Geologia
| Część serii poświęconej |
| geologii |
|---|
|
Geologia (od starogreckiego γῆ ( gê ) „ziemia” i λoγία ( -logía ) „badanie dyskursu”) jest gałęzią nauk przyrodniczych zajmującą się Ziemią i innymi obiektami astronomicznymi , skałami , z których się składa, oraz procesy, dzięki którym zmieniają się w czasie. Współczesna geologia w znacznym stopniu pokrywa się ze wszystkimi innymi naukami o Ziemi , w tym z hydrologią . Jest zintegrowany z Nauka o systemach Ziemi i planetologia .
Geologia opisuje strukturę Ziemi na i pod jej powierzchnią oraz procesy, które ukształtowały tę strukturę. Geolodzy badają skład mineralogiczny skał, aby uzyskać wgląd w historię ich powstawania. Geologia określa względny wiek skał znalezionych w danym miejscu; geochemia (dziedzina geologii) określa ich bezwzględny wiek . Łącząc różne narzędzia petrologiczne, krystalograficzne i paleontologiczne, geolodzy są w stanie stworzyć kronikę historii geologicznej Ziemi jako całość. Jednym z aspektów jest pokazanie wieku Ziemi . Geologia dostarcza dowodów na tektonikę płyt , ewolucyjną historię życia i klimat Ziemi w przeszłości .
Geolodzy szeroko badają właściwości i procesy zachodzące na Ziemi i innych planetach typu ziemskiego. Geolodzy wykorzystują różnorodne metody, aby zrozumieć strukturę i ewolucję Ziemi, w tym prace terenowe , opis skał , techniki geofizyczne , analizę chemiczną , eksperymenty fizyczne i modelowanie numeryczne . W praktyce geologia jest ważna dla poszukiwań i eksploatacji minerałów i węglowodorów oraz oceny zasobów wodnych , rozumienie zagrożeń naturalnych , rozwiązywanie problemów środowiskowych i dostarczanie wglądu w zmiany klimatu w przeszłości . Geologia jest główną dyscypliną akademicką i ma kluczowe znaczenie dla inżynierii geologicznej oraz odgrywa ważną rolę w inżynierii geotechnicznej .
Materiał geologiczny
Większość danych geologicznych pochodzi z badań stałych materiałów ziemskich. Meteoryty i inne pozaziemskie materiały naturalne są również badane metodami geologicznymi.
Minerał
Minerały to naturalnie występujące pierwiastki i związki o określonym jednorodnym składzie chemicznym i uporządkowanym składzie atomowym.
Każdy minerał ma różne właściwości fizyczne i istnieje wiele testów w celu określenia każdego z nich. Próbki mogą być badane pod kątem:
- Połysk : Jakość światła odbitego od powierzchni minerału. Przykładami są metaliczne, perłowe, woskowe, matowe.
- Kolor : Minerały są pogrupowane według koloru. Głównie diagnostyczne, ale zanieczyszczenia mogą zmienić kolor minerału.
- Smuga : Wykonywana przez zarysowanie próbki na porcelanowym talerzu. Kolor smugi może pomóc nazwać minerał.
- Twardość: Odporność minerału na zarysowania.
- Wzór pęknięcia: Minerał może wykazywać pęknięcie lub pęknięcie , przy czym pierwsze to pęknięcie na nierównych powierzchniach, a drugie pęknięcie wzdłuż blisko rozmieszczonych równoległych płaszczyzn.
- Ciężar właściwy : ciężar określonej objętości minerału.
- Musowanie: polega na kapaniu kwasu solnego na minerał w celu sprawdzenia musowania.
- Magnetyzm: polega na użyciu magnesu w celu sprawdzenia magnetyzmu .
- Smak: Minerały mogą mieć charakterystyczny smak, taki jak halit (który smakuje jak sól kuchenna ).
Głaz
Skała to dowolna naturalnie występująca stała masa lub agregat minerałów lub mineraloidów . Większość badań geologicznych jest związana z badaniem skał, ponieważ stanowią one podstawowy zapis większości geologicznej historii Ziemi. Istnieją trzy główne rodzaje skał: magmowe , osadowe i metamorficzne . Cykl skalny ilustruje relacje między nimi (patrz diagram).
Kiedy skała zestala się lub krystalizuje ze stopu ( magmy lub lawy ), jest to skała magmowa . Ta skała może być zwietrzała i erodowana , a następnie ponownie osadzona i litowana w skałę osadową. Następnie można go przekształcić w skałę metamorficzną pod wpływem ciepła i ciśnienia, które zmieniają jego zawartość mineralną , w wyniku czego powstaje charakterystyczna tkanina . Wszystkie trzy typy mogą ponownie się stopić, a kiedy to nastąpi, powstaje nowa magma, z której skała magmowa może ponownie zestalić się. Materia organiczna, taka jak węgiel, bitum, ropa naftowa i gaz ziemny, jest związana głównie ze skałami osadowymi bogatymi w substancje organiczne.
Aby zbadać wszystkie trzy rodzaje skał, geolodzy oceniają minerały, z których się składają, oraz ich inne właściwości fizyczne, takie jak tekstura i tkanina .
Nielityfikowany materiał
Geolodzy badają również niezlityfikowane materiały (określane jako osady powierzchniowe ), które leżą nad podłożem skalnym . Badanie to jest często znane jako geologia czwartorzędu , po czwartorzędowym okresie historii geologicznej, który jest najnowszym okresem czasu geologicznego.
Magma
Magma jest pierwotnym, nielitowanym źródłem wszystkich skał magmowych . Aktywny przepływ stopionej skały jest dokładnie badany w wulkanologii , a petrologia magmowa ma na celu określenie historii skał magmowych od ich pierwotnego stopionego źródła do ich ostatecznej krystalizacji.
Struktura całej Ziemi
Płyty tektoniczne
W latach sześćdziesiątych XX wieku odkryto, że litosfera ziemska , która obejmuje skorupę i sztywną górną część górnego płaszcza , jest podzielona na płyty tektoniczne , które poruszają się w poprzek odkształcającego się plastycznie , stałego, górnego płaszcza, zwanego astenosferą . Teoria ta jest poparta kilkoma rodzajami obserwacji, w tym rozprzestrzenianiem się dna morskiego oraz globalnym rozmieszczeniem terenu górskiego i aktywnością sejsmiczną.
