geologie -Geology

Geologická mapa Evropy z roku 1875 , kterou sestavil belgický geolog André Dumont . (Barvy označují rozložení hornin různého stáří a typů po celém kontinentu, jak byly tehdy známé.)

Geologie (ze starověké řečtiny γῆ ( )  'země' a -λoγία ( -logía )  'studium, diskurs') je odvětvím vědy o Zemi , které se zabývá jak kapalnou, tak pevnou Zemí , horninami , ze kterých se skládá. a procesy, kterými se v čase mění. Geologie může také zahrnovat studium pevných útvarů jakékoli pozemské planety nebo přirozené družice , jako je Mars nebo Měsíc . Moderní geologie významně překrývá všechny ostatní vědy o Zemi, včetně hydrologie a věd o atmosféře , a tak je považována za jeden z hlavních aspektů integrované vědy o systému Země a planetární vědy .

Letecký pohled na Grand Prismatic Spring ; Hot Springs, Midway & Lower Geyser Basin, Yellowstonský národní park

Geologie popisuje strukturu Země na a pod jejím povrchem a procesy, které tuto strukturu utvářely. Poskytuje také nástroje k určení relativního a absolutního stáří hornin nalezených v daném místě a také k popisu historie těchto hornin. Kombinací těchto nástrojů jsou geologové schopni zaznamenávat geologickou historii Země jako celku a také demonstrovat stáří Země . Geologie poskytuje primární důkazy pro deskovou tektoniku , evoluční historii života a minulá klima Země .

Geologové používají širokou škálu metod k pochopení struktury a evoluce Země, včetně práce v terénu , popisu horniny , geofyzikálních technik , chemické analýzy , fyzikálních experimentů a numerického modelování . Z praktického hlediska je geologie důležitá pro průzkum a těžbu nerostů a uhlovodíků , hodnocení vodních zdrojů , porozumění přírodním rizikům , nápravu environmentálních problémů a poskytuje pohled na minulou změnu klimatu . Geologie je hlavní akademická disciplína a je ústřední pro geologické inženýrství a hraje důležitou roli v geotechnice .

Sopka Sarychev Peak vybuchla 12. června 2009 na ostrově Matua

Geologické materiály

Většina geologických dat pochází z výzkumu pevných materiálů Země. Meteority a další mimozemské přírodní materiály jsou také studovány geologickými metodami.

Minerály

Minerály jsou přirozeně se vyskytující prvky a sloučeniny s určitým homogenním chemickým složením a uspořádaným atomovým složením.

Každý minerál má odlišné fyzikální vlastnosti a existuje mnoho testů k určení každého z nich. Vzorky lze testovat na:

  • Lesk: Kvalita světla odraženého od povrchu minerálu. Příklady jsou kovové, perleťové, voskové, matné.
  • Barva: Minerály jsou seskupeny podle barvy. Většinou diagnostické, ale nečistoty mohou změnit barvu minerálu.
  • Pruh: Provádí se škrábáním vzorku na porcelánovém talíři. Barva pruhu může pomoci pojmenovat minerál.
  • Tvrdost: Odolnost minerálu proti poškrábání.
  • Vzor lomu: Minerál může vykazovat lomy nebo štěpení, přičemž první z nich je lámání nerovných povrchů a druhé lámání podél těsně rozmístěných paralelních rovin.
  • Specifická hmotnost: hmotnost specifického objemu nerostu.
  • Šumivost: Zahrnuje nakapání kyseliny chlorovodíkové na minerál pro testování šumění.
  • Magnetismus: Zahrnuje použití magnetu k testování magnetismu .
  • Chuť: Minerály mohou mít výraznou chuť, jako je halit (který chutná jako kuchyňská sůl ).

Skály

Horninový cyklus ukazuje vztah mezi vyvřelými , sedimentárními a metamorfovanými horninami .

Skála je jakákoliv přirozeně se vyskytující pevná hmota nebo nahromadění minerálů nebo mineraloidů . Většina výzkumů v geologii je spojena se studiem hornin, protože poskytují primární záznam většiny geologické historie Země. Existují tři hlavní typy hornin: magmatické , sedimentární a metamorfované . Skalní cyklus ilustruje vztahy mezi nimi (viz diagram).

Když hornina ztuhne nebo krystalizuje z taveniny ( magma nebo láva ), jedná se o vyvřelou horninu. Tato hornina může být zvětralá a erodovaná , poté znovu uložena a litifikována do sedimentární horniny. Poté může být přeměněna na metamorfovanou horninu teplem a tlakem, které mění její minerální obsah, což má za následek charakteristickou tkaninu . Všechny tři typy se mohou znovu roztavit, a když k tomu dojde, vytvoří se nové magma, ze kterého může znovu ztuhnout vyvřelá hornina. Organická hmota, jako je uhlí, bitumen, ropa a zemní plyn, je spojena hlavně s usazenými horninami bohatými na organické látky.

Křemen z Tibetu . Křemen tvoří více než 10 % hmotnosti zemské kůry.

Ke studiu všech tří typů hornin geologové hodnotí minerály, ze kterých se skládají, a jejich další fyzikální vlastnosti, jako je textura a tkanina .

Nelitovaný materiál

Geologové také studují unlithified materiály (označované jako povrchová ložiska ), které leží nad skalním podložím . Tato studie je často známá jako kvartérní geologie , po kvartérním období geologické historie, což je nejnovější období geologického času.

