VILNIAUS UNIVERSITETAS GEDIMINAS MOTUZA BENDROJI GEOLOGIJA arba KAIP VEIKIA ŽEMĖ? Vadovėlis aukštųjų mokyklų studentams VILNIUS, 2009 TURINYS ĮVADAS I. KAS YRA GEOLOGIJA? 1. GEOLOGIJA TARP KITŲ MOKSLŲ 1.1. Apie mokslą ir nemokslą 1.2. Geologija, jos objektas, sandara ir ryšiai su kitais mokslais 1.3. Geologijos tikslai ir uždaviniai 1.4. Žemės pažinimo būdai 1.5. Geologinių tyrimų organizavimas 2. GEOLOGIJOS RAIDOS APŽVALGA 2.1. Mokslo ištakos 2.2. Geologija seniausiose civilizacijose 2.3. Azijos ir Europos viduramžiai 2.4. Herojinis geologijos amžius - šiuolaikinės geologijos pradžia 2.5. Šiuolaikinės geologijos raida 2.6. Geologijos raida Lietuvoje: II.ŽEMĖS PLANETA 3. ŽEMĖ KOSMINĖJE ERDVĖJE 3.1. Žemė Visatoje 3.2. Žemė Saulės sistemoje 3.3. Žemės pavidalas ir padėtis 4. ŽEMĖS PLANETOS YPATYBĖS 4.1. Žemės padėtis ir pavidalas 4.2. Žemės sunkio jėgos laukas 4.3. Žemės magnetinis laukas 4.4. Žemės gelmių šiluma 4.5. Slėgis Žemės gelmėse 4.6. Jonizuojančioji spinduliuotė III. ŽEMĖS SUDĖTINĖS DALYS 5. Cheminiai elementai 6. Mineralai 7. Uolienos: 7.1. Kas yra uoliena? 7.2. Magminės uolienos 7.2.1 Skirstymas ir apibudinimas 7.2.2 Plačiai paplitusios magminės uolienos 7.2.3 Retos, bet įdomios magminės uolienos 7.2.4 Magminių uolienų kūnai 7.3. Nuosėdinės uolienos 7.3.1. Nuolaužinės uolienos 7.3.2. Chemogeninės ir biochemogeninės uolienos 7.3.3. Organinės uolienos arba kaustobiolitai 7.3.4. Nuosėdinių uolienų facijos sąvoka 7.3.5. Nuosėdinių uolienų kūnai 7.4. Metamorfinės uolienos IV. ŽEMĖS SANDARA 8. Kaip sužinom kas yra Žemės viduje? 9. Giluminės geosferos 9.1. Žemės pluta 9.2. Žemės mantija 9.3. Žemės branduolys 10. Hidrosfera 11. Atmosfera 12. Kitos Žemės sferos 13. Dirvožemis arba pedosfera 14. Biosfera 15. Žemės plutos struktūros 15.1. Raukšlinės arba plikatyvinės struktūros 15.2. Disjunktyvinės struktūros arba lūžiai V. GEOLOGINIAI PROCESAI 16. Litosferos plokščių tektonikos teorija 16.1. Nuo žemynų dreifo iki plokščių judėjimo 16.2. Ką teigia LPTT 16.3. Kas toliau? V.1. GILUMINIAI PROCESAI 17. Magmatizmas 17.1. Kaip susidaro magma 17.2. Magmatizmas karštuose taškuose 17.3. Skėtros ruožų magmatizmas 17.4. Nirimo (subdukcijos) ruožų magmatizmas 17.5. Magmatizmas kontinentinėje plutoje 17.6. Vulkanizmas 17.7. Vulkanizmą lydintieji reiškiniai 17.8. Magmatizmo reikšmė 18. Metamorfizmas 19. Žemės plutos susidarymas 19.1. Vanenyninės plutos susidarymas ir sandara 19.2. Vandenyno guolio sandara 19.3. Žemyninės plutos susidarymas 19.4. Kontinentų sandara (bendri bruožai) 19.5. Kalnodara ir kalnynai 19.6. Kratonai ir jų sandara 19.7. Žemynų riftai ir plutos tempimo sritys 20. Žemėdrebos 20.1. Kodėl dreba žemė? 20.2. Žemėdrebų vertinimas 20.3. Lietuvos seismingumas V.2. IŠORINIAI PROCESAI 21. Bendras apibudinimas. 22. Gravitacinis pernešimas 23. Paviršinio tekančio vandens darbas 24. Požeminis vanduo. Karstiniai procesai. 25. Ilgametis įšalas ir kriogeniai reiškiniai 26. Ledynai ir jų darbas 26.1. Kokie būna ledynai 26.2. Ledynų geologinis darbas 26.3. Ledyninės kilmės paviršiaus formos 26.4. Ledynų sukeliami geologiniai reiškiniai 26.5. Ledynų ekologinė rekšmė 27. Pasaulio vandenynas ir kas tenai vyksta? 27.1. Vandenyno savybės 27.2. Geologiniai vyksmai vandenyne 27.3. Vandenyno dugno ištekliai 28. Procesai atmosferoje 29. Vėjo darbas 29.1 Atmosferos apytaka ir vėjai 29.2. Vėjo geologinis darbas 30. Dykumos ir jose vykstantys geologiniai procesai 31. Kosminiai smūgiai 31.1. Kosminių smūgių pėdsakai 31.2. Kosminių smūgių geologinė reikšmė 32. Kompleksiniai procesai 32.1. Kryptingi procesai ir ciklai 32.1.1. Vandens arba hidrologinis ciklas 32.1.2. Anglies apytakos ratas 32.1.3. Azoto apytakos ratas 32.2. Žemės sudėtinės sistemos. Klimatas. 32.3. Savireguliavimo procesai 32.4. Save skatinantys procesai 32.5. Žemė kaip chaotinė sistema VI. ŽEMĖS GELMIŲ IŠTEKLIAI 33. Turtai po mūsų kojomis 34. Naudingosios iškasenos 34.1. Geležies ir kitų juodųjų metalų telkiniai 34.2. Spalvotųjų metalų telkiniai 34.3. Aliuminis. 34.4. Aukso ir tauriųjų metalų telkiniai 34.5. Pramoniniai mineralai ir brangakmeniai 34.6. Statybinių medžiagų žaliavos. 35. Naftos ir degiųjų medžiagų telkiniai 35.1. Nafta ir dujos 35.2. Anglis 35.3. Degieji skalūnai 36. Požeminis vanduo. 37. Geoterminė energija 38. Gelmių ertmės 39. Ar ilgam užteks gelmių išteklių? VII. ŽEMĖS SUSIDARYMAS IR RAIDA 40. Laikas geologijoje 40.1. Santykinis laikas 40.2. Absoliutinis laikas 40.3. Žemės istorijos skirstymas 41. Planetos gimimas 42. Žemės geologinė istorija 42.1. Plutos raida 42.2. Hidrosferos raida 42.3. Atmosferos raida 42.4. Klimato kaita Žemės istorijoje 43. Gyvybės atsiradimas ir raida 43.1. Kas yra – gyvybė? 43.2. Gyvybės atsiradimas 43.3. Seniausi gyvybės pėdsakai 43.4.Gyvenimo sąlygos ir būdai 43.5. Gyvybės raida fanerozojuje 43.5.1. Paleozojaus era 43.5.2. Mezozjaus era 43.5.3. Kainozojaus era 44. Žmogus žemėje 44.1. Žmogaus atsiradimas 44.2. Žmogaus geologinė veikla Nuorodos Dalykinė, vietovardžių ir pavardžių rodyklė   ĮVADAS Bendroji geologija, kuri dar vadinama Fizine geologija arba tiesiog Geologijos pagrindais yra – dalykas, dėstomas universitetų gamtamokslinės pakraipos studentams, todėl ši knyga pirmiausiai yra vadovėlis studijuojantiems geologiją, geografiją, ekologiją. Bet ji gali būti naudinga ir kitų specialybių studentams ir visiems besidomintiems geologija ar apskritai gamta. Iš esmės tai yra įvadas į geologiją, todėl svarbiausi šio kurso tikslai yra: - Suteikti žinių apie Žemės sandarą, joje veikiančius procesus, jos susidarymą ir raidą, suprasti, kaip „veikia Žemė“, kaip vieninga sistema. - Supažindinti su geologijos mokslu, jo objektu, tikslais, metodais, dalykine ir organizacine sandara, pasiekimais ir istorija. - Išmokyti geologijos kalbos pradmenų – paaiškinti pagrindines sąvokas, apibrėžimus, terminus. - Parodyti, kad geologija yra būtina bendro išprusimo ir mokslinės pasaulėžiūros dalis, kuri padeda suprasti gamtoje vykstančius procesus, nepriklausomai nuo to, koks mokslas juos benagrinėtų ir pasiekti visuminį (holistinį) požiūrį į gamtą ir visuomenę. Knygoje siekiama pateikti skaitytojui kuo platesnį žinių apie Žemę ratą, todėl jos yra neišvengiamai paviršutiniškos. Tačiau tai yra sąmoningas pasirinkimas – platus vaizdas - gilumo sąskaita. Tiems, kas nestudijuos Žemės mokslų toks platus požiūris yra reikalingesnis, ir, galbūt, pakankamas. Tie kurie studijuos geologiją ar geografiją, pasirinks tam tikrą šaką į kurią gilinsis ir įgys reikalingų papildomų žinių. Jiems šis kursas yra tiesiog įvadas į tolimesnes, nuodugnesnes studijas. Panašaus pobūdžio vadovėlių yra daug ir įvairiomis kalbomis, pavyzdžiui V. Putnamo (Birkeland, Larson, 1989), S.Maršako (Marshak, 2001), Jakušovos ir kitų (Якушова ir kt., 1988), bet lietuvių kalba tokio vadovėlio dar nebuvo. Yra išleistas tik Bendrosios geologijos pratybų vadovas (Paškevičius ir kt, 1989). Bet tai tik priedas prie šio vadovėlio. Artimiausio turinio yra profesoriaus A.Basalyko knyga „Žemė - žmonijos lopšys“ (Basalykas, 2008), kuri nors ir parašyta prieš kelis dešimtmečius yra išleista jau trečią kartą. Neseniai išėjo kita panaši knyga - Bilo Braisono „Trumpai beveik apie viską“ (Bryson, 2007), kurioje taip pat apžvelgiama daug temų nagrinėjamų ir šiame vadovėlyje. Abi knygos puikios, tačiau tai - ne vadovėliai, o mokslo populiarinimo leidiniai. Vadovėlyje žinios apie Žemę pateiktos išsamiau ir nuosekliau, laikantis kurso programos, nuosekliai pristatant visas, kad ir ne vienodai įdomias temas. Tokios tvarkos laikytasi ir šiame vadovėlyje. Tiesa, aš leidau sau tam tikrus nukrypimus, daugiau papasakodamas apie tai, kas man atrodo svarbiau, apie ką mažiau parašyta kitose knygose, pagaliau tai, kas man pačiam yra įdomiau arba geriau pažįstama. Čia yra ir Lietuvos geologijos aptrašymų. Todėl tie, kam nereikia nuoseklių, „vadovėlinių“ žinių gali vertinti šią knygą, kaip populiarią ir skaityti tik tai, kas įdomu, juolab tam nereikia pasiruošimo – visiškai pakanka bendrojo lavinimo mokykloje gautų žinių. Nuosekliai pristatant geologijos mokslą, įvairias jos dalis pateikiami ir geologijos kalbos pradmenys – įvairios sąvokos ir apibrėžimai. Jų sąvadas ir nuorodos tekste yra pateikti knygos pabaigoje. Ne visiems skaitytojams jie vienodai reikalingi, todėl stengiausi nepiktnaudžiauti jais, ypač „užsienietiškais“, tokiais, kuriuos galima ir reikia keisti bendriniais lietuvių kalbos žodžiais. Kita vertus geologijos kalba yra gerokai turtingesnė ir įvairesnė. Norint jos išmokti geriau, labai naudingas yra „Enciklopedinis geologijos terminų žodynas“, kuriame paaiškinti 3842 geologiniai terminai, be to pateikti jų atitikmenys anglų, vokiečių ir rusų kalbomis (Kemėšis ir kt., 2009). Vadovėlyje daugiausiai panaudoti duomenys iš mokslinės literatūros. Šios žinios papildytos paties autoriaus medžiaga surinkta Lietuvoje ir daugelyje kitų pasaulio vietų dirbant geologinį darbą ar tiesiog keliaujant. Už tai noriu padėkoti draugams, bendradarbiams ir bendražygiams - Vidimantui Kučui ir Valentinui Baltrūnui, su kuriais minti takeliai Lietuvoje ir Poliariniame Urale, Chibinuose ir Baltosios jūros krantais; Sergiejui Bušminui, už nepamirštamas klajones laukinėmis Jakutijos platybėmis; Kalei Surojai, su kuriuo svarstyti geologijos ir gyvenimo klausimai Estijos glinto pagairėse prie žygio laužų Jakutijoje, ir karštoje estiškoje pirtelėje. Ypač noriu jam padėkoti už jo knygas apie Estijos gamtą, iš kurių medžiagos, nuotraukų ir minčių yra ir šioje knygoje. Dėkoju Boukei Zvanui už geologinio kartografavimo ir ištikimybės geologijai pamokas Norvegijos kalnuose; Vladui Vitkauskui, Jonui Anuškevičiui ir Vytui Jankevičiui už draugiją keliaujant Domeikos keliais Atakamos dykumoje ir Andų aukštybėse; Ronui Boidui, Bobui Tomui ir visam LOT-1 būriui – europiečiams ir afrikiečiams, už bendro darbo džiaugsmą Mozambiko savanoje; Sauliui Šliaupai ir Lietuvos, Kroatijos, Danijos kariams lydėjusiems dulkėtais Afganistano keliais ir daugeliui kitų bendražygių Altajaus ir Pamyro kalnuose, Užbaikalės ir Ukrainos stepėse, Timano tundroje, Suomijos ir Švedijos miškuose, be kurių draugiško palaikymo ir paramos nebūtų ir šito darbo. Ypatingai esu dėkingas Virginijai, Giedrei, Laimiui, Vykintui ištikimai palaikiusiems mane šiame ilgame kelyje, o Algiui dar ir už šios knygos apipavidalinimą. I. KAS YRA GEOLOGIJA? 1. GEOLOGIJA TARP KITŲ MOKSLŲ 1.1. Apie mokslą ir nemokslą Geologija yra viena iš gamtos arba fizinių mokslo šakų, todėl pradedant kalbėti apie geologiją, reikia aptarti, ką gi laikome mokslu. Mokslas – tai veikla, kurios tikslas nuosekliai kaupti žinias apie gamtą ir supratimą apie joje vykstančius procesus, siekiant numatyti jų eigą ir pasekmes ir panaudoti tai žmogaus reikmėms. Duomenis, kuriuos galima vadinti mokslinėmis žiniomis, gaunami tam tikru būdu. Tai – stebėjimais, bandymais ir analitiniais tyrimais surinkti faktai, aprašyti naudojant apibrėžtas sąvokas, ryšių ir priklausomybių tarp jų nustatymas modeliavimo ir praktinių eksperimentų būdu, pagaliau nustatytų dėsningumų išraiška matematinėmis priklausomybėmis, kaip aukščiausias pagrindimo pavidalas. Mokslo žinios skelbiamos straipsnių, knygų pavidalu, kuriose turi būti atvirai ir išsamiai pateikiami pirminiai duomenys, aprašyta, kaip jie gauti, kaip nagrinėti ir apibendrinti. Visa ta medžiaga turi būti tikrinama, viešai nagrinėjama, aptariama ir kritiškai vertinama. Tik tokiu būdu gautą ir patikrintą patirtį galima vadinti mokslinėmis žiniomis ir žinojimu. Mokslo ribos nuolat plečiasi, mokslinė gamtos samprata tikslėja ir sudėtingėja, tačiau mokslas aprėpia tik dalį mus supančios aplinkos, tik dalį joje vykstančių reiškinių. Todėl kiekvienas mokslininkas ir besidomintis jo pasiekimais turi mokslo žinias vertinti kritiškai, abejoti, aiškintis, kiek jos pagrįstos ir patikimos. Neatsitiktinai skirtingo pagrįstumo ir patikimumą mokslo žinias vadiname ne vienodai – idėja, prielaida, hipoteze, pagaliau – teorija labjausiai pagrįsta moklso žinių sistema. Vis dėl to ir mokslo priemonėmis gautas žinias ne visada galime laikyti patikimomis, tuo labiau vienareikšmiškomis, nekintamomis. Teorija, hipotezė ar prielaida yra priimtinos tol kol jos paaiškina žinomus faktus. Bet papildomi, gausesni ir tikslesni, naujomis priemonėmis gauti duomenys gali nebeatitikti ankstesnių pažiūrų ir jos turi būti nuolat tikslinamos, papildoms, keičiamos. Taip reikia vertinti ir žinias, pateiktas šiame vadovėlyje. Neveltui čia tek daug nuorodų į pirminius šaltinius. Greta mokslo yra ir kitos pažiūrų sistemos, kurios padeda mokslui vystytis. Filosofija yra nagrinėjimas bendriausių, universaliausių principų ir dėsningumų veikiančių gamtoje ir visuomenėje. Tai - sampratų ir pažiūrų kūrimas remiantis įvairių žinių ir pažiūrų apibendrinimu, apmąstymu, nuojauta, prielaidomis. Filosofai pateikia gilių įžvalgų, kurias neretai vėliau patvirtina ir mokslas ir taip nurodo mokslo vystymosi gaires ir kryptis. Tačiau, vertinant pagal aukščiau pateiktą mokslo apibrėžimą, filosofiją reikėtų laikyti mokslo pirmtake, jo stimulavimo, tyrimų krypčių parinkimo būdu, bet ne mokslu tikrąja prasme, nes ji kuria nuomonę, bet dar ne žinojimą, pagrįsta moklso priemonėmis. Šalia mokslo yra ir filosofijos šaka - metafizika. Tai – būties ir pasaulio prigimties, jame vykstančių procesų ir reiškinių priežasčių aiškinimas, dažnai pagrįstas nuojauta, nuomone. Tai ką svarsto ir teigia metafizika, gali būti ir tikrovėje, bet mokslas, kol kas to dar negali patvirtinti. Tai tarsi mokslo prieigos, jo dar neužimtos platybės. Yra ir tokių pažiūrų sistemų, kaip kreacionizmas, teleologija ir kitos, kurios pagrįstos tikėjimu ir neatitinka mokslo sąvokos. Kreacionizmas yra filosofinės pažiūros teigiančios, kad gamta yra sukurta pagal išankstinį planą, antgamtinio (transcendentinio) proto, valios ir jėgos. Panašiai ir teleologija, teigia, kad, tai, kas vyksta gamtoje turi tikslą ir paskirtį, kad „..yra Priežastis ir Tikslas, esantys šalia Visatos“ (Gitonas ir kt., 1996, p.135). Panašių pažiūrų laikosi ir daugelis religijų (tikėjimų), kurie tą antgamtinę kuriančią ir įprasminančią jėgą vadina Dievu. Šių pažiūrų negalima laikyti mokslu ir žinojimu. Kaip minėta, mokslas remiasi žiniomis apie gamtą, gautomis, patikrintomis ir patvirtintomis tam tikru būdu, paremtomis tam tikra, įrodymų sistema. Ar pasaulis buvo sukurtas antgamtinės valios ir proto, ar tai turi tikslą ir kokį, dabartinis mokslas nežino. Bet jis neturi ir įrodymų, kad tokio kūrimo nebuvo vienokiu ar kitokiu būdu ar pavidalu. Mokslas neturi pagrindo visa tai pripažinti, bet, laikantis paties mokslo principų, negali ir paneigti, kad gamtos, gyvybės ar žmogaus buvimas gali turėti prasmę, kurios dar nesuvokiame, kad Visatoje gali būti kitokių jėgų negu tos, kurias dabar pažįstame? Kembridžo universiteto profesorius Saimonas Konvejus Morisas, toli gražu nesantis kreacionizmo ar teleologijos šalininku, užsiminė, kad ...Visatos sandara nebūtinai yra vien tiktai fizikinė... (Conway Morris, 2003, p.326). Kaip bebūtų, tai ką teigia metafizika, kreacionizmas ir teleologija dar nėra žinojimas, o tik nuomonė ar tikėjimas. Čia belieka prisiminti garsiojo Hipokrato, gyvenusio 460 – 377 m. prieš m. e. žodžius: „Iš esmės yra tik du dalykai – mokslas ir nuomonė; pirmasis gimdo žinojimą, antrasis – neišmanymą“. Kaip bebūtų susidariusi gamta, ją galima ir reikia tirti, siekiant suprasti kaip ji sudaryta, kokie priklausomybės ryšiai ją saisto ir kokia yra žmogaus vieta joje. Kad gamtą pažinti įmanoma (bent tam tikru laipsniu) ir kad tai yra svarbu, rodo mokslo pasiekimai ir jų praktinis panaudojimas žmonių naudai. Kiek dabar suvokiame, svarbiausia mokslo paskirtis - padėti žmogui išgyventi ir išlikti. O tam reikia suprasti žmogaus vietą gamtoje, jo ryšius su aplinka, tiek dabar, tiek praeityje ir išmokti prie jos prisiderinti. Mokslo tikslas yra ne tik gauti žinių apie gamtą, bet ir panaudoti jas žmonių naudai, pritaikyti konkrečioms jų reikmėms, sugalvoti jų diegimo būdus. Todėl lygiagrečiai vystosi fundamentalieji ir taikomieji arba technologiniai mokslai. Fundamentalus mokslas nekelia sau tiesioginio tikslo nustatyti kažką naudingo ir praktiškai pritaikomo. Jo tikslas - pažinimas. Kaip juokavo fizikai, tai - geriausias būdas tenkinti savo smalsumą valstybės sąskaita. Tuo tarpu taikomieji mokslai sprendžia konkrečias problemas, reikalingas, pramonei, ūkiui, panaudodami ir pritaikydami fundamentalaus mokslo pasiekimus. Tiesa, ne visi mokslo pasiekimai tikrai tarnauja žmonių naudai, tiksliau, ne visada žmogus jais tinkamai pasinaudoja dėl neišmanymo ar savanaudiškumo, todėl mokslininkai dažnai susiduria ir su etikos bei moralės klausimais. Tačiau tai nestabdo žmogaus pažinimo siekio ir mokslo plėtros. Mokslas yra skirstomas į sritis, kryptis ir šakas, daugiausiai pagal tyrimo objektą.. Skiriamos tokios mokslo sritys - visuomenės (socialiniai) ir humanitariniai, gyvybės, fiziniai ir technologiniai mokslai. Geologija, kartu su matematika, fizika ir kitais Visatos ir Žemės mokslais priklauso fizinių mokslų sričiai. Galima būtų juos vadinti ir tiesiog gamtos mokslais, nes žodis „phyzis“ senovės graikų kalba ir reiškia – gamtą. Mokslo sritys ir šakos skirstomos dar smulkiau. Europos sąjungoje tai įtvirtinta tam tikrais dokumentais. Tačiau čia verta prisiminti garsųjį matematiką „kibernetikos tėvuą Norbertą Vynerį (Wiener,1894-1964), sakiusį, kad mokslas apskritai yra vienas, kaip vieninga yra gamta, o jo suskirstymas į atskiras sritis tėra administracinis sąlyginumas (Винер, 1967). Panašią nuomonę išsakė ir garsus fizikas teoretikas Ričardas Feinmanas (Feynman): “..mūsų ribotas protas, patogumo dėlei skirsto šį pasaulį į dalis: fiziką, biologiją, geologiją, astronomiją ir t.t., bet juk gamta jokio skirstymo nežino!” (Фeйнмaн, 1977, p.70). 1.1 pav. Nobelio premijos laureatas, fizikas Ričardas Feinmanas Iš tikrųjų, gamta yra vieninga, susaistyta bendrų dėsnių, sąveikų ir priklausomybių, o atskiros mokslo sritys skiriasi tuo, kad nagrinėja skirtingas šio pasaulio dalis, arba atskirus procesus, taikydamos skirtingus metodus ir naudodamos tam skirtą sąvokų sistemą. Kaip bebūtų, skirstymas į atskirus mokslus kol kas pateisinamas, todėl, kad gamta yra labai sudėtinga ir vienas žmogus ar net jų grupė negali jos aprėpti visumoje. Todėl neišvengiamai tenka imtis atskirų objektų. Tačiau vis didesnę reikšmę įgyja ir gebėjimas į tą patį objektą pažvelgti iš įvairių pusių, suvokti jį veikiančių veiksnių visumą. Tai vadinama visuminiu arba holistiniu požiūriu, kuris tarsi sujungia įvairių mokslo sričių pasiekimus. Beje, Norbertas Vineris pastebėjo, kad didžiausi atradimai dažnai daromi kaip tik skirtingų mokslų sandūroje. 1.2. Geologija, jos objektas, sandara ir ryšiai su kitais mokslais Geologija yra mokslo kryptis, tirianti Žemę visumoje – visas jos sudėtines dalis ir vykstančius joje procesus praeityje, dabar ir ateityje. Galima pasakyti, kad geologijos tikslas - suprasti, kaip veikia Žemė. Žodis „geologija“ kilo nuo senovės graikų Žemės deivės Gė (Gē) vardo. Antra pavadinimo dalis - logos (λογος ) graikiškai reiškia – žodį arba mokslą. Taigi, geologija tai – mokslas apie Žemę. Geologijos, kaip gamtos mokslo apie Žemę sąvoką pirmasis panaudojo Šveicarijos savamokslis geologas Žanas Andre de Liukas (Jean-André de Luc) 1778 metais, o po metų, jau žinomas mokslininkas Horacijus Benediktas de Sosiuras (de Saussure) įtvirtinto jį kaip atskiro mokslo pavadinimą (Internetas .2). Geologijos objektas yra visa Žemė, tuo pačiu jos sudėtinės dalys ir joje vykstantys procesai. Smulkiausias objektas, kurį dar apima geologija yra atomas, o stambiausias - planeta. Tai ir yra geologijos sritis. Iš atomo pusės geologija ribojasi su kvantine mechanika arba atomo fizika, o iš planetos - su astronomija arba kosmologija, kuri Žemę nagrinėja jau kaip kosminį kūną, visumoje. Geologiniai objektai sudėties ir sandaros sudėtingėjimo kryptimi gali būti suskirstyti į tokią eilę: Atomai Mineralai ir amorfiniai atomų junginiai Uolienos - mineraliniai arba amorfiniai agregatai Uolienų kūnai – sluoksniai, magminiai kūnai Tektoninės struktūros Geosferos - branduoliai, mantija, pluta, hidrosfera, atmosfera Žemė - visų ją sudarančių objektų ir fizinių, cheminių (taip pat ir biologinių) sąveikų tarp jų visuma. Taigi, geologijos sritis yra labai plati, todėl ji yra skirstoma į keletą šakų bei šakelių, kurios turi savo tyrimo sritį, objektą, dažnai ir skirtingus metodus, bet papildo viena kitą ir kartu kuria bendrą, visuminį, nuolat kintančios Žemės vaizdą. (I.1 lentelė). 1.1 lentelė. Svarbiausios geologijos šakos Pavadinimas Apibudinimas Geochemija Mokslas apie cheminių elementų pasiskirstymą Žemėje Mineralogija Mokslas apie mineralus, jų ypatybes, susidarymą ir paplitimą Petrologija Mokslas apie uolienas, jų įvairovę, sandarą, sudėtį, susidarymą, paplitimą Stratigrafija Mokslas apie sluoksnius, jų padėties, amžiaus nustatymą ir jų sugretinimą (koreliaciją) Sedimentologija Mokslas apie nuosėdų, įvairovę, paplitimą, susidarymą įvairioje aplinkoje Tektonika Mokslas apie Žemės sandarą, atskiras jos struktūras, jų susidarymą įvairių geologinių procesų metu Metalogenija, naudingųjų iškasenų mokslas Mokslas apie naudingųjų iškasenų ir jų telkinių sandarą, sudėtį, susidarymą, išsidėstymo laike ir erdvėje dėsningumus Hidrogeologija Mokslas apie požeminį vandenį, jo savybes, rūšis, padėtį ir judėjimą Žemės gelmėse Inžinerinė geologija Mokslas apie Žemės paviršiaus ir gelmių sandaros ir sudėties ypatybes svarbias statybai – gruntų mechanines savybes ir kt. Geofizika Mokslas apie Žemės ir jos sudėtinių dalių fizikines savybes ir jų nustatymo būdus Okeanologija Mokslas apie vandenyną, jo ypatybes ir tenai vykstančius procesus Geomorfologija Mokslas apie Žemės paviršiaus formas, jų įvairovę ir susidarymą įvairių geologinių procesų metu Paleontologija (paleobotanika, palinologija, paleozoologija, paleobiologija) Mokslas apie gyvybės kilmę, gyvybės formas praeityje, jų raidą Geologijai yra itin svarbi sąveika su kitais fiziniais, tai yra gamtą tiriančiais mokslais, ypač matematika, fizika, chemija. Matematika bendriausiu, abstrakčiu pavidalu apibudina gamtos priežastinių ryšių sistemą, jos dėsningumus, tarsi karkasą kuris atspindi, išreiškia bendrą gamtoje esančių priežastinių ryšių struktūrą. Matematika tai išreiškia abstrakčiu lygčių ir teoremų pavidalu, kurios atspindi realiai gamtoje veikiančias priklausomybes tarp konkrečių objektų, kurias nagrinėja jau atskiri mokslai – fizika, astronomija, biologija, geologija, geografija ir kiti. Todėl matematiką vieni vadina mokslų karaliene, o kiti - tarnaite. Geologijos srityje matematikos galimybės yra gana ribotos. Pirmiausiai todėl, kad matematika negali aprašyti visos gamtinių ryšių ir sąveikų visumos - tai pernelyg sudėtinga. Praeito amžiaus septintajame dešimtmetyje buvo kilusi geologijos ir kitų mokslų matematizavimo banga. Buvo parašyta daugybė straipsnių, knygų, disertacijų (beje ir mano paties), atsirado netgi atskira mokslo šaka – matematinė geologija. Tačiau ta banga greitai nuslūgo, nes buvo įsitikinta, kad šiuo metu daugumos geologinių procesų matematiškai aprašyti negalima, o tuo pačiu matematikos pagalba negalima prognozuoti jų eigos, ko labiausiai ir buvo siekiama. Taip yra todėl, kad geologijos nagrinėjamos sistemos yra sudėtingos, priklausomos nuo daugelio veiksnių ir kintamųjų. Dažniausiai jų negalima supaprastinti, nes, kartais ir menkas veiksnys gali stipriai paveikti procesų eigą ir pasekmes. Todėl gamtines sistemas būtina nagrinėti visumoje, atsižvelgiant į visa galimas sąveikas ir priklausomybes. Fizikos objektas yra visa gamta. Ji siekia aprašyti, kaip veikia Visata, išsiaiškinti, kodėl ji veikia būtent taip ir bando sukurti bendriausią, visuotinį pasaulio vaizdą (Giudice, 2000). Tačiau fizika tiria objektus ir procesus, jų nesiedama nei su vieta, nei su laiku. Be to ji imasi tirti tik objektus, apibudinamus apibrėžtu parametrų rinkiniu ir tam tikrais ryšiais tarp jų, kuriuos galima formalizuoti, tai yra aprašyti matematikos priemonėmis. Apie tai rašė ir Albertas Einšteinas: “Matematikos panaudojimo dėka šis vaizdas (fizikų teoretikų pasaulio vaizdas G.M.) atitinka aukštus savitarpio priklausomybių tikslumo ir griežtumo reikalavimus. Bet už tai fizikas priverstas labai apriboti savo objektą, pasitenkindamas pačių paprasčiausių ir prieinamų mūsų patyrimui reiškinių vaizdavimu, tuo tarpu visi sudėtingi reiškiniai negali būti atgaminti žmogaus proto tokiu tikslumu ir nuoseklumu, kurių reikalauja fizikas teoretikas. Aukščiausias tikslumas, aiškumas ir užtikrintumas - visumos sąskaita. (Эйнштейн, 1967, p.40). Fizika nustato, kokios jėgos veikia gamtoje, nustato bendrus dėsningumus, tačiau paaiškinti, kaip veikia konkretūs gamtos objektai, pavyzdžiui gyvi organizmai ar planeta, fizika nesiima. Tai ji palieka kitiems mokslams. Tai patvirtina ir pavyzdys, kurį pateikė Ričardas Feinmanas. Biologas kelia klausimą, kaip organizmas mato arba kaip vyksta regėjimas. Fizikas šį klausimą pakeičia kitu – “ką daro šviesa akyje?” Jis žino kas yra šviesa, bet nežino kaip apibudinti akį ir todėl negali atsakyti į šį klausimą (Фeйнмaн, 1977, p. 59). Fizikų požiūrį apibudina ir kitas to paties R.Feinmano pasakymas: “... jeigu mums reikėtų įvardinti patį svarbiausią dalyką, kuris veda mus vis pirmyn ir pirmyn mūsų bandymuose suvokti gyvybės reiškinį, mes turėtume pasakyti: “visi kūnai sudaryti iš atomų”, viskas kas vyksta gyvuose padaruose gali būti suprasta atomų judesių ir svyravimų kalba”. Tačiau ta pačia kalba galima kalbėti ir apie automobilį, jis irgi sudarytas iš atomų, bet nėra gyvas organizmas. Fizika nepaaiškina kuo jie skiriasi? Iš to seka, kad atomas yra bene vienintelė organizmo sudėtinė dalis, kuri yra suprantama fizikui (Фeйнмaн, 1977). Procesai Saulės viduje ir jos sandara fizikams žinoma geriau, negu Žemės viduje. Taip yra todėl, kad Saulėje medžiaga yra atskirų atomų arba jų sudėtinių dalių pavidalu, o fizikai moka apskaičiuoti, kas darosi su atomais tokiomis sąlygomis kaip Saulėje. Tuo tarpu Žemėje medžiaga yra ne tik atomų, bet ir jų junginių – molekulių, mineralų, uolienų, įvairių geologinių kūnų pavidalu, kurie veikia ir sąveikauja kaip tam tikros sistemos, nes matematinis aparatas, kuriuo galima apibudinti tokių sistemų sąveiką, tuo pačiu medžiagos būklę Žemėje, dar nesukurtas. O juk tai ir yra geologiniai procesai. Net jeigu geofiziniais metodais pavyktų apskaičiuoti medžiagos tankį Žemės viduje, kol kas neįmanoma aprašyti jos būklės kitimo labai aukštame slėgyje, jos judėjimą Žemės branduolyje, mantijoje ir daugelio kitų panašių procesų, nekalbant jau apie jų visumą. Belieka tai nustatinėti eksperimentais. Geologija negali sau leisti gamtos objektus ar reiškinius išskirti iš visumos, juos dirbtinai supaprastinant. Norėdama suvokti, kas ir kodėl vyksta Žemėje, ji turi tirti visus reiškinius, visus veiksnius, visų gamtos procesų visumą, tirti Žemę, kaip vieningą sistemą. Kitaip ji negalės atsakyti į svarbiausią klausimą: “Kaip veikia Žemė?”. Tokius sudėtingus objektus, kuriuos tiria geologija, nagrinėja chaoso teorija (Пригожин, Стенгерс 1986; Prigogine, 2006). Tai mokslo sritis, tirianti netiesines sistemas. Tiesinės sistemos yra tokios kurių visi jų būklę veikiantys veiksniai gali būti išmatuoti, o jų sąveikos tiksliai aprašytos matematiškai. Tokių sistemų būklę ir elgesį galima tiksliai numatyti. Tiesinis modelis yra matematinė formulė, pagal kurią galima numatyti proceso rezultatą, įvedus reikalingus parametrus. Anksčiau vyravo deterministinis požiūris į gamtą, kurį apibudino Simonas Laplasas, sakydamas, kad “...kai tik bet kuriuo laisvai pasirinktu momentu sistemos būsena bus tiksliai išmatuota, grįžtami dėsniai leis tiksliai numatyti sistemos ateitį ir visiškai atkurti jos praeitį” (Пригожин, Стенгерс 1986, p. 14). Sudėtingų, netiesnių sistemų savybė, priešingai, yra ta, kad neįmanoma sukurti matematinio modelio tiksliai numatančio jų elgesį. Netiesinės sistemos bendru pavidalu negali būti išspręstos (Глейк, 2001, p.36). Šių sistemų elgesys labai priklauso nuo nedidelių jos būklės pakitimų. Tai vadinama stipria priklausomybe nuo pradinių sąlygų, arba „drugelio efektu“. Chaoso teorija yra naujasis sudėtingų sistemų mokslas. Tai yra mokslo perėjimas į aukštesnį lygmenį, nuo paprastų, supaprastintų ar dalinių sistemų tyrimo prie sudėtingų, visuminių sistemų tyrimo. Kartu tai yra kelias į atskirų mokslų susijungimą, integraciją, nes sudėtingas sistemas galima nagrinėti tik apjungiant fiziką, matematiką ir kitą mokslą tiriantį konkrečią sritį (biologiją, geologiją, meteorologiją, sociologiją ar kt.) ar kelis tokius mokslus. Chaoso teorija kaip tik įtvirtina visuminį, holistinį požiūrį į gamtą. Taigi, apibendrinant trumpai - fizikai nagrinėja procesus, kurie yra deterministinio pobūdžio ir gali būti aprašyti matematiškai. Geologija ir kiti gamtos mokslai nagrinėja tų procesų kompleksus, sistemas, kuriose jie veikia vienas kitą. Šie procesų kompleksai yra sudėtingi, nedeterminuoti, chaotiški, netiesiniai ir neaprašomi šiuolaikiniais matematiniais metodais. Taigi, geologiją galima laikyti chaotinių sistemų mokslu. Kita geologijos ypatybė yra ta, kad ji yra istorinis mokslas. Tokia iš dalies yra astronomija ir biologija. Fizika, pavyzdžiui, tuo nesidomi. Ji nesigilina į tai, kaip atsirado fizikos dėsniai ir ar jie praeityje nebuvo kitokie? Geologija tiria Žemės raidą, procesus ir įvykius, kurie buvo praeityje, jų kitimą su laiku, paveldimumą. Laikas, šalia erdvės yra dar vienas vektorius, dar viena koordinatė, kurioje vyksta geologiniai procesai ir reiškiniai. Todėl geologija yra vadinama keturmačiu - 4D mokslu. Geologija yra susijusi su daugeliu kitų mokslų. Yra „paribio“ disciplinų, kaip paleontologija, antropologija, geomedicina, ekogeologija arba aplinkos geologija, geoarcheologija ir kitos. Paleontologija plačiai žinoma kaip mokslas apie praeities gyvybės formas kartu ir jos atsiradimo ir egzistavimo sąlygas, raidą, ryšius su aplinka ir jos pakitimais. Tai yra kartu ir biologijos, ir geologijos šaka. Biologija tiria gyvybę, kuri prasidėjo geologinėje praeityje ir dabartinis jos pavidalas yra milijardų metų raidos pasekmė ir tąsa. Todėl dabartinės gyvybės negalima suprasti nežinant kaip ji atsirado, kaip vystėsi ir kito, kokie geologiniai procesai, kokios aplinkos ypatybės lėmė jos atsiradimą ir raidą. Medicina ir antropologija siejasi su geologija tuo, kad žmogus taip pat atsirado gyvybės evoliucijos eigoje. Žmogus, kaip ir kiti organizmai yra susijęs su aplinka, yra jos veikiamas. Aplinka lemia žmogaus gyvenimo sąlygas, o tai veikia jo būdą, elgseną, kultūrą, polinkį ar atsparumą tam tikroms ligoms. Tos aplinkos dalys yra dirvožemio ir geriamo vandens cheminė sudėtis, gal būt magnetinio ir gravitacinio lauko ypatybės. Norint suprasti žmogaus organizmo ypatybes pravartu žinoti jo „paleontologinę praeitį“, tai yra rūšies raidą (filogenezę) ir tos raidos geologines sąlygas bei veiksnius. Geologinės aplinkos, jos veiksnių įtaką žmonių sveikatingumui nagrinėja atskiras mokslas - geomedicina. Artimas mokslas yra ekogeologija arba aplinkos geologija, tik jis plačiau nagrinėja geologines žmogaus gyvenimo ir ūkinės veiklos sąlygas ir žmogaus veiklos poveikį savo gyvenamai aplinkai ir tuo pačiu sau. Geoarcheologija taip pat ieško sąsajų tarp žmogaus ūkinės veiklos ir kultūros ir aplinkos ypatybių, tik tolimesnėje praeityje. Žinoma, kad paviršiaus sudėtis ir pavidalas, reikalingų žmogui medžiagų buvimas ar trūkumas, klimatas ir jo kitimas, kiti geologiniai procesai veikė žmogų ir lėmė kultūrines ypatybes, migraciją ir daugelį istorinių įvykių. Plėtojantis visuminiam požiūriui į gamtą, aplinką, žmogų ir visuomenę geologija tampa vis labiau reikalinga ir pritaikoma kitose mokslo ir praktinės veiklos srityse. Taip atsirado tokios geologijos pritaikymo sritys, kaip alaus, viskio ir vyno geologija, kurių tikslas tirti geologines sąlygas, nuo kurių priklauso šių gėrimų rūšių ypatybės ir kokybė (Encyclopedia Geology, 2005, vol. II, p. 78-89). 1.3. Geologijos tikslai ir uždaviniai Bendras geologijos tikslas yra kaupti žinias apie Žemę, suprasti joje vykstančius procesus ir numatyti jų pasekmes. Bendriausia prasme, geologija, kaip ir kiti mokslai, siekia pažinti aplinką, tam kad žmogus joje galėtų išgyventi. Geologų sukauptos žinios nėra savitikslis. Jos pritaikomos daugelyje sričių. Labai apibendrinant svarbiausi geologinių tyrimų uždaviniai yra šie: Apsirūpinti ištekliais Apsisaugoti nuo stichinių pavojų Kurti aplinką tinkamą žmogui gyventi Numatyti aplinkos kitimą ateityje Apsirūpinimas ištekliais Medžiagų ir energijos ištekliai lemia žmogaus gyvenimo sąlygas. Nuo seniausių laikų žmonės naudojo gamtines medžiagas gaminti įrankiams ir ginklams, statyti būstams, naudojo buityje. Dabar ypač sparčiai didėja žmonijos naudojamų gamtos išteklių įvairovė ir kiekis. Pagrindiniai energijos šaltiniai irgi yra gelmių ištekliai – nafta ir dujos, anglis, radioaktyvūs elementai, gelmių šiluma. Smulkiau apie gelmių išteklius ir jų svarbą parašyta XI skyriuje. Geologijos uždavinys yra ne tik surasti gelmių išteklių telkinius, bet ir nustatyti jų naudojimo galimybes bei sąlygas, numatyti naudojimo pasekmes, poveikį aplinkai, siekti, kad jie būtų naudojami tinkamu būdu, kuo mažiau kenkiant aplinkai ir žmonėms, nes jie geriasuiai suvokia čia slypinčius pavojus. Apsisaugojimas nuo stichinių pavojų Stichiniais vadinami pavojai arba grėsmės, sukeliamos gamtinių procesų, kurių žmogus negali įtakoti. Tai - žemėdrebos, ugnikalnių išsiveržimai, cunamiai, uraganai ir taifūnai, nuošliaužos, stambių kosminių kūnų kritimas. Šie reiškiniai atneša didelių nuostolių ir nusineša žmonių gyvybių. Juos sukelia gamtiniai geologiniai procesai, nuolatos vykstantys Žemėje, tačiau jie pasireiškia skirtingose vietose ir įvairiu stiprumu. Kartais tokius įvykius paskatina ir žmogaus veikla. Norint nuo jų apsisaugoti, reikia juos numatyti, prognozuoti, o tam būtina pažinti tuos procesus, žinoti jų priežastis, eigą ir dėsningumus. Tiesa, to ne visada užtenka, nes reikia, kad apie tai žinotų visuomenė ir atsižvelgtų į geologų perspėjimus imdamasi reikalingų veiksmų. Žmogaus gyvenamos aplinkos kūrimas Dar XIX amžiuje, pastebėjus žmogus veiklos poveikį gamtai, kenkiantį ir jam pačiam, buvo susirūpinta jos apsauga. Tuo metu pradėti steigti draustiniai, nacionaliniai parkai, gamtos paminklai. Pirmuoju buvo Jeloustono (Yellowstone) nacionalinis parkas JAV. Tokia veikla labai išsiplėtė ir dabar tapo visų valstybių politikos dalimi. Tam skirti specialūs įstatymai, įkurta aplinkos būklės kontrolės organų ir tarptautinių organizacijų. Tačiau žmogus yra egocentriška būtybė, kuriai jo buvimas, išlikimas yra svarbiausias tikslas. Todėl žmonės, tiek pavieniai, tiek žmonija apskritai, visada naudojosi gamta ir ją keitė. Jis negalėjo to nedaryti, nes žmogaus, kaip ir visų gyvų organizmų gyvenimo pagrindas yra medžiagų ir energijos apykaita su aplinka, kurios metu jos kitimas yra neišvengiamas. Ir pati gamta nuolat kinta, joje greta kūrimo vyksta ir ardymas. Todėl žmogus ir negali, ir neturi saugoti gamtos apskritai, visumoje, nieko joje nekeisdamas. Bet jis turi elgtis protingai, tai yra keisti aplinką taip, kad tai jam išeitų į naudą ir kuo mažiau kenktų. Kitaip sakant jis turi kurti aplinką, tokią, kokia jam yra reikalinga, palankiausia jo buvimui ir išlikimui. Tai darydamas, jis turi saugoti tas gamtos dalis ir savybes, kurios jam fiziologiškai ir psichologiškai reikalingos, saugoti jas visumoje, atsižvelgdamas į jų sistemą, savitarpio ryšius. Kita vertus žmogus turi stabdyti vyksmus ir pokyčius gamtoje, kurie jam kenkia ar yra nepalankūs, tarp jų ir tokius, kuriuos pats sukelia. Tai įgyvendinama įvairiais būdais, tarp jų teritoriniu planavimu, o platesniu mąstu – geoinžinerija arba klimato inžinerija (angl. geoengineering). Ši veikla apima tiek gamtos apsaugą siaurąja prasme, tiek atstatymą, atkūrimą to kas joje buvo, bet buvo prarasta, tiek sukūrimą naujų žmogui reikalingų aplinkos ypatybių. Geoinžinerinių projektų (kol kas dar neįgyvendinamų) pavyzdys yra vandens ar ar dulkių purškimas į atmosferą, siekiant sumažinti saulės spinduliuotę ir, tuo pačiu Žemės šilimą, arba giluminės vandenyno vandens apytakos spartinimą padidinantį CO2 sugėrimą ir šalinimą iš atmosferos ir kt. (Keith ir kt., 2010; Oschlies ir kt., 2010). Kad panašūs projektai nesukeltų dar blogesnių pasekmių, žmogus turi pažinti aplinką, joje vykstančius reiškinius ir procesus, mokėti juos nustatyti ir numatyti bei įvertinti savo veiksmų pasekmes, o čia svarbų vaidmenį vaidina geologinės žinios ir supratimas. Aplinkos kitimo pobūdžio ir mastų numatymas Žemė yra kaiti sistema. Pakitimai joje vyksta nuolatos ir įvairiu mastu. Daugelį jų galima pastebėti remiantis vienos žmonių kartos patyrimu. Pavyzdžiui - upių erozija, jų slėnio pavidalo kitimas, terasų slinktis, nuogulų perklostimas arba vėjo veikla. Pakanka prisiminti smėliu užpustytus Kuršių nerijos kaimus. Tačiau daugelis geologinių procesų yra ilgalaikiai. Juos pastebėti ir įvertinti galima tik mokslo dėka, kaupiant žinias apie tolimą praeitį. Apibendrinant tas žinias galima išaiškinti ilgalaikius arba seniai vykusius procesus, nustatyti jų priežastis bei dėsningumus ir numatyti jų eigą ateityje. Pavyzdžiu gali būti apledėjimai. Pastaruoju geologiniu laikotarpiu ledynai į mūsų kraštą atslinko bent ketvertą kartų ir daugelio mokslininkų nuomone, tai gali pasikratoti, nes mes gyvename tarpledynmetyje. Įsivaizduokime, kas atsitiks su mūsų miestais, nacionaliniais parkais, rezervatais ir kitomis gamtos ir kultūros vertybėmis, užslinkus kilometrinio storio ledynui? O juk apledėjimai – tai grynai gamtinis reiškinys. Jie vyko ir prieš milijardus metų. Ar žmogus turi laukti apledėjimo, nieko nedarydamas, ar stengtis jo išvengti ir išsaugoti tai, kas jo aplinkoje yra vertingo? Turbūt tai retorinis klausimas, į kurį atsakymas išanksto yra aiškus. Ne mažiau svarbus žmonijai yra ir šiuo metu stebimas šilimas, gręsiantis pasaulinio vandenyno lygio kilimu, vandenyno srovių kitimu, pavojingų atmosferos reiškinių sustiprėjimu ir padažnėjimu. Tai irgi gamtinis reiškinys, kurį įtakoja ir žmogaus veikla. Todėl aplinkos kitimo procesų priežasčių supratimas ir jų eigos numatymas yra vienas svarbiausių dabartinių geologijos uždavinių, kuris įmanoma spręsti tik remiantis patikimomis žiniomis apie praeitį. Šį geologijos uždavinį supranta ir pabrėžia daugelis mokslininkų. Pavyzdžiui K.Alversono ir F.Oldfieldo (Alverson, Oldfield, 2000) nuomone, „...svarbiausias tikslas yra suprasti ilgalaikius procesus ir sąveikas, kurios veikia Žemės sistemoje ir kaip jos keičiasi laiko bėgyje, sutelkiant dėmesį į tuos aplinkos kitimus praeityje, kurie labiausiai veikia mūsų sugebėjimą suprasti, numatyti ir atsižvelgti į būsimus aplinkos pokyčius“. Su tuo glaudžiai susijęs ir kitas svarbus geologijos uždavinys - suvokti žmogaus kaip rūšies vietą gamtoje, numatyti jos išlikimo perspektyvą. Į tą klausimą galima bandyti atsakyti tiriant visos gyvybės raidą, jos dėsningumus, veiksnius, nuo kurių ji priklauso, pradedant gyvybės atsiradimu. Ligi šiol geologija daugiausiai dėmesio skyrė praeities pažinimui. Bet praeitis mus labiausiai domina kaip tik todėl, kad ji padeda numatyti ateitį - tai, kas mums iš tikrųjų rūpi. Vienas iš geologijos tėvų – Čarlzas Liajelis, dar XIX amžiaus pradžioje išdėstė labai svarbų geologijai teiginį: “Dabartis yra praeities pažinimo raktas”. Dabar vis labiau suvokiame, atvirkštinio teiginio reikšmę: “Praeitis yra ateities pažinimo būdas”. Padėti numatyti ateitį remiantis nustatytais gamtos raidos dėsningumais praeityje ko gero yra didžiausia geologijos vertė ir priedermė žmonijai. Beje, geologija neapsiriboja Žemės tyrimu. Ji apima ir kitų Saulės sistemos kūnų tyrimus: asteroidų, kitų planetų bei jų palydovų. Tiesa, šiems atvejams buvo bandoma išvystyti atskirus mokslus, kaip meteoritika, selenologija (mokslas apie Mėnulį); aresologija (mokslas apie Marsą) ir kt., bet tie pavadinimai neprigijo. Tikriausiai todėl, kad ir tiriant kitas planetas naudojami Žemės tyrimui sukurti būdai ir žinios apie Žemės sandarą bei joje vykstančius procesus. Todėl geologija įgyja ne tik mokslo apie Žemę, bet mokslo apie planetas ir kitus kietus kosminius kūnus prasmę. O aplinkinių kosminių kūnų tyrimas vėlgi tarnauja ateičiai, nes ateityje tai gali būti besiplečiančios žmonijos žaliavų šaltinis, o gal ir naujos gyvenimo vietos (Prantzos, 2000). 