Najgłębsze wiercenia geologiczne sięgają 12‑13 km. Promień naszej planety ma średnio 6371 km, co oznacza, że przewiercono do tej pory mniej niż 0,2% drogi do środka Ziemi i pozostało jeszcze ponad 99,8%. Pomimo tego i tak dużo wiemy o wewnętrznej budowie naszego globu.
R1b758FoNZl6n
Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:
z jakich sfer składa się Ziemia;
co to jest litosfera.
Twoje cele
opiszesz metody badania wnętrza Ziemi;
odczytasz schemat budowy Ziemi;
rozróżnisz niektóre skały i minerały;
określisz znaczenie surowców mineralnych.
isEA1ZsWMc_d5e261
1. Skąd czerpiemy wiedzę o budowie Ziemi?
Trudno dokładnie opisać budowę wnętrza Ziemi i kształtujące ją procesy. Zajmuje się tym nauka zwana geologiągeologiageologią. Wiercenia, zwłaszcza te najgłębsze, dają nam mnóstwo informacji, ale tylko o budowie górnej części skorupy ziemskiejskorupa ziemskaskorupy ziemskiej. Pozwalają wydobyć skały i zbadać je oraz zmierzyć ciśnienie i temperaturę panujące poniżej powierzchni ziemi. Niemało wiadomości dostarczają też głębinowe kopalnie i naturalne odkrywki skał. Jednak ze względu na szybko rosnące ciśnienie i temperaturę trudno wykonać znacznie głębsze odwierty i szyby kopalniane. Do zbadania głębiej leżących skał i jeszcze głębszych warstw Ziemi nie wystarczą jednak tradycyjne metody geologiczne. Dyscypliną, która do badania Ziemi wykorzystuje metody stosowane w fizyce, jest geofizykageofizykageofizyka. Najwięcej danych geofizycy uzyskują na podstawie analizy przebiegu fal sejsmicznychfale sejsmicznefal sejsmicznych powstających w wyniku naturalnych wstrząsów wywołanych trzęsieniami ziemi, a czasem specjalnie (w celach badawczych) przeprowadzanych wybuchów lub stosowania maszyn wytwarzających silne wibracje.
Fale sejsmiczne, przechodząc przez skały o różnej gęstości i innych właściwościach fizycznych, mogą zwalniać, przyspieszać, odbijać się, załamywać lub nawet zanikać. Analiza tych zmian pozwala wnioskować o strukturze wnętrza Ziemi. Na podstawie badań udało się stwierdzić, że nasza planeta najprawdopodobniej jest zbudowana z kilku warstw o odmiennym składzie chemicznym i różnych właściwościach fizycznych.
Wraz z głębokością wzrasta temperatura i ciśnienie. W górnych warstwach skorupy ziemskiej wraz ze wzrostem głębokości o 33 m temperatura wzrasta o 1°C, co określa się mianem stopnia geotermicznegostopień geotermicznystopnia geotermicznego. Podana tu wartość jest średnia i w zależności od budowy geologicznej temperatura może miejscami rosnąć znacznie szybciej lub wolniej.
Ważnych informacji o budowie Ziemi dostarczają także badania wieku względnego i bezwzględnego skał.
Pomiary i badania sejsmiczne
R1OtJUgaKnyzp
RUmqkqga3pKlS
Polecenie 1
W dostępnych źródłach wyszukaj informacje o silnych trzęsieniach Ziemi. Dowiedz się również, w jakiej odległości od obszaru objętego trzęsieniem Ziemi możliwe było zarejestrowanie wówczas fal sejsmicznych.
R9c2CdwIgcvNR
Najsilniejsze trzęsienia Ziemi w historii osiągały magnitudę powyżej 9,0 w skali Richtera.
Najsilniejsze trzęsienia Ziemi w historii miały miejsce w południowym Chile, na południowej Alasce (USA), na północnej Sumatrze (Indonezja) oraz na wschodnim wybrzeżu Honsiu (Japonia). Podczas trzęsienia ziemi w Chile fale sejsmiczne rozchodziły się na odległość nawet 10 tys. km.
Ważne!
