02. introducere in geologie - prezentare 02 - structura interna a pamantului

44
2. STRUCTURA INTERNĂ Prezentarea 02

Upload: diaconu-ligia

Post on 17-Dec-2015

38 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

geologie

TRANSCRIPT

  • 2. STRUCTURA INTERNPrezentarea 02

  • I. SEPARAREA GEOSFERELOR MAJORE: SCOAR, MANTA I NUCLEU

    Richard Dixon Oldham - geolog englez- propagarea undelor seismice nu se face uniform n interiorul Globului;- variaiile de vitez ale undelor depinde de natura materialului strbtut.

    Andrei Mohorovii (1909) geofizician croat- studiind un cutremur din Peninsula Balcanic a descoperit c schimbarea vitezelor undelor se face brusc, ca i cum n interiorul Globului ar exista discontinuiti pronunate ntre diferitele straturi constitutive;- discontinuitate Moho, de la limita scoara / manta, la adncimea de 50-70 km.

    Beno Gutenberg (1913) geofizician american- discontinuitatea Wiechert - Gutenberg, care separ mantaua de nucleu, la 2900 km adncime

    ISTORIE

  • II. SEPARAREA SUBDIVIZIUNILOR GEOSFERELOR MAJORE

    W. C. Repetti (1928) seismolog american- discontinuitate Repetti la 1000 m adncime, separnd mantaua superioar i inferioar.

    Inge Lehman (1936) seismolog danez- discontinuitatea Lehman la 4980 km, separ nucleul extern de zona de tranziie.

    Keith Edward Bullen (1942) seismolog englez- discontinuitatea Oldham-Gutenberg, la 5120 km adncime;- separ zona de tranziie n cadrul nucleului, de 140 km grosime situat ntre 4980 i 5120 km;- a introdus n 1942 o nomenclatur, indicnd cu literele A, B, ...G pturile constitutive principale ale Globului. Acestea au fost ulterior completate cu o serie de subdiviziuni (B, B, B; D, D).

    Beno Gutenberg (1948) geofizician american- separ n mantaua superioar stratul de vitez redus (= astenosfera);- delimiteaz ntre 400 i 1000 km zona de tranziie, ntre mantaua superioar i mantaua inferioar.

  • Diviziunile interne variaia viteziei undelor seismice P i S

  • MODEL PRIVIND STRUCTURA INTERN A PMNTULUI I DISTRIBUIA UNOR PARAMETRII FIZICI I CHIMICI, NTOCMIT PE BAZA

    DATELOR FURNIZATE DE MSURTORILE GEOFIZICE

    (dup Bleahu, 1983)

  • STRATURILE CONSTITUTIVE ALE GLOBULUI (BULLEN, 1942)

    A. Scoara (crusta, litosfera superioar)- se ntinde de la suprafa pn la discontinuitatea Moho, care se gsete la

    4-8 km sub oceane i ajunge, sub vechile scuturi continentale, la 80 km;- grosimea medie a scoarei este de 33 km.- prezint o mare variabilitate n ce privete viteza de propagare a undelor

    seismice P i S, reflectnd compoziia i structura sa complicat;

    Scoara este separat n trei tipuri: continental, de tranziie i oceanic:1. Scoara continental este alctuit din trei pturi:- ptura sedimentar sau stratisfera cu grosimi de 0-15 km,- ptura granitic cu o grosime de 10-15 km n platforme i 30-40 km n

    catenele montane,- ptura bazaltic cu grosimi de 15-20 km;2. Scoara oceanic este alctuit din:- ptur sedimentar cu o grosime de 0-2000 m (i peste 2000 m n fosele

    oceanice)- ptur bazaltic de 5-6 km grosime;3. Scoara de tranziie se distinge de cea continental prin scderea grosimii

    pturii granitice.

