Χειμερινό Εξάμηνο Ακαδημαϊκού...

ΓΕΩΛΟΓΙΑ Δρ. Παντελής Αποστολόπουλος

(Επίκουρος Καθηγητής)

Χειμερινό Εξάμηνο

Ακαδημαϊκού Έτους

2019-2020

[email protected], [email protected]

https://opencourses.ionio.gr/

http://users.uoa.gr/~papost/



ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

• Ιστορικά Στοιχεία και Αναδρομή της Γεωλογίας, Ορισμός - Αντικείμενο και Γενικές Αρχές της Γεωλογίας, Επιστημονικοί Κλάδοι.

• Το Ηλιακό Πλανητικό Σύστημα, Η Γη ως Πλανήτης, Η Δομή της Γήινης Σφαίρας, Τα ανάγλυφα των Ηπείρων και των Ωκεανών, Ηλικία της Γης.

• Τα Δομικά χαρακτηριστικά του φλοιού της Γης, Η Δυναμική της Επιφάνειας, Ενδογενείς και Εξωγενείς Διεργασίες.

• Λιθοσφαιρικές Πλάκες, Τεκτονική Λιθοσφαιρικών Πλακών, Κινήσεις του Φλοιού, Ανάγλυφο, Υδρογραφικά Δίκτυα, Μηχανισμός Κίνησης Λιθοσφαιρικών Πλακών, Θερμικά Ρεύματα Μεταφοράς, Τύποι Λιθοσφαιρικής Σύγκλισης.



ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

• Πετρώματα και Ορυκτά, Πυριγενή-Ιζηματογενή-Μεταμορφωμένα Πετρώματα, Οι έννοιες της Τάσης-Παραμόρφωσης-Εφελκυσμού-Κάμψης-Πλαστιμότητας-Θραύσης-Δυθραυστότητας, Μάγμα - Μαγματισμός - Ηφαιστειότητα, Γεωλογικός Κύκλος ή κύκλος μετασχηματισμού πετρωμάτων, Ρήγματα, Ταξινόμηση Ρηγμάτων.

• Γένεση Σεισμών, Σεισμικά Ρήγματα, Γεωλογικές ασυνέχειες (η ασυνέχεια Mohorovicic (ή απλά Moho), η ασυνέχεια Gutenberg (ασυνέχειες πρώτης τάξης)), Σεισμικά Κύματα, Μέτρηση μεγέθους Σεισμών, Κατηγορίες, Μηχανισμοί Γένεσης, Σεισμικές Ακολουθίες, Συνοδά φαινόμενα.

• Ηφαίστεια, Κατηγορίες μάγματος (βασαλτικό, ανδεσιτικό και ρυολιθικό), Ασπιδωτά, Στρωματοηφαίστεια, Ηφαίστεια ασβόλης, Γεωμετρική χαρτογράφηση Ηφαιστείου, Χρόνος Ζωής Ηφαιστείου, Τα Ηφαίστεια παγκοσμίως και στην Ελλάδα.



Βιβλιογραφία 1. «Γεωλογία: Αρχές και Εφαρμογές», Δούτσος Θεόδωρος,

Εκδόσεις Leader Books, 2η Ελληνική Έκδοση (Αθήνα 2014) Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 50659071

2. «Γεωσύστημα Γαία», Παυλίδης Σπύρος, Χατζηπέτρος Αλέξανδρος, Εκδόσεις Leader Books (Αθήνα 2018) Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 77118093

3. Σημειώσεις διδάσκοντα (https://opencourses.ionio.gr/) 4. Διαδικτυακή πληροφορία – MIT Courses

https://ocw.mit.edu/courses/earth-atmospheric-and-planetary-sciences/12-001-introduction-to-geology-fall-2013/lecture-notes-and-slides/



Θεματικές Ενότητες Εισαγωγή στη Γεωλογία. Αντικείμενο, Μέθοδοι. Η δημιουργία του Ηλιακού Συστήματος. Πλανητική Γεωλογία. Η δομή της Γήινης σφαίρας. Τα Δομικά χαρακτηριστικά του φλοιού της Γης, Η Δυναμική της Επιφάνειας, Λιθοσφαιρικές Πλάκες. Πετρώματα και Ορυκτά, Μάγμα - Μαγματισμός - Ηφαιστειότητα, Γεωλογικός Κύκλος ή κύκλος μετασχηματισμού πετρωμάτων. Σεισμικά Ρήγματα, Γεωλογικές ασυνέχειες, Σεισμικά Κύματα, Μηχανισμοί Γένεσης, Σεισμικές Ακολουθίες, Συνοδά φαινόμενα. Ηφαίστεια, Γεωμετρική χαρτογράφηση Ηφαιστείου, Χρόνος Ζωής Ηφαιστείου, Τα Ηφαίστεια παγκοσμίως και στην Ελλάδα.

