Čas v geologické historii Země Environmentáln lní geologie sylabus 1 Ladislav Strnad Rozsah 2/0 ZS - Z Rozsah 2/0 LS Zk Trvání 20.století 0.000 0002% % doby existence Země Život na Zemi 85-90% Mnohob. org. 15% Hommo Sapiens 0.002%!! Naše civilizace <0.0002%!!! Určov ování stáří v geomateriálech disciplína Geochronologie Horniny, minerály (10 9 10 5 let) -využívající radioaktivního rozpadu prvků rozpad 238 U 206 Pb; 235 U 207 Pb; minerál zirkon rozpad 87 Sr 87 Rb; 40 K 40 Ar; živce, slídy Kvartérn rní a recentní materiál kosterní zbytky, stromy, rašeliny, ledovce 14 C (10 3 10 5 let); 210 Pb (0 - X00 let) aj. VZNIK VESMÍRU Teorie Velkého třeskut Rozpínání Vesmíru Stáří Vesmíru Nejnovější pozorování 13.7 mld let První sekundy-existence existence pouze částic, T ~ 5x10 9 K Od 10 6 let první atomy, Éra látky, l T < 3000 K Od 10 9 let první hvězdy a galaxie, jak známe nyní Hvězdy SLUNCE Vzdálenost od Země 150 000 000 km Hvězda - vesmírný objekt na němžn vzplanula termonukleárn rní reakce Průměr Hvězda vzniká z mlhovin vodíkov kového plynu, Teplota povrchu 5 700 K působením m gravitace Teplota jádra Termonukleárn rní reakce, Extrémn mní uvolnění Doba otočení energie - spalování jader H, D, He kolem osy Doba života hvězd záleží na velikosti Chemické složení 10 8 10 10 H let He Rovnovážný ný stav hvězdy zdy gravitační síla vs. O termonukleárn rní reakce C Spektrum a povrchová teplota hvězd ca od 3000 20 000 K (Slunce 5 700 K) Průměrná hustota 1,4 g/cm 3 1,989 10 30 kg 1 400 000 km 15 000 000 K 25 dní rovník 36 dní póly 92,1 % 7,8 % 0,061 % 0,03 % Celkový výkon Tok energie u Země Úniková rychlost Tíhové zrychlení 4 10 26 W 1,4 kw/m 2 618 km/s 28 g 1
Supernova, exploze supernovy Vzácný v naší části Vesmíru (ca 1x za 400roků) extremní projev (kolaps) vývoje některých hmotných hvězd(dvouhvězd) Nejextrémnější teplota ve Vesmíru až 10 11 K Proces nukleogeneze, vznik většiny prvků Při explozi SN dochází k masivnímu rozmetání hmoty hvězd a tedy i nově vzniklých prvků do okolního Vesmíru Sluneční systém m (soustava) součást st Galaxie (Mléčné dráhy) planetky Terestrické a plynné planety (kamenné) Vznikly akrecí z pracho-plynn plynného mračna před p ca 4.6 mld let METEORITY (1) Nediferencované chondrity bez přeměny Tzv. primitivní složení,nejpočetnější (2) Diferencované např. železné meteority Většina stáří 4.5-4.6 mld let, Odvozuje se i stáří Země 4.6 Masivní bombardování Země v ranných stadiích její existence Původně patřil tento materiál (1) i (2) pravděpodobně jednomu tělesu, které se záhy po vzniku rozpadlo Halleyova kometa Jádro - Halleyova kometa KOMETY Malé objekty max. desítky km (jádro komety) Chvost se tvoří až v blízkosti Slunce Periody (navracení ke Slunci) od X do ca 10 5 let Složení zmrzlé plyny CO 2,CO,CN,led Součást tzv. Oortův oblak zbytek původního pracho-plynného disku MERKUR VENUŠE Mariner Vzdálenost od Slunce Rovníkový průměr Gravitační zrychlení Doba rotace Doba oběhu Povrchová teplota 57.91 mil. km 3.3 x 10 23 kg 0.55 hmot Země 4879 km 3.7 m.s -2 58.65 dní 87.97 dní 427 až -173 C Složení 70% Fe-Ni, 