Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Zapisz jako PDF Udostępnij materiał

Najgłębsze wiercenia geologiczne sięgają 12–13 km. Promień naszej planety ma średnio 6371 km, co oznacza, że przewiercono do tej pory mniej niż 0,2% drogi do środka Ziemi i pozostało jeszcze ponad 99,8%. Pomimo tego i tak dużo wiemy o wewnętrznej budowie naszego globu.

R4nupJ1p1aLE31
Na wewnętrzną budowę Ziemi składa się kilka różniących się od siebie pod względem fizycznym i chemicznym warstw
Już wiesz
  • jakie są rozmiary Ziemi;

  • z jakich sfer składa się Ziemia;

  • co to jest litosfera.

Nauczysz się
  • opisywać metody badania wnętrza Ziemi;

  • odczytywać schemat budowy Ziemi;

  • rozróżniać niektóre skały i minerały;

  • określać znaczenie surowców mineralnych.

isEA1ZsWMc_d5e261

1. Skąd czerpiemy wiedzę o budowie Ziemi?

Trudno dokładnie opisać budowę wnętrza Ziemi i kształtujące ją procesy. Zajmuje się tym nauka zwana geologiągeologiageologią. Wiercenia, zwłaszcza te najgłębsze, dają nam mnóstwo informacji, ale tylko o budowie górnej części skorupy ziemskiejskorupa ziemskaskorupy ziemskiej. Pozwalają wydobyć skały i zbadać je oraz zmierzyć ciśnienie i temperaturę panujące poniżej powierzchni Ziemi. Niemało wiadomości dostarczają też głębinowe kopalnie i naturalne odkrywki skał. Jednak ze względu na szybko rosnące ciśnienie i temperaturę trudno wykonać znacznie głębsze odwierty i szyby kopalniane. Do zbadania głębiej leżących skał i jeszcze głębszych warstw Ziemi nie wystarczą jednak tradycyjne metody geologiczne. Dyscypliną, która do badania Ziemi wykorzystuje metody stosowane w fizyce, jest geofizykageofizykageofizyka. Najwięcej danych geofizycy uzyskują na podstawie analizy przebiegu fal sejsmicznychfale sejsmicznefal sejsmicznych powstających w wyniku naturalnych wstrząsów wywołanych trzęsieniami ziemi, a czasem specjalnie (w celach badawczych) przeprowadzanych wybuchów lub stosowania maszyn wytwarzających silne wibracje.

Fale sejsmiczne, przechodząc przez skały o różnej gęstości i innych właściwościach fizycznych, mogą zwalniać, przyspieszać, odbijać się, załamywać lub nawet zanikać. Analiza tych zmian pozwala wnioskować o strukturze wnętrza Ziemi. Na podstawie badań udało się stwierdzić, że nasza planeta najprawdopodobniej jest zbudowana z kilku warstw o odmiennym składzie chemicznym i różnych właściwościach fizycznych.
Wraz z głębokością wzrasta temperatura i ciśnienie. W górnych warstwach skorupy ziemskiej wraz ze wzrostem głębokości o 33 m temperatura wzrasta o 1°C, co określa się mianem stopnia geotermicznegostopień geotermicznystopnia geotermicznego. Podana tu wartość jest średnia i w zależności od budowy geologicznej temperatura może miejscami rosnąć znacznie szybciej lub wolniej.
Ważnych informacji o budowie Ziemi dostarczają także badania wieku względnego i bezwzględnego skał.

Polecenie 1

W dostępnych źródłach poszukaj informacji o silnych trzęsieniach ziemi. Dowiedz się również, w jakiej odległości od obszaru objętego trzęsieniem ziemi możliwe było zarejestrowanie wówczas fal sejsmicznych.

Ważne!

W naukach o Ziemi stosuje się zasadę aktualizmu geologicznego. Według jej założeń czynniki oraz procesy chemiczne i fizyczne wpływające na skorupę ziemską w przeszłości były takie same lub w znaczącym stopniu zbliżone do występujących obecnie, co pozwala na podstawie współczesnych obserwacji określać przebieg dawnych procesów geologicznych.

isEA1ZsWMc_d5e312

2. Warstwy tworzące Ziemię

W wyniku badań geologicznych stwierdzono, że nasza planeta składa się z następujących warstw (licząc od powierzchni):

