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
A belső és külső erőket meghatározó energiaáramlás a Földön
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
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
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. 1028 erg = 1021 J) kb. 1000 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, 200-250 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
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)
A történelem néhány híresebb földrengése: 1556. jan. 24., Sanhszi, M=?; 830 000 áldozat 1976. júl. 28., Tangsan, M=7,6; 650 000 áldozat 1927. máj. 22., Nansan, M=8,3; 200 000 áldozat (a legalább 100 000 áldozatot követelő rengések közül 6 Kínában, 2 Japánban, 1 Indiában volt!) 1755, Lisszabon, M=8,5; több mint 60 000 áldozat 1906, San Francisco, M=8,3; 700 áldozat ( + szemmel látható elmozdulások a Szt. András-vonal mentén) Földrengés hatása Szicíliában
Intenzitás: tapasztalati skála a rombolás mértékéből (Mercalli (-Cancani)-Sieberg, 12 fokozatú skála). Izoszeiszták
Magnitúdó: a rengéshullámokból számítható, logaritmikus skálán (Gutenberg és Richter). Értéke 1-9 között változik. Szeizmológia, szeizmométer.
A földrengések földrajzi eloszlása földrengéses tartományok: 1. Cirkumpacifikus öv; 2. Alp-Himalája-öv; 3. óceánközépi hátságok öve (csak 100 km-nél sekélyebb fészkű földrengések)
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
Szilárd kéreg: a Föld tömegének kb. fél %-a! óceáni kéreg: kb. 6 km, viszonylag állandó vastagságú, hőmérséklete az olvadáspont alatt; Si-szegényebb, ς=3000-3100 kg/m3 kontinentális kéreg: 35-40 km, változóan vastag, Si-gazdagabb, ς=2700-2800 kg/m3 A kéreg és a földköpeny legfölső része = litoszféra, kőzetburok: 50-150 km vastag Felépítéséről lásd később!
Köpeny: a Föld tömegének kb. 2/3-a még Si-szegényebb, és Fe-, Mg-gazdag; főleg ún. peridotit alkotja. ς=3200-3300 m3/kg középső-fölső részében (75-250 km között) a rengéshullámok sebessége lecsökken (ún. LVZ) asztenoszféra, lassú folyásra képes! a kőzetek olvadásponthoz közeli Ten (1100-1200 oc) Alatta: mezoszféra (a rengéshullámok sebessége nő)
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. 4500 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?
Tektonika. Mikro- és mezotektonika. Szerkezetföldtan, szerkezetmorfológia. F1 nyíróerő nyomóerő
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
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
Képlékeny alakváltozás gyűrődések, redők harmonikus, diszharmonikus redő
A redők fő formái szinklinális antiklinális
(ferde) (átbukó, túlhajló) A redők térbeli helyzete A redők osztályozása az izogonok mintázata és a tengelysíkkal való párhuzamos vastagság alapján:
pikkelyek, takarók Takaró a Glarusi-Alpokban Bertrand (1881) szerint Takaró a Kis-Fátrában. A fehér csúcs triász dolomit, alatta kréta márga-mészkő.
dőlésirány, dőlésszög, csapásirány, lineamens, csapásszög bányászkompasz
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)
Feltolódási típusok Elmozdulások irányainak meghatározása Normálvetődés típusai: sík; íves (lisztrikus), (folytonos ívű - tört ívű)
Árok-sasbérc szerkezet vetődéssorozattal Összetett elmozdulástípusok Virágszerkezetek Tereplépcső (escarpment, cuesta, cliff). Lépcsővidék. Oldalelmozduláskori széthúzásos (pullapart) medence transztenzió transzpresszió
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
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
Mennyiben tér el a geoid a forgási ellipszoidtól?
Milyen a különböző topográfiai szintek eloszlása? Milyen fő (kéregszerkezeti) elemek definiálhatók? 0,1 km -4,8 km Hipszografikus görbe Az egyes magasságtartományok %-os megoszlása
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
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.