30% silikát Velké kovové jádro Slabé mag. pole Vysoká hustota 5.4g.cm-3!! Téměř žádná atmosféra; Tlak = 0 Střední vzdálenost od Slunce 108,2 mil. km (0,723 AU) oběžná doba 224,701 d Střední rychlost na oběžné dráze 35,02 km s -1 Rovníkový průměr Venuše 12 104 km Venuše 0,815 M Z ; 4,871x10 24 kg Doba rotace Venuše 243 d 03 h 50 min Střední hustota Venuše 5 250 kg.m -3 Gravitační zrychlení 0,905 g Z ; 8,88 m.s -2 Pravděpodobně jádro-plášť-kůra Podobnost se Zemí; desková tektonika? Intenzivní vulkanická činnost Tlak 100 x pozemského Teplota na povrchu 300 500 C! Atmosféra 96%CO 2,3%N 2..SO 2,CO aj. 2
..tak která to bude.. MARS Složení jadro-plášť-kůra, Podobnost se Zemí, tekuté jádro? V minulosti intenzivní vulkan činnost Výlevy bazaltů Výrazné zbarvení povbrchu ox. Fe Sedimentární horniny? Desková tektonika nepozorována Polární čepičky! voda v pevném stavu Velmi slabé mag. pole Teplota povrch Atm. tlak - 100 0 C 0,7 0,9 kpa Rovníkový průměr 6 804,9 km 6,4185 10 23 kg Oxid uhličitý Dusík 95,32 % 2,7 % Průměrná hustota Gravitace na rovníku 3,934 g/cm 3 3,69 m/s 2..viz. další slajdy Argon Kyslík 1,6 % 0,13 % Perioda rotace Sklon rotační osy 1,026 d (24,622 h) 25,19 Vnější (pracho)plynné planety nepodobné Zemi Všechny velké množství satelitů, některé aktivní Planeta Země JUPITER Atmosféra: 86% H2, 14%He Satelit Europa silikátový povrch; a voda v atmosféře!!! Atmosféra planet ~ H 2 a He Z hlediska geologie i možných primit. forem života jsou zajímavější některé satelity těchto planet, které mají silikátový povrch a vodu SATURN 97% H2, 3%He URAN NEPTUN 83% H2, 15%He 2% CH 4 74% H2, 25%He 1% CH 4 PEVNÁ ZEMĚ - -HYDROSFÉRA ATMOSFÉRA - -BIOSFÉRA ENDOGENNÍ E X O G E N N Í GEOLOGIE GEOLOGIE VZNIK ZEMĚ Akrecí spojováním m prachových částic z původnp vodní mlhoviny Gravitační kontrakce, vznik protoplanety První miliardu let existence Země masivní bombardování meteorickým materiálem Od počátku vývoje výrazná diferenciace tělesa t (gravitační segregace), jádro, j pláš ášť,, kůra, k prvotní atmosféra (H2,He He,CO2..) Gravitační diferenciace Dnešní stav Obvod na rovníku 40 075,004 km Obvod přes póly 40 041,455 km Průměr 6378 km 6x10 24 kg Prům.hustota 5.5 g/cm 3 Gravitace 9,81 m/s2 Sklon rot. Osy 23,5 Oběžná doba 365.25 dní ZEMĚ ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKY Rotační elipsoid A A Orbitální rychlost 30 km/s Rychlost rotace rovník 465 m/s Souřadnicový systém 3
VNITŘNÍ STAVBA ZEMĚ Zemská kůra (nejsvrchnější pevná část Země, ca 5-70 km) Kůra kontinent. 2.7 g/cm3 ocean. 2.9 g/cm3 --- --- MOHO diskontinuita--- -- Plášť - 3.3 g/cm3 spodní 4.4 5.5 g/cm3 (Plastická vrstva astenosféra ca 100 200 km) Jádro - 10 g/cm3 ve středu Země cca 15 g/cm3 (Zóna plasticity) Chemické a látkovl tkové složen ení Země pokles zastoupení ZEMSKÁ KŮRA O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, Ti např. granit (žula), bazalt ZEMSKÝ PLÁŠŤ O, Si, Mg, Fe, Al, Ca aj. Např. peridotit ZEMSKÉ JÁDRO Fe-Ni, S..