1.4. Žemės pažinimo būdai Geologijos naudojamų trimo būdų arba metodų esmę atskleidžia senasis geologų šūkis, pasiekęs mus dar iš viduramžių laikų, kuris lotyniškai skamba - „Mente et malleo“, tai yra - „Protu ir plaktuku“. Tai reiškia – rinkti duomenis apie Žemę plaktuku, tiriant ją tiesiogiai, kaip geologai sako „laukuose“, reikalingoje Žemės vietoje, kur ji bebūtų - kalnuose ar vandenyno dugne, tundroje ar atogražų miškuose, didmiestyje ar negyvenamuse tyruose (I.2 pav.). Taip surinkti duomenys toliau tiriami laboratorijose ir kabinetuose, nagrinėjami ir apibendrinami, derinant analizę ir sintezę. I.2 pav. Geologiniai darbai Sibiro taigoje (a-d), Pamyro kalnuose (e), Afrikos savanoje (f), Afganistane (g). G.Motuzos (a-f) ir R.Gaižutytės (g) nuotr. Geologinio tyrimo objektai, pavyzdžiui, uoliena turi daug įvairių savybių – išorinį pavidalą, cheminę sudėtį, sandarą, įvairias fizines savybes, kaip magnetingumas, radioaktvumas ir daug kitų. Tos savybės, jų derinys priklauso nuo uolienos susidarymo būdo, vietos, aplinkos, laiko. Šių jos savybių derinys tai - informacija, žinios. Yra tokia sąvoka – „uolienos atmintis“ ar „mineralo atmintis“, turint galvoje informaciją kuri juose slypi. Kitaip sakant uoliena (arba mineralas ar kitas, geologinis objektas) tarsi prisimena, kaip, kokiom sąlygom ir kada jie susidarė. Tos atminties pavidalai ir yra mano išvardintos savybės. Pavyzdžiui magminės uolienos kristalinė sandara rodo, kad uoliena susidarė žemės gelmėse, lėtai vėstant ir kristalizuojantis magmai. Jei uoliena yra neišsikristalizavusi, stikliška, ji susidarė lavai išsiliejus paviršiuje. Nuolaužinė tokios pat uolienos sandara pasako tai, kad išsiveržimo metu vyko sprogimai, lava buvo ištaškyta ir išmesta į orą smulkiomis dalelėmis, kurios vėliau nukrito žemės paviršiuje. Jei uolienoje mineralai išsidėstę kryptingai, ilgosiomis ašimis viena kryptimi, reiškia, kad jie augo slėgio sąlygomis, o uoliena yra deformuota, pakeitusi pirminį pavidalą giluminių procesų metu. Tai uolienų atmintis sandaros pavidalu. Informacija uolienoje saugoma ir jos cheminės sudėties pavidalu. Bazalto, susidariusio įvairioje aplinkoje (žemynuose, vandenynų dugne, litosferos plokščių sandūros vietos) sudėtis yra skirtinga. Pagal geležies ir magnio santykį mineraluose, pavyzdžiui biotite ir granate, iš galima pasakyti, kokioje temperatūroje ir slėgyje jie susidarė. Atskirų cheminių elementų izotopų kiekiai taip pat gali būti atminties pavidalas. Pavyzdžiui, kai mineralas cirkonas kristalizuojasi iš magmos, jis užgriebia šiek tiek urano. Uranas yra radioaktyvus, nuolat skyla sudarydamas švino izotopus, kurie kaupiasi cirkone. Skilimas vyksta tam tikru, nekintančiu greičiu, todėl nustačius, kiek minerale liko urano ir kiek susidarė švino, galima apskaičiuoti, kiek laiko praėjo nuo cirkono išsikristalizavimo, o tuo pačiu ir uolienos amžių. Žedmiau yra pateiktas labai iškalbingas pavyzdys, kiek daug apie Žemės istoriją gali pasakyti cirkono kristaliukas, kai pavyksta jį prakalbinti (...skyriuje...psl.). Iš esmės geologinių tyrimų tikslas ir yra „prakalbinti“ uolieną, mineralą ar kitą objektą, sužinoti kuo daugiau iš to, ką jie prisimena. Atskiro uolienos gabaliuko istorija tuo pačiu yra viso jos kūno, žemyno ir visos žemės istorijos dalis (I.3 pav.). Beje, kaip tik todėl geologinio tyrimo objektas visada visada turi būti „pririštas“, tai yra žinoma jo paėmimo vieta ir padėtis. Taigi viskas prasideda nuo plaktuko. I.3 pav. Mikroskopinis cirkono grūdelis, aptiktas uolienoje, paimtoje iš atodangos kalnagūbryje, Afrikos žemyno pakraštyje, gali papasakoti apie visos Žemės istoriją (GM nuotr.) Norint išgauti žinias slypinčias tiriamame objekte, reikia kuo tiksliau ir įvairiapusiškiau nustatyti jo savybes. Ta taikomi įvairūs analitiniai tyrimo būdai - metodai. Čia geologai plačiai naudojasi kitų mokslų pasiekimais, ypač fizikos, chemijos, biologijos. Geologinis tyrimai paprastai prasideda nuo objekto apibudinimas iš akies, makroskopiškai ir jo aprašymo (I.2 pav.). Čia svarbu apibudinti ne tik patį objektą, dažniausiai uolieną, bet ir jo geologinę aplinką, padėtį, jo sudaromo kūno pavidalą. Tiriant uolienas paprastai imamas mėginys iš kurio daromas gludinys arba šlifas. Tai plona uolienos nuopjova, kuri priklijuojama prie stiklo plokštelės ir nugludinama iki 0,03 mm storio. Būdami tokio storio beveik visi mineralai praleidžia šviesą ir juos galima tirti poliarizaciniu mikroskopu. Tai specialus mikroskopas, kuriame yra įranga šviesai poliarizuoti. Poliarizuota vadinama tokia šviesa, kurios bangos svyruoja tik vienoje plokštumoje. Tokia šviesa yra veikiama mineralo sandaros ypatybių, kurios kiekvienam mineralui yra kitokios. Pagal tai galima tiksliai atpažinti mineralus, nustatyti uolienos sandarą. Tai būdas pažvelgti į uolienos vidų, pamatytų jos savitą spalvų ir formų pasaulį (V..pav.). Yra ir specialių mikroskopų, skirtų fosilijų, žiedadulkių tyrimui ir kitiems tikslams. Šiuolaikiniai mikroskopai didina dešimtis ir šimts kartų, o jei reikia dar daugiau, naudojami elektroniniai mikroskopai, didinantys dešimtis tūkstančių kartų. Cheminė sudėtis tiriama – spektrinės, rentgeno-fluorescencinės analizės, atominės absorbcijos ir kitais metodais. Analizės tikslumas dabar yra toks, kad įmanoma nustatyti ne tik cheminio elemento, bet ir jo izotopų kiekį net akimi nematomame objekte, pavyzdžiui cirkono grūdelio atskirame taške. Cheminių elementų, sudarančių uolienas, mineralus ar fosilijas izotopinę sudėtis nustatoma masių spektroskopijos būdu. Izotopine sudėtimi remiasi amžiaus nustatymo metodai, jie teikia duomenų apie praeities klimatus, magmos šaltinius (žr.sk. XII.1). Atskirą grupę sudaro petrofiziniai metodai. Tai yra uolienų fizinių savybių nustatymas: tankio, magnetinio imlumo, liekaninio įmagnetinimo, plastingumo, atsparumo gniuždymui ir kitų. Stambūs geologiniai objektai, atskiros teritorijos ir giluminės Žemės sferos tiriamos nuotoliniais (distanciniais) būdais. Tai magnetinio ir gravitacinio lauko matavimas, paviršiaus fotografavimas iš lėktuvų ar palydovų įvairaus ilgio bangose. Pastaruoju metu šių metodų reikšmė vis didėja. Ypatingai svarbūs yra geofiziniai metodais, kurie teikia žinių ir apie kitais būdais nepasiekiamas gelmes. Tai daugiausiai žemės potencialiųjų laukų (gravitacinio ir magnetinio) stiprumo nustatymas, seisminių bangų ir elektromagnetinio lauko sklidimo gelmėse ypatybių tyrimas. Gravitacinio ir magnetinio laukų stiprumas žemės paviršiuje priklauso nuo gilumoje slūgsančių uolienų tankio ir magnetingumo. Todėl atitinkamais prietaisais – gravimetrais ir magnetometrais išmatavus potencialių laukų stiprumą nustatoma jų kaita ir juos veikiančių uolienų kūnų padėtis. Tokiu būdu sužinoma apie Žemės plutos sudėtį ir sandarą ne tik paviršiuje, bet ir dideliame gylyje. Plutos ir gilesnių sferų sandarą bei sudėtį galima tirti ir nustatant elektros laidumo kitimą arba varžą. Šios savybės priklauso nuo uolienų sudėties, elektrai laidžių mineralų (sulfidų, oksidų, grafito) kiekio jose, sandaros ir būsenos gelmėse, tai yra ar jos yra kietos, ar išsilydę, ar jose daug lakių medžiagų. Seisminiai metodai remiasi seisminių bangų greičio Žemės gelmėse nustatymu, kuris priklauso nuo uolienų tankio, stangrumo, sandaros ir kitų savybių. Tose vietose, kur uolienų savybės žymiai pasikeičia, pavyzdžiui skirtingos sudeties sluoksnių riboje, dalis bangų atsispindi ir grįžta į paviršių, kur jas užrašo prietaisai – seismografai. Pagal šiuos duomenis nustatomas atspindžio paviršių gylis ir esančių tarp jų uolienų tankis (I.4; I.5). Remdamiesi seismologų sudarytais seisminių bangų sklidimo greičių ir tankių pasiskirstymo gelmėse modeliais, geologai numano, kokios ten gali būti uolienos, kaip jos slūgso ir apskritai kokia yra gelmių sandara. Beje, seisminiai metodai leidžia tirti Žemę praktiškai bet kuriame gylyje, iki pat jos centro. Pasinaudojama ne tik gamtinių žemėdrebų sukeltomis bangomis, bet ir dirbtinai sukeltais virpesiais. Jie sukeliami sprogimais arba tam skirtomis sunkiomis mašinomis, vibratoriais. Tai sunkios mašinos, sveriančios 20-25 tonas. „Papilvėje“ jos turi plokštę kurią įrėmus į žemę mašinos užpakalinė dalis pasikelia. Tada ji ima tiesiog šokinėti ant tos plokštės ir tuo pačiu labai dažnai smūgiuoti į žemės paviršių sukeldama seisminius virpesius. Šios didžiulės mašinos yra vaizdžiai vadinamos „šokančiais drambliais“. 1.4 pav. Vibratorius skleidžia seismines bangas, kurios atsimuša nuo sluoksnių gelmėse ir grįžta į registruojančius prietaisus – seismografus. 1.5. „Šokantys drambliai“ Lietuvos pajūryje naftos telkinio trimo metu (B.Dzievonskio nuotrauka). Tačiau remiantis geofiziniais tyrimais ne visada galima patikimai nustatyti gelmių sandarą, tenai slūgsančias uolienas. Tam tikslui reikia gręžti gręžinius. Tai sudėtingas techniškai, patirties reikalaujantis darbas. Gręžiant iš gilumos iškeliamas uolienų stulpelis, vadinamas kernu, kuris ir parodo, kokios uolienos slūgso gilumoje (1.6 pav.). Be to gręžiniu kirsta storymė ištiriama leidžiant į gręžskylę įvairius prietaisus – zondus, kurie nustato uolienų fizines savybes – radioaktyvumą, poringumą, elektros laidumą ir padeda patikslinti jų sudėtį ir padėtį. Gręžiniai gręžiami tiek vertikaliai, tiek horizontaliai. Pats ilgiausias pasaulio gręžinys yra 12290 m išgręžtas 2008 metais Al Šaheno naftos telkinyje Katare. Daugiau nei 10 km šio gręžinio dalis yra horizontali. Tyrimamas jūrose ir vandenynuose (kurie užima didesnę dalį Žemės paviršiaus) reikalingas atskiras metodų ir techninių priemonių rinkinys –laivai su gręžimo ir mėginių ėmimo įranga, batsikafai, įvairūs nuotolinių tyrimų aparatai (1.7 pav.). 1.7 pav. Tyrimams jūroje naudojama įvairi ir sudėtinga įranga Bene svarbiausias Žemės pažinimo būdas yra geologinių žemėlapių sudarymas arba geologinis kartografavimas. Iš esmės tai yra kompleksinis Žemės plutos paviršiaus ar atskirų lygių gilumoje tyrimas, siekiant nustatyti jų sudėtį, susidarymą, amžių ir raidą.. Geologiniuose žemėlapiuose rodomi keli svarbiausi dalykai – plote esančios uolienų rūšys ir jų padėtis, jų kilmė ir amžius. Vaizduojant žemėlapyje uolienas, parodomi ir jų kūnai, padėtis, tuo pačiu įvairios struktūros – raukšlės, lūžiai ir kitos. Uolienų kilmė ir amžius atspindi kartografuojamos teritorijos raidą, geologinę istoriją, įvairus čia veikusius procesus (I.8, I.9 pav.). I.8 pav. Lingeno pusiasalio geologinis žemėlapis (aut. B.Zvan) ir to ploto dalies vaizdas nuotraukoje. Geltonos linijos nuotraukoje rodo uolienų kūnų ribas, parodytas geologiniame žemėlapyje, o rodyklė - nuotraukos kryptį. (G.Motuzos nuotr.) 1.9 pav. Lietuvos kristalinio pamato geologinis žemėlapis ir uolienos, kurias jis vaizduoja (aut. G.Motuza) Geologinis žemėlapis talpina labai daug informacijos. Paprastai ją sunku parodyti viename žemėlapyje, todėl kartografavimo metu sudaromi ir specialūs geologiniai žemėlapiai, kuriuose išskirti ir išryškinti atskirų rūšių duomenys. Tai, pavyzdžiui: – naudingųjų iškasenų žemėlapiai, kuriuose parodyta kokios naudingos iškasenos yra ar gali būti tiriamame plote, parodant jų rūšis, kilmę, telkinius ir apraiškas, palankius veiksnius jų susidarymui ir plotus perspektyvius jų paieškoms; – tektoniniai žemėlapiai rodo ploto sandaros elementus, išskiriant skirtingos sandaros ir amžiaus sritis, išryškinant atskiras struktūras, tokias, kaip raukšlės, lūžiai ir kitos; – hidrogeologiniai žemėlapiai rodo požeminio vandens lygius ir horizontus, jų sudėtį, maitinimo ir iškrovos sritis, vietas palankias jo naudojimui ir pltus, kur galima jų tarša; – inžineriniai geologiniai žemėlapiai parodo ne tik uolienas slūgsančias paviršiuje ar tam tikrame gylyje, bet ir jų fizines savybes svarbias statyboms, taip pat vietas, kur galimos nuošliaužos, karstinės įdubos, aktyvūs ardymo procesai, galintys turėti įtakos statybos sąlygoms ar statinių saugumui; – ekogeologiniai žemėlapiai rodo plotus, palankius ūkinei veiklai ir plotus, kur tokia veikla negalima ar ribotina. Norint surinkti duomenų, reikalingų patikimo žemėlapio sudarymui, reikia tiriamame plote atlikti tam tikrą kiekį stebėjimų ir tyrimų, o stebėjimų taškai turi būti išdėstyti taip, kad kuo tolygiau apibudintų visą plotą, visus jame esančius geologinius objektus. Todėl kartografavimas yra ne tik kompleksinis, įvairiapusiškas, bet ir nuoseklus bei tolygus teritorijos ištyrimas. Kiekviena valstybė kartografuoja savo teritoriją, nes geologinis žemėlapis yra svarbiausias dokumentas, kuriuo remiantis galima numatyti teritorijų naudojimo būdus ir sąlygas, aplinkos apsaugos priemones, gamtinių pavojų vietas, įvertinti naudingųjų iškasenų telkinių radimo perspektyvas ir daug kitų svarbių dalykų. Tik XX amžiaus pabaigoje buvo sudarytas suvestinis visos Žemės geologinis žemėlapis, vaizduojantis tiek žemynų paviršiaus, tiek vandenyno dugno sandarą (nuoroda). To žemėlapio sudarymui reikėjo išvaikščioti, išgręžioti ir ištirti geofiziniais būdais visą Žemę, visose platumose ir gamtinėse zonose, o kartu reikėjo išmokti skirti uolienas, nustatyti jų kilmę, atkurti susidarymo sąlygas ir amžių. Tik geologijai pasiekus tam tikrą metodinį lygį ir sukaupus reikiamą kiekį duomenų, tapo įmanoma sudaryti visos Žemės geologinį žemėlapį (I.9 pav.). Tai didžiulis darbas, kurį viso pasaulio geologų bendruomenė atliko beveik per du šimtmečius. Tai jos svarus indėlis į mūsų civilizaciją. Lietuvoje, visame sausumos ir jūros plote atliktas kartografavimas masteliu 1:200000, o maždaug ketvirtadaliui šalies ploto masteliu 1: 50000. Lietuvoje nuotrauka daugiausiai yra kompleksinė, tai yra žemėlapis sudaromas žemės paviršiui (....pav. RG kvartero žemėlapis) ir lygiui gilumoje, po kvartero dariniai. Kartu sudaromi naudingųjų iškasenų, hidrogeologiniai, o vietomis ir inžineriniai geologiniai, bei kiti išvestiniai žemėlapiai. Be to visai Lietuvos teritorijai sudarytas ir kristalinio pamato žemėlapis M1: 400 000 (I.9), remiantis geofiziniais duomenimis ir maždaug 500 gilių gręžinių medžiaga. Kita nuoseklių geologinių tyrimų rūšis yra monitoringas arba tęstiniai stebėjimai. Tai tyrimai, kurių metu tam tikras objektas tam tikroje Žemės vietoje nuosekliai stebimas ilgą laiką, nustatant jo būklės pakitimus. Monitoringas gali būti hidrogeologinis, geocheminis, geodinaminis ir kitoks. Hidrogeologinio monitoringo metu stebima požeminio vandens būklė, kokybė, jos kitimas, galimas taršos poveikis jo kokybei ir kitos savybės (IX....pav.). Lietuvoje tai daroma jau nuo 1946 metų tam tikslui įrengtuose gręžiniuose. Geodinaminis monitoringas būna įvairus. Pavyzdžiui – seisminis, kai nuolat veikiančiais seimografais fiksuojami žemės drebėjimai, nustatoma jų vieta, stiprumas. Geodeziniais metodais stebimi žemės paviršiaus judesiai – tiek vertikalūs, tiek horizontalūs. Tiriant gelmes įvairiais būdais ir metodais gaunama daug įvairialypių duomenų. Jų suvedimas, sugretinimas, apibendrinimas yra atskiras tyrimų etapas. Dabar tyrimų duomenys kaupiami kompiuterinėse geologinių duomenų bazėse (žr. www.lgt.lt), o jų apibendrinimui plačiai panaudojamos sudėtingos programos, kompiuterinis modeliavimas. Tai labai pagreitina darbą, leidžia veiksmingiau panaudoti tyrimų rezultatus, išgauti daugiau informacijos. Tai bene vienintelis būdas objektyviai numatyti geologinių procesų eigą ateityje, patikrinti mokslines hipotezes ir prielaidas. Tačiau bet koks geologinis tyrimas prasideda nuo tiesioginio kontakto su objektu, nuo darbo jo buvimo vietoje, arba kaip geologai vadina, nuo lauko darbų. Tiesioginė pažintis su tiriamu objektu, pirminių duomenų rinkimas duoda asmeninę praktinę patirtį, kuri būtina kiekvienam specialistui geologui. Taip yra todėl, kad gamta yra be galo įvairi ir kiekvienas tiriamas objektas – mineralas, uoliena, telkinys ar kažkuri plutos dalis turi tik jai būdingų ypatybių, kurias galima nustatyti taikant tam tikrą tyrimo metodų rinkinį, o suprasti mąstant savo galva, remiantis sava praktine patirtimi, be kurios negali išsiversti nei vienas geologas. Taigi senas posakis „Mente et malleo“, tebegalioja ir dabar. 1.5. Geologinių tyrimų organizavimas Daugumoje pasaulio šalių įstatymais nustatyta, kad žemės gelmės priklauso valstybei. Todėl valstybės organizuoja gelmių tyrimą bei naudojimą ir tam skiria lėšų, bei prižiūri tyrimus vykdomus kitomis lėšomis. Daugumoje valstybių tam tikslui yra įkurtos mokslinės įstaigos ir valstybinės geologijos tarnybos. Geologijos tarnybos daugiausiai atlieka vadinamus valstybinius geologinius tyrimus, ypač tuos, kurie yra ilgalaikiai, nepertraukiami ir turi būti vykdomi, nepriklausomai nuo pelningumo. Tai geologinis kartografavimas, žemės gelmių būklės ir čia vykstančių procesų nuolatinis stebėjimas (monitoringas), gelmių išteklių prognozė, tyrimai reikalingi aplinkos apsaugai, teritorijų planavimui ir stichinių nelaimių numatymui. Labai svarbi tarnybų priedermė yra nuolatinis duomenų apie savo šalies žemės gelmes kaupimas, geologinių duomenų bankų sudarymas ir jų naudojimas. Geologijos tarnybos taip pat daro valstybinę ekspertizę Žemės gelmių naudojimo ir apsauga klausimais, o kai kurios yra įgaliotos išduoti leidimus geologiniams tyrimams, gelmių išteklių naudojimui ir prižiūri šiuos darbus. Lietuvos geologijos tarnyba įkurta 1940, o atkurta atgavus nepriklausomybę – 1991 metais. I.10 pav. Pasaulio geologų kongreso, Lietuvos geologijos tarnybos ir Lietuvos geologų sąjungos ženklai. Moksliniai tyrimai daugiausiai vyksta universitetuose, derinant juos su mokymu. Tie tyrimai būna tiek fundamentalaus pobūdžio, tiek praktinės pakraipos. Be to, geologinius tyrimus daro ir įvairios privačios įmonės. Daugiausiai jos užsiima praktiniais, taikomaisiais tyrimais - naudingųjų iškasenų paieškomis, aplinkos apsaugai skirtais (ekogeologiniais) darbais. Pasaulio geologų bendruomenę vienija ir buria tarptautinės organizacijos. Didžiausia pasaulinė organizacija yra Tarptautinė žemės mokslų sąjunga IUGS (angl. International Union of Geosciences). IUGS įsteigta 1961 metais. Jos pagrindinis tikslas skatinti geologinius tyrimus, kreipti juos svarbiausia tuo metu kryptimi, derinti taikomus tyrimų būdus. IUGS svarsto ir skelbia, kurios geologijos šakos yra svarbiausios ir kur labiausiai reikia kreipti tarptautines ir atskirų valstybių pastangas bei lėšas. Šiuo metu svarbiausiomis kryptimis laikomos: - energijos ir mineraliniai ištekliai - globaliniai pokyčiai, pirmiausiai klimato - gamtiniai pavojai ir geologinės katastrofos - aplinkos geologija. IUGS leidžia savo žurnalą „Episodes“, o jos svarbiausias renginys yra Pasaulio geologų kongresai. Juose gali dalyvauti visi geologai. Jie organizuojami, jau nuo 1878 metų, kas ketveri metai, vis kitoje valstybėje. Į jį suvažiuoja tūkstančiai dalyvių su pranešimais apie naujausius geologijos pasiekimus, susitinka įvairių geologinių organizacijų vykdomieji organai, vyksta bendros geologinės ekskursijos ir, aišku, tiesioginis viso pasaulio geologų bendravimas. IUGS veiklai vadovauja Pasauliniame kongrese renkamas Vykdomasis komitetas, o kiekvienoje šalyje su juo palaiko ryšius Nacionaliniai komitetai. Geologijos, kaip profesijos ypatybė yra ta, kad čia nėra ryškios ribos tarp grynai mokslinių ir taikomųjų gamybinių tyrimų. Visada išgręžus gręžinį, nukasus atodangą ar ištyrus kokį plotą gaunami nauji, anksčiau neturėti duomenys ir kiekvieną kartą geologas čia prideda savo minčių, savo mokslinės kūrybos. Paėmęs į rankas kerno gabalą, iš naujo gręžinio geologas jį mato pirmas pasaulyje ir gali įžiūrėti kažką naujo, dar nežinomo. Tiesa, tam reikia nemažai žinoti. Geologo profesionalumas (kaip ir daugelio kitų profesijų) laikosi ant „keturių banginių“ - universitetinio išsilavinimo, savarankiško darbo patirtis, etikos kodekso ir nuolatinio profesinio tobulinimosi (Jones, 2005). Lyginant su kitomis profesijomis, geologų pasaulyje yra nedaug, bet tai yra vieninga bendrija, kurią jungia bendras tyrimų objektas ir darbo pobūdis. Daugumoje šalių yra profesinės geologų draugijos ar sąjungos. Yra ir Lietuvos geologų sąjunga, įkurta dar 1990 metais, Lietuvai tik atgavus nepriklausomybę. Daugelį geologų sieja ir draugiški ryšiai. Yra netgi toks „geologinis dėsnis“ – jei pirmą kartą susitinka du geologai, iš bet kurių šalių, jie, pasikalbėję, visada ras bent vieną bendrą pažįstamą, su kuriuo kartu mokėsi, dirbo, keliavo espedicijose ar dalyvavo konferencijose. 2. GEOLOGIJOS RAIDOS APŽVALGA 2.1. Mokslo ištakos Gamtos pažinimas prasidėjo dar žmogaus, kaip atskiros rūšies raidos pradžioje, pradėjus gaminti įrankius ir rinktis tam tinkamas medžiagas. Seniausi sąmoningo tam tikrų uolienų naudojimo požymiai aptikti Rytų Afrikoje ir Artimuose Rytuose yra 2-3 mln. metų senumo. Vystantis žmogui įrankių gamyba tobulėjo, kruopščiau buvo parenkamos ir tam tinkamiausios uolienos ar mineralai, vadovaujantis žiniomis apie jų naudingąsias savybes ir radimvietes. Tai jau galima laikyti geologinėmis žiniomis. Įvairiuose kraštuose, geriausiomis medžiagomis tam tikslui laikytas nefritas, obsidianas, įvairios chalcedono atmainos, titnagas. Tai medžiagos iš kurių galima padaryti įrankius su aštriais ašmenimis, nes jos turi kriauklėtą lūžį (V.3.14 pav.), yra kietos, o nefritas be to ir netrapus. Lietuvoje iš šių medžiagų yra randamas tik titnagas. Jis buvo ne tik renkamas išbarstytas ledyninėse nuogulose, bet ir tikslingai kasamas. Jau, beveik prieš 5000 metų buvo surasti ir naudojami titnago telkiniai Nemuno slėnyje, dabartinėje Krasnaselsko vietovėje, Gardino srityje, Baltarusijoje (Piličiauskas, 2005). Neolito žmonės suprato, kad titnago reikia ieškoti ledyno atstumtuose kreidos luistuose, kurie čia atsidengia. Jie pastebėjo ir geologinį dėsningumą - titnagas kaupiasi tam tikrame sluoksnyje kreidos storymėje ir į tą sluoksnį kasė vertikalias šachteles, o jį pasiekus – horizontalius kasinius (Максимов, 1973). Lietuvoje akmeniniai kirveliai, be titnago buvo gaminami ir iš kitų taip pat kruopščiai atrenkamų medžiagų. Daugiausiai tam buvo naudojamos sunkios uolienos – bazaltas, diabazas, porfyritas. Kažkodėl, labai dažnai kirveliai padaryti iš porfyriškos bazalto atmainos – uralitinio porfyrito (2.1 pav.). 2.1 pav. Kirvukai iš uralitinio porfyrito ir titnago, rasti Lietuvoje (G.M. ir G.Piličiausko nuotr.) Tačiau pirmykštėse rinkėjų ir medžiotojų bendruomenėse aplinkos pažinimas vystėsi lėtai. Mokslo, kaip apibendrinančios žinių sistemos ištakų reikia ieškoti daug vėliau, jau maisto gamintojų – žemdirbių ir gyvulių augintojų bendruomenėse. Atsiradus maisto pertekliui galėjo bendruomenė išlaikyti ir atleisti nuo kasdienio maisto tiekimo jai naudingus, specializuotus narius - vadus, žynius, amatininkus. Tikriausia žyniai ir amatininkai pradėjo aiškinti gamtą, jos reiškinius, vystyti gamtos išteklių ir įvairių gamtinių medžiagų naudojimo būdus, kaupti žinias apie visa tai ir, kas labai svarbu, keistis tomis žiniomis. Senovės žmonės stebėjo gamtinius reiškinius ir tuos, kurie juos stebino, baugino ir atrodė reikšmingi, bandė savaip aiškinti. Daugelis tokių reiškinių ar vyksmų buvo įasmeninti dievų, didvyrių ar kitokių būtybių pavidalu. Apie jų gyvenimą ir veiklą buvo sukurti pasakojimai, padavimai, mitai. Mitas – tai pasakojimas apie mitologinių būtybių - dievų, titanų, didvyrių, gyvūnų ir augalų, taip pat ir žmonių gyvenimą, jų žygius, darbus, nuotykius ir kitokią veiklą. Daugekis jų aiškina gamtos ir civilizacijos objektų atsiradimą, įvairių reiškinių priežastis, jų esmę ir prasmę. Kitaip sakant, mitas tai ne tik įdomus pasakojimas, bet ir žinių perdavimo būdas, atskleidžiantis žmonių supratimą apie jį supantį pasaulį, pažiūras, tikėjimus. Todėl mito ištakos dažnai yra tikrovėje. Kai kuriuose mituose minimi tikrai esantys ar buvę objektai, atsispindi tikri įvykiai ar reiškiniai. Tie tikrovės atspindžiai būna labai pasikeitę, nutolę nuo savo ištakų, pakeisti laiko ir žmonių atminties bei pasaulėžiūros, užgožti ir sumaišyti su vėlesniais įvykiais. Tačiau daugelyje mitų galima rasti tikrovės atspindžių, o kai kuriuose įžvelgti geologinių reiškinių, įvykių ar objektų aprašymą. Neveltui, atsirado nauja geologijos tyrimų kryptis vadinama geomitologija (Piccardi, Masse, 2007). Štai keletas pavyzdžių. Atlantida. Pasakojimus apie Atlantidą – šalį, nugrimzdusią į jūros ar vandenyno gelmes yra vienas labiausiai intriguojančių senovės padavimų, sužadinęs daugybę mokslinių ir nemokslinių hipotezių. Atlantidos ieško Atlanto vandenyne, Viduržemio jūroje ir kitur. Viena iš hipotezių sieja ją su Santorino ugnikalnio išsiveržimu apie 1650 metus prieš m.e. Salos, kurioje jis buvo likučiai yra ir dabar, o tada įvykusio didžiulio išsiveržimo pėdsakai yra akivaizdūs. Pats išsiveržimas, jo metu išmestas į orą didžiulis pelenų kiekis, cunamio bangos, nušlavusios Egėjo jūros salas – viskas tikrai buvo. Tai mato ir geologai ir archeologai (V...pav.). Ši katastrofa galėjo atsiliepti tuo metu Kretoje klestėjusiai Mino civilizacijai ir greičiausiai paliko pėdsaką jos gyventojų atmintyje. Tačiau patikslinus šių įvykių laika, paaiškėjo, kad Mino civilizacija žlugo tik po kelių dešimtmečių ir negali būti siejama su Santorino išsiveržimu (Piccardi, Masse, 2007). Labjau pagrįsta yra hipotezė, kad Atlandidos žlugimo, o gal ir Pasaulinio tvano mitai atspindi kitą katastrofą – Viduržemio jūros prasiveržimą į dabartinės Juodosios jūros duburį. Poledynmetyje tirpstant ledynams, pasaulinio vandenyno, o tuo pačiu ir Viduržemio jūros lygis gerokai pakilo. Tu tarpu Juodosios jūros vietoje telkšojo gėlo vandens ežeras, kurio lygis buvo gerokai žemesnis. Maždaug prieš 7-7,5 tūkst. m. Viduržemio jūros vandenys prasiveržė į tą duburį užliedami didžiulius buvusio ežero pakrančių plotus. Tai įvyko labai greitai. Vandens lygis, manoma, kilo vos ne po 15 cm per dieną, todėl pajūrio gyventojai turėjo bėgti, palikę savo gyvenvietes (Ridley, 2010, p.128). Tokia neganda turėjo išlikti daugelio kartų atmintyje. Prie „geologinių“ mitų priskiriami ir pasakojimai apie kai kuriuos Heraklio žygius, pavyzdžiui jo kova su Lernos hidra (2.2 pav.). Hidra buvo pabaisa su daugeliu galvų, kurios, jas nukirtus ataugdavo. Ji gyveno Lernos pelkėse ir žudė žmones savo kvėpavimo skleidžiamomis išskyromis. Graikų mokslininko Iliaso Moriolakoso nuomone šis padavimas susijęs su ypatingomis Lernos apylinkių hidrogeologinėmis sąlygomis. Čia paplitusios stipriai sukarstėjusios Olonos klintys. Iš jų trykšta daugybė šaltinių, iš kurių per metus išsilieja iki 100 mln. m3 vandens. Tokio vandens kiekio išsiliejimas sukėlė didelio ploto užpelkėjimą, o pelkės sudarė labai nesveiką aplinką žmonėms – skyrėsi įvairios pelkių dujos, gal plito maliarija. Moriolakoso nuomone, Heraklis kovojo su Hidra dėl jos žudančio, nuodingo kvėpavimo, o jos galvos simbolizuoja tuos šaltinius, todėl nukirtus vieną galvą (užvertus vieną versmę), ji ataugdavo (prasimušdavo kitur) (Mariolakos, 1998). 2.2 pav. Mitas apie Heraklį ir Lernos hidra gali būti susijęs su hidrogeologija, o Delfų orakulo pranašystes lėmė iš gelmių išsiskiriančios dujos Geologinį pagrindą gali turėti ir padavimas apie Delfų orakulą, kurio pranašystes skelbdavo moteris žynė. Jis buvo Parnaso kalno šlaite, gilioje oloje. Čia paplitusios klintys su dideliu kiekiu bitumo – medžiagos sudarytos iš kietų ar skystų angliavandenilių. Iš jų skyrėsi metano, etileno ir kitų angliavandenilių, anglies oksidų, sieros junginių dujos. Lūžiais ir plyšiais jos kartu su požeminiu vandeniu kildavo aukštyn ir patekdavo į orakulo olą. Manoma, moterys pranašautojos jų prisikvėpuodavo, o apdujusios matė regėjimus, haliucinacijas, kurias ir apreikšdavo norintiems sužinoti savo likimą (de Boer ir kt., 2001). 3.3 pav. Delfų orakulo pranašystes galimai lėmė iš gelmių išsiskiriančios dujos, kurios sukeldavo regėjimus žynėms Mitų ir padavimų galimai susijusių su geologija yra ir Senajame testamente. Ten yra aprašyta Sodomos ir Homoros miestų žūtis. Dievas sunaikino tuos miestus už jų gyventojų moralinį nuopuolį. Išsigelbėjo tik vienas teisuolis – Lotas. Jis, perspėtas, laiku išėjo iš miesto. Tik jo žmona, išgirdusi triukšmą už nugaros atsigręžė. Tai buvo uždrausta, ir ji suakmenėjo. Mokslininkai mano, kad šie miestai tikrai buvo, o juos sunaikino stichinė nelaimė, įvykusi maždaug prieš 4000-4500 metų. Tai galėjo būti stiprus žemės drebėjimas, kurio metu Negyvoje jūroje kilo cunamio banga, o pakrantės šlaituose susidarė nuošliaužos. Iš atsivėrusių plyšių galėjo išsiveržti gamtinės dujos, kurios užsidega nuo menkiausios kibirkštėlės. Gal būt tai – ugninis lietus minimas padavime. Suakmenėjusi Loto žmona galėjo būti druskos stulpas (diapyras) išplautas iš dengusių jį sluoksnių cunamio bangos (Whitaker, 1997). Geologinį pagrindą galima įžiūrėti ir kai kuriuose senovės norvegų mituose ir sakmėse, aprašytose garsiose Snorio Sturlusono (1179-1241) Edos knygose išleistose Islandijoje XIII amžiuje. Švedų mokslininko Jano Bergstriomo nuomone, atskiri Edų skyriai, skirti fizinio pasaulio aprašymui. Čia galima atpažinti ir geologinius reiškinius (Bergström, 1989). Pavyzdžiui, yra mitų, pasakojančių apie ugnikalnių išsiveržimus. Šie reiškiniai vaizduojami, kaip dievo Toro ir milžino Hrungniro kova. Hrungniras mėto į Torą akmenis, o šis pliekia į jį žaibais. Bailus Hrungniro draugelis Mokurkalfis iš baimės šlapinasi purvais. Daugelis šio pasakojimo detalių atspindi tuos procesus lydinčius būdingus reiškinius - lekiančius į orą lavos purslus ir uolienų nuolaužas, žaibus iš įelektrintų debesų ir purvo liūtis, kai lietaus vanduo maišosi su išmestais į orą vulkaniniais pelenais ir dulkėmis. Norvegų sakmėse pastebėti ir kiti, ne tokie ryškūs, sunkiau suvokiami reiškiniai: vandens apytakos ratas gamtoje, jo kelias nuo vandenyno, per orą iki žemės gelmių. Tai vaizduoja mitas apie jūrų dievo Egiro dukras, kurias pagrobė dievas Odinas, bet jos paspruko iš jo namų – Heimdalro ir požeminiais keliais grįžo į jūrą (2.4 pav.). 2.4 pav. Norvegų mitai apie Hrungniro ir Toro kovą, atspindintys ugnikalnio išsiveržimą (viršuje) ir mitas apie Odiną ir Egiro dukras atspindintis vandens apytakos ciklą (Bergström, 1989). Daugelyje senovės norvegų mitų minimi paslaptingi Nivelheimo ir Ginungagapo vardai. Tai ¬- geografinės vietovės, susijusios su šalčiu ir ledynais, kurios buvo labai tolimais laikais. Trondheimo universiteto profesoriaus ledynmečio geologijos žinovo Kores Rokoengeno nuomone, Nivelheimas – tai plotai padengti ledyno, slinkusio iš Laplandijos, per Norvegijos kalnus į jūrą. Ginungagapas – tai to ledyno pakraštys, dengęs prieškalnes ir dabartinį Norvegų jūros šelfą. Jo link nuo Nivelheimo ledas judėjo tarsi srautais, susitelkdamas išilgai slėnių ir fjordų, kurie sakmėse vadinami ledo upėmis - Elivoger. K.Rokoengeno nuomone, šie mitai atspindi vėlyvojo ledynmečio aplinką Norvegijos pakrantėje, buvusią ne vėliau, negu prieš 10-12 tūkstančių metų. Labai „geologiški“ yra estų epo herojaus Kalevipoego (Kalevo sūnaus) darbai. Estijoje yra šimtai geologinių objektų, susijusių su jo vardu, tai - rieduliai, kuriuos jis kilojo ar mėtė; kalvos, gūbriai, kurias jis sustūmė ar supylė; paviršiaus įdubos – slėniai, lomos, ežerai, pelkės, kurias jis iškasė, ar įmynė. Didžioji dauguma šių objektų susitelkusi rytinėje Estijoje – Pandiverės, Otepės, Hanjos ir Sakalos aukštumose, o vakarinėje Estijoje jų yra vos keletas. Vėlyvajame ledynmetyje rytų Estijos aukštumos buvo sausuma, tuo tarpu vakarinę Estiją dengė Baltijos ledyninis ežeras – Baltijos jūros pirmtakas, susidaręs susitelkus ledyno tirpsmo vandenims. Jis tyvuliavo tol, kol susijungė su vandenynu, ir virto jūra, o jo lygis staigiai nukrito maždaug 60 metrų. Tai įvyko tarp 10 690 ir 10300 metų. Vėlyvajame ledynmetyje rytų Estijos aukštumose vyko aktyvūs paviršiaus susidarymo procesai: nuogulomis užneštų ledo luitų tirpimas ir paviršiaus dubimas virš jų (glaciokarstas), nuošliaužos, upių erozija, jų slėnių įsirėžimas, netgi žemės drebėjimai, atsitikdavę dėl ledyno įlenktos plutos kilimo. Visa tai turėjo daryti įspūdį pirmiesiems būsimos Estijos gyventojams, nes akivaizdžiai keitė jų gyvenamą aplinką. Kalevipoegas ir galėjo būti šių reiškinių įasmeninimas (Motuza, Motuza, 1999). Lietuvoje tokios kilmės gali būti sakmės apie paskendusius miestus ir bažnyčias, įdubusius ežerus, akmenų keliones. Jos primena tokius reiškinius kaip glaciokarstas – duburių susidarymas ištirpstant palaidoto ledo luistams, nuošliaužos nuo nesusigulėjusių moreninių kalvų šlaitų, galingi ledynų tirpsmo vandens srautai, ridenę akmenis (Ežeras ant milžino delno, 1995; Žemės atmintis, 1999). Pasak švedų mokslininko Bergstriomo gamtos reiškinių mitologizavimas turėjo ne tik religinę paskirtį. Tai buvo tų laikų gamtos mokslas, būdas išreikšti žinias apie gamtą, joje vykstančius procesus, jas kaupti ir perduoti kitoms kartoms ir savotiška mokymo priemonė (Bergström, 1989). . 2.2. Geologija seniausiose civilizacijose Seniausiuose civilizacijos židiniuose jau buvo sukauptos sistemingos geologinės žinios, kurių dalis pasiekusios mūsų laikus rašytinių šaltinių pavidalu. Vienas seniausiųjų civilizacijos židinių, vadinamas „Derlinguoju pusmėnuliu“, apėmė Tigro ir Eufrato tarpupį (Mezopotamiją), rytinę Viduržemio jūros pakrantę ir Nilo žemupį. Čia viena kitą keitė Šumerų, Babilono, Asirijos, Egipto ir kitos valstybės. Čia jau VI tūkst. prieš m.e. buvo žinoma metalurgija, mokėta išgauti metalą iš rūdos. Reiškia, mokėta rūdas surasti ir atpažinti, žinota, kur yra jų telkiniai ir kaip reikia juos naudoti. Laikoma, kad čia, tarp 3800 ir 2800 m. prieš m.e. buvo sudarytas ir pirmas Mezopotamijos geografinis žemėlapis (Постников, 1985). III tūkstantmetyje prieš m.e., mokyklose ir šventyklose mokiniai buvo mokomi atpažinti mineralus ir buvo sudarytas šumerų-akadų mineraloginis žodynas (Фолта, Новы, 1985). Senovės Egipto žyniai stengėsi suprasti upių, tiksliau Nilo veiklos, jo slėnio raidos, upinių nuogulų susidarymo dėsningumus. Iš Egipto mus pasiekė ir seniausias geologinio turinio žemėlapis, sudarytas XIV amž. p.m.e., Sečio I arba Ramzio II laikais. Žemėlapyje parodyta keleto aukso telkinių padėtis. Greičiausiai tai padarė karvedys faraono siųstas į Nubiją ieškoti aukso (2.5 pav.). 2.5. pav. Seniausias geologinio turinio žemėlapis. Egiptas, Sečio I arba Ramzio II laikai 14 amž. p.m.e. Įrašų paaiškinimai:1- kelias link jūros; 2 - auksingas kalnas; 3 – aukso ieškotojų namai; 4 – faraono Sečio stela; 5 – kelias į Ta-Menti; 6 – Amono kalnas; 7 – Amono kalnas; 8 – Amono šventykla; 9 – kalnas, kuriame plaunamas auksas; 10 – kelias...; 11 – auksingas kalnas; 12 – kitas kelias link jūros; 13 – šulinys; 14 – dirbamas laukas. (Максимов, 1973). Kita ankstyviausios civilizacijos vieta yra Indija. Mus pasiekusiuose Vedų tekstuose yra ir kosmogoninių ir geologinių žinių. Bene labiausiai stebina čia pateiktas Žemės amžiaus įvertinimas, siekiantis beveik 2, o kitais duomenimis net 4 milijardus metų. Tai keliais tūkstantmečiais metų aplenkė Vakarų mokslo pasiekimus šioje srityje, nes dar XIX amžiuje buvo įsivaizduojama, kad Žemės amžius tesiekia keliasdešimt milijonų metų. Kinijoje, jau XX-XIX amžiuje prieš m.e. buvo pradėtas kurti kolektyvinis kūrinys „San-Chei-Din“, vadinamasis „Kalnų ir upių katalogas“, kuris buvo tęsiamas ir papildomas daugelį amžių ir baigtas, manoma, apie 400 metus prieš mūsų erą. Jame, šalia kalnų ir upių aprašymų ir daugybės kitų žinių pateikta duomenų apie mineralus ir uolienas, jų fizines savybes ir telkinius, minčių apie jų susidarymą, gamtoje vykstančių procesų periodiškumą (Шан Хай Цзин,1977). 132 metais Čžan Chanas kitur vadinams Žang Hengu, sukonstravo seismografą – prietaisą pranešantį apie įvykusį žemės drebėjimą ir nurodantį kryptį link jo epicentro net jei jis yra už kelių šimtų kilometrų (2.6 pav.). Tai buvo 180 cm skersmens bronzinis indas, kurio viduje buvo švytuoklė, vielinėm atotampom sujungta su aštuoniomis drakonų figūrėlėmis, pritvirtintomis indo išorėje. Kiekvienas drakonas nasruose laikė rutuliuką, o tiesiai po jais buvo patupdytos išsižiojusios metalinės rupūžės. Atsklidus seisminei bangai jautri švytuoklė pajudėdavo, atotampos timpteldavo drakoną, esantį atitinkama kryptimi, kuris paleisdavo rutuliuką, o šis skambėdamas įkrisdavo į rupūžės nasrus toje pusėje, iš kur atsklido seisminė banga (Хомизури, 2003, p.135, 136; Гир, Шах, 1988, p. 83). 2.6 pav. Seismografas, sukonstruotas 132 m. Čžan Chano, Kinijoje Kalbant apie geologijos raidą Kinijoje reikia paminėti daugiašakį mokslininką Šen Kua, gyvenusį Songų dinastijos valdymo laikais (1031-1095 metais). Jis pirmasis aprašė magnetinį kompasą, išsakė minčių, apie aplinkos ir klimato kaitą remiantis suakmenėjusio medžio liekanomis ir fosilijomis bei paaiškino kaip jos susidaro. Tiesioginės dabartinio mokslo ištakos yra antikos, pirmiausia senojoje graikų civilizacijoje. Čia atsirado matematika, fizika, geografija. Jau pradedant ankstyvuoju Senovės Graikijos istorijos laikotarpiu, graikų mokslininkai rašė apie geologinius objektus ir reiškinius, svarstė apie uolienas ir mineralus, Žemės gelmių sandarą, žemėdrebų ir vulkanizmo priežastis, kranto linijos ir jūros lygio svyravimus, o vėlesnio laikotarpio mokslininkai jau bandė gristi savo pažiūras ne tik samprotavimais, bet ir tiesioginiais stebėjimais, jų apibendrinimu. Pitagoras (apie 570 – apie 497 m prieš m.e.) bandė numatyti žemės drebėjimus pagal vandens lygio svyravimus šuliniuose (Хомизури, 2002). Platonas (apie 427 – apie 347 prieš m.e.) kalbėjo apie giluminių jėgų ir procesų svarbą, ką dabartinis mokslas galutinai suprato tik XIX-XX amžiuje. Teofrastas (387-272 m. p.m.e.), parašė seniausią mus pasiekusį veikalą apie mineralus ir uolienas, kuris ir vadinasi - „Apie akmenis“. Apie geologinius objektus ir reiškinius samprotavo Pindaras, Herodotas, Demokritas, Platonas ir kiti. Tačiau jų žinios ir svarstymai buvo nesistemingi, dažniausiai tolimi nuo tikrovės ir dabartinio supratimo, nors būta ir labai įžvalgių minčių, o kai kurie jų naudoti geologinių objektų pavadinimai išliko iki šiol. Aristotelis (384-322 m. prieš m.e.), savo veikaluose „Meteorologija“, „Apie Dangų“ svarstė apie paviršiaus raidą, jo iškilimus ir grimzdimus, jų periodiškumą, šių reiškinių priežastis. Jis laikė, kad žemės drebėjimai vyksta dėl to, kad gelmių tuštumose juda tam tikra medžiaga – pneuma, kuri pasak Strabono, yra viena iš stichijų, įsivaizduojama, kaip oro ir ugnies mišinys. Ji juda požemio ertmėmis, nerasdama išėjimo, o ten, kur jai pavyksta išsiveržti į paviršių, iškyla ugnikalniai, kurie yra tarsi apsauginiai vožtuvai, sumažinantys slėgį gelmėse ir, tuo pačiu, žemės drebėjimų dažnumą (Хомизури, 2002). Ksenofanas (IV a. prieš m.e.) remdamasis moliuskų fosilijų, radiniais kalnuose teigė, kad sausuma ne kartą buvo užlieta jūros. Daug geologinių objektų ir reiškinių aprašymų yra iš Romos laikų. Juos paliko Strabonas, Plinijus Vyresnysis, Plinijus Jaunesnysis, Seneka, Ovidijus ir daug kitų garsių mokslininkų, filosofų, rašytojų ir poetų. Beje, tai, kad apie geologiją svarstė ir poetai liudija „romantizuotą“, paviršutinišką ir mažai pagrįstą faktais supratimą apie giluminius procesus. Geografas ir istorikas Strabonas (apie 63 m. prieš m.e.. – 23 m.) savo didžiausiame veikale „Geografija“ apibendrino ankstesniųjų graikų mokslininkų veikalus ir pateikė savitų ir dabar pripažįstamų minčių. Pavyzdžiui, jis manė, kad bazaltas yra sustingęs lydalas, ko dar nesuprato kai kurie XVIII amžiaus Europos mokslininkai. Liucijų Anejų Seneką (4 m. prieš m.e.- 65 m.), rašytoją ir filosofą domino ir „Gamtos klausimai“. Taip vadinasi jo knyga, kurioje jis nagrinėjo žemės drebėjimų priežastis. Tiesa, Seneka manė, kad jie vyksta dėl oro judėjimo gelmėse. Plinijus Vyresnysis (23 – 79 m.) apie 77 metus išleido savo garsų veikalą „Gamtos istorija“, kuri iš esmės yra pirmoji enciklopedija ir didžiausias mus pasiekęs Romos imperijos mokslo darbas. Jį sudaro 37 knygos iš kurių viena skirta kasybai ir mineralogijai. Čia jis pateikė žinių apie bene visus tuo metu žinomus ir naudotus mineralus, juvelyrinius akmenis, uolienas, metalų rūdas ir dažančia medžiagas. Plinijus pirmasis pastebėjo ir kritiškai aprašė žalingą žmogaus poveikį aplinkai dėl besaikio vartojimo: „Mes suskaldome ir ištampome kalnus, vien dėl prabangos... Kyšuliai tampa prieinami jūrai, gamta virsta lyguma. Mes išsivežame tai, kas buvo įsteigta kaip ribos tarp tautų, dėl marmuro statomi laivai ir siaučiančiomis bangomis....šen ir ten išvežiojami kalnagūbriai... . Tegul kiekvienas, girdėdamas viso šito kainas ir matydamas šitų luitų ištampymą pagalvoja apie tai, kiek laimingesni būtų daugelio žmonių gyvenimas be viso šito. Svarstant apie tai apima baisi gėda, netgi dėl senovės. Yra cenzorių draudimų neleidžiančių pietums tiekti rūkytus kiaulių liežuvius ir dar tokias smulkmenas, apie kurias ir kalbėti neverta. Gi įstatymo, kuris draustų įvežti marmurą nėra pasiūlyta nei vieno. Aišku visa tai palikta be dėmesio, nes moralė jau yra kritusi (Pliny, 1949; iš Хомизури, 2002). Plinijaus Vyresniojo sūnėnas Plinijus Jaunesnysis (61-111 m.), buvo, dabar pasakytume, humanitaras – retorikas, gramatikas, rašytojas, politikas. Bet jis buvo garsiojo Vezuvijaus išsiveržimo 79 metais liudininkas, kurio metu buvo sunaikinta Pompėja ir žuvo jo dėdė. Šį reiškinį jis aprašė taip vaizdžiai, kad tokio pobūdžio išsiveržimai dabar vadinami Plinijaus tipo išsiveržimais. 2.3. Azijos ir Europos viduramžiai Pirmame mūsų eros tūkstantmetyje tiek Europoje, tiek daugelyje Azijos šalių geologijos pažanga buvo labai menka. Europoje rašiusieji tais klausimais daugiausiai kartojo antikos autorių mintis, o atskiri įdomūs pastebėjimai užrašyti Kinijoje ar kitur liko mažai žinomi vakarų mokslui. Vis dėl to, naudingųjų iškasenų ieškotojai ir kasėjai, pirkliai, gydytojai ar tiesiog mėgėjai kaupė praktines žinias, kurios paskatino tam tikrą geologinės minties pakilimą. Jau IX-XI šimtmečiuose atsirado sėkmingų bandymų tas žinias apibendrinti ir išdėstyti. Tokie darbai mus pasiekė iš Arabų kalifato ir valstybių tuo metu buvusių Vidurinėje Azijoje. Arabų kalifate 947-948 metais buvo parašytas Al-Masudžio veikalas „Aukso plovyklos ir brangakmenių sąnašynai“, kurio pavadinimas nusako ir jo turinį. X amžiuje Basroje, dabartinio Irako mieste, susikūrė slapta mokslininkų draugija pasivadinusi „Tyrumo broliai ir ištikimybės draugai“. Ji buvo slapta, nes jos narių pažiūros kažkiek skyrėsi nuo tuo metu vyravusių islamo nuostatų. Savo mintis jie išdėstė dideliame veikale, kurį pavadino „Tyrumo brolių ir ištikimybės draugų pranešimas“ kurį sudarė 51 ar 52 traktatai. Jame nemažai minčių apie Žemę. Vieno skyriaus pavadinimas taip ir skamba – „Apie Žemės paviršių ir jo kitimą“. Čia jie rašo apie tai, kad kalnai yra ardomi, sąnašos nuo jų užpildo jūras, kurios laikas nuo laiko užlieja lygumas. Nepaprastai įdomus yra Mutacharo veikaluose pateikiamas pasaulio gyvavimo trukmės apskaičiavimas, kurią jis įvertino 4,32 mlrd. metų. Jis rėmėsi Indijos mokslininkų darbais, ir jų mintimis apie kosminius ciklus (Kрачковский, 1957, p. 228; Хомизури, 2002, p.161). Garsiausi tarp to meto mokslininkų yra Avicenos ir Birunio vardai apie kuriuos papasakosime kiek daugiau. Birunis (apie 972-1048 m.) arba Al Biruni abu al Raihan Muhammad ibn Ahmadas taip pat gyveno senajame Chorezme, dabartinės Uzbekijos teritorijoje. Jo svarbiausi veikalai yra: „Indija“, „Praėjusių kartų paminklai“ ir „Rinktiniai duomenys apie brangakmenius“. Pastarojoje jis aprašė apie 100 mineralų bei uolienų ir paminėjo 300 jų pavadinimų. Jis išmatavo mineralų tankį, aprašė daug telkinių įvairiose šalyse: Vidurinėje Azijoje, Kinijoje, Indijoje, Ceilone, Egipte, netgi Afrikos pietuose ir prie Baltijos jūros. Birunio darbai yra pirmieji mineralogijos tekstai, o jo minimi tyrimo metodai, pavyzdžiui, tankio matavimai imti taikyti Europoje tik XVIII amž. Savo darbuose Birunis išdėstė ir platesnes geologines pažiūras. Jis laikė Žemę rutuliu, kuris sukosi apie Saulę. Stebėdamas sluoksnių seką jis tai aiškino jų klostimusi vienas po kito, taip, kad viršuje slūgso jaunesni, o apačioje senesni sluoksniai. Dar daugiau, sluoksnius sudarančios uolienos leidžia atkurti sąlygas kuriomis jie susidarė, o jų seka – geologinę istoriją. Jis iš esmės išdėstė sluoksnių superpozicijos principą Steno suvoktą gerokai vėliau (žr. žemiau) ir pirmąsias paleogeografines idėjas (Хомизури, 2003, p.167-168). Abu Ali ibn Sina arba Avicena (apie 980-1037) gimė Samanidų valstybėje, dabartinės Tadžikijos vietoje, kultūringoje šalyje, kurioje buvo skiriamas dėmesys ir lėšos mokslui ir menui. Avicena pirmiausiai buvo gydytojas todėl ir jo svarbiausias veikalas yra „Kitab al Šifa“ – „Knyga apie gydymą“. Toje knygoje jis aprašė ir daug kitų dalykų - gamtos reiškinių, taip pat ir geologinių, stengėsi paaiškinti jų priežastis. Jis domėjosi kalnodara, fosilijomis, kurios, jo nuomone, rodo vandenyno buvimą dabartinės sausumos vietoje. Jis pasiūlė uolienų ir mineralų skirstymą į akmenis, lydžias medžiagas arba metalus, sieringas degias medžiagas, druskas. Islamo kraštų mokslininkų darbai buvo gerai žinomi Europoje, daugelis jų dar viduramžiais buvo išversti į lotynų ir kitas kalbas. Tai davė postūmį ir Europos geologijos mokslui. Pavyzdžiui, Avicenos pasiūlytą mineralų skirstymą naudojo vienas geologijos pradininkų, Fraibergo (Freiberg) akademijos Vokietijoje profesorius Verneris dar XVIII amžiuje (Tikhomirov, 1969). Europoje vienas pirmųjų geologinių pastebėjimų paliko Leonardas da Vinčis, kuris, kaip žinia, buvo apdovanotas daugeliu gabumų ir domėjosi daugybe dalykų, išreikšdamas mintis toli aplenkusias jo laikmetį. Tikrai atsidėjęs geologijai buvo Georgas Baueris (Bauer) (1494-1555), kuris pagrįstai laikomas jos pradininku. Savo veikalus jis pasirašinėjo Agrikolos (Agricola) vardu (2.7 pav.). Lotyniškai šis žodis reiškia tą patį, ką ir jo vokiška pavardė – „valstietis“. Jis gimė Vokietijoje, Saksonijoje, Gluchau mieste ir pirmiausiai tapo gydytoju, vėliau Chemnico miesto burmistru. Kartu jis domėjosi žemės gelmių tyrimu ir kasyba, kuri Saksonijoje turėjo senas tradicijas. Įvairių naudingųjų iškasenų gavyba čia prasidėjo dar Romos imperijos laikais. VIII amžiuje čia buvo rasti dideli sidabro telkiniai. Apie tai Agrikola ir rinko medžiagą. Savo veikaluose jis apžvelgė maždaug šimto antikos autorių – graikų, romėnų darbus. Vienas pirmųjų jis pradėjo apibendrinti šias žinias, aprėpdamas mineralogijos, paleontologijos, naudingųjų iškasenų telkinių, bendrosios ir struktūrinės geologijos sritis. Jis suskirstė mineralus ne pagal abėcėlę ar jų mistines galias, bet pagal objektyviai nustatomas jų ypatybes. Jis rašė: „...mineralai skiriasi savybėmis, kurias galime stebėti – spalva, skoniu, kvapu, susidarymo vieta, gamtiniu tvirtumu ar silpnumu, forma, pavidalu, ir dydžiu“. Savo sukauptas žinias Agrikola išdėstė keliose knygose: „De Ortu et Causis Subterraneorum“ „De Natura Fossilium”, „De Re metallica“. Knygoje „De Ortu et Causis Subterraneorum“ (1546) išdėstė fizinės geologijos pagrindus, aprašė vėjo, vandens veiklą, žemės drebėjimus, vulkanizmą Žemės vidaus šilumą. Knygoje „De Natura Fossilium“ – „Apie fosilijų prigimtį“ (1546) Agrikola aprašė mineralus, brangakmenius ir tikras fosilijas. Fosilija jis vadino ne tik suakmenėjusių organizmų liekanas, kaip mes suprantame dabar, o bet kokį objektą, iškastą iš Žemės gelmių. „De Re metallica“ - „Apie metalų prigimtį“ (1556) yra svarbiausias Agrikolos darbas, išleistas jau po jo mirties. Žodis „metalas“ tuo metu turėjo platesnę prasmę ir reiškė bet kokį mineralą. Šiame darbe Agrikola suvedė ir apžvelgė tuometines žinias apie įvairius geologinius darinius, rūdas, jų slūgsojimą, kasybą, jos būdus ir įrangą, paieškų metodus, metalų lydymą, o būdamas gydytoju, aprašė ir rūdakasių profesines ligas (2.7 pav.). 