A Föld belső erői. A Föld szerkezete

Átírás

1 A Föld belső erői. A Föld szerkezete A Föld felszínformálása belső erők: főleg a belső (geotermális) hőből ( radioaktív bomlás), illetve a tömegvonzásból (Nap, Hold) és a Föld forgásából: nehézségi erő, földmágnesség, földköpenyben zajló anyagáramlások, magmatizmus radioaktív bomlás: rövid életű és hosszú életű radioaktivitás. A 40K, 235U, 238U és 232Th bomlásának exponenciális csökkenése A belső erők természetföldrajza: a kőzetburok felszínén a belső indíttatású mozgásjelenségek és az így létrejövő formák leírásával, értelmezésével, térbeli törvényszerűségeinek feltárásával foglalkozik külső erők: a Nap sugárzásának földfelszínre jutó részéből, illetve az adott térszín helyzeti energiájából

2 A belső és külső erőket meghatározó energiaáramlás a Földön

3 A külső erők végzik a szerkezeti formák átalakítását A külső erők energiaforrása a napsugárzás A földfelszín változatos formakincse a belső és külső erők egymástól térben és időben elválaszthatatlan párharcának eredménye. Az éppen mefigyelhető formakincs - pusztuló és keletkező formáival az ellentétes hatások pillanatnyi állásáról tanúskodik

4 A Naprendszer keletkezése (4,6 milliárd éve). A Föld mint bolygó. Jupiter- és Föld-típusú bolygók kis m, nagy ς, H-, He-tartalom kicsi, lassú forgás

5 Hogyan változik p, T, ς a Föld belseje felé? Milyen módszerekkel szerezhetünk erről információt? bányák, mélyfúrások p nő, T nő hőáram: a felszínen átáramló hőenergia (kb erg = 1021 J) kb x-ese a földrengések évente felszabaduló energiájának. A kontinensek átlaga kisebb (56 mw/m2), az óceáni medencéké nagyobb (78 mw/m2) Tektonikailag nyugtalan területeken (pl. hegységövek, óceáni hátságok) nagyobb, mw/m2-ig. geotermikus gradiens: földi átlag a földkéregben 3 oc/100m, óceánok alatt nagyobb (a Föld belseje felé egyre kisebb mértékben nő!) tehetetlenségi nyomaték méréséből: átlagos ς = 5520 kg/m3, a felszínközeli rétegeké csak 2-3 ezer körüli a sűrűség a forgástengely közelében nagyobb. földrengéshullámok kiértékelése

6 Földrengések: feszültség deformáció, a rugalmasság miatt rezgések, hullámok ( = rengéshullámok). A) térhullámok: nyomási vagy longitudinális, elsődleges (P) hullám, gyorsabb; nyírási vagy transzverzális, másodlagos (S) hullám, lassabb B) felületi hullámok: Rayleigh- és Loveféle hullám, amplitúdójuk a mélységgel csökken. Földrengés: központja, fészke = hipocentrum, felszíni vetülete: epicentrum. Fészekmélység. A földrengés erőssége, intenzitása: adott felszíni ponton mekkora a romboló hatás (változó). A földrengés mérete, magnitúdója (M): a rengés energiájával arányos (állandó érték)

7 A történelem néhány híresebb földrengése: jan. 24., Sanhszi, M=?; áldozat júl. 28., Tangsan, M=7,6; áldozat máj. 22., Nansan, M=8,3; áldozat (a legalább áldozatot követelő rengések közül 6 Kínában, 2 Japánban, 1 Indiában volt!) 1755, Lisszabon, M=8,5; több mint áldozat 1906, San Francisco, M=8,3; 700 áldozat ( + szemmel látható elmozdulások a Szt. András-vonal mentén) Földrengés hatása Szicíliában

8 Intenzitás: tapasztalati skála a rombolás mértékéből (Mercalli (-Cancani)-Sieberg, 12 fokozatú skála). Izoszeiszták

9 Magnitúdó: a rengéshullámokból számítható, logaritmikus skálán (Gutenberg és Richter). Értéke 1-9 között változik. Szeizmológia, szeizmométer.

10 A földrengések földrajzi eloszlása földrengéses tartományok: 1. Cirkumpacifikus öv; 2. Alp-Himalája-öv; 3. óceánközépi hátságok öve (csak 100 km-nél sekélyebb fészkű földrengések)

11 A térhullámok terjedési sebességből a Föld belső szerkezete: a Föld gömbhéjas felépítésű, azaz eltérő sűrűségű és halmazállapotú (és anyagú) rétegekből áll: földkéreg, földköpeny, földmag - ugyanabból a rengésből a szeizmográf két sorozat hullámot regisztrál adott mélység alatt ugrásszerűen megnő a terjedési sebesség: Moho -felület, kéreg-köpeny (Mohorovičić, 1909: a Balkán-félsziget alatt 40 km mélyen) - a földkérgen belül is van egy ugrás: Conrad (1923) gránitos és gabbrós kéreg (ld. később) - az epicentrumtól 103o és 143o ívtávolság között S-hullámok nem érkeznek be ( árnyékzóna : Wiechert, Oldham, majd Gutenberg 1914). Mivel az S hullámok folyadékban nem terjednek 2900 km alatt folyékony rétegnek kell lennie: folyékony (külső) mag - Lehmann (1936): az árnyékzóna nem teljesen mentes a P hullámoktól visszaverődnek egy belsőbb, szilárd rétegről: belső mag

12 Szilárd kéreg: a Föld tömegének kb. fél %-a! óceáni kéreg: kb. 6 km, viszonylag állandó vastagságú, hőmérséklete az olvadáspont alatt; Si-szegényebb, ς= kg/m3 kontinentális kéreg: km, változóan vastag, Si-gazdagabb, ς= kg/m3 A kéreg és a földköpeny legfölső része = litoszféra, kőzetburok: km vastag Felépítéséről lásd később!

