Litosfera

Najbardziej zewnętrzną powłoką kuli ziemskiej jest litosfera, składająca się ze skorupy ziemskiej oraz z górnej części płaszcza ziemskiego. Głównymi warstwami skorupy ziemskiej są sial oraz sima. Oddziela je tzw. strefa nieciągłości Conrada, występująca tylko w niektórych częściach skorupy ziemskiej. Grubość skorupy ziemskiej i całej litosfery jest zróżnicowana: mniejsza pod dnem oceanów, większa pod kontynentami. W zależności od rodzaju i grubości skał tworzących skorupę wyróżnia się: część kontynentalną, subkontynentalną i oceaniczną. Skorupa kontynentalna stanowi prawie 80 % objętości całej skorupy, chociaż zajmuje zaledwie 4 0% powierzchni Ziemi. Skorupę ziemską od płaszcza Ziemi oddziela granica sejsmiczna, zwana powierzchnią nieciągłości Mohorovičiča (MOHO), która znajduje się na głębokości od 7 do ponad 40 km. O jej istnieniu świadczą m.in. nagłe spadki prędkości fal sejsmicznych. Litosfera różni się od pozostałych warstw skorupy ziemskiej zarówno pod względem składu chemicznego, jak i właściwości fizycznych. Do najbardziej charakterystycznych fizycznych cech wnętrza Ziemi należą: stały wzrost temperatury (średnio o 1°C na 33 m głębokości - stopień geotermiczny, oraz wzrost ciśnienia (średnio 1 atmosfera na 3,7 m głębokości).

We wnętrzu Ziemi panuje ogromne ciśnienie - około 350 tys., które nadaje skałom i minerałom zupełnie inne właściwości niż te, które znamy z powierzchni Ziemi. Niektórzy badacze uważają, że jądro wewnętrzne ma cechy zbliżone do ciała sprężystego, a jądro zewnętrzne do ciała plastycznego. W składzie jądra Ziemi przeważa żelazo z domieszką niklu.

Minerały

Badania litosfery pozwoliły na rozpoznanie wielu minerałów wchodzących w skład skał, z których zbudowana jest skorupa ziemska. Minerały różnią się gęstością, barwą, połyskiem, twardością, łupliwością i przezroczystością. Do najbardziej znanych należą m.in.: kwarc, skaleń, mika, kalcyt, sól kamienna, siarka, złoto, anhydryt, magnetyt. Z ogólnej liczby prawie 4000 minerałów jedynie ok. 50 należy do podstawowych składników skał. Wśród tych minerałów na szczególną uwagę zasługują kryształy. Są one symetryczne, a ich ściany wykazują wyjątkową regularność wzajemnego ułożenia. Najtwardsze minerały, o maksymalnej przezroczystości, silnym połysku i odbiciu światła nazywane są kamieniami szlachetnymi, a używane do wyrobów jubilerskich - kamieniami ozdobnymi (m.in. diament, rubin, szmaragd, szafir, granat, beryl).

Skały

Skały w zależności od sposobu powstania (genezy) podzielono na trzy główne grupy: magmowe, osadowe i metamorficzne (przeobrażone). W budowie skorupy ziemskiej przeważają skały magmowe i metamorficzne, stanowią one ok. 90% jej składu.

Skały magmowe powstały z zastygnięcia płynnej magmy pod powierzchnią skorupy ziemskiej lub z lawy na jej powierzchni. Pierwsze z nich zastygały bardzo powoli, równolegle z powolnym obniżaniem się temperatury i w warunkach wysokiego ciśnienia. Możliwe było więc wykrystalizowanie się składników magmy, dlatego też nazywamy je skałami magmowymi głębinowymi jawnokrystalicznymi. Z kolei z lawy szybko stygnącej na powierzchni Ziemi powstały skały magmowe wylewne skrytokrystaliczne, gdyż składniki magmy nie zdążyły się wykrystalizować w krótkim czasie, w niskiej temperaturze i przy niskim ciśnieniu. Ze względu na zawartość krzemionki (SiO2) skały magmowe dzielimy na kwaśne (od 60 do 80% krzemionki) lub zasadowe (mniej niż 60% SiO2). Do skał magmowych głębinowych należą m.in. granit, sjenit, gabro, a do magmowych wylewnych przede wszystkim bazalt.