  • Relaia ntre scoarele continental i oceanic

  • B. Mantaua superioar ncepe de la discontinuitatea Moho, pn la o adncime de 400 km;

    n funcie de variaia vitezelor undelor seismice n cadrul mantalei superioare s-au separat trei diviziuni notate cu B, B i B:

    - B (litosfera inferioar) - are o grosime medie de 50-70 km sub oceane i de 150-200 km sub scuturile continentale. Este alctuit din roci ultrabazice, cu densiti de 3,3-3,5 g/cm3.

    - B (astenosfera = strat de vitez redus) - viteza undelor seismice scade,extinzndu-se pn la adncimea de 250 km. Aici materia se gsete n apropierea limitei dintre lichid i solid, stare denumit solidus. n astenosferiau natere curenii de convecie. Topiturile magmatice din astenosfer, dup unele estimri, ar reprezenta numai 2%.

    - B se extinde pn la 375-400 km, fiind mult mai mai omogen dect primele dou.

  • n teoriile dinamice moderne stratului de vitez redus i revine un rol foarte important fapt pentru care partea superioar a Globului a fost mprit n raport cu acesta: Astfel, scoara plus stratul B formeazlitosfera, n care viteza undelor seismice crete continuu, cu o sritur pe Moho.

    Litosfera este divizat n plci tectonice, care se gsesc n micare pe astenosfer.

  • Relaia ntre morfologia bazinuluioceanic i dinamica litosferei

    Corelarea litosferei oceanicecu cea continental i

    raportul plac litosferic / astenosfer

    (Sursa: http://ro.wikipedia.org/)

  • C. Zona de tranziie se ntinde de la adncimi de 375-400 km pn la 1000 km, la discontinuitatea Repetti.

    D. Mantaua inferioar (mezosfera) Se ntinde de la D. Repetti pn la 2900 km, la D. Gutenberg. Neomogenitile din mantaua inferioar au condus la separarea stratelor D i pe ultimii 200 km stratul D. Este format din silicai feromagnezieni i sulfuri metalice de Cr, Ni, Fe.

    E. Nucleul extern se ntinde de la 2900 km (mai precis de la 2 898 km 3 km) pn la 4980 km. Este n stare lichid, motiv pentru care nu este strbtut de undele seismice de forfecare S. Datorit strii lichide a materiei, se formeaz cureni de convecie.

    F. Zona de tranziie ar avea o grosime de cca. 140 km, fiind caracterizat de prezena mai multor suprafee de discontinuitate care fac trecerea spre nucleul intern.

    G. Nucleul intern este considerat o sfer cu o raz de 1250 km, cuprins ntre 5120 km i centrul Pmntului, alctuit din Ni i Fe, cu o densitate cuprins ntre 11 i 15 g/cm3.

  • 3. CMPURILE FIZICE ALE PMNTULUI

    n Universul fizic fiecare dintre forele responsabile de coeziunea Universului,acioneaz n spaii specifice, adic n cmpuri fizice proprii.

    Particulelor materiale le sunt asociate fore, de exemplu:- din masa fiecreia, invariabil, n orice punct al Universului, decurge fora atraciei universale (gravitaia);- din sarcinile electrice de semn contrar decurg forele electrice de atracie i de respingere;- forele electrice produc la rndul lor forele magnetice, de asemenea dipolare;- din contracia particulelor apar forele nucleare nsoite de energie termic,considerate embrionul rotaiei i a lanului reaciilor termonucleare, adic motorul transformrii materiei.

    Fore fundamentale care se consider c guverneaz materia:- interaciunea forte = interaciunea nuclear;- interaciunea electromagnetic = interaciunile sarcinilor electrice i magnetice;- interaciunea slab = interaciunile din dezintegrarea ;- interaciunea gravitii = asigur coeziunea galaxiilor, stelelor, planetelor i tuturor corpurilor naturale, cu mas.

  • 3.1. Gravitaia

    3.1.1. Densitatea

    3.1.2. Presiunea

    3.2. Energia caloric

    3.3. Radioactivitatea

    3.4. Magnetismul i paleomagnetismul

    3.5. Electricitatea

    3.6. Seismicitatea

  • 3.1. GRAVITAIASpaiul n care corpurile sunt grele, adic n care se resimte simultan atracia maselor i micarea de rotaie a Globului, se numete cmp gravific sau cmpul gravitii (= gravisfera).