13 Köpeny: a Föld tömegének kb. 2/3-a még Si-szegényebb, és Fe-, Mg-gazdag; főleg ún. peridotit alkotja. ς= m3/kg középső-fölső részében ( km között) a rengéshullámok sebessége lecsökken (ún. LVZ) asztenoszféra, lassú folyásra képes! a kőzetek olvadásponthoz közeli Ten ( oc) Alatta: mezoszféra (a rengéshullámok sebessége nő)

14 Mag: a Földtömeg kb. 1/3-a, sűrűsége nagy (a mag-köpeny határon ugrásszerűen, onnan folyamatosan nő) - Folyékony külső mag: mágnesség gerjesztése (ld. később). Hőmérséklete viszonylag magas (olvadt állapot) - Belső szerkezet kialakulása: homogén vagy heterogén összeállás (az ősidőben). - Információ a Föld belsejéről: meteoritok. Vasmeteoritok (kb. 10 %). Kőmeteoritok: kondritok (egykor olvadt vas-nikkel[-magnézium] szilikátgolyócskákkal, némi szabad fémmel: később már nem olvadtak meg) és akondritok (kevesebb fémmel). Szenes kondritok: illékony anyagokkal, tehát sosem melegedtek föl. - Kondritos földmodell: hasonló a nehézelemeloszlás a kondritokban is és a Napban a Földben is (közös ősanyag) - A (belső) mag felépítése: T-je lassan nő, kb o C-ig. Kisebb sűrűségű, mint a vas, így 5-20 %-ban könnyebb elem(ek)nek is kell lenniük benne. Vasmagos modellek Suess (19. sz. vége) óta. Plusz: szilícium? kén? szén (gyémánt)? oxigén? (nagy nyomáson a FeO oldódik a vasban); kálium?

15 Tektonika. Mikro- és mezotektonika. Szerkezetföldtan, szerkezetmorfológia. F1 nyíróerő nyomóerő

16

17 Feszültségtér ki lehet jelölni 3 egymásra merőleges fő összetevőjét: σ1, σ2, σ3, főfeszültség-irányok (rá merőlegesen στ= 0 ) Ha σ1= σ2= σ3, akkor hidrosztatikai nyomás (csak V változik) Ha σ1, 2, 3 nem egyforma: irányított nyomás (stress). Számozás a feszültség nagysága szerint (σ1 > σ2 > σ3) Megállapodás szerint ha σ > 0: kompresszió, ha σ < 0: extenzió Irányított nyomás alakváltozás, deformáció Az alakváltozás tényezői: (strain) MPa, bar Az alakváltozás jellege: % (l lo)/lo * a kőzetminőség * a kőzet homogenitása * a kőzet eredendő irányítottsága * a kőzet hőmérséklete * a kőzet pórusvíz-tartalma * hidrosztatikai nyomás

18 Alakváltozás (deformáció). Az alakváltozás folyamatai: siklatás, forgás belső szerkezet változása (szemcsefolyás, kristályrács-változás [diszlokáció], diffúziós tömegvándorlás) - folytonos nem folytonos - homogén-inhomogén Az alakváltozás alaptípusai: tiszta deformáció: rövidülés vagy megnyúlás nyírás (shear): hasonló alak jöhet létre, de a belső szerkezet más

19 Képlékeny alakváltozás gyűrődések, redők harmonikus, diszharmonikus redő

20 A redők fő formái szinklinális antiklinális

21 (ferde) (átbukó, túlhajló) A redők térbeli helyzete A redők osztályozása az izogonok mintázata és a tengelysíkkal való párhuzamos vastagság alapján:

22 pikkelyek, takarók Takaró a Glarusi-Alpokban Bertrand (1881) szerint Takaró a Kis-Fátrában. A fehér csúcs triász dolomit, alatta kréta márga-mészkő.

23

24

25 dőlésirány, dőlésszög, csapásirány, lineamens, csapásszög bányászkompasz

26 Törés: nem folytonos deformáció. Flexúra. Litoklázis, diaklázis: regionális hatás, magmás test kihűlése, rétegnyomás megszűnése. Hasadékkitöltések. Törés menti elmozdulás. Méretek. Vető- (avagy nyírási) sík. Vetőkarcok, dörzsbreccsa, milonit, tektonit, palásság σ1 függőleges: (normál) vetődés, lezökkenés (normal fault) σ3 függőleges: feltolódás, reverse fault σ1 és σ3 vízszintes: eltolódás, oldalelmozdulás, (strike-slip fault)

27 Feltolódási típusok Elmozdulások irányainak meghatározása Normálvetődés típusai: sík; íves (lisztrikus), (folytonos ívű - tört ívű)

28 Árok-sasbérc szerkezet vetődéssorozattal Összetett elmozdulástípusok Virágszerkezetek Tereplépcső (escarpment, cuesta, cliff). Lépcsővidék. Oldalelmozduláskori széthúzásos (pullapart) medence transztenzió transzpresszió

29 Gravitáció, izosztázia, földmágnesség A Földön (a vele együtt forgó tömegekre) a nehézségi erő hat, amely a gravitáció és a centrifugális erő eredője. Egységnyi tömegre ható erő: térerősség Gravitációs térben a szabadon eső test gyorsulása egyenlő a térerősséggel (1 cm/s2 = 1 gal). Eötvös Loránd gravitációs mérései a torziós ingával a XX. sz. elején: a geofizika hazai megteremtése 1891: Ság-hegy, 1900-as évek: Balaton, majd Alföld; 1910-es, 20-as évek: szénhidrogénkutatás világszerte