Istnieje ścisły związek między ruchem płyt na powierzchni a konwekcją płaszcza (to znaczy przenoszeniem ciepła spowodowanym powolnym ruchem plastycznej skały płaszcza). Tak więc płyty oceaniczne i przylegające do nich prądy konwekcyjne płaszcza zawsze poruszają się w tym samym kierunku – ponieważ litosfera oceaniczna jest w rzeczywistości sztywną górną termiczną warstwą graniczną płaszcza konwekcyjnego. To sprzężenie między sztywnymi płytami poruszającymi się po powierzchni Ziemi a płaszczem konwekcyjnym nazywa się tektoniką płyt .
Rozwój tektoniki płyt dostarczył fizycznych podstaw wielu obserwacjom stałej Ziemi . Długie liniowe regiony cech geologicznych są wyjaśnione jako granice płyt.
Na przykład:
- Grzbiety śródoceaniczne , wysokie obszary na dnie morskim, gdzie występują kominy hydrotermalne i wulkany, są postrzegane jako rozbieżne granice , gdzie dwie płyty oddalają się od siebie.
- Teoretyzuje się, że łuki wulkanów i trzęsień ziemi są zbieżnymi granicami , w których jedna płyta subdukuje lub przesuwa się pod drugą.
Przekształcenia granic , takie jak system uskoków San Andreas , spowodowały rozległe potężne trzęsienia ziemi. Tektonika płyt dostarczyła również mechanizmu dla teorii dryfu kontynentów Alfreda Wegenera , w której kontynenty przemieszczać się po powierzchni Ziemi w czasie geologicznym. Stanowiły również siłę napędową deformacji skorupy ziemskiej i nowe warunki dla obserwacji geologii strukturalnej. Siła teorii tektoniki płyt leży w jej zdolności do połączenia wszystkich tych obserwacji w jedną teorię poruszania się litosfery nad konwekcyjnym płaszczem.
Struktura ziemi
Postępy w sejsmologii , modelowaniu komputerowym , mineralogii i krystalografii w wysokich temperaturach i ciśnieniach dają wgląd w wewnętrzny skład i strukturę Ziemi.
Sejsmolodzy mogą wykorzystać czasy nadejścia fal sejsmicznych do zobrazowania wnętrza Ziemi. Wczesne postępy w tej dziedzinie wykazały istnienie ciekłego rdzenia zewnętrznego (gdzie fale ścinające nie były w stanie się rozprzestrzeniać) i gęstego, stałego rdzenia wewnętrznego . Postępy te doprowadziły do powstania warstwowego modelu Ziemi, ze skorupą i litosferą na wierzchu, płaszczem poniżej (oddzielonym od siebie nieciągłościami sejsmicznymi na 410 i 660 kilometrach), a jądro zewnętrzne i jądro wewnętrzne poniżej. Niedawno sejsmolodzy byli w stanie tworzyć szczegółowe obrazy prędkości fal wewnątrz ziemi w taki sam sposób, w jaki lekarz obrazuje ciało w tomografii komputerowej . Obrazy te doprowadziły do znacznie bardziej szczegółowego widoku wnętrza Ziemi i zastąpiły uproszczony model warstwowy znacznie bardziej dynamicznym modelem.
Mineralogowie byli w stanie wykorzystać dane dotyczące ciśnienia i temperatury z badań sejsmicznych i modelowania wraz ze znajomością składu pierwiastkowego Ziemi, aby odtworzyć te warunki w warunkach eksperymentalnych i zmierzyć zmiany w strukturze krystalicznej. Badania te wyjaśniają zmiany chemiczne związane z głównymi nieciągłościami sejsmicznymi w płaszczu i pokazują struktury krystalograficzne oczekiwane w wewnętrznym jądrze Ziemi.
Czas geologiczny
Geologiczna skala czasu obejmuje historię Ziemi. Najwcześniej jest to ujęte w nawias według dat pierwszego materiału Układu Słonecznego przy 4,567 Ga (lub 4,567 miliarda lat temu) i powstania Ziemi przy 4,54 Ga (4,54 miliarda lat), co jest początkiem nieformalnie uznanego eonu hadeańskiego – podział czasu geologicznego. Na późniejszym końcu skali wyznacza ją współczesność (w epoce holocenu ).
Skala czasu Ziemi
Poniższe pięć osi czasu przedstawia skalę czasu geologicznego w skali. Pierwszy pokazuje cały czas od powstania Ziemi do chwili obecnej, ale daje to niewiele miejsca na ostatni eon. Druga oś czasu przedstawia rozszerzony widok ostatniego eonu. W podobny sposób najnowsza era jest rozszerzana na trzeciej osi czasu, najnowszy okres jest rozszerzany na czwartej osi czasu, a najnowsza epoka jest rozszerzana na piątej osi czasu.
Miliony lat (1., 2., 3. i 4.) Tysiące lat (5.)
Ważne kamienie milowe na Ziemi
- 4,567 Ga (gigaannum: miliard lat temu): Powstanie Układu Słonecznego
- 4,54 Ga: Akrecja lub formacja Ziemi
- C. 4 Ga: Koniec późnego ciężkiego bombardowania , pierwsze życie
- C. 3,5 Ga: Początek fotosyntezy
- C. 2,3 Ga: atmosfera natleniona , pierwsza kula śnieżna Ziemi
- 730–635 Ma (megaannum: milion lat temu): druga Ziemia w kształcie kuli śnieżnej
- 541 ± 0,3 Ma: eksplozja kambryjska - ogromne rozmnożenie życia o twardych ciałach; pierwsze obfite skamieniałości ; początek paleozoiku
- C. 380 mln lat temu: pierwsze lądowe zwierzęta kręgowe
- 250 mln lat temu: wymieranie permu i triasu - 90% wszystkich zwierząt lądowych umiera; koniec paleozoiku i początek mezozoiku
- 66 mln lat temu: wymieranie kredy i paleogenu - wymierają dinozaury ; koniec mezozoiku i początek kenozoiku
- C. 7 Ma: Pojawiają się pierwsze homininy
- Pojawia się pierwszy australopitek , bezpośredni przodek współczesnego Homo sapiens
- 200 ka (kiloannum: tysiąc lat temu): Pierwszy współczesny Homo sapiens pojawia się w Afryce Wschodniej
Skala czasu Księżyca
Skala czasu Marsa
Metody randek
Randki względne
Metody datowania względnego zostały opracowane, gdy geologia po raz pierwszy pojawiła się jako nauka przyrodnicza . Geolodzy nadal stosują następujące zasady jako sposób dostarczania informacji o historii geologicznej i czasie zdarzeń geologicznych.
