Charakterystyka zjawisk endogenicznych

Wszelkie czynniki geologiczne, które oddziałują na powierzchnię Ziemi, przekształcając ją zarówno w skali lokalnej jak i globalnej dzieli się na zewnętrzne czyli egzogeniczne oraz wewnętrzne zwane endogenicznymi. Na pierwszą grupę czynników składają się następujące procesy: wietrzenie, grawitacyjne ruchy masowe, rzeźbotwórcza działalność wiatru, krasowienie, działalność wód płynących, lodowców i lądolodów, śniegu, wreszcie rzeźbotwórcza działalność morza. Zasadniczo wszystkie te procesy mogą zachodzić dzięki dostawom energii słonecznej. Grupę przeciwstawnych procesów stanowią zjawiska endogeniczne, których geneza tkwi we wnętrzu Ziemi. Zalicza się do nich: ruchy izostatyczne, epejrogeniczne, orogeniczne, zjawiska plutoniczne, wulkanizm oraz trzęsienia Ziemi. Charakterystyka zjawisk endogenicznych zostanie tu przedstawiona w powyższej kolejności.

Mianem ruchów izostatycznych określa się pionowe wznoszenie się fragmentów skorupy ziemskiej, które mają na celu zachowanie izostazji, czyli równowagi grawitacyjnej w przyrodzie. Równowaga ta często bywa zachwiana na dwa sposoby: poprzez nadmierne obciążenie (wskutek zalegania pokrywy śnieżnej, osadów morskich lub zwiększonej ilości wody w zbiornikach morskich) bądź odciążenie (poprzez wysychanie zbiorników, zachodzącą erozję) fragmentów powierzchni Ziemi. Wszystkim tym zaburzeniom równowagi przeciwdziałają ruchy izostatyczne. Powodują zatem podnoszenie obszarów nadmiernie obciążonych, a obniżanie tych, które zostały pozbawione znacznej ilości materiału skalnego, glebowego, wody. Współcześnie ruchy izostatyczne wznoszące mają miejsce np. na Półwyspie Skandynawskim, który w okresie plejstocenu został znacznie obniżony wskutek zalegającej na nim potężnej czaszy lodowej.

Drugi rodzaj ruchów stanowią tzw. ruchy epejrogeniczne czyli lądotwórcze. Przyczynę ich powstawania utożsamia się procesami magmowymi, zachodzącymi wewnątrz skorupy ziemskiej. Polegają one na pionowym, bardzo powolnym wahadłowym wznoszeniu się lądów i obniżaniu się dna oceanicznego. Ruchy te powodują zmiany w położeniu bazy erozyjnej na lądach (czyli maksymalnej głębokości, do jakiej teoretycznie może zachodzić erozja, np. rzeczna). O istnieniu tego typu ruchów świadczą niejednakowe wysokości teras morskich pochodzących z różnych okresów.

Bodaj najbardziej zauważalne w krajobrazie są ruchy orogeniczne (górotwórcze). Są to ruchy poziome prowadzące do powstania gór fałdowych. Ich tworzenie się zachodzi przede wszystkim na skutek przesuwania się płyt litosfery względem siebie. Góry fałdowe powstają w wyniku sfałdowania osadów morskich, zalegających w strefie subdukcji, które następnie ulegają wypiętrzeniu w wyniku zachodzących wznoszącym ruchom izostatycznym. Osady o olbrzymiej grubości zgromadzone w tej strefie subdukcji (czyli obszarze wsuwania się płyty oceanicznej pod kontynentalną) noszą miano geosynkliny. Innym sposobem powstawania gór fałdowych jest kolizja dwóch płyt kontynentalnych. Bez względu na genezę ten rodzaj gór (góry fałdowe) najpowszechniej spotyka się na obszarze kuli ziemskiej.

W budowie gór fałdowych wyróżnia się dwa zasadnicze elementy: fałdy oraz płaszczowiny. Fałdy stanowią powyginane warstwy skalne, których część wypukła nosi miano antykliny, a część wklęsła- synkliny. Płaszczowina z kolei, to zafałdowanie potężnych rozmiarów, które przemieszczone jest na znaczne odległości. Podczas procesu nasuwania płaszczowina podlega dodatkowo fałdowaniom, które sprawiają, że w jej obrębie wyróżnia się dodatkowo szereg mniejszych fałdów. Fałdy te mogą przybierać różne kształty; w zależności od ich odchylenia w stosunku do pionu wyróżnia się następujące rodzaje fałdów: stojący, pochylony, obalony, leżący, przewalony, wachlarzowy, skrzynkowy oraz łuska. Należy zaznaczyć, ze takie deformacje górotworów, w wyniku których dochodzi do powstania fałdów i płaszczowin określa się mianem ciągłych, bowiem ciągłość poszczególnych warstw skalnych zalegających na sobie nie została przerwana.