30 Mai mérések: abszolút g-mérés, műholdak pályarendellenességei A nehézségi erő vagy nehézségi gyorsulás (gravitáció centrifugális gyorsulás) értéke: a sarkokon nagyobb (983,221 gal), az Egyenlítőn kisebb (978,049 gal). Nemzetközi gravitációs képlet: szélességi fokok szerint adja mega gföld értékét. A gravitáció szerepe: hőtermelésében, a lepusztulásban, az üledékképződésben, a légkör összetételében Földfelszín A Föld alakja. Nívófelületek: Geoid Forgási ellipszoid (folyadékszerű test egyensúlyi állapota). Lapultság (re-rp)/re : 1/297 (az Egyenlítő 21 km-rel távolabb van a középponttól, mint a sarkok) Geoidunduláció: A geoid és a forgási ellipszoid távolsága

31 Mennyiben tér el a geoid a forgási ellipszoidtól?

32 Milyen a különböző topográfiai szintek eloszlása? Milyen fő (kéregszerkezeti) elemek definiálhatók? 0,1 km -4,8 km Hipszografikus görbe Az egyes magasságtartományok %-os megoszlása

33 A földfelszín fő szerkezetmorfológiai elemei: szigetív Óceánközépi hátság Kontinentális platform Rift (kontinentális hasadékvölgy) Fehér: őspajzsok Alpi gyűrődésövezet Részben lepusztult mezo- és újpaleozoikum Erősen lepuszult hegységek ópaleozoikmi hegységek

34 XIX. sz.-i gravitációs mérések (P. Bouguer, G. Everest): a hegységek kevésbé térítik el a gravitációs erő irányát G. Airy: a hegységek gyökerének felfedezése Izosztázia: Arkhimédész felhajtóerő-elve alapján a kéreg különböző vastagságú részei egyensúlyi helyzetben úsznak a köpeny nagyobb sűrűségű anyagán. Másképpen: minden függőleges kőzetoszlop egyensúlyi helyzetre törekszik, így ha sűrűségük eltér, a magasságuk is (= kiemelkednek, besüllyednek). Az egyensúlyi helyzet elfoglalása --- idő.

35 Glaciális izosztázia Denudációsakkumulációs izosztázia

36 Pl. a hegységek kis sűrűségű gyökere: eltérő gravitáció információ a felszín alatti kőzetekről Gravitációs anomália: a nehézségi gyorsulás geoidon mért és a forgási ellipszoidon számolt értékének különbsége A kéregen belüli eltérő sűrűségű kőzetek azonosításához a valós felszínen mért értékből le kell vonni: 1. A felszín és a geoid magasságkülönbségének hatását: tiszta magassági (free-air) korrekció 2. A pont környezetében lévő hegyek, völgyek tömegének (lásd Himalája) hatását (azaz sík felszínre redukálunk): topográfiai korrekció 3. A sík felszín és a tengerszint közti tömeg hatását: Bouguer-korrekció

37 A három korrekció után fennmaradó esetleges különbség a Bouguer-anomália. Ez a kéregen belüli kőzetminőségi eredetű sűrűségeltérésekből adódik. Az egyensúlyi állapothoz képest ha: +: tömegtöbblet (pl. Hawaii): süllyed -: tömeghiány (pl. Skandinávia): emelkedik A kontinensek anomáliája inkább negatív (kis sűrűség Airy-modell)

38 A Börzsöny gravitációs maradékanomália-térképe

39 A Mátra gravitációs maradékanomália-térképe

40 A földmágnesség A földmágnessség eredete: valószínűleg konvekciós áramlások a külső magban (radioaktív bomlásból) - állandó elektromágneses tér ( dinamóelv ) A földmágnesség zömét egy olyan dipólus hozza létre, amely 11o-kal eltér a Föld forgástengelyétől mágneses deklináció, mágneses inklináció Mágneses térerősség: egységnyi töltésre kifejtett erő (1 gauss [γ] = 10-4 tesla) + nem-dipólusos tér (a mágneses tér 5 %-a) A Föld mágneses terét a napszél is befolyásolja

41 A mai mágneses tér erőssége és deklinációja Mágneses pólusok: a nem-dipólusos tér miatt nincsenek átellenben (É. sz. 70o és ny. h. 101o, d. sz. 67o és k. h. 143o)

42 A dipólusos tér időben lassan, a nem-dipólusos gyorsan változik ( a térerősség rövid távú változásai) Évi 0,2 o-kal Ny felé tolódik A dipólusos tér erőssége (dipólusmomentum) az elmúlt 150 évben kb. 7 %-kal csökkent. Hosszú távú változásai paleomágnesség. Az elmúlt 2000 évben pl. a dipólusmomentum 50%kal csökkent. Mágneses erőtér: csak kb. 2,5 milliárd éve. (Termo)remanens mágnesezettség. Curie-pont.