W naukach o Ziemi stosuje się zasadę aktualizmu geologicznego. Według jej założeń czynniki oraz procesy chemiczne i fizyczne wpływające na skorupę ziemską w przeszłości były takie same lub w znaczącym stopniu zbliżone do występujących obecnie, co pozwala na podstawie współczesnych obserwacji określać przebieg dawnych procesów geologicznych.
isEA1ZsWMc_d5e312
2. Warstwy tworzące Ziemię
W wyniku badań geologicznych stwierdzono, że nasza planeta składa się z następujących warstw (licząc od powierzchni):
skorupa ziemskaskorupa ziemskaskorupa ziemska – najbardziej zróżnicowana warstwa o grubości od kilku kilometrów pod oceanami do kilkudziesięciu kilometrów w obrębie kontynentów. Skorupa kontynentalna zbudowana jest z grubej warstwy granitów i innych głębinowych skał magmowych przykrytych skałami osadowymi i zalega na cienkiej warstwie bazaltów. Skorupa oceaniczna to głównie bazalty przykrywane stopniowo skałami osadowymi. Skorupę ziemską od niżej położonych warstw Ziemi oddziela powierzchnia, na której wyraźnie zmienia się przebieg fal sejsmicznych; jest ona nazywana powierzchnią nieciągłościpowierzchnia nieciągłościpowierzchnią nieciągłości Moho (od nazwiska chorwackiego geofizyka A. MohorovičićaAndrija MohorovičićA. Mohorovičića);
płaszcz ziemskipłaszcz ziemskipłaszcz ziemski – warstwa poniżej skorupy ziemskiej o grubości 2,8‑2,9 tys. km i temperaturze wzrastającej stopniowo do 4,5‑5 tys. stopni Celsjusza. Skały najwyższej części płaszcza są sztywne, ale głębiej przechodzą w stan półpłynny. Płaszcz zwykle dzielony jest na stykający się ze skorupą płaszcz zewnętrzny (górny) oraz położone niżej warstwy płaszcza wewnętrznego (dolnego);
jądro Ziemijądro Ziemijądro Ziemi – poniżej dolnej granicy płaszcza, czyli od głębokości 2,9 tys. km aż do środka naszej planety znajdują się warstwy nazywane jądrem Ziemi, którego promień wynosi ok. 3,5 tys. km, a temperatura sięga 6 tys. stopni Celsjusza. Na skutek bardzo wysokiego ciśnienia wewnętrzna część jądra (nazywana jądrem wewnętrznym) jest ciałem stałym, skrystalizowanym. Pozostała część (tzw. jądro zewnętrzne) jest prawdopodobnie w stanie ciekłym; kolejne warstwy od sąsiednich oddzielają powierzchnie nieciągłości.
Skorupa ziemska wraz ze sztywną (skalną) górną częścią płaszcza tworzy litosferęlitosferalitosferę. Ma ona grubość od kilku km pod grzbietami śródoceanicznymi do ok. 120 km pod lądami i dzieli się na olbrzymie bloki zwane płytami litosferypłyty litosferypłytami litosfery.
R6ngtwE4ovZCD
Polecenie 2
Przeanalizuj schemat budowy wnętrza Ziemi i oceń, do jakiej głębokości istnieją warunki sprzyjające istotom żywym.
R9c2CdwIgcvNR
Wyszukaj informacji na temat badań wnętrza Ziemi czynionych w celu znalezienia żywych mikroorganizmów.
Warunki sprzyjające istotom żywym istnieją tylko do pewnej głębokości skorupy ziemskiej. Na przykład w Kanadzie w 2019 roku naukowcy znaleźli żywe mikroorganizmy 2,5 km pod powierzchnią Ziemi.
Polecenie 2
Opisz, do jakiej głębokości wnętrza Ziemi istnieją warunki sprzyjające istotom żywym.
R1MNRh5lrEZ2h
Wyszukaj informacji na temat badań wnętrza Ziemi czynionych w celu znalezienia żywych mikroorganizmów.
Warunki sprzyjające istotom żywym istnieją tylko do pewnej głębokości skorupy ziemskiej. Na przykład w Kanadzie w 2019 roku naukowcy znaleźli żywe mikroorganizmy 2,5 km pod powierzchnią Ziemi.
Ciekawostka
Średnica jądra Ziemi jest większa od średnicy Merkurego, a nawet Marsa!
Ważne!
