Geologia dynamicznaTekst

0
Recenzje
Przeczytaj fragment
Oznacz jako przeczytane
Jak czytać książkę po zakupie
Czcionka:Mniejsze АаWiększe Aa

Dla Oleńki, którą kocham i kochał będę wciąż


Projekt okładki i stron tytułowych Marek Goebel

Wydawca Katarzyna Włodarczyk-Gil

Koordynator ds. redakcji Renata Ziółkowska

Koordynator produkcji Mariola Grzywacka

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN Marcin Kapusta / konwersja.virtualo.pl

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo.

Więcej na www.legalnakultura.pl.

Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2006, 2010, 2014, 2018

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2018 r., (wyd. IV)

Warszawa 2018

ISBN 978-83-01-20151-7

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Spis treści

Przedmowa do wydania czwartego

1. Ziemia a nauki geologiczne

Geologia a nauki przyrodnicze

Materia Ziemi jako obiekt badań geologicznych

Wiek Ziemi

Budowa Ziemi

Ciepło Ziemi

Procesy endogeniczne i egzogeniczne kształtujące oblicze Ziemi

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

2. Minerały i skały

Minerały, ich budowa i właściwości fizyczne

Główne minerały i ich cechy

Kwarc i minerały pokrewne (postacie krzemionki)

Skalenie

Skaleniowce

Miki

Amfibole i pirokseny

Oliwiny

Granaty

Turmaliny

Inne krzemiany i glinokrzemiany

Tlenki i wodorotlenki

Siarczki

Fosforany

Węglany

Siarczany

Halogenki

Pierwiastki rodzime

Skały i ich geneza

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

3. Plutonizm i skały plutoniczne

Magma

Intruzje

Skały plutoniczne i żyłowe

Przegląd skał plutonicznych i żyłowych oraz miejsca ich występowania w Polsce

Skały kwaśne

Skały obojętne

Skały zasadowe

Złoża kopalin towarzyszące intruzjom

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

4. Wulkanizm i skały wulkaniczne

Erupcje wulkaniczne

Produkty erupcji

Lawy i gazy

Utwory piroklastyczne

Wulkany i ich rodzaje

Skutki erupcji wulkanicznych

Erupcje podmorskie

Rola wulkanizmu w dziejach Ziemi

Najsilniejsze erupcje wulkaniczne

Superwulkany

Rozmieszczenie wulkanów

Skały wulkaniczne

Przegląd skał wulkanicznych i subwulkanicznych oraz miejsca ich występowania w Polsce

Skały kwaśne

Skały obojętne i zasadowe

Zjawiska i procesy powulkaniczne

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

5. Wietrzenie

Wietrzenie mechaniczne

Wietrzenie chemiczne

Udział biosfery w procesie wietrzenia

Produkty wietrzenia

Wietrzenie peryglacjalne

Wietrzenie a klimat

Charakterystyczne formy wietrzenia w morfologii terenu

Procesy wietrzeniowe w Polsce

Wietrzenie ilaste, laterytowe i solne

Gleby i ich rodzaje

Wietrzenie podmorskie

Rola wietrzenia w powstawaniu złóż surowców mineralnych

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

 

6. Sedymentacja i skały osadowe

Facje osadowe

Luki sedymentacyjne

Warstwowanie osadów

Diageneza

Konkrecje i sekrecje

Sylifikacja i fosylizacja

Skały osadowe

Skały okruchowe (detrytyczne lub klastyczne) i rezydualne

Skały organogeniczne i chemogeniczne (chemiczne)

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

7. Metamorfizm i skały metamorficzne

Rodzaje metamorfizmu

Metamorfizm termiczny (kontaktowy)

Metamorfizm zderzeniowy

Metamorfizm dynamiczny (dyslokacyjny) – dynamometamorfizm

Metamorfizm regionalny

Metamorfizm metasomatyczny

Inne rodzaje metamorfizmu

Strefy i facje metamorfizmu

Rola metamorfizmu w powstawaniu złóż kopalin

Skład mineralny i tekstury skał metamorficznych

Przegląd ważniejszych skał metamorficznych i ich występowanie w Polsce

Skały metamorfizmu dyslokacyjnego

Skały metamorfizmu regionalnego

Skały metamorfizmu kontaktowego (facji hornfelsowej i sanidynowej)