43 A dipólusos mágnesség az évmilliók alatt pedig többször megfordult. Normál és fordított (reverz) mágnesezettség. magnetosztratigráfia: időbeli korrelációs lehetőségek Eközben a mágneses pólus is vándorol a pleisztocénban pl. 5o-on belüli mozgás a pólus körül

44 8 K/Ar ages (Ma) A magnetosztratigráfia a Börzsöny hegység felépülésének kutatásában subaerial lava dome complex dome collapses, block-and-ash flows 14.3 Hollókő py am andesite breccia Száraz-fa-bérc (Széles Hill type) am py andesite lava flow subaerial/submarine minor caldera ignimbrites collapses submarine lava domes debris flows and dome collapses 16.4 Kámor Hill am andesite breccia 16.5 Kóspallag-11 dacite lapilli tuff lava flows subaerial lava domes Rotation period Ma 13.7 Inóc quarry am py basalt andesite lava flow ignimbrite eruptions resedimented syn-eruptive volcaniclastics

45 A lemeztektonika alapjai F. Bacon, 1620 körül: a kontinensek illeszkedése F. B. Taylor, 1908: egy nagy sarki földdarabot a centrifugális erő szétszakított A. Snider, 1858: a földrengések, a vízözön szétszakították Afrikát és DélAmerikát (katasztrófaelmélet) A. Wegener: részletes érvek a Pangeára és a kontinensek szétsodródására (őslénytan, rétegtan, hegységszerkezet, paleoklimatológia O. Fisher (XX. sz. eleje), A. Holmes: a mozgás hajtóereje: áramlások a felső köpenyben A. du Toit, 1937: Vándorló kontinensek : új adatok Wegener alátámasztására

46 A kontinensek illeszkedésének bizonyítékai Őslénytani adatok (karbon-triász): Cynognathus (+Mesosaurus) hüllő, Lystrosaurus hüllő Glossopteris magvaspáfrány A prekambriumi és paleozoikumi hegységövek lefutása Eljegesedések (gleccserek mozgása) a déli félgömb kontinensein: közös helyről kellett származzanak

47 Paleomágneses bizonyítékok Kontinensek pólusvándorlási görbéi (1950-es, 60-as évek): a kontinensek eltérően mozogtak A tengerfenék vizsgálata (Glomar Challenger: DSDP, Deep Sea Drilling Project, 1960-as évek) F. Wine, D. Matthews: az óceánfenék eltérő mágnesezettségű sávjainak értelmezése: ocean floor spreading (az óceánfenék szétsodródása; H. Hess amerikai geológus elképzelésének bizonyítása) + A hátságoktól távolodva szisztematikusan idősebb kort kapunk max. 190 millió év

48 Transzform vetők felismerése, szerepe: J. Wilson (1965) A Szent András-törés Szubdukciós zónák felismerése: H. Benioff, K. Wadati (1950-es évek, Benioff-öv ) Globális tektonika vagy lemeztektonika: az IUGG zürichi konferenciája (1967), J. Morgan, D. McKenzie, R. Parker, B. Isacks és mások Kontinensek mozgása, vándorlása Az óceánfenék szétsodródása Transzform vetők működése

49 A lemezhatárok típusai Távolodó (divergens v. akkréciós) lemezszegélyek: riftek, óceáni hasadékvölgyek. A távolodás területén extenziós feszültségtér, magmafeláramlás, lemezgyarapodás. Közeledő (konvergens) lemezszegélyek: a lemez szubdukálódik (alátolódik), területe, térfogata fogy (konszumálódik). Az ütközés területén (általában) kompressziós feszültségtér, gyűrődéses tektonika, kőzetmetamorfizmus, mögötte vulkanizmus Elcsúszó (transzform) lemez(darab)szegélyek: íves lemezhatárok helyett, elnyíródási, oldalelmozdulásos zónák, földrengések

50 A lemezmozgások hajtóereje Konvekció az asztenoszférában Konvekció a köpenyben Az alábukás gravitációs alácsúszás Konvekció a felső köpeny egészén Az alábukást a hátság nyomása okozza Az alátolódó lemezvég húzza a lemezt

51 A Föld kőzet (litoszféra)-lemezei Eurázsiai Észak-amerikai Juan de Fuca Fülöp Indoausztráliai Hellén (+Explorer, Gorda) Csendes-óceáni Cocos Karibi (Kókusz) DélNazca amerikai Új-skóciai Antarktiszi Afrikai Iráni Arab

52 Kontinensek, lemezszegélyek, hegységképződés. Kontinensek (36 %, ebből 7% víz alatt), óceáni táblák (64 %). Izosztatikus egyensúlyban: a kontinensek 0,9 km-rel a tengerszint fölött, az óceáni medencék 3,7 km-rel az alatt Wisconsin (őspajzs) Basin and É-Skócia D-Kalifornia Andok Range (kaledonida) Jellegzetes sűrűségértékek: Óceáni kéreg tengervíz 1,02, mészkő 2,68-2,76, gránit 2,64-2,76 homokkő 2,14-2,36 pala 2,6-3,3 bazalt 2,4-3,1 a kontinensek átlaga 2,7, a köpeny átlaga 3,3 g/cm3 Alpok

53 A kontinensek eredete A kontinensek alapvető felépítése: ŐSPAJZS ( kraton ), FEDETT PAJZS ( ősmasszívum ), FIATAL HEGYSÉGÖV (OROGÉN) Grönlandi Balti Kanadai Angara Arab Guyanai Dekkán Kinai Afrikai Brazíliai Ausztráliai Antarktiszi

54 A kontinentális földkéreg kialakulása A legidősebb kőzetek kora: 3,8 md év zöldkő-övek és gneiszes+anortozitos területek Ősi kéreg: a maihoz hasonló vagy fokozatosan kialakuló? Elméletek: 1) Instabil kéreg, meteoritbombázás, magmatizmus Lemeztektonikai elméletek 2) Meglévő kéreg gyarapodása szubdukciókkal 3) Óceáni szigetívek kialakulása és gyarapodása