2.7 pav. Georgius Agrikola ir paveikslai iš jo veikalų ir jam skirtas pašto ženklas Robertas Hukas (Hooke) (1635-1703) buvo anglų mokslininkas, tyręs geologinius darinius ir ypač juose aptnkamas fosilijas. Jis tobulino mikroskopą bendradarbiaudamas su jo išradėjais olandais Hiuigensu ir Levenhuku. Jis teigė, kad fosilijos yra buvusių gyvų organizmų liekanos, o ne gyvūnai gyvenę uolienose, kaip buvo manoma tuo metu. Hukas suvokė uolienų sluoksnius, kaip „visuotinės istorijos“ (civil history) puslapius, o fosilijas – kaip hieroglifus, kuriuos reikia perskaityti. Jis pasiūlė skirstyti Žemės istoriją į laikotarpius. Atanasijus Kircheris (Kircher) (1602-1680) buvo jėzuitas, o kartu matematikas, Viurcburgo universiteto Vokietijoje profesorius. Jis parašė knygą “Mundus subterraneus” (Požemio pasaulis) (1664) (2.8 pav.). Joje jis aprašė Žemę, kaip rutulį, kurio viduje yra ertmės užpildytos ugnine medžiaga - pyrohialicia, sujungtos tarpusavyje kanalais. Žemės viduryje esanti didžiausia centrinė ugnies ertmė. Vandenynų vanduo kanalais patenka į Žemės gelmes ir įkaitęs pakyla atgal į paviršių ir čia, kalnuose išsilieja versmėmis iš kurių ir prasideda upės. 2.8 pav. Atanasijus Kircheris ir jo įsivazduota Žemės sandara Nikolaus Stenas (Steno) (1638-1686), kurio tikroji pavardė yra Nilsas Stensenas, buvo danas, šventikas, domėjęsis gelmių sandara. Jis laikė, kad sluoksnius sudarančios dalelės ir mineralai nusėdo iš vandens. Jo didžiausias indėlis į geologiją yra sluoksnių superpozicijos arba perdengimo dėsnis, kuris teigia, kad sluoksniuotoje storymėje seniausios uolienos yra apačioje, o jaunesnės viršuje. Remdamasis šiuo dėsniu Stenas padarė išvadą, kad jei sluoksniai slūgso ne horizontaliai, arba ne jaunėjimo tvarka, tai jų padėtis pakeista vėlesnių procesų. Michailas Lomonosovas (Ломоносов) (1711-1765), tai - rusų enciklopedistas - astronomas, chemikas, istorikas, poetas ir geologas. Jis mokėsi Maskvos Slavų-graikų-lotynų akademijoje, Marburgo ir Fraibergo aukštosiose mokyklose. Pastarojoje jis studijavo mineralogiją ir kalnakasybą. Vėliau, dirbo Peterburgo mokslų akademijoje, kur parašė veikalų ir iš geologijos srities. Tai, pranešimas „Žodis apie metalų gimimą nuo žemės drebėjimo“ (Слово о рождении металлов от трясения земли), knygas „Metalurgijos ir kasybos pradmenys“ (Первые основания металлургии или рудных дел) ir " Apie Žemės sluoksnius " (О слоях земных). Šiuose darbuose pateikta daug įdomių įžvalgų, aplenkusių savo laiką ir praktinių žinių to meto gelmių tyrėjams, kalnakasiams ir metalurgams. Simonas Laplasas (1749-1827) – prancūzų matematikas, fizikas, astronomas. Reikšmingiausias jo veikalas, labiausiai susijęs su Žemės pažinimu yra „Dangaus mechanika“ (Mécanique Céleste). Joje Laplasas, diferencialinių lygčių pagalba aprašė gravitacijos jėgas, veikiančias Saulės sistemoje, Žemės sukimąsi aplink Saulę ir jos formą. Jis taip pat iškėlė Žemės kilmės hipotezę tankėjant ir skaidantis dulkių-dujų debesiui. Tuo pačiu jis pagrindė anksčiau (1755 metais) išsakytą filosofo Imanuelio Kanto idėją, apie tai, kad Žemė ir kitos planetos galėjo susidaryti iš besisukančio dujų debesies. Daugelis šios hipotezės teiginių priimtini ir dabar. Savo knygą Laplasas iškilmingai įteikė Napoleonui Bonapartui, kuriam jau buvo pranešta, kad knygoje visai neminimas Dievas. Kai Napoleonas apie tai paklausė autoriaus, jis atsakė: „Tokios hipotezės man neprireikė“ (Je n'avais pas besoin de cette hypothèse-là). 2.4. Herojinis geologijos amžius - šiuolaikinės geologijos pradžia Mokslininkai, paminėti aukščiau dar nebuvo geologai tikrąja to žodžio prasme, nes ir geologijos, kaip atskiro mokslo tada dar nebuvo. Šie mokslininkai buvo plačių pažiūrų, domėjosi gamta apskritai, be kitko ir Žemės gelmių sandara, uolienomis, mineralais, brangakmeniais, rūdomis, fosilijomis. Daugelis jų buvo šventikai, universitetų dėstytojai. Tačiau XVIII amžiaus pabaigoje mokslas tapo atskira veiklos sritimi, atsirado mokslininkai dabartine to žodžio prasme, o ir pats mokslas pradėjo skaidytis į atskiras šakas. Tarp tų šakų buvo ir mokslai tyrę Žemę, vadinami geognozija, oriktognozija, mineralogija, gamtos istorija ar dar kitaip. Tuo metu ir geologija virto atskira mokslo šaka, prasidėjo tiesioginis ir sistemingas Žemės tyrimas, buvo kuriami ir jam skirti tyrimo būdai. Geologija pradėta dėstyti visuose didžiuosiuose universitetuose, bene pirmiausiai Fraibergo kasybos akademijoje, Saksonijoje, Vokietijoje. Tuo metu, nuo XVIII amžiaus vidurio iki XIX amžiaus vidurio geologiją kūrė atskiros iškilios asmenybės, kurios ir padėjo geologijos, mokslo pamatus. Todėl tas laikotarpis vadinamas geologijos herojiniu amžiumi. Pirmųjų geologijos kūrėjų pažiūros rėmėsi gamtoje pastebėtais reiškiniais ir jų aiškinimu. Tačiau tuo metu tiesiogiai stebėti gamtą dar buvo sudėtinga dėl ribotos kelionių galimybės, mažai geografiškai pažinto pasaulio, tyrimo metodų stygiaus. Tie stebėjimai buvo nesistemingi, fragmentiški, o mokslas buvo sukaupęs dar nedaug žinių knygų ir straipsnių pavidalu. Pirmieji geologijos kūrėjai atėjo į geologiją įvairiais keliais. Vieni jų buvo naudingųjų iškasenų telkinių ieškotojai ar jų kasėjai, kiti apskritai domėjosi gamta ir stengėsi ją pažinti. Vieni jų nepasižymėjo nuoseklia moksline veikla ir neparašė didelių veikalų, tačiau pirmieji išsakė vertingų, ilgai nepraradusių vertės idėjų. Kiti geologija užsiėmė sistemingai, kaupė jiems prieinamus duomenis, patys juos rinko kelionėse ir parašė didelius apibendrinančius veikalus, tapusiais geologijos mokslo „pamatiniais akmenimis“. Tarp pirmųjų paminėtinas Džiovanis Arduinas (Arduino) (1714-1795), kuris buvo Venecijos Respublikos kalnakasybos žinovas. Arduinas suskirstė uolienų storymes Alpių kalnuose ir priekalnėse į kelias grupes pagal jų santykinį amžių. Uolienas sudarančias pačius Alpių kalnus jis laikė seniausiomis ir vadino Pirminėmis, Alpių pakraščių kalnynus, jis laikė jaunesniais ir vadino Antriniais dariniais, Alpių priekalnių kalvynus ¬- dar jaunesniais - Tretiniais dariniais, o šiaurinės Italijos lygumų uolienas laikė jauniausiomis ir vadino Ketvirtinėmis. Šių uolienų kompleksų santykinį amžių Arduinas įvertino teisingai, todėl toks skirstymas išliko ilgam. Ligi šiol dar naudojamas Terciaro, tai yra Tretinio periodo pavadinimas taikomas paleogeno ir neogeno sistemoms ir Kvartero, tai yra Ketvirtinio laikotarpio pavadinimas taikomas jauniausio Žemės istorijos laikotarpio, taip pat ir ledynmečio storymėms. Georgas Lasius (Lasius) (1752-1833), užsiiminėjo naudingųjų iškasenų telkinių paieškomis ir suskirstė jam žinomą Anglijos pjūvio dalį į storymes svarbias anglies paieškoms. Taip jis išskyrė anglingą storymę dabar vadinama karbono sistema ir „Senojo raudonojo smiltainio“ (Old Red Sandstone) storymę, slūgsančią žemiau, kurioje anglies klodų nebėra. Dabar ji priskiriama devonui, bet „oldredo“ pavadinimas geologinėje kalboje naudojami ligi šiol. Šveicarijos savamokslis geologas Žanas Andre de Liukas (de Luc) įėjo į geologijos istoriją todėl, kad 1778 metais pirmasis panaudojo žodį „geologija“ mokslo apie Žemę prasme, kurį perėmė ir įdiegė De Sosiūras – jau žinomas geologas, palikęs didelių veikalų. Buvo ir tokių savamokslių, kaip Bernaras Palisis (Palissy) - prancūzas keramikas, mėgęs įpinti į savo lipdinių raštus gyvates ir įvairius kitus gyvūnus. Jis atkreipė dėmesį į fosilijas, pradėjo jas stebėti, aprašinėti, sisteminti ir tapo vienu iš paleontologijos pirmtakų. Greta pirmųjų geologų-mėgėjų atsirado mokslininkų, kuriems geologija buvo pagrindinė tyrimų sritis. Jie parašė pirmuosius didelius geologijos veikalus ir iš esmės sukūrė geologijos mokslą, kaip žinių apie Žemę sistemą, besiremiančią tam tikrais pagrindiniais faktais ir nustatytais dėsningumais. Tiesa, šių pirmųjų geologų-mokslininkų išvados daugiausiai buvo paremtos tik tais duomenimis, kurie jiems buvo prieinami. Tos žinios dažnai buvo nepilnos, nepakankamai įvairiapusiškos, kad būtų galima suprasti tikrąją aprašomų objektų ir reiškinių prigimtį ir tai įrodyti kitiems. Todėl mokslininkai pagal savo pažiūras, dažnai subjektyvias buvo susiskirstę į grupes - mokyklas. Pagrindinės tokios besiginčijančios grupuotės buvo neptunistai – plutonistai ir katastrofistai – uniformistai (arba aktualistai). Neptunistai, taip vadinami nuo romėnų jūrų dievo vardo, manė, kad dauguma uolienų susidarė nuosėdiniu būdu jūrose ir vandenynuose. Nuosėdinėmis jie laikė ir vulkanines uolienas, tokias, kaip bazaltas, riolitas, kurios slūgso sluoksniais ir netgi granitą bei kitas gilumines intruzines uolienas. Be to neptunistai visą Žemę laikė stabilia, mažai kintančia ir nepripažino giluminių jėgų ir energijos šaltinių buvimo ar bent jų reikšmės. Ugnikalnių veiklą jie aiškino anglies degimu arba sulfidinių mineralų oksidacija gelmėse. Plutonistai, priešingai, laikė, kad Žemės gelmės yra karštos, kad ten yra išsilydžiusių uolienų masės, kurios juda gelmėse, o į paviršių išsilieja per ugnikalnius. Šiais vyksmais jie aiškino ir daugelį paviršiuje stebimų reiškinių – ugnikalnius, žemėdrebas, lūžius, paviršius kilimą ar grimzdimą. Tuo pačiu jie laikė, kad Žemė yra dinamiška, nuolatos besikeičianti. Jų pavadinimas, suprantama, siejamas su romėnų požemio pasaulio dievu – Plutonu. Katastrofistai, panašiai kaip plutonistai, manė, kad Žemėje gali vykti spartūs, didelio mąsto procesai, galimi staigūs katastrofiški pakitimai, galintys sunaikinti daugelį organizmų, paveikti visą gyvybės raidą. Tuo jie aiškino daugybės išnykusių gyvūnų rūšių suakmenėjusias liekanas. Unformistai griežtai vadovavosi vadinamuoju aktualizmo principu, kuris teigė, kad visi geologiniai procesai praeityje vyko taip kaip ir dabar, pagal nekintamus dėsnius, o geologinės aplinkos pakitimai yra palaipsniški, lėti ir nežymūs. Šie ginčai buvo svarbus mokslo vystymo paskatas, nes norėdami įrodyti savo teiginius mokslininkai rengė ekspedicijas, rinko duomenis, juos nagrinėjo, apibendrino, skelbė spaudoje. Persakant žinomą posakį, šiuose ginčuose palaipsniui „gimė tiesa“, kurią ir vadiname geologijos mokslu. Daugelis šio herojinio amžiaus asmenybių yra ne tik geologijos, bet ir visos mokslo istorijos dalis, todėl jų veikla apibudinama kiek smulkiau. Abrahamas Gotlobas Verneris (Werner) (1750-1817) laikomas vienu geologijos pamatų kūrėju tikrąja to žodžio prasme. Baigęs mokslus jis buvo priimtas į Fraibergo kalnų akademiją kasybos inspektoriaus ir profesoriaus pareigoms. Dar būdamas studentu jis paskelbė savo garsiausią veikalą apie mineralų skirstymo ir atpažinimo būdą, kuris buvo plačiai naudojamas praktikoje geologų ir kalnakasybos inžinierių. Verneris geologiją laikė atskira mokslo šaka su savo tyrimo būdais ir priemonėmis ir 1779 metais pirmasis pradėjo ją dėstyti kaip Fraibergo akademijoje. Tiesa, tą dalyką jis vadino geognozija. De Liuko ir de Sosiūro pasiūlytas geologijos terminas dar nebuvo įsigalėjęs. Jis laikėsi neptunizmo pozicijų ir ya vienas šios mokyklos pradininkų. Dėl silpnos sveikatos Verneris mažai keliavo, nedaug dirbo laukuose, nemėgo ir spausdinti savo darbų. Jis išgarsėjo daugiausiai savo gausių mokinių dėka, kurie, anot šmaikštaus jo amžininko D‘Ambuisono pasisakymo, dengė visą Žemę ir kvotė gamtą jo vardu nuo šiaurinio ašigalio iki pietinio (Baumgärtner, 1969). Nepaisant to, kad daugelis jo neptunistinių pažiūrų buvo klaidingos, jis išmokė savo mokinius geologijos pagrindų ir tyrimo būdų, kuriais remdamiesi jie darė savo atradimus. Jo vardu buvo kuriamos mokslų akademijos, vadinamos Vernerio draugijomis, skatinusios geologijos plėtrą. Džeimsą Hatoną (Hutton) (1726-1797) galima vadinti geologijos pradininku Didžiojoje Britanijoje. Jis atėjo į geologiją po ilgų ieškojimų - studijavo teisę, mediciną, domėjosi chemija, paskui metė mokslus ir kelioliką metų pavyzdingai ūkininkavo paveldėtame dvare. Tik sulaukęs 42 metų jis nusprendė, kad jo pašaukimas yra geologija ir 1768 metais pradėjo dirbti Edinburgo universitete. Jo veiklos ypatybė buvo ta, kad jis ištikrųjų dirbo „galva ir plaktuku“ - daug keliavo, pats stebėjo geologinius darinius ir bandė suprasti jų kilmę. Tokiu būdu jis rinko faktus, kuriais grindė savo išvadas ir apibendrinimus (II.9 pav.). 2.9 pav. Amžininko piešta D.Hatono karikatūra Tokių jo stebėjimų vietos ir šiandien yra geologijos mokslo istorijos paminklai. Tokia klasikinių Hatono stebėjimo vieta yra „Sikaro nedarna“ Škotijos pakrantėje (II.10 pav.). Čia jis atkreipė dėmesį į tai, kad atodangoje matosi dvi skirtingai slūgsančios storymės. Apatinės sluoksniai slūgsojo palinkę dideliu kampu, o viršutiniai gulė ant jų horizontaliai, tokiu būdu sudarydami kampinę nedarną. Hatonas tai paaiškino, tuo, kad apatinė storymė susidarė anksčiau, buvo palenkta ir nuardyta, o ant jos vėliau susiklojo jaunesni, horizontalūs sluoksniai. Jis padarė svarbią išvadą, kad geologinėje praeityje vyko žymūs žemės paviršiaus svyravimai, kurių metu sluoksnių padėtis keitėsi, jie buvo iškeliami į sausumą, ardomi o po to sekė naujas nuosėdų kaupimosi laikotarpis (2.10 pav.). 2.10 pav. Dž. Hatono aprašyta Sikaro nedarna (Siccar point) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/53/Siccar_Point_red_capstone_closeup.jpg Kita ne mažiau garsi vieta yra „Hatono kontaktas“, kurį jis rado tyrinėdamas seniai užgesusį ir apardytą Holirudo ugnikalnį Edinburgo priemiestyje. Jis pastebėjo, kad diabazo klodo (silo) ir po juo slūgsančio smiltainio kontaktas yra nelygus, diabazas tarsi atplėšia, atlaužia atskirus smiltainio gabalus. Tokį kontaktą galima buvo paaiškinti tik magmos įsiskverbimu į smiltainio storymę (2.11 pav.). Tai buvo labai svarus argumentas įrodantis diabazo magminę prigimtį, o ne nuosėdinę, kaip buvo manoma tuo metu. 2.11 pav. Holirudo diabazo silas ir Hatono kontaktas jo pade (pažymėta apskritimu) (G.Motuzos nuotr.) ir jį vaizduojantys paveikslai iš knygos “Žemės teorija”. Vaizdai yra atvirkštiniai, nes spausdinti litografijos būdu, o kontaktas, aiškiai padidintas, matyt dėl išraiškingumo. 1785 jis parašė straipsnį „Žemės teorija arba tyrimas dėsnių pasireiškiančių Žemės rutulio paviršiaus sandaroje, tirpinime ir atstatyme“ (Theory of the Earth, or an Investigation of the Laws Observable in the Composition, Dissolution and Restoration of Land upon the Globe). Vėliau jis jį išplėtė iki keturių tomų veikalo, kurių trys buvo išleisti jau po jo mirties. Hatono „bėda“ buvo tai, kad jis rašė nepaprastai sudėtingai ir painiai, ilgais sakiniais, nenuosekliai, šokinėdamas nuo vienos minties prie kitos. Todėl netgi jo artimiausias pasekėjas Čarlzas Liajelis prisipažino, kad nesugebėjo perskaityti visų jo veikalų. Hatonui pasisekė, kad jis turėjo ištikimą bičiulį matematikos profesorių Pleifairą (Playfair). Daug bendraudamas su Hatonu jis žinojo jo mintis, suprato jų prasmę ir vertę, todėl išleido jo darbų santrauką, pats juos perpasakodamas. Hatonas vystė plutonistines pažiūras, laikydamas Žemę judria ir kaičia. Jis apibrėžė aktualizmo arba uniformizmo principą, kuris teigia, kad tie patys vidiniai ir išoriniai procesai kuriuos stebime Žemėje dabar, veikė ir praeityje. Tačiau kartu jis teigė, kad gamtovaizdis, kaip ir organizmai susidaro, subręsta ir suyra, nuolat atsinaujindamas. Iš senųjų darinių nuolaužų vandenynuose ir jūrose susikloja nauji sluoksniai, kurie iškeliami virsta kalnais ir susidaro nauja aplinka. Visa tai vyksta ir kartojasi neribotą laiką. Tokiu būdu yra palaikoma dinaminė pusiausvyra ir nuolatinės sąlygos gyvybei. Hatonas su savo teorija, pagrįsta logiškai paaiškintais faktais, buvo „reikalingas žmogus, pasirodęs reikiamu laiku, kai geologijai Europoje reikėjo apibendrinančios tobulos sintezės, kad ji galėtų susitelkti į gyvybingą discipliną“ (Dott, 1969). Viljamas Smitas (Smith) (1769-1839), anglų geologas, savo veiklą pradėjo tyrimais anglies kasyklose, o vėliau vadinamojo Anglies kanalo (Coal Canal) statybos ruože Pietų Anglijoje. Dirbdamas šį darbą jis pastebėjo, kad skirtingų lygių sluoksniuose yra ir skirtingos suakmenėjusių gyvūnų liekanos - fosilijos. Jis padarė išvadą, kad fosilijų rinkinys atitinka storymės amžių ir pagal tai to paties amžiaus sluoksnius galima atpažinti įvairiose vietose. Jis rašė: „...kiekvienas sluoksnis, turintis jam būdingą fosilijų rinkinį, ištyrus jas gali būti, atpažintas ir atskirtas nuo kitų panašių į jį ir kitose storymės vietose, net ir abejotinais atvėjais.“ (. . . each stratum contained organized fossils peculiar to itself, and might, in cases otherwise doubtful, be recognised and discriminated from others like it, but in a different part of the series, by examination of them). Tokiu būdu jis atrado biostratigrafijos principą ir stratigrafinės koreliacijos būdą pagal būdingasias fosilijas. Tai jis aprašė dviejose svarbiausiose knygose: „Sluoksniai nustatyti pagal būdingasias fosilijas“ (Strata Identified by Organized Fossils) ir „Būdingųjų fosilijų stratigrafinė sistema“ (Stratigraphical System of Organized Fossils). Jos pasirodė 1816-1817 metais. Smitas visą gyvenimą buvo geologas praktikas, daręs įvairius užsakomuosius tyrimus, anglies kasybos, statybų, žemių melioracijos, nuošliaužų išvengimo tikslais. Tokiu būdu jis gerai susipažino su Anglijos geologine sandara. Pritaikęs biostratigrafijos būdą jis ėmėsi plataus mąsto kartografavimo darbų ir sudarė pirmąjį Anglijos ir Velso geologinį žemėlapį, paskelbtą 1815 metais (2.12 pav.). II. 12 pav. V.Smito išskirtos fosilijų bendrijos, būdingos skirtingų laikotarpių sluoksniams ir geologinis žemėlapis, jo sudarytas 1815 m, panaudojant biostratigrafinį būdą Geologiniai žemėlapiai rodantys įvairių rūšių uolienų išsidėstymą ir jų paplitimo ribas, pradėti sudarinėti ir anksčiau. Tai darė, pavyzdžiui Žanas Žetaras (Guetard) (1715-1786). Bet Smitas, vaizdavo ne tik uolienų rūšis, bet ir jų kilmę bei santykinį amžių ir pradėjo sistemingą kartografavimą, kaip svarbiausią teritorijų geologinio pažinimo būdą. Neturėdamas universitetinio išsilavinimo ir būdamas nekilmingas, V.Smitas ne visada turėjo apmokamo darbo, bet, iš užsidegimo dirbo ir savo lėšomis. Vienas jo žemėlapių, į kurį jis įdėjo nemažai pinigų buvo nuplagijuotas ir parduotas pigiau už savikainą. Smitas bankrutavo, nebegalėjo grąžinti skolų ir už tai pakliuvo į skolininkų kalėjimą. Tik paskutinį gyvenimo dešimtmetį jo nuopelnai buvo pripažinti, jis gavo mokslų daktaro laipsnį, ir buvo vadinamas Anglijos geologijos tėvu, o jo pradėtą nuoseklaus šalies kartografavimo darbą pratęsė Britų geologijos tarnyba, įsteigta 1835 metais. Čarlzas Liajelis (Lyell) 1797-1875 yra vienas garsiausių ir autoritetingiausių visų laikų geologų. Jis gimė tais pat metais, kai mirė Hatonas, irgi Škotijoje, baigė teisę Oksforde, bet domėjosi geologija ir zoologija. Jis įtvirtino geologinės praeities pažinimo būdą remiantis dar Hatono iškeltu teiginiu: “Dabartis yra praeities pažinimo raktas“, toliau skleidė ir grindė aktualizmo ir uniformizmo pažiūras. Jo svarbiausias veikalas – trijų tomų „Geologijos pagrindai: bandymas paaiškinti ankstesnius Žemės paviršiaus pakitimus atsižvelgiant į dabar veikiančias priežastis“ (The Principles of Geology: Being an Attempt to Explain the Former Changes of the Earth's Surface, by Reference to Causes now in Operation) išleistas 1830-1833 metais vien iki 1872 metų buvo pakartotas net 12 kartų ir išverstas į daugelį kalbų. Liajelis bičiuliavosi su Čarlzu Darvinu, kuris panaudojo jo duomenis savo evoliucijos teorijoje. Iki tol Liajelis manė, kad gyvūnų ir augalų rūšys žymiai nepakito nuo to laiko, kai atsirado, bet kai jis susipažino su Darvino evoliucijos teorija, pasakė: „Dabar aš suprantu, kad ėjau klaidingu keliu“ ("I now realize I have been looking down the wrong road."). Aleksandras von Humboltas (von Humboldt) (1769-1859) buvo vienas garsiausių A.G.Vernerio mokinių ir vienas paskutiniųjų didžiųjų mokslininkų-enciklopedistų. Jis dirbo bene visose gamtos mokslų srityse – bendrosios geologijos, petrologijos, geografijos, klimatologijos, okeanografijos, biologijos, zoologijos, botanikos, etnografijos, fizikos, fiziologijos ir dar keliose (Baumgärtner, 1969). Jo brolis Vilhelmas rašė apie Aleksandrą Humboltą: „Jo prigimtinė ypatybė yra - sujungti idėjas suvokiant sąsajas tarp dalykų, kurios be jo liktų nesurastos per kartų kartas“. Humboltas nebuvo vien kabinetinis ar muziejinis mokslininkas, kaip daugelis jo amžininkų. Jis surengė ekspedicijas po Šiaurės ir Pietų Ameriką, Centrinę Aziją, pėsčias perėjo ištisus žemynus, surinko daugybę medžiagos ir pats ją aprašė bei apibendrino daugiatomiuose veikaluose (2.13 pav.). Jau būdamas 74 metų jis išleido apibendrinantį penkių tomų veikalą: „Kosmosas: Visatos fizinio aprašymo apybraiža“. 2.13 pav. A. von Humboldto portretas ir jo ekspedicijos stovykla prie Čimborazo ugnikalnio Ekvadore. Dail. G. Veičas (Weitsch) 1810 Viename savo veikalų Humboldtas rašė: Kiekvienas žmogus privalo savo gyvenime ieškoti tokios vietos, kurioje jis gali geriausiai pasitarnauti savo kartai“. Jis to siekė, jam tai pavyko ir jau amžininkai pripažino jo nuopelnus, vadindami „antruoju Kolumbu“, „moksliniu Amerikos atradėju“, „mokslo kunigaikščiu“. Jo vardu pavadinta vandenyno srovė Ramiajame vandenyne prie Pietų Amerikos krantų, ledynas Grenlandijoje, kalnagūbris Antarktidoje, upė ir įlanka Šiaurės Amerikoje, keletas gyvūnų ir augalų rūšių. Žoržas Leopoldas Kretjenas Frederikas Dagobertas Kiuvje (Cuvier) (1769-1835) išgarsėjo, kaip paleontologas. Dėl savo mokslinių pasiekimų, autoriteto ir įtakos, kurią jam užtikrino gausūs titulai ir aukštos pareigos valstybinėse įstaigose jis buvo vadinamas „mokslo Napoleonu“. Kiuvje buvo Prancūzijos kolegijos ir muziejaus profesorius, generalinis inspektorius, ilgametis Mokslų akademijos sekretorius, valstybės konsulas, baronas, Garbės legiono Didysis karininkas ir t.t. Jis buvo išrinktas ir Vilniaus universiteto garbės nariu. Kiuvje daugiausiai tyrė suakmenėjusias gyvūnų liekanas. Jis pastebėjo, kad jos labai skiriasi nuo dabartinių gyvūnų ir iškėlė katastrofizmo idėją, teigiančią, kad Žemę laikas nuo laiko ištinka galingi geologiniai reiškiniai, kurių metu gyvūnija žūva, o po to vėl atsinaujina. Sedžviko ir Murčisono vardai geologijos istorijoje paprastai minimi kartu, tačiau, jie patys nebūtų tuo patenkinti. Šių iškilių tyrėjų gyvenimas ir darbai ištikrųjų glaudžiai persipina, tačiau, pradėję darbą kartu jie tapo aršiais priešais iki gyvenimo galo. Adamas Sedžvikas (Sedgwick) (1785-1873) buvo Kembridžo universiteto auklėtinis ir jo profesorius. 1839 m. jis kartu su Murčisonu Devonšire išskyrė sluoksnius, su tam tikru būdingųjų fosilijų rinkiniu ir pavadino juos devono sistema. Vėliau Murčisonas, jau dirbdamas atskirai, šiauriniame Velse aptiko senesnius už devoną sluoksnius su kitokiomis fosilijų bendrijomis ir pavadino juos siluro sistema, pagal anksčiau čia gyvenusią keltų gentį. Sedžvikas tuo metu dirbo viduriniame Velse ir tenai irgi išskyrė sistemą, slūgsančią žemiau siluro, kurią pavadino kambru (pagal lotynišką Velso pavadinimą - Cambria). Šiuos rezultatus jie paskelbė bendrame straipsnyje 1835 m. – „Apie siluro ir kambro sistemas, rodančias tvarką, kuria senieji nuosėdiniai sluoksniai seka vienas kitą Anglijoje ir Velse“ (On the Silurian and Cambrian Systems, exhibiting the order in which the older sedimentary strata succeed each other in England and Wales). Tačiau vėliau, ėmus gretinti šias sistemas, kambro viršutinė dalis Sedžvikui pasirodė panaši į Murčisono išskirto siluro apačią. Jis padarė išvadą, kad visas kambras yra siluras. Murčisonas su tuo nesutiko. Šis ginčas juos ir supriešino visam gyvenimui. Tik vėliau paaiškėjo, kad abu jie buvo neteisūs - tarp kambro ir siluro buvo nustatyta atskira sistema – ordovikas, kurioje sutinkama tiek ankstesnio kambro, tiek vėlesnio siluro fosilijų. Beje, dirbant Velse 1831 metais Sedžviko asistentu buvo jaunas Kembridžo absolventas Čarlzas Darvinas, kuris greitai po to išvyko į kelionę aplink pasaulį laivu “Biglis” (angl. Beagle - skalikas). Kembridže Darvinas studijavo teologiją galvodamas būti pastoriumi ir gamtos mokslų srityje nebuvo labai išprusęs. Tačiau kelionėje aplink pasaulį jo uždavinys buvo geologiniai stebėjimai ir bestuburių tyrimai. Todėl į kelionę jis pasiėmė Liajelio „Geologijos pagrindų“ pirmąjį tomą, kuris ir tapo jo vadovu ir žinių šaltiniu. Tai padėjo jam kelionės aplink pasaulį metu padaryti daug vertingų stebėjimų ir įdomių išvadų, įvertintų gerokai vėliau, geologijai pasiekus aukštesnį lygį. Sedžvikas, priešingai nei Darvinas ir jo netiesioginis mokytojas Liajelis, buvo užkietėjęs katastrofistas, nepripažinęs evoliucijos. Todėl, kai jis susipažino su Darvino pažiūrom, parašė jam: „Aš skaičiau Jūsų knygą jausdamas labiau kančią, negu malonumą. Kai kurios jos dalys man labai patiko; kai kurios man sukėlė juoką bevek iki skausmo šonuose; kitas dalis aš skaičiau su giliu sielvartu, nes, laikau jas visiškai klaidingomis ir piktinančiai žalingomis“. (I have read your book with more pain than pleasure. Parts of it I admired greatly; parts I laughed at till my sides were almost sore; other parts I read with absolute sorrow; because I think them utterly false & grievously mischievous .) Roderikas Impis Murčisonas (Murchison) (1792-1871) buvo kilęs iš turtingos ir kilmingos giminės. Jis turėjo pasirinkimo laisvę ir susidomėjo geologija būdamas jau 32 metų bet tapo vienu ryškiausių ir paskutiniųjų herojinio geologijos amžiaus veikėjų. Jis daug keliavo - tyrinėjo ne tik Angliją, bet ir Alpes, Prancūzijos Overnės sritį, Skandinaviją, o 1840 vadovavo ekspedicijai į Rusiją, pasiekdamas Uralo kalnus. Čia jis išskyrė naują permo sistemą. Rašydami apie Murčisoną amžininkai ir vėlesnių kartų istorikai jo pavardę sieja su daugybe epitetų ir kitų apibudinimų. Jis turėjo sero ir baroneto titulus, jį vadino, paskutiniuoju nepriklausomu geologijos džentelmenu, politiškai galingiausiu XIX amžiaus geologu ir .... garsiausiu lapių medžiotoju. Nepaisant nesantaikos, Sedžvikas ir Murčisonas, kartu ir atskirai išskyrė beveik visas paleozojaus sistemas: kambrą, silurą, devoną ir permą. Daugelis herojinio amžiaus geologų buvo keliautojai padarę ne tik geologinių, bet ir geografinių atradimų. Jau minėjome, A. Humboltą, R.I. Murčisoną, Č.Darviną. Be jų reikia paminėti dar keletą iškilių pavardžių. Pjeras Simonas Palasas (Pallas) (1741-1811) vadovavo vienai pirmųjų mokslinių geologinių ekspedicijų į Rusijos Sibirą, kuri truko kelerius metus. Amžininkų liudijimu, grįžęs iš jos jis atrodė kaip senis, nors jam tebuvo apie trisdešimt metų. Jis atsivežė didelį uolienų, mineralų, fosilijų rinkinį, surado net meteoritą. Šios retos rūšies meteoritai ir dabar vadinami palasitais. Palasas tyrinėjo ir Europos šiaurę – dabartinę Laplandiją, kur jo vardas įamžintas Palaso kalnų pavadinime. Dabar ten yra didžiausias Suomijos nacionalinis parkas - Palstunturiai. Džonas Veslis Pauelas (Powell) pirmasis 1869 metais praplaukė Didžiuoju kanjonu JAV vakaruose. Devyni keliautojai keturiomis valtimis leidosi į kelionę ligi tol netyrinėta, sraunia ir slenkstėta Kolorado upe, tekančia giliu tarpekliu. Trys iš jų, išsigandę upės slenksčių atsiskyrė ir... po kelių dienų buvo nužudyti indėnų. Likusi grupė po trijų mėnesių pasiekė upės žiotis Kalifornijos įlankoje. Ekspedicija atliko vienus pirmųjų „laukinių vakarų“ geologinius tyrimus, aprašė pakrantės atodangas, paviršių, o svarbiausia - „atplukdė“ pasauliui žinią apie dar nežinomą gamtos „stebūklą“ – vieną įspūdingiausių pasaulio gamtos paminklų - Didijį kanjoną. Veslis Pauelas buvo, JAV pilietinio karo veteranas, majoras, netekęs jame vienos rankos plaštakos. Vėliau jis tapo žymiu geologu, antruoju JAV Geologijos tarnybos direktoriumi ir, iš esmės, jos kūrėju (II.14 pav.). 2.14 pav. Džonas Veslis Pouelas, pirmasis praplaukęs Didžiuoju kanjonu Prie paskutiniųjų didžiųjų keliautojų-atradėjų priklauso ir mūsų kraštietis Jonas Čerskis, kurio veikla aprašyta žemiau. 2.5. Šiuolaikinės geologijos raida Nuo XIX amžiaus vidurio geologija išsiskaidė į atskiras šakas, išsivystė pagrindiniai jos tyrimo būdai. Tai – šlifų tyrimai poliarizacinio mikroskopo pagalba, uolienų bei mineralų cheminė analizė, geologinis kartografavimas, pradėt taikyti geofiziniai metodai – gravitacinio ir magnetinio lauko, elektros srovės varžos kitimo matavimai, seisminiai metodai. Buvo pradėti naudoti laboratoriniai eksperimentai. Tuo metu dirbo jau ne pavieniai mokslininkai, o jų kolektyvai. Beveik visose pasaulio šalyse, ypač Europoje ir Šiaurės Amerikoje buvo įkurtos atskiros geologinių tyrimų įstaigos, geologija tampa kolektyviniu mokslu. Ryškūs pakitimai geologijos plėtroje įvyko XX amžiaus antroje pusėje, vadinami geologijos revoliucija. Svarbiausi jos požymiai yra : - tikslių analitinių metodų pritaikymas ir paplitimas; - Žemės giluminių sferų pažinimas; - vandenynų dugno sudėties, sandaros ir amžiaus nustatymas; - geologinių kūnų ir procesų susidarymo laiko nustatymas radiologinio datavimo metodų pagalba; - litosferos plokščių tektonikos sukūrimas; - visos Žemės geologinio žemėlapio, tai yra bendro viso Žemės rutulio sandaros vaizdo sudarymas; - kitų planetų geologinio tyrimo pradžia; - aplinkos raidos ir kaitos pažinimas tampa vienu svarbiausių geologijos tikslų. 2.6. Geologijos raida Lietuvoje: Lietuvoje, geologijos mokslas ir mokymas prasidėjo Vilniaus universitete, tuo metu Didžiosios Lietuvos Kunigaikštystės Vyriausioje mokykloje, kur 1781 m buvo įsteigta Gamtos istorijos kabinetas (katedra) užsiimanti botanikos, zoologijos ir mineralogijos tyrimais ir dėstymu. Mineralogija tada apėmė ir kitas geologijos disciplinas. Tai buvo pirmoji gamtos mokslų katedra tarp visų jungtinės Lenkijos-Lietuvos valstybės aukštųjų mokyklų. Šioje katedroje buvo pradėta dėstyti gamtos istoriją, o jos sudėtyje ir geologija - mokoma pažinti ir skirstyti mineralus ir uolienas, aiškinama, kaip jie susidaro, kam naudojami, nagrinėtos visos Žemės sandaros ir kilmės teorijos. Pirmuoju šios katedros vedėju (1781-1784) buvo prancūzas Žanas Emanuelis Žiliberas (Gilibert) (2.15 pav.). Iš Gardino, kur dirbo ligi tol, jis atsivežė didelį geologinį rinkinį ir įkūrė Mineralogijos kabinetą. Jis parašė ir pirmą žinomą geologinį straipsnį - apie Lietuvos smėlio mineralinę sudėtį. 2.15 pav. Žanas Emanuelis Žiliberas Žiliberą pakeitė vokietis Georgas Forsteris (1784-1787 m.). Jis, kartu su Džeimso Kuko ekspedicija buvo apiplaukęs aplink Žemės rutulį. Tiesa, tuo metu jis dar buvo paauglys ir į ekspediciją pakliuvo kartu su tėvu. Vėliau jis studijavo Fraibergo Kalnakasybos akademijoje pas A.G.Vernerį. Po jo kabinete dirbo Ferdinandas Špicnagelis (Spitznagel) ir Stanislovas Bonifacas Jundzilas (Jundzill). Pastarasis dirbo katedroje nuo 1797 metų ir dėstė gamtos istoriją, mineralogiją, rengė ekspedicijas į Naugarduko apylinkes, po Lietuvą. 1792 metais jis parašė veikalą apie „Apie sūriasias versmes ir Stakliškių druską“ (O žrodlach solnych i soli Stokliszskiej). XIX amžiaus pradžioje, Rusijai užėmus Lietuvą, Vilniaus universitetas buvo gerokai pertvarkytas. Čia įkurtas Fizikos ir matematikos skyrius (fakultetas), kuriame turėjo būti dėstoma ir gamtos istorija. Tam buvo skirta ordinarinio profesoriaus vieta ir įsteigta Gamtos istorijos katedra, veikusi - 1803-1832 metais. Gamtos istorijos katedroje 1803 m buvo įvesta mineralogija, kaip atskiras kursas. Vėliau, 1822 m buvo įsteigta ir atskira Mineralogijos katedra (Garbowska, 1994). 1804 m. rugsėjo mėnesį Vilniaus universiteto rektorius Jeronimas Stroinovskis raštu pakvietė A.G.Vernerį dėstyti mineralogiją, bet šis atsisakė ir patarė į tą vietą paskirti savo mokinį iš Lietuvos Romaną Simanovičių. Romanas Simanovičius (1768-1814) ir tapo pirmuoju mineralogijos dėstytoju. Jis buvo baigęs DLK Vyriausiąją mokyklą ir papildomai mokėsi Fraibergo kalnakasybos akademijoje pas garsųjį A.G.Vernerį, lankėsi Vengrijoje, surengė ekspedicijas, po Volinę, Baltarusiją, Lietuvą. Jis surinko didžiulį mineralų, uolienų ir fosilijų rinkinį – apie 15000 pavyzdžių. 1806 metais Simanovičius parašė pranešimą „Apie dabartinę mineralogijos būklę“ (O stanie dzisiejszym Mineralogii) ir pirmą mineralogijos mokymo priemonę „Atskirų mineralų arba oriktognostinė-mineraloginė nomenklatūra“ (Nomenklatura mineralow pojedynczich, czyli oriktognosticzno-mineralogiczna.), kuri buvo išleista 1815 metais, jau po autoriaus mirties. Mirus R.Simanovičiui, geologijos (geognozijos, mineralogijos), dėstymas Vilniaus universitete tęsėsi iki pat jo uždarymo 1832 metais. Kursas buvo vienerių metų, o paskaitos skaitomos po 5-6 val. per savaitę. Dalykas nebuvo privalomas, bet įvairiais metais jį klausiusių studentų skaičius, svyravo nuo 60 iki 230. Iš viso, per 21 metus (kiek išliko žinių apie mineralogijos dėstymą) šį kursą išklausė apie 2500-3000 studentų, t.y. apie ketvirtadalį bendro universitete studijavusiųjų skaičiaus (Garbowska, 1993, 1994; Grigelis, 2003). Universiteto mokslininkai rengė geologines ekspedicija po Lietuvą, Baltarusiją, Ukrainą, ieškojo naudingųjų iškasenų, surinko ir paskelbė vertingų mokslinių duomenų. Buvo kaupiamas mineralų, uolienų ir fosilijų muziejus. Jis pradėtas rinkti dar LDK Vyriausios mokyklos laikais ir nuolat papildomas dėstytojų rinkiniais, perkamomis kolekcijomis ir dovanomis. Žilibero rinkinyje buvo apie 1000 eksponatų, R.Simanavičiaus kolekcijoje, kurią universitetas įsigijo 1813 metais buvo 14867 pavyzdžiai. Vėliau ji buvo ne kartą papildoma universiteto darbuotojų arba kitų asmenų dovanotais rinkiniais. Viso Mineralogijos kabineto rinkinyje buvo iki 20800 pavyzdžių (2.16 pav.). 2.16 pav. Uolienų eksponatai išlikę iš senojo Vilniaus universiteto rinkinių (G.Motuzos nuotr.) Tuo metu Vilniaus universitetas rėmė ir prižiūrėjo daugelį bendrojo lavinimo ir aukštesniųjų mokyklų Lietuvoje, Baltarusijoje ir Vakarų Ukrainoje. Kai kurios irgi turėjo geologinių pavyzdžių rinkinius. Tokiu būdu Vilniaus universiteto žinioje buvusių geologinių pavyzdžių skaičius galėjo siekti apie 50000 (Garbowska, 1994; Vilniaus universiteto istorija 1803-1940, 1977). Vilniaus universitetas tuo metu buvo europinio lygio geologijos mokymo ir tyrimų centras, pranokęs šiuo požiūriu kitas Lietuvos ir Lenkijos aukštąsias mokyklas. Per šį pirmąjį Vilniaus universiteto Geologijos katedros veiklos laikotarpį buvo išleista net 12 vadovėlių ir mokymo priemonių (2.17 pav.). VU garbės nariais buvo Kiuvje, Bronjaras - garsūs to meto ir visų laikų mokslininkai. 2.17 pav. Pirmieji Vilniaus universitete išleisti geologijos vadovėliai. Daugiausiai geologijos dėstymu ir tyrimais užsiėmė keletas mokslininkų. Feliksas Dževinskis (Drzewinski) (1788-1850) buvo fizikas, bet Paryžiuje mokėsi mineralogijos ir pats ją dėstė Vilniuje 1813-1817 metais. 1812 metais jis išleido 611 puslapių vadovėlį: „Mineralogijos pradmenys pagal Vernerį“ (Początki mineralogii podlug Wernera). F.Dževinskis rašė straipsnius ir Vilniaus spaudoje visuomenei šviesti, pavyzdžiui: „Apie meteorinius akmenis ir priežastis, galinčias juos sukurti“ (O kamieniach meteorycznych I pszyczynach mogących je tworzyc) atspausdintą “Dzięnnik Wilenski“ 1825 metais. Ignacas Horodeckis vadovavo Mineralogijos kabinetui 1817-1824 metais, organizavo jo pertvarkymą į katedrą ir buvo pirmasis geologijos profesorius Vilniaus universitete. Jis rinko riedulius ir tyrė jų mineralus. Viename riedulyje jis rado retą mineralą petalitą ir iš jo išskyrė ličio oksidą. Kitame riedulyje jis nustatė naują mineralą, kurį pavadino vilnitu. Vėliau pasirodė, kad tai jau žinomo mineralo volastonito atmaina. Ignacas Jakovickis, dirbęs katedros vedėju 1825-1832 metais, dėstė geognoziją ir dalyvavo ekspedicijose kartu su Eichvaldu. Parašė vadovėlius: „Trumpas oriktognozijos ir geognozijos išdėstymas“ (Krotki wyklad oryktognozyi i geognozyi) 1825 metais, “Oriktognozijos ir geognozijos pradmenų išdėstymas“ (Wyklad oryktognozyi i poczętkow geognozyi), 1827 metais; „Mineralogija, pritaikyta menams, amatams, pramonei ir žemdirbystei. Išdėstyta pagrindinės mokyklos III klasei“ (Mineralogia zastosowana do sztuk, rzemiosly, fabrik I rolnictwa. Uložona dla klasy III szkol powiatowych), 1827 metais. Taigi, jau tada buvo leidžiami geologijos vadovėliai bendrojo lavinimo mokykloms! 1831 metais jis išleido geologinį veikalą „Geognoziniai stebėjimai Rusijos valstybės vakarinėse ir pietinėse gubernijose“ (Obserwacje geognostyczne w guberniach zachodnich i poludniowych panstwa Rosyjskiego). Keletą mineralogijos ir petrografijos vadovėlių 1825-1826 metais išleido Norbertas-Alfonsas Kumelskis, dirbęs Vilniaus universiteto bibliotekoje, bet domėjęsis geologija (A.Grigelis, 2003). Jis parašė ir keliasdešimt švietėjiškų straipsnių, sudarė Vilniaus universiteto muziejuje mineralų ir uolienų pavyzdžių sąrašą (Gaigalas, 2004). Eduardas Eichvaldas (1795-1876) nuo 1827 metų buvo Vilniaus universiteto Zoologijos katedros profesoriumi. Jis buvo biologas, bet domėjosi geologija ir ypač paleontologija. Jis tyrė Papilės fauną, rengė ekspedicijas po Lietuvą, Volinę ir Podolę. Jo svarbiausi veikalai yra - „Rusijos paleontologija“, „Specialioji zoologija“, „Lietuvos, Volinės ir Podolės gamtos bruožai“. Geologijos paskaitos pasitarnavo jos žinių skelidimui, populiarinimui, visuomenės švietimui. Daugelis Vilniaus universiteto auklėtinių ja domėjosi ir vėliau. Vienas jų buvo Dionyzas Poška (1757-1830), žinomas savo įvairiapusiškais interesais ir veikla. Be daugelio kitų dalykų jis rinko įdomius akmenis, fosilijas, lankėsi jų radimvietėse ir netgi paliko apie tai eiliuotą „Gromatą pas Tadeušą Čackį“: Aš patsai ing pakalnę Papilės važiavau Ir, norint daugel daiktų akmeningų gavau, Pamatė meilininkai, kuriems tai patiko, Mažne visus atėmė, man nedaug paliko. Vienok ir paskutinius, kas tik yr surenku. Visus Tavi nusiunčiu, sau vieno nelieku. Bet, jei nori daugesniai tokių akmenaičių, Rašyk pas kunigaikštį vyskupą žemaičių. Ant jo žemės Papilėj yr šiokių ir tokių, Kaip kirminų ir varlių, akmenų visokių. Jis anų kiek norėsi, tiek gal liept pririnkti, Bet man senam ir luošam prider nepaslinkti. Prarastoji karta Universiteto studentai pasižymėjo neramia dvasia. Jie buvo įkūrę slaptą filomatų draugiją, kuriai priklausė atsidavę mokslui ir Tėvynei studentai, puoselėję nepriklausomybės atkūrimo idėjas. 1824 metais caro valdžia išaiškino ir sunaikino draugiją. Buvo suimta ir nubausta per 100 jos dalyvių. Dešimtys universiteto studentų buvo išblaškyti po pasaulį – išsiusti į kariuomenę, tremtį, ar patys pasitraukė svetur. Tačiau ir svečiuose kraštuose daugelis jų nuveikė didelių darbų. Tarp filomatų buvo iškiliausias Lietuvos ir Lenkijos poetas Adomas Mickevičius, kiti literatai, kaip Antonis Edvardas Odyniecas, Aleksandras Chodzka. Pastarasis buvo ir mokslininkas orientalistas, persologas, paskelbęs epą “Kior Ogly”. Juozas Kovalevskis, ištremtas į Kazanę tyrinėjo rytų kalbas - arabų, persų, totorių, buriatų, mongolų. Ketverius metus jis keliavo po Rytų Sibirą, Kiniją, Mongoliją, Užbaikalę, po to dėstė Kazanės universitete, tapo jo rektoriumi, išleido mongolų kalbos gramatiką, mongolų-rusų-prancūzų žodyną. Juozas Chodzka – geodezininkas, pasiekęs generolo laipsnį, 1850 m pirmas įkopė į Araratą ir nustatė jo aukštį. Savo darbus jis apibendrino veikale - “Kaukazo geografija ir orografija”. Adolfas Januškevičius – parašė veikalą apie kazachų etnografiją išleistą Paryžiuje ir Berlyne. Kai kuriems ištremtiems filomatams labai pravertė universitete gautos geologijos žinos – jie dalyvavo geologiniuose darbuose arba tapo geologais. Tomašas Zanas (1796-1855), kaip vienas filomatų vadovų, buvo nutremtas į karinę tarnybą Orenburge (2.18 pav.) Jis dalyvavo aukso paieškose Urale, Vakarų Sibire, surinko geologinius rinkinius, etnografinės medžiagos, buvo Aleksandro von Humbolto ekspedicijos palydovu. Atbuvęs bausmės laiką dirbo Peterburgo Kalnakasybos institute, Kalnakasybos departamente, kurio pavedimu tyrė ir Druskininkų versmes. 