Skały ultrametamorficzne

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

8. Czas geologiczny

Względny wiek skał i procesów geologicznych

Biostratygrafia

Litostratygrafia

Diastroficzne metody ustalania względnego wieku skał i procesów geologicznych

Metody geofizyczne

Metody archeologiczne

Bezwzględny wiek skał

Metody izotopowe

Metody magnetometryczne

Metody radiogeniczne

Metody chemiczne i biologiczne

Metody syderalne

Metody sedymentologiczne

Podział dziejów Ziemi

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

9. Powierzchniowe ruchy masowe

Klasyfikacja i przyczyny ruchów masowych

Osuwiska

Osuwiska podmorskie

Inne ruchy masowe

Ruchy masowe w Polsce

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

10. Działalność wód płynących

Ablacja deszczowa

Erozyjna działalność rzek

Reżim i przepływ rzek

Transport rzeczny

Tarasy rzeczne

Klasyfikacja rzek i dolin rzecznych

Akumulacja rzeczna

Znaczenie geologicznej działalności wód płynących

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

11. Wody podziemne

Krążenie wody w przyrodzie

Typy i geneza wód podziemnych

Poziomy wodonośne

Źródła

Wody mineralne i termalne

Zjawiska krasowe

Powierzchniowe formy krasowe

Podziemne formy krasowe

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

12. Lód i zlodowacenia

Geologiczna działalność śniegu

Powstawanie lodowców

Erozja lodowcowa

Erozja wód lodowcowych

Akumulacja lodowcowa i wodnolodowcowa

Zlodowacenia plejstoceńskie w Polsce

Przyczyny zlodowaceń i ich wpływ na środowisko

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

13. Działalność wiatru

Erozja eoliczna

Akumulacja eoliczna

Warstwowanie osadów eolicznych

Wydmy w Polsce

Lessy

Pustynie

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

14. Wybrzeża

Woda morska

Ruchy wody morskiej

Pływy

Falowanie

Prądy oceaniczne

Geologiczna rola mórz i oceanów

Erozja morska

Typy wybrzeży

Osady morskie

Transport i akumulacja w strefie brzegowej

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

15. Ruchy i deformacje skorupy ziemskiej

Parametry orientacji przestrzennej powierzchni

Typy deformacji tektonicznych

Deformacje ciągłe

Deformacje nieciągłe

Deformacje ciągłe i nieciągłe na mapach geologicznych

Planisekcja

Intersekcja

Przyczyny deformacji tektonicznych

Ruchy skorupy ziemskiej

Pionowe ruchy skorupy ziemskiej

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

 

16. Trzęsienia ziemi

Skale trzęsień ziemi

Przyczyny i typy trzęsień ziemi

Rozmieszczenie trzęsień ziemi

Tsunami a trzęsienia ziemi

Skutki trzęsienia ziemi

Katastrofalne trzęsienia ziemi XX i XXI w.