55 Az ősi kéreg tágulással való szétszakadása: földtágulás-elmélet A Pangea (a kontinensek együttes területe) a mainál feleakkora sugarú Földet fedne be. Furcsaságok: pl. az Antarktisz körül mindenütt aktív hátságok működnek, feléje sodródik az óceáni kéreg Egyéb okok, ill. magyarázatok: spekulatív jellegűek, nehéz őket bizonyítani A Pangea a mai földfelszínnel A Pangea a mainál 20 %-kal kisebb felszínnel

56 A szuperkontinens-ciklus Egyedi volt-e vagy ismétlődik a Pangea összeállása és szétszakadása? A kontinensek mozgásának szabályszerűségei, ciklusossága: 1980-as évek Félmilliárd éves ciklus: A szuperkontinens darabokra válása Külső szubdukciók, passzív szegélyek Belső szubdukciók, aktív szegélyek A belső óceán magára húzza a kontinenseket

57 Kontinensek szétválása, riftesedés Aktív, passzív riftesedés, árokképződés Óceáni kéreg születése

58 Kelet-Afrika, Vörös-tenger Óceáni kéreg keletkezése elvetélt riftek, aulakogének

59 A Vörös-tenger típusú széthasadás modellezése 0 Ma 10 Ma

60 A kontinensek rekonstruált mozgása a földtörténet során 410 Ma (szilur-devon) Uráli-óceán Kaledóniai-óceán 260 Ma (perm) Laurázsia Gondwana Tethys 170 Ma (jura)

61 100 Ma: kréta, az alpi (eurázsiai) hegységképződés kezdete Atl.-óc. Tethys (megszűnőben) A Föld felszíne napjainkban (számítógéppel készült magasságszínezéses domborzati modell)

62 Lemezütközési típusok I. Óceáni-óceáni és óceáni-kontinentális lemez ütközése A szigetív rátolódhat a kontinensperemre Óceáni árok, hegységképződés (orogenezis), flis, akkréciós ék, kőzetmetamorfózis, vulkáni ív Akkréciós ék szeizmikus szelvénye Venezuelánál, ahol a Karibi-lemez a Dél-amerikai alá bukik

63 Típuspélda: az Andok

64 Gyors és lassú rengéshullámterjedések az Andok alatt Gyűrt üledékes rétegek a Perui-Andokban Az Atacama, a Nyugati-Kordillerák és az Altiplano kombinált űrfelvétele és radarképe

65 A (Középső)-Andok lehetséges fejlődéstörténete: 1) 300 Ma: passzív lemezperem, üledékgyűjtő medence 2) 180 Ma: a Nazca-lemez szubdukciója, vulkáni ív kialakulása 3) 70 Ma: intenzív plutonizmus, a Ny-i Kordillerák létrejötte, kompresszió keleten: K-i Kordillerák, közöttük szerkezeti medence: Altiplano 4) 1 Ma: Ny-on további intenzív magmatizmus, vulkanizmus, középen és K-en kompresszív hatások, a Brazil-pajzs szerepe. Az Andok erőteljes kiemelkedése csak az utolsó 5 millió évben! (?)

66 Ismétlés: izosztázia. Lepusztulás, kiemelkedés, extenzió árkos-sasbérces szerkezetek Lánchegységek: gyűrt / töréses / vulkáni hegységekként. A külső szubdukciós területeken összetettebbek. Idő a töréses szerkezeti elemek gyakorisága nő(het) hegység kor (Ma) szerkezetmorfológia Cascade 1vulkáni Himalája 25gyűrt-töréses Alpok 40gyűrt(+-töréses) Andok 70vulkáni/gyűrt Sziklás-hg. 70töréses Sierra Nevada 135töréses Urál 220 gyűrt Appalache 225 gyűrt

67 Lemezütközési típusok - II II. Két kontinentális lemez ütközése

68 Típuspélda: a Himalája

69 Tarim-medence Tibet Himalája India A rövidülés mértéke a himalája-tibeti térségben Tibet, majd Himalája: szigetívek, lemeztöredékek akkréciója

70 Az Alpok: Kelet-Alpitakarók Helvét-öv Periadriai-vonal Dél-Alpi takarók Penniniöv

71 Az alapvető tektonikai környezetek magmaképződése

72 A köpeny és/vagy a kéreg Magma = szilikátolvadék anyagának részleges olvadásából magmakamra pluton 8 dike-ok dike (haránttelér), sill (teleptelér) 7 6 Könnyenillók feláramlása 5 sill A magmakamra-fal eróziója, kéregasszimiláció Könnyű szodalitkristályok felemelkedése Konvekciós áramlások: termogravitációs elkülönülés 2 1 Olivinkristályok kiülepedése 3 Olivinkristályok gravitációs elkülönülése Szulfidok kicsapódása

73 Plutonizmus, szubvulkanizmus Batolit: a Rapakivigránit tömbszelvénye. Tömzs (stock). Dike (haránttelér) Sill (teleptelér) Lakkolit, lopolit

74 Mikor tud magma képződni? Folyadékfázis Szilárd fázis a) Nyomáscsökkenés (pl. hasadékvölgyek alatt, lásd később) b) Hőtöbblet (pl. köpenycsóva, lásd később a forró foltoknál) c) Folyadékfázis bekerülése (pl. oldott víz, lásd később a szubdukciónál)

75 Mikor tud a magma a felszínre törni? A feszültségtér befolyása. Lezökkenés: a vetősíkok mentén felnyomulhat a magma Feltolódás: legfeljebb teleptelérek (sillek) képződnek Eltolódás: az oldalelmozdulási sík mentén felnyomulhat a magma

76 Magmás kőzetek (ismétlés) Alkália+szilíciumtart.: TAS-diagram QAPF (Streckeisen)diagram: ásványos alapon Si-tartalom szerint: savanyú : > 63 % SiO2 dácit (granidiorit), riolit (gránit) Intermedier: %, andezit (diorit) bázisos : < 52 %, bazalt (gabbró) Fe-, Mg + alkália-tart.: tholeiites, mészalkáli, alkáli sorozat

