Gleboznawstwo i geomorfologia

Wykład dla studentów ochrony środowiska I rok

„...nie ma życia bez gleby, ani gleby

bez życia”

Stanisław Miklaszewski (1907)

WYKŁAD 3: SIŁY WEWNĘTRZNE TEKTONIKA

Gleboznawstwo i geomorfologia

1. Działalność sił wewnętrznych

Rzeźba powierzchni Ziemi powstaje na skutek działania procesów endogenicznych i egzogenicznych.

• procesy endogeniczne wywołane są działaniem czynników pochodzących z wnętrza Ziemi, np. trzęsienia ziemi, plutonizm, wulkanizm, ruchy izostatyczne, procesy te powiązane są z tektoniką.

• procesy egzogeniczne wywołane działaniem czynników zewnętrznych, takich jak: słońce (procesy wietrzeniowe), woda (procesy fluwialne), wiatr (procesy eoliczne), lód (procesy glacjalne), pływy i fale morskie (procesy abrazyjne).

1.1. TRZĘSIENIA ZIEMI

Nagłe przemieszczenia mas skalnych w obrębie skorupy ziemskiej są

odczuwalne jako trzęsienia ziemi. Rozróżnia się trzęsienia ziemi:

a) tektoniczne, wywołane ruchami wzdłuż uskoków, izostazją lub

ruchami kier litosferycznych,

b) wulkaniczne - z reguły słabe, towarzyszą wulkanom,

c) zapadliskowe, powstające wskutek obrywania się dużych mas

skalnych, zawalenia się stropu jaskini lub podziemnych wyrobisk

(tąpnięcia).

Miejsce, z którego rozchodzą się fale nosi nazwę hipocentrum

(ognisko). Miejsce najwcześniej uderzone, znajdujące się prostopadle

nad ogniskiem, nazywa się epicentrum.

Zależnie od częstotliwości i siły uderzeń wyróżnia się obszary:

1) sejsmiczne, gdzie trzęsienia ziemi są zjawiskiem pospolitym,

2) pensejsmiczne - słabo wstrząsane,

3) asejsmiczne - wolne od trzęsień.

Obszarami najsilniej nawiedzanymi przez trzęsienia ziemi są góry

pofałdowane w niedawnym czasie (np. góry okołopacyficzne), jak

również wielkie rowy oceaniczne.

Obszary pensejsmiczne są to albo stare masywy odmłodzone w

czasie młodych ruchów (np. Masyw Centralny), albo też młode

zapadliska, jak rów reński, rowy afrykańskie, rów Morza Martwego.

Obszarami asejsmicznymi są obszary pofałdowane przed erą

paleozoiczną i następnie nie odmładzane ruchami górotwórczymi,

jak wschodnia Europa, Kanada, Brazylia, większa część Afryki i

Australii.

Trzęsienia ziemi powodują powstanie głębokich pęknięć,

pionowych uskoków i poziomych przesunięć na

powierzchni, zmiany w ukształtowaniu wybrzeży i den

morskich rzędu kilkuset metrów (np. dno japońskiej zatoki

Sagami w 1923 r.). Poza tym trzęsienia są często

bezpośrednim impulsem do obrywów, osuwisk i zapadlisk,

a także doprowadzają do zmian sieci rzecznej.

W Polsce trzęsienia ziemi są bardzo rzadkie, były

obserwowane w średniowieczu, w XVII w. oraz

sporadycznie w XX stuleciu. O sejsmiczności Pienin donosi

M. Baumgart-Kotarba (1983).

1.2. PLUTONIZM

Zjawisko to związane jest z tworzeniem, przemieszczaniem

i zastyganiem magmy (gorąca, stopiona masa krzemianów i

glinokrzemianów, tlenków, siarczków oraz wody i gazów) w

skorupie ziemskiej.

Na skutek tych procesów powstają z magmy krystaliczne

skały zwane głębinowymi lub plutonicznymi. Tworzą one

formy zwane plutonami.