W trakcie przesuwania się do wnętrza Ziemi wraz ze zwiększającą się głębokością rośnie ciśnienie. Oczywiście nie mamy możliwości go zmierzyć, ale ocenia się, że na głębokości ok. 1,8‑2,2 tys. km ciśnienie może być już prawie milion razy większe niż ciśnienie atmosferyczne, a w samym środku nawet 3,5‑4 mln razy większe.
R1MtVPSZXuDEu
isEA1ZsWMc_d5e372
Rozdział dla zainteresowanych
3. Minerały i skały skorupy ziemskiej
Najmniejsze naturalne, niepodzielne składniki skorupy ziemskiej, utworzone w wyniku naturalnych procesów geologicznych nazwane zostały minerałamiminerałminerałami. Każdy z nich ma charakterystyczne właściwości fizyczne i chemiczne. Większość minerałów posiada także specyficzną budowę krystaliczną. Znanych jest ponad 3 tys. minerałów. Najliczniej w litosferze występują: plagioklazy, ortoklazy, pirokseny i amfibole, kwarc, magnetyt, mika oraz kalcyt.
Minerały skorupy ziemskiej
Rk0FH1FDABNAW
R1TjHGS2O22o9
R1XakLugiQaEW
R1OfDYPShMeuR
Rwodos0nnFsHO
R1LPBp90X0V0o
R1MGyBUAoKyhq
R1ZNrD7CBBhYm
Naturalne skupiska jednego lub wielu minerałów, powstałe w wyniku określonych procesów geologicznych (magmatyzmu, metamorfizmu, sedymentacji i innych) tworzą skałyskałaskały będące podstawowym składnikiem skorupy ziemskiej. Skałami nazywamy też naturalne nagromadzenia okruchów innych skał lub szczątków pochodzenia organicznego. Niektóre z nich znalazły zastosowanie w energetyce, innych gałęziach przemysłu, a także w budownictwie, dzięki czemu nazwano je surowcami mineralnymisurowce mineralnesurowcami mineralnymi. Skały powstają w wyniku rozmaitych procesów, których podział wraz z przykładami został przedstawiony w tabeli poniżej.
Podział skał ze względu na ich genezę
Grupy skał wyróżnione ze względu na proces skałotwórczy
Grupy skał wyróżnione ze względu na warunki ich powstawania
Przykłady skał
SKAŁY MAGMOWE Krystalizacja magmy lub lawy
skały magmowe głębinowe (o budowie jawnokrystalicznej)
granit
sjenit
skały magmowe wylewne (o budowie skrytokrystalicznej)
bazalt
andezyt
SKAŁY OSADOWE Osadzanie się na lądzie lub na dnie zbiorników wodnych szczątków organizmów, rozkruszonych bądź rozpuszczonych innych skał
skały osadowe okruchowe
piasek
zlepieniec
skały osadowe pochodzenia organicznego
wapień
węgiel kamienny
skały osadowe pochodzenia chemicznego
sól kamienna
gips
SKAŁY METAMORFICZNE Przeobrażanie w głębi Ziemi pod wpływem wysokiego ciśnienia i temperatury wcześniej istniejących skał
skały metamorfizmu regionalnego – powstają na wielkich obszarach (nawet tysięcy km²), z największej ilości rodzajów skał wyjściowych
gnejs
łupek serycytowy
skały metamorfizmu kontaktowego – powstają na styku magmy wdzierającej się w skały powstałe wcześniej
marmur
kwarcyt
Skały, które tworzą skorupę ziemską, można podzielić także ze względu na ich spoistość, czyli stopień powiązania poszczególnych jej składników mineralnych. Wyróżniamy wówczas trzy grupy:
skały lite – ich ziarna są ze sobą silnie zespolone (np. granit, piaskowiec, marmur);
skały zwięzłe – ich ziarna są ze sobą mocno powiązane ze względu na silne rozdrobnienie na maleńkie drobiny i ich sprasowanie (np. glina, ił);
skały luźne – ich ziarna nie są ze sobą związane (np. piasek, żwir).
RPHTUZkne38fD
Rt6a8oaIH5gyT
RAafDZx4icdGD
R4LBcLColc9Dr
RuCQ6FIGHDH3b
R13Jdl9Ge0eDX
RvnAZOUKmlZGO
Polecenie 3
Wymień kilka przykładów skał, które występują naturalnie w miejscu twojego zamieszkania.