2.18 pav.Tomašas Zanas (1796-1855). Skulptoriaus R.Slizienio (Slizień) medalis Janas Krinickis dėstė mineralogiją Charkovo universitete, kur tapo adjunktu, profesoriumi, Zoologijos katedros vedėju. Adamas Suzinas, taip pat nutremtas į Orenburgą rinko geologinius rinkinius kraštotyros muziejui. Išskirtinė, net ir tarp šių iškilių žmonių buvo geologo Ignaco Domeikos asmenybė (2.19 pav.). 2.19 pav. Geologas Ignacas Domeika. 2.20 pav. Domeikos kalnagūbris Kordiljerų kalnyne. Tolumoje jo aukščiausia viršūnė, užgesęs ugnikalnis – Donja Inesa (5075 m v.j.l.) (G.Motuzos nuotr.). Domeikos 200 metų sukaktuvių proga išleistas Čilės pašto ženklas. Jis baigė Vilniaus universitete matematiką, bet klausė ir geologijos paskaitų. Aktyvus filomatų sąjūdžio ir 1831 metų sukilimo dalyvis. Po jo pralaimėjimo su sukilėlių daliniais jis pasitraukė į Vokietiją, vėliau - Prancūziją, kur baigė Paryžiaus kalnakasybos mokyklą (École des Mines de Paris). 1838 metais jis išvyko į Čilę ir dėstė kasybos ir geologijos dalykus La Serenos licėjuje, kur buvo pradėti rengti kasybos specialistai labai reikalingi augančiai šios jaunos šalies kalnakasybos pramonei (Motuza, 2002; 2003). Atostogų metu jis leisdavosi į tolimas keliones po Andų kalnus ir Atakamos dykumą, aplankydamas ir tirdamas jau veikiančius rūdynus ir vietas, kur dar nebuvo kaukšėjęs geologo plaktukas. Tokiose kelionėse jis balne įveikė per 7000 kilometrų. Kelionėse padarytus atradimus, išvadas ir pastebėjimus jis aprašė straipsniuose, kurių paskelbė kelis šimtus, daugiausiai Prancūzijos spaudoje. Į savo Alma Mater – Paryžiaus kalnakasybos mokyklą jis siuntė uolienų, mineralų, fosilijų rinkinius, meteoritų pavyzdžius. Tarp jų buvo ir jo paties surastų, dar mokslui nežinomų mineralų. Vienas jų – CuAs2 atradėjo garbei buvo pavadintas domeikitu. Dėstydamas La Serenos mokykloje I.Domeika parašė du vadovėlius: „Mineralogija“ (Mineralogia) ir „Veikalas apie bandymus“ (Tratado de Ensayos). Pastarajame išdėstyti rūdų, mineralų ir uolienų cheminės analizės būdai. Tai buvo pirmieji geologiniai vadovėliai ne tik Čilėje bet ir visoje Pietų Amerikoje, todėl buvo ne kartą išleisti pakartotinai, taip pat ir kitose šalyse. Išgarsėjęs I.Domeika buvo pakviestas dirbti Čilės švietimo ministerijoje, vėliau išrinktas Čilės universiteto rektoriumi, buvo juo net 16 metų. I.Domeika pakliuvo į Čilę, kai ji buvo dar beveik neištirtas kraštas. Bet kylanti kasybos pramonė reikalavo naujų geologinių tyrimų. Taigi Domeikos žinios buvo labai reikalingos ir jis stengėsi jas pritaikyti visur, kuri tik galima ir reikia. Jis paskelbė per 300 knygų ir straipsnių mineralogijos, petrologijos, metalogenijos ir naudingųjų iškasenų mokslo, seismologijos, vulkanologijos, tektonikos, geochemijos, paleontologijos, hidrogeologijos klausimais. Jis paliko ir jo vaizdingą dienoraštį – „Mano kelionės. Tremtinio dienoraščiai“, kurį galima skaityti kaip grožinę knygą (Domeyko, 1962-1963; Domeika, 2002). Tik po 50 metų, gyvenimo pabaigoje jam pavyko vėl aplankyti Lietuvą, bet mirti jis grįžo į Čilę, tapusią jo antrąja Tėvyne. Ignaco Domeikos vardas įamžintas daugelyje gamtos ir kitokių objektų. Jo vardu pavadintas kalnagūbris Atakamoje – Cordillera de Domeiko, nutįsęs 800 km (II.19 pav.), mineralas, ledynas Antarktidoje, asteroidas, keletas gyvūnų ir augalų, fosilijų rūšių, du miestai Čilėje, aikštės ir gatvės įvairių šalių miestuose, daugiau kaip šimtas objektų! Apie jį parašyta daug knygų, dešimtys straipsnių, išleista pašto ženklų ir atminimo medalių. Apžvelgiant I.Domeikos gyvenimą, ryškiai matyti, kad tai - iškili, aktyvi, neeilinė asmenybė. Tačiau visgi kyla klausimas, kodėl jis tapo tokiu populiariu, tiek kartų įamžintu, kodėl jo atmintis ligi šiol tokia gyva? Juk ir jo laikmečiu ir vėliau buvo tolygių asmenybių ne mažiau nusipelniusių mokslui, menui, politikai, tačiau likusių bevardžiais akmenimis didžiajame žmonijos kultūros mūre? Matyt Domeika gyveno palankiu laiku – geologijos, chemijos, kasybos mokslo kūrimosi ir plėtros metu. Padėjo ir Naujojo pasaulio aplinka, dar nepažintas kraštas, kur tyrėjas galėjo rasti dar daug naujo, nežinomo “senajai” Europai. Tačiau ar neturėjo lemiamos reikšmės paties Domeikos asmenybė, jo būdo bruožai, gyvenimo pozicija, moralės principai, kurių jis laikėsi? Juk reikėjo ryžto ir drąsos leistis į tokį tolimą šalį tuometinio pasaulio pakraštyje. Reikėjo atkaklumo, kad čia išsilaikyti, įveikti sunkumus, nostalgiją, trūkumus neišvengiamus tik besikuriančioje, naujoje valstybėje. Reikėjo užsidegimo, darbštumo šiame, dar mažai pažintame krašte, imantis visko, kas buvo reikalinga ir svarbu, kas patraukė jo žvilgsnį. Ir jis dirbo negailėdamas, laiko, jėgų, lėšų, dirbo mokslui, ne dėl pinigų, karjeros, gerbūvio. Nesiekdamas garbės sau, dosniai, geranoriškai ir nesavanaudiškai dalinosi su kitais žiniomis ir patirtimi, idėjomis, pažiūromis ir nuostatomis, mineralų, uolienų ir fosilijų rinkiniais, viskuo ką sužinojo, patyrė, rado, surinko savo atkaklaus darbo ir mąslaus proto dėka. Anot I.Domeikos biografo Zbignevo Vujciko, jis buvo tikras filomatas, sugebėjęs per visą gyvenimą išsaugoti jaunystės idealus ir visada jais vadovautis (Wójcik, 1995). Neatsitiktinai tokie panašūs ir daugelio jo jaunystės draugų ir bendražygių - A.Mickevičiaus, T.Zano, J.Chodzkos – kitų Vilniaus filomatų keliai, kurie išblaškyti po pasaulį, išlaikė ištikimybę romantiškai jaunystėje priesaikai. Tačiau visi jie yra – „prarastoji karta“, galėję daug nuveikti savo kraštui, jo kultūrai, mokslui ir pažangai, bet priversti dirbti svetur. Uždarius Vilniaus universitetą, 1832 metais, mokslinė veikla Lietuvoje apskritai beveik sustojo. Geologiniai tyrimai taip pat. Juos atskirais laikotarpiais darė pavieniai tyrėjai, daugiausiai iš kitų kraštų mokslo įstaigų, pavyzdžiui Tartu (Jurjevo, Dorpato) unversitetu. Taip tyrimus Lietuvoje tęsė K.E.Eichvaldas (Eichwald), K.Grevingkas (Grevingk) kuris sudarė vieną pirmųjų Kuršo geologinį žemėlapį apimantį ir šiaurės vakarų Lietuvą, Antanas Giedraitis, kuris tyrė Lietuvoje ledynmečio darinius ir yra vienas jų kartografavimo pradininkų. Keletas žinomų geologų ir iškilių asmenybių kilusių iš Lietuvos dirbo kituose kraštuose. Tarp jų žymiausi yra Janas Čerskis ir Jozefas Lukaševičius. Janas Čerskis (1845-1892) (2.21 pav.) dar būdamas Vilniaus bajorų instituto mokiniu, entuziastingai prisidėjęs prie 1863 sukilimo, bet greitai pakliuvo į nelaisvę ir buvo nubaustas tarnyba kariuomenėje - rekrūtais ir Sibiro tremtimi. Čia sutikęs geologus A.Čekanovskį ir G.Potaniną jis užsidegė geologija, tapo keliautoju ir savamoksliu tyrinėtoju. Pradėjęs nuo Baikalo ežero pakrančių tyrimų jis tęsė tyrimus palei Sibiro pašto traktą, nuo Baikalo iki Uralo ir užbaigę trejų metų ekspedicija nuo Jakutsko iki Kolymos žiočių, kurioje Čerskis ir mirė. Jis svajojo ir apie kelionę į Kamčiatką sausumos keliu, tyrinėjimus Ledjūrio salose ir kitus žygius į tuo metu dar baltas dėmes geografiniame ir geologiniame žemėlapyje (Ilgūnas, 1983; Ilgūnas, 2008). 2.21 pav. Sibiro tyrinėtojas Janas Čerskis (1845-1892) Janas Čerskis nebuvo baigęs jokių mokslų išskyrus savarankiškas studijas iš Sibiro sąlygomis sunkiai gautų knygų ir bendravimą su profesionalais, dažnai tiktai laiškais. Tačiau kiekviena jo kelionė turėjo aiškius mokslinius tikslus. Ar buvo apledėjęs Rytų Sibiras, kiek toli į pietus siekė Ledjūris, kaip jungiasi kalnagūbriai ir kaip jie susidarė, kokie gyvūnai gyveno Sibire ledynmečiu ir kokios čia buvo sąlygos - tai tik tokių užduočių pavyzdžiai. Formalus klausimas apie jo išsilavinimą kilo Peterburgo valdininkams pildant kažkokią anketą jau tada, kai J.Čerskis buvo žinomu mokslininku, apdovanotu Rusijos geografijos draugijos sidabro ir aukso medaliais. Tuo metu jis buvo išvykęs į savo paskutinę Kolymos ekspediciją ir ant to neatsakyto užklausimo liko valdininko atžyma pieštuku: "p. Čerskis mirė". Ekspedicijose J.Čerskis surinko gausią medžiagą apie Sibiro ledynmečio gyvūniją - kaulų ir netgi minkštų audinių liekanų urvuose ir upių atodangose. Jis kruopščiausiai juos išnagrinėjo ir aprašė, tapdamas geriausiu tos srities žinovu ir autoritetu. Jo surinkta medžiaga ligi šiol saugoma Rusijos muziejuose ir moksliniuos institutuose, kaip faktografinė mokslo bazė, o jos aprašymai sudaro šimtų puslapių tomus. J.Čerskis paskelbė per 90 darbų iš geologijos, geografijos, zoologijos ir archeologijos. Jis sudarė pirmą Rytų Sibiro geomorfologinę - paviršiaus formų ir tektoninę - giluminės sandaros schemas, Baikalo regiono geologinį žemėlapį, kuriuos papildė ir savo originaliomis hipotezėmis apie raukšlinę Baikalo įdubos kilmę, laiptuotą Sibiro paviršiaus struktūrą arba "senąjį Azijos maumenį" - tarsi branduolį apie kurį telkėsi jaunesnės šio žemyno dalys. Daugelis išvadų ir hipotezių, paremtų nepakankamu duomenų kiekiu, su laiku nepasitvirtino, buvo pakeistos kitomis. Tačiau tuo metu jos buvo tarsi rodyklės į priekį jaunesniems mokslininkams, kurie sekė jo nurodytu keliu. Tarp jų buvo ir tokių geologijos klasikų, kaip rusas S.Obručevas ir austras E.Ziusas. Tačiau nemažiau įspūdinga ir patraukli yra Čerskio asmenybė, kuri savo gyvenimo pavyzdžiu atsakė į amžinąjį klausimą: "turėti ar būti?" (Fromas, 1969). Gal ir J. Čerskiui toks klausimas, kilo, nes Sibire tuo metu buvo geros sąlygos praturtėti - klestėjo prekyba kailiais, medžiu, kasyba ir kitokie pelningi verslai? Jis, puikiai pažindamas šį kraštą ir jo galimybes, galėjo tapti sėkmingu verslininku, užsidirbti didelius pinigus, daug turėti. Tačiau jis vienareikšmiškai pasirinko ne „turėjimą“, o prasmingąmu "buvimą" - tyrimus, ieškojimą, pažinimą. Jau pripažintas, amnestuotas, atstatęs bajoriškas teises, gavęs ramų darbą Peterburgą, J.Čerskis vėl leidžiasi į kelerių metų kelionę po laukines šiaurinio Sibiro platybes, kartu pasiimdamas žmoną ir vos dvylikos metų sūnų, nors jautė, kad gali iš jos ir negrįžti. Sunkiai sirgdamas ir jau suskaičiavęs paskutines savo gyvenimo valandas, jis rūpinosi ekspedicijos užbaigimu, medžiagos išsaugojimu, į ją įdėtų lėšų pateisinimu. Šioje paskutinėje kelionėje Čerskis surado naują, ligi šiol nežinomą kalnagūbrį tarp Indigirkos ir Kolymos upių kurį jis pavadino Jakutiškai – Ulachan-Čistai. 1924 metais surengta ekspedicija, vadovaujama geologo Sergejaus Obručevo (Oбручев) nustatė, kad tai didžiulis apie 1500 km ilgio kalnynas, kurį sudaro keletas lygiagrečių kalnagūbrių. Obručevas, pirmojo to kalnyno atradėjo garbei pavadino jį Čerskio vardu. Tai buvo vienas paskutiniųjų reikšmingų geografinių atradimų padarytų žemynuose (2.22 pav.). Beje, aukščiausia Čerskio kalnyno viršūnė Pobieda, iškilusi 3147 m. nuo j.l. buvo surasta tik 1945 metais. 2.22 pav. Čerskio kalnynas ir Pergalės (Pobeda) viršūnė jame (3147 m virš j.l.) Be to Čerskio vardu yra pavadinta trijų naujai aprašytų gyvūnų pavadinimai ir dar vienuolika vietų Sibiro žemėlapyje: • Čerskio kalnai – vienas aukščiausių kalnagūbrių Užbaikalėje, 1500 m aukščio; • Čerskio kalnas – 2558 m. aukščio viršukalnė Baikalo kalnagūbryje; • Čerskio pikas – 2090 m. aukščio viršukalnė; • Čerskio akmuo - viršukalnė netoli Listviankos, prie Baikalo; • Čerskio žemuma - žemuma Sajanų prieškalnėse; • Čerskio perėja - perėja Chamar-Dabano kalnuose; • Čerskio gūbrys – gūbrys Sajanų kalnuose; • Čerskio vietovė – vieta; • Čerskio krioklys – krioklys upėje Choriok, Angaros baseine; • Čerskio ugnikalnis – užgesęs ugnikalnis Tunkos slėnyje; • Čerskio miestas – miestas prie Kolymos upės, už poliarinio rato, anksčiau vadintas - Niżnije Kresty. Juzefas Lukaševičius (Lukaszewicz) (1863-1928) gimė Bukiškės dvarelyje prie Medininkų, netoli Vilniaus. Pradėjęs studijuoti gamtos mokslus Peterburgo universitete jis įsijungė į slaptą teroristinę organizaciją rengusią pasikėsinimą į carą Aleksandrą III. Atskleidus organizaciją jis buvo nuteistas pakarti kartu su kitais sąmokslininkais, tarp kurių, beje, buvo ir Aleksandras Uljanovas, V.Lenino brolis. Sušvelninus bausmę J.Lukaševičius 18 metų praleido Šliselburgo tvirtovės kalėjime netoli Sankt Peterburgo. Kalėjime jis susidomėjo geologija, skaitė vadovėlius, mokslinę literatūrą ir pats ėmėsi rašyti daugiatomį veikalą “Elementaraus mokslo filosofijos pradmenys ”. Šį darbą jis tęsė iki gyvenimo pabaigos. Didelė jo dalis liko rankraščiuose. Buvo paskelbtas tik trijų tomų veikalas “Neorganinis Žemės gyvenimas”, kuriame nagrinėjami medžiagos apytakos ciklai Žemės plutoje, metamorfizmas, magmatizmas ir kiti petrologijos klausimai. J.Lukaševičius filosofiškai apibendrino naujausius savo laikui duomenis ir išryškino dėsningumus patvirtintus vėlesniais tyrimais (Žalūdienė, 2005; Žalūdienė, Motuza, 2001). Grįžęs į Vilnių 1920 metais, jis užėmė profesoriaus vietą Stepono Batoro Universitete, įkūrė ir vadovavo Geofizikos katedrai, dėstė mineralogiją, geologiją, geofiziką. 2.23 pav. Juzefas Lukaševičius ir Šliselburgo tvirtovė, kur jis praleido 18 metų Pirmoji geologinė knyga lietuvių kalba pasirodė toli nuo Lietuvos. Tai „Geoliogija“, išleista Plymute, JAV 1901 metais. Knygelė, skirta palčiam skaitytojų ratui, parašyta Edinburgo universiteto profesoriaus Arčibaldo Geikio (Geikie), o į lietuvių kalbą išversta nežinomo „SM“. Kitos dvi knygelės - “Žemės išpažintis“ ir „Žmogaus kilmė“, išleistos 1909 m. Filadelfijoje, JAV, buvo parengtos J. Baltrušaičio pagal kitų autorių darbus (2.24 pav.). 2.24 pav. Pirmosios geologijos knygelės lietuvių kalba. Geologija Stepono Batoro Universitete. Po uždarymo XIX amžiaus pradžioje Vilniaus Universitetas buvo atkurtas tik Lietuvai atsiskyrus nuo Rusijos. Jo atkūrimo aktas pasirašytas J.Pilsudskio 1919.08.28, o jis atidarytas 1919.10.11. Atkūrus Vilniaus universitetą, geologijos disciplinų dėstymas buvo atnaujintas. Tuo metu čia buvo įsteigtos Geologijos, Geofizikos, Mineralogijos, vėliau Mineralogijos ir petrografijos katedros. Tačiau Vilniaus universitete geologai nebuvo ruošiami. Geologijos dalykai buvo dėstomi geografams, dirvožemininkams, farmacininkams. Katedrose vyko mokslinis darbas. Čia dirbo daugiausiai iš Lenkijos ir Rusijos atvykę geologai. Vieni iškiliausių tarp jų buvo profesoriai J. Lukaševičius, St. Malkovskis (Małkowski), E.Pasendorferis (Passendorfer) ir P.Radziševskis (Radziszewski), A.Jaroševič-Klišinska-Halicka (Jaroszewicz-Kliszyņska-Halicka) (2.25 pav.). Jie sudarinėjo Vilniaus krašto geologinius žemėlapius, tyrė kvartero darinius Nemuno, Neries, Vilnelės atodangose, Vilniaus krašto riedulius ir Šiaurės Ukrainos (Volinės), kristalines uolienas, bandė nustatyti riedulių kilmiavietes, o tuo pačiu ledyno judėjimo kryptis, lygino Ukrainos ir Baltijos skydų geologinę sandarą. Tais tikslais buvo surengtos išvykos į Suomiją ir Švediją, iš kur parvežti gausūs ir vertingi kristalinių uolienų rinkiniai, iki šiol saugomi Geologijos ir mineralogijos katedroje. Šios kolekcijos labai pasitarnavo nustatant būdinguosius riedulius, o tuo pačiu ledyno slinkimo kryptis įvairių apledėjimų bei stadijų metu. Jomis naudojosi ir vėlesnių kartų tyrinėtojai. Pavyzdžiu gali būti monografija apie būdinguosius Baltijos regiono riedulius, parengta Lietuvos, Latvijos ir Estijos mokslininkų, kuriai panaudota ir minimas rinkinys (Viiding ir kt., 1971). 2.25 pav. Stanislavas Malkovskis ir Antonina Halicka-Rydzevska, tyrę Vilniaus krašto riedulius ir surinkę Švedijos, Suomijos ir Volynės uolienų rinkinius Geologija Kauno ir Vilniaus universitete Atkūrus Lietuvos nepriklausomybę buvo įsteigtas Kauno Vytauto Didžiojo universitetas, kuriame buvo ir Geologijos katedra. Tiesa pirmasis geologijos vadovėlis lietuvių kalba – J.Krikščiūno „Geologijos ir mineralogijos vadovėlis su kristalografijos priedu“ buvo išleistas Aukštųjų mokyklų kurso 1921, o antras –„Trumpas kristalografijos ir mineralogijos vadovėlis“ - Dotnuvos Žemės ūkio technikumo dėstytojo V.Gaigalaičio, 1924 m. Kauno universiteto Geologijos katedroje pradėjo darbą, vėliau tapę profesoriais, M. Kaveckis ir J. Dalinkevičius. Mykolas Kaveckis (1889-1969), pagal išsilavinimą chemikas, domėjosi mineralogija, Lietuvos naudingomis iškasenomis, tyrė klintis esančias paviršiuje Šiaurės Lietuvoje ir jų panaudojimo galimybes. Kai 1929 ir 1933 metais nukrito Padvarninkų (Andrioniškio) ir Žemaitkiemio meteoritai, M. Kaveckis juos ištyrė ir aprašė. Daugiausia dėmesio jis skyrė organizacinei bei pedagoginei veiklai. Organizavo geologijos mokymą ir tyrimus Vytauto Didžiojo, po to ir Vilniaus universitetuose, buvo abiejų universitetų profesoriumi. Juozas Dalinkevičius (1893-1980) atvyko į Lietuvą baigęs geologiją Peterburgo universitete. Jis yra sistemingų geologinių mokslinių tyrimų Lietuvoje pradininkas (2.26 pav.). Jo 61 metus trukusi mokslinė, pedagoginė ir visuomeninė veikla buvo įvairialypė ir vaisinga. Jis parašė daugiau kaip 100 geologijos mokslo darbų. Tai - markšeiderystės ir topografijos vadovėlis, veikalai iš paleontologijos, stratigrafijos, tektonikos, paleogeografijos, mineralinių žaliavų, geologijos istorijos, įvairūs geologiniai žemėlapiai, tarp jų Lietuvos prekvartero geologinis žemėlapis. Su J. Dalinkevičiaus vardu susijęs pirmųjų sistemingų Lietuvos žemės gelmių tyrimų organizavimas ir plėtotė. Jis organizavo kasmetines geologines ekspedicijas, kūrė ir tobulino geologijos muziejus. J. Dalinkevičius - ilgametis Kauno ir Vilniaus universitetų geologijos katedrų vedėjas, pirmasis Lietuvos geologijos instituto direktorius. Pirmųjų Vilniaus universiteto profesorių mokslinį ir pedagoginį darbą pratęsė ir eilė kitų iškilių mokslininkų ir dėstytojų: profesoriai J.Paškevičius, V.Juodkazis, A.Gaigalas, T.Jankauskas, A.Jurgaitis ir kiti. Vilniaus universiteto Geologinių katedros veiklą nuo pirmųjų pokario metų kruopščiai ir dokumentaliai tiksliai aprašė paleontologas Juozas Paškevičius baigęs universitetą 19... metais ir jo sienose praleidęs visą gyvenimą (Paškevičius, 2010). Sistemingi valstybiniai geologiniai tyrimai Lietuvoje prasidėjo įsteigus Valstybinę geologijos tarnybą 1940 metais. Tačiau jų plėtrą sutrukdė karas. Po jo geologiniai tyrimai palaipsniui plėtėsi. Kurį laiką Lietuvoje nebuvo savos geologinius tyrimus organizuojančios įstaigos. Tai darė įvairios įstaigos, tiesiogiai pavaldžios TSRS Geologijos ministerijai ar jos padaliniams Baltarusijos TSR. Tik 1958 m. buvo įsteigta Lietuvos TSR geologijos valdyba. Ši įstaiga valdė geologijos įmones – ekspedicijas, kurios tiesiogiai darė geologinius darbus - valstybinį geologinį kartografavimą, tęsė 1946 m. pradėtą hidrogeologinį monitoringą, plėtė vandens, naudingųjų iškasenų, tarp jų ir naftos paieškas. Šie tyrimai, lydimi plataus mąsto gręžimo ir geofizinių darbų davė didžiulį kiekį duomenų apie Lietuvos žemės gelmes ir kerno medžiagos, kuria ligi šiol naudojasi geologai. Šiuo metu pagrindinė valstybinė geologinė įstaiga yra Lietuvos geologijos tarnyba, kuri atsakinga už Lietuvos gelmių tyrimo ir naudojimo organizavimą, reguliavimą ir jų apsaugą. Ji taip pat daro ir geologinius tyrimus – kartografavimą, nuolatinį gelmių būklės stebėjimą – monitorigą, tyrimus reikalingus gelmių apsaugai, teritorijų planavimui, naudingųjų iškasenų prognozei. Ji prižiūri ir kitų įstaigų turinčių geologinių darbų teisę veiklą, kurių Lietuvoje yra apie šimtą. Moksliniai geologiniai tyrimai Lietuvoje, vykdomi Lietuvos Geologijos tarnyboje, Vilniaus universitete ir Gamtos tyrimų centre. 2.26 pav. Šiuolaikinės Lietuvos geologijos pradininkas profesorius Juozas Dalinkevičius ir profesorius Juozas Paškevičius. II. ŽEMĖS PLANETA 3. ŽEMĖ KOSMINĖJE ERDVĖJE 3.1. Žemė Visatoje Žemė yra viena iš Saulės sistemos planetų. Saulė su aplink ją skriejančiomis planetomis yra Paukščių tako galaktikoje. Ši galaktika yra viena iš daugybės galaktikų mūsų Visatoje, o Visata, galbūt, yra viena iš visatų, sudarančių Multivisatą, kurioje jų gali būti net 10500 (Silk, 2006) (3.1 pav.). Šis didžiulis skaičius yra sunkiai suvokiamas ir dar sunkiau paaiškinamas. Matyt, juo norėta pasakyti, kad visatų gali būti labai daug, bet visgi ne begalinis, o kažkoks baigtinis skaičius. 3.1. pav. Multivisata sudarytos iš 10500 visatų alegorija (Nature, vol. 443/14.09. 2006). Žemė yra susijusi daugybe ryšių su jos kosmine aplinka ir „kosmine“ istorija. Ją veikia jėgos ir reiškiniai, vykstantys kosmose – fiziniai laukai, spinduliuotė, skriejantys greta kosminiai kūnai ir kiti veiksniai, kurių tik dalį suvokiame ir galime įvertinti. Žemės sudėtis, pavidalas, jos raida ir dabar joje vykstantys procesai yra dalis Visatos istorijos. Netgi gyvybės atsiradimą, kaip matysime toliau, lėmė tam tikros fizikinės konstantos, Visatos raida, Žemės padėtis Galaktikoje ir Saulės sistemoje, visa jos kosminė aplinka. Todėl šiame skyriuje trumpai pakalbėsime apie Visatą ir Žemės padėtį joje. Mūsų Visatą sudaro materija ir laukai. Materija yra elementarios dalelės ir jų dariniai – atomai, molekulės ir jų sankaupos kosminių dulkių, planetų, žvaigždžių, galaktikų ir kitokių kosminių objektų pavidalu. Kai kurie mokslininkai tai vadina medžiaga, o materijai priskiria ir medžiagą, ir laukus. Laukas - tai erdvė, kurioje tarp materialių, tai yra sudarytų iš materijos objektų veikia jėgos arba sąveikos. Šiuo metu nustatytos keturios sąveikos. Tai gravitacijos, elektromagnetinė, silpnoji ir stiprioji. Dvi pirmosios veikia begaliniu atstumu, visoje Visatoje o kitos dvi - tik labai mažu atstumu tarp elementarių dalelių, taip pat ir atomo branduolyje. Stiprioji sąveika pasireiškia – 10-15, metro nuotoliu. Stipriaja ji vadinama todėl, kad už silpnąją yra stipresnė 1013 karto, o už gravitacinę – 1018 karto. Ji laiko kartu neutronus ir protonus branduolyje. Silpnoji jėga veikia - 10-17 metro atstumu. Ji veikia tarp smulkesnių elementariųjų dalelių, kurios yra protonų ir neutronų sudėtyje. Šios sąveikos yra energijos šaltinis, skatinantis materijos judėjimą Visatoje ir joje vykstančių procesų priežastis. Tiesa, yra požymių, kad Visatoje yra ir kitokios, dar nepažintos materijos, todėl vadinamos tamsiąja materija ir su ja susijusios tamsiosios energijos. Ji irgi priskiriama materijai plačiausia prasme, bet dalis fizikų mano, kad tai nėra materija, nes ji neturi nei masės, nei gravitacijos ir sukelia antigravitaciją - jėgą, veikiančią priešingai negu gravitacijos jėga. Ši tamsioji materija ir energija veikia visoje Visatoje (Conselice, 2007). Skaičiavimai rodo, kad tamsioji energija sudaro 72% Visatos, tamsioji materija - 23%, materija - 4,6% ir apie 1% sudaro neutrinai (Hinshow ir kt., 2008). Šiuolaikinio mokslo aprėpiamos mūsų Visatos istorijos pradžia laikomas įvykis, vadinamas Didžiuoju sprogimu. Angliškai tai skamba - Big Bang, išvertus - Didysis pokštelėjimu ar pykštelėjimu Taip šią idėją juokais pavadino kosmologas F.Hoilas (Hoyle). Vėliau, gavus naujų duomenų, paaiškėjo, kad kaip tik ši idėja geriausiai paaiškina tai, ką žinome apie Visatą ir ji tapo pagrindine teorija aiškinančia Visatos susidarymą. Tačiau taiklus F. Hoilo posakis „prilipo“ ir tapo šios teorijos pavadinimu. Didysis Sprogimas įsivaizduojamas, kaip didžiulės energijos išsiveržimas iš taško, beveik neturėjusio tūrio, vadinamo singuliariuoju tašku. Singuliarus lietuviškai – vienintelis, vienetinis, reiškia, kad be jo nieko kito nebuvo, nei materijos, nei erdvės, nei laiko. Tai buvo tik sutelkta energija, kuriai išsilaisvinus susikūrė visa materija dabar sudaranti Visatą, esanti medžiagos bei laukų pavidalu, o kartu laikas ir erdvė. Didžiojo sprogimo teorija kol kas geriausiai ir su mažiausiais prieštaravimais paaiškina šiuos ir kitus svarbiausius reiškinius stebimus Visatoje todėl šiuo metu tai yra vyraujanti pažiūra (paradigma). Ji remiasi keliais svarbiausiais reiškiniais, nustatytais teoriniais skaičiavimais ir tiesioginiais stebėjimais, tai: Visatos plėtimasis Kosmoso foninis spinduliavimas Cheminių elementų ir jų kiekių santykio susidarymas Galaktikų ir kitų stambių darinių susidarymas. Visatos plėtimasis. Didysis sprogimas įvyko maždaug prieš 13,7 mlrd. metų ir nuo to momento Visata plečiasi. Ji plečiasi visu tūriu, tai yra, bet kuriame pasirinktame jos taške visi kosminiai objektai tolsta nuo to pasirinkto taško. Šis reiškinys nustatytas tiesioginiais stebėjimais ir išreiškiamas Hablo dėsniu, kuris teigia, kad atstumai tarp galaktikų ar jų spiečių didėja greičiu, proporcingu atstumui tarp jų, tap yra kuo didesnis atstumas, tuo didesnis ir greitis. Plėtimąsi patvirtina ir Doplerio reiškinys, kuris Visatoje pasireiškia, kaip raudonasis poslinkis. Tai yra sklindančių į mus iš kosmoso elektromagnetinių bangų ilgis padidėja to labiau, kuo toliau nuo mūsų yra jas skleidžiantis kūnas. Matomoje spektro dalyje jos paslenka į ilgesnių raudonųjų bangų pusę. Tai paaiškinama tuo, kad jas skleidžiantys objektai tolsta nuo mūsų dideliu greičiu. Veikiant gravitacijos jėgai, toliau nuo Visatos centro esantys objektai turėtų judėti lėčiau, nes juos veikia gravitacijos jėga, traukianti juos link Visatos centro. Tačiau kaip rodo Hablo dėsnis – viskas vyksta priešingai – Visata plečiasi, netgi su pagreičiu. Šis prieštaravimas ir yra vienas svarbiausių požymių, kad egzistuoja tamsioji energija, veikianti priešingai gravitacijos jėgai. Liekaninė foninė spinduliuotė yra silpnų spindulių, mikrobangų diapazone srautas, pasiekiantis mus iš pačių tolimiausių Visatos pakraščių. Šie spinduliai sklinda iš visos mus supančios dangaus sferos ir gali būti nustatyti bet kuriame Žemės taške. Kad toks spinduliavimas turi būti pagal Didžiojo sprogimo teoriją, numatė amerikiečių fizikas Georgijus Gamovas (Gamow) dar šeštąjame dešimtmetyje. Šį spinduliavimą pirmieji nustatė fizikai Arnas Pencias (Penzias) ir Robertas Vilsonas (Wilson) 1965 metais. Naudodami galingą anteną jie nuolat pagaudavo neaiškios kilmės foninį triukšmą. Jie manė, kad tai techninės kilmės reiškinys, tačiau, kiek nesistengė, negalėjo pašalinti jo jokiomis priemonėmis. Jų gautus duomenis paaiškino Robertas Dikis (Dicke) iš Prinstono universiteto, supratęs, kad tai ir yra iš kosmoso sklindanti foninė spinduliuotė. Už šį atradimą Pencias ir Vilsonas gavo Nobelio premiją, nors, kaip rašo mokslo istorikai, jo reikšmę jie suvokė tik „...perskaitę apie tai „Niu Jork Taims“ laikraštyje“ (Bryson, 2007, p. 26). 1992 metais foninę spinduliuotę nufotografavo palydovas COBE, vėliau tai buvo padaryta ir iš Žemės, tiksliau balionų – Antarktidoje, kur atmosfera neužteršta ir aplink nėra šviesų. Pastaruoju metu dar tikslesnis foninės spinduliuotės vaizdas gautas kosminėje observatorijoje WMAP (3.2 pav.). 3.2 pav. Visatos foninio mikrobanginio spinduliavimo vaizdas gautas WMAP kosminėje observatorijoje. http://map.gsfc.nasa.gov/media/080997/index.html Tai seniausios Visatos dalies vaizdas, išspinduliuotas praėjus tik maždaug 300 tūkst. metų po Didžiojo sprogimo, tai yra pasiekęs mus daugiau kaip po 13 mlrd. metų. Jis rodo labai tolygų energijos pasiskirstymą, dar be materijos sankaupų, tokių kaip galaktikos. Nuotraukose matytomas spinduliuotės vaizdas yra dėmėtas. Tai reiškia, kad jo temperatūra nėra vienoda, bet dėmėse jis skiriasi nuo vidutinės labai nedaug - tik iki 27 milijoninių laipsnio dalių (27x10-6) (III.2 pav.) (Delsemme, 1998). Pačioje Visatos plėtimosi pradžioje buvo tik grynoji energija gama spindulių pavidalu. Tačiau, praėjus vos 10-33 sekundės, kai Visatos temperatūra dar buvo labai aukšta – apie 1027 K, pradėjo skirtis elementariosios dalelės – kvarkai ir kartu antikvarkai. Praėjus nuo Didžiojo sprogimo maždaug 10-35 s, Visatoje pradėjo veikti fizikos dėsniai. Nuo tada ligi šiol Visatoje veikia keturios minėtos fundamentalios jėgos arba sąveikos. Jos atsirado ne visos keturios iškart. Visatoje buvo laikotarpių, kai kai kurios iš jų buvo „susivienijusios“ – pirmiausia atsiskyrė gravitacinė, paskui stiprioji, o vėliausiai viena nuo kitos atsiskyrė silpnoji ir elektromagnetinė sąveikos. Tamsioji energija atsirado kažkada dar vėliau. Visatai plečiantis, jos temperatūra žemėjo, ir kvarkai ėmė jungtis į sudėtingesnes ir sunkesnes daleles – protonus ir neutronus. Jų susidarymas prasidėjo praėjus vos vienai dešimtamilijoninei (10-7) sekundės daliai ir temperatūrai nukritus iki 1013 K (Kamuntavičius, 2005, p. 136). Laikotarpyje tarp 10-2 sekundės ir 3–4 minučių, Visatai atvėsus iki 109 K, protonai ir neutronai ėmė jungtis į lengvųjų elementų branduolius. Tokiu būdu, per pirmas 3–4 minutes po didžiojo sprogimo susidarė vandenilio bei helio ir šiek tiek ličio bei berilio branduolių. Vandenilis ir helis buvo pirmieji Visatoje atsiradę cheminiai elementai, kurie sudarė atitinkamai 76 ir 24 proc. medžiagos. Kitų cheminių elementų branduoliai susidarė jau gerokai vėliau ir kitais būdais. Apie tai kalbėsime kiek vėliau, o čia reikia pabrėžti tai, kad tokią cheminių elementų branduolių susidarymo - nukleosintezės eigą ir tai, kad Visatoje lig šiol žymiai vyrauja H ir He geriausiai paaiškina irgi Didžiojo Sprogimo teorija. Dabar atkreipkime dėmesį į dar vieną aplinkybę, labai svarbią tolimesnei Visatos raidai. Energijai virstant elementariosiomis dalelėmis, vienu metu susidarinėjo materijos ir antimaterijos dalelės. Joms susiduriant tuoj pat vyko anihiliacija – jos susinaikindavo vėl virsdamos gama spinduliais. Tačiau dėl tam tikrų priežasčių, kurias fizikai vadina silpnosios branduolinės jėgos asimetrija, materijos dalelių radosi truputį daugiau nei antimaterijos. Tas „truputis“ – tai viena papildoma materijos dalelė 3 milijardams materijos ir antimaterijos dalelių porų. Šios „perteklinės“ dalelės jau nebesusinaikindavo ir kaupėsi Visatoje. Kaip tik dėl to „trupučio“ šiuo metu Visatoje vyrauja materija, likusi po to, kai kita materija ir antimaterija anihiliavo (Delsemme, 1998). Pirminėje Visatoje medžiagos pasiskirstymas, jos tankis ir temperatūra buvo gana tolygūs. Tačiau minėtose foninės mikrobanginės spinduoliuotės nuotraukose (III.2 pav.) matomas seniausios Visatos dalies vaizdas yra dėmėtas. Tai rodo, kad foninio spinduliavimo stiprumas, atskiruose plotuose vis dėl to buvo ne vienodas. Dėmėse jis skiriasi nuo vidutinės iki 27 milijoninių laipsnio dalių (27x10-6) (III.2 pav.) (Delsemme, 1998). Reiškia, jau iš pat pradžių energija Visatoje buvo pasiskirsčiusi šiek tiek netolygiai. Tai sukėlė įvairaus pobūdžio materijos judėjimą Visatoje ir tolimesnį jos būklės kitimą. Dėl medžiagos netolygaus pasiskirstymo gravitacijos jėga įvairiose Visatos vietose šiek tiek skyrėsi. Dėl to, maždaug po 1 milijardo metų Visatoje susidarė materijos sankaupų, kuriose medžiaga buvo tankesnė už aplinką. Iš šių sutankėjimų pradėjo formuotis galaktikos, jose žvaigždės, o aplink jas ir planetos. Pradžioje galaktikos buvo kiek suploto materijos rutulio pavidalo, kurio skersmuo buvo matuojamas šimtais tūkstančių šviesmečių. Ilgainiui, dėl netolygaus medžiagos tankio, galaktikose ėmė ryškėti atskiros medžiagos, daugiausia H ir He dujų sankaupos, kurios palaipsniui telkėsi, ir tiek sutankėjo, kad prasidėjo jų savaiminis telkimasis veikiant gravitacijos jėgai - kolapsas. Pagal ankstyvosios galaktikos modelius gravitacija ėmė telkti materiją į plaušus, o jų susikirtimo vietose, „mazguose“, kur medžiagos tankis didžiausias, prasidėjo kolapsas ir staigus žvaigždžių susidarymas (3.3 pav.). 3. 3 pav. Volker Springelio modelis rodantis Visatos sandaros raidą praėjus 900 mln., 3.2 mlrd. ir 13.7 mlrd. m. (dabar). Modeliavimas rodo, kad Visatos sandara vystėsi nuo vienalytės į sudėtingą, sudarytą iš daugelio darinių. Ryškūs dariniai yra galaktikų sankaupos (klasteriai). http://msnbcmedia2.msn.com/j/MSNBC/Components/Photo/_new/081216-space-expansion-hmed-1035a.hlarge.jpg Jo pasekoje, šių dujų sankaupų viduje tiek pakilo temperatūra ir slėgis, kad prasidėjo termobranduolinė reakcija – vandenilis ėmė virsti heliu. Šie dariniai buvo pirmosios žvaigždės, kurios susidarinėjo grupėmis arba spiečiais. Ir dabar astronomai randa tokias žvaigždžių susidarymo sritis, tarsi kosmines žvaigždžių gamyklas (3.4 pav.). 3.4 pav. Žvaigždžių susidarymo sritis LH95 Didžiąjame Magelano debesyje. Įsižiebus žvaigždėms, jų speičių spinduliuotė rejonizavo (tai yra iš naujo jonizavo) vandenilio debesis, ji galėjo sklisti dideliais atstumais ir iš tos epochos jau pasiekia mus, akimi matomo bangų ilgio spindulių pavidalu. Jei galėtume tuo metu stebėti Visatą, pamatytume, kad ji, ligi tol skendėjusi tamsoje – nušvito (Delsemme, p. 33; Barkana, 2006). Tai prasidėjo praėjus maždaug 1 milijardui metų po Didžiojo sprogimo. Žvaigždės buvo nevienodos masės ir temperatūros, todėl jose susidarinėjo ne tik helio, bet ir kai kurių kitų cheminių elementų atomai, tiksliau jų branduoliai, nes žvaigždėse medžiaga yra labai stipriai jonizuota, kai branduoliai yra netekę visų arba didelės dalies elektronų. Tokio būvio medžiaga vadinams plazma. Cheminių elementų branduoliai susidaro sudėtingos reakcijų sekos metu (1 lentelė). Kuo didesnė žvaigždė, tuo aukštesnė temperatūra jos gelmėse, tuo ilgesnė ir sudėtingesnė reakcijų seka. Mažiausia žvaigždės masė, kurioje pasiekiama 10 mln. K temperatūra ir vandenilis ima virsti heliu yra 0,1 Saulės masės. Ši reakcija vyksta ir Saulės viduje, kur dabar tempratūra yra 14 mln. K. 100 mln. K temperatūroje, kuri pasiekiama jau 2 Saulės masių žvaigždėse helis virsta beriliu ir galiausiai anglies atomu. 600 mln. K temperatūroje, kuri pasiekiama mažiausiai 4 Saulės masių dydžio žvaigždėse anglis ima virsti neonu, o šis - magniu. Vis aukštesnėje temperatūroje prasideda ir vis sudėtingesnės reakcijos, kurių metu susidaro ir naujų cheminių elementų branduoliai. Taip susidarė dešimt (kartu su H ir He) labiausiai Visatoje paplitusių cheminių elementų - C, N, O, Ne, Mg, Si, S, Fe. Kiti, sunkesni už geležį elementai susidarė jau kitu būdu - po Supernovų sprogimo, jų branduoliams pasipildant neutronais (Ranen, Jacobsen, 2006). Šių elementų „gamybai“ per visą Visatos istoriją buvo sunaudota apie 4 proc. vandenilio atomų. Todėl dabar Visatoje vandenilis sudaro 71%, helis – 28%, aštuoni aukščiau išvardinti elementai – apie 0,9%, o kiti 83 gamtoje aptinkami elementai – apie 0.1% (Delsemme, 1998, p.44). Bet tai tik apytikriai skaičiai, juolab atskirų elementų kiekis įvairiose Visatos vietose yra ne vienodas. 3.1 lentelė. Cheminių elementų susidarymas žvaigždėse Termobranduolinės reakcijos žvaigždėse Susidarantys cheminiai elementai Įkaitimo temperatūra (mln. K) 4(1H) 4 He 10 3(4He) 8Be+4He 12C+4He 12C 16O 100 2(12C) 20Ne+4He 4He+20Ne 23Mg+n 600 2(16O) 2(16O) 4He+28Si 24Mg+2(4He) 1500 2(28Si) 56Fe 4000 56Fe 13(4He)+4n 6000 Kaip matyti, ketvirtasis labiausiai paplitęs Visatoje elementas yra anglis. Tai labai svarbi aplinkybė, nes anglies atomai jungdamiesi su vandenilio, deguonies, sieros, azoto atomais ir tarpusavyje gali sudaryti sudėtingas organines molekules be didelių energijos sąnaudų, todėl jie yra tinkamiausia gyvųjų organizmų statybinė medžiaga. Anglies atomų, susidarymui žvaigždėse, termobranduolinių reakcijų metu reikia labai gerai suderinto branduolių parametrų derinio. Pagal anglies susidarymo reakciją pirmiausiai iš helio susidaro berilio atomo branduolys, kuris vėl jungiasi su helio branduoliu, sudarydamas anglį: 4He + 4He 8Be; 8Be + 4He 12C + γ; čia γ - yra gama kvantas. Tokia jungtis yra galima dėl pakankamai ilgo 8Be skilimo pusamžio (10-17s), ilgesnio negu susidūrimo tarp dviejų He atomų laikas (10-21s). Dėl to 8Be gyvuoja pakankamai ilgai ir suspėja susijungti su heliu į anglies atomą. Jei berilio gyvavimo laikas būtų šiek tiek trumpesnis, jis suskiltų, ir anglis nesusidarytų. Kita aplinkybė yra ta, kad 8Be ir 4He atomų jungimosi į 12C energetinės sąlygos yra palankesnės, negu 12C ir 4He jungimosi į 16O, todėl pirmoji reakcija vyksta dažniau. Jei tos sąlygos būtų tik truputį kitokios, Visatoje būtų daugiau deguonies arba berilio ir mažiau anglies. O be pakankamo anglies kiekio gyvybės atsiradimas būtų neįmanomas (Cataldo, 2004, p. 102). Taigi, atskirų elementų kiekį ir tuo pačiu gyvybės atsiradimą mūsų Visatoje lėmė tam tikros fizikinių konstantų reikšmės. Iš žvaigždžių, susidarę naujų elementų branduoliai pasklido po Galaktiką išnešiojami žvaigždžių vėjo arba novų ir supernovų sprogimų metu. Ši medžiaga pradžioje buvo tik plazmos būvio, tai yra atomų branduoliai neturėjo elektronų. Tarpžvaigždinėje erdvėje atomų branduoliai prisijungė elektronų ir galėjo jungtis tarpusavyje sudarydami molekules. Skirtingų žvaigždžių aplinkoje susidarė ne vienodi atskirų cheminių elementų kiekiai. Ten kur buvo santykinai daugiau deguonies, jis oksidavo vandenilį ir metalus sudarydamas su jais junginius. Pavyzdžiui, gerai žinomą H2O – vandenį. Šis junginys yra labiausiai paplitusi triatomė molekulė. Itin paplitusi dviatomė molekulė yra CO – anglies monoksidas. Tose tarpžvaigždinės erdvės vietose, kur deguonies atomų buvo mažiau, susidarė karbidai, nitridai, grynos geležies ir anglies molekulės. Šie junginiai molekulių sankaupų pavidalu sudarė pirmąsias kietąsias daleles, vadinamas ikisaulinėmis dulkelėmis. Tai silicio, titano, geležies, cirkonio, molibdeno karbidai, Si nitridas - Si3N4, olivinas – (MgFe)2SiO4, grynuolė geležis, grynuolė anglis (C) grafito pavidalo ir deimanto pavidalu. Ikisaulinės dulkelės nėra vien teorinė idėja – kosmose matomi iš tokių dalelių sudaryti debesys, o jos pačios - nuo kelių nanometrų iki 10–20 mikrometrų dydžio grūdelių pavidalu randamos meteorituose (3.5 pav.). 3.5 pav. Dulkių debesis NGC 281 (http://www.astronomai.lt/index.php?astro=60421) ir kosminių dulkių dalelės - silicio karbido (kairėje) ir grafito „ikisauliniai“ grūdeliai. Nuotr. S.Amari ir S.Mesendžeris (Amari, Messenger). (Davis ir kt., 2003). Juose surasta ir mikroskopinių deimantų, dėl smulkumo vadinamų nanodeimantais. Jų dydis vos 2–4 nanometrai, tai yra jie sudaryti tik maždaug iš 2000 anglies atomų (Daulton ir kt., 1996). Šios tarpžvaigždinės dulkės yra senesnės už Saulės sistemą, nes jau buvo ikisauliniame dulkių-dujų debesyje, iš kurio ji susidarė. Tokiu būdu įvairiose Visatos vietose, tarpžvaigždinėje ir priežvaigždinėje erdvėje atsirado daug įvairių junginių, tarp jų ir sudėtingų organinių. Viso nustatyta apie 130 molekulinių darinių, iš jų apie 60 organinių molekulių (Crovisier, 2004). Tarp jų yra acetono, dimetileterio, paprasto cukraus, metileno glikolio, amino rūgšties glicino, ir netgi alkoholio (Conway Morris, 2003, p. 33). Tarp šių junginių yra ir molekulių, reikalingų gyvybei Žemėje atsirasti, vadinamų prebiotinėmis, iš kurių skystame vandenyje gali susidaryti nukleininės ir amino rūgštys. Iš jų svarbiausios yra vanduo, formaldehidas, (H2CO), hidrociano rūgštis (HCN), HC3N, CH3CN (Delsemme, p. 67; Crovisier, 2004). Atskirų molekulių kiekis tarpžvaigždinėje erdvėje yra nevienodas. CO, N2, H2O, H2CO kiekis siekia 10 ppm, HCN, HNC, NH3, CO2, CH3OH - apie 1 ppm; CH4, CH3-O-CH3 - 0,1 ppm, SO, SO - 0,01 ppm. (santrumpa „ppm“ reiškia milijoninę dalį nuo angliško „part per million“). Kaip minėta, vieni didžiausių mūsų Visatos darinių yra galaktikos, kurių matomoje Visatos dalyje šiuo metu yra apie 140 milijardų. Mūsų galaktika - Paukščių takas susidarė praėjus maždaug 5 mlrd. m. po Didžiojo sprogimo, tai yra maždaug prieš 7-8 mlrd metų. Tai yra spiralinė galaktika, kurią sudaro apie 300-400 mlrd. žvaigždžių, taip pat dujos ir dulkės pasklidusios tarpžvaigždinėje erdvėje. Galaktikos viduryje yra žvaigždžių santalka - centrinis telkinys – tarsi išsipūtimas, kurį supa plokščias diskas. Diske yra didžioji dalis žvaigždžių, taip pat ir Saulė. Žvaigždės ir molekuliniai debesys ir diske pasiskirstę netolygiai, o telkiasi spiralinėse vijose (3.6-7 pav.). Vijos yra tos vietos Galaktikoje, kur gimsta naujos žvaigždės, o kitos sensta, galiausiai virsdamos supernovomis. 3.6. Paukščių tako galaktika. Pietinė disko juosta. Nuotrauka daryta Australijoje, išlaikant 40 min., o spalvos paryškintos skaitmeniniu būdu. Matomos ryškios žvaigždės, tamsios dulkių juostos, raudono švytėjimo ir melsvojo atspindžio ūkai, žvaigždžių sankaupos (klasteriai). Arba 3.6 pav. Taip Paukščių tako galaktika matoma iš Žemės. 3.7. pav. Spiralinė galaktika M83 ir Saulės sistemos padėtis Pukščių tako galaktikoje. Saulė yra maždaug 30000 šviesmečių nuotoliu nuo Galaktikos centrinės santalkos. Ji, kartu su ją supančiomis planetomis, taip pat ir mūsų Žeme, skrieja aplink Galaktikos centrą 200-250 km/s greičiu ir apsisuka apie jį maždaug per 200 milijonų metų. Saulės sistema o tuo pačiu ir Žemė, skriedama galaktikoje kerta spiralines galaktikos vijas, kur žvaigždžių tankumas yra didesnis, sutinka įvairaus stiprumo kosminės spinduliuotės srautus. Kosminę spinduliuotę sudaro protonų, helio ir kitų atomų branduolių, elektronų ir kitokių dalelių, bei elektromagnetinių bangų, judančių beveik šviesos greičiu srautas. Šių dalelių koncentracija tarpžvaigždinėje erdvėje yra maždaug 1 dalelė į 10000 m3. Kosminius spindulius skleidžia žvaigždės ir kiti objektai galaktikose, ypač sprogdamos supernovos. Yra kosminių objektų, kurie gali paskleisti ir dar didesnį spinduliavimą. Pavyzdžiui, susiduriant dviems neutroninėms žvaigždėms išsiskiria 1053 ergų energijos. Žemę pasiekia elementarių dalelių srauts, atsklindantis iš tarpžvaigždinės erdvės už Saulės sistemos ribų, bet jis yra silpnas, palyginti su sklaidžiamu Saulės. Apie 91 proc šių dalelių sudaro protonai, 7 proc. - α dalelės (helio branduoliai), 1 proc - elektronai, o likusią dalį įvairios kitos dalelės. Stiprus spinduliuotės srautas gali paveikti Saulės sistemos ir pačios Žemės būklę, ypač jos biosferą. Manoma, kad tokį poveikį Žemė patiria maždaug kas 100-200 milijonų metų, nors tai nėra patikimai patvirtinta nei astronominiais, nei geologiniais duomenimis. Yra ir priešingų nuomonių, kad Saulės sistema ir jos planetos kol kas išvengė susidūrimo su Galaktikos spiralės šakomis ir ligi šiol skriejo erdvėje, kur žvaigždžių ir kitų pavojingų kosminių objektų tankumas yra nedidelis (Norris, 2000; Conway Morris, 2003, p. 103). Kaimynystė su didelėmis žvaigždžių santalkomis, kurių daugiau yra Galaktikos viduryje padidina tokių įvykių tikimybę, tuo pačiu ir stiprios jonizuojančios spinduliuotės galimybę. Šiuo požiūriu, Saulės sistema, o kartu ir mūsų Žemė yra palankioje padėtyje, būdama atokiau nuo Galaktikos centro. Neseniai mokslo literatūroje atsirado nauja sąvoką - „Galaktikos gyvybės juosta“ (Galactic Habitable Zone). Ji apibudinama, kaip sritis Galaktikoje, kurioje yra palankios sąlygos egzistuoti gyvybei. Tos juostos padėtį ir dydį lemia du svarbiausi veiksniai. Pirmas, tai – jonizuojančios spinduliuotės stiprumas ir kometų smūgių dažnumas. Šis veiksnys stiprėja arčiau galaktikos centro ir nustato vidinę gyvybės juostos ribą. Antras veiksnys – tai sunkiųjų cheminių elementų kiekis aplinkoje. Jis priklauso nuo Galaktikos raidos etapo ir mažėja tolstant nuo jos centro, todėl nustato išorinę gyvybės juostos ribą. Toje vietoje, kur yra mūsų Saulės sistema yra santykinai daugiau elementų, sunkesnių už H ir He. Ypač svarbu tai, kad čia yra santykinai daugiau anglies. Galaktikoje vidutiniškai yra 225 anglies atomai milijonui vandenilio atomų, o Saulės sistemos aplinkoje - 350-470. Galaktikos taip pat keičia savo padėtį Visatoje ir gali susilieti. Paukščių tako galaktika maždaug po 2 mlrd. metų gali susilieti su kita, irgi spiraline Andromedos galaktika. Kas tuo metu įvyks sunku numatyti. Medžiagos tankis galaktikose yra labai nedidelis, todėl žvaiždžių susidūrimo tikimybė galaktikų susiliejimo metu yra labai maža. Bet masės pasiskirstymas, o tuo pačiu gravitacinis laukas – pakis. Tai gali sukelti kometų srautus į Saulės sistemeos vidurines dalis, o tuo pačiu ir į Žemės aplinką. Apibendrinant Visatos raidą matyti, kad ji vystosi sandaros sudėtingėjimo kryptimi, tai yra joje atsiranda vis sudėtingesni dariniai. Tai glaustai išdėstė astrofizikas Armandas Delseme: „Pirmapradis sprogimas pirmiausiai sukūrė elementarias daleles, po to sujungė jas į lengvuosius atomus, kurie sudarė pirmąsias žvaigždes. Šios žvaigždės savo branduoliuose „pagamino“ daug įvairių sunkiųjų atomų, po to sprogo, išsklaidydamos elementus plačiai po tarpžvaigždinę erdvę. Šie nauji atomai susijungė į pirmus kietos medžiagos grūdelius ir pirmąsias organines molekules. Kieta medžiaga sudarė sąlygas gimti planetoms, tokioms, kaip Žemė. Tokioje planetoje organinės molekulės sujungė visus elementus, reikalingus gyvybės atsiradimui. Biologinė evoliucija, kurios būdu išsivystė protas, atrodo yra pasekmė kosminių procesų, kurie prasidėjo dėl nedidelio asimetrijos poslinkio“ (aukščiau minėto truputį didesnio materijos kiekio, lyginant su antimaterija GM past.) (Delsemme, 1998, psl. 3). 