  • skorupa ziemskaskorupa ziemskaskorupa ziemska – najbardziej zróżnicowana warstwa o grubości od kilku kilometrów pod oceanami do kilkudziesięciu kilometrów w obrębie kontynentów; skorupa kontynentalna zbudowana jest z grubej warstwy granitów i innych głębinowych skał magmowych przykrytych skałami osadowymi i zalega na cienkiej warstwie bazaltów; skorupa oceaniczna to głównie bazalty przykrywane stopniowo skałami osadowymi; skorupę ziemską od niżej położonych warstw Ziemi oddziela powierzchnia, na której wyraźnie zmienia się przebieg fal sejsmicznych; jest ona nazywana powierzchnią nieciągłościpowierzchnia nieciągłościpowierzchnią nieciągłości Moho (od nazwiska chorwackiego geofizyka A. MohorovičićaAndrija MohorovičićA. Mohorovičića);

  • płaszcz ziemskipłaszcz ziemskipłaszcz ziemski – warstwa poniżej skorupy ziemskiej o grubości 2,8‑2,9 tys. km i temperaturze wzrastającej stopniowo do 4,5‑5 tys. stopni Celsjusza; skały najwyższej części płaszcza są sztywne, ale głębiej przechodzą w stan półpłynny; płaszcz zwykle dzielony jest na stykający się ze skorupą płaszcz zewnętrzny (górny) oraz położone niżej warstwy płaszcza wewnętrznego (dolnego);

  • jądro Ziemijądro Ziemijądro Ziemi – poniżej dolnej granicy płaszcza, czyli od głębokości 2,9 tys. km aż do środka naszej planety, znajdują się warstwy nazywane jądrem Ziemi, którego promień wynosi ok. 3,5 tys. km, a temperatura sięga 6 tys. stopni Celsjusza; na skutek bardzo wysokiego ciśnienia wewnętrzna część jądra (nazywana jądrem wewnętrznym) jest ciałem stałym, skrystalizowanym; pozostała część (tzw. jądro zewnętrzne) jest prawdopodobnie w stanie ciekłym; kolejne warstwy od sąsiednich oddzielają powierzchnie nieciągłości.

Skorupa ziemska wraz ze sztywną (skalną) górną częścią płaszcza tworzy litosferęlitosferalitosferę. Ma ona grubość od kilku km pod grzbietami śródoceanicznymi do ok. 120 km pod lądami i dzieli się na olbrzymie bloki zwane płytami litosferypłyty litosferypłytami litosfery.

RJzYkwHK4rk3o1
Poszczególne warstwy Ziemi i temperatura w nich panująca
Polecenie 2

Przeanalizuj schemat budowy wnętrza Ziemi i oceń, do jakiej głębokości istnieją warunki sprzyjające istotom żywym.

Ciekawostka

Średnica jądra Ziemi jest większa od średnicy Merkurego, a nawet Marsa!

Ważne!

W trakcie przesuwania się do wnętrza Ziemi wraz ze zwiększającą się głębokością rośnie ciśnienie. Oczywiście nie mamy możliwości go zmierzyć, ale ocenia się, że na głębokości ok. 1,8‑2,2 tys. km ciśnienie może być już prawie milion razy większe niż ciśnienie atmosferyczne, a w samym środku nawet 3,5‑4 mln razy większe.

R14jOLbzAS2MI1
Ciśnienie i temperatura we wnętrzu Ziemi zmieniają się wraz z głębokością. 1GPa = 10 000 000 hPa, dla porównania przeciętnie ciśnienie atmosferyczne wynosi ok. 1000 hPa
isEA1ZsWMc_d5e372

3. Minerały i skały skorupy ziemskiej

Najmniejsze naturalne, niepodzielne składniki skorupy ziemskiej, utworzone w wyniku naturalnych procesów geologicznych, nazwane zostały minerałamiminerałminerałami. Każdy z nich ma charakterystyczne właściwości fizyczne i chemiczne. Większość minerałów posiada także specyficzną budowę krystaliczną. Znanych jest ponad 3 tys. minerałów. Najliczniej w litosferze występują: plagioklazy, ortoklazy, pirokseny i amfibole, kwarc, magnetyt, mika oraz kalcyt.

Naturalne skupiska jednego lub wielu minerałów, powstałe w wyniku określonych procesów geologicznych (magmatyzmu, metamorfizmu, sedymentacji i innych) tworzą skałyskałaskały będące podstawowym składnikiem skorupy ziemskiej. Skałami nazywamy też naturalne nagromadzenia okruchów innych skał lub szczątków pochodzenia organicznego. Niektóre z nich znalazły zastosowanie w energetyce, innych gałęziach przemysłu, a także w budownictwie, dzięki czemu nazwano je surowcami mineralnymisurowce mineralnesurowcami mineralnymi.
Skały powstają w wyniku rozmaitych procesów, których podział wraz z przykładami został przedstawiony w tabeli poniżej.