77 Bazalt és dácit összehasonlítása

78 Magmaképződés hasadékvölgyek alatt. A hasadékvölgyek felépítése I. Az óceánfenék szétsodródása lassú közepes gyors Az óceáni hátság + magmakamra felépítése: a) lassú, b) gyors szétsodródás Óceáni hátsági magmakamrák alakja: gyors -----lassú lemezszétsodródáskor

79 A hasadékvölgyek felépítése II. 1. réteg: mélytengeri (pelágikus) üledékek 2. réteg: párnaláva, haránttelérek (sheeted dykes) A Steinmann Ofiolit Háromság 3. réteg: gabbró, kumulát köpenykőzetek Ofiolit- sorozat elvi szelvénye (minden kőzet többé-kevésbé átalakulva): Mélytengeri üledékek Párnaláva Haránttelérek Kumulátok Köpenykőzetek

80 A hasadékvölgyek magmatizmusa hőmérséklet kéreg litoszferikus köpeny asztenoszféra Normál óceáni lemez: nincs magmatizmus mélység Legalább 1/6-ára elvékonyodó lemez: felboltozódó asztenoszféra ( köpenydiapír ) kb. 50 km-en, kb oc-on részleges olvadás megy végbe Elégtelenül elvékonyodó óceáni lemez: nincs magmaképződés Köpenycsóva által hozott hőtöbblet: magmaképződés, vulkanizmus

81 Óceánfenéki metamorfózis, ércképződés, füstölgők Szélsőséges, ősi életfeltételek az óceáni hátságokon

82 Forró foltokhoz kötődő magmatizmus Davies-féle modell: szubdukciós folyamatok hatása a mélyköpenyre Köpenycsepp -modell: a mágneses pólusváltások hatása a mélyköpenyre felső alsó köpeny köpenycsepp, köpenycsóva külső belső mag A felemelkedő köpenycsóva a lemez alatt gombamód szétterül, és a hőtöbblet olvadékképződéshez vezet

83 A Hawaii-szigetek példája: 60 millió év 8,5 cm/év Emperorfenékhegyek 6000 km Hawaii-szk.

84 Forró foltok óceáni és kontinentális területeken K Zf M H SzI R TdC Az izlandi forró folt az ÉAtlantióceánban kb. 57 millió éve A Tristan da Cunha forró folt a D-Atlantióceánban kb. 120 millió éve

85 Hasadékvölgyek és forró foltok vulkáni kőzetei: összehasonlítás A hasadékvölgyek magmája a felső köpeny sekély mélységeiből, ún. kimerült tartományából származik Kelet-Afrika vulkáni kőzetei Alkáliákban + nyomelemekben (=ún. inkompatibilis elemekben) szegény: ún. MORB-típus Óceáni hátságokon bazalt, kontinentális riftek területén bazalt+más alkálidús kőzetek Alkáliában + nyomelemekben gazdag A forró foltok magmája a köpeny OIB-típus. Óceáni területeken ritkábban, alsó részéből származik kontinenseken gyakori a differenciáció: bazalt, fonolit, trachit, riolit stb.

86 Szubdukciós övek magmatizmusa. Szigetívek felépítése, kialakulása mikrokontinens-ív valódi szigetív Mélytengeri árok, külső, frontális (nemvulkáni) ív (=akkréciós ék), ívközi vályú, belső (vulkáni) ív, ívmögöttti medence

87 Szubdukciós magmaképződés Részleges olvadás: a magma Si-ban gazdagabb lesz

88 A magmaképződés különbségei a szigetíveken és kontinensperemeken Mélységi kőzetek: kisebb Mélységi kőzetek: nagyobb mennyiségben és arányban mennyiségben és arányban (kiterjedt plutonok) Vulkáni kőzetek: valódi szigetíveken főleg bazalt, bazaltandezit, +/- andezit, dácit, riolit. Vulkáni kőzetek: jellemzően Mikrokontinens-íveken jellemzően Siandezit, +dácit, riolit gazdagabb kőzetek A víz és más könnyenillók A víz és más könnyenillók következtében sok a következtében gyakoriak a heves, robbanásos kitörés robbanásos kitörések nagy térfogatú magmából A bazalt IAB-típusú: alkáliákban+egyéb nyomelemekben gazdagabb, mint a MORB

89 A vulkáni működés (eruptív tevékenység) fő jellemzői A vulkáni működés osztályozása: A vulkánok aktivitása, életideje A kitörési központ elhelyezkedése Külső víz jelenléte vagy hiánya A kitörés mérete: magnitúdó, hevesség, intenzitás A vulkáni működés folyamatai: - Lávaöntés (effúzió) - Robbanásos (piroklaszt-) kitörés (explózió)

90 Lávaöntés: lávafolyás vagy lávadóm keletkezése Hígan folyó (bazalt) lávafolyások Előfordulás, méretek Híg lávafolyások morfológiája: aa, pahoehoe Andezit lávafolyások: blokkláva

91 Lávadómok morfológiája (dácit, riolit): Long Valley-i lávadóm (Kalifornia) Mt. St. Helens: kalderabelseji lávadóm Endogén, exogén dómnövekedés A Chao dácit lávadóm (coulée) légifelvétele (Chile)

92 Bazalt platóvidékek

93 Robbanásos (piroklaszt)-kitörések folyamatai Piroklaszt(it), autoklasztit, epiklasztit A magma buborékosodása (vezikuláció) és széttöredezése (fragmentáció)