R9c2CdwIgcvNR
Zastanów się, czy powierzchnia ziemi, po której codziennie chodzisz, składa się z skał, o których mowa w tym temacie.
Polecenie 4
Wyjaśnij, dlaczego niektóre skały znalazły zastosowanie w gospodarce i do czego się je wykorzystuje. Wymień kilka spośród nich.
R9c2CdwIgcvNR
Zastanów się, czy skały posiadają odpowiednie właściwości, które sprawiają, że są przydatne w gospodarce.
Skały posiadają wiele właściwości fizycznych i chemicznych sprawiających, że są przydatne w gospodarce. Skały magmowe wykorzystuje się przede wszyskim w budownictwie, ale także w przemyśle szklarskim i ceramicznym. Skały osadowe również znajdują zastosowanie w budownictwie, a także w przemyśle papierniczym, szklarskim, elektrotechnicznym. Skały metamofriczne wykorzystuje się w budownictwie, do wykonywania materiałów ogniotrwałych czy też do wykonywania nagrobków (głównie marmur).
Ciekawostka
Niektóre kryształy rzadkich minerałów lub skały mają szczególne walory. Są bardzo cenne lub bardzo efektowne, dlatego zyskały mało precyzyjne określenie kamieni szlachetnych. Wykorzystuje się je między innymi do wyrobu biżuterii i przedmiotów ozdobnych.
R1JSkVCi9MYAv
isEA1ZsWMc_d5e643
Podsumowanie
Wnętrze Ziemi możemy poznawać tylko pośrednio, ponieważ ze względu na wysokie ciśnienie i wysoką temperaturę nie ma możliwości przeprowadzania bezpośrednich badań.
Ziemia zbudowana jest z leżącego w środku jądra, otaczającego go płaszcza i cienkiej warstwy skorupy ziemskiej na zewnątrz.
Minerały są najmniejszymi naturalnymi składnikami skorupy ziemskiej.
Skały są naturalnymi skupiskami minerałów, okruchów skalnych lub substancji pochodzenia organicznego.
Niektóre skały znalazły praktyczne zastosowania i są wydobywane jako surowce mineralne.
Praca domowa
Uważnie rozejrzyj się w swoim otoczeniu (mieszkanie, dom, inne budynki, bruk, pomniki, nagrobki itp.). Czasami do budowy lub wykończenia rozmaitych konstrukcji wykorzystywane są naturalne skały o przydatnych człowiekowi właściwościach. Zrób listę napotkanych skał wraz z ich zastosowaniami i pożytecznymi właściwościami.
Zastanów się i wymień skały, które możesz spotkać w swoim otoczeniu (mieszkanie, dom, itp.). Wskaż ich pożyteczne właściwości.
RjYDNOhebvMza
Pokaż podpowiedź#15537cwhite
W Twoim otoczeniu może znajdować się wiele skał. Mogą być składnikiem piasku, po którym chodzisz, budynku, w którym mieszkasz lub nagrobku bliskiej osoby, którą odwiedzasz na cmentarzu.
Zobacz także
Zapoznaj się z następującymi hasłami ze słownika i biogramami:
drgania rozchodzące się we wnętrzu Ziemi spowodowane trzęsieniami ziemi, wybuchami lub wywołane za pomocą specjalnych maszyn
geofizyka
geofizyka
jedna z nauk o Ziemi zajmująca się badaniami Ziemi za pomocą metod stosowanych w fizyce
geologia
geologia
jedna z nauk o Ziemi zajmująca się budową i historią Ziemi oraz procesami zachodzącymi w jej wnętrzu
jądro Ziemi
jądro Ziemi
najbardziej wewnętrzna część naszej planety; obecnie uważa się, że jądro ma średnicę ok. 3,5 tys. km i jest stopem żelaza i niklu; prawdopodobnie jądro wewnętrzne ma konsystencję stałą, a zewnętrzne ciekłą
minerał
minerał
pierwiastek, związek chemiczny lub ich mieszanina o określonym składzie chemicznym i uporządkowanej strukturze, zwykle krystalicznej; jest najmniejszą częścią litosfery, utworzoną w wyniku procesów geologicznych
Chorwacki meteorolog, sejsmolog i geofizyk, który odkrył i opisał strefę nieciągłości między skorupą ziemską i płaszczem ziemskim.