Przewidywanie trzęsień ziemi

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

17. Wnętrze Ziemi

Grawitacja i masa Ziemi

Magnetyzm ziemski

Metody badań wnętrza Ziemi

Strefy (sfery) Ziemi

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

18. Dno oceanu

Główne rysy ukształtowania dna oceanicznego

Główne elementy tektoniczne dna oceanicznego

Strefy sedymentacyjne mórz i oceanów oraz główne grupy osadów

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

19. Tektonika płyt

Od Wegenera do tektoniki płyt

Geosynkliny – relikt przeszłości

Tektonika płyt

Inne hipotezy

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

20. Powstawanie łańcuchów górskich i skorupa ziemska kontynentów

Orogeny

Kratony

Młode platformy

Rozłamy wgłębne

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

21. Układ Słoneczny

Kratery meteorytowe? w Polsce

Warto wiedzieć

Literatura uzupełniająca

Zakończenie

Tabela stratygraficzna

Przedmowa do wydania czwartego

Dziewiętnaście lat temu Wydawnictwo Naukowe PWN zdecydowało się na wydanie książki „Geologia dynamiczna dla geografów”, przeznaczonej jako podręcznik dla studentów niegeologicznych wydziałów przyrodniczych wyższych uczelni. Jego pierwszymi recenzentami byli mgr Mirosława Boczar, prof. dr hab. Jerzy Głazek, dr Maria Korotaj-Kokoszczyńska oraz prof. dr hab. Andrzej Sadurski. Autor jest im niezwykle wdzięczny, gdyż trud, jaki włożyli Recenzenci w ostateczny kształt podręcznika sprawił, że powstała książka chętnie wykorzystywana przez studentów. Miała ona cztery wydania, a w 2011 r. została przetłumaczona na język ukraiński i przeznaczona dla studentów Uniwersytetu Lwowskiego im. Ivana Franki. Z czasem okazało się, że po podręcznik sięgają również chętnie studenci wydziałów geologicznych. Fakt ten skłonił autora do zmiany formuły podręcznika – rozszerzenia go o nowe treści i zmiany kolejności rozdziałów. W ten sposób w 2006 r. powstał podręcznik „Geologia dynamiczna”, a wnikliwymi recenzentami jego konspektu byli prof. dr hab. Jacek Rajchel, obecnie emerytowany już pracownik naukowy Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie oraz prof. dr hab. Jerzy Żaba z Uniwersytetu Śląskiego w Sosnowcu, którym autor pragnie wyrazić ogromną wdzięczność, gdyż ich krytyczne uwagi pozwoliły na lepszą konstrukcję książki i wyeliminowanie błędów. Podręcznik przygotowywany był z myślą o studentach różnych wydziałów przyrodniczych – od wydziałów geologicznych po wydziały ochrony środowiska i biologii, aby studenci tych wszystkich kierunków znaleźli potrzebne im wiadomości. Studenci kierunków geologicznych znajdą w książce wyczerpujące informacje, studenci innych kierunków zaś – będą mogli wyłowić z niego intersujące ich elementy. Sądząc po tym, że każde poprzednie wydanie podręcznika miało dodruk, zamysł autora się powiódł. Autor nie uważa tego za swoją wyłączną zasługę, ale popularności książki upatruje przede wszystkim w tym, że w ciągu ostatnich kilkunastu lat na rynkach księgarskich podręczniki do geologii autora nie miały żadnej konkurencji.

Autor nie uważa, że podręcznik w sposób wyczerpujący omawia wszystkie zagadnienia z geologii dynamicznej. Jego zakres i treść odzwierciedlają bowiem poglądy autora na poziom wiedzy, jaki musi osiągnąć student. Wiedząc, że książka ma służyć przede wszystkim studentom pierwszych lat studiów, autor starał się unikać nadmiernie skomplikowanej terminologii, wychodząc z założenia, że skomplikowane problemy można wytłumaczyć za pomocą prostych słów. Nie sposób było jednak uniknąć fachowych terminów. W niektórych przypadkach autor celowo nie rozwinął pewnych zagadnień. Tak jest np. w rozdziałach poświęconych minerałom i skałom, gdyż rozszerzenie wielu wiadomości z tego zakresu Czytelnik znajdzie w „Przewodniku do ćwiczeń z geologii”, wydanym również przez Wydawnictwo Naukowe PWN.

W ciągu czterech lat, jakie upłynęły od ukazania się trzeciego wydania książki, przybyło wiele nowych danych, zmieniło się podejście do niektórych procesów geologicznych mających wpływ na środowisko przyrodnicze Ziemi, nawiedziły nasz glob liczne kataklizmy, które spowodowały okresowe zainteresowanie ogółu pewnymi geologicznymi procesami. Dlatego też, w każdym rozdziale wprowadzono zmiany, które uaktualniły ich treść, wzbogacona została także literatura przedmiotu. Rozdział poświęcony wulkanizmowi i skałom wulkanicznym został powiększony o informacje o superwulkanach. Uzupełniono informacje na temat wietrzenia podmorskiego i form wietrzeniowych, a także informacje o skałach osadowych, procesach metamorficznych, jak również o niektórych metodach datowania wieku skał i procesów geologicznych. Znacznie uzupełniono rozdział o powierzchniowych ruchach masowych, a także o wodach podziemnych (szczególnie o źródłach i wodach mineralnych). Wiele nowych informacji (lawiny śnieżne, formy polodowcowe, przyczyny zlodowaceń plejstoceńskich i in.) podano również w rozdziale poświęconym lodowcom, a także w rozdziałach poświęconych działalności eolicznej oraz wód morskich i oceanicznych. Uzupełniono rozdział poświęcony deformacjom tektonicznym, szczególnie o zagadnienia klasyfikacji i genezy struktur, a także bardziej szczegółowy opis niektórych z nich. W rozdziale o trzęsieniach ziemi umieszczono informacje o najbliższych nam czasowo wydarzeniach, zaktualizowano i dodano wiele nowych wiadomości dotyczących tsunami. Nowe informacje znajdują się też w rozdziale poświęconym oceanom i sedymentacji w nich. Ponieważ nieuchronnie zbliża się czas, że człowiek zacznie eksplorować inne planety, znacznej zmianie uległ też rozdział traktujący o Układzie Słonecznym.