Występują one w postaci intruzji (wciśnięta magma między

skały) bądź skał przeobrażonych na skutek działania

roztworów i par.

1.2. PLUTONIZM

Ze względu na kształt intruzji i ich stosunku do

otaczających je skał wyróżniamy:

intruzje zgodne, niezgodne oraz batolitowe.

W przypadku dwóch pierwszych mówimy, iż są one

ograniczone przestrzennie, tj. posiadają u góry strop, a u

dołu spąg.

Intruzje batolitowe nie posiadają spągu (ciągną się w głąb

nieprzerwanie).

1.2. PLUTONIZM

Intruzje zgodne – ich ściany schodzą się z otaczającymi je

skałami. Zaliczamy do nich:

• Sille, czyli żyły pokładowe, wciśnięte między dwie skały

w ten sposób, że strop dolnej stanowi podstawę żyły, a

spąg górnej jest stropem żyły pokładowej. Rozmiary silli

wynoszą od kilku mm do kilkudziesięciu metrów.

Tworzą się one ze skał zasadowych pochodzących od

magm łątwo płynnych (np. bazaltów).

1.2. PLUTONIZM

1.2. PLUTONIZM

• Lakolity to intruzje w kształcie bochenka lub grzyba,

wciśnięte między warstwy w ten sposób, że podstawa

lakkolitu jest płaska, natomiast strop jest kopułowato

wygięty. Magma została wprowadzona kanałem u

podstawy intruzji. Tworzone są ze skał kwaśnych, np.

granitów; występują na głębokościach 0,5-3 km.

1.2. PLUTONIZM

• lopolity to odwrócone formy lakkolityczne tzn., że są

wypukłe ku dołowi, prawdopodobnie wskutek

zapadnięcia się spągu prawdopodobnie na skutek

opróżnienia się zbiornika pod intruzją.

1.2. PLUTONIZM

Intruzje niezgodne – przecinają otaczające je struktury.

Obejmują one następujące formy zwane dajki, czyli zwykłe żyły

biegnące w poprzek warstw o różnej długości.

Występują w formie bądź małych żył kominowych (mniejsza

średnica) i dużych pni wulkanicznych (duża średnica). Wypełnia

je skała wulkaniczna.

1.2. PLUTONIZM

1.2. PLUTONIZM

Batolity – wielkie masywy zbudowane ze skał głębinowych,

najczęściej z granitów lub granodiorytów, których powierzchnia

górna przecina mniej lub więcej niezgodnie otaczające skały;

powierzchnia dolna zaś, czyli spąg batolitu, nie jest nigdzie

odsłonięta, tak że masyw batolitowy robi wrażenie jakby

ciągnął się w głąb skorupy ziemskiej i nie był podesłany przez

żadne inne skały.

1.3. WULKANIZM

Wydobywająca się na powierzchnię Ziemi lawa wraz z materiałem

piroklastycznym i porwakami skał podłoża tworzy stożki wulkaniczne

i rozległe pokrywy skał wylewnych. Rocznie jest to około 40 km3

materiału. W ten sposób tworzone są nowe formy rzeźby oraz

niszczone wcześniejszych.

Wybuch wulkanu St Helens w Stanach Zjednoczonych w 1980 r.

wysokość wzniesienia uległa obniżeniu o prawie 400 m.

Eksplozja wulkanu Krakatau w Indonezji w 1883 r. pozostawiła nad

powierzchnią wody tylko 1/3 pierwotnej wyspy wulkanicznej.

1.3. WULKANIZM

Istnieją różne sposoby wydobywania się materiału

wulkanicznego na powierzchnię:

- Erupcje – gwałtowne eksplozje, w trakcie których

wyrzucane są do atmosfery duże objętości utworów

nieskonsolidowanych (piroklastycznych).

- Efuzje – w miarę spokojne wylewy lawy o małej lepkości,

a także wzrost kopuł lawowych.