Zasada uniformitaryzmu głosi, że obserwowane obecnie procesy geologiczne, które modyfikują skorupę ziemską, działały w podobny sposób w czasie geologicznym. Podstawowa zasada geologii wysunięta przez XVIII-wiecznego szkockiego lekarza i geologa Jamesa Huttona głosi, że „teraźniejszość jest kluczem do przeszłości”. Mówiąc słowami Huttona: „przeszłą historię naszego globu należy wyjaśnić tym, co dzieje się teraz”.
Zasada intruzyjnych relacji dotyczy intruzji przekrojowych. W geologii, gdy magmowa przecina formację skał osadowych , można stwierdzić, że intruzja magmowa jest młodsza niż skała osadowa. Różne typy intruzji obejmują kłody, lakolity , batolity , progi i groble .
Zasada relacji przekrojowych dotyczy powstawania uskoków i wieku sekwencji, przez które się przecinają. Uskoki są młodsze niż skały, które przecinają; w związku z tym, jeśli zostanie znaleziony uskok, który penetruje niektóre formacje, ale nie znajdujące się na nim, wówczas formacje, które zostały przecięte, są starsze niż uskok, a te, które nie zostały przecięte, muszą być młodsze niż uskok. Znalezienie łoża kluczowego w takich sytuacjach może pomóc w ustaleniu, czy usterka jest normalną usterką , czy usterką ciągu .
Zasada inkluzji i składników głosi, że w przypadku skał osadowych, jeśli w formacji występują inkluzje (lub klasty ), to inkluzje muszą być starsze niż formacja, która je zawiera. Na przykład w skałach osadowych żwir ze starszej formacji jest często rozrywany i włączany do nowszej warstwy. Podobna sytuacja ze skałami magmowymi ma miejsce w przypadku znalezienia ksenolitów . Te ciała obce są zbierane w postaci przepływów magmy lub lawy i są następnie włączane do matrycy, aby ostygły. W rezultacie ksenolity są starsze niż skała, która je zawiera.
Zasada pierwotnej poziomości mówi, że osady osadzają się jako zasadniczo poziome pokłady. Obserwacje współczesnych osadów morskich i innych niż morskie w wielu różnych środowiskach potwierdzają to uogólnienie (chociaż złoże krzyżowe jest nachylone, ogólna orientacja jednostek krzyżowo-łożyskowych jest pozioma).
Zasada superpozycji mówi, że warstwa skał osadowych w sekwencji niezakłóconej tektonicznie jest młodsza od warstwy pod nią i starsza od warstwy nad nią. Logicznie rzecz biorąc, młodsza warstwa nie może wsunąć się pod poprzednio nałożoną warstwę. Ta zasada pozwala postrzegać warstwy osadowe jako formę pionowej osi czasu, częściowego lub pełnego zapisu czasu, jaki upłynął od osadzania się najniższej warstwy do osadzania się najwyższego złoża.
Zasada sukcesji fauny opiera się na pojawianiu się skamielin w skałach osadowych. Ponieważ organizmy istnieją na całym świecie w tym samym okresie, ich obecność lub (czasami) brak zapewnia względny wiek formacji, w których się pojawiają. Oparte na zasadach, które William Smith wyłożył prawie sto lat przed publikacją teorii ewolucji Karola Darwina , zasady sukcesji rozwinęły się niezależnie od myśli ewolucyjnej. Zasada staje się jednak dość złożona, biorąc pod uwagę niepewność związaną z fosylizacją, lokalizacją typów kopalnych z powodu bocznych zmian w siedlisku ( facjalna w warstwach osadowych) oraz fakt, że nie wszystkie skamieniałości powstały globalnie w tym samym czasie.
Absolutne randki
Geolodzy stosują również metody określania bezwzględnego wieku próbek skał i zdarzeń geologicznych. Daty te są przydatne same w sobie i mogą być również używane w połączeniu z metodami datowania względnego lub do kalibracji metod względnych.
Na początku XX wieku postęp w naukach geologicznych ułatwiała możliwość uzyskania dokładnych dat bezwzględnych zdarzeń geologicznych za pomocą izotopów promieniotwórczych i innych metod. Zmieniło to rozumienie czasu geologicznego. Wcześniej geolodzy mogli używać skamieniałości i korelacji stratygraficznych tylko do datowania fragmentów skał względem siebie. Dzięki datom izotopowym stało się możliwe przypisanie wieków bezwzględnych jednostkom skał, a te daty bezwzględne można było zastosować do sekwencji kopalnych, w których znajdował się materiał, który można było określić, przekształcając stare względne wieki w nowe wieki bezwzględne.
W wielu zastosowaniach geologicznych stosunki izotopów pierwiastków promieniotwórczych są mierzone w minerałach, co daje czas, jaki upłynął od przejścia skały przez określoną temperaturę zamknięcia , punkt, w którym różne izotopy radiometryczne przestają dyfundować do i z sieci krystalicznej . Są one wykorzystywane w badaniach geochronologicznych i termochronologicznych . Typowe metody obejmują datowanie uranowo-ołowiowe , datowanie potasowo-argonowe , datowanie argonowo-argonowe i datowanie uranowo-torowe . Metody te są wykorzystywane do różnych zastosowań. Datowanie lawy i popiołu wulkanicznego znalezionych w sekwencji stratygraficznej może dostarczyć bezwzględnych danych dotyczących wieku jednostek skał osadowych, które nie zawierają izotopów promieniotwórczych, i skalibrować techniki datowania względnego. Metody te można również wykorzystać do określenia wieku plutonu . Techniki termochemiczne można wykorzystać do określenia profili temperatur w skorupie, wypiętrzenia pasm górskich i paleo-topografii.