Glaciális izosztázia Denudációsakkumulációs izosztázia
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
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)
A Börzsöny gravitációs maradékanomália-térképe
A Mátra gravitációs maradékanomália-térképe
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
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)
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.
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
8 K/Ar ages (Ma) A magnetosztratigráfia a Börzsöny hegység felépülésének kutatásában 10 12 14 subaerial lava dome complex dome collapses, block-and-ash flows 14.3 Hollókő py am andesite breccia 15.0 16 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 18 20 lava flows subaerial lava domes Rotation period Ma 13.7 Inóc quarry am py basalt andesite lava flow ignimbrite eruptions resedimented syn-eruptive volcaniclastics
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Kontinensek szétválása, riftesedés Aktív, passzív riftesedés, árokképződés Óceáni kéreg születése
Kelet-Afrika, Vörös-tenger Óceáni kéreg keletkezése elvetélt riftek, aulakogének
A Vörös-tenger típusú széthasadás modellezése 0 Ma 10 Ma
A kontinensek rekonstruált mozgása a földtörténet során 410 Ma (szilur-devon) Uráli-óceán Kaledóniai-óceán 260 Ma (perm) Laurázsia Gondwana Tethys 170 Ma (jura)
100 Ma: kréta, az alpi (eurázsiai) hegységképződés kezdete Atl.-óc. Tethys (megszűnőben) A Föld felszíne napjainkban (számítógéppel készült magasságszínezéses domborzati modell)
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
Típuspélda: az Andok
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
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! (?)
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
Lemezütközési típusok - II II. Két kontinentális lemez ütközése
Típuspélda: a Himalája
Tarim-medence Tibet Himalája India A rövidülés mértéke a himalája-tibeti térségben Tibet, majd Himalája: szigetívek, lemeztöredékek akkréciója
Az Alpok: Kelet-Alpitakarók Helvét-öv Periadriai-vonal Dél-Alpi takarók Penniniöv
Az alapvető tektonikai környezetek magmaképződése
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
Plutonizmus, szubvulkanizmus Batolit: a Rapakivigránit tömbszelvénye. Tömzs (stock). Dike (haránttelér) Sill (teleptelér) Lakkolit, lopolit
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)
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
Magmás kőzetek (ismétlés) Alkália+szilíciumtart.: TAS-diagram QAPF (Streckeisen)diagram: ásványos alapon Si-tartalom szerint: savanyú : > 63 % SiO2 dácit (granidiorit), riolit (gránit) Intermedier: 52-63 %, andezit (diorit) bázisos : < 52 %, bazalt (gabbró) Fe-, Mg + alkália-tart.: tholeiites, mészalkáli, alkáli sorozat
Bazalt és dácit összehasonlítása
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
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
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. 1300 oc-on részleges olvadás megy végbe Elégtelenül elvékonyodó óceáni lemez: nincs magmaképződés Köpenycsóva által hozott hőtöbblet: magmaképződés, vulkanizmus
Óceánfenéki metamorfózis, ércképződés, füstölgők Szélsőséges, ősi életfeltételek az óceáni hátságokon
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
A Hawaii-szigetek példája: 60 millió év 8,5 cm/év Emperorfenékhegyek 6000 km Hawaii-szk.
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
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.
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
Szubdukciós magmaképződés Részleges olvadás: a magma Si-ban gazdagabb lesz
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
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)
Lávaöntés: lávafolyás vagy lávadóm keletkezése Hígan folyó (bazalt) lávafolyások Előfordulás, méretek Híg lávafolyások morfológiája: aa, pahoehoe Andezit lávafolyások: blokkláva
Lávadómok morfológiája (dácit, riolit): Long Valley-i lávadóm (Kalifornia) Mt. St. Helens: kalderabelseji lávadóm Endogén, exogén dómnövekedés A Chao dácit lávadóm (coulée) légifelvétele (Chile)
Bazalt platóvidékek
Robbanásos (piroklaszt)-kitörések folyamatai Piroklaszt(it), autoklasztit, epiklasztit A magma buborékosodása (vezikuláció) és széttöredezése (fragmentáció)
Kitörési oszlop keletkezése és részei ernyőterület feláramlási terület Piroklasztszórás Buborékosodás, fragmentáció gázlökési terület
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
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
stromboli, vulcanói és pliniusi kitörések lefolyása: stromboli vulcanói pliniusi
Pliniusi kitörések: Mt. Spurr, Alaszka,1992 Rabaul, Pápua Új-Guinea, 1994, Space Shuttle-felvétel
A robbanásosság (explozivitás) mértéke: a VEI
Az egyes robbanásossági osztályok gyakorisága:
Piroklaszt-árak keletkezése: a, b, c: lávadóm összeomlása --blokk- és hamuárüledék d-h: kitörési oszlop összeomlása --horzsakőtartalom esetén ignimbrit
Pinatubo, 1991. június 14.