    Cmpul gravitii realizeaz coeziunea tuturor prilor componente ale planetei, cu fore proporionale cu masa i distana lor fa de centrul Pmntului

    Cmpul gravitaional este caracterizat de:- intensitate (gi = mg) i acceleraie gravitaional;- unitatea de msur n SI = gal (1 gal = o for care imprim o acceleraie gravitaional de 1 cm/s2).

    n cazul Pmntului, intensitatea (= acceleraia gravitaional) cmpului gravitaional nu are o valoare uniform:a. La suprafaa terestr - se explic prin diferena de raz i aciunea forei centrifuge care are este nul la poli i maxim la ecuator:- la poli = 983 gali;- la ecuator = 973 gali;- valoarea medie calculat = 981 gali (la Potsdam); Romnia = 980,6 gali

  • b. Pe vertical

    (din Bleahu, 1983)

  • Masa unitii de volum este o constant avnd aceeai valoare n orice punct al Universului.

    Greutatea este o for proporional cu masacorpului i acceleraia gravitaional.

    Greutatea corpurilor de la suprafaa terestr variaz n funcie de latitudine i altitudine:

    - la poli un obiect este cu 5%mai greu dect la ecuator;

    - la o altitudine egal cu raza medie terestr, greutatea corpurilor este de patru ori mai mic dect la nivelul mrii.

    (dup D.H. i M.P. Tarling, 1978)

  • 3.1.1. DENSITATEA

    Primele modele gravimetrice privind estimarea densitilor geosferelor interne, sunt reprezentate de modelul petrografic al lui Suess (1909) i modelul geochimic al lui Goldschmidt (1922).

  • Din Bleahu (1983)

    1968 - parametrii fizico-chimici ai Pmntului modelai electronic:- au rezultat un numr de peste 5 milioane de modele, care au fost testate ulterior cu parametrii geofizici reali i n final au rezultat doar 6 modele care satisfceau datele cunoscute, iar dintre acestea doar trei au fost considerate verosimile.

  • Modelul Ringwood (1940) o explicaie privind modelul gravitaional aldistribuiilor densitilor

    - n stadiile iniiale Pmntul a avut o atmosfer reductoare (format mai ales din carbon i metan);

    - n aceste condiii s-a produs reducerea oxizilor i silicailor pn la aliaje metalice, n special de fier i nichel - la partea superioar s-au format compuii metalici deni i grei, iar n interior cei mai puin deni i mai uori;

    - acest aranjament instabil a fost urmat de o ajustare gravitaional izostatic, producndu-se scufundare poriunilor metalice de la suprafa spre interior, lund natere pe aceast cale structura concentric a Globului, ordonat gravitaional;

    - dificultatea acestui model const n faptul c implic o retopire total a materiei cosmice, ceea ce nu explic cantitatea de elemente volatile (de ex. Hg, As, Cd i Zn) care s-ar fi putut conserva numai n condiiile unui Glob retopit parial - altfel aceste elemente s-ar fi pierdut n spaiu atmosferic, aa cum s-a pierdut hidrogenul i heliul.

  • 3.1.2. PRESIUNEAPresiunea litostatic (= presiunea hidrostatic) - este determinat de greutatea coloanei de roci i crete cu adncimea. Este estimat la 0,5 mil. atm. n mantaua sup., 1,3-1,6 mil. atm. la limita manta/nucleu i ajunge la 3,7-3,9 mil. atm. n centrul Globului.- Calculul variaiei presiunii n lungul razei terestre se calculeaz n funcie de variaia densitii i a acceleraie gravitaionale. Acesta const din determinarea greutii unei coloane de materie terestr pe unitatea de suprafa, la o anumit adncime, conform legilor hidrostatiticii (se presupune lipsa presiunilor laterale i c stratele superioare apas constant asupra stratelor inferioare cu toat greutatea lor).P = H x S x x g, unde:H = adncimea coloanei;S = suprafaa unitar; = densitatea medie a materialului din coloan;g = acceleraia gravitaional.Aciunea presiunii litostatice determin compactarea rocilor, evacuarea apei din pori, etc.