Drugim typem gór są góry zrębowe, które tym różnią się od poprzednich, że tworzące je warstwy skalne zostały pocięte zniekształceniami o charakterze nieciągłym. Do najważniejszych elementów budowy tych górotworów zalicza się uskoki, rowy oraz zręby. Szczególnie znaczenie odgrywają uskoki, które definiuje się jako przesunięcia warstw skalnych wzdłuż powierzchni pęknięcia. Zrąb to z kolei blok skalny odcięty uskokami ze wszystkich stron, który wznosi się nad otaczającymi blokami. Mianem rowu określa się natomiast silnie wydłużone zapadlisko. W literaturze wymienia się kilka rodzajów uskoków, które różnią się między sobą stopniem przesunięcia płaszczyzn oraz usytuowania płaszczyzny, wzdłuż której doszło do przesunięcia. Mówi się zatem o uskokach normalnych, w których wyróżnia się skrzydło wiszące i zrzucone, a powierzchnia uskokowa, po której w sposób grawitacyjny doszło do zsunięcia skrzydła wiszącego ma stromy charakter. Wyróżnia się również uskoki inwersyjne, powstałe pod wpływem bardzo intensywnych bocznych nacisków warstw otaczających, a także przesuwcze, zwane również transformującymi, w których dwa bloki skalne są względem siebie poziomo przesunięte.

Odnosząc się do powyższych informacji można dokonać podziału pasm górskich ze względu na ich genezę. Dwie pierwsze grupy zostały już pokrótce scharakteryzowane; są nimi góry fałdowe oraz zrębowe. Trzecim typem genetycznym są góry wulkaniczne, które na lądzie częściej przybierają postać pojedynczych wzniesień, aniżeli rozległych łańcuchów. Erupcje wulkaniczne powodują bowiem wyrzucanie lawy w taki sposób, że rozrost wulkanu następuje w sposób koncentryczny. Natomiast na dnie zbiorników morskich, tam gdzie tworzy się nowa skorupa oceaniczna częściej dochodzi do wypiętrzania całych łańcuchów o długości nawet kilkunastu tysięcy kilometrów, które określane są mianem grzbietów śródoceanicznych.

Inne kryteria podziału gór zwracają uwagę na ich wysokość bądź wiek powstania. Wiek ten ściśle związany jest z orogenezami, które w dziejach Ziemi zachodziły kilkakrotnie. Nie oznacza to jednak, że poza tymi okresami, Ziemia pozostawała w stanie idealnego spokoju. Orogeneza oznacza bowiem czas szczególnej aktywności; po jej zakończeniu ta aktywność zmniejsza się ale nie ustaje.

Opisywane powyżej orogeny fałdowe usytuowane są w obszarach granicznych płyt litosfery, czyli stref szczególnie aktywnych sejsmicznie. Mówiąc o granicach płyt można mieć na myśli styk płyty oceanicznej z kontynentalną, bądź dwóch kontynentalnych. To właśnie w przypadku zderzenia się dwóch kier lądowych procesy górotwórcze zachodzą najintensywniej. Świadczy o tym przede wszystkim wysokość gór powstałych w takich strefach (Himalaje).

W przypadku obszarów górskich bardzo duże znaczenie odgrywają niszczące czynniki egzogeniczne, przeciwdziałające procesom wewnętrznym. Jeśli przeważają te drugie, wówczas mamy do czynienia z górami młodymi, których wysokość systematycznie wzrasta. W przypadku dominacji procesów erozyjno- denudacyjnych nad endogenicznymi, wówczas rzeźba danego obszaru starzeje się, traci swą ostrość i wyrazistość, a wysokości (zarówno względne jak i bezwzględne) poszczególnych form maleją.