Skały osadowe dzielimy na okruchowe, organiczne i chemiczne. Skały osadowe okruchowe zbudowane są z okruchów skalnych o różnych kształtach i wymiarach. Są one luźno nagromadzone (piaski, żwiry) lub zespolone ze sobą spoiwem (piaskowce, zlepieńce). Do grupy tej należą też iły. Gliny, less. Skały osadowe organiczne tworzą się z organizmów zwierzęcych i roślinnych (m.in. wapienie, dolomity, kredy, torfy, węgle, ropa naftowa), a skały chemiczne powstają w wyniku wytrącania się substancji, najczęściej z roztworów wodnych (np. sól kamienna i potasowa oraz gips).

Skały metamorficzne powstają wewnątrz skorupy ziemskiej z przeobrażenia (metamorfozy) skał magmowych lub osadowych pod wpływem oddziaływania wysokiego ciśnienia i temperatury. Procesy te powodują zmiany struktury skał, a także ich składu mineralnego oraz chemicznego. W wyniku przeobrażenia wapieni i dolomitów powstają marmury, a piaskowców kwarcowych - kwarcyty. Do skał metamorficznych należą także gnejsy, łupki krystaliczne i serpentynity.

Wulkanizm

Wulkanizm polega na wydobywaniu się z głębi skorupy ziemskiej poprzez szczeliny lub otwór centralny ciekłej lawy, materiałów piroklastycznych i gazów. W gazach najwięcej miejsca zajmuje para wodna, która stanowi 60-90 % ich masy, następnie dwutlenek węgla, azot, tlenek węgla, siarka, chlor oraz chlorki metali. W różnych miejscach pod powierzchnią Ziemi występują podziemne komory, w których gromadzi się roztopiona wysoka temperaturą magma oraz gazy. Są to ogniska magmowe. Komory mają często postać tak zwanych batolitów, czyli wielkich pni magmowych, sięgających daleko w głąb naszej planety. Gdy taki zbiornik znajdzie się blisko powierzchni, gazy mogą wypchnąć jego zawartość w górę. Wysoka temperatura oraz duże ciśnienie przebijają warstwę skał dzielącą magmę od atmosfery i zaczynają się narodziny wulkanu. Jest on aktywny dopóty, dopóki w komorze nie zabraknie ciekłej magmy. Działanie wulkanów z czasem słabnie, aż wreszcie zamiera. Wulkany czynne przechodzą w wygasłe. Tak naprawdę nigdy nie można z całą pewnością stwierdzić czy wulkan jest wygasły, może być jedynie uśpiony. Czasami góry uważane za wygasłe, czyli nieczynne w czasach historycznych, budzą się po setkach, a nawet tysiącach lat o ostatniej erupcji. Niektóre wulkany są stale czynne np. Stromboli, Kilauea, Izalco, Masaya i Amatitlon w Nikaragui, Sangay w Ekwadorze i Erbus na Antarktydzie. Większość wulkanów wybucha w różnych odstępach czasu. Im dłuższy jest okres przerwy, tym gwałtowniejszy jest zwykle następny wybuch. Do wulkanów drzemiących zalicza się Wezuwiusz przed wybuchem w 79 roku, Epomeo, który niespodziewanie wybuchł w 1302 roku (przez 2 tysiące lat nie dawał znaku życia), Galunggung przed rokiem 1822 i japoński Bandaisan nieczynny od tysiąca lat przed ogromnym wybuchem w 1888 roku.

Kształt wulkanu zależy od rodzaju materiału, jaki jest z niego wyrzucany. Najregularniejsze stożki formują się najczęściej wtedy, gdy następuje erupcja mieszana, w której wyniku na powierzchnię wydostaje się lawa i materiał sypki. Nachylenie stoków wulkanu waha się zwykle od 30 do 45 stopni. Jeżeli jednak lawa jest bardzo płynna, wulkan może przybierać płaskie formy, o nachyleniu nawet poniżej 10 stopni. Takie łagodne wzniesienia nazywamy wulkanami tarczowymi. Tego typu wulkany spotyka się na Hawajach. Natomiast strome i zgodne z potocznymi wyobrażeniami o kształcie wulkanów są tak zwane stratowulkany, które wyrzucają z siebie wielkie ilości materiałów piroklastycznych oraz mniej płynne lawy. Należą do nich na przykład Fudżijama w Japonii i Wezuwiusz we Włoszech.

