstw zlepieńców, piaskowców i łupków ilastych), które zazwyczaj stanowią zewnętrzne części łańcuchów górskich. Natomiast centralne części stanowią często odsłonięte intruzje magmowe. Są najczęściej występującym typem gór. Należą do nich góry orogenezy alpejskiej, w ich budowie dominują fałdy i płaszczowiny.

W historii geologicznej fanerozoiku wyróżnia się trzy główne ruchy górotwórcze – kaledońskie, hercyńskie i alpejskie. Zostały one omówione niżej. Wcześniej miały miejsce inne orogenezy, np. bajkalska, karelska, białomorska czy katangijska, jednakże nie są one do końca zbadane z uwagi na to, że miały miejsce bardzo dawno temu.

Góry zrębowe

Są one efektem pionowego przemieszczania się warstw skalnych wzdłuż uskoków skalnych na obszarach już pofałdowanych (najczęściej w paleozoiku). Najczęściej są to stare góry o skałach mało plastycznych, dlatego zbudowane są z nieciągłych struktur tektonicznych, lecz w budowie warstw skalnych wyróżnić można stare elementy fałdowe i płaszczowinowe. Z uwagi na to, że najczęściej góry zrębowe należały wcześniej do gór fałdowych, lecz zostały odmłodzone i porozcinane uskokami, nazywa się je często górami fałdowo‑zrębowymi.

Główne ruchy górotwórcze a typy gór

W fanerozoiku wyróżnić można trzy główne orogenezy (ruchy górotwórcze, fałdowania). Za główną orogenezę danych gór uznaje się tę, podczas której zostały wymodelowane (sfałdowane) po raz pierwszy. Góry fałdowe wypiętrzone w wyniku orogenezy kaledońskiej i hercyńskiej zostały odmłodzone (silnie zdenudowane, spłaszczone, porozcinane uskokami) podczas orogenezy alpejskiej i stały się górami zrębowymi. Natomiast góry wypiętrzone podczas orogenezy alpejskiej są górami fałdowymi.

Stare góry, które powstały w wyniku orogenezy kaledońskiej i hercyńskiej, odznaczają się łagodnymi stokami i małymi wysokościami bezwzględnymi i względnymi. Młode góry, powstałe w wyniku orogenezy alpejskiej, odznaczają się bardziej stromymi stokami i większymi wysokościami bezwzględnymi i względnymi. Centralne części tych gór charakteryzują się występowaniem ostrych grani i form polodowcowych.

Góry wulkaniczne

Góry wulkaniczne na lądach tworzą najczęściej pojedyncze stożki rozrastające się dookoła krateru lub istnieją jako wyspy. Tworzą się w wyniku wypływu lawy oraz wydostawania się materiału piroklastycznego na powierzchnię. Warto podkreślić, że nie powstają na skutek ruchów górotwórczych (procesów tektonicznych), lecz mogą się tworzyć w ich towarzystwie. Dlatego też ich występowanie na Ziemi jest ściśle związane:

• ze strefami subdukcji płyt litosfery (występowanie w obrębie łańcuchów górskich),

• ze strefami spreadingu płyt litosfery, zarówno w obrębie oceanów (grzbiety śródoceaniczne), jak i kontynentów,

• z plamami (punktami, pióropuszami) gorąca (z ang. hot spots), czyli miejscami przedostania się szczególnie gorącej magmy przez płytę litosfery pod wpływem wyjątkowo wysokich temperatur panujących w zewnętrznej warstwie płaszcza Ziemi – ich występowanie jest niezależne od granic płyt litosfery.

Występują na obszarach zarówno współczesnej, jak i dawnej aktywności wulkanicznej. Przykładami gór wulkanicznych są: Wezuwiusz, Etna, Kilimandżaro, Hawaje, góry Kamczatki, góry Jawy.

R1c4YgMATsnna

Zdjęcie przedstawia Alpy. Mają one wysokie, strzeliste szczyty z resztkami śniegu. Niżej znajduje się dolina u‑kształtna porośnięta trawą.

RVKJMBfyzM5qf

Zdjęcie przedstawia Sudety. Są to wzniesienia o płaskich szczytach porośniętych drzewami. U podnóży rozciągają się pola oraz drzewa.