94 Kitörési oszlop keletkezése és részei ernyőterület feláramlási terület Piroklasztszórás Buborékosodás, fragmentáció gázlökési terület

95 A piroklaszt-szórás (pyroclastic fall) sajátosságai Kitörési sebességek, intenzitásértékek A piroklaszt-szórás jól osztályozó folyamat = a nagyobb szemcsék előbb és közelebb, a kisebbek később és távolabb rakódnak le A Mt. St. Helens 1980-as kitörésének isopach-térképe

96 F D-F diagram: a kitöréstermékek elterjedése és szemcsemérete alapján D A piroklaszt-szórás jelleg és típus szerinti besorolása Magmás robbanásos kitörések --freatomagmás kitörések pliniusi ( + ultra-, ill. subpliniusi) vulcanói stromboli surtseyi (és freatopliniusi) hawaii kitörések

97 stromboli, vulcanói és pliniusi kitörések lefolyása: stromboli vulcanói pliniusi

98 Pliniusi kitörések: Mt. Spurr, Alaszka,1992 Rabaul, Pápua Új-Guinea, 1994, Space Shuttle-felvétel

99 A robbanásosság (explozivitás) mértéke: a VEI

100 Az egyes robbanásossági osztályok gyakorisága:

101 Piroklaszt-árak keletkezése: a, b, c: lávadóm összeomlása --blokk- és hamuárüledék d-h: kitörési oszlop összeomlása --horzsakőtartalom esetén ignimbrit

102 Pinatubo, június 14.

103 Mt. Pelée, május 8.

104 Krakatau, augusztus 26.

105 A piroklaszt-árak üledékének sajátosságai: 1 Vékony alsó réteg az ár híg szegélyéből 2 Az ár ún. folyási egysége, rossz osztályozottság 3a Vékony, pusztulékony fedőréteg a kavargó hamufelhőből (3b) Tömeges vagy fokozatos lerakódás? Az ár-üledékek esetleges összesülése

106 Vezúv, Kr. u. 79. Piroklaszttorlóárak

107 Vulkánok, vulkántípusok Mi a vulkán? Olyan felszínforma, amely magmás tevékenységhez kapcsolódóan, valódi kürtő működése során jön létre. Ilymódon a vulkán lehet: Negatív felszínforma (pl. kaldera) Akármekkora méretű forma Nem feltétlenül friss magma feszínre kerülésével létrejövő forma

108 Alapvető vulkántípusok: pajzsvulkán, piroklasztit-kúp, rétegvulkán rétegvulkán-típusok pajzsvulkán (lávadóm, hasadékvulkán) piroklasztitkúp-típusok

109 Pajzsvulkánok forró foltok fölött Hawaii pajzsvulkán: 2-3 riftzóna ( Mercedes-jelvény ), alkáli bazalt, konvex (és lapos) lejtőjű, nagyméretű, pajzs alakú kúpforma ( km-ig), központi kalderával Galapagosi pajzsvulkán: bonyolultabb, meredekebb alak, differenciáltabb magma, meredekebb lejtők, felfordított tányéralak, gyűrűs hasadékok, km-ig. (Kanári-szigetek: még bonyolultabbak.) Hawaii riftzónák: sok, kisméretű lávafolyással

110 A pajzsvulkán fejlődése 1. Fenékhegy 5. Felújulás 9. Atoll-szakasz 2. Sekélyvízi szakasz 6. Csuszamlás, erózió 3. Pajzsvulkán 4. Kaldera 7. Korallpadok 8. Poszt-eróziós vulkanizmus A Mauna Kea felújulásos salakkúpjai a riftekhez kötődnek

111 Piroklasztit-kúpok I: salakkúpok Salakkúp Hawaiin (Puuka Pelée) A salakkúpok fő jellemzői: m-es kráter, 1(2) km-es kúpátmérő, jellemzően bazaltos, stromboli típusú salak (+/-hamu, bomba)-szórással épülnek fel --- kb. 30o-os egyenes oldallejtők Salakkúp Arizonában (Sunset Crater) Rétegzett, gradált, szórt salakrétegek ----

112 A salakkúpok felépülése: MK kúpmagasság kb. 1/5 kúpátmérő ÁK kb. 2/5 kráterátmérő ÁKR kráterátmérő Paricutín (Mexikó), kúpmagasság kúpátmérő kráterátmérő

113 Piroklasztit-kúpok II: maarok, tufagyűrűk, tufakúpok Maar: a környezet alá mélyül; anyagának java része nemvulkáni törmelék is lehet, jellemzően freatomagmás kitörésből Tufagyűrű, tufakúp: magasabb peremű, piroklasztitból felépült formák A maarok+ tufagyűrűk rétegsorában jellemzőek a torlóárüledékek

114 A piroklasztit-kúpok kialakulása döntően a víz/magma aránytól függ salakkúp tufagyűrű tufakúp (párnaláva) A leghevesebb robbanások tiszta víz esetében elméletileg 1:3 víz/magma aránynál lesznek (a valóságban ez módosulhat) Gyűrűs salakkúpok (maarsalakkúp komplexek): a külső víz elfogyásával

115 Rétegvulkánok: a legbonyolultabb, leghosszabb életű vulkántípus Legalább 3 kategória: 1) Egyszerű, feltehetően salakkúpból továbbfejlődött kúp központi kráterrel (Mayon, Fuji, Arenal) 2) Bonyolultabb kúp kisebb kalderával (Mt. St. Helens) 3) Nagy kalderás csonkakúp, belsejében felújulással: Soma-Vezúv, Crater Lake, Börzsöny

