Litosfera i wnętrze Ziemi

Na podstawie danych sejsmicznych w budowie Ziemi wyróżniono trzy podstawowe części:
• powłokę skorupy ziemskiej, o zróżnicowanej grubości wielokrotnie większej pod lądami niż pod oceanami. Grubość skorupy waha się od 4 do 75 km. Przypada na nią zaledwie 1,4 % objętości Ziemi
• płaszcz Ziemi, który stanowi zasadniczą część zarówno objętości i masy Ziemi
• jądro Ziemi, które najpewniej dzieli się na zewnętrzne płynne i wewnętrzne - stałe
Skorupa ziemska dzielona jest na kontynentalną i oceaniczną. Kontynentalna zbudowana jest z trzech warstw - warstwy osadowej, granitowej i bazaltowej. Skorupa oceaniczna zalega w podłożu oceanów. Od kontynentalnej odróżnia ją ponadto brak warstwy granitowej i znacznie mniejsza grubość - średnio 7 km. Skorupa ziemska jest w ciągłym ruchu. Podzielona jest na fragmenty, które przemieszczają się zarówno w poziomie, jak i pionie. Poniżej skorupy ziemskiej zalega płaszcz. Skorupę ziemską od płaszcza rozdziela powierzchnia nieciągłości Moho - jest to właściwie warstwa przejściowa o grubości około 1 km, w której gwałtownie zmienia się prędkość fal sejsmicznych, co dowodzi zmiany właściwości fizycznych wnętrza Ziemi na głębokości jej zalegania. Skorupa ziemska i najbardziej zewnętrzna część płaszcza nazywane są litosferą. Mają podobne właściwości ciała sprężystego. O ile górną granicę płaszcza stanowi Moho, to dolną wyznacza powierzchnia nieciągłości Wiecherta-Gutenberga, na głębokości 2900 km, gdzie płaszcz sąsiaduje z jądrem Ziemi. W górnej części płaszcza Ziemi wyznaczono warstwę, na której opiera się litosfera - jest to astenosfera. Ma ona mniejszą gęstość niż litosfera. Płyty, na które dzieli się litosfera “pływają” po plastycznej astenosferze. W płaszczu Ziemi zachodzą bowiem ruchy materii wnętrza Ziemi, powodujące przemieszczanie się płyt litosfery. Są to tzw. prądy konwekcyjne.Dzisiejszy obraz tektoniki i budowy geologicznej Ziemi związany jest z przemianami litosfery. Wyróżniono w niej płyty, czyli części, których granice stanowią grzbiety i rowy oceaniczne. Niektóre płyty złożone są tylko ze skorupy oceanicznej, inne obejmują zarówno oceany, jak i kontynenty. Płyty unoszą się na astenosferze, plastycznej warstwie płaszcza Ziemi.Płyty przemieszczają się względem siebie dokonując zderzeń lub dryfują w przeciwnych kierunkach. Gdy dochodzi do zderzeń płyt oceanicznej z kontynentalną, płyta oceaniczna, cięższa, podsuwa się pod kontynentalną - ten rodzaj kolizji płyt nazywany jest subdukcją. Zderzenie płyt kontynentalnych doprowadza do fałdowania ich krawędzi i w efekcie do powstania gór - w ten sposób wyjaśnia się powstanie Himalajów jako skutku zderzenia Dekanu z płytą euroazjatycką. Subdukcja zachodzi też wzdłuż zachodnich wybrzeży obu Ameryk. Płyta pacyficzna podsuwając się pod kontynenty Ameryk kurczy się, natomiast płyty amerykańskie przyrastają. Wzdłuż krawędzi rozbieżnych powstaje ryft. Dochodzi tu do wciskania się magmy w rozsuwającą się skorupę dna oceanów. Powstają grzbiety oceaniczne rozcięte rozpadliną, przez którą wydobywa się magma. System ryftów występuje głównie w dnach oceanów. Odstępstwem od tego jest ryft na Islandii i w Afryce w strefie rowów tektonicznych. Przykładem grzbietu śróoceanicznego z doliną ryftową jest Grzbiet Środkowoatlantycki. Ruch płyt litosfery jest wywołany prądami konwekcyjnymi w płaszczu Ziemi. Są to prądy tworzące zamknięte komory. Prądy te powodują przemieszczanie materii wnętrza Ziemi, które w efekcie doprowadza do podziału litosfery na płyty (kry) i do ich dryfu. Przypuszcza się, że źródłem energii dla konwekcji w płaszczu jest ciepło wydzielane wskutek rozpadu pierwiastków promieniotwórczych oraz ciepło pierwotne wnętrza Ziemi pochodzące z okresu tworzenia się planety. Należy wziąć pod uwagę, że mówiąc o tektonice płyt litosfery mamy do czynienia z teorią naukową nie stanowiącą jeszcze prawa naukowego. Ta swoista rewolucja tektoniki płyt nastąpiła w latach 60-tych naszego stulecia. Jej prekursorem był geofizyk Alfred Wegener. Teoria tektoniki spójnie wyjaśnia powstawanie gór, istnienie rowów tektonicznych oraz towarzyszącą im aktywną sejsmikę i wulkanizm. Badaniem i opisywaniem dziejów skorupy ziemskiej oraz jej powierzchni zajmuje się geologia historyczna. Historia