Miłym obowiązkiem jest podziękować Autorom fotografii wykorzystanych w podręczniku, Autorom ilustracji, którzy zgodzili się na umieszczenie ich w książce, licznemu gronu przyjaciół, którzy zwracali życzliwe uwagi na usterki i niejasności, podsuwali nową literaturę i przekazywali wiadomości na temat nowych metod badawczych niektórych zjawisk przyrodniczych. Nie sposób wymienić nazwisk wszystkich, którzy życzliwie i aktywnie „kibicowali” autorowi na niwie wydawniczej. To dzięki nim książka nabrała obecnego kształtu.

Szczególne podziękowania należą się Pani Redaktor Katarzynie Włodarczyk-Gil z Wydawnicta Naukowego PWN za życzliwość i wyrozumiałość na każdym etapie przygotowywania obecnego wydania podręcznika. Jeśli spotka się ono z pozytywnym odbiorem przez Czytelników, to będzie w dużej mierze również Jej zasługą. Pani Redaktor Renacie Ziółkowskiej z Wydawnictwa Naukowego PWN serdecznie dziękuję za bardzo uważną redakcję oraz korektę tekstu i ilustracji.

Przygotowanie każdej książki – nowej, czy kolejnego wydania poprzedniej, wymaga dokonywania wyborów polegających głównie na podejmowaniu decyzji o ilości czasu, który można przeznaczyć książce, aby nie ucierpiały na tym inne, ważne, osobiste aspekty życia. Nie zawsze jest to wybór łatwy. Dlatego też autor uważa, że główna zasługa w powstaniu tego i innych jego podręczników przypada jego Żonie – Aleksandrze. Bez Jej akceptacji, wyrozumiałości i pomocy nie mogłaby się ukazać żadna książka autora. Kocham Ją – nie tylko za to!

Warszawa – Busko Zdrój – Spała, marzec 2018

1 Ziemia a nauki geologiczne

Geologia a nauki przyrodnicze

Geologia jest jedną z nauk przyrodniczych zajmujących się badaniem Ziemi. Termin geologia pochodzi z języka greckiego (gě – Ziemia, logos – słowo, nauka). Geologia zajmuje się głównie zewnętrznymi sferami Ziemi: skorupą ziemską, litosferą, tektonosferą. Przedmiotem badań geologicznych jest zatem budowa skorupy ziemskiej, litosfery i tektonosfery, ich historia i wszelkie zjawiska oraz procesy zachodzące w ich obrębie i na powierzchni Ziemi.

Wnętrze Ziemi jest niedostępne do bezpośrednich badań, dlatego jego poznawanie jest możliwe tylko przy zastosowaniu metod, którymi zajmuje się geofizyka.

Pierwsze próby wyjaśnienia procesów przyrodniczych podejmowali już filozofowie greccy. Heraklit z Efezu (ok. 540–480 p.n.e.) za praprzyczynę wszechrzeczy uważał ogień. W pismach Herodota (485–425 p.n.e.) znajdują się już informacje ściśle geologiczne. Arystoteles (384–322 p.n.e.) uważał, że lądy musiały być dawniej wielokrotnie zalewane przez morze. Eratostenes z Cyreny (ok. 275–194 p.n.e.) w dziele Geographica położył podwaliny nauk geograficznych.

