Transcript 2. stavba země

Přírodní katastrofy a jejich řešení
Přednáška (2)
Všeobecné poznatky o
Zemi
prof. Ing. Pavel Poledňák, PhD.
1.
VZNIK A VÝVOJ ZEMĚ
Vědecké hypotézy o vzniku planet:
•hypotézy, které předpokládají žhavý vznik planet,
•hypotézy, které předpokládají vznik planet ze studené
mezihvězdné hmoty.
Exploze supernovy, která dala základ vzniku sluneční
soustavy, se odhaduje na 4,6 mld. roků. Vzniknuté horké
plynné mračno se postupně ochlazovalo a kondenzovalo.
Uprostřed rotujícího plynově-prachového tělesa diskovitého
tvaru vznikl zárodek Slunce – hvězdy, která zabrala z původní
mlhoviny asi 90 % látky.
Z primitivního a v zásadě homogenního shluku hmoty –
prvotní Země se stala živá, tzv. modrá planeta procesem,
který nazýváme diferenciace. Jde o vývoj spočívající v
postupném gravitačním rozvrstvení hmoty do, v zásadě
koncentrických vrstev - sfér, které se od sebe liší fyzikálními i
chemickými parametry.
1.
VZNIK A VÝVOJ ZEMĚ
Obr.1 Postupná diferenciace homogenní primitivní Země
(zdroj: http://geol.jex.cz/menu/vznik-a-vyvoj-zeme)
1.
VZNIK A VÝVOJ ZEMĚ
Zem patří k vnitřním planetám sluneční soustavy s poměrně
velkou hmotností. Je výrazně diferencovaná na:
• kůru,
• plášť,
• vnitřní pevné jádro,
• vnější kapalný obal.
Nejstarší horniny mají absolutní
věk (věk od vzniku geologické
formace) víc než 3,5 mld. roků.
Obr.2 Vznik prvotní atmosféry
(zdroj: http://maritime2.haifa.ac.il/eng/default.asp)
1.
VZNIK A VÝVOJ ZEMĚ
Skupina
Útvar
KVARTÉR
(Čtvrtohory)
Holocén
Absolutní věk
(mil. roků)
0 až 2
Horotvorní období
Evropě
Pleistocén
Neogén
25
(druhá etapa)
MEZOZOIKUM
Paleogén
Krieda
70
140
Alpinské
(Druhohory)
Jura
185
(prvá etapa)
PALEOZOIKUM
Trias
Perm
225
270
Hercynské
(Prvohory)
Karbon
320
(Variské)
Devón
400
Kaledonské
Silúr
420
Ordovik
480
Kambrium
Algonkium
570
1 100
Asyntské
Karelj
1 800
(kadomské)
(Starohory)
ARCHAIKUM
Archaiuk
2 600
(Prahory)
Katarchaikum
3 500
TERCIÉR
(Třetihory)
PROTEROZOIK
UM
Alpinské
2.
STAVBA ZEMĚ
V současnosti se používá trojdílný model stavby zemského
tělesa:
• zemská kůra (SIAL),
• zemský plášť (SIMA),
• zemské jádro (NIFE).
2.
STAVBA ZEMĚ
Průřez Země podle Bullena (zdroj Čabalová – Baliak 2001)
2.
STAVBA ZEMĚ
Vnější jádro: 30,8 % hmotnosti Země, hloubka 2 890–
5 150 km.
Skládá se z horké, elektricky vodivé tekutiny, ve které
dochází ke konvekci. Tato vodivá vrstva společně s rotací
Země vytváří elektrické pole (tzv. dynamojev) a zároveň
i pole magnetické, čímž se kolem Země vytváří ochranný
štít – magnetosféra, která nás chrání před kosmickým
zářením.
Vnější jádro je zároveň zodpovědné za nepatrné výkyvy
v rychlosti zemské rotace. Tato vrstva obsahuje nejenom
železo (80 %), ale i některé lehčí prvky. Vědci se
domnívají, že je složená až z 10 % síry, eventuálně
kyslíku, což jsou prvky, které se hojně vyskytují ve
vesmíru a velice snadno se rozpouští v roztaveném
železe.
2.