3.2. Žemė Saulės sistemoje Saulės sistemą sudaro pati Saulė, kuri yra palyginti nedidelė žvaigždė, jos traukos lauke aplink ją besisukančios planetos ir smulkūs kosminiai kūnai - planetų palydovai, asteroidai, kometos, meteoroidai, dulkės ir dujos. Mūsų žvaigždė Saulė yra sudaryta iš vandenilio ir helio, o jos masė (1,969x1030 kg, 330000 kartu daugiau negu Žemės) sudaro apie 99,86 proc. visos Saulės sistemos masės. Atitinkamai ir visoje Saulės sistemoje vandenilis ir helis sudaro 98,1 proc., o O, C, N, Fe, Mg, S, Ne – apie 1.87 proc. Saulės medžiaga yra plazmos būvio. Joje nuolat vyksta branduolinės reakcijos (3.8 pav.). Svarbiausia, vyraujanti reakcija yra vandenilio virtimas heliu. Šio virsmo metu ir išsiskiria energija, susitelkusi pačioje Saulėje ir sklindanti nuo jos įvairių elektromagnetinių bangų ir elementarių dalelių pavidalu. Šių reakcijų metu dalis, o būtent 0,712% vandenilio masės virsta energija, pagal žinomą A.Einšteino formulę: E=mс2 (Benestad, 2006). Per 4.6 mlrd. metų, prabėgusių nuo Saulės susidarymo, sunaudota beveik pusė joje buvusio vandenilio. Taigi Saulė šiuo metu yra įpusėjusi savo amžių. Per tą laiką Saulės spinduliuotė palaipsniui stiprėjo. Šiuo metu ji yra 30-40 proc. stipresnė, negu pradžioje, prieš 4,6 mlrd. metų. Manoma, taip yra dėl to, kad mažėjant vandenilio kiekiui Saulėje, jos tūris mažėja, branduolys darosi tankesnis ir ten susidaro daugiau termobranduolinės energijos (Benestad, 2006). Šiuo metu Saulės paviršiuje temperatūra yra apie 6000 K, o centre siekia 1.56x107 K. 3.8 pav. Saulės išorinis vaizdas su protuberancais ir dėmėmis jos paviršiuje. Žemei tenka vos milijardinės (~5x10-10) dalys nuo Saulės skleidžiamo energijos srauto, bet tai yra praktiškai visa energija, kurią mūsų planeta gauna iš išorės. Saulei sukantis aplink savo ašį susidaro stiprus magnetinis laukas, kuris veikia Saulės energetinį aktyvumą. Saulės magnetinio lauko ir spinduliuotės stiprumas svyruoja periodiškai, maždaug kas 11 metų. Tokiu periodu kinta Saulės dėmių - vėsesnių plotų Saulės paviršiuje kiekis, dydis ir padėtis. Beje, Saulė išspinduliuoja daugiau energijos tada, kai dėmės užima didesnį plotą (Smithson, Addison ir kt., 2002). Nuo Saulės sklindanti spinduliuotė vadinama Saulės vėju. Tai yra aukštos energijos dalelių srautas, kurį daugiausiai sudaro protonai ir elektronai, skriejantys 300-800 km/s greičiu. Šių dalelių tankis Žemės aplinkoje yra ~5 cm3 (Pyragas ir kt., 2006, p.74). Kartu nuo Saulės sklinda ir elektromagnetinė spinduliuotė gama, rentgeno, ultravioletinių spindulių, šviesos, radijo bangų pavidalu (3.9 pav.). Trumpiausios šio spinduliavimo bangos yra gama spinduliai, jų ilgis yra apie 0,0001 μm, o ilgiausios - radijo bangos, siekia 100 kilometrų ilgį. Žmogaus akis mato tik nedidelę šio spektro dalį, kuri ir vadinama matomąja šviesa. Tai bangos, kurių ilgis yra nuo 0,4 iki 0,7 μm (3.10 pav.). 3. 9 pav. Bendras aukštos energijos dalelių srautas veikiantis Žemę (a); ultravioletinių spindulių atspindys nuo jonizuoto helio sluoksnio Žemės atmosferoje (b); vizualizuotas rentgeno spindulių srautas į Žemės šiaurinį ašigalį, “polarinio lietaus” metu 1999.05.11. NASA's Polar spacecraft. 3.10 pav. Elektromagnetinių bangų spektras ir žmogaus matoma jo dalis Atmosferoje Saulės spinduliuotė sukelia antrinių dalelių srautą. Protonai atsitrenkia į jos dujų atomus ir susidaro miuonų, pionų, elektronų, pozitronų srautas. Daugiausiai jų susidaro atmosferoje, maždaug 20 km aukštyje. Didelę dalis jų ir sugeriama atmosferoje, o Žemės paviršių daugiausiai pasiekia daugiausiai miuonai. Tai dalelės turinčios tokį pat krūvį, kaip elektronas, bet gerokai sunkesnės. Jos labai skvarbios ir gali pasiekti kelių šimtų metrų, netgi kilometro gylį. Žemuose atmosferos sluoksniuose Saulės neutronai sąveikauja su azoto atomais ir susidaro radioatyvaus anglies izotopo 14C atomai (Grigas, 2009). Veikiant kosminei spinduliuotei Žemės paviršiaus uolienose susidaro nauji cheminių elementų izotopai - 10Be, 26Al, 36Cl, 21Ne (3.11 pav.) Saulės vėjas buvo svarbus veiksnys susidarant planetoms. Jis veikė pirminės kosminės medžiagos išsiskaidymą (diferenciaciją) Saulės sistemoje, o tai, savo ruožtu, lėmė skirtingą atskirų planetų sudėtį. Saulės spinduliuotė yra svarbiausias energijos šaltinis Žemei ir kitoms planetoms. Dalis Saulės spinduliuotės atmosferoje ir Žemės paviršiuje virsta šilumine energija, dalis sugeriama vykstant įvairioms cheminėms reakcijoms Žemės paviršiuje, tiek negyvoje, tiek gyvoje gamtoje, pavyzdžiui dūlėjimas ir fotosintezė. Saulės spinduliuotė stipriai veikia Žemės magnetinį lauką, atmosferos būklę ir sudėtį, paviršių. Tam tikrų rūšių spinduliai, pavyzdžiui, ultravioletiniai ardo organines molekules. 14C atomai padidina priepaviršinės atmosferos radioaktyvumą, yra įsisavinami gyvų organizmų, o tai mažina jų gyvenimo trukmę, kelia mutacijų tikimybę. Todėl stiprus Saulės spinduliuotės srautas gali sukelti organizmų mutacijas, o kai kuriems netgi yra pražūtingas. Nuo pernelyg stipraus Saulės spinduliavimo Žemę apsaugo magnetinis laukas ir atmosfera. 3.11 pav. Kosminės spinduliuotės virsmas atmosferoje. p – protonas; π – pionas; γ – gama fotonas; μ – miuonas; e- - elektronas; e+ - antielektronas; n - neutronas. http://www.vpu.lt/astro/galaktikos/Teorija/Ekst%20ir%20Galaktika6.ppt#267,7 Planetos. Visos planetos sukasi apie Saulę prieš laikrodžio rodyklę (jei žiūrėti iš tos pusės į kurią nukreiptas Žemės šiaurinis ašigalis) ir visų orbitos yra vienoje plokštumoje, kuri vadinasi ekliptikos plokštuma. Tai aiškinama tuo, kad jos visos susidarė maždaug vienu metu iš to paties besisukančio disko pavidalo dulkių dujų debesies. Tik Plutono sukimosi plokštuma yra palinkusi kampu į kitų planetų plokštumą. Todėl ir abejojama ar Plutonas apskritai yra planeta. Manoma, kad jis galėjo būti kurios nors planetos palydovas (kaip Mėnulis) tik išmuštas iš „savo vietos“ dėl susidūrimo su kitu kūnu. Artimiausios Saulei arba vidinės planetos – Merkurijus, Venera, Žemė ir Marsas yra vadinamos Žemės grupės planetomis. Tolimesnės, išorinės planetos - Jupiteris, Saturnas, Uranas, Neptūnas vadinamos Jupiterio arba Jovijos grupės planetomis. Esminis skirtumas tarp jų yra tas, kad Žemės grupės planetos yra „uolinės“ arba akmeninės, tai yra sudarytos daugiausiai iš kietos medžiagos - metalų ir jų silikatų. Tuo tarpu Jupiterio grupės planetos – iš esmės yra H, He ir kitų dujų sankaupos, neturinčios kieto paviršiaus. Atkreipkite dėmesį planetų tankius, pateiktus III.2 lentelėje. Jupiterio grupės planetų jie artimi vandens tankiui, o Saturno jis netgi mažesnis – 0,7 g/cm3 (3.9 pav.) 3.9 pav. Saulės sistemos planetos Tokie planetų sudėties skirtumai aiškinami tuo, kad susidarant planetoms, Saulės vėjas nupūtė lengvus dujinius junginius toliau nuo Saulės, nes arčiau Saulės esančių proplanetų traukos jėgos nepakako sulaikyti dujoms. Toliau nuo jos, kur Saulės vėjas buvo silpnesnis, kietos Jupiterio grupės proplanetos jau sulaikė dujas ir sudarė aplink save tankų jų apvalkalą. Be to, Jupiterio grupės planetos susidarė už vadinamosios „sniego linijos“, kuri yra 5 AU atstumu nuo Saulės. AU – tai astronominis vienetas – (angl. astronomic unit) - nuotolis, lygus vidutiniam Žemės orbitos atstumui nuo Saulės, tai yra 150 mln. km. Kiekviena iš Saulės sistemos planetų, taip pat ir Žemės grupės planetos yra skirtingos ir savitos. Esminis požymis čia yra ne tik, dydis, sudėtis ir sandara, bet ir jų padėtis Saulės sistemoje. Žemės padėtis čia yra ypatinga ir išskirtinė, nes ji vienintelė yra vadinamoje „priežvaigždinėje gyvybės juostoje“ (angl. Circumstelar Habitable Zone). Priežvaiždinė gyvybės juosta yra įsivaizduojama erdvė apie Saulę, kur sąlygos yra tinkamos atsirasti ir išsilaikyti gyvybei (Kasting, Catling, 2003). Ši sritis dar vadinama ekosfera. Šią sritį apibudina keli svarbiausi požymiai. Pirmas, tai – planetų paviršiaus temperatūra, kurioje vanduo išlieka skysto būvio. Kitas svarbus veiksnys yra Saulės spinduliuotės stiprumas, kuri teikia energiją Žemei, bet didelis jos srautas ypač ultravioletinės dalies ardo sudėtingus organinius junginius ir kenkia organizmams. Kitaip sakant, tai sritis aplink Žvaigždę, kur gali laikytis skystas vanduo, organinė medžiaga ir yra pakankamai, bet ne per daug Saulės energijos (3.10 pav.) 3.10 pav. Saulės sistemos gyvybės juostos padėtis Iš visų planetų ir jų palydovų tik Žemės paviršiuje yra skysto vandens. Skysto būvio medžiaga be jos nustatyta tik Saturno palydovo Titano paviršiuje, bet tai, manoma, yra ežerai iš skysto metano ir etano. Žemėje yra organizmų, kurie išgyvena temperatūroje nuo -80oC (Antarktidoje) iki +113oC (hidroterminėse versmėse vandenynų dugne), bet daugumai jų ribinė temperatūra yra +_ 45oC. Jei Žemė būtų bent 1 procentu toliau arba 5 procentais arčiau Saulės, šios sąlygos nebūtų išlaikytos ir gyvybė joje bent jau tokiu pavidalu, kaip dabar būtų neįmanoma (Bryson, 2007, p.257). Šiuo metu gyvybės juosta yra tarp Marso ir Veneros orbitų, taigi tik Žemė yra jos ribose. Venera yra pernelyg arti Saulės, jos tanki atmosfera ir didelis slėgis palaiko paviršiuje labai aukštą temperatūrą ir tenai nėra skysto vandens. Marsas yra pernelyg mažas, jis prarado didelę dalį savo atmosferos ir ten jei ir yra vandens, tai tik ledo pavidalu. Tačiau kaip keisis Žemės padėtis ateityje? Priežvaidždinės gyvybės juostos padėtis ir plotis nuolat kinta. Jis labiausiai priklauso nuo Saulės spinduliavimo stiprumo, nes tai sukelia įvairius pokyčius planetų paviršiuje – atmosferos sudėties kitimą, paviršiaus temperatūros svyravimą, skysto vandens buvimą, jo kiekį ir kitus reiškinius, svarbius gyvybės atsiradimui ir išlikimui. Kinta ir pačių planetų būklė, nes jose nuolat vyksta įvairūs geologiniai procesai, kurių metu persiskirsto medžiaga, keičiasi sferų sudėtis ir jų apsauginės savybės. Įvertindami šiuos veiksnius Zigfridas Frankas su bendradarbiais apskaičiavo, kad Saulės sistemos gyvybės juosta siaurėja. Prieš milijardą metu ji apėmė ir Marso orbitą, dabar į ją pakliūna tik Žemė, o dar po 0,5-1 mlrd. metų ji gali susiaurėti tiek, kad ir Žemė liks už jos ribų ir biosfera joje išnyks (Conway Morris, 2003; Frank, Kossacki ir kt., 2000; Frank, Block ir kt., 2001). Labiausiai tai lems Saulės raida. Kai joje sumažės vandenilio ištekliai ji taps raudonąja milžine, labai padidės ir išsiplės už dabartinės Žemės orbitos ribų. Gyvybės juosta pasistūmės gerokai toliau, ties Jupiterio orbita. Gyvybė gal būt galės išsilaikyti Jupitero ar Saturno palydovų paviršiuje, o Žemė greičiausiai išgaruos. Šiom sąlygom viskas priklauso nuo gyvybės (tai yra mūsų) sugebėjimo prisitaikyti prie kintančių aplinkos sąlygų ir laiku persikelti toliau nuo Saulės į kitas planetas ar kosminę erdvę (Pranzos, 2000). Labai trumpai žvilgterėsime ir į artimiausias mūsų kaimynes, kad suvoktume, kuo ir kiek nuo jų skiriasi mūsų Žemė. Merkurijus yra artimiausia Saulei ir mažiausia planeta. Jis sudaro tik apie 5,5 proc. Žemės masės ir yra nedaug didesnis už Mėnulį. Jis neturi atmosferos, todėl jo paviršiuje temperatūra svyruoja nuo +470 oC dieną iki – 180oC naktį. Paviršiuje matyti asteroidų smūgių išmušti krateriai, bazalto lavos srautai žemumose. Merkurijus turi magnetinį lauką, panašaus tipo, kaip ir Žemė, bet, maždaug 100 kartų silpnesnį. Venera yra beveik tokio dydžio, kaip Žemė. Bet jos atmosfera apie 90 kartų tankesnė už Žemės. Joje net 95 proc. sudaro CO2, o debesys būna sudaryti iš sieros rūgšties lašelių. Dėl artumo prie Saulės ir didelio šiltnamio efekto jos paviršiaus temperatūra yra apie 480oC. Todėl vanduo Veneroje yra tik garų pavidalu. Įdomu, kad bendras CO2, SO2, HCl kiekis abiejose planetose yra panašus, bet Veneroje didžioji dalis šių junginių yra atmosferoje, o Žemėje jie yra karbonatų ir kitų druskų pavidalu, sudarančių uolienų sluoksnius arba jie yra ištirpę vandenynų vandenyje (Roose-Serote, 2004). Taip yra todėl, kad Žemėje yra skysto vandens ir kontinentų su lengva sialine (daugiausiai iš Si ir Al sudaryta) pluta. Vandenyje yra didelis ištirpusių druskų kiekis, bet palankiose sąlygose daug jos nusėda iš vandens nuosėdinių uolienų pavidalu ir yra ilgam laikui „išimama iš apyvartos“. Todėl Žemėje, nei vandenyje, nei atmosferoje nesusidaro didelė šių junginių (CO2, SO2, HCl) koncentracija ir nesukelia šiltnamio efekto, aukšto vandenynų druskingumo, vandens agresyvumo ir kitų reiškinių kurie mūsų Žemę padarytų netinkama gyvybei. Venera taip pat turi geležinį branduolį, bet neturi tokio magnetinio lauko, kaip Žemė. Taip gali būti dėl jos lėto sukimosi aplink savo ašį – per 243 Žemės paras. Kiek aktyvios yra Veneros gelmės – nežinia. Yra nuomonių, kad ten irgi gali būti konvekcija, tai yra medžiagos apytaka, panaši į tą kuri vyksta Žemėje, tačiau paviršiuje ji nepasireiškia dėl storos bazaltinės Veneros plutos, kuri susidarė geologinėje praeityje aktyvaus magmatizmo sąlygomis. Marsas yra žymiai mažesnis už Žemę, sudaro tik 10,7 proc. jos masės. Tokios masės sukeliamos traukos nepakanka išlaikyti atmosferai, kuri yra sudaryta beveik vien (95,3%) iš CO2, bet apie 100 kartų retesnė, negu Žemėje, o jos slėgis paviršiuje yra tik 0,006 Žemės atmosferos slėgio. Todėl ir Marso paviršiaus temperatūra yra daug žemesnė, svyruoja nuo +20 iki -140oC. Jame nėra skysto vandens, nors anksčiau jo, atrodo, būta. Tai rodo gilūs šakoti slėniai, griovos ir kitos paviršiaus ypatybės, išgraužtos tekančio vandens. Jupiteris yra didžiausia Saulės sistemos planeta ir priklauso dujinių planetų grupei, kurios susidarė daugiausiai iš vandenilio, helio ir kitų lakių junginių. Jupiterio atmosfera palaipsniui pereina į molekulinio vandenilio vandenyną, kurio gylis yra apie 17000 km. Apytikriai 44000 km gylyje prasideda kieto vandenilio sluoksnis, o planetos centre yra apie 10000 km spindulio branduolys, sudarytas iš silikatų, susimaišiusių su vandens, amoniako ir metano ledu (http://lt.wikipedia.org/wiki/Jupiteris). Jupiterio kietas silikatinis-metalinis branduolys sudaro tik 0,5 proc. jo bendro tūrio. Tiesa, tas „branduoliukas“ yra gerokai didesnis už Žemę. Apibendrintai, svarbiausios Žemės ir kitų planetų ypatybės yra pateiktos 3.2 lentelėje. 3. 2 lentelė. Saulės sistemos planetų dydis ir savybės Merkurijus Venera Žemė Marsas Jupiteris Saturnas Uranas Neptunas Skersmuo, km 4880 12104 12756 6787 142800 120000 51800 49500 Santykinė masė 0.055 0.81 1 0,11 318 95.2 14.54 17.14 Tankis, kg/cm3 5.42 5.25 5.52 3.9 1.3 0.7 1.2 1.7 Palydovai 0 0 1 2 13 10 5 2 Para, val. 1416 5832 24 24,6 9,8 10,2 11 16 Santykiniai metai 0.24 0.62 1 1.88 11.99 29.5 84 165 Atstumas nuo Saulės, mln. km 58 108 150 228 778 1427 2870 4497 Žemės atmosferos sudėtis taip pat skiriasi nuo visų kitų planetų, kas matyti iš 3. 3 lentelės. 3.3 lentelė. Planetų atmosferos sudėtis ir slėgis ( Roose-Serote, 2004) Planeta Trys pagrindinės sudėtinės dalys (%) Atmosferos slėgis (atm.) Venera CO2 – 96; N2 – 3,5; SO2 – 0,015 90 Žemė N2 -78; O2 – 21; Ar -0,93 1 Marsas CO2 – 95; N2 – 2,7; Ar – 1,6 0.006 Jupiteris H2 – 86,4; He – 13,6; CH4 – 0,18 1-5 Saturnas H – 88.5; He – 11.5; CH4 – 0.5 Be planetų Saulės sistemoje yra ir smulkių kūnų – kometų, asteroidų ir meteoroidų. Kometos yra ledo santalkos, sudarytos iš vandens ir kitų dujų ledo ir šiek tiek kietų dalelių. Be to jų sudėtyje yra daug organinių junginių, tarp jų sudėtingų, netgi aminorūgšties glicino (Crovisier, 2004). Kometų dydis daugiausiai yra apie 10 km, bet jos gerai matomos, nes jas gaubia garuojančių dujų apvalkalas, vadinamas koma, o iš paskos tęsiasi iš tų dujų sudaryta uodega, kuri kartais driekiasi milijonus kilometrų. Ji nusidriekusi į priešingą pusę nuo Saulės, nepriklausomai nuo kometos judėjimo krypties, nes ją taip nukreipia Saulės vėjas (3.16 pav.). Kometos skrieja savomis orbitomis, kaip mažieji kosminiai kūnai. 3.16 pav. Borelio (Borelly) kometos vaizdas, gautas NASA's Deep Space 1 kosminio zondo. Spalvos rodo kometos dulkių ir komos ryškumą. NASA/JPL. Daugiausia kometų, manoma yra susitelkę vadinamoje Kuiperio juostoje, kuri yra už 30-55 AU ir Oorto, tiksliau Iopiko-Oorto debesyje. Pastarasis yra ledo nuolaužų žiedas, tarp 50 ir 100 tūkst. AU atstunu nuo Saulės. Debesys yra pačiame Saulės sistemos pakraštyje, kur jos trauka jau yra tokia silpna, kad nedaug teviršija aplinkinių galaktikų trauką. Jis pavadintas pagerbiant estų fiziką Ernstą Iopiką (Öpik), kuris numatė, kad toks debesys turėtų būti Saulės sistemoje ir olandų astronomą Janą Oortą, kuris tai pagrindė matematiniais skaičiavimais. Kometos, krisdamos ant Žemės, galėjo atnešti nemažai vandens ir sudėtingų organinių junginių, kurie galėjo tapti gyvų ląstelių „sudedamosiomis dalims“, todėl vadinami prebiotinėmis molekulėmis Tačiau kometų kritimas yra katastrofiškas reiškinys, staigiai keičiantis Žemės būklę ir turintis įtakos gyvybės raidai. Laimei, nuo pernelyg dažno jų kritimo Žemę apsaugo Jupiteris, kuris savo didele traukos jėga „sugaudo“ didelę dalį kometų, lekiančių į vidines Saulės sistemos dalis. Jei tokio Jupiterio „skydo“ nebūtų, Žemę pasiektų maždaug 1000 kartų daugiau kometų (Wetherill, 1994 iš Conway Morris, 2003, p. 94). Artimesnėje Žemei aplinkoje yra ir smulkių kietų kūnų, tai - asteroidai ir meteoroidai. Asteroidai yra dar vadinami mažomis planetomis. Tačiau nuo tikrų planetų jie skiriasi tuo, kad medžiaga juose nepatyrė lydimosi ir nėra išsiskaidžiusi, tai yra jie nediferencijuoti, kaip planetos. Dalis asteroidų yra tiesiog smulkių luitų sankaupos, kurias laiko krūvoj tik labai silpna traukos jėga. Meteoroidai yra tokie pat kieti kūnai kaip asteroidai, tik mažesni, bet tiksliai jų dydis nėra apibrėžtas. Vienų autorių nuomone meteoritai yra iki 100, o kitų - 1000 metrų skersmens. Nukritę ant Žemės meteoroidai vadinami meteoritais. 3.17 pav. Asteroidas Gaspra, 19x12x11km dydžio ir asteroido Eros paviršius iš 700 m nuotolio. Vaizdas yra 33 pločio. Stambiausios nuolaužos skersmuo – 7,4 m. 3.18 pav. Visų žinomų asteroidų (gelsvi taškai) ir kometų (balti trikampiukai, nukreipti į Saulę) padėtis 2008 m. spalio 1 d. Parodytos Jupiterio ir Žemės grupės planetų orbitos, Trojanų asteroidų grupės. Pagal Paul Chodas, NASA/JPL. Dešinėje - meninis asteroidų žiedo vaizdas, žvelgiant iš jo orbitos link Jupiterio, kuris matomas tolumoje http://www.spacescan.org/images/asblt_69.jpg Meteoritai, kurie nukrenta ant Žemės, daugiasiai priklauso asteroidų grupei skriejančiai orbita artima Žemės orbitai. Jų bendras skaičius nėra tiksliai nustatytas. Manoma, kad didsenių kaip 1 km skersmens kūnų gali būti apie 2000, o mažesnių – virš 70000 (Prantzos, 2000,p. 52). Tačiau dauguma asteroidų yra susitelkę juostoje tarp Jupiterio ir Marso, vadinamame asteroidų žiede, tai yra tarp 2 ir 4 AU nuo Saulės (3.18 pav.). 2009 metų pradžiai buvo nustatyta 444 tūkst. asteroidų. Bet surastų asteroidų skaičius vis auga ir padidėja maždaug 10 proc. per metus. Tačiau tikras asteroidų skaičius nuolat mažėja, nes juos pritraukia planetos. Manoma, kad per 4,5 mlrd. metų jų bendra masė sumažėjo 1000 kartų. Dabar ji sudaro tik apie 5 proc. Mėnulio masės. Didesnių, kaip 100 km skersmens asteroidų yra apie 250, o didžiausio – Cereros skersmuo - apie 1000 km (3.17 pav.). Asteroidai skrieja apie Saulę apytkriai apskritimo pavidalo orbitomis, toje pačioje ekliptikos plokštumoje, kaip ir planetos. Tačiau dėl traukos jėgos nevienodumo kai kurių asteroidų orbitos tampa elipsinėmis ir priartėja prie Žemės orbitos. Dėl tarpusavio susidūrimų jie būna išmušami iš savo orbitos, tarsi bilijardo rutuliai ir nukrypsta link Žemės, o pakliuvę į jos traukos lauką nukrinta ant jos, padarydami nemažą įtaką jos paviršiaus būklei ir raidai. Meteoritai yra skirtingos sudėties, sandaros, amžiaus ir susidarymo būdo. Pagal sudėtį jie skirstomi į akmeninius, geležinius, mišrius geležinius-akmeninius ir mezosideritus (3.19 pav.). 3.19 pav. Įvairių rūšių meteoritai: a- chondritinio meteorito vaizdas pro mikroskopą, matomų chondrulių skersmuo apie 1 mm; b- geležinis-akmeninis meteoritas palasitas; c- geležinis meteoritas; matomi kryžminiai grynuolės geležies kristalai, vidmanštetinės figūros. Didžioji dauguma, apie 87 proc. visų asteroidų skriejančių kosmose ir meteoritų, surastų Žemėje yra chondritai. Tai akmeniniai meteoritai, sudaryti daugiausiai iš mineralų paplitusių Žemėje - olivino ((MgFe)2SiO4) ir pirokseno (MgFeSi2O6). Be to juose aptinkama grynuolės geležies, smulkučių deimančiukų ir mineralinių objektų, vadinamų Ca-Al intarpais, arba nelydžiais intarpais (angl.- CAI arba refractory inclusions) (3.20 pav.). Tai - silicio, titano, cirkonio, molibdeno karbidų, silicio ir anglies nitridų, korundo, špinelės, melilito kristaliukų sankaupėlės. Cheminiu požiūriu chondritai yra nevienalyčiai, tai yra juos sudarantys mineralai nėra cheminėje pusiausvyroje. Pavyzdžiui, greta randama oksiduotų silikatų ir visiškai neoksiduotos grynuolės geležies, nelydžios dalelės, atsparios aukštai temperatūrai ir organiniai junginiai. Tai rodo, kad chondritiniai meteoritai susidarė iš pirminės tarpžvaigždinių dulkių medžiagos, kuri buvo tik suspausta ir sutankinta. Jų kiltiniai kūnai buvo smulkios planetezimalės, daugiausiai iki kelių šimtų kilometrų skersmens, todėl jų medžiagą veikusi gravitacijos jėga tesudarė apie 1 proc. Žemės traukos jėgos ir temperatūros jų viduje nepakako lydymuisi (Delsemme, 1998). Tai seniausi kūnai susidarę Saulės sistemoje maždaug prieš 4,569 mlrd. metų (Allegre, 1995). 3.20 pav. Nelydieji intarpai chondritiniame meteorite Aljende gabale (kairėje - balti) ir po mikroskopu (dešinėje). http://www.newsdesk.umd.edu/images_releases/Ancient%20Asteroids/Science_CAI_Fig1.jpg Įdomiausia chondritų dalis yra chondrulės, nuo kurių ir kilo šios rūšies meteoritų pavadinimas. Tai - milimetrų dydžio rutuliukai iš magnio ir geležies silikatų - olivino, piroksenų (3.19 pav.). Chondrulių kilmė tebelieka mokslo mįsle. Jų amžius bent 2 milijonais metų mažesnis už kitas chondritinių meteoritų daleles. Manoma, jos susidarė dulkių debesyje, kai jo temperatūra atvėso iki 900-600 K, greičiausiai veikiant Saulės vėjui. Ypatingą meteoritų grupę sudaro anglingi chondritai. Jų sudėtyje yra daug anglies, lakių elementų ir jų junginių, taip pat ir vandens. Dažnai jie sudaryti iš vandeningų silikatų ir kitų mineralų išliekančių tik žemoje temperatūroje, kaip serpentinas, chloritas, gipsas, kalcitas, dolomitas, epsomitas. Anglies kiekis čia siekia 4-5 proc., ji būna gryna, grafito pavidalu ir organinių junginių sudėtyje, kurie yra labai įvairūs ir sudėtingi. Pavyzdžiui Murčisono (Murchison) anglingame chondrite, kuris 1969 metais nukrito Australijoje, nustatyta 411 įvairių organinių junginių, tarp jų parafinų, bitumoidų, aromatinių junginių su azotu, siera, chloru, alkanų, cianidų, cukraus, įvairių alkoholių, alifatinių rūgščių ir net 74 amino rūgštys (Delsemme, 1998, p.78). Organinė medžiaga dažnai yra sudėtingų molekulių pavidalu, kurių struktūra primena mikrodumblius, kokoidinių bakterijų ir melsvabakterių kolonijas. Manoma, kad šie junginiai turėjo didelės reikšmės gyvybės atsiradimui Žemėje (apie tai daugiau - 12.7 skyriuje). Anglingų chondritų sudėtį lėmė laisvas vanduo, kuris pradžioje buvo uolienoje greičiausiai ledo pavidalu. Tirpstant ledui ir vandeniui reaguojant su pirminiais mineralais (olivinu, piroksenais ir kitais), susidarė hidrosilikatai ir kiti vandeningi mineralai, o pirminių organinių junginių hidrolizės metu susidarė amino rūgštys ir kiti sudėtingi organiniai junginiai (Roush, Cruikshank, 2004). Akmeniniai meteoritai, kurie neturi chondrulių vadinami achondritais. Jie sudaryti iš uolienų panašių į Žemės magmines uolienas – bazaltą, diabazą, gabrą. Juose be piroksenų ir olivino, būna plagioklazo. Šios rūšies meteoritai labai reti, jų surasta vos keliasdešimt. Geležinių meteoritų sudėtyje vyrauja grynuolė geležis, su nikelio ir kobalto priemaiša. Geležiniai-akmeniniai meteoritai yra tie, kuriuos sudaro apytikriai po lygiai grynuolė geležis ir silikatai, daugiausia – olivinas ir piroksenai. Mezosideritai yra chondritų meteoritų ir grynuolės geležies nuolaužų mišinys. Meteoritų, tuo pačiu ir asteroidų kilmė yra skirtinga. Chondritiniai meteoritai yra skeveldros asteroidų, sudarytų iš kosminės medžiagos santalkų dar nepatyrusių lydimosi. Chondritų yra daugiausiai, ir jie buvo pagrindinė „statybinė medžiaga“ iš kurios susidarė Žemė ir kitos jos grupės planetos. Todėl laikoma, kad bendra, vidutinė Žemės sudėtis yra maždaug tokia, kaip chondritų. Achondritai, geležiniai ir geležiniai-akmeniniai meteoritai, manoma, yra nuolaužos pirmųjų „neišgyvenusių“ planetoidžių, kurių vidinėse dalyse jau vyko lydimasis ir medžiagos išsisikirstymas. Lydantis sunkesnė geležis atsisikyrė nuo silikatinio lydalo ir susitelkė planetoidžių branduoliuose. Iš silikatinio lydalo susidarė išorinės tų planetoidžių sferos, sudarytos iš magminių uolienų panašių į žemiškąsias, taip pat ir vulkaninių. Dėl tarpusavio susidūrimų ar kitų priežasčių, dalis planetoidžių „neišgyveno“, suskilo į gabalus. Įvairios sudėties asteroidai ir yra jų skirtingų sferų nuolaužos – geležiniai branduolio, geležiniai-akmeniniai - yra dar ne visiškai atsiskyrusi silikatinė ir geležinė pirminių planetinių kūnų medžiagos, o achondritai yra išorinių sferų, taip pat ir plutos nuolaužos. Dalis achondritų grupės meteoritų yra išmušti iš kaimyninių kosminių kūnų – Marso ir Mėnulio. Tai galėjo įvykti trenkiant į juos asteroidams. O meteoritas Kaidun, nukritęs 1980 metais Jemene, laikomas netgi Marso palydovo - Fobo gabalėliu. Kasdien ant Žemės nukrenta apie 100-1000 tonų kosminių dulkių. Tai - smulkios (<50 μm), kietos dalelės, susidariusios meteoroidų ir asteroidų susidūrimų metu arba garuojant kometoms. Artimiausias Žemės kosminis kaimynas yra jos palydovas – Mėnulis, kurio skersmuo yra 3480 km (3.21 pav.). Tiesa, palydovus turi ir kai kurios kitos planetos, bet Mėnulis yra santykinai daug didesnis ir jo poveikis Žemei yra stipresnis. 3.21 pav. Žemės palydovas - Mėnulis Mėnulis skrieja aplink Žemę orbita, kurios artimiausias nuo Žemės taškas yra už 363 300 km, o labiausiai nutolęs - už 405 500 km. Mėnulio orbitos padėtis keičiasi. Maždaug prieš 4 mlrd. metų Mėnulis sukosi 16000 km arčiau nuo Žemės, o dabar jis tolsta nuo jos maždaug 2,54 cm per metus. Mėnulio kaimynystė turi įtakos Žemės būklei taip pat ir tiems reiškiniams, kurie yra svarbūs gyvybei Žemėje. Jis mažina Žemės sukimosi aplink savo ašį greitį, jos ašies svyravimus ir tokiu būdu stabilizuoja Žemės būklę ir joje vykstančius procesus. 4. ŽEMĖS PLANETOS YPATYBĖS 4.1. Žemės padėtis ir pavidalas Žemė, didžiuliu greičiu skrieja erdvėje, vienu metu keliomis orbitomis. Aplink Saulę ji lekia 30 km/s greičiu, kartu su Saule ji skrieja Galaktikoje 250 km/s greičiu, o kartu su Galaktika skrieja erdvėje 300 km/s (Livingston, 2006). Vidutinis Žemės atstumas nuo Saulės yra apie 150 mln. km. Tačiau jos orbita yra šiek tiek ištęsta, tai yra ne apskritimo, o elipsio pavidalo. Jos nukrypimas nuo taisyklingo apskritimo vadinamas orbitos ekscentriškumu. Tolimiausias tokios ekscentriškos orbitos taškas vadinamas afeliu, o artimiausias – periheliu. Atstumas nuo Saulės iki šių taškų šiuo metu skiriasi 4,9 mln. km. Žemės orbitos ekscentriškumas arba ištėstumas periodiškai kinta, tai yra kartojasi maždaug kas 97-100 tūkstančių metų (4.1 pav.). Nuo atstumo iki Saulės priklauso Žemę pasiekiančios spinduliuotės stiprumas. Šiuo meu, skirtmas tarp Žemės paviršių pasiekiančios spinduliuotės stiprumo tolimiausiame ir artimiausiame jos orbitos taške skiriasi 890 W/m2, arba 7 proc. todėl tai yra labai svarbus klimato veiksnys (žr. ....sk.). 4.1 pav. Žemės orbitos ekscentriškumo periodiškas kitimas Žemės ašis yra palinkusi į jos sukimosi aplink Saulę plokštumą (ekliptiką) 66,5 laipsnių kampu. Kitaip sakant ašies nuokrypis nuo statmens į ekliptiką šiuo metu yra 23,5 laipsniai (tiksliau 23o27‘). Tai vadinama ekliptikos pasvyrimu (4.2 pav.). Dėl jo, sukantis Žemei aplink Saulę į ją būna atsuktas tai šiaurinis, tai pietinis ašigalis. Todėl kovo-rugsėjo mėnesiais dalis šiaurinio pusrutulio yra nuolatos apšviesta Saulės, o pietinio pusrutulio ašigalio srities Saulė visai neapšviečia. Spalio-vasario mėnesiais yra priešingai. Platuma, ties kuria bent vieną dieną metuose Saulė žiemą nepakyla virš horizonto, o vasarą už jo nenusileidžia yra kaip tik 66.5 laipsnio. Ji ir vadinama poliariniu ratu arba speigiračiu. (4.3 pav.). Dėl ašies polinkio, įvairiu metų laiku šiaurinis ir pietinis pusrutuliai gauna skirtingą Saulės energijos kiekį. Tokiu būdu Žemės ašies pasvyrimas lemia metų laikų kaitą ir klimato juostų padėtį Žemėje. 4.2 pav. Žemės ašies padėtis ekliptikos atžvilgiu ir jos periodiškas kitimas 4.3 pav. Vilniaus universiteto studentai-geologai žengia per speigiratį Suomijoje Ekliptikos pasvyrimo kampas yra nepastovus ir svyruoja, nuo 21,8o iki 24,4o (4.4 pav.). Tas pats polinkis kartojasi periodiškai, kas 40-41 tūkst. metų. Kuo didesnis ašies atsilenkimo nuo statmens kampas, tuo didesnis skirtumas tarp vasaros ir žiemos. Dėl Mėnulio sukimosi aplink Žemę poveikio, tas kitimas yra nedidelis ir lėtas, palyginus su kitomis planetomis (Laskar, 1993). Toks stabilizavimas padeda išvengti ir staigių klimato pokyčių, galinčių turėti neigiamų pasekmių gyvybei. Žemės ašis, išlaikydama ekliptikos pasvyrimo kampą dar sukasi aplink menamą statmenį į ekliptikos plokštumą. Apsisukimo trukmė įvairiais vertinimais yra apie 21-22 tūkst. metų. Šis reiškinys vadinamas precesija, tai yra „paankstinimas“. Turima galvoje tai, kad dėl tokio ašies sukimosi lygiadienio padėtis pasiekiama šiek tiek anksčiau. Žemės ašis dar svyruoja mažesniais apskritimais, kurių atsilenkimo kampas yra apie 18,4 sekundžių, o padėties pasikartojimas yra kas 18 metų. Tokie ašies virpesiai vadinami nutacija (nuo lot. nutare – uoti (4.4 pav.). Jos kyla dėl Mėnulio ir Saulės traukos kitimu, jiems keičiant savitarpio padėtį. Dėl išvardintų periodiškų Žemės ašies padėties svyravimų, tiek šiaurinis, tiek pietinis ašigalis nuolat keičia savo padėtį paviršiuje, brėždami jame sudėtingą kreivę (4.4 pav.). 4.4 pav. Žemės sukimosi ašies padėties kitimas: a- periodiškas kitimas – precesija ir nutacija; b- Šiaurės geografinio ašigalio judėjimas Žemės paviršiumi. Spalvota kreivė – vidutinės (6 metų vidurkis) ašigalio padėties kitimas nuo 1890 metų, o taškai rodo kasmetinę ašigalio padėtį 1996-2000 metais. Сидоренков, 2004 Žemės ašies padėtis, jos svyravimai, o tuo pačiu polių padėtis kinta ir dėl masės pasiskirstymo Žemės gelmėse ir paviršiuje kitimo. Tam turi įtakos netgi žmogaus veikla, kai jis pakeičia medžiagos pasiskirstymą paviršiuje savo kasiniais ar užtvankomis. Pavyzdžiui, užpildžius didžiausios pasaulyje Trijų tarpeklių hidroelektrinės ant Jangdzės upės Kinijoje talpyklą, susikaupia apie 39 km3 vandens. Dėl to Žemės poliai pasislenka net 2,5 cm (Tamulaitis, 2010). Žemei sukantis aplink savo ašį, kiekvienas jos paviršiaus taškas, išskyrus tik pačius ašigalius skrieja tam tikru greičiu. Ties pusiauju tas greitis yra 1662 km/val., o Lietuvos platumoje maždaug 950 km/val greičiu (Smithson, Addison ir kt., 2002; Kamuntavičius, 2005). Žemės sukimosi greitis, tiek apie savo ašį, tiek apie Saulę nuolatos kinta. Tai nustatyta instrumentiniais matavimais, vykdomais jau keletą šimtmečių. Kaip kito Žemės sukimosi greitis praeityje, kol kas nežinoma. Yra gana skirtingi vertinimai ir samprotavimai, kurie teigia, kad tas kitimas galėjo būti žymus (daugiau apie tai XI.1 skyriuje). Mėnulis pristabdo Žemės sukimąsi aplink savo ašį ir, palaipsniui ilgina paros trukmę. Manoma, kad didesnis sukimosi greitis sudarytų prielaidas stipriems vėjams, kurių vidutinis greitis būtų apie 200 km/val. Tai apsunkintų gyvybės būklę, tiek banguotose jūrose, tiek vėjuotoje sausumoje (Conway Morris, 2003, p.90). Žemės vidutinis skersmuo yra 12742 km. Tikrovėje, dėl išcentrinės jėgos, susidarančios sukantis Žemei apie savo ašį, ji kiek iškyla ties pusiauju ir susiploja ties ašigaliais. Todėl jos skersmuo per pusiaują yra maždaug 40 km didesnis negu per ašigalius. Didžiausias Žemės spindulys yra 6378,245 km. Žemės paviršius, kaip žinoma, nelygus – jame yra kalnų ir įdubų. Aukščiausias kalnas yra Džomolungma (Everestas), iškilęs 8,850 m virš jūros lygio, o giliausia vieta - Marianų duburys Ramiajame vandenyne yra 11030 m žemiau jūros lygio. Tačiau Džomolungma nėra toliausiai nutolęs nuo Žemės centro paviršiaus taškas. Dėl praplatėjimo ties pusiauju, toks taškas yra Čimborazo kalnas Ekvadore, nors jo aukštis nuo jūros lygio tėra 6267 m (2.13 ir 4.5 pav.). 4.5 pav. Čimborazo ugnikalnis Ekvadore (6267 m.) – toliausiai nuo Žemės centro nutolęs paviršiaus taškas. http://ecuadorecoadventure.com/wp-content/themes/godofgates-10/images/photos/chimborazo-horseback.JPG Patogumo dėlei Žemės pavidalu laikomas kūnas, gaunamas pratęsus vandenyno paviršių po žemynais, tarsi juos nupjaunant. Toks kūnas vadinamas geoidu. Geoido paviršiumi laikomas pasaulinio vandenyno lygis įsivaizduojamoje ramybės būsenoje. Geoido forma artimiausia elipsoidui. Tačiau tai nėra taisyklingas elipsoidas, nes tikrovėje vandenyno paviršius nėra lygus. Jo lygį veikia Mėnulio trauka, sukelianti potvynius ir atoslūgius ir išcentrinė Žemės sukimosi jėga. Be to vandenyno paviršiuje yra įdubos ir iškilimai, kurias sukelia Žemės trauka, o ji yra nevienoda įvairiose vietose. Dėl šių priežasčių geoido paviršius gali būti ir žemiau (iki 106 m.) ir aukščiau (iki 85 m.) už menamo, visiškai taisyklingo elipsoido paviršių (4.6 pav.). 4.6 pav. Žemės pavidalo modelis - geoidas 4.2. Žemės sunkio jėgos laukas Žemės masė yra 5.98 x 1024 kg, o vidutinis tankis - 5,515 kg/m³. Žemės masė, bent per pastaruosius 4,5 mlrd. metų pakito labai nežymiai. Ši masė sukelia sunkio jėgą, kuri pasireiškia kaip trauka, kurios vektorius nukreiptas į Žemės centrą. Dėl Žemės sukimosi, jos paviršius yra veikiamas ir išcentrinės jėgos, kuri kiek sumažina Žemės trauką, sukeliamą jos masės. Žemės sunkio jėgos stiprumas ir jos sukeliamas pagreitis paviršiuje yra ne vienodas - nuo 9,78 iki 9,83 m/s². Tai priklauso nuo skirtingo tankio medžiagos pasiskirstymo Žemės paviršiuje ir gelmėse. Tai lemia medžiagos apytaka (konvekcija) branduolyje ir mantijoje, litosferos plokščių judėjimas, žemynų padėtis ir daugelis kitų, silpnesnių veiksnių - vandenyno srovės, potvyniai ir atoslūgiai, ledo ir sniego dangos storio kitimas, oro apytaka atmosferoje, požeminio vandens judėjimas, paviršiaus reljefo kitimas dėl ardymo irmedžiagos pernašos. Dėl šių reiškinių sunkio jėga nuolat kinta. Tai akivaizdžiai parodė JAV Nacionalinė kosminių tyrimų agentūros (NASA) ir Vokietijos oro ir kosminių tyrimų centro (DLR) eksperimentas GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). Jo metu du palydovai matuoja Žemės sunkio jėgos lauką iš kosmoso. Pagal tuos duomenis kas 30 dienų sudaromas naujas Žemės gravitacinio lauko žemėlapis, tokiu būdu nustatant jo pakitimus. Paaiškėjo, kad sunkio jėgos laukas, jo anomalijų dydis ir pavidalas kinta žymiai ir greitai (4.7 pav.). 4.7 pav. Žemės gravitacinio lauko pokyčiai, nustatyti pirmojo eksperimento GRACE metu ir praėjus 363 dienoms. http://www.csr.utexas.edu/grace/gravity/ Išmatuotas paviršiuje sunkio jėgos laukas taip pat yra labai ne vienodas. Jis atspindi paviršiuje ir Žemės plutoje slūgsančių uolienų tankio, o tuo pačiu ir sudėties skirtumus. Tai gerai matyti ir Lietuvos sunkio jėgos žemėlapyje (4.8 pav.). 4.8 pav. Lietuvos gravitacinio lauko žemėlapis. Sunkio jėgos anomalijos (nukrypimai nuo vidurkio), vaizdumo dėlei, parodytos kaip paviršiaus iškilimai ir įdubos. (Korabliova, ....... ). Kiek anksčiau mes apibudinome geoidą, kaip apytikrį, idealizuotą Žemės pavidalą, gaunamą pratęsus vandenyno paviršių ramybės būsenoje po žemynais. Tačiau vandenyno paviršiaus lygis tik apytikriai apibudina geoidą. Tiksliau geoidas yra apibrėžiamas kaip paviršius, kurio kiekviename taške gravitacinis potencialas yra vienodas. Gravitacinis potencialas yra suma potencialo sukeliamo Žemės sunkio jėgos ir išcentrinio (centrifuginio) potencialo, sukeliamo Žemės sukimosi. Kitaip sakant geoidas yra ekvipotencialinis tai yra vienodo gravitacinio potencialo paviršius. Šis patikslintas geoido modelis pavaizduotas 4.9 pav. Čia vertikalus mastelis yra stambesnis negu horizontalus, todėl sunkio jėgos anomalijos yra labai išryškintos. 4.9 pav. Ekvipotencialinis geoido modelis EIGEN-CG01C. Čia vertikalus mastelis yra stambesnis, todėl sunkio jėgos anomalijos yra neproporcingai išryškintos. http://www.gfz-otsdam.de/pb1/op/grace/results/grav/g003_eigen-cg01c.html Gravitacinis laukas yra labai svarbi Žemės ypatybė. Jei jis būtų kitoks, tarkime Žemė, būtų didesnė, ji turėtų tankesnę atmosferą, o jos paviršius būtų gerokai lėkštesnis, nes kalnai būtų žemesni. Todėl vandenynai užimtų daug didesnį plotą, o sausumos būtų atitinkamai mažiau. Gravitacinis laukas turi lemiamos reikšmės visiems geologiniams procesams ir reiškiniams, vykstantiems Žemėje, tiek giluminiams, kaip medžiagos judėjimas (konvekcija) mantijoje, izostazija, magmatizmas, tiek paviršiniams, kaip ardymas, pernešimas, klostymas ir kiti. Apie tai žiūrėkite tolimesniuose skyriuose. Gravitacinio lauko stiprumo svyravimai įvairiose Žemės paviršiaus vietose, kurie nuolat vyksta dėl aukščiau minėtų priežasčių, turi įtakos ir klimato kaitai, jūros lygio svyravimui, Žemės sukimosi greičiui ir, atitinkamai, paros trukmei. Visa tai labai reikšmingi Žemės būklės ir aplinkos elementai, gyvybiškai svarbūs žmonijai. Žemę veikia ir aplinkinių kosminių kūnų traukos jėgos, tiek Saulės, kurios dėka ji sukasi savo orbita, tiek kaimyninių planetų ir Mėnulio, kuris sukelia jos paviršiuje potvynio-atoslūgio bangas (žr. sk.). 4.3. Žemės magnetinis laukas Magnetinis laukas yra viena iš Žemės išskirtinių ypatybių. Jo neturi kitos Žemės grupės planetos, išskyrus Merkurijų, tačiau ten jis yra daug silpnesnis. Visa sritis, aplink Žemę, kur veikia Žemės magnetinis laukas vadinama magnetosfera. Žemę supaprastintai galime įsivaizduoti kaip dvipolį magnetą (4.10 pav.). Tai reiškia, kad tarp jos šiaurinio ir pietinio poliaus veikia magnetinio lauko jėgos. Jas galima pavaizduoti linijomis jungiančiomis vienodo stiprumo taškus (izolinijomis). Šios linijos yra menamos, nes laukas veikia visoje erdvėje aplink Žemę. Linijos tik parodo, kaip magnetinis aukas veikia magneto rodyklę. Jos eina apytikriai lygiagrečiai Žemės paviršiui iš pietų į šiaurę, o prie magnetinių polių (ašigalių) jų kryptis artėja prie vertikalios. Magnetinis polius, esantis netoli Žemės šiaurinio ašigalio traukia šiaurinę magneto rodyklę todėl fizikine prasme čia yra pietinis magnetinis ašigalis, o pietuose – šiaurinis. 4.10 pav. Supaprastintas Žemės magnetinio lauko modelis http://www.es.ucsc.edu/~glatz/field.html Magnetinio lauko kilmė nėra aiški. Yra keletas hipotezių, skirtingai aiškinančių magnetinio lauko susidarymą, tačiau dėl kelių svarbiausių dalykų dauguma mokslininkų sutaria. Žemės magnetinio lauko prigimtis nėra magnetostatinė, tai yra jis negali būti sukeltas kažkokių įmagnetintų kietų kūnų Žemės viduje. Ten tiesiog nėra tokio kiekio ir dydžio magnetingos medžiagos, kuri galėtų sukelti tokio stiprumo magnetinį lauką, koks stebimas paviršiuje. Greičiausiai magnetinį lauką sukelia dinaminiai procesai, tai yra išlydytos geležies judėjimas, apytaka (konvekcija) skystame išoriniame branduolyje (žr. VI.2 sk.). Magnetosfera yra nesimetriška nes ją stipriai veikia Saulės vėjas. Todėl nukreiptoje nuo Saulės Žemės pusėje ji, išsitempia lyg kometos uodega (4.11 pav.). Čia magnetosfera tęsiasi iki 300 tūkst. km nuotoliu nuo Žemės, o į Saulės pusę – tik 60 - 80 tūkst. kilometrų. 4.11 pav. Saulės vėjo poveikis Žemės magnetiniam laukui http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/f/f3/Magnetosphere_rendition.jpg Žemės magnetinio lauko ašis nesutampa su Žemės sukimosi ašimi ir šiuo metu sudaro su ja 11,5o kampą. Tai reiškia, kad Žemės magnetinis ir geografinis ašigaliai yra skirtingose vietose. Dirbant aukštose platumose, tarkim kartografuojant, kai reikia pavaizduoti žemėlapyje įvairių objektų padėtį (ar tiesiog nepaklysti), reikia atsižvelgti į tai, kad kompasas rodo kryptį į magnetinį, o ne į geografinį ašigalį į kurį nukreiptas žemėlapio koordinačių tinklas. Tas nuokrypis (deklinacija) kiekvienoje vietovėje yra išreiškiamas kampu tarp magnetinio lauko krypties, kurią rodo kompasas ir krypties į geografinį Žemės ašigalį. Dirbant šiaurinėse ar pietinėse platumose tas nuokrypis yra žymus, todėl jis nurodomas topografiniuose žemėlapiuose. Žemės magnetinio ašigalio padėtis nuolat keičiasi. Pirmą kartą ji buvo nustatyta 1831 metais poliarinės britų ekspedicijos, vadovaujamos Džono Roso, kai jo laivas ketverius metus buvo įstrigęs leduose prie šiaurinių Kanados krantų. Tiesiogiai matavimus atliko kapitono sūnėnas, Džeimsas Rosas, vėliau pagarsėjęs Antarktidos tyrimais. Pakartotinai ašigalio padėtis buvo nustatyta tik 1894 m. norvegų keliautojo Roaldo Amundseno. Paaiškėjo, kad jis paslinko į šiaurę apie 50 km. Per XX amžių ašigalis judėjo apie 10 km per metus, o dabar slenka net 40 km per metus greičiu ir artėja prie Sibiro krantų (IV.12 pav.). 