Magma

Magma je původní nelitifikovaný zdroj všech vyvřelých hornin . Aktivní tok roztavené horniny je podrobně studován ve vulkanologii a magmatická petrologie si klade za cíl určit historii magmatických hornin od jejich původního roztaveného zdroje až po jejich konečnou krystalizaci.

Struktura celé Země

Tektonika desek

Oceánsko-kontinentální konvergence vedoucí k subdukci a vulkanickým obloukům ilustruje jeden efekt deskové tektoniky .
Hlavní tektonické desky Země

V 60. letech 20. století bylo objeveno, že zemská litosféra , která zahrnuje kůru a tuhou svrchní část svrchního pláště , je rozdělena na tektonické desky , které se pohybují po plasticky deformujícím se pevném svrchním plášti, který se nazývá astenosféra . Tuto teorii podporuje několik typů pozorování, včetně šíření mořského dna a globální distribuce horského terénu a seizmicity.

Mezi pohybem desek na povrchu a konvekcí pláště (to znamená přenos tepla způsobený pomalým pohybem tvárné plášťové horniny) existuje těsné spojení. Oceánské desky a přilehlé konvekční proudy pláště se tedy pohybují vždy stejným směrem – protože oceánská litosféra je ve skutečnosti tuhá horní tepelná mezní vrstva konvekčního pláště. Toto spojení mezi pevnými deskami pohybujícími se na povrchu Země a konvekčním pláštěm se nazývá desková tektonika.

V tomto diagramu založeném na seismické tomografii jsou subdukující desky modře a kontinentální okraje a několik hranic desek je červeně. Modrá skvrna v sekci výřezu je Farallonská deska , která se ponoří pod Severní Ameriku. Pozůstatky této desky na povrchu Země jsou deska Juan de Fuca a deska Explorer , a to jak v severozápadních Spojených státech a jihozápadní Kanadě, tak deska Cocos na západním pobřeží Mexika.

Rozvoj deskové tektoniky poskytl fyzikální základ pro mnohá pozorování pevné Země. Dlouhé lineární oblasti geologických prvků se vysvětlují jako hranice desek.

Například:

Transformační hranice , jako je systém zlomu San Andreas , vedly k rozsáhlým silným zemětřesením. Desková tektonika také poskytla mechanismus pro teorii kontinentálního driftu Alfreda Wegenera , ve které se kontinenty pohybují po povrchu Země v průběhu geologického času. Poskytly také hnací sílu pro deformaci kůry a nové prostředí pro pozorování strukturní geologie. Síla teorie deskové tektoniky spočívá v její schopnosti spojit všechna tato pozorování do jediné teorie o tom, jak se litosféra pohybuje nad konvekčním pláštěm.

Struktura Země

Vrstevnatá struktura Země . (1) vnitřní jádro; (2) vnější jádro; (3) spodní plášť; (4) horní plášť; (5) litosféra; (6) kůra (část litosféry)
Země vrstvená struktura. Typické dráhy vln při zemětřesení, jako je tato, poskytly raným seismologům pohled na vrstvenou strukturu Země

Pokroky v seismologii , počítačovém modelování a mineralogii a krystalografii při vysokých teplotách a tlacích umožňují nahlédnout do vnitřního složení a struktury Země.

Seismologové mohou využít doby příchodu seismických vln k zobrazení nitra Země. Časné pokroky v této oblasti ukázaly existenci kapalného vnějšího jádra (kde se smykové vlny nemohly šířit) a hustého pevného vnitřního jádra . Tyto pokroky vedly k vývoji vrstveného modelu Země s kůrou a litosférou nahoře, pláštěm pod ním (odděleným v sobě seismickými nespojitostmi ve 410 a 660 kilometrech) a vnějším jádrem a vnitřním jádrem pod tím. V poslední době byli seismologové schopni vytvořit podrobné snímky rychlostí vln uvnitř Země stejným způsobem, jakým lékař zobrazuje tělo na CT skenu. Tyto snímky vedly k mnohem podrobnějšímu zobrazení nitra Země a nahradily zjednodušený vrstvený model mnohem dynamičtějším modelem.

Mineralogové byli schopni použít údaje o tlaku a teplotě ze seismických a modelovacích studií spolu se znalostmi o elementárním složení Země k reprodukci těchto podmínek v experimentálních podmínkách a měření změn v krystalové struktuře. Tyto studie vysvětlují chemické změny spojené s hlavními seismickými nespojitostmi v plášti a ukazují krystalografické struktury očekávané ve vnitřním jádru Země.

Geologický čas

Geologická časová škála zahrnuje historii Země. To je ohraničeno nejdříve daty prvního materiálu sluneční soustavy na 4,567 Ga (nebo 4,567 miliard let) a formování Země na 4,54 Ga (4,54 miliard let), což je začátek neformálně uznávaného hadejského eonu .  – rozdělení geologického času. Na pozdějším konci stupnice je označena současností (v epoše holocénu ).

Časové měřítko Země

Následujících pět časových os ukazuje geologické časové měřítko. První ukazuje celý čas od vzniku Země až po současnost, ale to dává málo prostoru pro poslední eon. Druhá časová osa ukazuje rozšířený pohled na poslední eon. Podobným způsobem je nejnovější epocha rozšířena ve třetí časové ose, nejnovější období je rozšířeno ve čtvrté časové ose a nejnovější epocha je rozšířena v páté časové ose.