    Presiunea orientat (stressul) - se manifest n scoara terestr cu o valoare maxim pe o anumit direcie i determin apariia istozitii rocilor metamorfice, formarea cutelor, faliilor, ariajelor, etc.

  • 3.2. ENERGIA CALORIC

    SURSE DE ENERGIE CALORIC

    1. Cldura extern

    - energia caloric extern provine n ntregime de la Soare i este neuniform distribuit la suprafaa Globului, datorit formei i nclinrii axei de rotaie fa de planul de revoluie;- constanta solar msurat la limita superioar a atmosferei este 1,9 cal/cm2/minut, iar cantitatea total de cldur este de 90000 x 1012 wai/an.

    2. Cldura intern

    - ponderea energiei termice interne n bilanul termic al Pmntului este de numai 0,5% (30 x 1012 wai, din care vulcani particip doar cu 0,1 x 1012 wai);

    Cldura intern are ca surse:

    1 - rezerva iniial;2 - radioactivitatea;3 - gravitaia i presiunile geotectonice.

  • 1- Rezerva iniial = cldura rezidual

    - rezult din faza de evoluie pregeologic a Globului, oparte din aceast energie fiind pierdut prin procesele de conversie i conducie desfurate n timpul geologic

    Surse:

    - dezintegrarea radioactiv a izotopilor cu via lung, cu timp de njumtire suficient de lung pentru a produce o nclzire considerabil: U236 (Uraniu), Sm145(Samariul), Pu244 (Plutoniu - artificial), Cm247 (Curiu - artificial) - dac ntreaga cldur generat ar fi fost reinut de Pmnt, atunci temperatura Globului ar fi fost de 2000-30000C;

    - comprimarea adiabatic, determinat de presiunile de tip hidrostatic i atracia gravitaional - aceste procese ar fi determinat o cretere cu cteva sute de grade n cazul presiunilor de tip hidrostatic i de cca. 16000C n cazul consumrii energiei gravitaionale.

  • 2 Radioactivitatea

    - este condiionat de concentrarea elementelor radioactive n scoar;

    - acestea se concentreaz preponderent n scoarele continentale, n special n rocile acide din ptura granitic i cu totul subordonat n scoarele oceanice;

    - se estimeaz c 2/3 din fluxul termic teluric provine din corpurile granitice ale scoarei, care concentreaz elementele radioactive;

    - se opineaz c la baza pturii granitice se produce pe aceast cale creterea temperaturii pn la topirea materialului i formarea camerelor magmatice, fapt confirmat de scderea vitezei undelor seismice.

    3 Gravitaia i presiunile geotectonice

    - produc energie caloric care conduc la creterea temperaturilor, n sistem adiabatic n interior.

  • A Timpii de njumtire pentru o serie de izotopi radioactivi

    B Curba de determinare a vrstei absolute folosindraportul izotopilor de Pb, 207/206

    230Th 226Ra

    235U 207Pb+He

    87Rb 87Sr

    238U 206Pb+He

    207Pb206Pb

    (Sursa: www.palaeos.com)

  • FLUXUL TERMIC TERESTRU (HF)

    - din interiorul Pmntului spre suprafa, litosfera este strbtut de un curent de conducie termic, denumit flux termic terestru (HF);

    - n scoar, de la suprafa spre adncime, temperatura crete pn la cca. 2000 m cu un gradient geotermic de 30C la 100 m (treapta geotermic este de 33 m, adic pe o adncime de 33 m, temperatura crete cu 10C). Apoi creterea este lent pn la 39000C n nucleu.

    Din Airinei (1977)

  • 3.3. RADIOACTIVITATEA

    Georadioactivitatea este o motenire cosmic a Pmntului i se datoreaz instabilitii nucleare a izotopilor radioactivi, supui continuu procesului de dezintegrare radioactiv.