4.12 pav. Žemės magnetinio poliaus padėties kitimas.1831 m nustatytas Džono Roso ekspedicijos, 1904 – Roaldo Amundseno. http://science.nasa.gov/headlines/y2003/29dec_magneticfield.htm Magnetinis laukas laikas nuo laiko keičia ir savo kryptį, tai yra ženklą arba poliaringumą. Virsmo metu pietinis ir šiaurinis magnetinis ašigalis pasikeičia vietomis. Kodėl vyksta magnetinio poliaus virsmai, kol kas nesuprantama. Tiesa, yra sukurta keletas hipotezių ir kompiuterinių modelių, bet jie dar nepakankamai pagrįsti, nes trūksta žinių apie branduolį ir vyksmus jame (Grigas, 2009). Polių virsmas įvyksta skirtingais laiko tarpais. Per pastaruosius kelis šimtus milijonų metų virsmas vidutiniškai vyko kas 10 mln. metų. Bet kreidos periode virsmai nevyko net 35 mln. metų, o po to, jau kainozojaus eroje, jie labai padažnėjo. Pastaruoju metu virsmai vyksta vidutiniškai kas 250-300 tūkst. metų, tačiau paskutinis virsmas įvyko tik prieš 780 tūkst. metų. Pats virsmas įvyksta per 2-3 tūkst. metų. Artėjant virsmui magnetinio lauko stiprumas sumažėja, ir tesiekia apie 10 proc. jo normalaus lygio. Lauko stiprumas pradeda mažėti anksčiau ir atsistato vėliau, negu įvyksta pats virsmas. Tai trunka apie 10 tūkst. metų (Kearey, Vine, 1996). Megnetinio lauko stiprumas pirmą kartą buvo išmatuotas 1830 metais. Nuo to laiko jis sumažėjo 10 proc. Tai gali būti artėjančio virsmo požymiu? Jei laukas ir toliau silpnėtų tokiu pačiu greičiu, jis visai išnyktų per artimiausius 1,5-2 tūkst. metų. Tiesa, ar taip atsitiks, niekas nežino. Amerikiečių mokslininkai Glacmajeris (Glatzmaier) ir Robertsas (Roberts) modeliuodami magnetinį lauką nustatė, kad, virsmo metu magnetinis laukas, gal būt ir nesusilpnėja, bet pasidaro labai sudėtingas, jo ašigaliai trumpam gali atsirasti įvairiose Žemės vietose (4.13 pav.). 4.13 pav. Glacmajerio ir Robertso Žemės magnetinio lauko modelis: a- tarp virsmų; b- virsmo metu. (http://science.nasa.gov/headlines/y2003/29dec_magneticfield.htm) Tačiau, bet kuriuo atveju magnetinio lauko virsmo metu Žemės paviršius turėtų patirti stipresnį kosminės spinduliuotės poveikį, nes magnetinis laukas yra tarsi skydas sumažinantis paviršių pasiekiančios Saulės spinduliuotės stiprumą ir sudėtį. Magnetinis laukas stabdo ir nukreipia į šoną aukštos energijos daleles, kurias atneša Saulės vėjas ir kosminiai spinduliai, daugiausiai elektronus ir protonus. Elektronai sustabdomi maždaug 20000–30000 km, o protonai - 100–10000 km atstumu nuo Žemės. Šiuose lygiuose minėtos dalelės sulėtėja ir telkiasi, todėl čia padidėja ir spinduliuotės stiprumas. Šie ruožai apie Žemę vadinami atitinkamai išorine ir vidine Van Aleno spinduliuotės juostomis. Toks pavadinimas suteiktas vieno šių juostų atradėjo, JAV fiziko Džeimso Van Aleno (Van Allen) garbei (4.14 pav.). 4.14 pav. Van Aleno spinduliuotės juostos. www.physics.sjsu.edu/.../physics51/mag_field.htm, Magnetinio lauko susilpnėjimas ar sutrikimas virsmo metu gali turėti didelių pasekmių, taip pat ir gyvajam pasauliui. Pirmiausiai sumažėja apsauga nuo Saulės spinduliuotės, daugiausiai protonų srauto. Tai veikia ir atmosferos sudėtį ir sandarą, pavyzdžiui gali laikinai išnykti ozono sluoksnis, kuris sumažina ultravioletinių spindulių srautą, susidaro daugiau radioatyvaus anglies izotopo 14C. Magnetinis laukas įmagnetina Žemės plutos uolienas. Daugelis mineralų ypač geležingų, kaip magnetitas, ilmenitas, pirotinas, turi magnetinių savybių. Jų kristaluose geležies atomai išsidėsto taip, kad sudaro skirtingai įmagnetintas sritis - domeinus, tarsi atskirus mažučius magnetukus. Kol aplinkos temperatūra yra aukšta, pavyzdžiui vėstančiose magminėse uolienose, mineralo kristalinėje gardelėje esantys atomai stipriai svyruoja, todėl kristalas neturi magnetinių savybių. Bet kai temperatūra nukrenta iki tam tikro lygio, atomų padėtis darosi pastovesnė ir magnetingumas atsiranda. Ta ribinė temperatūra vadinama Kiuri tašku. Ji yra skirtinga atskiriems mineralams, bet daugiausiai svyruoja apie 425-580oC. Jei uolienai atvėstant žemiau Kiuri taško ją veikia išorinis Žemės magnetinis laukas, tai jos vidiniai magnetukai - domeinai išsidėsto to lauko jėgos linijų kryptimi, kaip kompaso rodyklės. Tokiu būdu magminės uolienos vėsdamos įgyja tam tikros krypties liekaninį įmagnetinimą (4.15 pav.). Jos tarsi įsimena padėtį Žemės magnetinio lauko atžvilgiu, kurioje buvo susidarymo metu. Tai irgi „uolienų atminties“ pavidalas. Liekaninis įmagnetinimas atsiranda ir nuosėdinėse uolienose joms klostantis. Smulkios mineralų dalelės sėsdamos vandenyje ar ore irgi įsimagnetina pagal Žemės magnetinio lauko kryptį. 4.15 pav. Magnetito grūdeliai uolienoje, virš Kiuri taško, įmagnetinti padrikai ir nesukuria bendro magnetinio lauko. Žemiau Kiuri taško jie išsidėsto kryptingai ir įsimagnetina Žemės magnetinio lauko jėgos linijų kryptimi Toks liekaninis įmagnetinimas gali išlikti šimtus milijonų ir net milijardus metų. Juo pagrįstas paleomagnetizmo metodas, kurį naudojant galima nustatyti, kiek pasikeitė litosferos plokščių ir žemynų padėtis, nes jiems slenkant Žemės paviršiumi, liekaninio įmagnetinimo kryptis nukrypsta nuo dabartinio magnetinio lauko linijų krypties. Tokiu būdu nustatomas žemynų kelias, jų susijungimų ir atsiskyrimų istorija, vandenyno dugno susidarymo eiga, ašigalių virsmus praeityje (smulkiau apie tai - ....skyriuje). . Plutos uolienų kūnuose yra magnetingų mineralų – vienose daugiau, kitose mažiau. Todėl kiekvienoje Žemės vietoje susidaro ir vietinis magnetinis laukas, kuris išmatuojamas prietaisais tiesiog žemės paviršiuje arba skraidant lėktuvu. Tokiu būdu sudaryti atskirų plotų magnetinio lauko žemėlapiai labai naudingi geologiniam kartigrafavimui, naudingųjų iškasenų paieškoms, ir apskritai plutos sudėties ir sandaros pažinimui. Tokie žemėlaiai sudaryti atskiriems plotams, žemynams (....pav.) ir visai Žemei. Lietuvos aeromagnetinis žemėlapis sudarytas maždaug prieš pusę amžiaus (IV.15 pav.). 4.15 pav. Lietuvos magnetinio lauko žemėlapis. Magnetinės anomalijos (nukrypimai nuo vidurkio), vaizdumo dėlei, parodytos kaip paviršiaus iškilimai ir įdubos (Korabliova, ....). 4.4. Žemės gelmių šiluma Žemės gelmės yra karštesnės negu jos paviršius. Tai akivaizdžiai rodo lavos išsiveržimai, karšto vandens versmės ir tiesioginiai matavimai gręžiniuose. Temperatūra su gyliu kyla ne tik vulkanizmo vietose, bet visur, netgi amžino įšalo srityse. Netiesiogiai, modeliuojant gelmių būseną 100 km gylyje temperatūra vertinama apie 1500oC, branduolio ir mantijos riboje – apie 3700oC, o vidiniame branduolyje – apie 4000-5000oC. Tiesa, prie pat paviršiaus, einant gilyn temperatūra pirmiausiai žemėja. Visi žinom, kad rūsyje būna šalta. Bet taip yra tik iki tam tikro gylio. Tai yra gylis, kuriame pasiekiama vidutinė metinė tos vietos temperatūra. Kiekvienoje Žemės vietoje ir vidutinė metinė temperatūra ir jos gylis yra kitokie, nes priklauso nuo klimato ir kitų veiksnių. Pvz. Paryžiuje, vidurinė metinė temperatūrą yra +11,8oC ir pasiekiama 28 m gylyje, o Maskvoje ji yra +4,2oC, o gylis – 20 m. Lietuvoje vidutinė metinė temperatūra yra apie +7oC, o ji pasiekiama maždaug 24 m gylyje. Nuo šio gylio, temperatūra pradeda kilti jau nuolatos. Bet įvairiose Žemės vietose temperatūra kyla skirtingai. Tai išreiškiama dviem dydžiais. Temperatūros padidėjimas laipsniais gylio nuotoliui, paprastai 100 ar 1000 metrų, vadinamas geoterminiu gradientu. Priešingai, gylio nuotolis, kuriame temperatūra padidėja vienu laipsniu vadinamas geoterminiu laiptu. Geoterminis gradientas įvairiose Žemės vietose ir atskirose geosferose yra labai skirtingi. Vandenyno plutoje ir mantijoje po ja gradientas geoterminis gradientas yra mažesnis, negu Žemynų plutoje ir mantijoje po ja. Bet visur, su gyliu gradientas mažėja, tai yra temperatūra kyla vis lėčiau (4.16 pav.). Taip yra todėl, kad su gyliu mažėja radioaktyvių elementų kiekis. Išsiskirstant cheminiams elementams Žemės rutulyje, radioaktyvūs elementai kaupiasi plutoje, ypač viršutinėje. Dėl to viršutinėje plutoje temperatūra su gyliu kyla sparčiau, gradientas yra didesnis negu apatinėje plutoje, kur radioaktyvių elementų yra mažiau, o mantijoje jis yra dar mažesnis. Todėl, žemynų plutoje geoterminis gradientas dažniausiai yra 20-40oC/km, o vidutinis visai Žemės storymei – apie 0,62oC/km. IV.16 pav. Temperatūros kitimas Žemės gelmėse iki 100 km gylio (Sclater ir kt., 1980). Matyti, kad temperatūra žemyninėje plutoje kyla greičiau, negu vandenyninėje, bet abiem atvejais, su gyliu gradientas mažėja. Palyginimui parodyta kaip gelmėse tęstųsi priepaviršinio gradiento linija, jei jis su gyliu nemažėtų. Didžiausias gradientas žemynuose yra ten, kur vyksta magmatizmas, kur pluta yra jauna ir plona. “Rekordas“ nustatytas JAV Oregono valstijoje, kur kas kilometras temperatūra pakyla 150oC. Geotermini laiptas čia yra 6,67 m. Ten kur pluta yra sena ir stora, gradientas paprastai yra mažesnis, nes didelė dalis viršutinės plutos (kur daugiausia radiokatyvių elementų) būna nuardyta, be to dalis elementų būna jau suskilę. Pavyzdžiui, Kolos giliąjame gręžinyje, 12000 m gylyje temperatūra siekia 200oC. Gradientas čia yra nedidelis - 16.7oC/km, o laiptas – 60 m. Taip yra todėl, kad pluta čia yra sena, susidariusi beveik prieš 3 mlrd. metų. Pietų Afrikos Respublikoje, kur pluta vietomis dar senesnė, susidariusi daugiau kaip prieš 3,5 mlrd. metų, gradientas yra tik 6oC/km. Lietuvoje geoterminis gradientas yra nevienodas. Rytinėje Lietuvoje jis yra „normalus“, panašus, kaip aplinkiniuose plotuose - 30-35oC/km, o vakaruose – gerokai didesnis - 45oC/km. Čia turime geoterminę anomaliją, beje, vieną didžiausių visoje rytinėje Europos dalyje. Žemės gelmių šilumos kiekį išsiskiriantį Žemės paviršiuje apibudina šiluminis srautas. Jo stiprumas išreiškiamas šiluminio srauto tankiu. Tai šilumos kiekis, išsiskiriantis ploto vienete, paprastai išreiškiamas milivatais į kvadratinį metrą (mW/m2). Šiluminis srautas kontinentinės plutos paviršiuje vidutiniškai yra 57 mW/m2, o okeaninės – 101, vietomis net iki 200 mW/m2. Vandenynuose didžiausias šiluminis srautas, kaip ir gradientas yra stebimi mantijos plumų vietose, virš karštųjų taškų, vandenyno riftuose, kur skiriasi litosferos plokštės. Tokiose vietose šiluminis srautas siekia 200-250 mW/m2 (4.17 pav.). Lietuvoje didžiausias šiluminis srautas yra vakaruose ir čia taip pat yra anomalus - siekia 100 mW/m2 (IV.11 pav.) (Suveizdis, 2005; Šliaupa, Motuza, ir kt., 2005; Motuza, ......Geol Akir). Daugiau apie Lietuvos geoterminės energijos išteklius žr. XI.10 skyriuje. 4.17 pav. Žemės šiluminis srautas (Pollack ir kt.,1993) 4.18 pav. Europos šiluminis srautas http://www.geni.org/globalenergy/library/renewable-energy-resources/europe/Geothermal/Geothermal%20heat%20-%20Potential_files/6-1-100.gif 4.19 pav. Šiluminis srautas Lietuvoje (mWt/cm2). Matyti Vakarų Lietuvos geoterminė anomalija (Šliaupa ir kt., 2005) Kodėl Žemės gelmės karštos? Manoma, yra kelios svarbiausios gelmių šilumos priežastys ir šaltiniai. Medžiagos tankėjimas, susidarant Žemės planetai. Tankėjant medžiagai ir didėjant slėgiui joje išsiskiria šiluma. Taip galėjo būti susidarant Žemei ir tankėjant medžiagai iš kurios ji susidarė, veikiant santalkoje atsiardusiai gravitacijos traukai ir didėjant sėgiui jos gelmėse. Tai pirminė šiluma. Per 4,5 mlrd. m. metų praėjusius nuo Žemės susidarymo didelė jos dalis jau išsisklaidė. Kosminių kūnų smūgių šiluma. Žemės gyvavimo pradžioje, maždaug pieš 4,5-4 mlrd. metų ant Žemės dažnai krito asteroidai ir kometos, kurių buvo daug aplinkinėje erdvėje, būta susidaūrimų ir su stambesniais kūnais - planetoidėmis. Iš esmės tai buvo tiesiog pirminio Žemės telkimosi tąsa. Tuo metu kosminių kūnų smūgiai buvę tiek dažni, kad šitas laikotarpis vadinamas „meteoritinio bombardavimo“ laikotarpiu. Tų smūgių metu Žemės paviršiuje išsiskyrė nemažai šiluminės energijos, ypač kai krisdavo stambūs kūnai, kaip susidūrimas su Tėja, kai atsirado Mėnulis (žr....sk.). Radioaktyvių elementų skilimo šiluma. Žemėje yra tam tikras kiekis radioaktyvių elementų, ar jų izotopų, kurie skildami nuolat kaitina Žemės gelmes. Labjausiai ją šildo U, Th ir K skilimas, kurių daugiausiai uolienose. Pagrindinis kalio izotopas 39K yra stabilus, bet jo izotopas 40K – radioaktyvus. Kalio yra palyginti daug, Žemės plutos uolienose, todėl jo indėlis radiogeninės šilumos gamyboje yra gana reikšmingas. Prisideda ir daugelio kitų elementų radioaktyvūs izotopai. Didelė dalis pirminių radioaktyvių elementų, užgriebtų telkiantis Žemei jau suskilo, tačiau nemaža dalis dar liko ir tebegamina šilumą. Saulės spinduliuotės šiluma. Ši šiluma susidaro atmosferoje ir Žemės paviršiuje iš Saulės spinduliuotės energijos, kuri čia virsta šilumine. Per Žemės gyvavimo laiką Saulės spinduliuotės energija padidėjo 30-40 proc. Ji iš dalies kompensuoja vidinės šilumos srauto sumažėjimą, ko dėka Žemės paviršiuje temperatūra svyruoja nežymiai, palyginti su kaimyninėmis planetomis. Saulės šiluma veikia tik paviršiuje, bet cheminių ir biocheminių reakcijų metu, kurioms naudojama Saulės energija, ji gali būti surišta mineraluose ir įvairių geologinių procesų metu pakliūti į gelmes. Šiluma iš Žemės gelmių į paviršių perduodama keliais svarbiausiais būdais: difuzijos, spinduliavimo ir konvekcijos. Difuzija, yra šilumos sklidimas perduodant energiją nuo vienos molekulės kitai molekulei. Taip perduodama šiluma iš karštesnio kūno šaltesniam. Spinduliavimas yra energijos perdavimas erdvėje elektromagnetinių bangų ir elementarių dalelių srautų pavidalu. Žemės gelmėse uolienos sugeria radioaktyvaus skilimo spinduliuotę, kuri virsta kitomis energijos rūšimis taip pat ir šilumine. Konvekcijos būdu energija pernešama tiesiog medžiagos judėjimo metu, pavyzdžiui, kai iš mantijos gelmų link paviršiaus kyla karštos medžiagos srautai. Gamtoje visi šie šilumos perdavimo būdai derinasi. Žemės gelmėse esantys radioaktyvūs elementai kaitina aplinkines uolienas. Iš jų šiluma difuzijos būdu perduodama toliau, o konvekciniai srautai, kylantys iš apatinės mantijos gelmių perneša tą šilumą į viršutinę mantiją. Čia, pakilus temperatūrai prasideda lydimasis ir magma, įsiskverbdama į plutą perduoda šilumą toliau. Beje, tuo būdu pernešami ir radioaktyvūs elementai, kurie kaupiasi plutoje. Tokiu būdu pluta ir Žemės paviršius nuolat pašildomi, temperatūra čia nežemėja, nors radioaktyvių elementų kiekis Žemėje apskritai nuolat mažėja ir jos gelmės vėsta. Vandenynuose ir žemynuose skiriasi ne tik šiluminio srauto stiprumas, bet ir šilumos perdavimo iš gelmių būdai. Vandenynuose apie 95 proc. šiluminio srauto sudaro giluminė mantijos šiluma, o žemynuose - apie 70 proc. bendro srauto sudaro radiogeninė šiluma, išskiriama radioak19tyvių elementų skilimo metu plutos uolienose. Gelmių temperatūros reikšmė Nuo temperatūros priklauso medžiagos būklė gelmėse, jos fizinės savybės ir fazinis būvis. Dėl temperatūros gelmėse uolienos lydosi, susidaro magma, kitaip sakant temperatūra lemia magmatizmą, kaip geologinį procesą. Temperatūra yra ir vienas svarbiausių metamorfizmo veiksnių – uolienų sandaros ir sudėties kitimo gelmėse. Karšta medžiaga yra mažasenio tankio, lengvesnė ir kyla Žemės gelmėse į viršų. Taip, susidaro karštos medžiagos srautai mantijoje, o magma iš lydimosi vietų kyla link paviršiaus. Temperatūra veikia priklauso uolienų, plutos ir visos litosferos ar atskirų jos dalių plastingumą, o nuo to, savo ruožtu, priklauso, kaip litosfera reaguoja į įtampas ir spaudimą susiduriant litosferos plokštėms. Tačiau gelmių šiluma turi nedaug tiesioginės įtakos paviršiaus temperatūrai. Jos indėlis sudaro vos 0,1-0,3, o kitais duomenimis - tik 0,0001 procento (Smithson, Addison ir kt., 2002). Palyginimui, maždaug tokį energijos kiekį išskiria įprastinė 10 vatų lemputė, pakabinta virš teniso aikštelės. Todėl Žemės paviršiuje temperatūra laikosi, daugiausiai dėka Saulės spinduliavimo, kurio pakanka skysto vandens ir gyvybės išlikimui. 4.5. Slėgis Žemės gelmėse Vidutinis žemynų plutos tankis yra 2800 kg/m3, o jos storis yra nuo 35-40 iki 75-80 km. Todėl, einant gilyn slėgis didėja. Slėgis žemės gelmėse geologai dažniausiai išreiškia barais, tiksliau – kilobarais (1 baras=106g/cm/s2; 1 kilobaras=103 baro). Žemynų plutoje slėgis vidutiniškai padidėja 0,28 kilobarais kas kilometras arba 1 kilobaru kas 3,6 km. Plutos apačioje slėgis, apytikriai, yra 10-20 kbar, priklausomai nuo jos storio ir plutą sudarančių uolienų tankio. Vandenyne pluta yra sudaryta daugiausiai iš bazinių ir ultrabazinių uolienų, todėl tankesnė negu žemynų. Tačiau jos storis yra 5-10 km, todėl slėgis jos apačioje yra tik 1,5-3 kbar. Viršutinės mantijos uolienų vidutinis tankis yra 3300 kg/cm2. Čia slėgio gradientas (padidėjimas gylio vienetui) yra 0,33 kbar/km o laiptas - 1 kilobaras kas 3 km. Slėgis yra svarbus veiksnys įtakojantis medžiagos fazinę būseną gelmėse, jis neleidžia lydytis mantijos uolienoms, nepaisant aukštos temperatūros, esančios dideliame gylyje (žr. VI.2 sk). 4.6. Jonizuojančioji spinduliuotė Joizuojančioji spinduliuotė yra aukštos energijos elektromagnetinės bangos arba elementariųjų dalelių srautai, kurie jonizuoja atomus ir molekules. Tai yra bendros radiacijos arba spinduliuotės plačiąja prasme dalis. Jonizuojančią spinduliuotę išskyrėme todėl, kad ji visada yra mūsų aplinkoje, o didesnės jos dozės veikia organizmus, sukelia ligas arba mutacijas, arba tiesiog naikina juos. Jonizuojani spinduliuotė pasiekia Žemės paviršių iš kosmoso, be to ją sukelia paviršiaus uolienose esantys radioaktyvūs elementai ar jų izotopai. Kur bebūtume, lauke ar patalpoje, esame veikiami vienokio ar kitokio pavidalo ir stiprumo jonizuojančios spinduliuotės. Apie spinduoliuotę sklindančią iš kosmoso, daugiausiai nuo Saulės jau kalbėjome III skyriuje. Tiesiogiai mus pasiekia spinduliuotė elektronų, protonų, gama, ultravioletnių ir rentgeno spindulių pavidalu (3.9 pav.). Be to, sklindant jiems per atmosferą susidaro įvairių antrinių spindulių srautas, kurie pasiekia Žemės paviršių (3.11 pav.). Pavyzdžiui, veikiant Saulės spinduliuotei žemuose atmosferos sluoksniuose susidaro radioaktyvus anglies izotopas 14C. Kosminės jonizuojančios spinduliuotės stiprumas priklauso nuo daugelio veiksnių, pirmiausiai Saulės aktyvumo, kuris nuolat kintamas. Žemiški veiksniai yra atmosferos sudėtis (pavyzdžiui ozono sluoksnio storis) ir jos magnetinio lauko būklė. Kaip minėjome, jo stirpumas kinta, ypač artėjant virsmui ir jo metu (žr. 4.3 sk.). Žemės paviršiuje spinduliuotę skleidžia plutos uolienos. Daugiausiai ją sukelia keli elementai – U, Th ir radioaktyvus kalio izotopas – 40K. Be to mūsų aplinkoje yra ir gerokai daugiau radioaktyvių elementų, tiek gamtinių, kaip radis, radonas, tiek žmogaus sukauptų ar sukurtų, tik jų būna arba labai nedaug, arba tik vietomis. Geologinių darbų metu ypač geologinio kartografavimo ir naudingųjų iškasenų telkinių paieškų, naudojami paviršiaus radioaktyvumo (spinduliuotės) žemėlapiai. Tai tokie pat pamatiniai duomenys apie tiriamo ploto geologinę sandarą, kaip ir sunkio jėgos arba magnetinio lauko žemėlapiai. Paprastai sudaromi atskirai U, Th, 40K ir suminės, bendros spinduliuotės žemėlapiai (4.20 pav.). Spinduliuotė matuojams tiesiog skraidant lėktuvu. Jie parodo, bendrą spinduliuotės lygį mūsų aplinkoje. 4.20 pav. Vieno ploto Mozambike radioaktyvumo žemėlapis. Spalvos rodo spinduliuotę skleidžiamą radioaktyvių elementų: U - mėlyna, Th - žalia, K – raudona. Tokie žemėlapiai naudojami geologiniam kartografavimui, nes parodo skirtingos sudėties uolienų kūnų padėtį. Radioaktyvumo žemėlapiai rodo, kad įvairių rūšių uolienų radioaktyvumas labai nevienodas. Tai priklauso nuo jų mineralinės sudėties ir susidarymo sąlygų. Didžiausiu radioaktyvumu pasižymi intruzinės uolienos - granitas, sienitas, o iš nuosėdinių – molis, ypač kai jame yra daugiau organinės medžiagos, kuri kaupia uraną dar sedimentacijos metu. Metamorfinių uolienų radioaktyvumas gali būti labai įvairus, nes jis priklauso tiek, nuo pirminių uolienų radioaktyvumo, tiek nuo metamorfizmo procesų, kurių metu uolienose galėjo susikaupti papildomas radioaktyvių elementų kiekis. Dažniausiai paplitusiose uolienose ir dirvožemyje U kiekis vidutiniškai yra 1-3, o Th – 10-30 ppm. Granite šių elementų yra kelis kartus daugiau. Be to šioje uolienoje yra daug kalio, atitinkamai ir jo radioaktyvaus izotopo 40K. Radioaktyvumas (spinduliuotė) yra vertinamas vienetais, vadinamais pikokiuri (pCi). 1 pCi reiškia, kad per minutę skyla apytikriai du atomai. SI sistemoje naudojamas vienetas yra bekerelis (Bq). 1 pCi = 0.037 Bq. Paprastai radioaktyvumas matuojamas tam tikrame tūryje. Gamtinis foninis radioaktyvumas žmogui nekenkia. Daug pavojingesnė yra žmogaus sukelta radioaktyvi tarša. Bet pasitaiko atvėjų, kai ir dėl gamtinių procesų radioaktyvumas pakyla iki sveikatai pavojingo lygio. Dažniausiai tokią spinduliuotę sukelia radonas. Radonas yra inertinės dujos, bet jos yra radioaktyvios. Radono atomas susidaro, kai radžio atomas išspinduliuoja alfa dalelę, o radis yra urano skilimo produktas. Radono atomai irgi yra nestabilūs, jie spinduliuoja alfa daleles ir susidaro švino, bismuto ir radioaktyvaus polonio atomai. Radono atomas gyvuoja trumpai – jo skilimo pusamžis yra vos 3,8 dienos (kas tai yra pusamžis paaiškinta XIII.2 sk.), bet jis nuolat susidaro ten, kur yra U ir Ra. Radono atomai yra judrūs. Judrumą pirmiausiai lemia tai, kad radžio atomui išmetus alfa dalelę, naujai susidaręs radono atomas atšoka į priešinga pusę. Tai tarsi atatranka iššovus šautuvui. Jei radono atomas yra netoli kristalo paviršiaus, jis gali būti išmestas iš jo, o būdamas inertiškas su niekuo nesijungia ir juda toliau uolienos poromis ar plyšiais, dažnai kaupiasi požeminiame vandenyje, kuris stabdo išmetamus iš kristalo radono atomus. JAV teritorijoje dirvožemio poras užpildančiame ore radono spinduliuotė dažniausiai būna tarp 200 ir 2000 pCi litre oro ir retai pasiekia 100000 pCi/ltr. Tuo tarpu jo spinduliuotės lygis požeminiame vandenyje svyruoja nuo 100 iki 3 milijonų pCi/ltr (Otton, Gundersen ir kt., 1993). Pavojingu radonas darosi tada, kai susikaupia patalpoje. Į patalpas jis dažniausiai pakliūna tiesiai iš grunto, ant kurio pastatytas namas. Apatinėje namo dalyje, rūsyje slėgis yra mažesnis negu aplinkiniame grunte, be to statant namą gruntas aplink pamatus perkasamas, atsiranda daugiau porų, plyšių ir kitokių radono judėjimo kelių. Kitas radono kelias į namus yra kartu su požeminiu vandeniu, tuo atvėju, kai namas turi atskirą vietinį vandentiekį. Jei vandenyje buvo radono, jis staigiai išsiskiria leidžiant vandenį, ypač prausiantis po dušu. Dėl atmosferos slėgio kaitos ir kitų veiksnių radono skverbimosi iš grunto greitis gali staiga padidėti ir jis gali susikaupti patalpose (4.21 pav.). 4.21 pav. Keliai, kuriais radonas patenka į namus Kvėpuojant radonas ir polonis su oru pakliūna į plaučius ir gali sukelti vėžį. Atskirose vietose tai gali būti viena svarbiausių plaučių vėžio priežasčių. Tokios vietos dažniausiai yra ten, kur negiliai slūgso kristalinės uolienos, kuriose radioaktyvių elementų paprastai yra daugiau. Be to radonas greičiau juda plyšiuotais lūžių ruožais, karstinėmis ertmėmis (4.22 pav.). 4.22 pav. Žemėlapis, rodantis radono sukeliamos spinduoliuotės stiprumą JAV ir dėl to pavojingus plotus. Lietuvoje radono pavojaus praktiškai nėra. Tai rodo ne tik geologinė sandara, bet ir atlikti tyrimai – tiesioginiai radono kiekio matavimai patalpose. Vis dėl to keliose vietose – Lietuvos šiaurėje - karstiniame rajone ir Dzūkijoje nustatyti padidinti radono kiekiai. Bet tai reti ir trumpalaikiai jo susikaupimo atvejai. Kuo Žemė yra išskirtinė Kaip matėme, Žemė yra ypatinga planeta, lyginant netgi su jos artimiausiomis kaimynėmis Saulės sistemoje. Skiriasi jos sandara, sudėtis, padėtis ir daugelis savybių. Tai ypač svarbu aiškinantis geologinius vyksmus, jų sąveiką, taip pat ir gyvybės atsiradimo ir išlikimo sąlygas joje. Apibendrinant, Žemė skiriasi nuo kitų Saulės sistemos planetų keletu svarbių ypatybių: • Padėtis priežvaigždinės gyvybės juostos ribose; • Didžiausias tankis, lyginant su kitomis planetomis • Magnetinis laukas • Skystas vanduo jos paviršiuje • Medžiagos apytaka (konvekcija) Žemės gelmėse ir paviršiuje • Žemyninė pluta su jos „granitiniu“ sluoksniu • Gyvybė • Žemės atmosferos sudėtis, skirtinga nuo kitų planetų sudėties ir nepusiausvyrinės būsenos Dalis šių ypatybių jau aptarta, o kitas apibudinsime tolimesniuose skyriuose. Pirmosios šešios ypatybės sudaro prielaidas atsirasti ir išlikti gyvybei Žemėje. Gyvybė tokiu būdu yra jų pasekmė, o išskirtinė atmosferos sudėtis yra jau iš didelės dalies įtakota gyvybės veiklos. III. ŽEMĖS SUDĖTINĖS DALYS Mūsų Žemė yra sudėtingas darinys iš daugelio tarpusavyje susijusių ir sąveikaujančių dalių. Todėl, norint suprasti, kaip ji veikia, būtinas visuminis požiūris į Žemę, o tam reikia žinoti ir šios sistemos sudėtines dalis. Išskiriamos kelios svarbiausios Žemės sudėtinių dalių grupės, kurias galima vertinti ir kaip skirtingus medžiagos organizacinius lygius, nes jie skiriasi savo sudėtingumu. Pradedant nuo paprasčiausių tai yra - cheminiai elementai, cheminių elementų junginiai, kurie gali būti amorfiniai (agregatai) ir kristaliniai (mineralai), uolienos, uolienų kūnai, uolienų kūnų dariniai – iš kurių stambiausi yra geosferos. 5. CHEMINIAI ELEMENTAI Šiuo metu yra žinoma 118 cheminių elementų, iš kurių 92 surasti gamtoje, o kiti sukurti laboratorijose. Visatoje ryškiai vyrauja H – 71 proc. ir He- 28 proc. o kiti cheminiai elementai sudaro tik apie 1 proc. III skyriuje trumpai aprašėme, kaip susidarė gamtiniai cheminiai elementai. Visatos, mūsų Galaktikos ir Saulės sistemos sudėtis skiriasi nedaug. Saulės sistemoje H ir He yra kiek mažiau - apie 98,1 proc., o 1.87 proc. kartu sudaro O, C, N, Fe, Mg, S, Ne ir tik apie 0.03 proc. – kiti elementai. Yra pastebėta, kad vyrauja cheminiai elementai, kurių branduoliuose yra lyginis protonų ir neutronų skaičiaus (5.1 lentelė). Tai nusako ir Odo-Harkinso taisyklė (Oddo-Harkins rule), teigianti, kad elementų su lygininiais atominiais numeriais gamtoje yra daugiau, negu greta jų esančių elementų su nelyginiais numeriais (5.1 pav.). 5.1 lentelė. Cheminių elementų pasiskirstymas pagal lyginį ar nelyginį protonų ir neutronų skaičių branduolyje (http: neutrodynamics.com/images/CH2_1.png) Protonų skaičius branduolyje Lyginis Nelyginis Lyginis Nelyginis Neutronų skaičius branduolyje Lyginis Lyginis Nelyginis Nelyginis Elementų paplitimas, % 73 26 0,97 0,03 5.1 pav. Diagrama parodanti Odo-Harkinso taisyklę – elementų su lygininiais atominiais numeriais gamtoje yra daugiau, negu greta jų esančių elementų su nelyginiais numeriais Žemės sudėtis yra visai kitokia (V.2 lentelė), nes susidarant planetoms, Saulės sistemoje įvyko medžiagos, tuo pačiu ir cheminių elementų išsiskirstymas. Tai lėmė ir skirtingą Žemės vidinę sandarą ir daugelį kitų jos ypatybių. Didžiausią dalį Žemės masės – apie 95 proc. sudaro tik keturi elementai - O, Si, Fe, Mg, o pridėjus Ni, Ca, Al, S ir Na kiekius susidaro ir visi 99 proc.. Pačioje Žemėje elementai pasiskirstę irgi netolygiai. Branduolyje vyrauja Fe ir Ni, mantijoje – O, Si, Mg, Fe, o plutoje - O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K. Kiekvieno iš šių aštuonių elementų vidutinis kiekis plutoje yra daugiau kaip 1 proc.. Kartu su Ti ir Mn, kurių kiekis Žemėje yra apie 0,1 proc. jie sudaro beveik 99,9 proc. Žemės plutos masės (V.2 lentelė). Todėl minėti elementai vadinami pagrindiniais arba makroelementais. Visų kitų cheminių elementų yra daug mažiau ir jie vadinami mikroelementais. Pagrindinių elementų kiekis uolienose ar kituose geologiniuose objektuose paprastai išreiškiamas jų oksidų procentais. Mikroelementų kiekis išreiškiamas milijoninėmis dalimis - ppm (angl. parts per million). Kartais naudojamas kitas dydis – gramai tonoje (g/t). Tai yra ta pati milijoninė dalis arba 10-4 proc. Ypač maži kiekiai išreiškiami milijardinėmis dalimis - ppb (angl. parts per billion). Žemėje elementai pasiskirsto ir persiskirsto geologinių procesų metu (5.2 lentelė). Čia lemiamą vaidmenį vaidina elementų cheminės savybės. Svarbiausios iš jų yra atomo spindulys, jo branduolio masė ir krūvis. Elementai su skirtingomis savybėmis įvairių geologinių procesų metu elgiasi nevienodai. Todėl jų aktyvumas, judrumas atskirose Žemės dalyse yra skirtingas. Nuo to priklauso elementų išsisklaidymas (dispersija) arba jų susikaupimas (koncentracija) mineraluose, uolienose, jų kūnuose, susidariusiuose vienų ar kitų procesų metu, o galiausiai ir geosferose. 5.2. lentelė. Saulės sistemos, Žemės ir jos dalių cheminė sudėtis Saulės sistema Visa Žemė Žemės mantija Vandenynų pluta Žemynų pluta He ir H Fe,C, N,O Mg,S,Ne Kiti 98,1 1,87 0,03 Fe O Si Mg Ni Ca Al S Na K Ti Kiti 34.1 28.2 17.2 15,9 1.6 1.6 1.5 0.7 0.25 0.019 0.071 0,53 O Mg Si Fe Al Ca Na K 44.8 22.8 21.5 5.8 2.2 2.3 0.3 0.03 O Si Al Fe Mg Ca Na K Ti Mn 43,6 23,9 8,8 8,6 4,5 6,7 1,9 0,8 0,9 47 30,8 8,4 3,5 1,33 3 2,89 2,8 0,3 0,06 (Pagal McDonough, Sun, 1995), iš (Trimonis, 2004) Elementų pasiskirstmą ir judėjimą Žemėje, jo dėsningumus ir priežastis tiria geologijos šaka – geochemija. Ji nustato, kaip elementai elgiasi įvairių geologinių procesų metu, kur jie kaupiasi arba, priešingai, išsisklaido. Geochemijos pradininkas, vokiečių kilmės Norvegijos mokslininkas Viktoras Goldšmitas suskirstė elementus į grupes pagal jų geochemines ypatybes ir elgesį gamtoje. Šis skirstymas vėliau buvo papildytas ir patikslintas kitų mokslininkų (5.3 lentelė). 5.3. lentelė. Goldšmito cheminių elementų geocheminis skirstymas Siderofiliniai Litofiliniai Chalkofiliniai Atmofiliniai Biofiliniai Fe, Co, Ni, Pt Ru, Rh, Os, Ir, Au, Re, Mo, Ge, Sn, W, C, Cu, Ga, As, Sb, Ge Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Sc, Y, RŽE, Si, Ti, Zr, Hf, Th, P, V, Nb, Ta, O, Cr, U, H, F, Cl, Br, I, Mn Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, Ga, In, Tl, Pb, Bi, S, Se, Te, Mo, Ge, As H, N, O, He, Ne, Ar, Kr, Xe N, C, O, H, Ca, Mg, Na, K, P, S, Cl, Si, Fe Siderofiliniai elementai, verčiant pažodžiui, reiškia - „mėgstantys geležį“. Tai geležis, nikelis, platinos grupės elementai. Jie lengviau lydosi, gali būti skysto būvio. Daugiausiai šių elementų yra susikaupę Žemės branduolyje. Litofiliniai elementai, tai yra – „mėgstantys uolienas“. Pirmiausiai tai silicis ir deguonis ir tie elementai, kurie linkę jungtis su jais į silikatus. Tai pirmiausiai kalcis, magnis, natris, kalis ir daugelis kitų retesnių elementų. Silikatai sudaro didžiąją dalį mantijos ir plutos uolienų ir yra plačiausiai paplitę mineralai Žemėje. Chalkofiliniai elementai yra tie, kurie „mėgsta sierą“. Jie lengvai jungiasi su siera sudarydami dažniausiai sulfidus. Šie junginiai dažni, bet negausūs silikatinėse geosferose. Didesniais kiekiais jie susikaupia tik tam tikrų geologinių procesų metu atskirose plutos vietose ir sudaro rūdinius telkinius. Atmofiliniai elementai tai – „mėgstantys orą“. Jie yra lengvi, sudaro lakius junginius, todėl Žemės paviršiuje daugiausiai būna dujų ar skysčių pavidalu, pavyzdžiui vanduo. Jie vyrauja ir atmosferos sudėtyje. Biofiliniai elementai yra tie, kurie sudaro gyvus organizmus ir juose kaupiasi. Tai - H, O, C, N, S, Ca, Mg, Na, K, P, Cl, Si, Fe. Vyrauja pirmi keturi elementai - vandenilis sudaro apie 60 proc. visų organizmų, deguonis – 25, o anglis - apie 10 proc.. Cheminiai elementai yra skirstomi ir pagal kitus požymius. Pavyzdžiui, tiriant uolienų lydimąsi Žemės gelmėse pastebėta, kad vieni cheminiai elementai greičiau pereina į lydalą, o kiti, priešingai, ilgiau išlieka mineraluose, kietame būvyje. Pagal tai elementai skirstomi į darnius ir nedarnius. Darnūs sudaro sunkiau besilydančius ir anksčiau besikristalizuojančius mineralus, jų ryšiai kristalinėje gardelėje tvirtesni, todėl šie elementai labiau „mėgsta“ būti kristale, tai yra kietame būvyje. Nedarnūs, priešingai, greičiau pereina į lydalą arba vėliau įeina į kristalinę gardelę, tai yra vėliau sudaro kieto būvio darinius - mineralus. Tai labai svarbi savybė. Kaip tik dėl šių cheminių elementų ypatybių, lydantis mantijai, pirmiausiai susidaro bazalto magma, kurios sudėtis yra kitokia, negu mantijos. Joje būna daugiau Rb, Ba, Th, U, K, Nb, La, Ce, Sr, Nd, P, Hf, Zr, Sm, Ti, Tb, Y, nes šie elementai yra nedarnūs ir pirmiausiai pereina į lydalą. Įsiskverbdama į plutą, tokia magma prineša į ją daugiau nedarnių elementų ir jie čia kaupiasi. Tai lemia skirtingą nuo mantijos plutos sudėtį. Cheminių elementų įvairovė plutoje yra palanki aplinkybė gyvybei atsirasti ir išlikti. Daugelis ne tik makro, bet ir mikroelementų dalyvauja medžiagų ir energijos apykaitoje tarp organizmo ir aplinkos. 6. MINERALAI Žemėje cheminiai elementai būna ir grynu pavidalu, bet daugiausiai sudaro junginius. Tiek grynieji elementai, tiek jų junginiai Žemėje gali būti įvairaus fazinio būvio - dujų, skysčio ir kieto kūno pavidalu. Kieto būvio medžiagos gali būti skirtingos vidinės sandaros – amorfinės, kurioje cheminiai junginiai ir elementai išsidėstę nedėsningai ir kristalinės. Kristalai – tai kieti kūnai kuriuose atomai yra susiję pastoviais jonų traukos ryšiais ir išsidėsto tam tikra tvarka, sudarydami erdvinį darinį, vadinamą kristaline gardele. Gardelę apibudina atomų tarpusavio išsidėstymas, atstumai tarp jų ir ryšio pobūdis. Ryšys tarp atomų ir molekulių kristaluose gali būti joninis, kovalentinis, metališkasis, Van der Valso ar tarpinis. Priklausomai nuo sudėties tai yra kristalą sudarančių elementų atomų, jų savybių (jono dydžio, krūvio) kristalinės gardelės geometrinis pavidalas būna skirtingas. Jis lemia ir skirtingą kristalų pavidalą (formą). Kristalai būna skirtingo pavidalo, bet visų jų ypatybė yra ta, kad jie yra simetriški, tai yra pasukus juos tam tikru kampu aplink menamą ašį, jie užima tiksliai tą pačią vietą erdvėje. Gamtoje sutinkama labai įvairių pavidalų kristalų, bet pagal gardelės pavidalą ir jo lemiamą simetriškumą ir kitus bendrus bruožus, visi jie suskirstyti į septynias grupes arba kristalografines sistemas, vadinamas singonijomis: kūbinę, heksagoninę, trigoninę, tetragoninę, rombinę, monoklininę, triklininę. Kiekvienai tokiai singonijai priskirti kelių pavidalų kristalai. Pavyzdžiui, kūbinės singonijos kristalai gali būti kūbo, oktaedro ir pentagondodekaedro pavidalo (6.1 pav.). 6.1 pav. Skirtingų singonijų kristalų gardelė ir pavidalas Kristalų sudėties ir sandaros ypatybės lemia jų fizines savybes - kietumą, trapumą, tankį, magnetingumą. Nuo to priklauso ir cheminis jautrumas, o tuo pačiu patvarumas tam tikrose geologinėse sąlygose, kurios apibūdinamos temperatūra, slėgiu, kitų cheminių elementų ar junginių buvimu aplinkoje, jų jonizavimo laipsniu ir kitais dalykais. Kristalai - ypatingi dariniai dar ir dėl to, kad jie turi ypatybių, panašių į gyvų organizmų savybes. Jie pasižymi tam tikra chemine sudėtimi ir sandara, kuri yra pastovi apibrėžtame fizinių ir cheminių sąlygų derinyje. Jie gali augti esant palankioms sąlygoms. Tada jie palaiko tam tikra medžiagų apykaitą su aplinka, pasiimdami iš aplinkos tam tikrus cheminius elementus, atitinkančius kristalo sudėtį, sandarą ir energetinę būklę. Augdami kristalai kartoja, reprodukuoja savo sudėtį ir sandarą. Jie netgi atkartoja atsitiktinius kristalinės gardelės defektus. Kristalai gali ir prisiderinti prie kintančių aplinkos sąlygų pakeisdami savo gardelės pavidalą, bet išlaikydami savo cheminę sudėtį, arba priešingai, juose gali keistis atskirų elementų kiekis, bet kristalinės gardelės pavidalas lieka toks pats. Kristalo cheminės sudėties ir jo pavidalo ypatybių visumą išreiškia mineralo sąvoka. Mineralai, tai – gamtoje susidarę gryni cheminiai elementai ir tam tikros cheminės sudėties neorganiniai junginiai esantys kieto būvio kristalų pavidalu Kai kurie mokslininkai laiko mineralais bet kokius gamtoje susidarančius junginius. Tačiau pastaruoju metu vyrauja griežtesnis ir prasmingesnis apibrėžimas priskiriantis mineralams tik kietus, tik kristalinius ir tik neorganinius darinius. Todėl tarkim, kvarcas yra mineralas, o stiklas, irgi sudarytas iš SiO2 - nėra juo, nes neturi kristalinės sandaros. Kristalinė valgomoji druska ant mūsų stalo yra mineralas, o čia pat esantis cukrus, taip pat turintis kristalinę sandarą – ne, nes jis yra organinis junginys. Šiuo metu pasaulyje nustatyta apie 4300 mineralų, bet kasmet atrandama naujų Mineralas yra tam tikros cheminės sudėties junginys, turintis ir tam tikrą kristalografinį pavidalą. Tos pačios sudėties, bet skirtingo kristalografinio pavidalo dariniai laikomi skirtingais mineralais. Gerai žinomas pavyzdys yra deimantas, lonsdeilitas ir grafitas. Jie visi yra sudaryti iš anglies (C) atomų, bet jų susijungimo į kristalą būdas, kitaip sakant kristalografinis pavidalas yra skirtingas. Deimantas yra kūbinės singonijos, jo kristalinėje gardelėje anglies atomai išsidėstę tolygiai ir susiję labai tvirtais ryšiais, todėl jis yra kiečiausias iš visų mineralų. Grafite, anglies atomai išsidėstę sluoksniais, tarp kurių ryšiai silpni, ir nutrūksta net braukiant kristalu per popierių. Todėl grafitas yra minkščiausias mineralas ir naudojamas pieštukams. Lonsdeilitas yra mineralas, savo savybėmis artimas deimantui, bet heksagoninės singonijos. Labai paplitęs ir gerai žinomas junginys - SiO2 gali būti kvarco, tridimito, kristobalito, stišovito, koesito ir dar kelių mineralų pavidalu, nes skirtingomis slėgio ir temperatūros sąlygomis atomai kristalinėje gardelėje išsidėsto vis kitaip ir susidaro kitokie kristalai. Toks reiškinys, kai tas pats elementas ar junginys turi skirtingą kristalografinį pavidalą mineralogijoje vadinamas polimorfizmu. Taip pat atskirais mineralais laikomi vienodo pavidalo, bet skirtingos sudėties junginiai. Tačiau to paties mineralo cheminė sudėtis gali kisti tam tikrose ribose, išlaikant tą patį kritalografinį pavidalą. Tai galima tada, kai kristalinėje gardelėje vienas kitą keičia elementai turintys vienodą elektrinį krūvį ir panašų jono spindulį. Tokie skirtingos sudėties dariniai laikomi tuo pačiu mineralu, tiksliau to paties mineralo atmainomis. Pavyzdžiui, olivine, kurio apibendrinta formulė yra (FeMg)2SiO4, geležies ir magnio kiekių santykis gali būti labai įvairus, nuo Fe2SiO4 iki Mg2SiO4, bet jo kristalografinis pavidalas nekinta, nes Fe ir Mg turi vienodą valentingumą ir panašų jono spindulį, todėl lengvai keičia vienas kitą kristalografinėje gardelėje. Šis reiškinys vadinamas izomorfizmu. Dėl tos pačios priežasties mineralo sudėtyje gali būti ir kitų, „pašalinių“ cheminių elementų, turinčių panašias chemines ypatybes. Pavyzdžiui cirkono (Zr2SiO4) sudėtyje visada yra šiek tiek urano, kalio feldšpato sudėtyje – rubidžio, stroncio. Tokios priemaišos vadinamos izomorfinėmis. Dažnai jos suteikia mineralui ypatingų savybių – spalvą, radioaktyvumą. Dėl tokių priemaišų mineralas kartais tampa brangakmeniu. Sudėtis ir kristalinė sandara (singonija) yra svarbiausios mineralų savybės, pagal kuriuos jie skirstomi. Bet mineralą galia pažinti ir iš akies, naudojant tokias jo savybes, kaip spalva, kietumas, skalumas, bruožas, tankis, magnetingumas. Spalva yra būdinga, bet ir apgaulinga savybė, todėl kad daugelis mineralų gali būti įvairių spalvų. Jau minėjome, kad tai dažnai lemia izomorfinės priemaišos. Kartais jie dėl to vadinami skirtingais vardais, o kartais ir ne. Pavyzdžiui, gerai žinomas kvarcas gali būti bespalvis ir skaidrus it stiklas. Tada jis vadinamas krištolu. Bet tas pats kvarcas tik violetinis, vadinamas ametistu, dūminis – rauchtopazu, juodas – morionu, gelsvas – citrinu (6.2 pav.). 