Země a její stavba
Vznik vesmíru a naší sluneční soustavy stáří asi 17 Ga teorie velkého třesku - vznikl z extrémně husté hmoty, která se po explozi začala rozpínat během ranných fází se vytvořily elementární částice - z nich se vytvořily lehké prvky těžší prvky byly syntetizovány v průběhu dalšího vývoje
Slunce vzniklo asi před 5 Ga soustředěním hmoty v centru solární nebuly (mlhovina z prachu a plynů) vlivem gravitačního stlačení došlo k nukleárním reakcím, které byly zdrojem energie pro vytváření zárodků planet sluneční soustav zárodky se vytvářely kondenzací z plynoprachového disku obklopujícího Slunce nebo akrecí drobných těles (planetesimál) jejich stáří je 4,5 - 4,6 Ga
vnější planety - převládá H a He, nemají pevný povrch, vznikly jako první Země patří do systému terestrických planet, které se vyznačují diferenciací na kovové jádro, plášť a kůru
Vznik Země Země vznikla akrecí různorodých částic
při gravitační kontrakci, rozpadu radioaktivních prvků a dopadech kosmických těles vznikalo množství tepla během vývoje došlo díky tavení a gravitační diferenciaci ke stratifikaci na několik geosfér lišících se hustotou a složením gravitační diferenciací se těžké prvky (Fe, Ni) koncentrovaly v zemském jádře při odplynění chladnoucího pláště a kůry vznikla atmosféra a hydrosféra
primární atmosféra byla složena z H, CO2 a ledovými plyny (NH3, CH4)
tvar Země = geoid (rotační elipsoid, který je na pólech zploštěn asi o 23 km) poloměr Země na rovníku je 6378 km
Jak je možno zkoumat složení Země? 1) přímo - na povrchu nebo v důlních dílech, vrtech (max. 12 km), z xenolitů plášťových hornin
2) zkoumáním meteoritů a okolních planet - meteority poskytují informaci o složení solární nebuly 3) studiem seismických vln
Kolský hlubinný kolský hlubinný vrt vrt
xenolit plášťových peridotitů
Nediferencované meteority: 1) chondrity - nejpočetnější, primitivní složení, skládají se z chondrul (olivín, pyroxen) stáří okolo 4,6 Ga neprodělaly žádnou přeměnu = blízké složení solární nebuly (primární zastoupení prvků v počátečních fázích vývoje sluneční soustavy) 2) uhlíkaté chondrity
Diferencované meteority: 1) achondrity (kamenné meteority) - vyvřelého původu, pochází z dopadů kosmických těles na povrch Marsu a Měsíce stáří 4,4 - 4,6 Ga 2) železné meteority
achondrit
Seismické vlny 1) podélné (P-vlny, tlakové) - částice tělesa kmitají ve směru vlnění, nejrychlejší, šíří se pevnou látkou i kapalinou 2) příčné (S-vlny, střižné) - částice tělesa kmitají kolmo ke směru šíření seismické vlny, nešíří se kapalinou
reflexní seismika
Seismický model Země založen na zákonitosti šíření seismických vln podle změny vlastností prostředí se mění rychlost a směr jejich šíření (se zvyšující hustotou prostředí stoupá rychlost šíření vln)
1. zemská kůra 2. zemský plášť - svrchní - spodní 3. zemské jádro - svrchní - spodní
stavba zemského tělesa podle rychlosti šíření seismických vln
1. zemská kůra rychlosti šíření seismických vln jsou nízké průměrná hustota 2,8 g/cm3
obohacená o litofilní prvky - Na, K, Ca; Si, Al mezi minerály dominují živce, křemen a slídy
od zemského pláště oddělena Mohorovičičovou diskontinuitou v hloubce 20 - 90 km (nárůst rychlosti šíření seismických vln) a) kontinentální kůra b) oceánská kůra
Isostáze - vychází z předpokladu existence hladiny, kde je hodnota izostatického tlaku konstantní na celé Zemi – tato hladina se nachází na hranici pevné litosféry a vizkózní astenosféry 8g 2g
3g
Hustota materiálu 0.5 5g
5g
3g
2g
Airyho model
Water density 1.0
Váha každého bloku 2 g
0.5
0.3
0.2
density = 0.1
0.2
0.3
0.5
Prattův model Water density 1.0
izostáze – těžší oc. kůra je méně mocná, tvoří nízký reliéf X lehčí kontinentální kůra je mocnější, tvoří vysoký reliéf
oceánská kůra - mocnost okolo 10 km, hustota 2,9 - 3 g/cm3 má jednotvárné složení - tholeitické bazalty (nízkodraselné) neustále se recykluje - vzniká na středooceánských hřbetech a zaniká v subdukčních zónách