Siderian Rhyacian Orosirian Statherian Calymmian Ectasian Stenian Tonian Cryogenian Ediacaran Eoarchean Paleoarchean Mesoarchean Neoarchean Paleoproterozoic Mesoproterozoic Neoproterozoic Paleozoic Mesozoic Cenozoic Hadean Archean Proterozoic Phanerozoic Precambrian
Cambrian Ordovician Silurian Devonian Carboniferous Permian Triassic Jurassic Cretaceous Paleogene Neogene Quaternary Paleozoic Mesozoic Cenozoic Phanerozoic
Paleocene Eocene Oligocene Miocene Pliocene Pleistocene Holocene Paleogene Neogene Quaternary Cenozoic
Gelasian Calabrian (stage) Chibanian Pleistocene Pleistocene Holocene Quaternary
Greenlandian Northgrippian Meghalayan Holocene
Miliony let (1., 2., 3. a 4.)
Tisíce let (5.)

Důležité milníky na Zemi

Geologický čas v diagramu zvaném geologické hodiny , který ukazuje relativní délky eonů a ér historie Země

Časové měřítko Měsíce

Early Imbrian Late Imbrian Pre-Nectarian Nectarian Eratosthenian Copernican period
Miliony let před současností


Časové měřítko Marsu

Noachian Noachian Hesperian Amazonian (Mars)
Marťanská časová období (před miliony let)

Seznamovací metody

Příbuzenské randění

Průřezové vztahy lze použít k určení relativního stáří horninových vrstev a jiných geologických struktur. Vysvětlivky: A – zvrásněné horninové vrstvy proříznuté násunovým zlomem ; B – velký průnik (proříznutí A); C – erozní úhlová nesourodost (odříznutí A & B), na které se ukládaly horninové vrstvy; D – vulkanická hráz (prořezání A, B a C); E – ještě mladší horninové vrstvy (překrývající C a D); F – normální porucha (proříznutí A, B, C a E).

Metody pro relativní datování byly vyvinuty, když se geologie poprvé objevila jako přírodní věda . Geologové dodnes používají následující principy jako prostředek k poskytování informací o geologické historii a načasování geologických událostí.

Princip uniformitarianismu říká, že geologické procesy pozorované v provozu, které v současnosti modifikují zemskou kůru, fungovaly v průběhu geologického času velmi stejným způsobem. Základním principem geologie, který prosadil skotský lékař a geolog James Hutton v 18. století , je, že „současnost je klíčem k minulosti“. Huttonovými slovy: "minulá historie naší zeměkoule musí být vysvětlena tím, co lze vidět, že se děje nyní."

Princip intruzivních vztahů se týká průřezových intruzí. V geologii, když magmatický průnik protíná formaci sedimentární horniny , lze určit, že magmatický průnik je mladší než sedimentární hornina. Různé typy průniků zahrnují pažby, lakolity , batolity , prahy a hráze .

Princip průřezových vztahů se týká vzniku poruch a stáří sekvencí, kterými protínají. Zlomy jsou mladší než skály, které řezají; v souladu s tím, pokud je nalezena chyba, která proniká některými formacemi, ale ne těmi nad nimi, pak formace, které byly vyříznuty, jsou starší než chyba a ty, které nejsou proříznuty, musí být mladší než chyba. Nalezení klíčového lůžka v těchto situacích může pomoci určit, zda se jedná o normální poruchu nebo poruchu tahu .

Princip inkluzí a složek říká, že u sedimentárních hornin, pokud jsou vměstky (nebo klasty ) nalezeny ve formaci, pak inkluze musí být starší než formace, která je obsahuje. Například v sedimentárních horninách je běžné, že se štěrk ze staršího útvaru vytrhne a zahrne do novější vrstvy. Podobná situace u vyvřelých hornin nastává při nálezu xenolitů . Tato cizí tělesa jsou zachycena jako magma nebo lávové proudy a jsou zabudována, aby se později ochladila v matrici. V důsledku toho jsou xenolity starší než hornina, která je obsahuje.

Perm přes jurskou stratigrafii oblasti Colorado Plateau v jihovýchodním Utahu je příkladem jak původní horizontality, tak zákona superpozice. Tyto vrstvy tvoří většinu slavných prominentních skalních útvarů v široce rozmístěných chráněných oblastech, jako je Capitol Reef National Park a Canyonlands National Park . Odshora dolů: Zaoblené žlutohnědé kopule navajského pískovce , vrstvené červené souvrství Kayenta , svisle spojované skalní útvary, červený pískovec Wingate , svažitý, nafialovělý útvar Chinle , vrstvený, světleji červený souvrství Moenkopi a bílý vrstvený Cutler Formace pískovec. Obrázek z Glen Canyon National Recreation Area , Utah.

Princip původní horizontality říká, že ukládání sedimentů probíhá jako v podstatě horizontální lože. Pozorování moderních mořských a nemořských sedimentů v nejrůznějších prostředích toto zobecnění podporuje (ačkoliv příčné podloží je nakloněno, celková orientace příčně uložených jednotek je horizontální).

Princip superpozice říká, že vrstva sedimentárních hornin v tektonicky nenarušeném sledu je mladší než vrstva pod ní a starší než vrstva nad ní. Je logické, že mladší vrstva nemůže podklouznout pod dříve uloženou vrstvou. Tento princip umožňuje nahlížet na sedimentární vrstvy jako na formu vertikální časové osy, částečný nebo úplný záznam času, který uplynul od uložení nejnižší vrstvy do uložení nejvyšší vrstvy.

