Podstawowe wiadomości z geologii.doc

Temat: 5. Podstawowe wiadomości z geologii.

5.1. Ziemia i układ słoneczny.

Przez ciała niebieskie rozumie się wszystkie obiekty znajdujące się w przestrzeni wszechświata. Ciałami niebieskimi są .więc: Ziemia, Słońce, Księżyc, wszystkie planety, gwiazdy, komety, meteoryty, a ró­wnież zbudowane przez człowieka i umieszczone w przestrzeni między­planetarnej sztuczne satelity Ziemi; sputniki, rakiety kosmiczne, stacje międzyplanetarne.

Zespół najbliższych Ziemi ciał niebieskich stanowi układ słonecz­ny. Słońce jest centralnym i zarazem największym ciałem niebieskim tego układu. Ziemia jest planetą układu słonecznego i wraz z innymi - należącymi do niego - planetami krąży dookoła Słońca, obracając się równocześnie wokół własnej osi. Pogląd ten wyłożył po raz pierwszy wielki polski astronom Mikołaj Kopernik (1473 do 1543). Jego wiekopomne dzieło pt. „O obrotach ciał niebieskich" zapocząt­kowało rozwój nowożytnej astronomii.

Rys. 5.1. Układ słoneczny

Słońce stanowi olbrzymią kulę rozżarzonych gazów. Średnica Słońca jest około 109 razy większa od średnicy Ziemi. Masa Słońca jest 332 000 razy większa od masy Ziemi. Temperatura powierzchni Słońca wynosi około 6000°C, a jego wnętrza - do 25 milionów °C.

W układzie słonecznym rozpoznano dotychczas dziewięć planet. Są to: najbliższy Słońca - Merkury, a następnie w kolejności Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun i Pluton. Porównanie wielkości planet układu Słonecznego z wielkością Ziemi pokazano na rys. 5.1.

Wszystkie planety krążą wokół Słońca po zbliżonych do koła orbitach eliptycznych, obracając się równocześnie dookoła swoich osi. Niektóre planety mają krążące wokół nich ciała satelitarne. Są to księżyce. Planeta Saturn oprócz 10 księżyców ma również potrójny pierścień. Planety nie świecą światłem własnym  - jak Słońce - lecz odbitym światłem słonecznym. Większość ich jest otoczona grubszą lub cieńszą powłoką gazową, zwaną atmosferą.

Nasza planeta Ziemia ma jeden Księżyc. Jest on odległy od Ziemi o 384 402 km, średnica jego równa się 1/4 średnicy Ziemi, a masa jest 81 razy mniejsza od masy Ziemi. Czas obiegu Księżyca dokoła Ziemi wynosi 27,3 dna i równa się czasowi obrotu Księżyca dokoła jego osi. Dzięki temu widzimy z Ziemi zawsze jedną i tą samą stronę Księżyca. Poznanie drugiej strony Księżyca oraz uzyskanie dokładnych danych o ukształtowaniu jego powierzchni uzyskano dzięki fotografiom wy­konywanym ze sputników oraz obserwacjom kosmonautów.

Zagadnienie powstania układu słonecznego nie jest dotychczas całkowicie wyjaśnione. Istnieje wiele teorii, wśród których przeważa pogląd wiążący powstanie planet z przemianami materii zachodzącymi w jądrze słonecznym. W czasie takich przemian odrywała się od Słońca materia, z której później powstawały planety.

Temat: 5.2. Budowa Ziemi.

Kształt i wielkość Ziemi. Ziemia ma kształt kuli spłaszczonej na biegunach, czyli tzw. geoidy. Na podstawie pomiarów ustalono następujące wymiary Ziemi:

- promień równikowy                             6378,4 km,

- promień biegunowy                             6357,9 km,

- powierzćhnia                                                                                                     510,0 mln km2,

- objętość                                                                                                  1083,0 mln km3.

Sfery Ziemi. W budowie Ziemi można wyróżnić zasadniczo trzy części, zwane sferami (rys. 5.2):

- barysfera, czyli jądro Ziemi,

- mezosfera albo sfera pośrednia, zwana również płaszczem,

- litosfera, czyli skorupa ziemska.