vrstva sedimentů
vrstva polštářových láv žilný komlex
vrstva gaber
peridotity a jiné ultrabazické horniny svrchního pláště
ofiolitový komplex (Kypr)
kontinentální kůra - průměrná mocnost 35 km, hustota 2,8 g/cm3 silnější v oblasti pásemných pohoří, slabší v oblasti kontinentálních riftů svrchní vrstva (10 - 15 km) tvořena převážně sedimenty a slabě metamorfovanými horninami, granitoidními vyvřelinami spodní část tvořena gabry a bazickými granulity a) štítové oblasti - stará jádra kontinentů, tektonicky málo aktivní, tvořeny silně metamorfovanými horninami b) platformy - mají krystalinické podloží, které je překryto nezvrásněnými mladšími sedimenty c) pásemná pohoří - složitá stavba, silná tektonická aktivita
kanadský štít
pásemné pohoří (Himálaj)
2. zemský plášť a) svrchní zemský plášť převládajícími minerály olivín, pyroxeny, granát a spinelidy z hornin dominují peridotity, eklogity nejsvrchnější část pláště ve stavu solidu (pevném stavu) spolu se zemskou kůrou tvoří litosféru v hloubce 60 - 250 km dochází k tavení hornin a nárůstu plasticity = astenosféra pokles rychlosti šíření seismických vln - zóna snížených rychlostí
v astenosféře dochází ke konvekčnímu proudění, které je jednou z podmínek deskové tektoniky
b) spodní zemský plášť - oddělen od svrchní pláště výraznou diskontinuitou v hloubce okolo 650 km dochází k fázovým přechodům minerálů v důsledku vysokých teplot a tlaků (např. olivín má strukturu spinelu) a ke změnám v minerálním složení
a) ochuzený plášť - produkuje bazalty středooceánských hřbetů (MORB) b) obohacený plášť - o K a litofilní prvky, produkuje magmata ostrovních oblouků a kontinentální bazalty; obohacení buď primární nebo pochází ze subdukované oceánské kůry
3. zemské jádro odděleno od spodního pláště Guttenbergovou diskontinuitou v hloubce 2900 km, kde dochází k poklesu rychlosti šíření P-vln, S-vlny se nešíří vysoká hustota 12 - 13 g/cm3
vnější jádro - tvořeno taveninou Fe a Ni vnitřní jádro - v pevném stavu (Fe, Ni), příměs Si, Mg, O a S oddělena přechodní zónou v hloubce okolo 5100 km, relativními pohyby obou jader vzniká magnetické pole Země
Magnetické pole Země skládá se ze 3 složek: 1) vnější - vyvolána elektrickými proudy v atmosféře, slabá 2) vnitřní - vzniká při relativních pohybech mezi vnějším a vnitřním jádrem 3) lokální - nahromadění feromagnetických minerálů v kůře chrání zemský povrch před kosmickým zářením
magnetické minerály, které krystalizují z magmatu jsou orientovány podle stávajícího magnetického pole podle inklinace (tj. úhlu, který svírá úhel magnetické intenzity s horizontální rovinou) lze určit v jakých zeměpisných šířkách byl minerál magnetizován (paleomagnetismus) v minulosti docházelo k inverzím magnetického pole, které jsou vysvětlovány změnou rychlosti konvekce v jádře
Vznik života život vznikl asi před 3,8 - 3,9 Ga (archaikum) a to buď: 1) v mělkomořském prokysličeném prostředí 2) v hlubokomořském redukčním prostředí ve vazbě na tzv. „kuřáky“ nejstarší nepřímé důkazy o životě - tzv. chemofosílie (izotopy biogenního uhlíku) známy z Grónska první prokazatelné fosílie z doby před 3,5 Ga (JAR) - Procaryota (organismy bez pravého buněčného jádra)
Cyanobakterie jedny z nejstarších fosílií na Zemi
recentní stromatolity ze Shark Bay (záp. pobřeží Austrálie)
stromatolity - nejsou pravé fosílie, pouze dokladem o činnosti organismů (sinic) nejstarší známé z Austrálie z doby před 3,5 Ga první Eucaryota (organismy s pravým buněčným jádrem) z doby před 1,2 Ga (USA, Austrálie)
Ediakarská fauna prvně popsána z JV Austrálie, další nálezy z Kanady, Sibiře, Číny, Ukrajiny
stáří svrchní proterozoikum, v období po globálním zalednění (snow-ball Earth), 565-555 Ma první mnohobuněčné organismy, bez pevných schránek (předchůdci láčkovců, kroužkovců, patrně i členovců a ostnokožců)
Tribrachidium Spriggina
Dickinsonia