Princip faunální sukcese je založen na výskytu fosilií v sedimentárních horninách. Protože organismy existují ve stejném období na celém světě, jejich přítomnost nebo (někdy) nepřítomnost poskytuje relativní stáří formací, kde se objevují. Na základě principů, které William Smith vyložil téměř sto let před zveřejněním evoluční teorie Charlese Darwina , se principy posloupnosti vyvinuly nezávisle na evolučním myšlení. Princip se však stává poměrně složitým, vezmeme-li v úvahu nejistoty fosilizace, lokalizace fosilních typů v důsledku laterálních změn v biotopu ( změna facie v sedimentárních vrstvách) a že ne všechny fosilie vznikly globálně ve stejnou dobu.

Absolutní randění

Minerál zirkon je často používán v radiometrickém datování .

Geologové také používají metody k určení absolutního stáří vzorků hornin a geologických událostí. Tato data jsou užitečná sama o sobě a lze je také použít ve spojení s metodami relativního datování nebo ke kalibraci relativních metod.

Na počátku 20. století byl pokrok v geologické vědě usnadněn schopností získat přesná absolutní data geologických událostí pomocí radioaktivních izotopů a dalších metod. To změnilo chápání geologického času. Dříve mohli geologové používat pouze fosilie a stratigrafickou korelaci k datování částí hornin ve vztahu k sobě navzájem. S izotopovými daty bylo možné přiřadit absolutní stáří horninovým jednotkám a tato absolutní data mohla být aplikována na fosilní sekvence, ve kterých byl datovatelný materiál, převádějící stará relativní stáří na nová absolutní stáří.

Pro mnoho geologických aplikací jsou izotopové poměry radioaktivních prvků měřeny v minerálech, které udávají množství času, které uplynulo od doby, kdy hornina prošla svou konkrétní uzavírací teplotou , což je bod, ve kterém různé radiometrické izotopy přestanou difundovat do a z krystalové mřížky . Používají se při geochronologických a termochronologických studiích. Mezi běžné metody patří datování uran-olovo , datování draslík-argon , datování argon-argon a datování uran-thorium . Tyto metody se používají pro různé aplikace. Datování vrstev lávy a sopečného popela nalezených ve stratigrafické sekvenci může poskytnout údaje o absolutním stáří pro jednotky sedimentárních hornin, které neobsahují radioaktivní izotopy, a kalibrovat relativní datovací techniky. Tyto metody lze také použít k určení stáří rozmístění plutonů . Termochemické techniky lze použít k určení teplotních profilů v kůře, zdvihu horských pásem a paleotopografie.

Frakcionace prvků řady lanthanoidů se používá k výpočtu stáří od doby, kdy byly z pláště odstraněny horniny.

Pro novější události se používají jiné metody. K datování povrchů a/nebo rychlostí eroze se používá opticky stimulovaná luminiscence a kosmogenní radionuklidové datování. Dendrochronologii lze využít i pro datování krajin. Radiokarbonové datování se používá pro geologicky mladé materiály obsahující organický uhlík .

Geologický vývoj území

Původně horizontální sled sedimentárních hornin (v odstínech žlutohnědé) je ovlivněn magmatickou činností. Hluboko pod povrchem je magmatická komora a velká přidružená vyvřelá tělesa. Magmatická komora napájí sopku a vysílá odnože magmatu , které později krystalizují do hrází a prahů. Magma také postupuje nahoru a tvoří rušivá vyvřelá tělesa . Diagram znázorňuje jak sopku škvárového kužele , která uvolňuje popel, tak složenou sopku , která uvolňuje jak lávu, tak popel.
Ilustrace tří typů poruch.
A. Poruchy skluzu se vyskytují, když kamenné jednotky kloužou jedna přes druhou.
B. Normální zlomy se vyskytují, když horniny procházejí horizontálním roztahováním.
C. Reverzní (neboli tahové) zlomy nastávají, když horniny procházejí horizontálním zkracováním.

Geologie oblasti se v průběhu času mění, jak se horninové jednotky ukládají a vkládají, a deformační procesy mění jejich tvary a umístění.

Kamenné jednotky jsou nejprve umístěny buď depozicí na povrch nebo vniknutím do nadložní horniny . K depozici může dojít, když se sedimenty usadí na povrchu Země a později zkamenití do sedimentární horniny, nebo když povrch pokryje sopečný materiál , jako je sopečný popel nebo lávové proudy . Magmatické průniky , jako jsou batolity , lakolity , hráze a prahy , tlačí nahoru do nadložní skály a krystalizují, když pronikají.

Po uložení počáteční sekvence hornin mohou být horninové jednotky deformovány a/nebo metamorfovány . K deformaci obvykle dochází v důsledku horizontálního zkracování, horizontálního prodloužení nebo pohybu ze strany na stranu ( úder-skluz ). Tyto strukturální režimy se široce týkají konvergentních hranic , divergentních hranic a transformačních hranic mezi tektonickými deskami.

Když jsou kamenné jednotky umístěny pod vodorovnou kompresi , zkracují se a stávají se silnějšími. Vzhledem k tomu, že kamenné jednotky, jiné než bahno, výrazně nemění objem , je toho dosaženo dvěma hlavními způsoby: zlomem a vrásněním . V mělké kůře, kde může docházet ke křehké deformaci , se tvoří tahové zlomy, které způsobí, že se hlubší hornina pohybuje nad mělčí horninou. Protože hlubší hornina je často starší, jak je uvedeno v principu superpozice , může to vést k tomu, že se starší horniny pohybují na mladších. Pohyb podél zlomů může mít za následek vrásnění, a to buď proto, že zlomy nejsou rovinné, nebo proto, že se vrstvy horniny táhnou podél zlomu a vytvářejí vlečené záhyby, když podél zlomu dochází ke skluzu. Hlouběji na Zemi se horniny chovají plasticky a skládají se, místo aby se zlomily. Tyto záhyby mohou být buď takové, kde se materiál ve středu záhybu vyboulí směrem nahoru, čímž vytváří „ antiformy “, nebo kde se prohýbá směrem dolů a vytváří „ synformy “. Pokud vrcholy skalních jednotek v vrásách zůstanou směřovat vzhůru, nazývají se antiklinály a synklinály . Pokud některé jednotky v vrásnění směřují dolů, struktura se nazývá převrácená antiklinála nebo synklinála, a pokud jsou všechny skalní jednotky převráceny nebo není znám správný směr nahoru, nazývá se jednoduše nejobecnějšími pojmy, antiformy a synformy.