6.2 pav. Kvarco atmainos: krištolas, dūminis, morionas, ametistas, citrinas, rausvasis kvarcas Kietumas yra daug pastovesnė mineralo ypatybė. Tai - sugebėjimas atlaikyti brėžimą kuris priklauso nuo cheminių elementų išsidėstymo ir jų ryšių pobūdžio kristalinėje gardelėje. Kietumas vertinamas pagal santykinę skalę, kurią dar XIX amžiaus pradžioje pasiūlė vokiečių mineralogas Fridrichas Mosas (Mohs). Kiečiausio mineralo – deimanto kietumą jis įvertino 10 balų. Kiek minkštesnis korundas „gavo“ - 9, topazas – 8, kvarcas – 7, kalio feldšpatas (mikroklinas) – 6, apatitas – 5, fluoritas – 4, kalcitas – 3, gipsas – 2, talkas – 1. Lyginant su šiais etalonais nustatomas ir kitų mineralų kietumas. Skalumas yra mineralų savybė skilti tam tikromis plokštumomis, viena ar keliomis kryptimis. Kampas tarp plokštumų irgi yra skiriamasis požymis. Pavyzdžiui dviejų feldšpatų grupės mineralų - ortoklazo skalumo plokštumos sudaro statų kampą, o plagioklazo – smailų. Šias savybes atspindi ir šių mineralų pavadinimai – ortoklazas graikiškai reiškia skylantis stačiai, o plagioklazas – skylantis įstrižai. Kai kurie mineralai skalumo neturi ir skyla atsitiktinėse vietose. Pavyzdžiui, kvarco skilimo paviršius arba lūžis dažniausiai būna nelygus, išgaubtas, tarsi kriauklės, todėl vadinasi kriauklėtu. Bruožas yra pėdsako spalva, kurį palieka mineralas braukiant juo per kietą, šiurkštų paviršių, pavyzdžiui keramikos šukę. Kai kurių mineralų bruožas yra labai aiškios spalvos ir pagal tai jį galima atpažinti. Pavyzdžiui panašių iš išvaizdos mineralų - geležies oksidų bruožas yra skirtingas - magnetito - juodas, hematito – raudonas, o limonito – rudas. Tankis yra būdinga ir išlaikyta mineralų savybė. Jis priklauso nuo sudėties ir sandaros, todėl jei ir svyruoja, tai labai nedaug. Labai sunkius ir lengvus mineralus galima atpažinti pasvėrus rankoje, bet kai tankio skirtumas yra nedidelis jį reikia matuoti prietaisais. Prietaisais matuojamos ir kitos mineralų savybės, kurių pagalba mineralas nustatomas tiksliai. Tai elektros varža, liuminescencija ir kitos. Bene tiksliusias mineralų nustatymo būdas yra rentgenostruktūrinė analizė. Ji pagrįsta tuo, kad sklindant rentgeno spinduliams per kristalinę gardelę jie lūžta ir keičia kryptį, bet skirtingu kampu. Kitaip sakant vyksta difrakcija, kuri priklauso nuo kristalinės gardelės parametrų – atomų atstumo joje. Nustačius tuos atstumus, tiksliai nustatomas ir mineralas. Mineralai skirstomi į didžiausias grupes – klases pagal cheminę sudėtį: • I. GRYNUOLIAI: geležis, varis, auksas, platina, sidabras, gyvsidabris ir kiti • II. SULFIDAI: piritas (FeS2), pirotinas (FeS), chalkopiritas (CuFeS2), halenitas (PbS2) ir kt. • III. OKSIDAI ir HIDROKSIDAI: magnetitas (Fe3O4), chromitas, korundas (Al2O3), kupritas, limonitas • IV. HALIDAI ir FLUORIDAI: halitas (NaCl), silvinas (KCl), fluoritas (CaF2) • V. KARBONATAI, NITRATAI, BORATAI: kalcitas (CaCO3), dolomitas (CaMgCO3), sideritas (FeCO3) • VI. SULFATAI, CHROMATAI, MOLIBDATAI: gipsas (CaSO4x2H2O), anhidritas (CaSO4), • VII. FOSFATAI, ARSENATAI, VANADATAI: apatitas, monacitas, • VIII. SILIKATAI: kvarcas SiO2, olivinas (MgFeSiO4), plagiokalazas Mineralai gamtoje susidaro tam tikrų geologinių procesų metu, tam tikromis sąlygomis. Daug mineralų yra magminės kilmės, tai yra kristalizuojasi iš karšto lydalo - magmos jai vėstant žemės gelmėse. Jie sudaro magmines uolienas. Hidroterminiai ir pneumatolitiniai mineralai išsiskiria iš karštų skystų ar dujinių tirpalų, kurie kyla iš magmos židinių. Jie dažniausiai sutinkami gyslose. Dūlėjimo mineralai susidaro žemės paviršiuje, dūlant kitiems, daugiausiai magminiams mineralams. Nuosėdiniai mineralai nuosėda cheminiu būdu iš prisotintų tirpalų arba išsiskiria iš vandens veikiant gyviems organizmams. Metamorfiniai mineralai susidaro Žemės gelmėse, persikristalizuojant magminių ar nuosėdinių uolienų mineralams, kurie tampa nestabiliais atsidūrę kitokiose slėgio ir temperatūros sąlygose, negu susidarė. Mineralai gali būti labai įvairaus dydžio. Kartais jie būna smulkučiai, net neįžiūrimi akimi, dažniausiai - milimetrų ir centimetrų dydžio, bet išauga ir tokie, kurių dydis matuojamas metrais, o svoris – tonomis. JAV mineralogas P.K. Rikvudas (Rickwood, 1981) nustatė, kad, didžiausias Žemėje aptiktas kristalas yra feldšpatų grupės mikroklino kristalas rastas JAV, Kolorado valstijoje, Devils Houlo kasykloje. Jo dydis – 49,38x35,97x13,72 metrai, tūris – 6214,41 m3, o svoris – 15909 tonos. Ilgiausiu kristalu laikomas berilas, surastas Madagaskare, Malakialinos pegmatite – jo ilgis 18 metrų, skersmuo – 3,5 m, tūris – 147 m3, o svoris – 380 tonų. Didžiausias kvarco kristalas rastas Brazilijoje yra 6,10 m ilgio, 1,52 m aukščio ir 44 tonų svorio. Didžiausias žėrutis (flogopitas) yra 10,6 m ilgio ir 4,27 m skersmens, bei 333,6 tonų svorio. Mineralai yra labai reikalingos žmogui medžiagos, todėl skirstomi ir pagal panaudojimą. Tai, pavyzdžiui: rūdiniai, pramoniniai mineralai, brangakmeniai ir juvelyriniai akmenys. Rūdiniais vadinami metalų junginiai, iš kurių tuos metalus galima išgauti. Pramoniniai, tai - įvairūs mineralai, kurie naudojami pramonėje neperdirbti dėl įvairių jų vertingų savybių. Pavyzdžiui, grafitas, kvarcas, žėručiai, olivinas, feldšpatai, asbestas, kurie naudojami įvairiuose prietaisuose, metalurgijoje, keramikos, termoizoliacinių medžiagų gamybai ir kitur. Brangakmeniais vadinami tik keturi mineralai - deimantas, smaragdas, rubinas ir safyras. Visi kiti akmenys naudojami papuošalams ar gražiems dirbiniams vadinami juvelyriniais. Kaip sugalvoti mineralų pavadinimai? Visi mineralai turi savo pavadinimus, kurių kilmė yra labai įvairi. Dalies mineralų pavadinimai pasiekė mus iš senovės laikų – Babilono, Indijos, Persijos ir, aišku, Graikijos ir Romos. Tiesa, ne visada esame tikri, kad ir senovėje, jie buvo taikomi tiems patiems mineralams? Be to, daugelis graikiškų ir lotyniškų mineralų pavadinimų duoti jau dabartiniais laikais. Dalis pavadinimų mus pasiekė iš viduramžių Europos laikų. Jie buvo naudojami tų laikų kalnakasių žodyne. Pavyzdžiui, iš Vokietijos kilęs feldšpatas. Daug mineralų vadinama pagal elementus, esančius jo sudėtyje. Pavyzdžiui - kupritas, nuo vario (lot. cuprum), titanitas - nuo titano; volframitas - nuo volframo, molibdenitas - nuo molibdeno. Tiesa, yra buvę ir atvirkščiai, kai naujai surastas elementas gavo pavadinimą nuo jau anksčiau žinomo mineralo. Tai, pavyzdžiui, stroncio pavadinimas kilo nuo mineralo stroncianito, cirkonio – nuo mineralo cirkono, bario nuo barito. Daug mineralų vadinami pagal jų savybes. Tai - albitas, nuo lotynų – baltas, olivinas – alyvų žalias, celestinas –– lot. dangiškas dėl švelnaus melsvo atspalvio; cirkonas, nuo persų sarkun – auksaspalvis. Serpentino pavadinimas kilęs nuo gyvatės – gr. serpens, nes kai kurių jo atmainų sandara primena gyvatės odos raštą. Grafito pavadinimas reiškia, kad jis tinka rašymui; baritas – nuo graikų barus - sunkus; vermikulitas – nuo lotyniško žodžio kirminėlis, nes kaitinant šis mineralas pučiasi ir iš plokštelių virsta puriais dariniais, kurie kažkam pasirodė panašūs į kirminėlius. Nemažai mineralų, pavadinti pagal vietoves, kur jie buvo surasti arba išgaunami. Tai - magnetitas nuo Magnezijos miesto prie Meanderio upės Turkijoje; labradoritas – nuo Labradoro pusiasalio Kanadoje; ilmenitas – no Ilmenio ežero Urale, stroncianitas – nuo vietovės Stronšiane, Škotijoje; agatas – nuo Achates upės Sicilijoje; andaluzitas - nuo Andalūzijos, o aragonitas – nuo Aragonės provincijų Ispanijoje. Kai kurie mineralai pavadinti jų atradėjų ar kitų žymių žmonių garbei. Tai, pavyzdžiui, - giotitas, pavadintas vokiečių poeto J.V.Gėtės (Göthe), silimanitas - JAV mineralogo Bendžameno Silimeno (Silliman); volastonitas – britų mineralogo Viljamo Volastono (Wollaston); ankeritas – austrų mineralogo M.J.Ankero; domeikitas - mūsų kraštiečio Ignaco Domeikos garbei. O neseniai surastas mineralas - armalkolitas pavadintas iš karto trijų amerikiečių astronautų išsilaipinusių Mėnulyje garbei ir yra jų pavardžių santrauka – Armstrongo, Oldrino ir Kolinzo. Yra mineralų pavadinimų susijusių su įvairiais nutikimais, pavyzdžiui antimonitas (SbS2). Pasakojama, kad šio mineralo Čekijoje įmaišydavo į ėdalą kiaulėms, kad jos greičiau tuktų. Vieno vienuolyno abatas nusprendė, kad tai gali tikti ir jo vienuoliams ir įmaišė to mineralo jiems į maistą. Nuo jo vienuoliai smarkiai susirgo, o dalis net ir atsisveikino su šiuo pasauliu. Nuo tada mineralas ir vadinamas antimonitu, lot. anti monium, tai yra kenkiančiu vienuoliams. Tokiu būdu mineralų pavadinimai atspindi geologijos istoriją. Mokslas skirtas mineralų pažinimui vadinamas mineralogija. Tai vienas pagrindinių geologijos mokslų ir jos studijų dalykų. Mineralus verta pažinti bent dėl dviejų svarbiausių priežasčių. Jie yra sudėtinės uolienų dalys, pagal kuriuos jos ir skirstomos. Todėl, nepažįstant mineralų, negalima atskirti ir apibudinti uolienų. Kita priežastis yra ta, kad daugelis mineralų yra vertingi, kaip metalų nešėjai, sudarantys rūdas ar juvelyriniai akmenys. Todėl čia trumpai apibudinsime svarbiausius uolienas sudarančius ir praktinę vertę turinčius mineralus. Uolienas sudarantys mineralai skirstomi į dvi grupes – felzinius ir mafinius. Felziniais arba šviesiaisiais vadinami mineralai, neturintys savo sudėtyje Fe ir Mg. Jų yra nedaug - kvarcas, feldšpatai ir feldšpatoidai. Felziniai mineralai vyrauja granite, sienite, diorite, anortozite, kartais gabre. Jų daugiausia Žemės plutoje, kurioje, tuo pačiu kaupiasi ir felziniai mineralai ir juos sudarantys elementai – Si, Al, Ca, Na, K. Kvarcas (SiO2) yra vienas labiausiai paplitusių mineralų kontinentinėje plutoje. V.3 pav. parodytos įvairios kvarco atmainos, bet uolienose jis būna smulkių netaisyklingo apvalaino grūdelių pavidalu, paprastai pilkos, spalvos, rieboko blizgesio, be skalumo. Gyslose ir pegmatituose (žr. V.3.2 sk.) susidaro stambūs, centimetrų, decimetrų ar net metrų dydžio kristalai. Ten dažnai randamos spalvotos kvarco atmainos. Feldšpatai arba foidai yra aliumosilikatinių mineralų grupė, kurią sudaro plagioklazai ir šarminiai feldšpatai. Plagioklazai yra dviejų molekulių - CaAl2Si3O8 ir NaAlSi3O8 mišinys. Jų atmainos yra albitas, oligoklaza, labradoras, bitovnitas ir anortitas. Šarminiai feldšpatai yra molekulių NaAlSi3O8 ir KAlSi3O8 mišinys. Jų atmainaos yra mikroklinas, ortoklazas ir kt.. Tai labiausiai Žemės plutoje paplitę mineralai, sudarantys daugumą joje vyraujančių uolienų. Jie būna balti ar pilki, dažnai taisyklingo (briaunuoto) milimetrų ar centimetrų dydžio kristalų pavidalu, su gerai matomu skalumu. Kalio feldšpatai būna rausvi, dėl smulkučių geležies oksidų intarpėlių, o kartais net ryškiai žalios spalvos, dėl chromo priemaišos. Ši atmaina vadinama amazonitu. Kai kurie plagiolazai pasižymi ypatinga savybe – vidiniu melsvu šviesos atspindžiu, vadinama irizacija. Tokie švytintys plagioklazai vadinami labradoru, spektrolitu arba mėnulio akmeniu (6.3 pav.). 6.3 pav. Feldšpatų įvairovė. Vertikaliai - plagioklazai: anortitas, labradoras (spektrolitas), oligoklazas, albitas. Horizontaliai – šarminiai feldšpatai: ortoklazas, mikroklinas, amazonitas Feldšpatoidai panašūs į feldšpatus, tiek vertinant iš akies, tiek pagal cheminę sudėtį. Jų sudėties ypatybė yra nedidelis SiO2 kiekis, jie neprisotinti šia medžiaga ir nesikristalizuoja iš magmos, kurioje jos yra daug. Todėl feldšpatoidai uolienose niekada nesutinkami kartu su kvarcu. Feldšpatoidai yra reti mineralai ir sudaro retas uolienų rūšis (sienitą, foidolitus). Iš jų dažniausias yra nefelinas (NaAlSiO4). Dauguma šių mineralų yra baltos ar pilkos spalvos ir juos atpažinti reikia įgūdžio. Mafiniai arba spalvotieji mineralai, savo sudėtyje turi geležies ir magnio. Tai – olivinas, piroksenai, amfibolai, žėručiai, granatai ir kiti. Šie mineralai gamtoje paplitę, nors ne visi vienodai. Olivinas ir piroksenai sudaro didelę dalį mantijos, taigi jie vieni labiausiai paplitusių Žemės mineralų. Bet plutoje jie retoki, o amfibolai, žėručiai, granatai priešingai įeina į daugelio plutos uolienų sudėtį. Olivinas (MgFe)2SiO4 paprastai yra žalsvos, alyvų žalumo spalvos, bet, būdamas giluminis aukštos temperatūros mineralas paviršiuje dažnai pakinta, tampa blausiu ar apskritai pakeičiamas kitu mineralu – serpentinu. Tauri, skaidri olivino atmaina yra juvelyrinis akmuo – chrizolitas. Piroksenai yra didelė mineralų grupė. Labai apibendrinta jų formulė yra CaMgFeSi2O6. Katijonų - Ca, Mg, Fe kiekis ir santykis būna įvairus. Be to piroksenų sudėtyje būna Na, Al, Li, Ti. Piroksenai būna pailgų briaunuotų kristalų pavidalu. Dėl įvairios sudėties jų spalva yra skirtinga – dažniausiai juoda (augitas, egirinas), pilka (enstatitas), įvairaus ryškumo žalia (diopsidas, žadeitas), o ličio piroksenas spodumenas būna ir švelniai violetinės spalvos (6.4 pav.). 6.4 pav. Piroksenų įvairovė Amfibolai yra sudėtingos ir kaičios sudėties mineralai. Labai apibendrinta ir supaprastinta jų formulė atrodo taip: Ca2(MgFe)5Si8O22(OH)2 . Be to amfibolų sudėtyje būna Al, Na, K, Ti ir kitų elementų. Viso yra apie 30 amfibolų grupės mineralų. Labiausiai paplitęs amfibolas yra raginukė. Toks keistas pavadinimas kilo nuo seno vokiško pavadinimo hornblende, reiškiančio, kad mineralas panašus į ragą. Amfibolų kristalų paviršius yra tarsi rakštėtas su išilginiais brūkšneliais. Kristalai pailgi, labiau ištęsti negu piroksenų, o kai kurių rūšių netgi adatiški, pluoštuoti. Toks yra, pavyzdžiui aktinolitas, kurio pavadinimas ir kilo nuo graikų aktinos – spyglys. Aktinolito atmaina yra ir žinomas juvelyrinis akmuo – nefritas. Amfibolų spalva daugiausiai žalia, iki juodos. Retesnės yra gelsvos ar baltos rūšys (pvz. tremolitas). Amfibolo krokidolito pluošteliai žvilga „tigro akyje“, kur jie yra intarpų pavidale kvarce (6.5 pav.). 6.5 pav. Amfbolų įvairovė Žėručiai išsiskiria iš kitų silikatų savo sandara. Jų kristalinėje gardelėje atomai išsidėto sluoksniais, kuriuose atomų tankumas didelis, o jungtys tvirtos. Tuo tarpu atskirus sluoksnius jungia pavieniai jonai. Čia jungtis yra silpna. Todėl žėručiai lengvai skyla plonutėmis plokštelėmis. Plokštelių paviršius pasižymi stipriu blizgesiu – iš čia ir bendras šios grupės pavadinimas - žėručiai. Grupę sudaro keletas mineralų kurie skiriasi katijonų sudėtimi. Muskovitas (KNaAl3Si3O10(OH)2) yra šviesus, jo plonos plokštelės yra permatomos todėl kai dar nebuvo stiklo jas dėjo į langelius. Į Vakarų Europą jis pakliūdavo daugiausiai iš Rusijos, tiksliau Karelijos, kur ligi šiol yra jo telkinių. Nuo Moskovijos ir kilo jo pavadinimas. Biotitas ir giminingas jam flogopitas (K2(FeMg)5Al4Si5(OH)4O20), priešingai yra tamsūs, beveik juodi ar rudi. Yra ir švelniai rausvo su violetiniu atspalviu ličio žėručio lepidolito ir ryškiai žalio fuksito, kuriam tokią spalvą suteikia chromas (6.6 pav.). 6.6 pav. Žeručių įvairovė: muskovitas, fuksitas - KAl2(AlSi3O10)(F,OH)2.biotitas - K (Mg, Fe)3AlSi3O10 (F, OH)2; lepidolitas - KLi2Al(Al,Si)3O10(F,OH)2 Granatai yra gerai žinomi kaip sodrios raudonos spalvos juvelyriniai akmenys. Bet ne visi žino kad jie gali būti ir avietiniai, geltoni, rudi ir ryškiai žali. Tai vėl gi priklauso nuo jų sudėties. Ją galima išreikšti tokia bendra supaprastinta formule: (X)3(Y)2Si3O12 Čia X gali būti – Ca, Fe, Mg, Mn, o Y – Al, Fe, Cr Paprastai vyrauja vienas ar du katijonai. Nuo jų labiausiai ir priklauso spalva ir pavadinimas. Mg ir Fe granatai yra rausvi (almandinas, piropas), Ca – rusvi ar gelsvi (grosuliaras, spesartinas), o Cr suteikia ryškiai žalią spalvą (uvarovitas) (6.7 pav.). 6.7 pav. Granatų įvairovė Granatai nereti uolienose, bet jų paprastai būna nedaug. Rūdiniai mineralai taip vadinami todėl, kad juose yra vertingų metalų, o uolienos, kuriose šių mineralų yra didesnis kiekis vadinamos rūdomis. Dauguma rūdinių mineralų yra oksidai arba sulfidai. Jie yra įvairių spalvų ir atspalvių, pagal kuriuos juos galima atpažinti, bet bene ryškiausios jų ypatybės yra metalinis blizgesys ir didelis lyginamasis svoris. Svarbiausi praktiniu požiūriu oksidai yra magnetitas (Fe3O4), hematitas (Fe2O3), chromitas (Cr3O4), ilmenitas (FeTiO2), kasiteritas (SnO2), volframitas (Fe,Mn)WO4. Visi šie mineralai yra juodi. Smulkiuose agregatuose juos nelengva atskirti. Magnetitas iš jų išsiskiria tuo, kad yra magnetingas, o hematitas turi rausvą bruožą, jam būdingi kraujo spalvos apnašai. Tai atsispindi jo pavadinime, kilusiame nuo graikiško haem - „kruvinas“. Lengviau atpažįstami sulfidai dėl įvairių atspalvių geltonos spalvos. Pirotinas (FeS) yra pilkšvai gelsvas, piritas (FeS2) – šiaudų geltonumo, chalkopiritas (CuFeS2) – sodriai geltonas, o pentlanditas (FeNi)9S8 – gelsvas su lengvu violetiniu atspalviu dėl nikelio priemaišos. Kitaip atrodo sfaleritas (ZnS), turintis rudą spalvą; pilkas, stipriai blizgantis galenitas (PbS); taip pat pilkas ir labai minkštas molibdenitas (MoS2). Iš šių mineralų išgaunami metalai. Jų telkiniai ir susidarymas aprašyti XI skyriuje. Mineralai yra tarsi plytelės iš kurių sudarytos uolienos – jau sudėtingesnės sandaros dariniai, aprašomi tolimesniame skyriuje. 7. UOLIENOS 7.1. Kas yra uoliena? Uoliena - yra kristalinis, iš dalies kristalinis ar nekristalinis agregatas, susidaręs Žemėje, kituose kosminiuose kūnuose arba tiesiog kosmose, gamtinių procesų metu. Kai kurie mokslininkai dar prideda, kad uoliena turi būti sudaryta iš sukibusių, nepalaidų dalelių, kitaip sakant – sucementuota. Tuo atveju smėlį reikėtų vadinti ne uoliena, o nuosėda arba nuogula, o uoliena būtų smiltainis – tas pats smėlis, tik jo smiltelės sutvirtintos, sucementuotos karbonatais, kvarcu, moliu ar kita medžiaga. Kiti geologai purias nuogulas irgi laiko uolienomis, bet tada, kai jas užkloja jaunesnės nuosėdos, ir jos įgyja geologinio kūno - sluoksnio pavidalą. Tai, ko gero teisingausia. Priklausomybė tam tikro pavidalo kūnui įsipina į uolienos sampratą, nes gamtoje uoliena visada yra kažkokio geologinio kūno dalis. Dauguma uolienų yra sudarytos iš mineralų, tad lyginant su jais, tai sudėtingesni, aukštesnio organizacinio lygmens dariniai. Pagal kilmę, tai yra susidarymo būdą (genezę), išskiriami trys uolienų tipai: magminės, nuosėdinės ir metamorfinės. Magminės uolienos, susidaro tiesiogiai iš magmos, kai ji kristalizuojasi Žemės gelmėse arba išsilieja per ugnikalnius paviršiuje. Nuosėdinės uolienos susidaro Žemės paviršiuje ir vandens telkinių dugne, iš kitų tipų uolienų ardymo medžiagos. Na, o metamorfinės uolienos tai - pirminės magminės arba nuosėdinės uolienos, kurios Žemės gelmėse pakliuvo į kitokias sąlygas, negu susidarė, dėl ko pasikeitė jų sandara ir mineralinė, o dažnai ir cheminė sudėtis. Visų tipų uolienos susiję tarpusavyje. Tuos ryšius apibendrintai (ir supaprastintai) išreiškia vadinamasis „uolienų ratas“ (7.1 pav.). Paveiksle matyti, kad magminės uolienos susidaro iš lydalo mantijoje ar plutoje. Tektoninių procesų metu jos gali iškilti į paviršių, kur jas ardo paviršiniai arba egzogeniniai procesai, paversdami nuosėdinėmis uolienomis. Šios savo ruožtu gali atsidurti gelmėse aukštos temperatūros ir slėgio sąlygose ir pasikeisti arba metamorfizuotis, virsdamos metamorfinėmis uolienomis. Metamorfizmas vyksta tol, kol uolienos pradeda lydytis. Čia metamorfizmas baigiasi ir vėl prasideda magmatizmas. „Uolienų ratas“ užsidaro. 7.1 pav. Uolienų ratas Tai - labai apytikris ir supaprastintas vaizdas, tačiau jis parodo svarbiausius medžiagos apytakos plutoje kelius. Uolienos skirstomos ir apibudinamos pagal susidarymo būdą, cheminę ir mineralinę sudėtį bei sandarą. Kilmė yra svarbiausias požymis. Pagal jį uolienos skirstomos į jau minėtus tris tipus, o smulkiau – į klases. Mineralinė ir cheminė sudėtis yra svarbiausi požymiai išskiriant uolienų grupes arba šeimas ir rūšis. Sandara paprastai yra pagalbinis, papildomas bruožas, tik nuolaužinėms uolienoms jis yra pirmaeilis. Uolienų sandara apibudinama per struktūros ir tekstūros sąvokas. Uolienos struktūra vadinami sandaros elementai, apibudinami jos kristališkumo laipsniu, tai yra ar ji yra sudaryta iš kristalų (kristalinė, grūdėta struktūra) ar iš nekristalinės medžiagos (stikliška, amorfinė struktūra). Jei iš kristalų, tai struktūra dar apibudinama ir grūdelių dydžiu, jų pavidalu ir jų suaugimų pobūdžiu. Uolienos tekstūrą apibūdina ją sudarančių grūdelių išsidėstymas ir uolienos sandaros tolygumas. Jei uoliena yra vienalytė, mineralai joje pasiskirsto tolygiai, be to nesimato jokio jų išsidėstymo kryptingumo, tekstūra vadinama masyvia. Jei grūdeliai uolienoje išsidėsto kryptingai, tai yra jų ilgosios ašys nukreiptos viena vyraujančia kryptimi tekstūra gali būti: - fluidalinė arba tekėjimo, susidariusi kai kristalai išsidėsto lavos ar magmos tekėjimo kryptimi; - gneisiška ir skalūnuota tekstūra, kuri atsiranda metamorfizmo metu persikristalizuojant uolienai slėgio sąlygomis, dėl ko mineralai išsidėsto ilgosiomis ašimis ar plokštumomis viena kryptimi. Kai atskirų rūšių mineralai netolygiai pasiskirsto uolienoje jos tekstūra vadinama dėmėta, juostuota. Tekstūros ypatybės matomos paprasta akimi, o struktūrai apibudinti paprastai reikia mikroskopo. Tam naudojamas poliarizacinis mikroskopas (apibudintas I.4 skyriuje). Uolienos susidaro tam tikrų geologinių procesų metu o jų sudėties bei sandara atspindi uolienos kilmę, jos susidarymo istoriją. Visa tai yra tam tikri uolienų atminties pavidalai. Uolienos ypatybių nustatymas, apibudinimas ir paaiškinimas padeda išgauti uolienoje slypinčias žinias ne tik apie pačią uolieną, bet ir apie tą vietą kur ji surasta, o galiausiai ir apie visą Žemę. Uolienų tyrimas yra geologijos šaka, vadinama petrologija arba petrografija. Priklausomai nuo tiriamų uolienų tipo yra magminių, metamorfiniu ir nuosėdinių uolienų petrologija. Pastaroji dar vadinama litologija. 7.2. Magminės uolienos 7.2.1 Skirstymas ir apibudinimas Magminės uolienos susidaro iš magmos, o magma, tai - skysta masė, lydalas, susidarantis gelmėse, lydantis mantijai ar plutai. Magmoje, be skystos fazės, gali būti kietos (kristalų) ir dujinės fazės (vandens, įvairių kitų dujų ištirpusių magmoje). Žodis magma atsirado dar antikos laikais ir senovės graikų kalba reiškia tešlą, tirštą tepalą. Pasiekus magmai paviršių iš jos išsiskiria didesnė dalis joje ištirpusių dujų. Jų netekusi ir išsiliejusi paviršiuje magma vadinasi lava. Lava yra stebima ugnikalnių išsiveržimų metu. Tuo tarpu magmos tiesiogiai stebėti nepavyksta. Bene vienintelis atvejas, kai gręžinys pataikė į magmos kamerą atsitiko Havajuose, 2005 metais. Tai įvyko netikėtai, gręžiant gręžinį Kilaueos ugnikalnio šlaite. Jo tikslas buvo surasti tinkamą vietą geoterminės jėgainės įrengimui. Magma buvo sutikta 2500 metrų gylyje, jos temperatūra siekė 1050oC. Tiesa, ir čia ji į paviršių neišsiveržė, tik pakilo gręžskyle apie 10 metrų ir sustingo. Dažniausiai magma yra silikatinės sudėties, tačiau būna magmos, kurios sudėtyje vyrauja karbonatai, sulfidai, fosfatai ar geležies oksidas. Magma susidaro žemės gelmėse, lydantis uolienoms, tose vietose, kur tam tikrų geologinių procesų metu pakyla temperatūra ar atsiranda kitos palankios aplinkybės. Apie tai bus kalbama VII.2 skyriuje, aprašant magmatizmą. Kai magma lėtai vėsta gilumoje, ji visa išsikristalizuoja ir susidaro uolienos vadinamos plutoninėmis arba intruzinėmis. Kai magma išsilieja į paviršių lavos pavidalu, iš jos susidaro vulkaninės uolienos, dar vadinamos išsiliejusiomis arba efuzinėmis. Jos gali būti visai neišsikristalizavusios, stikliškos arba kristalinės tik iš dalies. Pastaruoju atveju stikliškoje pagrindinėje masėje išsiskiria pavieniai kristalai. Tokia struktūra vadinama porfyriška, o uolienos, priklausomai nuo sudėties – porfyrais arba porfyritais Kartais paviršių pasiekia magma su dideliu kiekiu joje ištrpusio vandens ir kitų dujų. Staiga sumažėjus slėgiui, dujos skiriasi labai greitai ir sukelia sprogimus. Jų metu dalis magmos išmetama į orą, ištaškoma, išsklaidoma įvairaus dydžio dalelių pavidalu, kurios sukrenta ant žemės įvairiu atstumu nuo ugnikalnio. Tokios uolienos vadinamos piroklastinėmis. Šis pavadinimas sudarytas iš dviejų senosios graikų kalbos žodžių – pir (πΰρ) - ugnis ir klastos (κλαστός) – nuolauža. Daugumą magminių uolienų, virš 99 proc. sudaro 10 cheminių elementų – O, Si, Ti, Al, Fe, Ca, Mg, Mn, Na, K. Tačiau atskirų cheminių elementų kiekiai, magminėse uolienose žymiai skiriasi (7.1 lentelė). Pagal SiO2 kiekį skiriamos ultrabazinės (<44%), bazinės (44-53%), vidutinės (53-64%) ir rūgščios (>64%) uolienos. Šie keistoki pavadinimai yra paveldėti iš tų laikų, kai manyta, kad silikatai yra silicio rūgšties druskos. Dabar nustatyta, kad silicio rūgštis yra silpna, gamtoje praktiškai nesutinkama, bet tradicinis skirstymas liko. 7.1. lentelė. Kai kurių magminių uolienų vidutinė cheminė sudėtis Peridotitas Gabras Dioritas Granitas Sienitas SiO2 42.2 49.2 57.94 73.84 56.19 TiO2 0.63 1.84 0.87 0.16 0.62 Al2O3 4.23 15.74 17.02 14.29 19.04 Fe2O3 3.61 3.79 3.27 0.34 2.79 FeO 6.58 7.13 4.04 0.75 2.03 MnO 0.41 0.2 0.14 0.05 0.17 MgO 31.24 6.73 3.33 0.21 1.07 CaO 5.05 9.47 6.79 0.69 2.72 Na2O 0.49 2.91 3.48 3.61 7.79 K2O 0.34 1.10 1.62 5.21 5.24 Su chemine sudėtimi susijusi ir uolienų mineralinė sudėtis. Pavyzdžiui, ultrabazinėse ir bazinėse uolienose nebūna kvarco, nes visas SiO2 įeina į silikatų sudėtį. Granite, kuriame SiO2 yra daugiau kaip 64 proc., jis yra perteklinis ir išsiskiria kvarco pavidalu. Intruzinės uolienos skirstomos pirmiausiai pagal jų mineralinę sudėtį (Le Maitre ir kt., 2002). Vulkaninės išsiliejusios uolienos susidaro iš tos pačios sudėties magmos, kaip ir intruzinės, kitaip sakant beveik visų rūšių intruzinės uolienos turi vulkaninius atitikmenis. Bet pastarosios dažniausiai būna neišsikristalizavusios, stikliškos, tai yra jose gali ir nebūti mineralų, todėl jos skirstomos ir pagal cheminę sudėtį. Piroklastinės uolienos apskritai gali būti įvairių uolienų nuolaužų mišinys susidaręs sprogimo metu, todėl jų pagrindinis skiriamasis bruožas yra sandara – nuolaužų dydis, o sudėtis yra tik papildomas požymis. Žemėje nustatyta per 300 uolienų. Bet jų pavadinimų yra kelis kartus daugiau, nes kai kurios uolienos turi atmainų, o kitos – po kelis pavadinimus - sinonimus. Žemiau apibudinsime tik svarbiausias plačiausiai paplitusias ir atskiras retas, bet ypač įdomias uolienas. Jų cheminė sudėtis parodyta 7.1 lentelėje, o mineralinė – 7.2 lentelėje. Plačiau apie magminių uolienų įvairovę ir kilmę galima sužinoti tam skirtose knygose (Motuza, 20062). 7.2. lentelė. Supaprastintas paplitusių magminių uolienų skirstimas Intruzinė uoliena Pagrindiniai mineralai Vulkaniniai atitikmenys Ultramafitai: dunitas, peridotitas, piroksenitas Olivinas, piroksenai, Pikritas, kimberlitas Gabroidai: gabras, noritas, troktolitas, anortozitas Plagioklazas, piroksenai, olivinas, raginukė Bazaltas, diabazas Dioritoidai: dioritas Plagioklazas, raginukė, piroksenas Andezitas Granitoidai: granitas, tonalitas, granodioritas Plagioklazas, mikroklinas, kvarcas, biotitas, raginukė Liparitas (riolitas), dacitas Sienitoidai: sienitas, nefelininis sienitas, monconitas Mikroklinas, plagioklazas, biotitas, amfibolai, piroksenai Trachitas, fonolitas, latitas 7.2.2. Plačiai paplitusios magminės uolienos Ultramafinės uolienos arba ultramafitai Taip vadinamos uolienos, sudarytos vien tik iš mafinių mineralų – olivino, piroksenų, rečiau dar ir raginukės. Felzinių mineralų – feldšpatų, jau nekalbant apie kvarcą jose nebūna. Tai yra pirmas šių uolienų atpažinimo požymis. Pagal mafinių mineralų – olivino ir piroksenų santykinį kiekį išskiriamos ultramafitų rūšys. Dunitas (pavadinimas kilo nuo Duno kalno Naujoje Zelandijoje), sudarytas vien iš olivino, todėl ir jo spalva būna gelsvai žalia. Bet ne visada. Olivinas jautrus mineralas ir priepaviršinėse sąlygose greitai jungiasi su vandeniu ir uoliena virsta serpentinitu. Jo spalva yra žalia, dažnai dėmėta, juostuota. Jį galima atpažinti pačiupinėjus, nes jo paviršius būna slidus, tarsi vaškuotas, jame dažnos baltos pluoštuoto asbesto gyslutes. Dunitas pasižymi ypatinga chemine sudėtimi - jame labai nedaug SiO2 - iki 44 proc., bet daug MgO – apie 35-40 proc. (7.2 pav.). 7.2. pav. Olivino kristalas, olivininė uoliena - peridotitas ir iš jo susidaręs serpentinitas Peridotitas – sudarytas iš olivino ir piroksenų, bet olivinas paprastai vyrauja (>40%). Piroksenitas – beveik vien pirokseninė uoliena. Šios uolienos būna tamsiai žalios, beveik juodos, pilkos, dažnai stambiai grūdėtos. Ultramafinės uolienos lydosi iš mantijos, dažnai šimto ir daugiau kilometrų gylyje, todėl jų magma retai pasiekia paviršių. Kai taip atsitinka, susidaro vulkaninės uolienos, vadinamos pikritu. Žemynų plutoje ultramafinės uolienos sudaro vos 1 proc.. Kiek daugiau jų yra vandenynų plutoje – apytikriais skaičiavimais - apie 10-12 proc.. Bet mantija, priešingai sudaryta beveik vien iš šių uolienų, todėl nepaisant jų retumo paviršiuje, Žemėje apskritai ultramfinės uolienos sudaro didžiausią uolienų dalį. Kai magma iš mantijos pasiekia paviršių ir išsilieja lavos pavidalu, joje būna mantijos uolienų nuolaužų. Tokios uolienų nuolaužos vadinamos ksenolitais (gr. χεΰος– ksenos - svetimas). Tokių žalių peridotito nuolaužų bazalte pasitaiko, pavyzdžiui, Kanarų salose, kur jos parduodamos kaip suvenyrai (7.3 pav.). 7.3. pav. Mantijos peridotito intarpai bazalto lavoje. Kanarų salos. I.Vėjelytės nuotr. Peridotitai susidaro dideliame gylyje, daugiausiai mantijoje, o žemynų paviršiuje atsiduria tik ypatingomis aplinkybėmis. Taip atsitinka susiduriant litosferos plokštėms, kai tarp jų buvęs vandenyno dugnas užstumiamas ant žemyno. Tokios uolienų storymės vadinamos ofiolitais. Juos sudaro metamorfizuotų nuosėdinių uolienų klodai ir vandenyno dugno uolienų - bazalto, gabro, o tarp jų ir dunito, peridotito luistai. Ultramafitai tokiu būdu atsidūria sausumoje, netgi kalnuose. Didžiausias pasaulyje ofiolitų plotas yra Omano pakrantėje. Tai – Tetijos vandenyno plytėjusio tarp Afrikos ir Eurazijos dugno luistai, užstumti ant žemyno pakraščio jam užsidarant, tai yra susiglaudžiant Eurazijos ir Afrikos plokštėms. Ofiolitai dengia ir visą vidurinę Kipro dalį (Trodo ofiolitai) (7.4 pav.). Jų taip pat yra Norvegijos kalnuose, Lingeno pusiasalyje, Uralo kalnuose, Naujoje Zelandijoje ir kitur. 7.4. pav. Trodo ofiolitų storymė (melsvos spalvos) dengia visą vidurinę Kipro dalį (kairėje). Mantijos peridotito luistai (rausvi) Raudonuosiuose kalnuose (Red Hills), Naujojoje Zelandijoje. Rausvą spalvą peridotitas įgyja virsdamas serpentinitu ir dūlėdamas http://www.geokem.com/images/pix/Little-Red-Hill-big.jpg Ultramafitai susidaro ir tiesiogiai plutoje, tais atvejais, kai į ją iš mantijos įsiskverbia didelis magmos kiekis. Magma kristalizuojasi palaipsniui, mineralai išsiskiria iš jos tam tikra tvarka. Pirmas išsiskiria olivinas, po to chromitas ir piroksenai. Būdami sunkesni už lydalą šie mineralai nusėda magmos kameros dugne, sudarydami atitinkamos sudėties sluoksnius. Tokiu būdu susidaro sluoksniuotos intruzijos, o jose - ultramafinių uolienų klodai. Didžiausia pasaulyje sluoksniuota intruzija yra Bušveldo, Pietų Afrikos Respublikoje. Jos plotas yra apie 68000 km2 (didesnis negu Lietuvos!), o dunito, peridotito ir piroksenito sluoksniai joje tęsiasi šimtus kilometrų (7.5 pav.). 7.5. pav. Ultramafinių uolienų sluoksniai Bušveldo intruzijoje ir jų susidarymas paeiliui kristalizuojantis ir nusėdant skirtingiems mineralams. http://www.min.tu-clausthal.de/www/lager/Exc2005/bilder/klein/sa118.htm Šioje intruzijoje kartu su ultramafitais susikaupė didžiausi pasaulyje chromo ir platinos ištekliai (apie tai kiek plačiau – XI skyriuje). Chromitas irgi kristalizuojasi iš lydalo ir nusėda magmos kameros dugne kaip plonas, bet plačiai išplitęs sluoksnis. Gabras, bazaltas, diabazas, anortozitas Gabras, kurio yra keletas rūšių, yra uoliena, sudaryta iš plagioklazo ir piroksenų, olivino, raginukės. Plagioklazo ir mafinių mineralų kiekis gali kisti nuo 10 iki 90 proc. Pagal SiO2 kiekį (iki 53 proc.), gabras yra bazinė uoliena, joje nėra kvarco. Tai tamsiai pilka, dažniausiai vidutinio grūdėtumo ir tolygiai grūdėta uoliena. Dėl gabro tamsumo iš jo dažnai daromi antkapiai ir kitokie paminklai. Kai gabro sudėties magma sustingsta nedideliame gylyje, iš jos susidaro diabazas, o kai išsilieja Žemės paviršiuje - bazaltas.(7.6 pav.). 7.6. pav. Gabras (kairėje), diabazas (viduryje) ir bazaltas susidarę iš tos pačios magmos, tik, atitinkamai, gilumoje, netoli paviršiaus ir paviršiuje. Mikroskopinės šlifų nuotraukos akivaizdžiai rodo jų sandaros skirtumą (G. Motuzos nuotr.) Diabazas dažniausiai būna pilkas. Jo sandara kristalinė, paprastai labai smulkaus, bet įžiūrimo grūdėtumo. Jam būdinga vadinama diabazinė struktūra, kurią sudaro pailgi lyg adatėlės plagioklazo kristaliukai, išsidėstę be jokios tvarkos, padrikai, tarsi sumestos malkos (V.3.9 pav.). Bazaltas paprastai yra juodos spalvos vienalytė uoliena, dažniausiai nekristalinė arba kristaliukai tokie smulkūs, kad nematomi plika akimi. Pasitaiko ir didesnių – kelių milimetrų dydžio plagioklazo ar pirokseno kristalų intarpų. Tokia uoliena vadinama bazaltiniu porfyritu. Tai ir yra šios uolienos skiriamasis požymis. Bazaltas ir diabazas yra labiausiai paplitusios Žemės paviršiuje vulkaninės uolienos. Pirmiausiai taip yra todėl, kad jos sudaro didesnę dalį okeaninės plutos, kuri dengia apie 60 proc. Žemės paviršiaus. Be to, šios uolienos neretos ir žemynuose. Bazaltas naudojamas kaip statybinė ir apdailos medžiaga. Atvežtu iš Volinės bazaltu tarpukaryje buvo išgrįstas Gedimino prospektas ir kelios gatvės Vilniaus senamiestyje. Anortozitas yra uoliena sudaryta beveik vien (>90%) iš plagioklazo. Jo yra kelios atmainos, priklausomai nuo plagioklazo rūšies. Geriausiai žinoma tokia atmaina sudaryta iš plagioklazo labradoro, vadinama labradoritu. Labradoras pasižymi irizacija – vidiniu švytėjimu, todėl tamsiame labradorito paviršiuje, tinkamai jį pakreipus, matomos melsvos blykstės, dėl ko jis plačiai naudojamas, kaip dekoratyvinis akmuo. Anortozitas susidaro savitu būdu. Stingstant magmai joje pirmiausiai išsiskiria plagioklazo kristali, kurie būdami lengvesni už lydalą susirenka magmos kameros viršuje. Todėl anortozitas neturi vulkaninio atitikmens. Didelių anortozito plutonų yra Norvegijoje, payzdžiui garsiose Lofotenų Vesteroleno ir salose, JAV Adirondako kalnuose, Ukrainoje (Korostenės batolitas), bet apskritai Žemėje jis nėra dažnas. Tačiau Mėnulyje anortozitas yra labai paplitęs ir sudaro didelę dalį jo plutos, ypač plokščiakalniuose, kurie matomi kaip šviesesni plotai jo paviršiuje (3.21 pav.). . Dioritas ir andezitas Dioritas, tai – uoliena, sudaryta iš panašių mineralų, kaip ir gabras. Skirtumas tas, kad plagioklazas diorite paprastai vyrauja, ir turi daugiau natrio, todėl yra šviesesnis, negu gabre, kur plagioklazas yra kalcingas. Iš mafinių mineralų diorite dažniausi raginukė ir tamsusis žėrutis - biotitas. Diorito magmai išsiliejus paviršiuje susidaro jo vulkaninis atitikmuo – andezitas. Tai pilka uoliena, kurios būdingiausia ypatybė yra porfyrinė struktūra - balto plagioklazo ir tamsaus pirokseno intarpai nekristalinėje pagrindinėje masėje (7.7 pav.). 7.7. pav. Dioritas ir jo vulkaninis atitikmuo - andezitas. G.Motuzos nuotr. Andezitas yra plačiai paplitusi uoliena, bet susidaro tik tam tikrose vietose - ten, kur susiduria litosferos plokštės ir, nirdamos viena po kita, lydosi. Dabar andezitai liejasi aplink Ramųjį vandenyną, kurio pakraščiais ir vyksta plokščių susidūrimas ir vulkanizmas. Čia išskiriama, vadinama, andezito juosta, kur ši uoliena itin dažna. Beje, ir jos pavadinimas kilęs nuo Andų kalnų. Andezito klodai dažni daugelyje senųjų kalnynų – Tatrų, Karpatų, Altajaus ir kitų. Andezito klodai aptikti ir Lietuvos kristalinėje plutoje. Jie tęsiasi šalies viduriu nuo Lazdijų-Druskinikų iki Pasvalio-Pakruojo. Tai rodo, kad prieš 1,84 mlrd. metų čia, tęsėsi aukštų ugnikalnių graandinės (Motuza, 20061). Granitas, riolitas, dacitas Granitas yra uoliena, kurios sudėtyje vyrauja kvarcas (ne mažiau 20 proc.) plagioklazas ir mikroklinas, o mafinių mineralų nedaug – iki 15-20 proc.. Dažniausiai tai žėručiai (biotitas, muskovitas), raginukė, rečiau granatas. Nepaisant palyginti paprastos mineralinės sudėties, granitas pasižymi spalvos ir sandaros įvairove. Tai daugiausiai lemia plagioklazo ir mikroklino santykis. Pagal tai išskiriama keltas granito rūšių – tonalitas, granodioritas. Tonalite mikroklino beveik nėra, granodiorite nedaug, vyrauja plagioklazas. Todėl šios uolienos yra pilkos arba baltos spalvos. „Normaliame“ granite mikroklino yra daugiau negu plagioklazo ir jis suteikia uolienai būdingą rausvą spalvą. Labai įvairi yra ir granito sandara. Paprastai granitas yra vidutinio (1-5 mm) ir stambaus (5-10 mm) grūdėtumo, dažnai porfyriškos struktūros, kurią sudaro stambūs, kartais kelių centimetrų dydžio feldšpato kristalai smulkesnio grūdėtumo pagrindinėje masėje (7.8 pav.). 7.8. pav. Granitas pasižymi įvairove: kairėje – iš Kabelių masyvo Pietų Lietuvoje, viduryje – iš Asuano, Egipte, dešinėje – iš Trondheimo, Norvegijoje. G.Motuza nuotr. Ypatinga granito rūšis yra rapakyvis. Jo sandaros ypatybė yra itin stambūs, kelių centimetrų dydžio rausvi porfyriški kalio feldšpato kristalai. Neretai jie yra apvalaini, su plonais pilko plagioklazo apvadėliais. Uolienos pavadinimas suomių kalba reiškia „sutręšęs akmuo“. Taip ji vadinama dėl to, kad ją sudarantys mineralai šylant ir šąlant plečiasi ir traukiasi ne vienodai. Kitaip sakant mineralų plėtimosi koeficientas yra skirtingas. Dėl to, svyruojant temperatūrai ji eižėja ir dūla greičiau negu kitos uolienos. Keletas didelių rapakivio granito plutonų yra Suomijoje, Švedijoje, Baltijos jūros dugne. Iš ten ledynas atvilko į Lietuvą daug šio granito riedulių, tarp jų ir garsųjį Puntuką (7.9 pav.). 7.9. pav. Puntukas yra iš rapakivio granito. V. Mikulėno nuotr. Ypatinga granito atmaina yra rutulinis (orbikuliarinis) granitas – sudarytas iš keliolikos cm skersmens rutulio ar elipsoido pavidalo agregatų (7.10 pav.). Ši uoliena yra reta, aptikta vos keliose pasaulio vietose, bet Suomijoje yra net 29 jo radimvietės. 7.10. pav. Rutulinis (orbikuliarinis) granitas iš Čilės. R.Kryzos nuotr. Kai granito magma išsilieja Žemės paviršiuje, susidaro kelių rūšių vulkaninės uolienos - riolitas, dacitas ir jų atmainos. Iš jų bene geriausiai žinomas obsidianas, atrodantis lyg stiklas juodos arba rudos spalvos (7.11 pav.). Pemza – taip pat yra granito sudėties lava, stikliška ir porėta lyg kempinė. Kartais ji net lengvesnė už vandenį. 7.11. pav. Vulkaninės granito sudėties uolienos: riolitas, migdolinė lava, obsidianas, kvarco porfyras (G.Motuzos nuotr.) Gyslinė granito atmaina vadinama pegmatitu. Ši uoliena pasižymi savotiška sandara, mineraline sudėtimi ir su ja susijusiomis naudingomis iškasenomis. Pegmatitas yra itin stambaus grūdėtumo. Jį sudaro kelių dešimčių centimetrų, o kartais net kelių metrų dydžio kristalai. Patys stambiausi Žemėje kristalai (minėti V.2 skyriuje) aptikti kaip tik pegmatito gyslose. Kita sandaros ypatybė yra įmantrūs kvarco įaugimai mikroklino kristaluose, primenantys arabų ar žydų rašmenis. Todėl tokia struktūra vadinama rašmenine arba pegmatitine (7.12 pav.). 7.12 pav. Pegmatito gyslos Mozambike (kairėje) ir Čilės kalnuose, Domeikos kalnagūbryje. Apačioje – rašmeninė arba pegmatitinė struktūra. G.Motuzos nuotr. Be jų pegmatituose dažnai būna retų mineralų – turmalino, topazo, fluorito, retųjų elementų - berilio, ličio, alavo, tantalo, niobio, cirkonio, urano junginių. Pegmatitai garsėja brangakmeniais ir juvelyriniais akmenimis - topazu, turmalinu, kalnų krištolu, juoduoju kvarcu morionu, tauriosiomis berilo atmainomis – smaragdu, akvamarinu, morganitu ir daugeliu kitų. Pegmatitai sudaro gyslų pavidalo kūnus. Jų storis dažnai neišlaikytas, svyruoja nuo kelių dešimčių centimetrų iki kelių dešimčių metrų, o ilgis – nuo dešimčių metrų iki kelių kilometrų. Granitas susidaro lydantis plutai, todėl tai - labiausiai paplitusi intruzinė uoliena žemynų viršutinėje plutoje, bet vandenynų plutoje jis labai retas. Didelis granito kiekis viršutinėje plutoje yra daugelio susijusių geologinių procesų išdava (apie tai daugiau VIII.4.2 skyriuje). Žemė yra vienintelė Saulės sistemos planeta, kurioje yra granito (Clemens, 1998). Jo nėra nei Marse, nei Veneroje. Tarp Mėnulio uolienų, atskraidintų Apolono-14 ekspedicijos iš Koperniko kraterio buvo surasti vos keli nedideli gabalėliai į granitą panašios uolienos (Bogard, et al., 1994). Granito pavadinimas atsirado dar viduramžiais, nuo italų kalbos žodžio “granum” - grūdas. Tai bene plačiausiai žinomas uolienos pavadinimas, naudojamas ne vien geologijoje, bet ir įmonių, sporto komandų ir kitų nesusijusių su geologija dalykų pavadinimui. Literatūroje jis tapo tvirtumo, patvarumo, ilgaamžiškumo simboliu. Garsusis Johanas Volfgangas Gėtė netgi paskyrė granitui savo kurinį, galima sakyti poemą proza, kurio pirmaisiais sakiniais pabrėžia granito vertę ir įdomumą: Granitas dar senovėje buvo gerbiamas, kaip labai ypatinga akmens rūšis...Egipto faraonai statė piramides Saulės garbei iš granito, dėl jo ryškiai raudonai kibirkščiuojančios spalvos ... Granitas slūgso pačioje didžiausioje aukštybėje ir pačioje didžiausioje gelmėje... ši uoliena ir yra mūsų žemės pagrindas, ant kurio susidarė visi kiti, tokie skirtingi tarpusavyje kalnai... Rašinys sukurtas 1783 metais, kaip dalis knygos apie Visatos istoriją, kuri, deja, liko neužbaigta (Гёте, 1950; Motuza, 20062, p.124-126). Beje Gėtė rimtai domėjosi geologija, Žemės istorija ir buvo surinkęs didelį mineralų rinkinį, ligi šiol saugomą jo name-muziejuje Veimare. 7.13. pav. Nebaigtas kalti granito obeliskas Asuano karjere, Egipte. GM nuotr. Granitas yra dažna uoliena ir Lietuvos kristaliniame pamate. Čia gręžiniais yra aptikti stambūs intrūziniai granito ir artimų jam uolienų (čarnokitoidų) kūnai, susidarę tarp 1,85 ir 1,45 mlrd.metų (1.9 pav.). Granito kūnų yra ir po Vilniumi. Sienitas Sienitas pagal sudėtį ir išvaizdą panašus į granitą, nes jo didžiąją dalį sudaro kalio feldšpatas. Nuo granito jis iš esmės skiriasi tuo, kad sienito sudėtyje nėra kvarco, tiksliau būna tik atskirose atmainose ir vos keli procentai, tuo tarpu granite kvarcas visada yra matomas. Kai kurių sienito rūšių sudėtyje būna nefelino. Iš mafinių mineralų dažniausias biotitas ir piroksenai. Sienitas susidaro iš magmos, išsilydžiusios mantijoje, kuri įsiskverbia į plutą tose vietose, kur kontinentinė litosfera skyla. Daug sienito intruzijų yra Pietryčių Afrikoje – Malavyje, Mozambike, Rytų Afrikos rifte, kur Afrikos kontinentas skyla, atverdamas kelius magmai pakilti iš mantijos gelmių. Sienito masyvai čia iškyla miškingoje savanoje įspūdingų kalnų pavidalu (7.14 pav.). 7.14. pav. Sienitas ir jo intruzija iškilusi Mozambiko savanoje Šiperonės kalnas. G. Motuzos nuotr. Bene plačiausiai žinoma ir labiausiai naudojama sienito atmaina yra larvikitas. Jis ypatingas tuo, kad feldšpatai, vyraujantys jo sudėtyje irizuoja, tai yra žėri melsva iki sidabrinės spalva, atspindėdami iš vidaus į juos krintančią šviesą. Panašią savybę turi ir labradoritas, bet jis yra tamsus, o larvikitas – šviesus, todėl atrodo ypatingai patraukliai. Larvikito yra tik vienoje vietoje – prie nedidelio Larviko miestelio Norvegijoje, Oslo fjordo pakrantėje. Nuo jo ir kilo uolienos pavadinimas. Čia yra keletas larvikito intruzijų, susidariusių permo periode. Dėl savo išskirtinio grožio ir retumo tai – labai mėgiamas apdailos akmuo. Iš jo gaminama daugybė dirbinių nuo papuošalų, stalinių laikrodžių ir stalviršių iki pastatų apdailos plokščių. Vilniuje larvikitu apdailintas SEB banko pastatas Jogailos gatvėje. 2007 metais norvegai išsirinko larvikitą savo nacionaliniu akmeniu. Ir ne veltui – jo gavyba duoda Norvegijai apie 60 mln. eurų pajamų kasmet (Heldal ir kt., 2008). Larvikito atmainos turi ir prekinius pavadinimus – Blue Pearl, Emerald Pearl, Royal Blue, Marina Pearl (7.15 pav.) 7.15. pav. Larvikitas – Norvegijos nacionalinė uoliena (G.Motuzos nuotr.) ir Oslo apylinkių geologinis žemėlapis, kuriame violetine spalva pažymėtos larvikito intruzijos (http://eurasian.com/norway/granite/blue_pearl.html) Piroklastinės uolienos Atskirą magminių uolienų poklasę sudaro piroklastinės uolienos. Piroklastai, verčiant iš graikų kalbos reiškia „ugninės nuolaužos“. Jos susidaro, kai lavos išsiliejimą iš ugnikalnio lydi staigus dujų išsiskyrimas, sukeliantis sprogimus. Jų metu į orą išmetami įvairaus dydžio skystos lavos purslai, be to išsprogdinama ir dalis ankstesnių, jau sukietėjusių lavos klodų, dengiančių ugnikalnio šlaitus. Sukritusios ant žemės šios dalelės sudaro piroklastines uolienas. Smulkiausios dalelės, iki 2 mm dydžio, vadinamos dulkėmis ir pelenais; stambesnės – 2-64 mm dydžio – lapilėmis. Dar stambesnės nuolaužos, kurios gali siekti ir kelių metrų dydį vadinamos vulkaninėmis bombomis arba blokais. Bombos susidaro iš ore sustingusios lavos, o blokai yra ankstesnių išsiveržimų lavos klodų nuolaužos. Kai bombos stingsta ore jų paviršius sutrūkinėja ir įgyjas vadinamą „duonos plutos“ pavidalą. Dažnai išmestas į orą lavos „blynas“ ore susisuka ir įgyja verpstės pavidalą ir sluoksniuotą vidinę sandarą (7.16 pav.). Sukritusios ant žemės purios nuolaužos vadinamos tefra. Susigulėjusios ir sukietėjusi pelenų tefra virsta – tufu, arba lapiline uoliena jei iš lapilių (7.17 pav.). Sutvirtintos, sucementuotos bombos ir blokai vadinami piroklastine brekčija. Piroklastinės dalelės, ypač smulkios, būna toli nunešamos nuo išsiveržimo vietos ir gali pakliūti į vandens baseinus. Čia jos susimaišo su nuolaužine medžiaga – smėliu, aleuritu. Tokia mišri uoliena vadinama tufitu. Tufai ir lapilinės uolienos sudaro sluoksnius, klodus ugnikalnių šlaituose, tarpukalnio įdubose ir gana tolimoje ugnikalnių apylinkėje, kartais dešimčių ir šimtų kilometrų nuotoliu (7.18 pav.). 