STAVBA ZEMĚ
Vnitřní jádro (jadérko):1,7 % hmotnosti Země, hloubka
5150–6370 km. Vnitřní jádro je pevné, od pláště ho dělí
roztavené vnější jádro. Předpokládá se, že pevné jádro se
vytvořilo jako důsledek tuhnutí za vysokého tlaku, protože
teplota, která uvnitř panuje, dosahuje asi 4 700 °C.
Tento jev pozorujeme také u kapalin; kapalina tuhne, jakmile
klesá teplota nebo vzroste tlak.
Zemský plášť se rozkládá do hloubky 2 900 km. Zabírá až
84% objemu a 69% hmoty Země a je tvořen poměrně
těžkými křemičitanovými minerály, některé jsou velmi
podobné těm, které známe ze zemské kůry. Informace o plášti
se získává převážně z úlomku tzv. xenolitů a analýzy
seizmických vln. Hustota je v rozmezí 4600 až 5500 kg.m-3.
2.
STAVBA ZEMĚ
Spodní plášť: 49,2 % hmotnosti Země, hloubka 650–2890
km. Spodní plášť je složen hlavně z křemíku, magnesia a
kyslíku, dále obsahuje i trochu železa, kalcia a hliníku.
Předpokládá se, že se Země skládá z podobných prvků jako
Slunce a meteority.
Vrchní plášť: 10,3 % hmotnosti Země, hloubka 10–400km.
Xenolity pochází převážně ze svrchních vrstev vrchního pláště
a objevují na erodovaných horských hřebenech nebo převážně
pak při vulkanických výbuších. Mezi nejvýznamnější minerály,
které byly takto objeveny, patří olivíny, pyroxen (Mg, Fe), SiO3
atd.
Astenosféra: 7,5 % hmotnosti Země, hloubka 60–250 km.
Přechodová vrstva je původem čedičové magma, ale dále
obsahuje i vápník, hliník, granát, což je horninotvorný
minerál. Tato vrstva se velice snadno rozpouští a vytváří
bazalt. Je to vrstva, která umožňuje pohyb litosférických
desek a občas jako magma stoupá do vrstev ležících nad touto
vrstvou.
2.
STAVBA ZEMĚ
Zemská kůra je velmi tenký, vrchní obal Země. Tvoří míň než
1 % objemu a 0,5 % hmoty Země.
Zemská kůra jako celek vznikla v průběhu dlouhého
vývoje diferenciací ze zemského pláště.
Podle mocnosti a složení rozlišujeme kůru:
• kontinentální,
– horní vrstva sedimentární,
– střední vrstva granitová,
– spodní vrstva bazaltová
• oceánskou,
• přechodnou.
Mezi dva základní typy počítáme kontinentální a oceánskou
zemskou kůru, liší se nejen mocností, ale i složením a
hustotou. Jednotlivé litosférické desky se pohybují po
plastickém podkladu – astenosféře (stoupají, klesají a
pohybují se do stran).
2.
STAVBA ZEMĚ
Kontinentální kůra je část zemské kůry, která buduje
kontinenty, šelfy až po úpatí kontinentálního svahu v
oceánech. Mocnost této vrstvy je v rozmezí od 25 do 70 km,
průměrně 40 km.
Horní vrstva sedimentární má průměrnou mocnost 2 až
4km, někdy chybí nebo přesahuje i 10 km. Rychlost šíření
podélných seizmických vln je 1,5 až 5,0 km.s-1.
Střední granitová vrstva se skládá z kyselých vyvřelých a
metamorfovaných hornin. Průměrná mocnost je 10 až 20 km,
rychlost šíření podélných seizmických vln je 5,8 až 6,0 km.s-1,
hustota 2 500 až 2 700 kg.m-3.
Spodní bazaltová část je tvořená především bazickými
magmatitmi a metamorfitmi. Její mocnost kolísá, nejmenší je
na starých platformách – asi 15 km, největší v mladých
horských pásmech, v Himalájích až 50 km. Rychlost šíření
podélných seizmických vln je 6,0 až 7,4 km.s-1, hustota 2 800
až 3 300 kg.m-3.
2.