Diagram záhybů, označující antiklinálu a synchronizaci

Ještě vyšší tlaky a teploty při horizontálním zkracování mohou způsobit jak vrásnění, tak metamorfózu hornin. Tato metamorfóza způsobuje změny v minerálním složení hornin; vytváří foliaci nebo rovinný povrch, který souvisí s růstem minerálů při stresu. To může odstranit známky původních textur hornin, jako je podestýlka v sedimentárních horninách, proudění láv a krystalové vzory v krystalických horninách .

Prodloužení způsobuje, že se kamenné jednotky jako celek prodlužují a ztenčují. Toho je primárně dosaženo normálním lámáním a tažným natahováním a ztenčováním. Normální zlomy shazují horninové jednotky, které jsou výše pod těmi, které jsou nižší. To obvykle vede k tomu, že mladší jednotky končí pod staršími jednotkami. Natahování jednotek může mít za následek jejich ztenčení. Ve skutečnosti se na jednom místě v Maria Fold and Thrust Belt celá sedimentární sekvence Grand Canyonu objevuje na délce méně než metr. Horniny v hloubce, která se má tažně napínat, jsou často také metamorfovány. Tyto natažené kameny se mohou také zaštípnout do čoček, známých jako boudins , podle francouzského slova pro „klobásu“, protože jsou vizuálně podobné.

Tam, kde kamenné jednotky kloužou jedna přes druhou, se v mělkých oblastech vyvíjejí zlomy se skluzem , které se stávají střižnými zónami v hlubších hloubkách, kde se horniny tažně deformují.

Geologický průřez Kittatinny Mountain . Tento průřez ukazuje metamorfované horniny, překryté mladšími sedimenty uloženými po metamorfní události. Tyto skalní jednotky byly později zvrásněny a porušeny během vyzdvižení hory.

Při deformaci často dochází k přidávání nových horninových celků, a to jak depozičně, tak intruzivně. Zlomové a jiné deformační procesy vedou k vytváření topografických gradientů, které způsobují, že materiál na horninové jednotce, který se zvětšuje, je erodován svahy a kanály. Tyto sedimenty se ukládají na horninové jednotce, která klesá. Nepřetržitý pohyb podél zlomu udržuje topografický gradient navzdory pohybu sedimentu a nadále vytváří akomodační prostor pro ukládání materiálu. Deformační děje jsou často spojeny také s vulkanismem a magmatickou činností. Na povrchu se hromadí sopečný popel a láva a zespodu vstupují magmatické průniky. Hráze , dlouhé, rovinné vyvřelé výrony, vstupují podél trhlin, a proto se často tvoří ve velkém množství v oblastech, které se aktivně deformují. To může mít za následek umístění rojů hrází , jako jsou ty, které jsou pozorovatelné přes kanadský štít, nebo prstence hrází kolem lávové trubky vulkánu.

Všechny tyto procesy se nemusí nutně odehrávat v jednom prostředí a nemusí nutně probíhat v jediném pořadí. Havajské ostrovy se například skládají téměř výhradně z vrstvených čedičových lávových proudů. Sedimentární sekvence středních kontinentálních Spojených států a Velkého kaňonu na jihozápadě Spojených států obsahují téměř nedeformované hromady sedimentárních hornin, které zůstaly na místě od doby kambria . Jiné oblasti jsou geologicky mnohem složitější. Na jihozápadě Spojených států byly sedimentární, vulkanické a intruzivní horniny metamorfovány, porušeny, olistěny a zvrásněny. Dokonce i starší horniny, jako je rula Acasta kratonu Slave v severozápadní Kanadě , nejstarší známá hornina na světě , byly metamorfovány do té míry, že jejich původ je bez laboratorní analýzy nerozeznatelný. Kromě toho mohou tyto procesy probíhat ve fázích. Na mnoha místech, Grand Canyon na jihozápadě Spojených států je velmi viditelným příkladem, spodní horninové jednotky byly metamorfovány a deformovány a poté deformace skončila a horní, nedeformované jednotky byly uloženy. Ačkoli může dojít k jakémukoli množství sesouvání hornin a deformacím hornin a mohou k nim docházet mnohokrát, tyto koncepty poskytují vodítko pro pochopení geologické historie oblasti.

Geologické metody

Standardní Brunton Pocket Transit , běžně používaný geology pro mapování a průzkum

Geologové používají řadu polí, laboratorních a numerických metod modelování k dešifrování historie Země a k pochopení procesů, které se odehrávají na Zemi i uvnitř ní. Při typickém geologickém výzkumu využívají geologové primární informace související s petrologií (studium hornin), stratigrafií (studium sedimentárních vrstev) a strukturní geologií (studium poloh horninových jednotek a jejich deformací). V mnoha případech geologové také studují moderní půdy, řeky , krajiny a ledovce ; zkoumat minulý a současný život a biogeochemické cesty a používat geofyzikální metody k průzkumu podpovrchu. Subspeciality geologie mohou rozlišovat endogenní a exogenní geologii.