(Co, Cr, silik.) železo-niklová slitina Většina hornin v litosféře (kůra+nejsvrchnější plášť) je složena z minerálů skupiny: (1) silikátů obsahující Si-O 4 skupinu (2) oxidy,karbonáty,chloridy,sírany,fosfáty, prvky Nejvíce zastoupeno v zemském tělese je Fe! Chemické složení Země jako celku 34,6% Fe!!! 29,5% O 2 15,2% Si 12,7% Mg 2,4% Ni 1,9% S Laboratoř Vnitřní stavba a složen ení Země Odkud to všechno v víme??? v Přímá pozorování v terénu, xenolity (cizorodé uzavřeniny v horninách), hluboké vrty, laboratorní zkoumání - modelování Země jako tyčový magnet Pohyb pevného zemského jádra pravděpodobně indukuje: MAGNETICKÉ POLE ZEMĚ (důležité pro existenci života na Zemi) ODRÁŽÍ/usměrňuje SLUNEČNÍ VÍTR Meteority,, jejich složen ení; ; stáří a zastoupení Geofyzikáln lní měření - seismická pozorování identifikuj identifikují rozhraní v zemských sférách na základě různého šířen ení seismických vln v horninách P a S vlny SLUNCE Směr Slunečního větru Sluneční vítr jsou nabité energetické částice: hlavně protony, elektrony a α-částice 4
ENDOGENÍ DYNAMIKA ZEMĚ Desková tektonika Angl. = Plate tectonic Má vztah k zemětřesení a vulkanické činnosti Vše je vzájemně propojeno Studuje vzájemné pohyby zemských (litosférických) desek Pochopení fungování deskové tektoniky = pochopení fungovaní geologických procesů v litosféře (kamenný obal Země, nejsvrchnější část ca 100km) Alfred Wegener 1880-1930 1930 1912 - The Origin of Continents and Oceans Původní superkontinent nazývá PANGEA (250 mil. let zpět) otec deskové tektoniky Všiml si podobnosti východního okraje J.Ameriky a z.okraje Afriky a podobných fosilních společenstev enstev Zemské desky (aktivní) Okraje desek 1.Divergentní, 2.konvergentní odtahují se přitahují se kontinent/kontinent Vzájemný styk jednotlivých desek může mít 3 rozhraní: 1.Divergentní 2.Konvergentní 3.Transformní 1. Divergentní okraj oceánský rift Oceánský hřbet 2. Divergentní okraj kontinentální rift Velká příkopová propadlina Od Sýrie přes Mrtvé moře, Rudé moře a pokračuje východoafrickým riftem Počáteční stadium oddělení nového kontinentu - produkuje bazaltové magma oceánských hřbetů vzniká parciálním tavením svrchního pláště (v astenosféře, z horniny tzv. pyrolitového složení) - magma s obsahem SiO2 ~ 50% Kontinent Kontinent ISLAND, riftové nebo tzv. lineární erupce Kráter Ngorongoro 5
2.Konvergentní okraj oceán/kontinent Magmatický oblouk sedimenty Basaltová kůra -Produkuje převážně granitické magma vzniká parciálním (částečným) natavením basaltové kůry a sedimentů s vysokým obsahem vody v subdukční zóně. Vzniká magma s vysokým obsahem SiO2 = 60-75% (silně viskózní = špatně tekoucí oproti bazaltovému magmatu) Typické horniny - Andezity, Dacity, Ryolity J.Amerika Nazca 2.Konvergentní okraj - kontinent/kontinent Tzv. kontinentální kolize Např. srážka indického kontinentu s asijským -od konce mesozoika Spodní Trias ~ 65 Ma do dnes Vznik pohoří Himálaj a Tibetské plošiny Indie Tibetská náhorní plošina H i m á l a j Gobi Indie Směr pohybu Indie 3. Transformní okraj V podstatě jde o horizontální posun Oblast Kalifornie Zlomové pásmo San Andreas KONVEKCE - KONVEKČNÍ PROUDĚNÍ V PLÁŠTI Var v konvici GOLDEN GATE BRIDGE 6