płaszcz ziemski
płaszcz ziemski
warstwa o grubości ok. 2,9 tys. km między skorupą ziemskąskorupa ziemskaskorupą ziemską a jądrem Ziemijądro Ziemijądrem Ziemi
płyty litosfery
płyty litosfery
wielkie fragmenty skorupy ziemskiej wraz ze sztywnymi partiami zewnętrznego płaszcza (o średniej grubości ok. 50–120 km) poruszające się na plastycznym płaszczu ziemskimpłaszcz ziemskipłaszczu ziemskim
powierzchnia nieciągłości
powierzchnia nieciągłości
cienka strefa we wnętrzu Ziemi, w której występuje wyraźne przerwanie spójności utworów skalnych i która jest granicą warstw o różnych cechach fizycznych, powodująca załamanie, odbicie lub zmianę prędkości fal sejsmicznych
skała
skała
naturalne skupisko jednego lub wielu minerałów
skorupa ziemska
skorupa ziemska
górna, sztywna część litosfery o grubości od dziesięciu do kilkudziesięciu kilometrów, zbudowana z minerałów i skał
stopień geotermiczny
stopień geotermiczny
głębokość (mierzona w metrach), na której temperatura wzrasta o 1°C w stosunku do punktu początkowego; różni się w zależności od miejsca i głębokości; średnia wartość stopnia geotermicznego w skali globalnej wynosi 33 m, zaś dla Polski 47,2 m (do głębokości 5000 m)
surowce mineralne
surowce mineralne
skały lub minerały naturalnie występujące w środowisku, wydobywane przez człowieka dla celów gospodarczych
isEA1ZsWMc_d5e1047
Ćwiczenia
2
Ćwiczenie 1
R8GEsecDTX9nh
1
Ćwiczenie 2
R4u9wVuEHWIBA
2
Ćwiczenie 3
R13zY4m4xktaX
2
Ćwiczenie 4
R1SJERu1sQvJh
zadanie interaktywne
zadanie interaktywne
Połącz w pary poszczególne nazwy warstw Ziemi z ich skróconą charakterystyką.
Cienka warstwa bazaltów (około 10 km) powoli przykrywana skałami osadowymi.
Ma około 2,9 tys. km grubości, temperatura rośnie wraz z głębokością nawet do 5 tys. stopni Celsjusza.
Ma kilkadziesiąt kilometrów grubości, zbudowana jest głównie z granitów.
Temperatura sięga 6 tys. stopni Celsjusza, a ogromne ciśnienie powoduje, że wewnętrzna część i tak jest ciałem stałym.
Źródło: GroMar sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 5
R1E7SFJNi9gRW
2
Ćwiczenie 6
RtXMrHUpYasvu
2
Ćwiczenie 7
Rmyz6223dmh8Z
zadanie interaktywne
zadanie interaktywne
Oceń prawdziwość opinii o podziale genetycznym skał.
Prawda
Fałsz
Tylko skały osadowe pochodzenia chemicznego zawierają związki chemiczne.
□
□
Skały magmowe mogą powstawać także z krzepnącej lawy.
□
□
Skały metamorficzne powstają ze skał magmowych i osadowych.
□
□
Osadów pochodzących ze szczątków organicznych nie wolno zaliczać do skał.
□
□
Źródło: GroMar sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 8
RZmaxzEkiAPFG
Zadanie interaktywne
Zadanie interaktywne
Połącz w pary nazwy skał/minerałów uważanych za surowce mineralne z informacjami o ich możliwych zastosowaniach.
piasek, diament, sól kamienna, węgiel kamienny
wyrób biżuterii i materiałów ściernych
produkcja szkła i materiałów budowlanych
do produkcji energii
przemysł chemiczny i artykuł spożywczy
Źródło: GroMar sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
litosfera1
litosfera
zewnętrzna, skalna powłoka Ziemi, tworząca sztywną, ale niejednolitą (podzieloną na płyty litosferypłyty litosferypłyty litosfery) warstwę; litosfera obejmuje skorupę ziemską oraz górną część płaszcza; jej miąższość (grubość) wynosi od kilku do ponad 100 km; nazwa litosfera pochodzi od greckiego słowa lithos, czyli 'kamień'