Terénní metody

Typický terénní mapovací tábor USGS v 50. letech 20. století
Dnes se kapesní počítače s GPS a softwarem geografických informačních systémů často používají při geologických terénních pracích ( digitální geologické mapování ).
Zkamenělý kmen v Petrified Forest National Park , Arizona , USA

Geologické terénní práce se liší v závislosti na daném úkolu. Typická práce v terénu může zahrnovat:

Petrografický mikroskop .
Naskenovaný obraz tenkého řezu v křížově polarizovaném světle.
V optické mineralogii se tenké řezy používají ke studiu hornin. Metoda je založena na odlišných indexech lomu různých minerálů.

Petrologie

Kromě identifikace hornin v terénu ( litologie ) petrologové identifikují vzorky hornin v laboratoři. Dvě z primárních metod pro identifikaci hornin v laboratoři jsou pomocí optické mikroskopie a pomocí elektronové mikrosondy . V optické mineralogické analýze petrologové analyzují tenké řezy vzorků hornin pomocí petrografického mikroskopu , kde mohou být minerály identifikovány prostřednictvím jejich různých vlastností v rovinně polarizovaném a křížově polarizovaném světle, včetně jejich dvojlomu , pleochroismu , twinningu a interferenčních vlastností s konoskopická čočka . V elektronové mikrosondě jsou jednotlivá místa analyzována na jejich přesné chemické složení a variace ve složení v jednotlivých krystalech. Studie stabilních a radioaktivních izotopů poskytují vhled do geochemického vývoje horninových jednotek.

Petrologové mohou také používat data inkluze tekutin a provádět fyzikální experimenty s vysokou teplotou a tlakem, aby pochopili teploty a tlaky, při kterých se objevují různé minerální fáze, a jak se mění prostřednictvím magmatických a metamorfních procesů. Tento výzkum lze extrapolovat do terénu pro pochopení metamorfních procesů a podmínek krystalizace vyvřelých hornin. Tato práce může také pomoci vysvětlit procesy, které se vyskytují na Zemi, jako je subdukce a vývoj magmatické komory .

Vrásněné horninové vrstvy

Strukturní geologie

Schéma orogenního klínu. Klín roste zlomem v interiéru a podél hlavního bazálního zlomu, nazývaného décollement . Staví svůj tvar do kritického zúžení , ve kterém úhly uvnitř klínu zůstávají stejné jako poruchy uvnitř poruch rovnováhy materiálu podél dekoltu. Je to obdoba buldozeru, který tlačí hromadu hlíny, kde je buldozer hlavní deskou.

Strukturní geologové používají mikroskopickou analýzu orientovaných tenkých řezů geologických vzorků k pozorování tkaniny uvnitř hornin, která poskytuje informace o napětí v krystalické struktuře hornin. Také vykreslují a kombinují měření geologických struktur, aby lépe porozuměli orientaci zlomů a vrás, aby rekonstruovali historii deformace hornin v oblasti. Kromě toho provádějí analogové a numerické experimenty s deformací hornin ve velkých a malých prostředích.

Analýza struktur se často provádí vykreslením orientací různých prvků na stereosítě . Stereonet je stereografická projekce koule do roviny, ve které se roviny promítají jako čáry a čáry jako body. Ty lze použít k nalezení umístění os vrás, vztahů mezi zlomy a vztahů mezi jinými geologickými strukturami.

Mezi nejznámější experimenty ve strukturální geologii patří ty, které zahrnují orogenní klíny , což jsou zóny, ve kterých jsou hory stavěny podél konvergentních hranic tektonických desek. V analogových verzích těchto experimentů jsou horizontální vrstvy písku taženy podél spodního povrchu do zadní zarážky, což má za následek realisticky vypadající vzory chyb a růst kriticky zúženého (všechny úhly zůstávají stejné) orogenního klínu. Numerické modely fungují stejným způsobem jako tyto analogové modely, i když jsou často sofistikovanější a mohou zahrnovat vzory eroze a zdvihu v horském pásu. To pomáhá ukázat vztah mezi erozí a tvarem pohoří. Tyto studie mohou také poskytnout užitečné informace o cestách pro metamorfózu prostřednictvím tlaku, teploty, prostoru a času.

Stratigrafie

Různé barvy ukazují různé minerály tvořící horu Ritagli di Lecca při pohledu z Fondachelli-Fantina na Sicílii

V laboratoři stratigrafové analyzují vzorky stratigrafických řezů, které lze vrátit z terénu, například vzorky z vrtných jader . Stratigrafové také analyzují data z geofyzikálních průzkumů, které ukazují umístění stratigrafických jednotek v podpovrchu. Geofyzikální data a protokoly vrtů lze zkombinovat za účelem vytvoření lepšího pohledu na podpovrch, a stratigrafové k tomu často používají počítačové programy ve třech rozměrech. Stratigrafové pak mohou tato data použít k rekonstrukci starověkých procesů probíhajících na povrchu Země, interpretovat minulá prostředí a lokalizovat oblasti pro těžbu vody, uhlí a uhlovodíků.

V laboratoři biostratigrafové analyzují vzorky hornin z výchozu a vrtají jádra pro fosilie nalezené v nich. Tyto fosilie pomáhají vědcům datovat jádro a porozumět depozičnímu prostředí , ve kterém se horninové jednotky vytvořily. Geochronologové přesně datují horniny ve stratigrafické sekci, aby poskytli lepší absolutní hranice načasování a rychlosti ukládání. Magnetičtí stratigrafové hledají známky magnetických zvratů v jednotkách vyvřelých hornin uvnitř vrtných jader. Jiní vědci provádějí studie stabilních izotopů na skalách, aby získali informace o minulém klimatu.