    - Pmntul dispune de urmtoarele rezerve de elemente radiocative, exprimate n miliarde de tone: 50000 Th232, 16000 U238 i 113 de U235;

    - n faza Pmntului tnr, acum 4,5 miliarde de ani, cantitile, exprimate tot n miliarde de tone, ar fi fost urmtoarele: 62000 Th232, 32000 U238 i 9200 U235;

    - rezult c Pmntul a consumat anual, n medie, cel puin 20000 t de subtane radioactive - dac se ine seama c transformarea unui atom de U238 este nsoit de degajarea unei energii de 50 MeV (mega electron-voli) (1 MeV = 1,602 x 10-13 joule), a unui atom de U235 de 45 MeV i a unui atom de Th232 de 40 MeV, se poate aprecia cantitatea de energie pe care o furnizeaz planetei acest fenomen;

    - dintre elementele radioactive, thoriul i uraniul sunt cei mai preioi martori ai istoriei Pmntului, datorit izotopilor cu timpi de njumtire foarte mari: Th232 13,9 mld. ani, iar U238 4,6 mld. ani;

  • 3.4. MAGNETISMUL I PALEOMAGNETISMUL

    Globul terestru se comport ca un magnet gigant, mai precis ca un dipol geomagnetic, fiind nconjurat de un cmp magnetic denumit magnetosfer.- acesta se extinde n jurul Terrei pe o distan de 10 raze pmnteti.- liniile de for ale cmpului magnetic ies din polul sud i intr prin polul nord;- elementele spaiale ale cmpului geomagnetic nu se suprapun reelei geografice - astfel polul nord magnetic real se gsete n vestul Groenlandei, iar axa geomagnetic care unete polii magnetici nu coincide cu axa de rotaie a Pmntului, axa polilor magnetici trecnd pe la 1100 km fa de centrul Pmntului;- existena cmpului magnetic a constituit una dintre condiiile apariiei vieiipe Pmnt; fr acest scut protector razele cosmice ar fi distrus orice germene organic;- genetic, magnetismul terestru este legat de: structura geosferic i compoziia chimico-mineralogic a globului, micrile Globului i prezena curenilor de convecie n nucleul extern al Pmntului

  • Dipol magnetic

    Cmp magnetic terestru

  • (Sursa: http://ro.wikipedia.org/)

  • 1. Intensitatea cmpului magnetic care se msoar n gamma (ca uniti de inducie i de cmp): la ecuator - 25000 gamma i la poli - 70000 gamma. Pentru acest parametru se elaboreaz hrtii cu izogame, hri pe care se figureaz anomaliile magnetice legate de prezena n subsol a unor corpuri feromagnetice.2. Declinaia magnetic reprezint unghiul dintre direcia nordului magnetic i direcia nordului geografic ntr-un punct dat i se msoar n grade. Liniile care unesc punctele cu aceeai valoare a declinaiei magnetice se numesc izogone.3. nclinaia magnetic este unghiul dintre orizontala locului i planul acului magnetic, valoarea acestuia fiind 00 la ecuator i 900 la poli. Liniile de aceeai valoare a nclinaiei magnetice sunt izoclinele.

  • (dup D.H. i M.P. Tarling, 1978)

    Cmp normal Cmp invers

  • VARIAIA SECULAR - nc din 1634 Gellibrand a descoperit c declinaia magnetic a Londrei variaz periodic n timp, de la un an la altul. Fenomenul a fost denumit ulterior variaie secular, constatndu-se c ea afecteaz i nclinaia i intensitatea cmpului magnetic. Din analiza hrilor cu izolinii(hri cu izogone, cu izocline sau cu izodiname) s-a observat o migraie a polului boreal spre vest, cu 0,180 long./an. Aceasta semnific c o rotaie complet a reelei magnetice se realizeaz la cca. 2000 ani.