Kolejnym , czwartym już zjawiskiem endogenicznym są trzęsienia ziemi. Powstają one na skutek rozchodzenia się tzw. fal sprężystych wewnątrz Ziemi. Według definicji trzęsieniem ziemi jest drgający ruch skorupy ziemskiej obserwowany na jej powierzchni, a wywołany siłami wewnętrznymi. W wyniku tych drgań dochodzi do przesunięć skał, które skutkują rozchodzeniem się fal sejsmicznych. Wyróżnia się trzy zasadnicze rodzaje fal sejsmicznych: podłużne (P), poprzeczne (S) oraz powierzchniowe (L). Najszybsze spośród wymienionych są fale podłużne, które mają zdolność przenikania zarówno przez ciała stałe, ciecze jak i gazy. Zmieniając ośrodek np. ze stałego na ciekły fale te załamują się. Drugi rodzaj fal (poprzeczne) tym różni się od pierwszego, że fale te mają zdolność przemieszczania się jedynie w ośrodku stałym, kiedy na swej drodze napotkają ciecze bądź gazy całkowicie zanikają. Natomiast fale typu L (powierzchniowe) przemieszczają się jedynie po zewnętrznej warstwie skorupy ziemskiej.

Z punktu widzenia bezpieczeństwa ludzkiego bardzo istotna jest możliwość przewidywania trzęsień ziemi z takim wyprzedzeniem, które umożliwiłoby ewentualne przeprowadzenie akcji ratowniczej. Znane obecnie sposoby nie są jednak zbyt skuteczne; opierają się między innymi na obserwacji zmian: w kącie nachylenia powierzchni ziemi, porowatości skał, poziomu wód gruntowych, zachowań zwierząt, itp. Tak naprawdę dopiero w momencie wystąpienia trzęsienia jest możliwe precyzyjne określenie jego siły. Służą do tego sejsmografy, które zapisują przebieg całego procesu od wstrząsów wstępnych, przez główne, po końcowe. Zapis, który otrzymuje się w wyniku rejestru sejsmogramu nosi nazwę sejsmografu.

Na obszarze objętym trzęsieniem szczególnie ważne są dwa punkty: epicentrum oraz hipocentrum. Hipocentrum to inaczej ognisko, w którym dochodzi do tworzenia się fal sejsmicznych. Epicentrum natomiast to miejsce zlokalizowane na powierzchni ziemi, dokładnie nad hipocentrum. Do tego punktu fale sejsmiczne docierają w pierwszej kolejności, w związku z czym siła trzęsienia jest tam największa.

Istnieją dwie skale służące ustaleniu wielkości trzęsienia ziemi: skala Richtera oraz Mercallego. Pierwsza z nich, 9- stopniowa, opisuje ilość energii wyzwalanej w trakcie zdarzenia. Każdy kolejny stopień w tej skali oznacza wstrząsy o energii 10- krotnie większej od poprzedniego. Skala Mercallego (12- stopniowa) służy natomiast do opisu widocznych skutków trzęsienia.

Tak jak w przypadku gór, tak i w tym można dokonać klasyfikacji zjawiska ze względu na genezę. Kierując się właśnie sposobem powstawania, trzęsienia ziemi dzieli się na tektoniczne, wulkaniczne oraz zapadliskowe. Pierwsza grupa stanowi aż 90 % wszystkich trzęsień. Powstają one w strefach granicznych płyt litosfery (strefy grzbietów oceanicznych, strefy subdukcji, rowy oceaniczne, łuki wysp) oraz na obszarach górskich wypiętrzonych w czasie ostatniej orogenezy (efekt rozładowywania zgromadzonych w skałach naprężeń) Są najbardziej katastrofalne w skutkach.

Trzęsienia ziemi typu wulkanicznego są znacznie rzadsze (ok. 7 % wszystkich trzęsień). Nie są tak groźne jak typ pierwszy. Występują wówczas gdy magma przedziera się przez warstwy skalne, bądź bezpośrednio w momencie erupcji.

Sporadycznie tylko dochodzi do trzęsień typu zapadliskowego, czyli tzw. tąpnięć. Związane są one ze specyficznymi obszarami (tereny górnicze bądź krasowe). Stanowią jedynie 3 % wszystkich trzęsień, są przeważnie słabe, a ich zasięg jest lokalny.

Biorąc pod uwagę częstotliwość oraz prawdopodobieństwo wystąpienia trzęsień, Ziemia dzieli się na trzy typy obszarów: sejsmiczne o trzęsieniach częstych i silnych ("ognisty pierścień" wokół Pacyfiku, młode góry fałdowe, grzbiety śródoceaniczne, basen Morza Karaibskiego), pensejsmiczne z trzęsieniami rzadko występującymi bądź częstymi, lecz słabymi (góry z orogenez przedalpejskich, m. in. Masyw Centralny, Harz, Ural) oraz asejsmiczne, na których trzęsienia ziemi nie występują (baseny oceaniczne, platformy kontynentalne).