Frakcjonowanie elementów szeregu lantanowców służy do obliczania wieku, jaki upłynął od usunięcia skał z płaszcza.
W przypadku nowszych wydarzeń stosuje się inne metody. Optycznie stymulowana luminescencja i kosmogeniczne datowanie radionuklidami są wykorzystywane do datowania powierzchni i/lub szybkości erozji. Dendrochronologię można również wykorzystać do datowania krajobrazów. Datowanie radiowęglowe stosuje się do geologicznie młodych materiałów zawierających węgiel organiczny .
Rozwój geologiczny obszaru
Geologia obszaru zmienia się w czasie, gdy jednostki skalne są osadzane i wstawiane, a procesy deformacji zmieniają ich kształty i położenie.
Jednostki skalne są najpierw umieszczane przez osadzanie się na powierzchni lub wnikanie w leżącą nad nimi skałę . Osadzanie może wystąpić, gdy osady osadzają się na powierzchni Ziemi, a później lityfikują w skałę osadową lub gdy materiał wulkaniczny , taki jak popiół wulkaniczny lub lawa, pokrywa powierzchnię. Intruzje magmowe, takie jak batolity , lakkolity , groble i progi , wpychają się w górę w leżącą nad nimi skałę i krystalizują, gdy się wtrącają.
Po osadzeniu się początkowej sekwencji skał jednostki skalne mogą ulec deformacji i/lub metamorfozie . Deformacja zwykle występuje w wyniku poziomego skracania, poziomego rozciągania lub ruchu z boku na bok ( uderzenie-poślizg ). Te reżimy strukturalne zasadniczo odnoszą się odpowiednio do zbieżnych granic , rozbieżnych granic i granic transformacji między płytami tektonicznymi.
Kiedy jednostki skalne są poddawane kompresji poziomej , skracają się i stają się grubsze. Ponieważ jednostki skalne, inne niż muły, nie zmieniają znacząco objętości , odbywa się to na dwa podstawowe sposoby: poprzez uskoki i fałdy . W płytkiej skorupie, gdzie krucha deformacja , tworzą się uskoki ciągu, co powoduje, że głębsza skała przesuwa się po płytszej skale. Ponieważ głębsza skała jest często starsza, jak zauważa zasada superpozycji , może to spowodować przesuwanie się starszych skał na młodszych. Ruch wzdłuż uskoków może skutkować fałdowaniem, albo dlatego, że uskoki nie są płaskie, albo dlatego, że warstwy skał są ciągnięte wzdłuż, tworząc fałdy przeciągania, gdy poślizg występuje wzdłuż uskoku. Głębiej w Ziemi skały zachowują się plastycznie i fałdują zamiast uskoków. Te fałdy mogą być takie, w których materiał w środku fałdy wygina się do góry, tworząc „ antyformy ”, lub gdy wygina się w dół, tworząc „ synformy ”. Jeśli wierzchołki jednostek skalnych w fałdach pozostają skierowane do góry, nazywane są antyklinami i odpowiednio synkliny . Jeśli niektóre jednostki w fałdzie są skierowane w dół, struktura nazywana jest przewróconą antykliną lub synkliną, a jeśli wszystkie jednostki skalne są przewrócone lub właściwy kierunek w górę jest nieznany, są one po prostu nazywane najbardziej ogólnymi terminami, antyformy i synformy.
.png)
Nawet wyższe ciśnienia i temperatury podczas skracania poziomego mogą powodować zarówno fałdowanie, jak i metamorfizm skał. Ten metamorfizm powoduje zmiany w składzie mineralnym skał; tworzy foliację lub płaską powierzchnię, która jest związana ze wzrostem minerałów pod wpływem stresu. Może to usunąć ślady pierwotnej tekstury skał, takie jak podłoże w skałach osadowych, cechy przepływu law i wzory kryształów w skałach krystalicznych .
Wydłużenie powoduje, że jednostki skalne jako całość stają się dłuższe i cieńsze. Osiąga się to przede wszystkim poprzez normalne uskoki oraz plastyczne rozciąganie i przerzedzanie. Normalne uskoki upuszczają jednostki skalne, które są wyższe, poniżej tych, które są niższe. Zwykle powoduje to, że młodsze jednostki znajdują się poniżej starszych jednostek. Rozciągnięcie jednostek może skutkować ich przerzedzeniem. W rzeczywistości, w jednym miejscu w Maria Fold and Thrust Belt , cała sekwencja osadowa Wielkiego Kanionu pojawia się na długości mniejszej niż metr. Skały na głębokości, które mają być rozciągane plastycznie, często również ulegają metamorfozie. Te rozciągnięte skały mogą również wbijać się w soczewki, znane jako boudins , po francuskim słowie oznaczającym „kiełbasę” ze względu na ich wizualne podobieństwo.
Tam, gdzie jednostki skalne przesuwają się obok siebie, w płytkich regionach rozwijają się uskoki poślizgowe i stają się strefami ścinania na głębszych głębokościach, gdzie skały odkształcają się plastycznie.
Podczas deformacji często dochodzi do dodawania nowych jednostek skalnych, zarówno depozycyjnie, jak i inwazyjnie. Uskoki i inne procesy deformacyjne skutkują tworzeniem gradientów topograficznych, powodując erozję materiału na jednostce skalnej, która zwiększa się w elewacji, przez zbocza wzgórz i kanały. Osady te osadzają się na opadającej jednostce skalnej. Ciągły ruch wzdłuż uskoku utrzymuje nachylenie topograficzne pomimo ruchu osadów i nadal tworzy przestrzeń akomodacyjną do zdeponowania materiału. Zdarzenia deformacyjne są często również związane z wulkanizmem i aktywnością magmową. Na powierzchni gromadzą się popioły wulkaniczne i lawy, a od dołu wnikają intruzje magmowe. Groble , długie, płaskie intruzje magmowe, wchodzą wzdłuż pęknięć i dlatego często tworzą się w dużych ilościach na obszarach, które są aktywnie deformowane. Może to spowodować rozmieszczenie rojów grobli , takich jak te, które można zaobserwować na kanadyjskiej tarczy lub pierścienie grobli wokół tunelu lawy wulkanu.