Γεωλογία είναι η Επιστήμη η οποία ασχολείται με τη μελέτη των φυσικών φαινομένων και διαδικασιών που σχετίζονται, κυρίως αλλά όχι μοναδικά, με το στερεό φλοιό της Γης. Οι Γεωλογικές Επιστήμες στοχεύουν: στον υπολογισμό των φυσικών πόρων (υδρογονάνθρακες, γαιάνθρακες, φυσικό αέριο, μέταλλα καθώς και υπόγεια και επιφανειακά ύδατα), στην προστασία του περιβάλλοντος από κατολισθικά-πλημμυρικά φαινόμενα, ρυπάνσεις υπόγειων και επιφανειακών υδάτων, τεκτονικά και ηφαιστιακά συμβάντα

Συναφείς επιστημονικές συνιστώσες της Γεωλογίας

Περιβαλλοντική Γεωλογία, Πλανητική Γεωλογία, Γεωφυσική, Σεισμολογία, Παλαιοντολογία, Ορυκτολογία, Πετρολογία, Γεωχημεία, Οικονομική Γεωλογία, Τεκτονική Γεωλογία, Υδρογεωλογία, Γεωμορφολογία.

Εικόνα υποβάθρου: Γεωλογικός σχηματισμός από ψαμμίτη και χαλίκι στο Uluru της Αυστραλίας.




Οι οξυδερκείς παρατηρήσεις του James Hutton του έδωσε τη δυνατότητα να εισάγει την έννοια του ομοιομορφισμού (και που ο Georg Wilhelm Friedrich Hegel χρησιμοποίησε στην ιδεαλιστική του κυκλικότητα της Ιστορίας) η οποία αναφέρει ότι:

Τα γεωλογικά φαινόμενα και οι διαδικασίες του παρελθόντος είναι παρόμοια με τα αντίστοιχα που εκτυλίσσονται στη σημερινή εποχή




Ουσιαστικά η Γεωλογία, προκειμένου να αναπτυχθεί και να ομαδοποιηθεί το σύνολο της επιστημονικής πληροφορίας που απαιτείται, χρησιμοποιεί ως κρίσιμης σημασίας μέθοδο, την ακόλουθη έκφραση:

Το Παρόν είναι το Κλειδί του Παρελθόντος

Ως επιστήμη της εξέλιξης της Γης, η Γεωλογία αξιοποιεί ένα πλέγμα γνώσεων από ετερογενείς Επιστήμες όπως η Φυσική, η Χημεία, τα Μαθηματικά, η Βιολογία. Συνεπώς οι μέθοδοι που αξιοπούνται είναι αυτές που συναντάμε σε όλες τις Επιστήμες: την επαγωγική και την παραγωγική. Παρόλα αυτά η ιδιομορφία της Γεωλογίας έγκειται στο μεγάλο χρονικό διάστημα που εκτείνονται οι Γεωλογικές διεργασίες απαιτεί επιμέρους παραμέτρους-εργαλεία προκειμένου να εξαχθούν (το δυνατόν) ασφαλή συμπεράσματα και να προταθεί ένα συνεπές Γεωλογικό Μοντέλο.

Τα πράγματα δυσκολεύουν ακόμα περισσότερο όταν προσπαθούμε να μελετήσουμε άλλους πλανήτες ως προς τη μορφολογία τους, την εξέλιξή τους κ.τ.λ.