R1HTY9yhzn30S

Zdjęcie przedstawia Fudżi. Na pierwszym planie znajduje się rzeka z brzegami porośniętymi drzewami. W tle jest wysoka góra Fudżi z ośnieżonym szczytem.

Góry kopułowe

Stanowią zwykle rozległe wybrzuszenia o niedużej wysokości, powstałe w wyniku utworzenia podziemnego lakkolitu. Przykładem gór kopułowych są Black Hill Mountains.

2.5. Trzęsienia ziemi (ruchy sejsmiczne)

Czym są trzęsienia ziemi?

Trzęsienia ziemi to gwałtowne drgania skorupy ziemskiej w postaci pojedynczych wstrząsów lub serii drgań wywołane przemieszczaniem się mas skalnych. Drgania te rozchodzą się w postaci fal sejsmicznych. Przed fazą główną trzęsienia ziemi mogą pojawić się wstrząsy wstępne. Trzęsienia ziemi rejestrowane są przez sejsmografy, w których poziome lub pionowe wahadła wykonują wykres (sejsmogram) na obracającej się taśmie. Po fazie najsilniejszych wstrząsów często pojawiają się wstrząsy wtórne, które mogą okazać się równie niebezpieczne.

Od hipocentrum rozchodzą się we wszystkich kierunkach fale podłużne i poprzeczne, natomiast fale powierzchniowe rozchodzą się we wszystkich kierunkach od epicentrum. Fale podłużne są najszybsze i przemieszczając się w rożnych warstwach (o różnych właściwościach fizycznych), zmieniają też swoją prędkość. Fale poprzeczne przemieszczają się jedynie w ciałach stałych.

Rodzaje trzęsień ziemi

Drgania ziemi mogą być wynikiem procesów naturalnych i antropogenicznych. Trzęsienia ziemi można podzielić ze względu na przyczynę (genezę) oraz ze względu na głębokość hipocentrum.

Obszar wokół epicentrum, na którym trzęsienie ziemi odczuwalne jest przez ludzi, nazywa się obszarem makrosejsmicznym. W większej odległości rozciąga się obszar mikrosejsmiczny, na którym wstrząsy wyczuwają jedynie sejsmografy.

Rozmieszczenie trzęsień ziemi

Wyróżnia się obszary:

• sejsmiczne (miejsca częstych trzęsień ziemi; położone przede wszystkim na granicach płyt litosfery, gdzie często dochodzi do przesunięcia mas skalnych, a w szczególności na obszarze Ognistego Pierścienia Pacyfiku, alpejskie pasma fałdowe, basen Morza Karaibskiego, grzbiety śródoceaniczne),

• pensejsmiczne (miejsca sporadycznych wstrząsów o mniejszej intensywności; stanowią je głównie strefy starych górotworów paleozoicznych),

• asejsmiczne (trzęsienia ziemi tam nie występują; stanowią je głównie wnętrza płyt litosfery, stare platformy kontynentalne i dna basenów oceanicznych).

RGO8PFEFgfWdy

Mapa świata przedstawia rozmieszczenie trzęsień ziemi. Obszary sejsmiczne występują głównie na styku płyt tektonicznych na oceanach i w Himalajach. Obszary pansejsmiczne występują w w zachodniej Ameryce Północnej, zachodniej Ameryce Południowej, wschodniej Afryce, w Europie, w środkowej i wschodniej Azji, wschodniej Australii. Obszary asejsmiczne występują na Antarktydzie, wschodniej Ameryce Południowej, południowej i północno zachodniej Afryce, północno wschodniej Ameryce Północnej, na Grenlandii, północno wschodniej Europie, na Półwyspie Arabskim, w Indiach, południowo wschodniej Azji oraz we wschodniej Australii.

ReYIG1gYO7Rxb

Mapa świata przedstawia rozmieszczenie trzęsień ziemi na płytach tektonicznych. Obszary sejsmiczne występują głównie na styku płyt tektonicznych na oceanach i w Himalajach. Obszary pansejsmiczne występują w w zachodniej Ameryce Północnej, zachodniej Ameryce Południowej, wschodniej Afryce, w Europie, w środkowej i wschodniej Azji, wschodniej Australii. Obszary asejsmiczne występują na Antarktydzie, wschodniej Ameryce Południowej, południowej i północno zachodniej Afryce, północno wschodniej Ameryce Północnej, na Grenlandii, północno wschodniej Europie, na Półwyspie Arabskim, w Indiach, południowo wschodniej Azji oraz we wschodniej Australii. Obszary sejsmiczne pokrywają się z granicami płyt tektonicznych. Granica pomiędzy płytą pacyficzną i północnoamerykańską, kokosową i północnoamerykańską, Nazca i południowoamerykańską, indyjską i eurazjatycką, australijską i eurazjatycką, filipińską i eurazjatycką, pacyficzną i filipińską, pacyficzną i eurazjatycką, pacyficzną i australijską jest zbieżna. Reszta granic jest rozbieżna.