Kolejne dwa procesy endogeniczne związane są przemieszczaniem się magmy, określane są wspólnym mianem magmatyzmu. W przypadku plutonizmu magma nie wydostaje się na powierzchnię ziemi, lecz krąży w jej warstwach wewnętrznych. W wyniku tego krążenia dochodzi do powstawania magmowych skał głębinowych. Pod pojęciem magmy rozumie się rozgrzany do temperatury nawet 1000^oC stop glinokrzemianów oraz innych związków, wraz z gazami w nich rozpuszczonymi, który pozostaje pod ogromnym ciśnieniem.

Temperatura magmy sprawia, że ma ona tendencją do wznoszenia się do góry. Jeśli w tym procesie wznoszenia napotka szczeliny międzyskalne, to wciska się w nie tworząc tzw. intruzje.

Ważne jest, by pamiętać, że wiek intruzji zawsze jest młodszy od wieku powstania formacji skalnych, przez które przeciska się magma. Informacja ta jest bardzo istotna dla określania chronologii wydarzeń oraz wieku względnego skał.

Intruzje mogą przybierać bardzo różne kształty i rozmiary. Do największych należą batolity, występujące najczęściej w częściach środkowych łańcuchów górskich. Ich rozmiary podłużne i poprzeczne rozmiary mogą osiągać nawet kilkaset km. Ich dolna część określana jest mianem spągu. Świetnym przykładem batolitu, który odsłania się na powierzchni są Karkonosze. Innymi formami intruzji są lakolity przybierające kształty bochenkowate, soczewkowate, zbliżone do grzyba; formułują się one pomiędzy warstwami skalnymi nie zaburzając ich ułożenia. Tworzą się również żyły, które mogą układać się zgodnie z uwarstwieniem skał (sille) bądź niezgodnie (dajki).

Magma, która krąży między skałami odznacza się bardzo wysoką temperaturą, a to powoduje znaczne przeobrażenia skał sąsiadujących (powstawanie skał metamorficznych). Dodatkowo bardzo często w bliskości takich intruzji dochodzi do powstawania wód mineralnych i termalnych.

Warto zwrócić uwagę na zjawisko metamorfizmu, które stanowi niejako odrębny proces endogeniczny. Rozumie się przez niego szereg przeobrażeń skał, które zaznaczają się w ich składzie mineralnym, strukturze oraz teksturze. Przeobrażenia te wywołane są najczęściej podwyższonymi warunkami ciśnienia i temperatury, a także występowaniem w sąsiedztwie innych substancji o specyficznych właściwościach. Im głębiej, tym przeobrażenia skał zachodzić będą bardziej intensywnie, co wiąże się oczywiście ze wzrostem ciśnienia i temperatury.

Z wymienionym wcześniej pojęciem magmatyzmu związany jest także wulkanizm, w przypadku którego magma w postaci lawy wraz z innymi produktami wydostaje się na powierzchnię ziemi, co prowadzi do formowania skał magmowych wylewnych, różniących się od głębinowych tym, że czas ich stygnięcia jest znacznie krótszy, w związku z czym struktura wewnętrzna skał ma charakter skrytokrystaliczny.

Ze względu na miejsce wydostawania się magmy, jego kształt, erupcje klasyfikuje się jako linijne bądź centralne. W przypadku tych pierwszych procesy wydostawania się materiału na powierzchnię (którego przeważnie jest bardzo dużo) zachodzą spokojnie, natomiast erupcje centralne, o ujściu magmy skoncentrowanym mogą mieć bardzo różny charakter. W zależności od typu wulkanu (efuzywne- stożkowe i tarczowe, eksplozywne, stratowulkany) w wyniku erupcji na powierzchnię ziemi i do atmosfery wydostają się: lawa wulkaniczna, utwory piroklastyczne, gazy wulkaniczne. Dodatkowo wybuchy prowokować mogą powstawanie lawin, spływów popiołowych, chmur gorejących, a także powstawania tsunami. Mogą wywołać także lokalne trzęsienie ziemi.