Επιστημονικές Μέθοδοι της Γεωλογίας

Επανακανονικοποίηση (renormalization) Εξαγωγή πληροφορίας από μικροσκοπικό επίπεδο σε μακροσκοπικό και αντιστρόφως

Ομοιομορφισμός (uniformitarianism) Τα γεωλογικά φαινόμενα και διεργασίες επαναλαμβάνονται σε βάθος χρόνου με τον ίδιο τρόπο

Επαγωγική και Παραγωγική Μέθοδοι Συλλογή μεγάλου πλήθους στοιχείων, επεξεργασία και πρόταση Γεωλογικού μοντέλου (Inductive). Η αδυναμία συσσώρευσης πολύ μεγάλου πλήθους δεδομένων ενεργοποιεί την αντίστροφη διαδικασία δηλαδή την χρήση θεωρητικού μοντέλου και ελέγχου συμβατότητας με τα γεωλογικά δεδομένα (deductive)

Παρατήρηση και Πειραματικός Έλεγχος Η ποικιλλομορφία της σύστασης του Γήινου φλοιού λειτουργεί ανασταλτικά στη διεξαγωγή πειραμάτων σε εργαστηριακό (μικροσκοπικό) επίπεδο. Η παρατήρηση είναι ο πιο αξιόπιστος (ως τώρα) τρόπο να εξάγουμε συμπεράσματα και να συλλέγουμε δεδομένα.




Το Ηλιακό μας σύστημα

Τι βρίσκεται μέσα στη Γήινη σφαίρα και πως το γνωρίζουμε; Μέσω Κοσμολογικών και Αστρονομικών Θεωρητικών και Παρατηρησιακών Μοντέλων που εξηγούν αρκετά επιτυχημένα, τον τρόπο δημιουργίας του Αστρικού μας Συστήματος.

Εν αρχή ήταν...η Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) Μία κατάσταση άπειρης πυκνότητας (αρχική ιδιομορφία) η οποία εξερράγη δημιουργώντας μία «θάλασσα» στοιχειωδών σωματιδίων τα οποία αλληλεπιδρούσαν συνεχώς μεταξύ τους σχηματίζοντας πολυπλοκότερα και σταθερότερα σωματίδια, άτομα, μόρια, χημικές ενώσεις σε βάθος χρόνου (100000 έτη) ενώ ταυτόχρονα εκλύονται τεράστιες ποσότητες ενέργειας.





Εμφανίζονται διάχυτα, σχεδόν άμορφα και ασύμμετρα νεφελώματα (Nebulae) τα οποία περιστρέφονται με μικρή ταχύτητα και αποτελούνται κυρίως από Υδρογόνο (H2) και Ήλιο (He) καθώς και ιονισμένα αέρια. Το νέφος (Dust Cloud) καταρρέει κάτω από την επίδραση της ίδιας του της βαρύτητας προκαλώντας εκ νέου πυρηνικές αντιδράσεις (κυρίως σύντηξη πυρήνων).

Ο «Πρωτοήλιος» (Proto-Sun) Οι πιέσεις στο κέντρο του νέφους είναι μεγάλες (λόγω της βαρύτητας) με αποτέλεσμα να πυροδοτηθούν αλυσιδωτές αντιδράσεις σύντηξης πυρήνων Υδρογόνου σε πυρήνες Ηλίου καθώς και βαρύτερων στοιχείων με ταυτόχρονη έκλυση ενέργειας από το κέντρο.

Τα νεφελώματα αποτελούν τα «μαιευτήρια» των Άστρων





Η βαρυτική δύναμη έχει κατεύθυνση προς το κέντρο με αποτέλεσμα την εμφάνιση ισχυρότερης κεντρομόλου δύναμης και αύξηση της ταχύτητας περιστροφή του νέφους





Το επίπεδο, περιστρεφόμενο νέφος αποκτάει την μορφή δίσκου αερίων και σκόνης, αυξάνεται σε διάμετρο και δημιουργούνται μεγάλες (κυκλικές) στέρεες περιοχές πάχους περίπου 1 Km. Αποτέλεσμα της συγκεκριμένης διεργασίας είναι η εμφάνιση πλανητηδίων (planetesimals) δηλαδή θύλακες συμπύκνωσης ατόμων, μορίων, χημικών ενώσεων λόγω των τοπικών δινών από την επιταχυνόμενη περιστροφή του δίσκου. Λόγω μικρότερης βαρυτικής έλξης από το κέντρο του δίσκου και μειωμένης ταχύτητας περιστροφής, οι εξωτερικοί δακτύλιοι αποτελούνται από αέρια και χαμηλό ποσοστό συμπυκνωμένων ενώσεων.




Το Ηλιακό μας σύστημα (άρα και η Γη μας) έχει ηλικία περίπου 4,5 × 109Years.

Ο Πλούτωνας είναι μία χιονόμπαλα από Νερό, Μεθάνιο και βράχους οι οποίοι προέρχονται από τους διάφορους μετεωρίτες της εξωηλιακής περιοχής.