Planetární geologie

Povrch Marsu vyfotografovaný přistávacím modulem Viking 2 9. prosince 1977

S příchodem vesmírného průzkumu ve dvacátém století se geologové začali dívat na jiná planetární tělesa stejným způsobem, jaký byl vyvinut pro studium Země . Tento nový studijní obor se nazývá planetární geologie (někdy známá jako astrogeologie) a při studiu jiných těles sluneční soustavy se opírá o známé geologické principy.

Ačkoli předpona geo z řeckého jazyka odkazuje na Zemi, výraz „geologie“ se často používá ve spojení se jmény jiných planetárních těles při popisu jejich složení a vnitřních procesů: příklady jsou „ geologie Marsu “ a „ lunární geologie “. Používají se také specializované termíny jako selenologie (studium Měsíce), areologie (Marsu) atd.

I když se planetární geologové zajímají o studium všech aspektů jiných planet, významným cílem je hledat důkazy o minulém nebo současném životě na jiných světech. To vedlo k mnoha misím, jejichž primárním nebo doplňkovým účelem je zkoumat planetární těla pro důkazy života. Jedním z nich je přistávací modul Phoenix , který analyzoval polární půdu Marsu na přítomnost vody, chemických a mineralogických složek souvisejících s biologickými procesy.

Aplikovaná geologie

Muž rýžování zlata na Mokelumne . Harper's Weekly : Jak jsme získali zlato v Kalifornii. 1860

Ekonomická geologie

Ekonomická geologie je obor geologie, který se zabývá aspekty hospodářských nerostů, které lidstvo využívá k naplnění různých potřeb. Ekonomické nerosty jsou ty, které se ziskově těží pro různé praktické využití. Ekonomičtí geologové pomáhají lokalizovat a spravovat přírodní zdroje Země , jako je ropa a uhlí, stejně jako nerostné zdroje, mezi které patří kovy, jako je železo, měď a uran.

Důlní geologie

Těžební geologie spočívá v těžbě nerostných surovin ze Země. Některé zdroje ekonomického zájmu zahrnují drahé kameny , kovy , jako je zlato a měď , a mnoho minerálů, jako je azbest , perlit , slída , fosfáty , zeolity , jíl , pemza , křemen a oxid křemičitý , stejně jako prvky, jako je síra , chlór a helium .

Ropná geologie

Proces přihlášení bahna, běžný způsob studia litologie při vrtání ropných vrtů

Ropní geologové studují umístění podpovrchu Země, které může obsahovat extrahovatelné uhlovodíky, zejména ropu a zemní plyn . Protože mnoho z těchto nádrží se nachází v sedimentárních pánvích , studují vznik těchto pánví, stejně jako jejich sedimentární a tektonický vývoj a současné polohy horninových jednotek.

Inženýrská geologie

Inženýrská geologie je aplikace geologických principů v inženýrské praxi za účelem zajištění toho, aby geologické faktory ovlivňující umístění, projektování, výstavbu, provoz a údržbu inženýrských děl byly správně řešeny. Inženýrská geologie je odlišná od geologického inženýrství , zejména v Severní Americe.

Dítě pije vodu ze studny postavené v rámci hydrogeologického humanitárního projektu v Keni

V oblasti pozemního stavitelství se využívají geologické principy a rozbory ke zjištění mechanických principů materiálu, na kterém jsou stavby stavěny. To umožňuje stavět tunely bez zřícení, mosty a mrakodrapy stavět na pevných základech a stavět budovy, které se nebudou usazovat v hlíně a bahně.

Hydrologie

Geologii a geologické principy lze aplikovat na různé environmentální problémy, jako je obnova potoků , obnova brownfields a pochopení interakce mezi přirozeným stanovištěm a geologickým prostředím. Hydrologie podzemních vod nebo hydrogeologie se používá k lokalizaci podzemních vod, které mohou často poskytnout pohotovou zásobu neznečištěné vody a jsou zvláště důležité v suchých oblastech, a ke sledování šíření kontaminantů ve studních podzemních vod.

Paleoklimatologie

Geologové také získávají data prostřednictvím stratigrafie, vrtů , jaderných vzorků a ledových jader . Ledová jádra a jádra sedimentů se používají pro rekonstrukce paleoklimatu, které geologům říkají o minulé a současné teplotě, srážkách a hladině moře po celém světě. Tyto datové soubory jsou naším primárním zdrojem informací o globální změně klimatu mimo instrumentální data.

Přírodní rizika

Rockfall v Grand Canyonu

Geologové a geofyzici studují přírodní nebezpečí, aby uzákonili bezpečné stavební předpisy a varovné systémy, které se používají k prevenci ztrát na majetku a životech. Příklady důležitých přírodních rizik, která se týkají geologie (na rozdíl od těch, která se týkají hlavně nebo pouze meteorologie), jsou:

Dějiny

William Smithova geologická mapa Anglie , Walesu a jižního Skotska . Dokončena v roce 1815, byla to druhá geologická mapa v národním měřítku a zdaleka nejpřesnější své doby.