R1IeYGNQ1AnIv

Grafika przedstawia ognisko trzęsień ziemi w strefie subdukcji. Płyta oceaniczna wsuwa się pod kontynentalną. W tym momencie może nastąpić trzęsienie ziemi oraz wybuch wulkanu.

Skutki trzęsień ziemi

Trzęsienia ziemi są zjawiskiem powszechnym, choć najczęściej niewyczuwalnym przez człowieka. Stopień zniszczeń uzależniony jest od wielu czynników: odległości od epicentrum, budowy geologicznej, rodzaju zabudowy, gęstości zaludnienia, odległości od linii brzegowej, świadomości i wiedzy ludzi na temat trzęsienia ziemi.

R16nktd8U0FRl

Grafika przedstawia wysokość fal tsunami. Fale dochodzące do 120 centymetrów wystąpiły na wschodnim wybrzeżu Azji i rozciągały się do środka Oceanu Spokojnego. Im dalej, tym niższe fale. Pas fal o wysokości około 30 centymetrów rozciągał się od wschodniego wybrzeża Azji aż do Ameryki Południowej. Fale dochodzące do 10 centymetrów odnotowano w okolicach Antarktydy, pomiędzy Australią i południową Ameryką Południową, pomiędzy wyspami Indonezji i Malezji.

Skale służące do opisu trzęsienia ziemi

Do pomiaru trzęsień ziemi służą najczęściej dwie skale: Meracallego i Richtera. Skala Richtera jest wprawdzie skalą otwartą, jednak w związku z tym, że nie zanotowano dotąd trzęsienia ziemi o magnitudzie większej niż 9,5 (w Chile w 1960 r.), skalę kończy się najczęściej na 10. stopniu.

Indeks górny Źródło: Repetytorium PWN. Indeks górny koniec^{Źródło: Repetytorium PWN.}

Sposoby ograniczania skutków trzęsień ziemi

Nie możemy jeszcze obecne zapobiegać trzęsieniom ziemi. Możemy jedynie ograniczać ich skutki.

Sposoby ograniczania skutków trzęsień ziemi

• prace nad dokładnym rozpoznaniem ruchów płyt tektonicznych i opracowaniem modelu, który przewidywałby nadchodzące trzęsienia:

  • symptomy – nietypowe zachowanie zwierząt (np. specjalnych ryb akwariowych), zmiany ciśnienia atmosferycznego, zmiany pola magnetycznego Ziemi i przewodnictwa elektrycznego skał,

  • zmiany zawartości radonu w wodach podziemnych – bardzo dokładne geodezyjne pomiary satelitarne ruchu płyt tektonicznych;

• działania profilaktyczne i prewencyjne:

  • informowanie ludności o sposobie zachowania podczas trzęsienia ziemi (również szkolenia pracowników),

  • usprawnienie systemu ratownictwa przeciwpożarowego i medycznego,

  • system monitorujący i ostrzegawczy,

  • przystosowanie budownictwa (Korea, Japonia) – małe budynki, lekkie konstrukcje, żelbeton, fundamenty na sprężynach,

  • system zabezpieczeń instalacji gazowych (w wyniku trzęsienia ziemi uwalnia się gaz, wywołując liczne pożary, ponadto sieci wodociągowe są również uszkadzane, więc brakuje wody na ich gaszenie),

  • współpraca międzynarodowa.

2.6. Ruchy pionowe skorupy ziemskiej

Płyty litosfery poruszają się po plastycznej astenosferze o większej gęstości. Pod wpływem większej grawitacji cięższe fragmenty skorupy ziemskiej zanurzają się głębiej w półpłynnej masie astenosfery. Do ruchów pionowych skorupy ziemskiej zalicza się ruchy epejrogeniczne (gr. epejros ‘ląd’, lądotwórcze) i talasogeniczne (gr. thalassa ‘morze’, oceanotwórcze) oraz ruchy izostatyczne.