STAVBA ZEMĚ
Oceánská kůra je část zemské kůry, která se nachází
pod oceány. Má menší mocnost než pevninská kůra,
zpravidla 5 až 10 km. Skládá se z tenčí sedimentární
a především z bazaltové vrstvy. Význačné pro oceánskou
kůru je, že absentuje granitová vrstva. Oceánská kůra
vznikla parciálním tavením z horního pláště a
představuje primitivnější typ kůry.
Zemská kůra a nejvyšší část zemského pláště tvoří
litosféru, která na kontinentech dosahuje tloušťky 100
až 150 km a pod oceány tloušťku do 100 km.
Je rozdělená do litosférických
horizontálně pohybují.
dosek,
které
se
3. POHYBY A TVAR ZEMĚ
Země vykonává tři základné pohyby:
• pohyb okolo Slunce,
• otáčení okolo vlastní osy,
• precesní a nutační pohyb.
Pohyb Země okolo Slunce je po eliptické dráze vzdálené od
Slunce 147 až 152 mil. km. Rychlost oběhu Země cca 30
km.s-1. Doba jednoho oběhu je jeden hvězdný rok (365 a ¼
dne). Výsledkem je střídání ročních období a vznik základných
klimatických pásem na povrchu Země.
3. POHYBY A TVAR ZEMĚ
Precesní a nutační pohyb. Orientace osy rotace v důsledku
přitažlivosti Slunce se mění. Zemská osa rotuje pomalu po
pomyslné kuželové ploše, která svírá s normálou k rovině
zemské oběžné dráhy úhel 23,5o.
Ve chvíli, kdy není osa Země svislá a tedy její směr se
neshoduje s gravitační silou, začne se osa Země otáčet kolem
svislé osy a opisuje plášť kužele. Tento pohyb je označován
jako precese. Takový pohyb můžeme dobře pozorovat právě
u káči.
Nutace je precesi nadřazena, avšak nutační elipsa je v
porovnání s precesní mnohem menší. Hlavní příčinou nutace je
Měsíc. Jeho eliptická oběžná dráha je oproti ekliptice skloněna
asi o 5,1°, a proto se neustále mění velikost a směr jeho
gravitační síly. Výstupný uzel trajektorie Měsíce se posouvá
zpětně a za každých 18,6 let opíše úhel 360°.
3. POHYBY A TVAR ZEMĚ
Zemská precese
(zdroj: http://www.greier-greiner.at/hc/praezession.htm)
3. POHYBY A TVAR ZEMĚ
Zemská precese.
Pohyb zemské osy
(zdroj: http://www.greier-greiner.at/hc/praezession.htm)
3. POHYBY A TVAR ZEMĚ
Dnes se používají následující základní údaje o referenční
ploše Země:
• průměrná delší poloosa na rovníku
6 378,160 km,
• průměrná kratší poloosa na pólu
6 376,755 km,
• povrch
510,106 km2,
• hmotnost
5 977.1021 kg,
• průměrná hustota
5 517 kg.m-3,
• zploštění
1/298,25.
4. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI ZEMĚ
Základnými fyzikálními vlastnostmi Země jsou:
• gravitace,
• tlak a hustota,
• magnetizmus,
• teplota.
Gravitace Země je daná součtem zemského
gravitačního pole a pole odstředivých sil vznikajících
vlivem rotace Země. Její intenzita se měří zrychlením
volně padajícího tělesa. Gravitační zrychlení na
povrchu Země není konstantní. Největší je na pólech –
9,832 m.s-2, nejmenší na rovníku – 9,780 m.s-2.
Tlak je vyvolaný především hmotností nadložního
sloupce hornin a je podmíněný gravitačním zrychlením.
Vnitrozemský tlak se zvětšuje s hloubkou a v jádře
stoupá až na 4,0.105 MPa.
4. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI ZEMĚ
Hustota je poměr hmotnosti látky k jej objemu bez ohledu na
její stav. Hustotu Země výrazně ovlivňuje tlak. Se vzrůstajícím
tlakem se hustota zvyšuje. Střední hustota zemské kůry se
pohybuje v rozmezí 2 700 až 2 800 kg.m-3. Střední hustota
Země je 5 520 kg.m-3. Hustota zemského jádra se odhaduje v
rozmezí 8 000 až 12 000 kg.m3.