Wszystkie te procesy niekoniecznie zachodzą w jednym środowisku i niekoniecznie występują w jednym porządku. Na przykład Wyspy Hawajskie składają się prawie wyłącznie z warstw lawy bazaltowej . Sekwencje osadowe środkowo-kontynentalnych Stanów Zjednoczonych i Wielkiego Kanionu w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych zawierają prawie niezdeformowane stosy skał osadowych, które pozostały na miejscu od kambru czas. Inne obszary są znacznie bardziej złożone geologicznie. W południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych skały osadowe, wulkaniczne i natrętne zostały przekształcone, uskokowane, foliowane i pofałdowane. Nawet starsze skały, takie jak gnejs Acosta z kratonu Slave w północno-zachodniej Kanadzie , najstarsza znana skała na świecie zostały przekształcone do punktu, w którym ich pochodzenie jest nie do odróżnienia bez analizy laboratoryjnej. Ponadto procesy te mogą zachodzić etapami. W wielu miejscach, czego bardzo widocznym przykładem jest Wielki Kanion w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych, dolne jednostki skalne uległy metamorfozie i deformacji, po czym deformacja zakończyła się, a górne, niezdeformowane jednostki zostały osadzone. Chociaż może wystąpić dowolna ilość osadzania się skał i deformacji skał i mogą one wystąpić dowolną liczbę razy, koncepcje te stanowią przewodnik do zrozumienia historii geologicznej danego obszaru.
Metody geologii
Geolodzy wykorzystują szereg pól, laboratoriów i metod modelowania numerycznego, aby rozszyfrować historię Ziemi i zrozumieć procesy zachodzące na Ziemi i wewnątrz niej. W typowych badaniach geologicznych geolodzy wykorzystują podstawowe informacje związane z petrologią (badanie skał), stratygrafią (badanie warstw osadowych) i geologią strukturalną (badanie położenia jednostek skalnych i ich deformacji). W wielu przypadkach geolodzy badają również współczesne gleby, rzeki , krajobrazy i lodowce ; badać przeszłe i obecne życie oraz biogeochemiczne ścieżek i wykorzystywać metody geofizyczne do badania podpowierzchni. Podspecjalizacje geologii mogą wyróżniać geologię endogenną i egzogeniczną .
Metody terenowe
Prace geologiczne w terenie różnią się w zależności od wykonywanego zadania. Typowa praca w terenie może obejmować:
-
Mapowanie geologiczne
- Mapowanie strukturalne: identyfikacja lokalizacji głównych jednostek skalnych oraz uskoków i fałd, które doprowadziły do ich umieszczenia tam.
- Mapowanie stratygraficzne: określanie położenia facji osadowych ( litofacji i biofacji ) lub mapowanie izopachów o równej miąższości skał osadowych
- Mapowanie powierzchniowe: rejestrowanie lokalizacji gleb i osadów powierzchniowych
- Geodezja obiektów topograficznych
- kompilacja map topograficznych
- Pracuj nad zrozumieniem zmian zachodzących w różnych krajobrazach, w tym:
- Mapowanie podpowierzchniowe metodami geofizycznymi
- Metody te obejmują:
- Płytkie badania sejsmiczne
- Georadar
- Badania aeromagnetyczne
- Tomografia elektrooporowa
- Pomagają w:
- Metody te obejmują:
- Stratygrafia wysokiej rozdzielczości
- Mierzenie i opisywanie przekrojów stratygraficznych na powierzchni
- Wiercenie i rejestrowanie studni
-
Biogeochemia i geomikrobiologia
- Pobieranie próbek do:
- określić szlaki biochemiczne
- identyfikować nowe gatunki organizmów
- identyfikować nowe związki chemiczne
- i wykorzystać te odkrycia do:
- zrozumieć wczesne życie na Ziemi oraz sposób jego funkcjonowania i metabolizmu
- znaleźć ważne związki do zastosowania w farmaceutykach
- Pobieranie próbek do:
- Paleontologia : wykopaliska materiałów kopalnych
- Pobieranie próbek do geochronologii i termochronologii
- Glacjologia : pomiar cech lodowców i ich ruchu
Petrologia
Oprócz identyfikacji skał w terenie ( litologia ), petrolodzy identyfikują próbki skał w laboratorium. Dwie podstawowe metody identyfikacji skał w laboratorium to mikroskopia optyczna i użycie mikrosondy elektronowej . W mineralogii optycznej petrolodzy analizują cienkie skrawki próbek skał za pomocą mikroskopu petrograficznego , gdzie minerały można zidentyfikować na podstawie ich różnych właściwości w świetle spolaryzowanym płasko i spolaryzowanym krzyżowo, w tym ich dwójłomności , pleochroizm , bliźniactwo i właściwości interferencyjne z soczewką konoskopową . W mikrosondzie elektronowej poszczególne lokalizacje są analizowane pod kątem ich dokładnego składu chemicznego i różnic w składzie w poszczególnych kryształach. stabilnych i radioaktywnych izotopów zapewniają wgląd w geochemiczną ewolucję jednostek skalnych.
Petrolodzy mogą również wykorzystywać dane dotyczące inkluzji płynów i przeprowadzać eksperymenty fizyczne w wysokich temperaturach i ciśnieniach, aby zrozumieć temperatury i ciśnienia, w których pojawiają się różne fazy mineralne, oraz sposób, w jaki zmieniają się one w procesach magmowych i metamorficznych. Badania te można ekstrapolować w terenie, aby zrozumieć procesy metamorficzne i warunki krystalizacji skał magmowych. Ta praca może również pomóc w wyjaśnieniu procesów zachodzących na Ziemi, takich jak subdukcja i ewolucja komory magmy .