116 A rétegvulkánok előfordulása: 1) Szubdukciós övekben vagy azok környékén, mészalkáli összetétellel (főleg andezit, dácit): Cirkumpacifikus öv ( Tűzgyűrű ), Appennin-fsz., Égei-szigetív 2) Kőzetlemezek belsejében, elsősorban alkáli jelleggel (főként fonolit, trachit): Askja, Hekla (Izland), Teide (Kanári-szk.), Queen Mary s Peak (Tristan da Cunha), Ol Doinyo Lengai (karbonátit!), Kilimandzsáró, Erebus, Ararát, Demavend, Cantal. A rétegvulkánok szerkezete: piros: lávaárak, zöld, kék: lávadómok Ferde vonalak: telérek, parazitakürtők lila, rózsaszín: szórt piroklasztitrétegek

117 A rétegvulkánok mérete, morfometriája

118 Pajzsvulkáni kalderák: süllyedés Rétegvulkáni kalderák: beszakadás Kalderák: Összetett rétegvulkánok, kalderavulkánok: kalderabelseji felújulás, továbbfejlődés

119 Vulkáni formák, vulkáni térszínek lepusztulása Lepusztulás: 1) működő vulkánokra jellemző, elsősorban nagy térfogatú lejtős tömegmozgások, döntően szinvulkáni jelleggel 2) normál elsősorban folyóvízi eróziós folyamatok, döntően posztvulkáni jelleggel A lepusztulás jellege, mértéke: időszakosan akár jelentősebb, mint az épülés Fuego, Guatemala: kb. 100 ezer éves. Négytagú ciklusok: 1) rövid [éves] működés, 2) nagytérfogatú tömegmozgások: törmelékárak, iszapárak, 3) lecsengő hordalékmozgás, 4) normál erózió

120 Vulkáni törmeléklavinák A Mt. St. Helens 1980-as kitörése nyomán felismert folyamat. Minden pajzs- és rétegvulkánon törvényszerű bizonyos méret elérése után Hawaii fősziget topográfiai térképe dimbes-dombos tengerfenékkel Az 1980-as kitörés első másodpercei El Hierro (Kanáriszk.) árnyékolt digitális domborképe

121 Az óriás vulkáni csuszamlások morfológiája: Törmeléklavinaüledék Ledőlt megablokkok Amfiteátrum (lópatkó)-kaldera Csuszamlás szállította megablokkok Dimbes-dombos ( buckás ) térszín Másodlagos törmelékárak

122 Socompa, Chile, 7200 BP Megablokkok (óriástömbök) a vulkán É-i előterében

123 Laharok, törmelékárak, hiperkoncentrált árak

124 Vulkáni kúpok eróziója átlagos klímán 1. Sugarasan széttartó (centrifugális) vízhálózat a kúp külső, összetartó (centripetális) vízhálózat a kráter- vagy kaldera belső lejtőin Időszakos vízfolyások (barrankók) egy tufakúp külső lejtőin (Etiópia) Eróziós pályák kráter külső és belső lejtőin (Vulcan, Rabaul, Pápua-ÚjGuinea) 2. A vízfolyások állandósulása, vízgyűjtők (=völgyek) kialakulása 3. A kráter v. kaldera peremének átvágása

125 Vulkáni kúpok alacsonyodása kárpáti példa alapján Morfometriai jellemzők (pl. kráterátmérő, belső vízhálózat-hossz) időbeli változása Szent Anna- és Mohoskráter: néhány tízezer éves Makovica: millió éves Egykori és mai kúp morfometriai jellemzői

126 Eróziós kalderák vízrajza: Mezőhavas (felsőmiocén, Görgényihavasok, K-Kárpátok), Elgon (pliocén, Kenya/Tanzánia) Ikerkráter eróziója: a kráterbelső mint vízgyűjtő megőrződhet (Csomafalvi Dél-hegy, felsőmiocén, Görgényi-havasok, KKárp.)

127 Idős, lepusztult eróziós kalderák: a méret önmagában nem elég az eredet kiderítéséhez La Palma, Kanári-szk.: pleisztocén, továbbfejlődött pajzsvulkán Mt. Taylor: pliocén rétegvulkán (ÚjMexikó, USA)

128 Vulkáni kúp lepusztulási szakaszai A planèzeképződés elve 1. Eredeti kúp 2. Planèzeállapot 3. Maradványvulkánállapot 4. Csontváz -áll apot Planèze emelkedő tengerparton

129 Csontváz-állapot, szubvulkáni formák kipreparálódása, inverziója Vulkáni csontváz -táj W. M. Davis rajzán A Shiprock kürtőkitöltés, neck (Új-Mexikó, USA) sugárirányú haránttelérekkel A Rocher St. Michel kürtőkitöltés (Le Puy, Franciaország)

130 Vulkáni kúpok eróziója csapadékos klímán és különböző ellenállóképességű rétegek esetén hátrálása, összeolvadása Nagyenergiájú ún. amfiteátrumvölgyek képződése Réunion-sz., Indiai-óceán Misamis Oriental,Fülöp-szk.

131 Lávafolyások, vulkáni üledékes rétegek lepusztulása, inverziója Lávafolyások inverziója (Ausztrália, Kazbek [Kaukázus], Cima Vulkáni Terület [Mojave-sivatag, USA) Hátráló peremű, felszabdalódó ignimbrittakaró (D-Kína) Kipreparálódó blokk- és hamuárüledék (Merapi, Indonézia) Tanúhegy összesült ignimbritből (Bandelier Tuff, USA)

132 Vulkáni folyamatok összefoglalása A tankönyvi dobostorta -szerkezet helyett sokrétű folyamat- és formaegyüttes Belső (építő) és külső (lepusztító) erők állandó összjátéka