Pliniusz Starszy (23–79) w I w. n.e. napisał m.in. 37 ksiąg Historii naturalnej, która aż do czasów odrodzenia była głównym źródłem wiedzy w naukach o Ziemi, zwłaszcza mineralogii. Zginął podczas wybuchu Wezuwiusza w 79 r. n.e.

Wieki średnie były okresem zastoju w europejskich naukach przyrodniczych. Dopiero rozwój górnictwa przyniósł wiele nowych obserwacji z dziedziny geologii. Wielki wkład w poznanie praw rządzących rozwojem skorupy ziemskiej wnieśli Leonardo da Vinci (1452–1519) i Georgius Agricola (1494–1555), którzy jako pierwsi do nauk o Ziemi wprowadzili pogląd, że procesy zachodzące dzisiaj w skorupie ziemskiej i na jej powierzchni, mogły zachodzić i w przeszłości. Byli oni zatem prekursorami ważnej w geologii zasady aktualizmu geologicznego, zwanej też uniformitaryzmem.

W XVII i XVIII w. wzrosło zainteresowanie wnętrzem naszej planety. Hipotezy dotyczące powstania i budowy Ziemi znajdujemy w dziełach Kartezjusza (1596–1650), Athanasiusa Kirchera (1602–80) i Georga-Louisa Buffona (1707–88). Przełom XVIII i XIX w. był okresem ostrych starć między zwolennikami dwóch kierunków w geologii – neptunizmu i plutonizmu. Ich nazwy pochodzą od dwóch starorzymskich bogów: Neptuna – władcy mórz i Plutona – boga świata podziemnego. Przedstawiciele neptunizmu, np. Abraham Werner (1749–1817) i Jean-Baptiste Lamarck (1744–1829), uważali, że wszystkie skały powstały w morzu, natomiast plutoniści, m.in. James Hutton (1726–97) i Leopold Buch (1774–1853), byli zdania, że główną rolę w powstawaniu skał odegrały wulkanizm i wewnętrzne ciepło Ziemi. Na przełom XVIII i XIX w. przypada geologiczna aktywność Stanisława Staszica (1755–1826), którego dzieło O ziemiorodztwie Karpatow i innych gor i rownin Polski, wydane w 1815 r., było pierwszym w języku polskim, obszernym opisem budowy geologicznej Polski i krajów ościennych.

W XIX w. dużą uwagę geologów przyciągały problemy wykorzystania szczątków organicznych zawartych w skałach (skamieniałości) do ustalania wieku skał. William Smith (1769–1839) wprowadził pojęcie skamieniałości przewodniej i stworzył zasady stratygrafii. Badania skamieniałości pozwoliły Georges’owi Cuvierowi (1769–1832), twórcy paleontologii, sformułować teorię katastrof. Zakładała ona, że w dziejach Ziemi następowały wielokrotnie okresy wymierania wszystkich organizmów, po których następował nowy akt stworzenia. Przeciwnikiem teorii Cuviera był Charles Lyell (1797–1875). W książce Zasady geologii rozwinął hipotezę Huttona znaną pod nazwą uniformitarianizmu – aktualizmu geologicznego. Aktualizm geologiczny to jedna z podstawowych i ponadczasowych zasad geologii, głosząca, że procesy fizyczne i chemiczne działające na skorupę ziemską były w przeszłości takie same jak obecnie i wywoływały te same skutki, choć natężenie tych procesów mogło być zmienne.

Rozwój nowoczesnej geologii datuje się od poł. XIX w. Edward Suess (1831–1914), zajmujący się głównie tektoniką, stworzył syntezę wiedzy geologicznej przeł. XIX i XX w. Leonce Beaumont (1798–1874) był twórcą teorii kontrakcji, zgodnie z którą procesy górotwórcze zachodzące na Ziemi mogły być związane z kurczeniem się Ziemi. James Dana (1813–95) usystematyzował minerały, a także wprowadził do geologii zarzucony już dzisiaj termin geosynklina. Olbrzymie znaczenie miały prace Alfreda Wegenera (1880–1930), którego poglądy leżą u podstaw współczesnej teorii tektoniki płyt litosfery, tłumaczącej najpełniej niemal wszystkie zjawiska rządzące ewolucją skorupy ziemskiej.