Rys. 5.2. Przekrój przez Ziemię

Barysfera ma promień około 3470 km i składa się głównie z niklu (Ni) i żelaza (Fe). Stąd nazywana jest rów­nież nife. Gęstość jej wynosi około 8 t/m3.

Mezosfera, czyli sfera pośrednia, ma grubość około 2800 km. W budowie dolnej jej warstwy przeważają: nikiel, żelazo, krzem i mangan, w górnej części chrom, żelazo, krzem i magnez. Gęstość jej w dolnej warstwie wynosi od 6 t/m3, w warstwach górnych do 3,5 t/m3.

Litosfera, czyli skorupa ziemska, ma grubość około 100 km. Dolna jej warstwa, w której przewagę mają krzem (Si) i magnez (Mg), na­zywa się simą, górna, gdzie przewagę mają krzem (Si) i glin (Al), nosi nazwę sialu. Gęstość sialu określono na 2,7 do 2,9 t/m3, a gęstość simy na 3,3 t/m3. Przypuszcza się, że dolna, silnie nagrzana sfera simy znajduje się w stanie półplastycznym. Średnia gęstość Ziemi wynosi 5520 kg/m3.

Do sfer Ziemi zalicza się również:

- hydrosferę, czyli wody oceaniczne i morskie występujące na powierzchni litosfery,

- atmosferę, czyli powłokę gazową Ziemi,

- biosferę, czyli sferę życia, rozwijającego się na powierzchni litosfery, w hydrosferze i w dolnych warstwach atmosfery.

Ciśnienie i temperatura Ziemi. Na powierzchnię Ziemi oddziałuje ciśnienie atmosfery, czyli ciśnienie atmosferyczne. W głębi Ziemi działa ciśnienie wywołane ciężarem nadległych warstw. Znając średnią gęs­tość materii danej sfery, można wyliczyć ciśnienie dla zadanej głęboko­ści. Tym sposobem wyliczono, że na głębokości 10 km panuje cisnienie 26 MPa, na głębokości 100 km (granica litosfery) 260 MPa, a w środku Ziemi ciśnienie przekracza 300 000 MPa.

Temperatura powierzchni Ziemi zależy od ciepła słonecznego. Zmienia się ona w ciągu doby, a także w ciągu roku, zależnie od pory roku. Nawet na bardzo nieznacznej głębokości (np. w piwnicy) różnice temperatury w ciągu dnia i w ciągu roku są mniejsze niż na powierzchni. W naszym klimacie wpływ zmian temperatury w ciągu doby odczuwalny jest do głębokości około 1,3 m. Zmiany temperatury rocznej odczuwalne są do głębokości 20 do 26 m. Na tej głębokości panuje stała temperatura równa średniej rocznej, która w naszym klimacie wynosi 8°C.

Obserwacje i pomiary dokonane w kopalniach i otworach wiert­niczych wykazują wzrost temperatury ze wzrostem głębokości. Liczba metrow o jaką trzeba się posunąć w głąb, aby temperatura podwyż­szyła się o 1°C nazywa się stopniem geotermicznym. Jego wielkość może wynosić od kilku (czeskie kopalnie węgla brunatnego) do stu kilkudziesięciu metrów (półwysep Kola).

W Polsce stopień geotermiczny wynosi 30 do 40 m. Jedynie na Pojezierzu Mazurskim stwierdzono w jednym z otworów (Pisz) stopień geotermiczny wynoszący 70 m. W Górnośląskim i Dolnośląs­kim Zagłębiu Węglowym stopień geotermiczny wynosi od 31 do 35 m. Wielkość stopnia geotermicznego ma duże znaczenie dla górnict­wa, gdyż wysoka ciepłota skał ogranicza głębokość prowadzenia eksploatacji górniczej.

Na podstawie stopnia geotermicznego nie można wyliczać tem­peratur panujących na dużych głębokościach, gdyż obliczone wielkości są za wysokie. Przeprowadzone na innych zasadach wyliczenia wyka­zują, że na głębokości 20 km temperatura wynosi około 500°C. Temperaturę jądra Ziemi ocenia się na około 5000°C. Przyjmując tak wysoką temperaturę, a również bardzo duże ciśnienie nie można ...