Studium fyzického materiálu Země sahá přinejmenším do starověkého Řecka , kdy Theophrastus (372–287 př. n. l.) napsal dílo Peri Lithon ( Na kamenech ). Během římského období Plinius Starší podrobně psal o mnoha minerálech a kovech, které se pak v praxi používaly – dokonce správně zaznamenal původ jantaru . Navíc ve 4. století př. n. l. Aristoteles provedl kritická pozorování pomalé rychlosti geologických změn. Pozoroval složení pevniny a formuloval teorii, kdy se Země mění pomalým tempem a že tyto změny nelze pozorovat během života jednoho člověka. Aristoteles vyvinul jeden z prvních konceptů založených na důkazech spojených s geologickou říší ohledně rychlosti, s jakou se Země fyzicky mění.

Abu al-Rayhan al-Biruni (973-1048 CE) byl jedním z prvních perských geologů, jehož práce zahrnovaly nejstarší spisy o geologii Indie , předpokládající, že indický subkontinent byl kdysi mořem. Perský učenec Ibn Sina (Avicenna, 981–1037) čerpal z řecké a indické vědecké literatury, která nebyla zničena muslimskými výboji , a navrhl podrobná vysvětlení vzniku hor, původu zemětřesení a dalších témat stěžejních pro moderní geologii. který poskytl základní základ pro pozdější rozvoj vědy. V Číně formuloval polyhistor Shen Kuo (1031–1095) hypotézu o procesu formování země: na základě svého pozorování schránek fosilních zvířat v geologické vrstvě v hoře stovky mil od oceánu usoudil, že země byla vzniklý erozí hor a usazováním bahna .

Nicolas Steno (1638–1686) je připisován zákonu superpozice , principu původní horizontality a principu laterální kontinuity : tři definující principy stratigrafie .

Slovo geologie poprvé použil Ulisse Aldrovandi v roce 1603, poté Jean-André Deluc v roce 1778 a jako ustálený termín jej zavedl Horace-Bénédict de Saussure v roce 1779. Slovo je odvozeno z řeckého γῆ, , což znamená „země“. a λόγος, logos , což znamená „řeč“. Ale podle jiného zdroje slovo „geologie“ pochází od Nora Mikkela Pedersøna Escholta (1600–1699), který byl knězem a učencem. Escholt poprvé použil definici ve své knize s názvem Geologia Norvegica (1657).

William Smith (1769–1839) nakreslil některé z prvních geologických map a zahájil proces řazení horninových vrstev (vrstev) zkoumáním fosilií v nich obsažených.

V roce 1763 vydal Michail Lomonosov své pojednání O vrstvách Země . Jeho dílo bylo prvním vyprávěním moderní geologie, založené na jednotě procesů v čase a vysvětlení minulosti Země od současnosti.

James Hutton (1726-1797) je často považován za prvního moderního geologa. V roce 1785 předložil Royal Society of Edinburgh dokument s názvem Teorie Země . Ve své práci vysvětlil svou teorii, že Země musí být mnohem starší, než se dříve předpokládalo, aby umožnila dostatek času na erozi hor a na usazeniny , aby na dně moře vytvořily nové horniny, které se zase zvedly až do výše stát se suchou zemí. Hutton publikoval dvousvazkovou verzi svých myšlenek v roce 1795.

Huttonovi následovníci byli známí jako plutonisté , protože věřili, že některé horniny byly vytvořeny vulkanismem , což je usazování lávy ze sopek, na rozdíl od neptunistů vedených Abrahamem Wernerem , kteří věřili, že všechny horniny se usadily z velkého oceánu. jejichž hladina postupem času postupně klesala.

První geologickou mapu USA vytvořil v roce 1809 William Maclure . V roce 1807 zahájil Maclure dobrovolný úkol provést geologický průzkum Spojených států. Téměř každý stát v Unii prošel a zmapoval, pohoří Allegheny bylo překročeno a znovu překročeno asi 50krát. Výsledky jeho práce bez pomoci byly předloženy Americké filozofické společnosti v monografii s názvem Pozorování geologie Spojených států vysvětlujících geologickou mapu a zveřejněné v Transactions společnosti spolu s první geologickou mapou národa. To předchází geologickou mapu Anglie Williama Smithe o šest let, i když byla zkonstruována s použitím jiné klasifikace hornin.

Sir Charles Lyell (1797-1875) poprvé vydal svou slavnou knihu Principles of Geology v roce 1830. Tato kniha, která ovlivnila myšlení Charlese Darwina , úspěšně prosazovala doktrínu uniformitarianismu . Tato teorie tvrdí, že pomalé geologické procesy probíhaly v celé historii Země a stále probíhají dodnes. Naproti tomu katastrofismus je teorie, že rysy Země se vytvořily v jednotlivých katastrofických událostech a poté zůstaly nezměněny. Ačkoli Hutton věřil v uniformitarianismus, myšlenka nebyla v té době široce přijímána.

Velká část geologie 19. století se točila kolem otázky přesného stáří Země . Odhady se lišily od několika set tisíc až po miliardy let. Na počátku 20. století umožnilo radiometrické datování odhadnout stáří Země na dvě miliardy let. Vědomí tohoto obrovského množství času otevřelo dveře novým teoriím o procesech, které utvářely planetu.

Mezi nejvýznamnější pokroky v geologii 20. století patří vývoj teorie deskové tektoniky v 60. letech 20. století a zpřesnění odhadů stáří planety. Teorie deskové tektoniky vznikla ze dvou samostatných geologických pozorování: šíření mořského dna a kontinentální drift . Tato teorie způsobila revoluci ve vědách o Zemi . Dnes je známo, že Země je stará přibližně 4,5 miliardy let.

Obory nebo příbuzné obory

Viz také

Země viděná z Apolla 17 s průhledným pozadím.png Portál věd o Zemi

Reference

externí odkazy