Podział skał ze względu na ich genezę

Grupy skał wyróżnione
ze względu na proces skałotwórczy

Grupy skał wyróżnione
ze względu na warunki ich powstawania

Przykłady skał

SKAŁY MAGMOWE
Krystalizacja magmy lub lawy

skały magmowe głębinowe (o budowie jawnokrystalicznej)

granitisEA1ZsWMc_d785e213granit

sjenit

skały magmowe wylewne (o budowie skrytokrystalicznej)

bazaltisEA1ZsWMc_d785e220bazalt

andezyt

SKAŁY OSADOWE
Osadzanie się na lądzie lub na dnie zbiorników wodnych szczątków organizmów, rozkruszonych bądź rozpuszczonych innych skał

skały osadowe okruchowe

piasek

zlepieniecisEA1ZsWMc_d785e226zlepieniec

skały osadowe pochodzenia organicznego

wapień

węgiel kamiennyisEA1ZsWMc_d785e232węgiel kamienny

skały osadowe pochodzenia chemicznego

sól kamiennaisEA1ZsWMc_d785e238sól kamienna

gips

SKAŁY METAMORFICZNE
Przeobrażanie w głębi Ziemi pod wpływem wysokiego ciśnienia i temperatury wcześniej istniejących skał

skały metamorfizmu regionalnego – powstają na wielkich obszarach (nawet tysięcy km²), z największej ilości rodzajów skał wyjściowych

gnejsisEA1ZsWMc_d785e244gnejs

łupek serycytowy

skały metamorfizmu kontaktowego – powstają na styku magmy wdzierającej się w skały powstałe wcześniej

marmurisEA1ZsWMc_d785e251marmur

kwarcyt

Skały, które tworzą skorupę ziemską, można podzielić także ze względu na ich spoistość, czyli stopień powiązania poszczególnych jej składników mineralnych. Wyróżniamy wówczas trzy grupy:

  • skały lite – ich ziarna są ze sobą silnie zespolone (np. granit, piaskowiec, marmur);

  • skały zwięzłe – ich ziarna są ze sobą mocno powiązane ze względu na silne rozdrobnienie na maleńkie drobiny i ich sprasowanie (np. glina, ił);

  • skały luźne – ich ziarna nie są ze sobą związane (np. piasek, żwir).

isEA1ZsWMc_d785e213
isEA1ZsWMc_d785e220
isEA1ZsWMc_d785e226
isEA1ZsWMc_d785e232
isEA1ZsWMc_d785e238
isEA1ZsWMc_d785e244
isEA1ZsWMc_d785e251
Polecenie 3

Wymień kilka przykładów skał, które występują naturalnie w miejscu twojego zamieszkania.

Polecenie 4

Wyjaśnij, dlaczego niektóre skały znalazły zastosowanie w gospodarce i do czego się je wykorzystuje. Wymień kilka spośród nich.

Ciekawostka

Niektóre kryształy rzadkich minerałów lub skały mają szczególne walory. Są bardzo cenne lub bardzo efektowne, dlatego zyskały mało precyzyjne określenie kamieni szlachetnych. Wykorzystuje się je między innymi do wyrobu biżuterii i przedmiotów ozdobnych.

Rg9cjU1PWiRHf1
Brylant to oszlifowany kryształ najtwardszego z minerałów – diamentu, który jest czystym węglem
isEA1ZsWMc_d5e643

Podsumowanie

  • Wnętrze Ziemi możemy poznawać tylko pośrednio, ponieważ ze względu na wysokie ciśnienie i wysoką temperaturę nie ma możliwości przeprowadzania bezpośrednich badań.

  • Ziemia zbudowana jest z leżącego w środku jądra, otaczającego go płaszcza i cienkiej warstwy skorupy ziemskiej na zewnątrz.

  • Minerały są najmniejszymi naturalnymi składnikami skorupy ziemskiej.

  • Skały są naturalnymi skupiskami minerałów, okruchów skalnych lub substancji pochodzenia organicznego.

  • Niektóre skały znalazły praktyczne zastosowania i są wydobywane jako surowce mineralne.