Ruchy epejrogeniczne (lądotwórcze) i talasogeniczne (oceanotwórcze)

Ruchy epejrogeniczne (lądotwórcze) i talasogeniczne (oceanotwórcze) są powolnymi, pionowymi ruchami skorupy ziemskiej (odpowiednio: wznoszącymi i obniżającymi). Ich efektem są zmiany zarysu lądów i mórz. W odróżnieniu od ruchów izostatycznych, wywołują je nie do końca wyjaśnione czynniki wewnętrzne:

• naprężenia płyt litosfery,

• przemieszczanie się magmy,

• przemiany materii na granicy litosfery i astenosfery,

• zmiany objętości podłoża kontynentów uwarunkowane temperaturą.

Podczas tych procesów nie obserwuje się znaczących deformacji wewnętrznych. Mogą za to prowadzić do powstania form wypukłych (np. kopuł, garbów, wyniesień) i wklęsłych (np. niecek i obniżeń). Dowodem na istnienie tych ruchów są warstwy skał osadowych pochodzenia morskiego obserwowane na lądzie (np. wapienie na Wyżynie Krakowsko‑Częstochowskiej) czy wklęsłe formy terenu występujące na obszarach szelfowych i przypominające doliny rzeczne.

RnceAFx6sMpBB

Grafika przedstawia zmianę położenia świątyni Serapisa. Na początku świątynia przedstawiona jako trzy kolumny na podeście znajdowała się na powierzchni ziemi. Następnie obniżyła się o 11,5 metra i znalazła pod wodą. Pomiędzy kolumnami pływają ryby a podesty pokrywa morska roślinność. Następnie podniosła się o 6,5 metra. Tylko podesty były zalane wodą.

Ruchy izostatyczne

Ruchy izostatyczne (izostazja) to powolne, pionowe ruchy fragmentów skorupy ziemskiej zachodzące wskutek zachwiania równowagi grawitacyjnej, głównie pod wpływem czynników zewnętrznych, ale w niektórych przypadkach również pod wpływem czynników wewnętrznych, na przykład:

• po obciążeniu lub odciążeniu mas skalnych przez lądolód (glaciizostazja),

• na skutek zmiany ilości wody w morzach,

• w wyniku akumulacji (sedymentacji) osadów w obniżeniach,

• jako efekt powstawania oraz erozji łańcuchów górskich (w tym również ruchów masowych).

Od ruchów epejrogenicznych i talasogenicznych różnią się także tym, że mają większy zasięg przestrzenny.

Zgodnie z prawem Archimedesa poszczególne sztywne bloki litosfery są w różnym stopniu zanurzone w plastycznej astenosferze. Istnieją trzy główne modele izostazji. Najbardziej prawdopodobnym wydaje się być model III, przedstawiony na poniższej rycinie. Według niego najbardziej zanurzone są góry zbudowane ze skał osadowych (o małej gęstości). Z kolei płyty oceaniczne (o większej gęstości) są zanurzone znacznie mniej. Ruchy te objawiają się podnoszeniem lub zanurzaniem fragmentu lądu (na skutek wzrostu ciężaru płyty) i prowadzą często do transgresji lub regresji morskich, a w konsekwencji do zmiany bazy erozyjnej rzek. Głównymi obszarami ich występowania są obszary, które w plejstocenie były objęte zlodowaceniem: Półwysep Skandynawski (ruchy wynoszące: 10 cm/100 lat), północna Kanada, ale również Antarktyda, która jest ugięta pod wpływem lądolodu.

R1ZOPT3J9VS1d

Wykresy przedstawiają warunki równowagi izostatycznej. Według hipotezy Pratta zmiana gęstości skał wynosiła kolejno 3. 2,8. 2,7. 2,8. 3. Według hipotezy Airy’ego zmiana gęstości skał wynosiła zawsze 2,7. Według współczesnej hipotezy Airy’ego zmiana gęstości skał wynosiła kolejno 2,8. 2,7. 2,6. 2,7, 2,8. Gęstość astenosfery to 3,3.