Na 2. poł. XX w. datuje się powrót do teorii katastrof. Neokatastrofizm głosi, że na ewolucję powierzchni Ziemi, a szczególnie na ewolucję biosfery, ogromny wpływ wywarły zdarzenia nagłe, które powodowały gwałtowne wymieranie całych grup systematycznych zwierząt i roślin. Do najbardziej spektakularnych zdarzeń należą oczywiście upadki obiektów pochodzenia kosmicznego, które w przeszłości geologicznej Ziemi zdarzały się wielokrotnie. Odnotować jednak należy, że te krótkotrwałe zdarzenia w żadnym stopniu nie przeczą teorii ewolucji, a wręcz odwrotnie – mogły być mechanizmem spustowym w zmianach kierunków ewolucji.

Poznawanie budowy i historii Ziemi ma wielkie znaczenie praktyczne, gdyż przyczynia się do stopniowego odkrywania złóż różnych surowców mineralnych, bez których rozwój cywilizacji nie byłby możliwy.

W miarę postępu badań wyodrębniły się różne działy geologii, które są dzisiaj w znacznym stopniu naukami samodzielnymi:

– geologia dynamiczna zajmuje się badaniem procesów kształtujących skorupę ziemską oraz sił, które powodują w niej ciągłe zmiany; jej ważnym działem jest tektonika (gr. tektonikós – budowa), zajmująca się deformacjami skał i ich genezą;

– geologia historyczna bada przeszłość Ziemi od chwili powstania skorupy ziemskiej do dzisiaj; jej ważnym działem jest stratygrafia (łac. stratum – warstwa), zajmująca się badaniem następstwa skał, ich występowaniem w czasie i przestrzeni, które prowadzi do odtworzenia historii Ziemi;

– paleontologia jest nauką o organizmach żyjących w przeszłości geologicznej i ich ewolucji, obejmująca dwa główne działy: paleozoologię i paleobotanikę;

– mineralogia bada minerały; nauką interdyscyplinarną, łączącą elementy chemii i fizyki, jest krystalografia;

– petrologia jest nauką o skałach; działem petrologii zajmującym się powstawaniem i cechami skał osadowych jest sedymentologia (łac. sedimentum – osad);

– geologia regionalna bada historię i budowę geologiczną poszczególnych fragmentów skorupy ziemskiej;

– geologia surowcowa (złożowa) zajmuje się poszukiwaniem, rozpoznawaniem, obliczaniem zasobów i określaniem warunków eksploatacji złóż kopalin użytecznych;

– geologia inżynierska zajmuje się badaniem właściwości skał na potrzeby budownictwa i zagrożeń obiektów inżynierskich;

– hydrogeologia – bada pochodzenie i ruch wód krążących w skałach, ich zasoby i zajmuje się ochroną wód i migracją zanieczyszczeń wód podziemnych;

– geologia środowiskowa zajmuje się szeroką problematyką na styku geologii i ochrony środowiska.

Cztery ostatnie działy geologii określa się wspólną nazwą geologii stosowanej. Ma ona olbrzymie znaczenie gospodarcze. Jednym z utylitarnych działów geologii jest też kartografia geologiczna, której efektem są mapy geologiczne różnego typu i przekroje geologiczne.

W ostatnich latach pojawiło się nowe, utylitarne, interdyscyplinarne pojęcie geologii gospodarczej (ekonomicznej). Jest to dyscyplina naukowa integrująca pojęcia i procesy z zakresu geologii, prawa, ekonomii, górnictwa, gospodarki surowcami mineralnymi, politologii. Geologia gospodarcza ma silne związki z gospodarką poprzez analizę popytu i podaży surowców mineralnych, analizę rynków surowcowych, kierunków rozwoju przemysłu i jego zapotrzebowania na surowce mineralne. W zachodniej literaturze określana jest także jako mineral economy badającą i promującą poznanie ekonomicznych i politycznych zagadnień związanych z produkcją i użytkowaniem surowców mineralnych.