Geologia strukturalna
Geolodzy strukturalni wykorzystują analizę mikroskopową zorientowanych cienkich skrawków próbek geologicznych do obserwacji tkaniny w skałach, co dostarcza informacji o naprężeniach w krystalicznej strukturze skał. Wykreślają również i łączą pomiary struktur geologicznych, aby lepiej zrozumieć orientację uskoków i fałdów, aby zrekonstruować historię deformacji skał na tym obszarze. Ponadto wykonują analogowe i numeryczne eksperymenty deformacji skał w dużych i małych warunkach.
Analiza struktur jest często realizowana poprzez wykreślenie orientacji różnych cech na stereosieciach . Stereonet to stereograficzny rzut kuli na płaszczyznę, w którym płaszczyzny są rzutowane jako linie, a linie jako punkty. Można ich użyć do znalezienia lokalizacji osi fałdów, relacji między uskokami i relacji między innymi strukturami geologicznymi.
Do najbardziej znanych eksperymentów w geologii strukturalnej należą te z udziałem klinów orogenicznych , czyli stref, w których góry budowane są wzdłuż zbieżnych granic płyt tektonicznych. W analogowych wersjach tych eksperymentów poziome warstwy piasku są wciągane wzdłuż dolnej powierzchni do tylnego ogranicznika, co skutkuje realistycznie wyglądającymi wzorami uskoków i wzrostem krytycznie zwężającego się uskoku . (wszystkie kąty pozostają takie same) klin orogeniczny. Modele numeryczne działają w taki sam sposób, jak modele analogowe, chociaż często są bardziej wyrafinowane i mogą obejmować wzorce erozji i wypiętrzenia w pasie górskim. Pomaga to pokazać związek między erozją a kształtem pasma górskiego. Badania te mogą również dostarczyć przydatnych informacji o ścieżkach metamorfizmu poprzez ciśnienie, temperaturę, przestrzeń i czas.
Stratygrafia
W laboratorium stratygrafowie analizują próbki przekrojów stratygraficznych, które można zwrócić z pola, na przykład z rdzeni wiertniczych . Stratygrafowie analizują również dane z badań geofizycznych, które pokazują położenie jednostek stratygraficznych w podłożu. Dane geofizyczne i dzienniki studni można łączyć, aby uzyskać lepszy widok podpowierzchni, a stratygrafowie często używają programów komputerowych, aby zrobić to w trzech wymiarach. Stratygrafowie mogą następnie wykorzystać te dane do rekonstrukcji starożytnych procesów zachodzących na powierzchni Ziemi, interpretacji przeszłych środowisk i zlokalizowania obszarów wydobycia wody, węgla i węglowodorów.
W laboratorium biostratygrafowie analizują próbki skał z odsłonięć i rdzeni wiertniczych pod kątem znalezionych w nich skamielin. Skamieniałości te pomagają naukowcom w datowaniu rdzenia i zrozumieniu środowiska depozycji , w którym powstały jednostki skalne. Geochronolodzy precyzyjnie datują skały w sekcji stratygraficznej, aby zapewnić lepsze bezwzględne granice czasu i szybkości osadzania. Stratygrafowie magnetyczni szukają oznak odwrócenia magnetycznego w jednostkach skał magmowych w rdzeniach wiertniczych. Inni naukowcy przeprowadzają badania stabilnych izotopów na skałach, aby uzyskać informacje o przeszłym klimacie.
Geologia planetarna
Wraz z nadejściem eksploracji kosmosu w XX wieku geolodzy zaczęli przyglądać się innym ciałom planetarnym w taki sam sposób, jaki opracowano do badania Ziemi . Ta nowa dziedzina badań nazywa się geologią planetarną (czasami nazywaną astrogeologią) i opiera się na znanych zasadach geologicznych do badania innych ciał Układu Słonecznego. Jest to główny aspekt nauki planetarnej i w dużej mierze koncentruje się na planetach skalistych , lodowych księżycach , asteroidach , kometach i meteoryty . Jednak niektórzy geofizycy planetarni badają gigantyczne planety i egzoplanety .
geo pochodzenia greckiego odnosi się do Ziemi, „geologia” jest często używana w połączeniu z nazwami innych ciał planetarnych przy opisywaniu ich składu i procesów wewnętrznych: przykładami są „geologia Marsa ” i „ geologia Księżyca ”. W użyciu są również terminy specjalistyczne, takie jak selenologia (badania Księżyca), areologia (Marsa) itp.
Chociaż geolodzy planetarni są zainteresowani badaniem wszystkich aspektów innych planet, głównym celem jest poszukiwanie dowodów na przeszłe lub obecne życie na innych planetach. Doprowadziło to do wielu misji, których głównym lub pomocniczym celem jest badanie ciał planetarnych w poszukiwaniu dowodów życia. Jednym z nich jest lądownik Phoenix , który przeanalizował marsjańską glebę polarną pod kątem wody, składników chemicznych i mineralogicznych związanych z procesami biologicznymi.
Geologia stosowana
Geologia gospodarcza
Geologia ekonomiczna to gałąź geologii zajmująca się aspektami minerałów ekonomicznych, które ludzkość wykorzystuje do zaspokojenia różnych potrzeb. Minerały gospodarcze to minerały wydobywane z zyskiem do różnych praktycznych zastosowań. zasobami naturalnymi Ziemi , takimi jak ropa naftowa i węgiel, a także zasobami mineralnymi, które obejmują metale, takie jak żelazo, miedź i uran.
Geologia górnicza
Geologia górnicza polega na wydobywaniu surowców mineralnych z Ziemi. Niektóre zasoby o znaczeniu gospodarczym obejmują kamienie szlachetne , metale , takie jak złoto i miedź , oraz wiele minerałów, takich jak azbest , perlit , mika , fosforany , zeolity , glina , pumeks , kwarc i krzemionka , a także pierwiastki, takie jak siarka , chlor i hel .
Geologia ropy naftowej
Geolodzy naftowi badają lokalizacje podpowierzchni Ziemi, które mogą zawierać możliwe do wydobycia węglowodory, zwłaszcza ropę naftową i gaz ziemny . Ponieważ wiele z tych zbiorników znajduje się w basenach sedymentacyjnych , badają powstawanie tych basenów, a także ich ewolucję osadową i tektoniczną oraz obecne położenie jednostek skalnych.