Η δομή της Γήινης σφαίρας

Ο φλοιός αποτελεί αποτελεί την εξωτερική στοιβάδα της Γης. Εκτείνεται από την επιφάνεια της µέχρι την ασυνέχεια Mohorovicic (Moho). Δύο είδη φλοιού: ο ηπειρωτικός και ο ωκεάνιος που διαφοροποιούνται µεταξύ τους ως προς το πάχος και τη σύσταση τους. Ο µανδύας είναι το αµέσως επόµενο στρώµα και φτάνει µέχρι το βάθος των 2.900km, και έχει αβέβαιη σύσταση. Η επιφάνεια που χωρίζει το φλοιό από τον µανδύα, είναι γνωστή µε το όνοµα ασυνέχεια Mohorovicic. Ο πυρήνας διακρίνεται σε εξωτερικό (υγρή/ρευστή κατάσταση κυρίως από σίδηρο) και σε εσωτερικό (στερεή κατάσταση). Χωρίζεται από τον µανδύα µε την ασυνέχεια Gutenberg.





Ο βασάλτης είναι έκχυτο εκρηξιγενές (πυριγενές) πέτρωμα το οποίο σχηματίζεται από την ταχεία ψύξη βασαλτικής λάβας. Είναι συνήθως χρώματος γκρι ή μαύρο, αλλά σύντομα γίνεται καφέ ή στο χρώμα της σκουριάς εξαιτίας της οξείδωσης των μαφικών (πλούσια σε σίδηρο) ενώσεων που περιέχει. Αν και συνήθως είναι σκούρος, ο βασάλτης μπορεί να έχει μεγάλη ποικιλία σκίασης εξαιτίας των τοπικών γεωχημικών διεργασιών. Ο βασάλτης σχεδόν πάντα έχει λεπτόκοκκη υφή επειδή η ταχεία ψύξη του ρευστού πετρώματος δεν επιτρέπει τον σχηματισμό μεγάλων κρυστάλλων ορυκτών. Όπως τα περισσότερα πυριγενή πετρώματα, συνίσταται από MgO και CaO με χαμηλές (<60%) συγκεντρώσεις SiO2 και των αλκαλικών οξειδίων δηλαδή Na2O + K2O. Εν γένει, ο βασάλτης αποτελείται από 45–55 wt% SiO2, 2–6 wt% ολικά αλκάλια, 0,5–2,0 wt% TiO2, 5–14 wt% FeO και 14 wt% ή περισσότερο Al2O3. Η παρουσία CaO συνήθως είναι κοντά στην τιμή 10 wt%, ενώ του MgO κυμαίνεται μεταξύ 5 και 12 wt%.





Ο γάββρος είναι πυριγενές και πλουτωνικό πέτρωμα το οποίο από χημικής άποψης είναι βασικό μια που η περιεκτικότητα σε διοξείδιο του πυριτίου είναι περίπου wt 50%. Όπως θα δούμε, όταν το μάγμα στερεοποιηθεί μέσα στο φλοιό, σε βάθος, τα πετρώματα που προκύπτουν ονομάζονται βαθυγενή ή πλουτωνίτες. Στην αντίθετη περίπτωση, όπου το μάγμα (λάβα) φθάνει στην επιφάνεια και στερεοποιείται, τα πετρώματα ονομάζονται ηφαιστίτες ή εκρηξιγενή. Μερικές φορές η στερεοποίηση γίνεται σε μικρά βάθη, οπότε τα πετρώματα χαρακτηρίζονται ως υποηφαιστειακά. Όταν το μάγμα εισχωρήσει μέσα σε μεγάλα ρήγματα ή ανοίγματα δημιουργούνται τα φλεβικά πετρώματα. Ο γάββρος περιέχει μικρές ποσότητες χαλαζία οι οποίες μπορούν να συμμετέχουν στη σύστασή του. Επουσιώδη ορυκτά του γάββρου είναι ο βιοτίτης, ο απατίτης, μαγνητίτης και ο χρωμίτης. Μεγάλες εμφανίσεις υπάρχουν στη Χαλκιδική και στο Πανόραμα, ως μέλη των οφειολίθων ενώ μικρότερες στη Ξάνθη, Βροντού και Μαρώνεια ως μέλη πλουτωνικών συμπλεγμάτων.

Χειμερινό Εξάμηνο Ακαδημαϊκού...

Documents