W działalności człowieka wielkie znaczenie mają złoża kopalin. Wiele złóż zostało dawno odkrytych i są cały czas eksploatowane. Inne są dopiero rozpoznawane, a ich wydobycie jest kwestią przyszłości. Kolejne czekają na swych odkrywców. W ostatnich latach szczególnego znaczenia nabiera badanie złóż kopalin występujących w oceanie światowym (m.in. węglowodorów, fosforytów, rud metali).

Równie ważny jest problem zaopatrzenia ludności w wodę. Zasoby wód powierzchniowych stają się niewystarczające. Konieczne jest sięganie do zbiorników wód podziemnych w głębszych warstwach skorupy ziemskiej, a jest to niemożliwe bez znajomości ruchu wód w skałach i na powierzchni oraz ich genezy.

Prawo budowlane wymaga zbadania własności podłoża przed powstaniem każdej większej budowli, aby można było stwierdzić, jak się ono zachowa pod wpływem tej budowli; problemami tymi zajmuje się geologia inżynierska. Żadna z tych dziedzin geologii stosowanej nie mogłaby się rozwijać bez ciągłego postępu w podstawowych naukach geologicznych. Znajomość zaś geologii jest niezbędna do podejmowania działań w celu ochrony litosfery i jej zasobów. W ostatnich latach coraz większego znaczenia nabiera geologia środowiskowa, zajmująca się m.in. wzajemnym oddziaływaniem człowieka i środowiska abiotycznego.

Materia Ziemi jako obiekt badań geologicznych

Materia Ziemi jest dostępna bezpośrednim badaniom przede wszystkim na powierzchni i w płytkiej, przypowierzchniowej warstwie, do głębokości, do której docierają najgłębsze wiercenia (12 262 m – wiercenie SG 3 na Półwyspie Kolskim w Rosji), kopalnie (3900 m – kopalnia złota Tau Tona w RPA) i jaskinie (2204 m – Jaskinia Wieriowkina w Górach Gagryjskich w Abchazji). Jednakże średnia gęstość materii w tej warstwie jest o wiele mniejsza niż średnia gęstość materii całej Ziemi. Oznacza to, że wnętrze Ziemi jest zbudowane inaczej.

Skład chemiczny Ziemi można poznać przede wszystkim na podstawie analiz chemicznych skał występujących na powierzchni, których źródłem była materia znajdująca się głęboko w skorupie lub pod skorupą ziemską, na podstawie badań geofizycznych, badając skład meteorytów spadłych na powierzchnię Ziemi, które, zgodnie z panującymi obecnie hipotezami kosmogonicznymi, stanowiły jedno ze źródeł materii, z której uformowała się Ziemia jako planeta. Meteoryty to szczątki ciał niebieskich (planet, planetoid czy komet) docierających do Ziemi i upadających na powierzchnię. Jest prawdopodobne, że skalista Ziemia ma wiele wspólnych cech z innymi planetami podobnego typu, których pozostałością są meteoryty.

O składzie chemicznym głębszych warstw Ziemi wnioskujemy na podstawie rozmieszczenia mas w jej wnętrzu. Badania geofizyczne świadczą o tym, że wraz z głębokością zwiększa się ciężar właściwy skał, a zatem zwiększa się też udział cięższych pierwiastków. W dużej mierze nasze poglądy na skład chemiczny wnętrza Ziemi są hipotetyczne, ale opierają się na najbardziej prawdopodobnych modelach, określonych parametrami fizycznymi. Składem chemicznym poszczególnych warstw Ziemi i procesami w nich zachodzącymi teraz i w przeszłości zajmuje się geochemia.

Charakterystyczną cechą składu chemicznego Ziemi (tab. 1.1) jest bardzo nierównomierny udział poszczególnych pierwiastków chemicznych w budowie poszczególnych warstw (rys. 1.1).

Tabela 1.1. Udział głównych pierwiastków chemicznych w budowie Ziemi


Pierwiastek Zawartość (%) Pierwiastek Zawartość (%)
żelazo 32,1 nikiel 1,8
tlen 30,1 wapń 1,4
krzem 15,1 glin 1,5
magnez 13,9 chrom 0,46
siarka 2,9 pozostałe 0,8

Odmienny jest natomiast skład chemiczny skorupy ziemskiej, w której dominują pierwiastki z mniejszym ciężarem właściwym (tab. 1.2).