1.3. WULKANIZM

Istnieją trzy podstawowe obszary działalności

wulkanicznej:

a) zbieżne granice płyt litosferycznych, wzdłuż których

wulkanizm jest pochodną zjawiska subdukcji.

b) rozbieżne granice płyt litosferycznych, gdzie znaczne

objętości skał wulkanicznych wydobywają się na

powierzchnię z otwierających się szczelin ryftowych.

c) plamy gorąca (hot spots), rozmieszczone nieregularnie

na powierzchni Ziemi i występujące zarówno w

obszarach lądowych, jak i w basenach oceanicznych.

1.3. WULKANIZM

Wyróżnia się erupcje:

centralne – materiał wulkaniczny wydobywa się na

powierzchnię kraterem,

linijne - materiał wydobywa się wzdłuż otwartej szczeliny.

Budowa i formy wszelkich tworów wulkanicznych zależą od częstości

erupcji i ich siły, a te od lepkości lawy, jej temperatury i ciśnienia

gazów. Zależnie od tych czynników wyróżnia się kilka typów

wulkanów.

1) Typ hawajski (effuzywny) cechują spokojne wylewy ciekłych law

zasadowych (wyłącznie bazaltowych o małej lepkości) z przeważnie

centralnych kominów. Lawy te tworzą tarcze wulkaniczne, zwane też

wulkanami tarczowymi. Są to rozległe wzniesienia o stokach słabo

nachylonych (5 - 8°). Kratery tych wulkanów to zagłębienia, w wielu

przypadkach stale wypełnione gorącą lawą, która zbiera się w

kraterze i od czasu do czasu wylewa poza jego krawędź.

1.3. WULKANIZM

TYPY WULKANÓW

2) Typ strombolijski (effuzywno-eksplozywny) odznacza się krótkimi,

ale bardzo częstymi wybuchami gazów, połączonych z wyrzucaniem

bomb oraz wylewaniem się częściowo zasadowych, częściowo

kwaśnych law, które utrudniają swobodne wydobywanie się gazów.

Utwory te budują stożki lawowe o stokach stromych do 30° (np. na

Nowej Zelandii).

1.3. WULKANIZM

TYPY WULKANÓW

3) Typ wulkaniański (eksplozywno-effuzywny) cechują rzadsze, ale za

to gwałtowniejsze wybuchy. Lawa tych wulkanów jest kwaśna o dużej

lepkości, stąd przeważnie brak potoków lawowych. Z krateru

wydobywają się wraz z gazami utwory piroklastyczne, głównie

bomby i popiół wulkaniczny.

1.3. WULKANIZM

TYPY WULKANÓW

4) Typ wezuwiański (eksplozywno-effuzywny) cechuje bardziej

katastrofalny przebieg erupcji i dłuższe przerwy między nimi. Gazy

wyrzucają ogromne ilości bomb, popiołu i pyłu wulkanicznego. Obok

utworów piroklastycznych wydobywa się też lepka kwaśna lawa.

1.3. WULKANIZM

TYPY WULKANÓW

Wskutek działalności wulkanicznej typu wulkaniańskiego i

wezuwiańskiego powstają małe stożki wulkaniczne, zbudowane

wyłącznie z materiału piroklastycznego, oraz wielkie stożki

wulkaniczne, zbudowane z naprzemianległych warstw lawy i

utworów piroklastycznych. Są to stratowulkany (stratovolcano).

1.3. WULKANIZM

TYPY WULKANÓW

1.3. WULKANIZM

TYPY WULKANÓW

5) Typ pliniański (eksplozywny), nazwany

od Pliniusza Starszego, który obserwował

z bliska katastrofalne skutki wybuchu

Wezuwiusza w 79 roku n.e., cechuje

bardzo wielka gwałtowność, są wyrzucane

głównie popioły.

6) Typ peleański (eksplozywny), nazwany od wybuchu Mt Pelee na

Martynice w 1902 r., cechuje największa gwałtowność wybuchu,

poprzedzonego długim okresem spokoju. Wraz z gazami są

wyrzucane ogromne masy pyłu wulkanicznego.