Mt. Pelée, 1902. május 8.
Krakatau, 1883. augusztus 26.
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
Vezúv, Kr. u. 79. Piroklaszttorlóárak
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
Alapvető vulkántípusok: pajzsvulkán, piroklasztit-kúp, rétegvulkán rétegvulkán-típusok pajzsvulkán (lávadóm, hasadékvulkán) piroklasztitkúp-típusok
Pajzsvulkánok forró foltok fölött Hawaii pajzsvulkán: 2-3 riftzóna ( Mercedes-jelvény ), alkáli bazalt, konvex (és lapos) lejtőjű, nagyméretű, pajzs alakú kúpforma (100-200 km-ig), központi kalderával Galapagosi pajzsvulkán: bonyolultabb, meredekebb alak, differenciáltabb magma, meredekebb lejtők, felfordított tányéralak, gyűrűs hasadékok, 40-80 km-ig. (Kanári-szigetek: még bonyolultabbak.) Hawaii riftzónák: sok, kisméretű lávafolyással
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
Piroklasztit-kúpok I: salakkúpok Salakkúp Hawaiin (Puuka Pelée) A salakkúpok fő jellemzői: 2-300 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 ----
A salakkúpok felépülése: MK kúpmagasság kb. 1/5 kúpátmérő ÁK kb. 2/5 kráterátmérő ÁKR kráterátmérő Paricutín (Mexikó), 1943-47 kúpmagasság kúpátmérő kráterátmérő
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
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
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
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
A rétegvulkánok mérete, morfometriája
Pajzsvulkáni kalderák: süllyedés Rétegvulkáni kalderák: beszakadás Kalderák: Összetett rétegvulkánok, kalderavulkánok: kalderabelseji felújulás, továbbfejlődés
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
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
Az óriás vulkáni csuszamlások morfológiája: Törmeléklavinaüledék Ledőlt megablokkok Amfiteátrum (lópatkó)-kaldera Csuszamlás szállította megablokkok Dimbes-dombos ( buckás ) térszín Másodlagos törmelékárak
Socompa, Chile, 7200 BP Megablokkok (óriástömbök) a vulkán É-i előterében
Laharok, törmelékárak, hiperkoncentrált árak
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
Vulkáni kúpok alacsonyodása kárpáti példa alapján Morfometriai jellemzők (pl. kráterátmérő, belső vízhálózat-hossz) időbeli változása Szent Anna- és Mohoskráter: néhány tízezer éves Makovica: 10-11 millió éves Egykori és mai kúp morfometriai jellemzői
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.)
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)
Vulkáni kúp lepusztulási szakaszai A planèzeképződés elve 1. Eredeti kúp 2. Planèzeállapot 3. Maradványvulkánállapot 4. Csontváz -áll apot Planèze emelkedő tengerparton
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)
Vulkáni kúpok eróziója csapadékos klímán és különböző ellenállóképességű rétegek esetén hátrálása, összeolvadása Nagyenergiájú ún. amfiteátrumvölgyek képződése Réunion-sz., Indiai-óceán Misamis Oriental,Fülöp-szk.
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)
Vulkáni folyamatok összefoglalása A tankönyvi dobostorta -szerkezet helyett sokrétű folyamat- és formaegyüttes Belső (építő) és külső (lepusztító) erők állandó összjátéka