Praca domowa
Polecenie 5.1

Uważnie rozejrzyj się w swoim otoczeniu (mieszkanie, dom, inne budynki, bruk, pomniki, nagrobki itp.). Czasami do budowy lub wykończenia rozmaitych konstrukcji wykorzystywane są naturalne skały o przydatnych człowiekowi właściwościach. Zrób listę napotkanych skał wraz z ich zastosowaniami i pożytecznymi właściwościami.

Zobacz także

isEA1ZsWMc_d5e748

Słowniczek

fale sejsmiczne
fale sejsmiczne

drgania rozchodzące się we wnętrzu Ziemi spowodowane trzęsieniami ziemi, wybuchami lub wywołane za pomocą specjalnych maszyn

geofizyka
geofizyka

jedna z nauk o Ziemi zajmująca się badaniami Ziemi za pomocą metod stosowanych w fizyce

geologia
geologia

jedna z nauk o Ziemi zajmująca się budową i historią Ziemi oraz procesami zachodzącymi w jej wnętrzu

jądro Ziemi
jądro Ziemi

najbardziej wewnętrzna część naszej planety; obecnie uważa się, że jądro ma średnicę ok. 3,5 tys. km i jest stopem żelaza i niklu; prawdopodobnie jądro wewnętrzne ma konsystencję stałą, a zewnętrzne ciekłą

minerał
minerał

pierwiastek, związek chemiczny lub ich mieszanina o określonym składzie chemicznym i uporządkowanej strukturze, zwykle krystalicznej; jest najmniejszą częścią litosfery, utworzoną w wyniku procesów geologicznych

Andrija Mohorovičić
RJr9pKzsOsRvY1
Portret graffiti Andriji Mohorovičića w Osijeku

Andrija Mohorovičić

Chorwacki meteorolog, sejsmolog i geofizyk, który odkrył i opisał strefę nieciągłości między skorupą ziemską i płaszczem ziemskim.

płaszcz ziemski
płaszcz ziemski

warstwa o grubości ok. 2,9 tys. km między skorupą ziemskąskorupa ziemskaskorupą ziemskąjądrem Ziemijądro Ziemijądrem Ziemi

płyty litosfery
płyty litosfery

wielkie fragmenty skorupy ziemskiej wraz ze sztywnymi partiami zewnętrznego płaszcza (o średniej grubości ok. 50–120 km) poruszające się na plastycznym płaszczu ziemskimpłaszcz ziemskipłaszczu ziemskim

powierzchnia nieciągłości
powierzchnia nieciągłości

cienka strefa we wnętrzu Ziemi, w której występuje wyraźne przerwanie spójności utworów skalnych i która jest granicą warstw o różnych cechach fizycznych, powodująca załamanie, odbicie lub zmianę prędkości fal sejsmicznych

skała
skała

naturalne skupisko jednego lub wielu minerałów

skorupa ziemska
skorupa ziemska

górna, sztywna część litosfery o grubości od dziesięciu do kilkudziesięciu kilometrów, zbudowana z minerałów i skał

stopień geotermiczny
stopień geotermiczny

głębokość (mierzona w metrach), na której temperatura wzrasta o 1°C w stosunku do punktu początkowego; różni się w zależności od miejsca i głębokości; średnia wartość stopnia geotermicznego w skali globalnej wynosi 33 m, zaś dla Polski 47,2 m (do głębokości 5000 m)

surowce mineralne
surowce mineralne

skały lub minerały naturalnie występujące w środowisku, wydobywane przez człowieka dla celów gospodarczych

isEA1ZsWMc_d5e1047

Zadania

Ćwiczenie 1
R1BkVAPuPm1aS1
Zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 2
RlwfACVlDkFen1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 3
Rnw5iiG6e5h5c1
Zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 4
RpTIubahjb58h1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 5
Rpt0W71mxWBIC1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 6
RmNOG1kOiGSLu1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 7
R19YYAypXtANt1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 8
RTPQqaWR7T7Mc1
Zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
litosfera1
litosfera

zewnętrzna, skalna powłoka Ziemi, tworząca sztywną, ale niejednolitą (podzieloną na płyty litosferycznepłyty litosferycznepłyty litosferyczne) warstwę; litosfera obejmuje skorupę ziemską oraz górną część płaszcza; jej miąższość (grubość) wynosi od kilku do ponad 100 km; nazwa litosfera pochodzi od greckiego słowa lithos, czyli 'kamień'