    PALEOMAGNETISMUL = MAGNETISMUL REMANENT

    (Sursa: www.palaeos.com)

  • n mod similar, n decursul timpului geologic au avut loc inversiuni ale polaritii terestre, cei doi poli schimbndu-i poziia, astfel nct intervalele de timp n care polul nord se afla n direcia spre care este situat i n prezent se numesc intervale de polaritate normal, iar celelalte perioade, intervale de polaritate invers. Rocile i mineralele se magnetizeaz n direcia cmpului magnetic existent, acesta pstrndu-se n roci i dup ncetarea aciunii cmpului iniial. Acest magnetism a fost denumit magnetism remanent.

    Magnetizarea remanent, genetic, poate fi:

    - termoremanent;

    - remanent detritic;

    - remanent chimic;

    - remanent vscoas.

    (din Bleahu, 1983)

  • 3.5. ELECTRICITATEA

    La suprafaa Pmntului, dar i n adncul acestuia, exist un cmp electric natural, numit i cmpul curenilor telurici.

    Sursa principal a cmpului electric natural se afl n procesele magneto-hidrodinamice generate de curenii de convecie din nucleu, la 2900 - 5000 km adncime i n frecrile ce au loc la aproximativ 2900 km adncime, la limita dintre mezosfer i nucleu extern.

    Alte dou surse, de mai mic importan, constau n curenii formai n scoar i cei rezultai din interaciunea atmosferei cu scoara.

  • 3.6. SEISMICITATEA

    Energia declanat n anumite puncte din interiorul Pmntului, numite focare seismice, se transmite n masa acestuia i ntreine o stare aproape permanent de agitaie i tensiune a materiei terestre. n funcie de mrimea intervaluluide timp n care se elibereaz energia potenial acumulat n focare i cantitatea acesteia, se produc micrile seismice din scoar, de intensiti variabile.

  • MICROSEISMELE

    Seismografele electrodinamice moderne nregistreaz zguduiri de oscilaii i mai slabe, chiar n lipsa unor micri care pot fi catalogate cutremure de Pmnt. Aceste oscilaii slabe au fost denumite microseisme. Pe acest fond de dezgomote seismice se produc la fiecare 30 cutremure de Pmnt propriu-zise.

    Cauzele care produc microseismele sunt foarte numeroase: funcionarea diferitelor mecanisme i circulaia autovehiculelor; apele sau valurile, vntul, etc.

    - Valurile grele ale bazinelor oceanice i mrilor - produc prin lovirea rmurilor zguduiri care se propag pn la mii de kilometri n interiorul continentelor;

    - Mecanismul de formare a taifunurilor - n acest caz undele create de balansul apelor se transmit la fundul bazinului oceanic i de acolo se propag prin scoar pe continent.

    La studiul acestor fenomene particip n mod egal seismologia, oceanografia i meteorologia.

  • MACROSEISMELE

    Macroseismele sunt legate de activitatea seismic determinat n cea mai mare parte de micrile geotectonice i micrile difereniale ale plcilor tectonice (peste 90% din seisme), apoi activitii vulcanice, prbuirilor subterane n unele zone carstice, etc.

    Exist o diferen fundamental din punct de vedere seismic ntre zonele de expansiune (acreie) i zonele de subducie (de consum):

    - n zona rifturilor sunt generate cutremure de mic adncime (cu focare situate pn la 60 km);

    - pe cnd n zonele de subducie sunt localizate cutremurele de adncime medie (60 300 km) i mare (300 700 km). Sunt i o categorie de cutremure plutonice, cu focar localizat sub scoara terestr, la cca. 800 km, cu cauze nc discutabile.

  • (dup Bleahu, 1983)

    Distribuia focarelor seismice pe planele de subducie

  • (dup Bleahu, 1983)

    Poziia focarelor seismice n cazul faliilor tranasformante

  • MACROPLCILE I MEZOPLCILE PE GLOB

    (Sursa: http://ro.wikipedia.org/)

  • CORELAREA ALINIAMENTELOR TECTONICE CU DISTRIBUIAZONELOR SEISMICE PE GLOB

    (Sursa: http://ro.wikipedia.org/)