Magma wydobywająca się na powierzchnię ziemi to lawa. Jej płynność zależy od składu chemicznego i temperatury. Na ogół im mniejsza zawartość krzemionki i alkalitów (tlenki potasu i sodu), tym większa ruchliwość lawy. Oprócz wymienionych wyżej związków występują w niej też tlenki żelaza, wapnia, magnezu i inne składniki. Wybuchy wulkaniczne tworzą na powierzchni Ziemi różne formy i mają rozmaity przebieg: spokojny lub gwałtowny, a nawet katastrofalny. Jest to zależne od wydobywającej się lawy, tj. jej lepkości, ruchliwości, temperatury i ciśnienia gazów. Lawy kwaśne mają dużą lepkość i dlatego tworzą krótkie potoki lub krzepną w kopułowych formach. Lawy zasadowe, np. bazaltowe, mają niską lepkość, są ruchliwe, mogą się rozlewać szeroko i daleko od wulkanu, tworząc długie strumienie lub pokrywy lawowe. Jeden wylew wulkanu Odadahran na Islandii pokrył powierzchnię 3684 km2. średnio temperatura lawy wynosi około 1000 stopni Celsjusza. Podczas wybuchu Hekli na Islandii (1947) temperatura lawy wynosiła 1020 - 1040o C, natomiast Wezuwiusza (1929) - ok. 1400o C. Potoki lawowe stygną bardzo wolno, np. potok na stoku Wezuwiusza po wybuchu w 1944 r. żarzył się jeszcze po upływie sześciu miesięcy. W czasie gwałtownych wybuchów tworzą się gorące chmury i staczają się po stoku wulkanicznym. W czasie wybuchu Mt Pelée na Martynice (1902) w ciągu kilku minut gorąca chmura zniszczyła miasto St. Pierre. Wybuchom wulkanów towarzyszą często deszcze, a strumienie wody mieszają się z popiołem wulkanicznym i tworzą spływy popiołów, które zasypują i niszczą okoliczne osady lub miasteczka. Taki strumień błotno - lawowy w czasie wybuchu Wezuwiusza (79 r.n.e.) był przyczyną zasypania i zniszczenia miasta Herkulanum. Podobne spływy powstają wówczas, gdy wulkan jest pokryty śniegiem lub krater jego jest wypełniony wodą.

Materiały piroklastyczne mogą być wyrzucane w czasie wybuchów na znaczną wysokość; zależy to zarówno od siły wybuchu jak i wielkości wyrzucanych materiałów. Najbliżej miejsca wybuchu opadają duże bloki skalne. W czasie niektórych wybuchów Wezuwiusza obserwowano kilkutonowe bloki wyrzucane na wysokość stu metrów; spadały one w odległości kilkudziesięciu metrów od krateru; niekiedy te olbrzymie bloki znajdowano w odległości stu kilkudziesięciu, a nawet dwustu metrów. W czasie jednego wybuchu wulkanu Cotopaxi w Ekwadorze blok kilkunastotonowy został wyrzucony na odległość ponad dziesięciu kilometrów. Podczas wybuchu Krakatau w roku 1883 małe bomby wulkaniczne wyrzucane na wielkie wysokości, spadały w odległości kilkudziesięciu kilomętr6w. Popioły wulkaniczne znajdowano w odległościach dochodzących do 2500 km, a najdrobniejsze pyły okrążyły Ziemię wywołując w ciągu kilku miesięcy różne efektowne zjawiska optyczne w atmosferze, jak np. niesamowicie barwne zachody słońca. Popioły wulkaniczne wyrzucone w czasie wybuchu Wezuwiusza w roku 1906 dotarły aż nad Bałtyk.

Rodzaje erupcji:

- centralne (typ hawajski, typ stromboliański, typ wezuwiański, typ wulkaniański, typ pliniański, typ peleański)

- szczelinowe

- arealne.