Lawa nieodłącznie towarzyszy eksplozjom we wszystkich trzech typach wulkanów. Może być ona bardziej lub mniej lepka, co warunkuje sposób jej przemieszczania się, a tym samym stopień zagrożenia dla miejscowej ludności. Prędkość spływającej lawy kwaśnej nie przekracza zazwyczaj kilku km/h. Odznacza się ona jednak znaczną lepkością, która powoduje zatykanie ujścia krateru. Gazy gromadzące się przez długi czas we wnętrzu wulkanu sprężają się, co prowadzi często do katastrofalnych, gwałtownych erupcji. Lawa zasadowa o mniejszej lepkości płynie natomiast znacznie szybciej. Jej prędkość może dochodzić nawet do 40 km/h. Spływając tworzy długie potoki lub pokrywy; nie przyczynia się do zaczopowania krateru, przez co wybuchy nie są aż tak gwałtowne. Bez względu jednak na prędkość płynięcia temperatura lawy jest ogromna, wynosi na ogół 730-1250°C.

Utwory piroklastyczne wydostają się w czasie erupcji wulkanów eksplozywnych oraz stratowulkanów. Mianem tych utworów określa się pyły i popioły stanowiące najdrobniejsze cząstki lawy, lapille (niewielkie kamyczki), bomby wulkaniczne ( bryły zastygłej lawy), piasek wulkaniczny pochodzący ze zniszczonego stożka, a także ogromne odłamy skalne. Utwory te mogą niekorzystnie wpływać na środowisko przyrodnicze jak i działalność ludzką w sposób dwojaki.

Gazy wulkaniczne są nieodłącznym elementem każdej erupcji, choć szczególnego znaczenia nabierają w przypadku wybuchów wulkanów eksplozywnych i mieszanych czyli stratowulkanów. Zjawisko wydobywania się gazów ze szczelin na zboczach stożka i u jego podnóża określa się mianem ekshalacji. Może do niej dochodzić zarówno na obszarach czynnych wulkanicznie, jak i tam gdzie działalność ta zakończyła się stosunkowo niedawno. Gazy wulkaniczne różnią się między sobą zarówno pod względem składu chemicznego jak i temperatury. Biorąc pod uwagę to drugie kryterium można wyróżnić następujące rodzaje gazów: fumarole o temperaturze dochodzącej do 1000^o C, solfatary, których temperatura mieści się w przedziale 100- 300^o C, a także zimne mofety (temperatura do 100^o C). Do najważniejszych składników należą: para wodna, dwutlenek węgla, wodór, chlorowodór, fluorowodór, siarkowodór, dwutlenek siarki, metan, amoniak.

Bardzo niebezpiecznym zjawiskiem towarzyszącym erupcjom eksplozywnym są tzw. chmury gorejące czyli zawiesiny utworów piroklastycznych w oparach gazów. Chmury te odznaczają się wysoką temperaturą (nawet do 1000^o C) i poruszają się z wielką prędkością nierzadko osiągającą 300 km/h. W czasie wybuchu wulkanu temperatura lawy, gazów i innych utworów wydostających się z krateru sprawia, że ewentualna pokrywa śnieżna, lodowa zalegająca na stożku bądź u jego podnóża gwałtownie zanika przekształcając się w potoki wody. Prowadzi to do powstawania tzw. laharów zwanych inaczej spływami popiołowymi. Złożone są one z okruchów piroklastycznych, wody, popiołów. Osiągają prędkość kilkudziesięciu km/h. Do powstawania tego typu spływów mogą przyczyniać się także opady deszczu już po wygaśnięciu erupcji.

Jak już zostało powiedziane wcześniej, lawa kwaśna, lepka często zatyka krater, co skutkuje przeważnie gwałtownym wybuchem, w wyniku którego zniszczeniu ulega górna część stożka. Dodatkowo wybuch taki prowadzić może do powstania kaldery, to jest ogromnego kotła bądź zagłębienia na miejscu dotychczasowego stożka. Gwałtowne wybuchy skutkują bardzo często lawinami gruzowymi, w skład których oprócz gruzu wchodzą także gorące popioły oraz bloki skalne. Osiągają one bardzo duże prędkości, nawet do 80 km/h. Także zjawisko tsunami pozostaje w ścisłym związku z wybuchami wulkanów (zarówno lądowych jak i podmorskich), choć może ono powstawać również w wyniku trzęsienia ziemi. Wskutek gwałtownej erupcji, kiedy do zbiornika morskiego nagle dostarczona zostanie duża ilość materiału piroklastycznego, może dojść do wzbudzenia potężnej fali, która następnie przekształci się w falę tsunami.