Geologia inżynierska
Geologia inżynierska to zastosowanie zasad geologicznych w praktyce inżynierskiej w celu zapewnienia, że czynniki geologiczne wpływające na lokalizację, projektowanie, budowę, eksploatację i konserwację robót inżynierskich są odpowiednio uwzględnione. Geologia inżynierska różni się od inżynierii geologicznej , szczególnie w Ameryce Północnej.
W dziedzinie inżynierii lądowej stosuje się zasady i analizy geologiczne w celu ustalenia mechanicznych zasad materiału, z którego budowane są konstrukcje. Dzięki temu można budować tunele bez zawalania się, budować mosty i drapacze chmur na solidnych fundamentach, a także budować budynki, które nie osadzają się w glinie i błocie.
Hydrologia
Geologię i zasady geologiczne można zastosować do różnych problemów środowiskowych, takich jak regeneracja strumieni , rekultywacja terenów zdegradowanych oraz zrozumienie interakcji między środowiskiem naturalnym a środowiskiem geologicznym. Hydrologia wód podziemnych lub hydrogeologia służy do lokalizowania wód podziemnych, które często mogą zapewniać gotowe zaopatrzenie w nieskażoną wodę i jest szczególnie ważna w suchych regionach, oraz do monitorowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w studniach wód podziemnych.
Paleoklimatologia
Geolodzy uzyskują również dane poprzez stratygrafię, odwierty , próbki rdzeni i rdzenie lodowe . Rdzenie lodowe i rdzenie osadowe są wykorzystywane do rekonstrukcji paleoklimatycznych, które informują geologów o przeszłej i obecnej temperaturze, opadach i poziomie mórz na całym świecie. Te zbiory danych są naszym głównym źródłem informacji o globalnych zmianach klimatycznych poza danymi instrumentalnymi.
Zagrożenia naturalne
Geolodzy i geofizycy badają zagrożenia naturalne w celu uchwalenia bezpiecznych przepisów budowlanych i systemów ostrzegawczych, które są stosowane w celu zapobiegania utracie mienia i życia. Przykłady ważnych zagrożeń naturalnych związanych z geologią (w przeciwieństwie do tych, które są głównie lub tylko związane z meteorologią) to:
Historia
Badanie fizycznego materiału Ziemi sięga co najmniej starożytnej Grecji , kiedy Teofrasta (372–287 pne) napisał dzieło Peri Lithon ( O kamieniach ). W okresie rzymskim Pliniusz Starszy opisał szczegółowo wiele minerałów i metali, następnie w praktycznym zastosowaniu – nawet poprawnie odnotowując pochodzenie bursztynu . Dodatkowo w IV wieku p.n.e. Arystoteles dokonał krytycznych obserwacji powolnego tempa zmian geologicznych. Obserwował skład lądu i sformułował teorię, że Ziemia zmienia się powoli i że zmian tych nie da się zaobserwować w ciągu życia jednej osoby. Arystoteles opracował jedną z pierwszych opartych na dowodach koncepcji związanych z dziedziną geologiczną, dotyczących tempa fizycznych zmian Ziemi.
Abu al-Rayhan al-Biruni (973–1048 n.e.) był jednym z najwcześniejszych geologów perskich , którego prace obejmowały najwcześniejsze pisma dotyczące geologii Indii , wysuwające hipotezę, że subkontynent indyjski był kiedyś morzem. Czerpiąc z greckiej i indyjskiej literatury naukowej, która nie została zniszczona przez muzułmańskie podboje , perski uczony Ibn Sina (Awicenna, 981–1037) zaproponował szczegółowe wyjaśnienia dotyczące powstawania gór, pochodzenia trzęsień ziemi i innych zagadnień kluczowych dla współczesnej geologii, co dostarczyło podstaw dla późniejszego rozwoju nauki. W Chinach erudyta Shen Kuo (1031-1095) sformułował hipotezę dotyczącą procesu formowania się lądu: opierając się na swoich obserwacjach skamieniałych muszli zwierząt w warstwie geologicznej góry oddalonej o setki mil od oceanu, wywnioskował, że ląd był powstały w wyniku erozji gór i osadzania się mułu .
Nicolasowi Steno (1638-1686) przypisuje się prawo superpozycji , zasadę pierwotnej poziomości i zasadę ciągłości bocznej : trzy definiujące zasady stratygrafii .
Słowo geologia zostało po raz pierwszy użyte przez Ulisse Aldrovandi w 1603 r., A następnie przez Jean-André Deluc w 1778 r. I wprowadzone jako termin stały przez Horace-Bénédict de Saussure w 1779 r. Słowo to pochodzi od greckiego γῆ, gê , co oznacza „ziemia” i λόγος, logos , czyli „mowa”. Ale według innego źródła słowo „geologia” pochodzi od Norwega Mikkela Pedersøna Escholt (1600–1669), który był księdzem i uczonym. Escholt po raz pierwszy użył tej definicji w swojej książce pt. Geologia norweska (1657).
William Smith (1769–1839) narysował niektóre z pierwszych map geologicznych i rozpoczął proces porządkowania warstw (warstw) skalnych , badając zawarte w nich skamieniałości.
W 1763 roku Michaił Łomonosow opublikował swój traktat O warstwach ziemi . Jego praca była pierwszą narracją współczesnej geologii, opartą na jedności procesów w czasie i wyjaśnieniu przeszłości Ziemi od teraźniejszości.
James Hutton (1726-1797) jest często uważany za pierwszego współczesnego geologa. W 1785 przedstawił Towarzystwu Królewskiemu w Edynburgu referat zatytułowany Teoria Ziemi . W swoim artykule wyjaśnił swoją teorię, że Ziemia musi być znacznie starsza niż wcześniej przypuszczano, aby dać wystarczająco dużo czasu na erozję gór i utworzenie osadów na dnie morza, które z kolei podniosły się do poziomu stać się suchym lądem. Hutton opublikował dwutomową wersję swoich pomysłów w 1795 roku.