RQh46gY9ckUv2

Grafika przedstawia ruchy glaciizostatyczne. Ruch magmy w astenosferze odbywa się poziomo od siebie. Lądolód znajdujący się na powierzchni skorupy ziemskiej naciska na nią. Skorupa się obniża.

R1VdZxo9gDO28

Grafika przedstawia ruchy glaciizostatyczne. Ruch magmy w astenosferze odbywa się poziomo do siebie. Brak lądolodu powoduje wydźwignięcie terenu do góry.

Rel3komgVvVHc

Grafika przedstawia ruchy glaciizostatyczne. Granica między astenosferą a skorupą ziemską jest idealnie pozioma. Skorupa ziemska od góry jest lekko pofałdowana.

RVS5HCPEQ8HGC

Grafika przedstawia ruchy izostatyczne w Skandynawii. Na morzu pomiędzy Szwecją a Finlandią znajduje się poziomica 9. Wartości poziomicy schodzą w dół aż do 0, która przebiega przez wybrzeże Skandynawii, Niemcy, Polskę, Litwę oraz Rosję.

3. Główne jednostki geologiczno‑tektoniczne

Do zasadniczych struktur kontynentalnych należą platformy kontynentalne oraz pasma górskie.

Platformy kontynentalne

Wyróżnia się platformy prekambryjskie (stare) i paleozoiczne (młode). Podłożem platformy prekambryjskiej jest kratonkratonykraton, który stanowi cokół krystaliczny (zbudowany z silnie sfałdowanych podczas prekambryjskich orogenez skał magmowych i metamorficznych w wieku od 0,5 do 3,5 mld lat). Na nim znajduje się często pokrywa skał osadowych (w wieku do 0,5 mld lat). Miejsca na platformie, gdzie skały kratonu odsłaniają się na powierzchni, są określane jako tarcze (prekambryjskie, krystaliczne). Głębokość zalegania kratonu w obrębie płyty jest różna. Miejsca, w których zalega on blisko powierzchni, a pokrywa osadowa jest cienka, nazywane są wyniesieniami, natomiast tereny, gdzie spoczywa on na dużej głębokości – obniżeniami. Platformę paleozoiczną stanowią głównie skały osadowe: sfałdowane wieku paleozoicznego, na których zalegają skały niesfałdowane. W dziejach Ziemi przyklejały się one do starych kratonów, powiększając w ten sposób bloki kontynentalne (np. paleozoiczna platforma zachodnioeuropejska do prekambryjskiej platformy wschodnioeuropejskiej).

Warstwy skalne platformy kontynentalnej mogą mieć następujące układy:

• budowa płytowa – obszar zbudowany z warstw skalnych ułożonych poziomo,

• monoklina – obszar zbudowany z warstw skalnych nachylonych łagodnie w jednym kierunku wspólnym dla całego nachylonego zespołu warstw (wychodnie tych skał to kuestakuesta (z hiszp. cuesta ‘stok górski’), próg denudacyjnykuesta),

• kopuła – forma wielkopromienna o kształcie owalnym, wygięta ku górze,

• garb – forma wielkopromienna o kształcie podłużnym, wygięta ku górze,

• wał – rozległe, płaskie, wydłużone wyniesienie o długości do kilku tysięcy km,

• niecka – forma wielkopromienna wygięta ku dołowi (bardzo rozległe niecki to baseny).

R1KkkaD4B1hwS

Grafika przedstawia układy warstw skalnych. Budowa płytowa posiada wszystkie warstwy ułożone poziomo. Monoklina posiada warstwy ułożone pod skosem. Kopuła posiada warstwy ułożone w kształt okręgu, w którego środku znajduje się wyniesienie. Niecka posiada warstwy ułożone w owal, w którego środku znajduje się obniżenie.

Pasma górskie

Rozciągają się one na obrzeżach platform kontynentalnych. Są zwykle długie i wąskie. Ich centralną część stanowi najczęściej masyw krystaliczny, który otoczony jest sfałdowanymi osadami morskimi (łupkami, piaskowcami i wapieniami). Najwyższe grzbiety górskie stanowią alpidy (góry fałdowe), natomiast starsze pasma (kaledonidy i hercynidy – góry zrębowe) są niższe, mało aktywne i porozcinane uskokami powstałymi w wyniku odmłodzenia podczas orogenezy alpejskiej.

Słownik