1.3. WULKANIZM

TYPY WULKANÓW

Działalność wulkaniczna typu pliniańskiego i

peleańskiego przejawia się głównie w niszczeniu form

wulkanicznych, zbudowanych w spokojniejszym okresie.

Wybuchy Wezuwiusza w 79 r. n.e., Bandaisanu w 1888 r. i

Krakatau w 1883 r. zniszczyły dużą część stożków

wulkanicznych, doprowadzając do powstania kalder.

1.3. WULKANIZM

TYPY WULKANÓW

1.4. FORMY STRUKTURALNE POCHODZENIA WULKANICZNEGO

Formami charakterystycznymi dla wulkanów są kratery i kaldery.

Krater jest czeluścią, która za pośrednictwem komina łączy się z

komorą magmową, znajdującą się na głębokości od kilku do

kilkunastu kilometrów. Tym kominem i kraterem wydobywa się

gorąca lawa o temperaturze ponad 1000°C oraz kawałki skał podłoża

i gazy wyrzucające utwory piroklastyczne. Wulkany mogą mieć jeden

krater albo oprócz centralnego także poboczne, przechodzące w

stożki pasożytnicze.

Kaldera to wielkie, przeważnie koliste zagłębienie w szczytowej

części wulkanu, w którym znajduje się nowy stożek z kraterem, np.

Monte Somma jest krawędzią kaldery, w której mieści się stożek

Wezuwiusza. Kaldery powstają wskutek gwałtownej eksplozji,

niszczącej górną część stożka wulkanicznego (np. Krakatau), albo

wskutek osiadania spowodowanego zapadaniem się stropu komory

pomagmowej wraz ze środkową częścią stożka wulkanicznego

(Hawaje).

1.4. FORMY STRUKTURALNE POCHODZENIA WULKANICZNEGO

Rys. 8. Kaldera wulkanu Krakatau po wybuchu w 1883 r

a - resztki dawnego stożka, b - młody stożek, c - lawa w starej kalderze

1.4. FORMY STRUKTURALNE POCHODZENIA WULKANICZNEGO

1.4. FORMY STRUKTURALNE POCHODZENIA WULKANICZNEGO

Maary to koliste zagłębienia o

średnicy do ponad 1 km,

przechodzące w kanał wypełniony

utworami piroklastycznymi (np. w

Szwabii i górach Eifel, na Nowej

Zelandii).

Maary są nieraz otoczone niskim

wałem tufowym i tufowo-

lawowym o nachyleniu ok. 4°.

Podstawy wulkanów tarczowych (największe formy wulkaniczne nz

Ziemi) (shield volcano) mają do 400 km średnicy, a wysokości sięgają

nawet 10 000 m (Mauna Loa wznoszący się z dna basenu Oceanu

Spokojnego). Lawy bazaltowe wylewają się także przeważnie

spokojnie z otwartych szczelin (gja) utworzonych w czasie

wybuchów. Na tych szczelinach powstają następnie liczne kratery i

małe stożki wulkaniczne (Islandia).

Z law mniej ciekłych (głównie andezytowych) są zbudowane kopuły

wulkaniczne (lava dome) o formach bardziej stromych. Powstawały

one m.in. Wskutek nabrzmiewania pokryw lawowych pod naciskiem

law podpływających (np. w Owernii).

1.4. FORMY STRUKTURALNE POCHODZENIA WULKANICZNEGO

Obecnie czynnych lub drzemiących (np. Fudżijama od 1707 r.) jest

ponad 800 wulkanów. Spośród nich większość występuje w

okołopacyficznych łańcuchach wyspowych i w młodych łańcuchach

górskich; towarzyszą także wielkim rozłamom skorupy ziemskiej w

obrębie platform kontynentalnych i oceanicznych oraz grzbietom

oceanicznym.

W Polsce nie ma świeżych form wulkanicznych. Działalność

wulkaniczna zaznaczyła się tu w hercyńskiej i alpejskiej fazie

górotwórczej.

1.4. FORMY STRUKTURALNE POCHODZENIA WULKANICZNEGO

Dziękuję za uwagę