Ziemi badana jest różnymi metodami, na podstawie dokumentów, których dostarcza sama Ziemia. Podstawowym dokumentem są skały - metoda oparta na ich badaniu nosi nazwę petrograficznej - na podstawie rodzaju skał określa przeszłość lądową lub wodną, warunki klimatyczne lub aktywność skorupy ziemskiej, np. wapienie są skałami najczęściej morskiego pochodzenia, pokłady soli wskazują na obecność słonych zbiorników i klimat sprzyjający ich wysychaniu, skały wulkaniczne świadczą o wylewach wulkanicznych. Metoda stratygraficzna - polega na ustalaniu kolejności tworzenia się warstw skalnych na podstawie ich układu. Jeśli warstwy skał nie zmieniły swego pierwotnego położenia, są niezaburzone, to zawsze warstwy leżące głębiej są starsze, płycej położone - młodsze. Metoda paleontologiczna opiera się na badaniu zawartych w skałach szczątków organicznych z minionych epok geologicznych. Skamieniałości organizmów, które pojawiły się na krótko, ale występowały powszechnie, na dużych obszarach nazywa się skamieniałościami przewodnimi. Metody - paleontologiczna i stratygraficzna - służą do określania względnego wieku Ziemi. Do określania wieku bezwzględnego wykorzystuje się własności pierwiastków promieniotwórczych. Na podstawie badań rozpadu pierwiastków promieniotwórczych określono czas powstania globu ziemskiego na 4,6 mld lat temu. Dzieje Ziemi podzielono na jednostki czasu: era, okres, epoka, wiek. Granice er wyznaczyły wielkie orogenezy, czyli ruchy górotwórcze lub zmiany klimatu, które wywołały znaczące zmiany w świecie organicznym.Plutonizm, nazwany od greckiego boga podziemia - Plutona, dotyczy zjawisk związanych z przemieszczaniem się magmy pod skorupą Ziemi. Ujawnia się w postaci zastygłych wewnątrz skorupy ziemskiej ognisk magmowych, takich jak batolity, lakolity, bądź żył, soczewek, kominów (rysunek). Tworzą się one w wyniku intruzji, czyli wtargnięcia magmy między otaczające skały.
Wulkanizm, kojarzący się z rzymskim bogiem ognia Vulcanusem, obejmuje wszystkie zjawiska związane z działalnością wulkanów, a zatem wydobywanie się płynnych, stałych i gazowych produktów wulkanicznych. Tworzą je: magma oraz rozdrobnione siłą wybuchu materiały skalne (piroklastyczne) i gazy wulkaniczne. Miejsce ich wydobywania się, czyli erupcji, nazywamy wulkanem. Erupcja dokonuje się bądź poprzez komin i krater wulkanu - tworzą się wówczas stożki wulkaniczne, bądź poprzez szczeliny, tworząc rozległe pokrywy wulkaniczne. Erupcje wulkaniczne dokonują się pod wpływem ciśnienia gazów lub wskutek przemieszczeń materiału w skorupie ziemskiej wyciskających płynną magmę ku powierzchni Ziemi
Zależnie od rodzaju wyrzucanego materiału i przebiegu wybuchów wulkanów wyróżnia się:
• wulkany płaskie, tarczowe, z których wydobywa się tylko lawa, np. wulkany Hawajów
• wulkany o raptownym wybuchu - eksplozywne, wyrzucające tylko materiały piroklastyczne, czyli bloki, okruchy skał, drobne fragmenty zastygłej w powietrzu lawy (bomby, lapille), rozpyloną lawę tworzącą popioły, np. wulkany Gwatemali, Filipin
• wulkany mieszane, stratowulkany wyrzucające produkty płynne i stałe, stanowiące większość wulkanów na lądach, np. Wezuwiusz (Włochy), Fudżijama (Japonia)
Na świecie jest obecnie około 450 wulkanów lądowych. Za wygasłe uważa się takie, których wybuchu nie zachowała pamięć ludzka, wiele jest jednak wulkanów drzemiących. W Europie do czynnych wulkanów należą m. in.: Etna na Sycylii, Stromboli na Wyspach Liparyjskich, Wezuwiusz, Santoryn w Grecji, Hekla na Islandii. Obszary wygasłych wulkanów znajdują się m. in. w Masywie Centralnym we Francji, w Górach Eifel w Niemczech, w Polsce - Góra Św. Anny. Występowanie wulkanów na Ziemi jest ściśle związane ze strefą młodej górotwórczości i z obszarami aktywnych trzęsień Ziemi. Związek tych zjawisk tłumaczy teoria tektoniki płyt litosfery. W miejscach, gdzie jedna płyta litosfery zagłębia się pod drugą, wulkany powstają wzdłuż ich krawędzi - na kontynencie oraz wzdłuż rowów oceanicznych, np. wybrzeże Pacyfiku, Europa południowa, wyspy Japonii, Filipin. Wulkany powstają także w miejscach rozsuwania się płyt litosfery od siebie, czyli w grzbietach śródoceanicznych i w dolinach ryftowych, np. w Grzbiecie Środkowoatlantyckim., na Islandii, w Afryce wschodniej