Magnetizmus. Země se chová jako permanentní magnet.
Silové účinky zemského magnetizmu se projevují v
geomagnetickém poli, které má kladný jižný a záporný severní
pól. Magnetické póly Země nejsou totožné se zeměpisnými
póly a jsou v ustavičném pohybu. V současnosti je jižní
magnetický pól v arktické oblasti Severní Ameriky a severní je
na jižní polokouli v Antarktidě.
Geomagnetická osa je nejkratší spojnici geomagnetických
pólů, nevede přes střed Země a s osou zemské rotace svírá
úhel přibližně 11,5o. Magnetická deklinace je odchylka
směru magnetického poledníku a zemského poledníku
v daném místě (může byť západní a východní).
4. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI ZEMĚ
Magnetická deklinace
4. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI ZEMĚ
Teplotu Země podle původu rozlišujeme:
• vnější,
• vlastní (vnitřní).
Nejvýznačnějším vnějším zdrojem je tepelná energie
slunečního záření, která se ve většině odráží do okolního
prostoru. Asi 23% sluneční energie se spotřebuje na
vypařování vody do atmosféry a jen okolo 20% energie
slunečního záření tepelně ovlivňuje nejvyšší části zemské
kůry.
Kolísání denní teploty se projevuje do hloubky 1,5 až 2 m,
roční pak do hloubky asi 20 až 30 m.
4. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI ZEMĚ
Geotermický stupeň udává rychlost nárůstu teploty a
v Evropě je to 33 m.oC-1.
Geotermický gradient je převrácená hodnota
geotermického stupně a vyjadřuje zvýšení teploty v st.
C na 100 m hloubky.
Hodnoty geotermického stupně a geotermického
gradientu jsou závislé na geologickém složení
i tektonické a vulkanické aktivity. Teplota stoupa
nejrychleji v zemské kůře, potom pomaleji.
Na rozhraní mezi zemskou kůrou a zemským pláštěm se
předpokládá teplota 500 až 1 000 o C, na hranici se
zemským jádrem dosahuje až 4 000o C.
5. HORNINY
Vnější pevný obal Země tvoří pevné a nezpevněné
horniny, které obsahují určité seskupení minerálů.
Horniny a minerály jsou základní složkou zemské kůry.
Minerál - anorganická přírodnina, která vykazuje
specifické chemické složení a charakteristickou atomární
stavbu; většina minerálů má krystalickou vnitřní stavbu,
Hornina - soubor minerálů v tuhém stavu; horniny se
vzájemně liší minerálním složením, fyzikálními
vlastnostmi a stářím,
Většina hornin se skládá ze dvou a více minerálů;
horniny tvořené výhradně jedním minerálem =
monominerální horniny.
5. HORNINY
Horniny podle způsobu vzniku rozdělujeme na:
• vyvřelé (magmatické),
• usazené (sedimentární),
• přeměněné (metamorfované).
Vyvřelé horniny vznikají krystalizací přirozené silikátové
taveniny – magmatu. Jejich složení a vzhled závisí na
chemickém složení magmatu a na podmínkách, při kterých
magma tuhla (zejména na rychlosti jejího ochlazování). Z
hlediska vzniku jsou to horniny primární.
Usazené horniny vznikají z produktů zvětrávání už
existujících hornin, které zůstávají na místě rozrušení, nebo
různými transportačními procesy jsou odnášené (voda, vítr
apod.) a na jiném místě sedimentované. Vzhledem na způsob
vzniku jde o sekundární horniny.
Přeměněné horniny vznikají přeměnou existujících
vyvřelých, usazených nebo už dříve přeměněných hornin. Jsou
to horniny, které po svém vzniku podlehli přeměnám za
endogenních podmínek, v rámci kterých se přizpůsobovaly
změněným fyzikálním, někdy i chemickým podmínkám.
Vzhledem na způsob vzniku jde o sekundární horniny.
5. HORNINY
Horninový cyklus - koloběh hornin v zemském nitru a na povrchu
Země
5. HORNINY
Rozdělení vyvřelých hornin
5. HORNINY
Hlavní typy sedimentačních prostředí
5. HORNINY
Vznik různých typů přeměněných hornin v závislosti na hloubce jejich zanoření