Zwolennicy Huttona byli znani jako plutoniści , ponieważ wierzyli, że niektóre skały powstały w wyniku wulkanizmu , czyli osadzania się lawy z wulkanów, w przeciwieństwie do neptunistów , na czele z Abrahamem Wernerem , którzy wierzyli, że wszystkie skały osiadły z dużego oceanu którego poziom stopniowo spadał w czasie.
Pierwsza mapa geologiczna Stanów Zjednoczonych została sporządzona w 1809 roku przez Williama Maclure'a . W 1807 roku Maclure rozpoczął narzucone sobie zadanie wykonania badań geologicznych Stanów Zjednoczonych. Prawie każdy stan w Unii był przez niego przemierzany i mapowany, a Góry Allegheny były przekraczane i ponownie przekraczane około 50 razy. Wyniki jego samodzielnej pracy zostały przekazane Amerykańskiemu Towarzystwu Filozoficznemu w pamiętniku zatytułowanym Obserwacje geologii Stanów Zjednoczonych wyjaśniające mapę geologiczną i opublikowane w Transakcjach Towarzystwa , wraz z pierwszą w kraju mapą geologiczną. To wyprzedza geologiczną mapę Anglii Williama Smitha o sześć lat, chociaż została zbudowana przy użyciu innej klasyfikacji skał.
Sir Charles Lyell (1797-1875) po raz pierwszy opublikował swoją słynną książkę Zasady geologii w 1830 roku. Ta książka, która wpłynęła na myśl Karola Darwina , z powodzeniem promowała doktrynę uniformitaryzmu . Teoria ta głosi, że powolne procesy geologiczne miały miejsce w całej historii Ziemi i nadal zachodzą. W przeciwieństwie do katastrofizmu jest teorią, że cechy Ziemi powstały w pojedynczych, katastrofalnych wydarzeniach i pozostały niezmienione. Chociaż Hutton wierzył w uniformitaryzm, pomysł ten nie był wówczas powszechnie akceptowany.
Znaczna część dziewiętnastowiecznej geologii obracała się wokół kwestii dokładnego wieku Ziemi . Szacunki wahały się od kilkuset tysięcy do miliardów lat. Na początku XX wieku datowanie radiometryczne pozwoliło oszacować wiek Ziemi na dwa miliardy lat. Świadomość tego ogromnego czasu otworzyła drzwi do nowych teorii na temat procesów, które ukształtowały planetę.
Niektóre z najbardziej znaczących postępów w geologii XX wieku to rozwój teorii tektoniki płyt w latach 60. XX wieku i udoskonalenie szacunków wieku planety. Teoria tektoniki płyt wyrosła z dwóch odrębnych obserwacji geologicznych: rozprzestrzeniania się dna morskiego i dryfu kontynentów . Teoria ta zrewolucjonizowała nauki o Ziemi . Obecnie wiadomo, że Ziemia ma około 4,5 miliarda lat.
Michaił Łomonosow , rosyjski erudyta , autor pierwszego systematycznego traktatu z geologii naukowej ( 1763 )
James Hutton , szkocki geolog i ojciec współczesnej geologii
John Tuzo Wilson , kanadyjski geofizyk i ojciec tektoniki płyt
Wulkanolog David A. Johnston 13 godzin przed śmiercią podczas erupcji Mount St. Helens w 1980 roku
.jpg)
.jpg)
- Nauka o systemach Ziemi
- Geologia gospodarcza
- Geologia inżynierska
- Geologia środowiskowa
- Nauka o środowisku
- Geoarcheologia
- Geochemia
- Geochronologia
- Geodezja
- Geografia
- Inżynieria geologiczna
- Modelowanie geologiczne
- Geometalurgia
- Geomikrobiologia
- Geomorfologia
- Geomitologia
- Geofizyka
- Glacjologia
- Geologia historyczna
- Hydrogeologia
- Meteorologia
- Mineralogia
- Oceanografia
- Paleoklimatologia
- Paleontologia
- Petrologia
- petrofizyka
- Geografia fizyczna
- Geologia planetarna
- Płyty tektoniczne
- Geologia regionalna
- Sedymentologia
- Sejsmologia
- Gleboznawstwo
- Speleologia
- Stratygrafia
- Geologia strukturalna
- Geologia systemów
- Tektonika
- Wulkanologia
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- One Geology: Ta interaktywna mapa geologiczna świata jest międzynarodową inicjatywą służb geologicznych na całym świecie. Ten przełomowy projekt rozpoczął się w 2007 roku i przyczynił się do „Międzynarodowego Roku Planety Ziemi”, stając się jednym z ich flagowych projektów.
- Wiadomości z nauk o Ziemi, mapy, słownik, artykuły, oferty pracy
- Amerykańska Unia Geofizyczna
- Amerykański Instytut Nauk o Ziemi
- Europejska Unia Nauk o Ziemi
- Towarzystwo Geologiczne Ameryki
- Towarzystwo Geologiczne w Londynie
- Wywiady wideo ze znanymi geologami
- Geologia OpenTextbook
- Benchmarki chronostratygrafii
| Przeglądy | |
|
|---|---|---|
| Historia geologii | ||
| Skład i struktura | ||
| Geologia historyczna | ||
| Ruch | ||
| Woda | ||
| Geodezja | ||
| Geofizyka | ||
| Aplikacje | ||
| Zawody | ||
| Atmosfera |  |
|
|---|---|---|
| Klimat | ||
| Kontynenty | ||
| Kultura i społeczeństwo | ||
| Środowisko | ||
| Geodezja | ||
| Geofizyka | ||
| Geologia | ||
| Oceany | ||
| Nauka planetarna | ||
|
Elementy natury
| |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Wszechświat | |||||
| Ziemia | |||||
| Pogoda | |||||
| Środowisko naturalne | |||||
| Życie |
|
||||
|
Zasady i procesy geologiczne
| ||
|---|---|---|
| Zasady stratygraficzne |  |
|
| Zasady petrologii | ||
| Procesy geomorfologiczne | ||
| Transport osadów | ||
| Biblioteki Narodowe | |
|---|---|
| Inny | |