7.16. pav. Vulkaninės bombos: susukta „koldūno“ pavidalo iš Kamčiatkos ir su “duonos plutos” paviršiumi iš Domeikos kalnagūbrio, Čilės Anduose. G.Motuzos nuotr. 7.17. pav. Lapilinis tufas. Krymas, Karadagas. K. Surojos ir G.Motuzos nuotr. 7.18. pav. Tufo klodai prie Andų kalnų ežero Laguna verde ir pavyzdys iš jo. Tolumoje ugnikalnis Laguna verde, Čilės Andai. G.Motuzos nuotr. Ugnikalnių šlaituose galima rasti ir keistų darinių – lašo pavidalo vulkaninio stiklo gabalėlių ir stikliško pluošto draiskanų. Havajų gyventojai, juos vadina ugnikalnių deivės Pelės ašaromis ir plaukais. Iš tikrųjų „ašaros“ susidaro iš ore sustingusių lavos lašelių, o „plaukai“ yra stipraus vėjo išpūsti iš skystos lavos srauto (7.19 pav.). 7.19. pav. Reti vulkaniniai dariniai pavadinti Havajų ugnikalnių deivės Peles plaukais ir ašaromis 7.2.3. Retos, bet įdomios magminės uolienos Be apibudintų, plačiai paplitusių uolienų yra daug kitų, retesnių ar net labai retų, bet įdomių ir naudingų. Įdomios jos yra todėl, kad susidaro ypatingų geologinių procesų metu, o naudingos dėl to, kad su jomis susiję vertingos naudingosios iškasenos. Tokios uolienos, pavyzdžiui, yra – foidolitai, kimberlitas, nesilikatinės uolienos. Foidolitais vadinamos uolienos, kuriose vyrauja feldšpatoidai (foidai), dažniausiai - nefelinas (NaAlSiO4). Šis mineralas yra neprisotintas SiO2, dėl ko uolienose santykinai daugiau Na arba K. Todėl jos vadinamos itin šarmingomis (ultrašarminėmis). Jų kiltinė magma susidaro giliai mantijoje tose vietose, kur dėl dar nežinomų priežasčių susikaupia šarminiai elementai. Foidolitai sudaro atskirus masyvus arba jų grupes tik atskirose žemynų vietose. Pavyzdžiui, Europos šiaurėje tokia vieta yra Kolos pusiasalis. Čia surasta keliasdešimt įvairaus dydžio ultrašarminių uolienų kūnų. Tarp jų stambiausi - Chibinų ir Lovozero intruzijos. Foidolitai išsiskiria iš kitų magminių uolienų retų mineralų įvairove. Pavyzdžiui, Chibinų intruzijoje nustatyta apie 500 mineralų, iš jų 140 čia surasti pirmą kartą. Tarp jų yra retųjų žemių, retųjų metalų, radioaktyvių elementų mineralų, kurių sankaupos turi pramoninę vertę. Kita ypatinga ir reta uoliena yra kimberlitas. Tai ultramafinė uoliena - sudaryta tik iš mafinių mineralų – magnezingo olivino, pirokseno, špinelės. Jie dažniausiai būna pakeisti antriniais – serpentinu, karbonatais, kurie ir vyrauja pagrindinėje uolienos masėje. Be to, kimberlite gausu uolienų ir mineralų nuolaužų, užgriebtų magmai kylant aukštyn, dėl ko jis yra nuolaužinės, brekčiškos sandaros. Toks „svetimkūnis“ mineralas, pasitaikantis kimberlite yra ir deimantas. Kimberlito magma susidaro 200-150 km gylyje. Joje būna daug ištirpusių karbonatų. Kylant magmą aukštyn jie skyla, į ją išsiskiria daug CO2 dujų, kurios labai sumažina jos tankį ir pagreitina kilimą. Kildama aukštyn lūžiais tokia „dujinga“ lengva magma juda vis greitėdama, o paviršių pasiekia net 800-1000 km/val greičiu ir iššauna, kaip iš patrankos, palikdama plačiai paskleistus piroklastus ir brekčišku kimberlitu užpildytą kilimo vamzdį. Paprastai jis būna kelių šimtų metrų skersmens ir vadinamas sprogimo vamzdžiu arba diatrema (7.20 pav.) 7.20. pav. Kimberlito atodanga. Okoje, Kanada (Ryka ir kt., 1991). Kimberlito magmos išsiveržimas ir sprogimo vamzdelio susidarymas. http://www.ig.cas.cz/en/structure/departments/tectonics-and-geodynamics/projects/orogenic-processes/kaapvaal-craton Kimberlitų išsiveržimų, kol kas niekam stebėti neteko, nes jauniausi žinomi kimberlitai susidarė prieš keliasdešimt milijonų metų, bet tokia magmos kilimo ir išsiveržimo eiga atkuriama pagal šios uolienos sandarą ir slūgsojimo sąlygas. Kimberlitas yra ypatinga uoliena dar ir todėl, kad jame būna deimantų. Deimantai irgi susidaro mantijoje, bet kitu būdu ir kitu laiku negu juos talpinantis kimberlitas. Nustatytas kimberlitų amžius yra – nuo 50 iki 1600 mln. metų, o juose randami deimantų - nuo 990 iki 3300 mln. metų. Deimantai susidaro litosferos apatinėje dalyje, 100-200 km gylyje, 900-1300oC temperatūroje ir 45-60 kilobarų slėgyje. Dalis deimantų kristalizuojasi 650-670 km o gal ir dar didesniame gylyje. Jie yra giliausiai susidarę kieti kūnai, kurie mus pasiekia iš Žemės gelmių. Tose sąlygose, kuriose susidaro kimberlito magma, tai yra daugiau kaip 120 km gylyje ir didesniame negu 40 kilobarų slėgyje, deimantai mantijoje yra stabilūs. Todėl magma gali užgriebti iš aplinkos jų kristalus. Tačiau mažesniame gylyje deimantai virsta grafitu arba gali sudegti jungdamiesi su deguonimi. Jie pasiekia paviršių tik todėl, kad kimberlio magma labai greitai kyla. Nors didžioji dauguma uolienų yra sudarytos iš silikatinių mineralų yra ir nesilikatinių magminių uolienų. Jos labai retos, bet su jomis būna susiję vertingų naudingųjų iškasenų, o kai kurios iš tų uolienų ir pačios yra rūdos. Iš nesilikatinių uolienų pirmiausiai paminėtinas karbonatitas. Tai uoliena, kurioje daugiau kaip 50 proc., sudaro karbonatai – kalcitas, dolomitas ar kiti. Ji atrodo kaip marmuras, tačiau jos kilmė visai kitokia (V.8 pav.). Ilgą laiką geologai ginčijosi dėl jo kilmės, nes sunku buvo įsivaizduoti kad tokios sudėties uoliena kristalizuojasi iš karbonatinio lydalo. Buvo manoma, kad tai išlydytos klintys, bet sunku buvo paaiškinti padidintą retų elementų kiekį ir kitas cheminės sudėties ypatybes. Šis ginčas baigėsi tik praeito amžiaus šeštajame dešimtmetyje, kai geologų dėmesį patraukė ugnikalnis Oldoinjo Lengai Tanzanijoje, Rytų Afrikoje (7.21 pav.). Vietos gyventojai seniai išskyrė šį ugnikalnį iš kitų, pavadindami Dievų kalnu. Jie pastebėjo, kad išsiveržimo metu ugnikalnio šlaitais nutįsta juodos lavos liežuviai, kurie greitai pabąla. Ištyrę tos lavos sudėtį geologai netikėtai nustatė, kad ji sudaryta iš natrio ir kalio karbonato ((Na,K)2CO3), tai yra sodos. Tik išsiliejusi ji būna beveik juoda, bet greitai oksiduojasi ir tampa balta. Tokiu būdu buvo akivaizdžiai įsitikinta, kad Žemės gelmėse yra karbonatinės magmos, iš kurios gali susidaryti ir intruzinės uolienos. Šiuo metu Žemėje surasta per 350 karbonatito intruzijų, susidariusių praeityje, bet Oldoinjo Lengai yra vienintelis šiuo metu veikiantis ugnikalnis iš kurio liejasi karbonatinė lava. 7.21 pav. Ugnikalnis Oldoinjo Lengai – Dievų kalnas (Tanzanija), iš kurio liejasi karbonatinė lava - balti srautai jo šlaituose ir jo krateris užpildytas karbonatitu (http://www.mtsu.edu/~fbelton/lengai.html). Yra nesilikatinių magminių uolienų, sudarytų iš fosfatų, magnetito, chromito, sulfidų. Iš kalcio fosfato – apatito sudarytas apatitolitas, kurio yra jau aukščiau minėtoje Chibinų intruzijoje, Kolos pusiasalyje. Joje aptikti beveik vien iš šio mineralo sudarytos uolienos - apatitolito klodai. Ten jis kasamas, kaip mineralinių fosforo trąšų žaliava, beje, naudojama ir Kėdainių gamykloje (V.28 pav.). 7.22. pav. Apatitolitas iš Rasvumčoro telkinio, Chibinuose. G.Motuzos nuotr. Magnetitinė uoliena - magnetititas sudaro ištisą geležies telkinių juostą Čilėje, Priekrantės kalnagūbryje, o Andų ugnikalnio El Lako (El Laco) šlaituose surasta magnetitinės lavos srautų, visai neseniai išsiliejusių iš jo (7.23 pav.). 7.23. pav. Magnetito lavos klodas Lako ugnikalnio, Čilėje šlaite. Nuotr.: R.Kryza Didelis magnetitito kūnas dar XIX amžiuje surastas pačioje Švedijos šiaurėje Kirunavaros kalne. Tai daika, kurios storis yra apie 90 metrų, o ilgis – keliolika kilometrų. Jis jau nuo XIX amžiuje pradėtas naudoti kaip aukštos kokybės geležies rūdos telkinys. Gabro intruzijose pasitaiko sulfidinių uolienų - geležies, vario ir nikelio sulfidų klodų. Lydalas sudarytas iš šių medžiagų atsiskyrė nuo silikatinio dar skystame būvyje. Ši uoliena yra labai vertinga kaip vario ir ypač nikelio rūda. Ypač didelių tokios rūdos telkinių yra Rusijoje, Norilsko apylinkėse Sibire ir Kolos pusiasalyje (Pečenga, Alarečenskas) ir Kanadoje, Sadburio struktūroje. 7.2.4. Magminių uolienų kūnai Magminės uolienos sudaro įvairaus pavidalo ir dydžio kūnus, kurie turi savo pavadinimus ir skiriamuosius požymius.. Magmai stingstant gilumoje ir išsiliejant paviršiuje susidaro skirtingo pavidalo kūnai. Giluminių (plutoninių, intruzinių) uolienų kūnai Dažniausiai sutinkami plutoninių uolienų kūnai, pradedant nuo smulkiausių yra gysla, daika, nekas, silas, lakolitas, lopolitas, batolitas. Apie jų pavidalą sužinome taikydami gręžimą ir geofizinius metodus. Dažnai jie atsidengia ir žemės paviršiuje. Smulkiausias magminis kūnas yra gysla. Jo ilgis ir plotis yra daug didesnis už storį. Visi šie trys gyslos matmenys gali žymiai kisti. Kitaip sakant ji yra kaitaus pavidalo, tai susiaurėjanti, tai pastorėjanti, tai išsišakojanti. Gyslos gali būti įvairių krypčių, nes įsiskverbia į storymės silpnas vietas – plyšius, įtrūkimus, sluoksnių sčlyčio paviršius (7.24 pav.). Gyslų storis būna nuo kelių milimetrų iki kelių dešimčių metrų, o ilgis gali siekti kilometrus. 7.24 pav. Plona, vingiuota granito gyslutė riedulyje, iš kurio iškaltas velniukas Estijos miestelyje Tori ir lygiagrečios granito gyslos gnesių storymėje Mozambike. Jas rodo geologas Karlušas Fumu, o šalia auga medvilnės krūmeliai. GM. nuotr. Daika, tai plokštės formos kūnas, kurio storis daug mažesnis už ilgį ir plotį. Daikų storis paprastai yra keli metrai, o ilgis – nuo šimtų metrų iki kelių dešimčių, atskirais atvejais net šimtų kilometrų. Daikos susidaro įsiskverbiant magmai į plyšius Žemės plutoje, todėl jų ribos būna staigios, ryškios, o storis išlaikytas (7.25 pav.). Žodis „dike“ škotų kalboje reiškia - tvorą, kurią primena paviršiuje kyšančios daikų keteros. 7.25 pav. Bazalto daikos kertančios granitą Smolande, Švedija (G.Motuzos nuotr.) ir tiksliai pavaizduotos dailininko T.Kitelseno (Kittelsen) 1893 m. paveiksle “Havsula ”, tapytame Lofotenų salose, Norvegijoje Daikas dažniausiai sudaro bazinės uolienos – bazaltas, diabazas, gabras. Jos būna pavienės arba susitelkusios tam tikrame plote į vadinamus “daikų spiečius”. Tokios daikų sistemos dažniausiai susidaro žemynų pakraščiuose, skeldėjant ir plyštant jų litosferai tektoninio tempimo metu. Daugybė tokių daikų yra Škotijoje, kur jos susidarė veriantis Atlanto vandenynui. Daikos susidaro ir aplink ugnikalnius ar virš negilių intruzijų, kai spaudžiant magmai aplink juos atsiranda plyšiai išsidėstę žiedais ar spinduliais. Į tuos plyšius įsiveržus magmai susidaro žiedinės arba spindulinės daikos. Viena garsiausių tokių spindulinių daikų sistemų susidarė apie Šiproko (Shiprock) ugnikalnį. Jį apardžius erozijai, daikos atrodo, lyg sienos nutįsusios nuo centre esančio neko (žr. žemiau), stūksančio lyg bokštas dykumoje (7.26 pav.). Beje tenykščių indėnų navachų kalba ši vieta vaizdžiai pavadinta „sparnuota uola“ 7.26 pav. Šip roko (Shiprock) nekas ir spindulinės daikos Niu Meksikos valstijoje, JAV. http://image14.webshots.com/15/8/72/91/164787291APxSFm_fs.jpg http://volcano.oregonstate.edu/vwdocs/volc_images/north_america/arizona/Ho3.JPG 7.26 pav. Nekas – tai stulpo ar bokšto pavidalo kūnas, kuris susidaro ugnikalnio “gerklėje” – kanale, kuriuo kilo magma. Anglų kalboje neck ir reiškia kaklą. Nekų skersmuo būna nuo dešimčių iki kelių šimtų metrų, o aukštis taip pat gali siekti kelis šimtus metrų. Garsusis JAV nacionalinis paminklas Velnio bokštas (Devils Tower) Vajomingo valstijoje yra nekas iš fonolito uolienos (7.26 pav.). Jo aukštis yra 200, o skersmuo - 240 metrų. Visas nekas yra suskaidytas daugiakampiais stulpais susidariusiais stingstant magmai. Indėnai savaip aiškino jų atsiradimą. Tai - įrėžiai, kuriuos neko šonuose paliko didžiulio lokio nagai, kuris ropštėsi stačiais kalno šlaitas bandydamas pasiekti ant kalno sulipusius žmones. 7.27. pav.. Nekas “Devils Tower” (Velnio bokštas) – Vajomingo valstijoje - JAV nacionalinis paminklas ir indėnų padavimas apie jo kilmę (Picardi ir kt., 2007). Silas yra plokščias, santykinai nestoras kūnas, tarsi didžiulis blynas, įsiskverbęs į plutos uolienų storymę. Jis yra darnus su talpinančia storyme, tai yra prisiderina prie jos sandaros. Dažnai silai įsiskverbia pagal sluoksniavimosi paviršius. Silai būna įvairaus dydžio, bet jų storis paprastai dešimtys ar šimtai metrų, rečiau – kilometrai, yra daug mažesnis negu ilgis ir plotis. Šiaurės Anglijoje yra garsus Vino silas (Winn sill), kurio storis yra vos 25-30 m, bet ilgis - daugiau kaip 100 km. Jo išeigos, skardingų kalvų pavidalu tęsiasi beveik per visą Anglijos plotį, nuo Atlanto pakrantės iki Šiaurės jūros. Romėnai, imperatorius Hadriano laikais, pasinaudojo tais skardžiais ir II amžiuje pastatė garsiąją „Hadriano sieną“, atskyrusią jau užimtą Britaniją, nuo dar besipriešinančios Kaledonijos – taip romėnai vadino Škotiją. Tam romėnams tereikėjo siena užtverti tarpukalves (7.28 pav.). 7.28 pav. Silas šiaurės Anglijoje, vadinamas Vin silu (Whin Sill), nusitęsęs nuo Atlanto pakrantės iki Lamanšo sąsiaurio. Romėnai juo pasinaudojo statydami Hadriano sieną, atskyrusią Britaniją (Anglija) nuo Kaledonijos (Škotijos). Nuotr G.Motuzos ir iš interneto. Bene didžiausias pasaulyje yra Bušveldo silas, Pietų Afrikos Respublikoje, kurio plotas yra apie 68000 km2, o storis - apie 9 km. Būna ir sudėtingo, netgi imantraus pavidalo kūnų. Tai - lopolitai panašūs į didžiulę taurę arba įgaubtą grybą. Lakolitai – priešingai, yra išgaubto grybo pavidalo kūnai, kurių skersmuo būna iki 10 km, o storis - iki 3-6 km (7.29 pav.). 7.29 pav. Lakolito (a) ir lopolito (b) piešiniai ir diorito lakolitas - Meškos kalnas – “Aju-Dag” Kryme (Ukraina). G.Motuzos nuotr. . Nedidelis lakolitas yra vaizdingas Ajudago (totoriškai – „Meškos kalnas“) kalnas pietinėje Krymo pakrantėje, netoli Gurzufo. Jam, beje yra paskyręs eilių ten lankęsis Adomas Mickevičius. Be minėtų pavadinimų magminių uolienų kūnai apibudinami ir neapibrėžtais, laisvo naudojimo terminais, kaip štokas, masyvas, plutonas, intruzija. Jie taikomi įvairaus dydžio giluminiams intruziniams kūnams, bet nenusako jų tikslaus pavidalo, dydžio ar susidarymo ypatybių. Šiais vardais vadinamas, pavyzdžiui Namibijos nacionalinis gamtos paminklas Brandbergo granito plutonas. Tai taisyklingo skritulio pavidalo, maždaug 25 km skersmens granito kūnas, įsiskverbęs į Afrikos pluta prieš 130 mln. metų. Vėliau jis buvo „išpreparuotas“ erozijos ir dabar atrodo kaip kalnynas, iškilęs per 2000 metrų virš Namibijos lygumos (7.30 pav.). 7.30 pav. Brandbergo granito intruzijos nuotraukos iš palydovo ir jos susidarymo būdas. Stambiausi intruziniai kūnai yra batolitai. Jų plotas siekia dešimtis tūkstančių kvadratinių kilometrų, o storis - keliolika kilometrų. Tai tarsi didžiulės plokštės slūgsančios plutoje. Batolitai daugiausiai būna sudaryti iš granito (7.31 pav.). 7.31 pav. Siera Nevados granitoidų batolitas. http://www.pitt.edu/~cejones/GeoImages/3IntrusiveBodies/1Plutonsz/1SierraNevada.html Vietomis granito batolitai ir smulkesni kūnai įsiskverbia į plutą vienas šalia kito ar net vienas į kitą. Tokiu būdu susidaro batolito grandinės, ištisinės magminės juostos, kurios tęsiaisi tūkstančius kilometrų. Jos irgi gali būti laikomos atskiros rūšies intruziniais kūnais. Magminės juostos dažniausiai susidaro litosferos plokščių susidūrimo vietose žemynų pakraščiuose, kur vyksta ilgalaikis magmatizmas. Toks yra vakarinis Pietų ir Šiaurės Amerikos žemynų pakraštys, kur Kordiljerų kalnuose (JAV) arba Anduose (Čilėje, Peru) tūkstančius kilometrų tęsiais granito intruzijų grandinės (17...pav.). Granitinė magminė juosta tęsiasi ir skersai Skandinavijos pusiasalio, nuo šiaurės Norvegijos Tromsės apskrityje iki Baltijos jūros pakrantės Švedijoje, kaip tik priešais Lietuvoskrantus. Ji ir vadinama Transskandinaviškąja magmine juosta. Daugelis, ypač stambesnių intruzinių kūnų susidaro ne vienu ypu, o palaipsniui įsiskverbiant magmai dalimis, atskirais laikotarpiais, todėl jiems būdinga nevienalytė vidinė sandara. Pavyzdžiui, batolitų susidarymas paprastai trunka keliasdešimt milijonų metų. Giluminiai kūnai neretai matomi paviršiuje, kur juos iš talpinančių uolienų storymės išpreparuoja ardymas ir erozija. Būdami atsparesni jie dažnai iškyla kalnų pavidalu, kurie išsiskiria vadinamu alpišku paviršiumi - aukštomis, smailomis, stačiašlaitėmis viršūnėmis. Paviršinių (vulkaninių, efuzinių) uolienų kūnai Vulkaninių arba efuzinių uolienų kūnų pavidalą ir dydį lemia keletas svarbiausių veiksnių: magmos klampumas, lakiųjų medžiagų kiekis joje, išsiliejimo vietos sąlygos. Magmos klampumas (arba, priešingai, takumas) labai priklauso nuo SiO2 kiekio lavoje, nes šios molekulės magmoje linkę jungtis į grandinėles, kitaip sakant polimerizuotis. Kuo daugiau SiO2, tuo daugiau ir ilgesnių grandinėlių ir didesnis magmos ar lavos klampumas, o tuo pačiu mažesnis jos tekėjimo greitis. Klampios lavos klodai dengia mažesnius plotus, bet jų storis būna didesnis. Pavyzdžiui, bazalto lava, kurioje SiO2 yra apie 50 proc. labai skysta, jos klampumas gali būti beveik kaip glicerino. Todėl ji gali greitai irtoli tekėti ugnikalnio šlatais ir jo papėdėje. Pavyzdžiui bazalto lavos iš Etnos ugnikalnio Sicilijoje kartais teka net - 60 km/val. greičiu. Tokie lavos srautai nuteka toli nuo išsiliejmo vietos ir užkloja didelius plotus. Andezito lava, kurios sudėtyje SiO2 yra maždaug 10 proc. daugiau yra apie 10 tūkstančių kartų klampesnė. Jos tekėjimo greitis, išmatuotas Karimo ugnikalnio Kamčiatkoje išsiveržimo metu buvo vos 7 km/val. Dacito ir riolito sudėties lava, kurioje SiO2 būna iki 75-80 proc. yra jau milijardą kartų klampesnė negu bazalto ir paprastai sustingsta prie pat išsiveržimo centro. 1903 metais, iš Mon Pele (pranc. Montagne Pelée - Plikasis kalnas) ugnikalnio Martinikos saloje veržėsi tokia klampi andezito lava, kad ji apskritai niekur į šalį netekėjo, o kilo į viršų stulpo pavidalu maždaug 10 m per parą greičiu. Per kelias savaites stulpas pasiekė 400 m aukštį ir atrodė lyg didžiulė adata ar obeliskas. Gaila, šis išskirtinis gamtos kūrinys suiro per kelis mėnesius, ir keliautojai vos spėjo jį nufotografuoti (...pav.). 7.32 pav. “Adata-obeliskas” susidaręs Mon Pele ugnikalnyje (Martinika) 1903 m. http://www.zananas-martinique.com/en-saint-pierre-martinique/after-mount-pele-eruption-08.htm Dažniausi efuzinių kūnų pavidalai yra srautai, dangos, kupolai, vulkaniniai plokščiakalniai, sluoksniai, na ir ugnikalnių kūgiai. Lavos srautai tai ištęsti ir santykinai ploni kūnai. Jie susidaro tekant lavai paviršiaus pažemėjimais - griovomis ar upių slėniais. Srautų ilgis būna labai įvairus – nuo kelių metrų iki kelių dešimčių ir daugiau kilometrų. Toli plačiai pasklidę lavos kūnai vadinami dangomis. Tai - didelio ilgio, pločio ir santykinai mažo storio kūnai, tarsi didžiuliai blynai, dengiantys šimtų kvadratinių kilometrų plotą. Šio tipo kūnai būdingi takiai, bazalto lavai (7.33 pav.). 7.33 pav. Tusidžio (Tousside) ugnikalnis Sacharos dykumoje, Čade, iš kurio išsiliejęs bazaltas suklojo dangas ir srautus http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect12/originals/Fig12_29.jpg Klampi lava dažniausiai slūgso kupolų arba obeliskų, tokių kaip Mon Pelės adata pavidalu. Kupolai tai - mažesnio ploto bet didesnio storio, apytikriai izometriški, kepalo pavidalo kūnai, susidarę virš išsiveržimo centro ar netoli jo. Žemėje yra vietų kur vulkanizmas vyko labai intensyviai. Čia išsiliejo didžiuliai kiekiai bazalto lavos, susidarė ištisos jos dangų storymės, vadinamos vulkaniniais plokščiakalniais, arba trapais (nuo švediško žodžio “trappe” - laiptai). Šis pavadinimas atsirado todėl, kad plokščiakalniai yra sukloti iš atskirų, horizontaliai slūgsančių bazalto dangų, užsiklojusios vienos ant kitų. Jų ardymo (erozijos) metu susidaro “laiptuoti” kalnų šlaitai. Vulkaniniai plokščiakalnių plotas siekia milijonus kvadratinių kilometrų, storis – kelis kilometrus, o tūris matuojamas milijonais kubinių kilometrų (7.34 pav.). 7.34 pav. Vulkaninių plokščiakalnių paplitimas. http://www.geolsoc.org.uk/template.cfm?name=fbasalts Tokie plokščiakalnių pavyzdžiai sausumoje yra Dekano - Indijoje, Sibiro - Rusijoje, Kolumbijos upės – JAV, Paranos - Brazilijoje, Karu - Pietų Afrikos Respublikoje. Dabar jie klostosi Etiopijos, Sudano teritorijose. Vandenyno dugne irgi yra didžiulių, milijonų kv.km ploto vulkaninių plokščiakalnių, pavyzdžiui Ontongos-Javos Ramiojo vandenyno vakaruose. 7.35 pav. Dekano vulkaninis plokščiakalnis Idijoje, susidaręs prieš 65 mln. m. http://johnstodderinexile.files.wordpress.com/2006/10/deccan-flood-basalts.jpg http://web.me.com/uriarte/Earths_Climate/3._Secondary_Era_(Mesozoic)_files/p41.jpg Lavos srautai ir dangos pasižymi ir paviršiaus bei vidinės sandaros ypatybėmis. Ypač įvairus yra lavos srautų ir dangų paviršius. Jis gali būti lygus, net blizgantis, banguotas, virvelinis - visas padengtas tarsi suvytomis lavos virvėmis, luitiškas. Tokios paviršiaus formos susidaro todėl, kad lavos srauto paviršius atvėsta anksčiau, negu vidinės dalys, kurios, greičiau tekėdamos, velia, maigo, susuka, skaldo ir kitaip deformuoja stingstantį lavos paviršių. Vulkaninių salų gyventojai - havajiečiai savo kalboje turi daug žodžių skirtų lavos srautų paviršiaus įvairovei apibūdinti. Kai kurie jų naudojami ir mokslo kalboje, pavyzdžiui „ pachoe-choe”, „a-a” ir kiti.(7.35 pav.). 7.35 pav. Skirtingi lavos paviršiai - pahoe-hoe (a), a-a (b), ir virvelinis (c). a ir b – Havajai (http://www.armageddononline.org/volcano.php) c – Kanarų salos, I. Vėjelytės nuotr. Lavos srautui, išsiveržus po vandeniu ir staiga atvėstant, joje susidaro rutulinis skyrumas. Lavos klodas atrodo sudarytas tarsi iš stambių rutulių ar pagalvių. Tokia lava ir vadinama rutuline arba pagalvine (V.3....pav.). 7.36 pav. Pagalvinės bazalto lavos klodas prie Sufako kaimo, Goro provincijoje, Afganistane. G.Motuzos nuotr. Bazalto, išsiliejusio žemės paviršiuje, klodai dažnai turi stulpinį skyrumą - visa bazalto danga suskaldyta aukštais taisyklingai daugiakampiais stulpais, atskirtais vertikaliais plyšiais. Toks skyrumas susidaro bazalto dangai palaipsniui vėstant nuo paviršiaus gilyn. Stingstančio bazalto tūris mažėja, todėl jo paviršius traukiasi ir eižėja, susidaro plyšiai, kurie, vėstant bazalto klodui slenka gilyn, iki pat jo pado. Įspūdingos bazalto stulpų atodangos yra Škotijos, Airijos pakrantėse, jų galima pamatyti Čekijoje, Ukrainoje, Volinėje. Iš ten, 1929 metais buvo atvežtos dvi daugiakampių bazalto stulpų dalys, kurias galima pamatyti prie įėjimo į Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakultetą (7.37 pav.). 7.37 pav Stulpinis bazalto klodo skyrumas ir jo susidarymas. Panska skala, Čekija. http://people.usd.edu/~Brennan.Jordan/ColumnTops.jpg; http://www.swisseduc.ch/stromboli/perm-small/herrenhausfelsen/icons/herrenhausfelsen-3.jpg Bazalto stulpo dalis prie įėjimo į Vilniaus universiteteo Gamtos mokslų fakultetą. Kai paviršių pasiekia lava kurioje daug ištirpusio vandens ir kitų dujų, jos išsiskiria taip staigiai, kad sukelia sprogimus, kurių metu didelė dalis lavos išmetama į orą įvairaus dydžio dalelių pavidalu, vadinamų bendru vardu - piroklastais. Piroklastai paprastai sukloja pelenų, lapilių ar tufo sluoksnius, panašiai, kaip nuosėdinės uolienos (...pav.). 7.38 pav. Tufo sluoksniai karjere Apelsbergo vulkano šlaite. Aifelio sritis, Vokietija. G.Motuzos nuotr. Didesnė dalis piroklastinių nuolaužų nugula ugnikalnio apylinkėse, bet smulkios pelenų ir dulkių dydžio dalelės gali būti nuneštos labai toli nuo išsiveržimo centro ir sudaryti sluoksnius vandenynų ir jūrų dugne. Jie tampa nuosėdinių storymių dalimi. Tokių vulkaninių pelenų sluoksnių yra ir Lietuvos ordoviko bei siluro storymėse. Čia vulkaniniai pelenai buvo atnešti iš ugnikalnių, veikusių litosferos plokščių sandūroje Japeto vandenyne, Laurentijos žemyno (dabartinės Šiaurės Amerikos) pakrantėse prieš 500-450 mln. metų (7.38 pav.). 7.39 pav. Vulkaninių pelenų, virtusiu moliu – bentonitu sluoksniai gręžinio kerne. Molis, išsiskaidęs plonais sluoksneliais gerai išsiskiria tarp masyvios klinties sluoksnių. G.Motuzos nuotr.) Ugnikalniai arba vulkanai taip pat yra efuzinių uolienų kūnai. Tai – lavos ir piroklastų kalnai, kurie susidaro jiems veržiantis iš vieno ar kelių gretimų centrų. Ugnikalnių aukštis svyruoja nuo dešimčių metrų iki kelių kilometrų. Ugnikalniai būna kelių rūšių, kurios skiriasi savo dydžiu, kūgio pavidalu ir sandara – plyšiniai, skydiniai, stratovulkanai, maros ir kiti. Plyšiniai ugnikalniai susidaro lavai veržiantis iš giluminių lūžių - riftų. Tokiose vietose daugiausiai liejasi bazalto lava. Ji yra skysta, todėl išsiveržimo vietose aukštų kalnų pavidalo vulkaniniai kūgiai nesusidaro. Plyšiniai ugnikalniai paprastai išsidėsto grandinėmis. Jų išsiveržimo centras dažnai būna užklojamas gretimų ugnikalnių lavos dangų ir keičia savo padėtį, magmai prasimušus į paviršių kitoje vietoje. Tokių ugnikalnių yra daug Islandijoje. Skydiniai ugnikalniai, priešingai yra atskiri kalnai, iki kelių kilometrų aukščio, tačiau palyginti lėkštais šlaitais, todėl jų pavidalas primena gulintį ant žemės skydą. Juos taip pat sudaro bazalto klodai, tada, kai jis gausiai ir ilgą laiką liejasi iš vieno magmos židinio. Tai patys didžiausi ugnikalniai ne tik Žemėje, bet ir visoje Saulės sistemoje. Didžiausi Žemėje skydiniai vulkanai yra Havajų saloje, kurią sudaro penki ugnikalniai. Aukščiausi iš jų yra Mauna Kea (4205 m.) ir Mauna Loa (4168 m.). Mauna havajiečių kalba reiškia “ kalnas”, Kea – „baltasis“, o Loa – „ilgasis“. Šiuos skydinius ugnikalnius galima laikyti apskritai didžiausiais Žemės kalnais, nes jų papėdė yra vandenyno dugne, maždaug 5000 m gylyje. Pridėjus aukštį nuo jūros lygio, susidaro virš 9000 m. (7.39 pav.). Be to didžiulis šių ugnikalnių svoris yra įspaudęs vandenyno plutą dar per 8 km, todėl galima laikyti, kad bendras šių ugnikalnių aukštis yra apie 17 km! Skydinių tipui priskiriamas ir stambiausias ugnikalnis Saulės sistemoje – Olimpo kalnas, Marse (Olimpus Mons). Jo aukštis - 26 km, apimtis papėdėje - 600 km. 7.40 pav. Skydiniai ugnikalniai Havajų saloje ir Marso Olimpus Mons. http://www.geokem.com/images/nasa/OlympusMons.jpg Stratovulkanai – tai taisyklingo kūgio pavidalo, dažnai labai aukšti ugnikalniai. Iš jų daugiausiai liejasi klampi andezito, dacito, riolito lava, kuri stingsta srautais ir dangomis tiesiog ugnikalnio šlaituose. Išsiveržimų metu išmetama daug piroklastų kurių sluoksniai kaitaliojasi su lavos srautais ugnikalnio šlaituose. Dėl to šie ugnikalniai ir vadinami „stratovulkanais“, tai yra sluoksniuotais. Šios rūšies yra ir aukščiausi sausumos ugnikalniai ir kartu aukščiausios Andų viršukalnės, esančios Čilės ir Argentinos pasienyje - Akonkagva (Aconcagua) (6960 m. virš jūros lygio) ir Ochos del Salado (Ojos del Salado) (6893 m.). Stratovulkanai yra ir dauguma Andų, Aliaskos, Aleutų, Kamčiatkos, Kurilų ugnikalnių, Fudzijama ir Vezuvijus. 7.41 pav. Šastos (mount Shasta) stratovulkanas, Kalifornija, JAV ir stratovulkano sandaros vaizdas. http://thundafunda.com/3993/images/1600_1200/islands___cars/aerial_view_of_mount_shasta__california.jpg Nuo visų minėtų vulkanų labai skiriasi maros. Tai ne kalnai, o atvirkščiai, įdubos žemės paviršiuje, daugiausiai virtusios ežerais (7. 42 pav.). 7.42 pav. Mara virtusi ežerėliu Aifelio srityje, Vokietijoje. http://www.camping-laacher-see.de/fileadmin/template/main/bilder/seite3_bild1.jpg Mara susidaro tada, kai kildama iš gilumos magma sutinka vandeningus sluoksnius. Įsimaišęs į karštą magmą požeminis vanduo staiga virsta garais, plečiasi ir išsprogdina dengiančias uolienas. Smulkios magmos ir uolienų nuolaužos pasklinda dideliame plote, o sprogimo vietoje lieka duobė, kurią užpildo sąnašos, o kartais ir vanduo. Maros nėra dažnos, bet jų yra įvairiose pasaulio vietose. Per 70 tokių vulkanų (nesinori sakyti ugnikalnių, nes tai ne kalnai) yra pietvakarių Vokietijoje, Aifelio (Eifel) srityje. Tas vietas žymi apvalūs ežerėliai, o vietomis yra ir nedidelių kūgių, aplink kuriuos išplitę tefros ir tufo klodai (V.3...: V.3......pav.).Čia išsiveržimai vykos dar visai neseniai – paskutinioje, Ulmeno maroje, vos prieš 2000 metų. V.3. Maros Aifelio srityje, Vokietijoje, Kaip matyti iš įvairių rūšių ugnikalnio aprašymo, jų vidinė sandara yra ne vienoda ir dažnai sudėtinga. Ugnikalnio didžiąją dalį sudaro persisluoksniuojantys lavos ir piroklastų klodai. Jie supa kanalą, kuriuo magma iš kameros, esančios gilumoje po ugnikalniu, kyla į paviršių. Tai atskiras kūnas ugnikalnio viduje, vadinamas neku. Šio kanalo žiotyse, ugnikalnio viršūnėje paprastai būna įduba - krateris. Nuo pagrindinio kanalo, dažnai atsišakoja smulkesni, kuriais magma įsiskverbia į ugnikalnį sudarančias uolienas gyslų, daikų, šoninių nekų pavidalu. Jomis paprastai būna išvarpytas ugnikalnis. Skverbdamasi tais kanalais, magma gali išsiveržti ugnikalnio šlaituose, sudarydama mažesnius kūgelius, vadinamus parazitiniais. Kai kurių ugnikalnių žiotyse susidaro didelė ir plati, santykinai negili įduba, vadinama kaldera (nuo lot. caldaria – puodas). Kalderos susidaro tada, kai išsiliejus dideliam lavos kiekiui, gelmėse susidaro ertmė, į kurią įsmunka ugnikalnio viršūnės uolienos. Pavyzdžiui, kalderas turi, daugelis Havajų ir Kanarų salų ugnikalnių „Klasikinė“ kaldera yra vadinamasis Kraterio ežeras (Crater lake) JAV Pietų Oregono valstijoje, Kaskadiniuose kalnuose. Čia ežeras užpildė plačią, taisyklingai apvalią Mazamo ugnikalnio kalderą. Ugnikalnio viršūnė įdubo po didelių išsiveržimų eilės ištuštinusių magminę kamerą. Dumbant kalderai iš magmos kameros buvo išspausti magmos likučiai iš kurių susidarė nedidelis ugnikalniukas kalderos pakraštyje iškilęs kaip sala ežere, vadinamas Burtininko sala (Wizard island) (V.9 pav.). Indėnai sukūrė padavimą apie požemio dievas Llao kovą su dangaus dievu Skeliu, buvusiu ant kito - Šastos ugnikalnio. Llao stovėjo ant Mazamo ugnikalnio ir mūšio įkarštyje prasmego į gelmes. Toje vietoje ir susidarė kalderos ežeras, kuriame liko kyšoti tik Llao viršugalvis –Burtininko salos vulkaniukas. Kaldera susidarė prieš 5600 metų, kai žmonės jau gyveno šiose apylinkėse, todėl jie galėjo stebėti ir kalderos dubimą. 7.43 pav. Kraterio ežero (Crater lake) kaldera Pietų Oregono valstijoje ir jos susidarymas. http://bluehighways.wikispaces.com/file/view/crater_lake_large.jpg Kaldera yra ir garsiojo Vezuvijaus viršūnėje, kurios viduje vėliau iškilo mažesnis dabartinis kūgis. Senosios kalderos kraštai, nors ir gerokai apardyti išliko žiedinio pylimo pavidalu, vadinamu Soma. Jį nuo dabartinio ugnikalnio kūgio skiria pusmėnulio pavidalo įduba vadinama Atrijumi (7.44 pav.). Nuo Vezuvijaus taip vadinami panašūs dariniai ir kituose ugnikalniuose. 7.44 pav.Vezuvijaus ugnikalnis su senosios kalderos liekanomis – Soma ir Atrijumi http://www.edgarcayce.org/uploadedImages/ARE/About_Us/Blog/ARE_Blog/vesuvio_big_01Vesuvio.jpg?n=9072 Ugnikalnio pavidalas nuolat keičiasi. Iš jo išsiliejančios lavos klodai kelia ir plečia kalno šlaitus, o vėjas, lietus ar ledas juos sparčiai ardo. Būna, kad ugnikalnį suardo ir išsiveržimas. Jei jo metu įvyksta sprogimas į orą gali išlėkti ir dalis kalno. Neseniai taip išsiveržė Šv. Elenos ugnikalnis JAV vakaruose, o dar anksčiau – Krakatau, Indonezijoje. Ilgainiui ugnikalnius suardo erozija – vanduo, vėjas, atidengdami vidinę jų sandarą ir sukurdami nemažiau vaizdingus darinius. Tokie apardyti ugnikalniai tapę gamtos paminklais yra, pavyzdžiui, Holirudas prie Edinburgo ir Karadagas Kryme (7.44 pav.). 7.44 pav. Apardytas kreidos periodo ugnikalnis Karadagas (Juodasis kalnas) Kryme, Ukraina. K.Suurojos nuotr.   7.3. Nuosėdinės uolienos Nuosėdinės uolienos daugiausiai susidaro iš kitų, magminių, metamorfinių ar nuosėdinių uolienų ardymo medžiagos, ją įvairiu būdu išrūšiuojant ir suklostant skirtingose vietose. Šiame procese aktyviai dalyvauja ir gyvi organizmai, kurių vieni ardo uolienas bei jų mineralus, kiti kaupia savyje (kiauteliuose, skelete) reikalingas medžiagas, o dar kiti sudaro palankias sąlygas nusėsti tam tikroms medžiagoms iš vandens, keisdami jo sudėtį ar kitaip veikdami savo gyvenamą aplinką. Galima išskirti tris nuosėdinių uolienų susidarymo grandis, tai – ardymas, pernešimas ir klostimas. Šie procesai aprašyti V.II skyriuje, o čia apibudinami tik trumpai. Viskas prasideda nuo ardymo uolienų, esančių žemės paviršiuje – tiek sausumoje, tiek po vandeniu. Uolienos gali būti ardomos mechaniškai, veikiant šalčiui, vėjui, tekančiam vandeniui, slenkant ledynams arba chemiškai - reaguojant uolieną sudarantiems junginiams su vandeniu, oru ar kitomis medžiagomis. Čia irgi dažnai dalyvauja gyvi organizmai. Kitas procesas yra ardymo medžiagos pernešimas. Medžiaga gali būti pernešama oro ar vandens srautais, tirpalo, koloidų, suspensijos ar įvairaus dydžio ridenamų dalelių pavidalu. Daug medžiagos perneša ir ledynai. Kalnuose nuotrupinė medžiaga slenka žemyn šlaitais tiesiogiai veikiama traukos jėgos. To pernešimo metu toliau vyksta medžiagos ardymas, jos sudėtinių dalių skaidymas ir rūšiavimas. Pagaliau, trečia nuosėdinių uolienų susidarymo grandis yra klostimas arba sedimentacija. Įvairioje geologinėje aplinkoje ji vyksta skirtingu būdu, veikiant tam tikram veiksnių rinkiniui – vandens tėkmei, cheminėms reakcijoms, biocheminiams procesams ir daugeliui kitų. Dėl to susidaro skirtingos uolienos arba atsiranda tam tikros jų sudėties ir sandaros ypatybės. Smulkiau tai nagrinėsime skyriuose apie geologinius procesus. Palaida, nesutvirtinta (nesucementuota) medžiaga, susikaupusi vandens baseinų dugne yra nuosėda, o sausumoje, paprastai žemesnėse vietose - nuogula. Kai kurių autorių nuomone, nuosėdine uoliena galima vadinti tik sutvirtintą, sukietėjusią nuosėdą. Tačiau daugelis autorių ir palaidas, birias nuosėdas laiko uolienomis, jei jos sudaro kūnus, tai yra perdengiamos jaunesniais sluoksniais ir pakliūna į žemės gelmes. Palaidų ir sutvirtintų uolienų pavidinimai paprastai yra skirtingi. Pakliuvusi į Žemės gelmes, nuosėda ir nuosėdinė uoliena keičiasi - ji tankėja, cementuojasi, persikristalizuoja, iš jos gali būi išnešama dalis medžiagos, o gali būti ir prinešama judančių per ją vandens tirpalų ar dujų. Uoliena tankėja veikiant aukščiau susiklojusių suoksnių slėgiui. Iš jos išspaudžiamas porų vanduo, uolieną sudarančios dalelės prispaudžiamos viena prie kitos ir mažėja uolienos poringumas. Smulkutės tuštumėlės, esančios tarp uolienos dalelių vadinamos poromis, o jų tūrio dalis nuo bendro uolienos tūrio – poringumu. Judantis uolienos porose vanduo tirpina vienas medžiagas, jas perneša ir nusodina kitose vietose. Tai gali būti karbonatai, SiO2, geležies hidroksidai. Taip tarp uolienos dalelių, tarkim smiltelių nusėda medžiaga, kuri jas suriša ir sutvirtina. Sutvirtinimą skatina ir slėgis. Spaudžiant daleles, tarkim kvarco smilteles, salyčio vietose jos ima tirpti, jų sąlyčio plotas didėja, o ištirpusi medžiaga nusėda čia pat porose tarp smiltelių arba pernešama kiek aukščiau. Tokio slėginio tirpinimo metu vyksta medžiagos tankėjimas ir sutvirtinimas, o kartu mažėja jos poringumas. Pirminis nesuslėgto ir nesutankėjusio smėlio poringumas būna apie 30-50 proc, bet po tankėjimo ir sutvirtinimo gali sumažėti iki 10-15 ir dar mažiau. 7.45 .pav. Slėginis tirpinimas Didžiausiu poringumu pasižymi uolienos sudarytos iš smulkiausių dalelių - aleuritas ir molis. Molio poringumas dažnai viršyja 50 proc bendro uolienos tūrio. Chemogeninės uolienos - karbonatai, sulfatai, kitos druskos, tankėdamos dažnai persikristalizuoja, ypač nugramzdintos į didesnį gylį, kur ir temperatūra būna aukštesnė. Tirpinimo, tankėjimo, sutvirtinimo, perkristalizavimo, vandens judėjimo porose metu vyksta ir cheminių elementų persiskirstymas uolienoje, bei jos sandaros pasikeitimas. Šių procesų visuma, kurių metu iš nuosėdos susidaro uoliena vadinami diageneze. Nuosėdinės uolienos būna įvairios kilmės, tai yra susidaro įvairioje geologinėje aplinkoje, dėl įvairaus geologinių procesų derinio. Pagal kilmę jos pirmiausiai ir skirstomos, bet atsižvelgiant taip pat į sudėtį ir sandarą. Svarbiausios nuosėdinių uolienų grupės yra šios: Nuolaužinės ir nuolaužinės-biogeninės Chemogeninės ir biochemogeninės Organinės, tarp jų degiosios arba kaustobiolitai Tufitai – mišrios vulkaninės ir nuosėdinės kilmės uolienos 7.3.1. Nuolaužinės uolienos Nuolaužinės uolienos (dar vadinamos terigeninėmis, detritinėmis, klastinėmis, nuotrupinėmis) susidaro mechaniškai ardant kitas magmines, nuosėdines ar metamorfines uolienas. Šios grupės uolienos skirstomos pirmiausiai pagal jas sudarančių nuolaužų dydį, jų apzulinimo laipsnį ir sutvirtinimą. 7.5 lentelėje pateikti palaidų ir sutvirtintų uolienų pavadinimai ir jas sudarančių dalelių dydis. 7.5 lentelė. Nuolaužinių uolienų skirstymas pagal dalelių dydį Dalelė, nuolauža Dalelių dydis, mm Uoliena Palaida Sutvirtinta Luitas, blokas >256 Brekčija Riedulys >256 Konglomeratas Riedulys 256-64 Gargždas Konglomeratas Blokas 256-64 Guralas, žabaras, skalda Brekčija Apvalainukas 64-2 Žvirgždas Gravelitas Smiltelė 2-1/16 Smėlis Smiltainis Aleurito dalelė 1/16-1/256 Aleuritas Aleurolitas Molio dalelė <1/256 Molis Argilitas Tiesa, palaidos stambių nuolaužų sankaupos neturi atskirų pavadinimų, nors kalnų šlaitus dengia nuobirynai, o jų papėdėse, kaupiasi sąvartynai. Vietomis jie lyg upės užpildo pažemėjimų, tarpeklių dugnus ir šlaitus. Nesutvirtinti, „gyvi“ - nuolat slenkantys žemyn nuobyrynai Sibire vadinami kurumais (7.46 pav.). Luitai juose remiasi vienas į kitą dažnai vos keliuose taškuose. Atsistojus ant tokio luito jis pradeda virsti net nuo nedidelio svorio, o pajudėjęs gali išjudinti kitus ir sukelti griūtį. 7.46 pav. Luitų sąvartynas Norvegijos kalnuose. G.Motuzos nuotr. Kalnų upių slėniuose nuolaužos yra ridenamos vandens, apzulinamos, iš jų išplaunamos smulkesnės dalelės ir susidaro riedulynai. Riedulių ir gargždo klodai susidaro ir jūrų pakrantėse (7.47 pav.). 7.47 pav. Riedulių ir gargždo sankaupos Norvegų jūros pakrantėje. G.Motuzos nuotr. Riedulių sankaupų – riedulynų yra ir Lietuvoje. Čia juos atvilko ledynai, o suklostė jų tirpsmo vandens srautai. Smulkesni rieduliai ir apvalainukai sudaro uolienas, vadinamas gargždu arba žvirgždu. Uoliena sudaryta iš sutvirtintų riedulių ir gargždo dalelių yra vadinama konglomeratu, o žvirgždo – gravelitu (7.48 pav.). Sutvirtinanti medžiaga dažniausiai būna kalcitas, molis, kvarcas ar geležies hidroksidai. Šios medžiagos gali nusėsti iš vandens, telkinio dugne klostantis uolienoms, arba būti prineštos tekančio ir besisunkiančio per uolienas vandens. 7.48 pav. Konglomeratas Judosios jūros pakrantėje, Porvatos įlankoje Kryme. G.Motuzos nuotr. Smėlis ir smiltainis yra sudaryti iš 2 - 0,0625 mm dydžio nuolaužėlių, paprastai apzulintų, suapvalintų (7.49 pav.). Tai visiems gerai pažįstama uoliena, tačiau smėlis būna labai įvairios sudėties, sudarytas iš vieno, dviejų ir daugelio mineralų, skirtingo grūdelių apzulinimo laipsnio. 7.49 pav. Įvairių rūšių smėlis ir smiltanio nuotrauka pro mikroskopą. G.Motuzos nuotr. Dažniausiai sutinkamas smėlis sudarytas iš kvarco ir feldšpatų, su nedidele kitų mineralų priemaiša. Tai mineralai labiausiai paplitę viršutinėje plutoje. Monomineralinis (arba monomiktinis) smėlis paprastai būna iš kvarco, nes tai atspariausias dūlėjimui ir mechaniniam ardymui mineralas. Vandenynų pakrantėse sutinkamas tamsus, beveik juodas smėlis su dideliu kiekiu sunkiųjų mineralų – ilmenito, granato, monacito, cirkono, kasiterito ir kitų. Jis susidaro bangoms ir priekrantės srovėms ilgą laiką rūšiuojant smėlį. Tokio smėlio klodai sudaro vertingus šių retų mineralų ir juose esančių cheminių elementų – Ti, Zr, Sn, retųjų žemių elementų, granato telkinius. Baltijos pakarantėje pasitaiko bangų išrūšiuoto rausvo su granatinio smėlio, o Baltosios jūros Kandalakšos įlankos pakrantėse galima matyti žalio smėlio, sudaryto iš epidoto, sunešto iš čia pat ardomų šiuo mineralu turtingų uolienų. Yra smėlio iš kriauklių, koralų, pinčių ar jūros ežių nuolaužėlių. Jo būna ne tik šiltųjų kraštų jūrų pakrantėse bet ir šiaurėje, Norvegų jūros įlankėlėse, kur vietomis gana gausios šiaurinių koralų kolonijos. Geologas Eduardas Vodzinskas turėjo retą „hobį“ – jis rinko įvairiausių rūšių smėlio pavyzdžius iš viso pasaulio. Ten kur nepavyko pabuvoti jam pačiam, smėlio atveždavo draugai, bendradarbiai, pažįstami. Šis retas rinkinys, kuriame yra apie 600 smėlio pavyzdžių iš įvairių vietų saugomas Geologijos ir geografijos instituto muziejuje. Smėlio ir smiltainio mineralinė sudėtis, smiltelių dydis, jo dalelių išrūšiavimas, jų apzulinimo laipsnis gali daug pasakyti apie smėlio šaltinį, susidarymo sąlygas, geologinę ir geografinę aplinką kurioje jis susiklojo. Tai vis informacija, slypinti šioje uolienoje. Garsus anglų poetas, dailininkas ir filosofas Viljamas Bleikas (Blake) (1757-1827) tai pasakė populiariu posmeliu apie pasaulį slypintį smėlio grūde: To see a world in the grain of sand And heaven in the wild flower Hold infinity in the palm of your hand And eternity in an hour Pasaulį pamatyti smėlio grūde Ir dangaus vaizdą lauko gėlėje Įžvelgti begalybę savo rankos delne Ir amžinybę tik valandoje Taigi, geologai kiekvienoje smiltelėje bando įžiūrėti kuo daugiau, nes tai vėl gi yra uolienos atmintis, apie kurią jau ne kartą kalbėjome. Smėlis ir smiltainis yra vertinga naudingoji iškasena, pirmiausiai, kaip statybinė medžiaga, naudota jau seniausiose civilizacijose (7.50 pav.). Kvarcinis smėlis naudojamas itin švaraus stiklo gamybai, sunkusis smėlis yra retų mineralų ir metalų šaltinis, nes ilmenite yra titano, kasiterite – alavo, zirkone ir monacite – cirkonio ir retųjų žemių,. Smėlio sluoksniuose yra didžiausi aukso, platinos, deimantų sąnašiniai telkiniai. 7.50 pav. Kolonos Karnako šventovėje (Egiptas) padarytos Iš smiltainio su įstrižu sluoksniuotumu. G.Motuzos nuotr. Aleurolitą sudaro akimi jau neįžiūrimos 0,0625-0,004 mm dydžio dalelės. Jos susikaupia ramiose jūrų ir ežerų vietose, kur nebūna stipraus bangavimo, srovių ir nepatenka stambesnės dalelės. Ypatinga aleurolito atmaina yra liosas (nuo vok. Löss – purus, palaidas). Tai porėta vienalytė uoliena, kurioje be vyraujančio aleurito būna ir molio dalelių, karbonatų. Ji sudaro nesluoksniuotus vienalyčius klodus, kurių storis siekia 100 metrų. Liosą suklostė vėjas, o kaip tai įvyksta smulkiau paaiškinta VIII.3. skyriuje. 7.51 pav. Lioso atodanga Kinijoje. G.Motuzaitės nuotr. Molis yra sudarytas iš dar smulkesnių dalelių. Šią uolieną galima laikyti pereinama tarp nuotrupinių ir chemogeninių, nes jo dalelės susidaro dūlant uolienoms chemiškai, kai uolieną sudarantys mineralai pavyzdžiui feldšpatai, veikiami vandens, angliarūgštės ir kitų jame ištirpusių medžiagų virsta molio mineralais. Kai tokius dūlėsius plauna vanduo, molio mineralai patenka į jį ir pernešami koloidinių dalelių pavidalu. Yra daug įvairių skirtingos sudėties ir sandaros molio mineralų: kaolinito, montmorelonito, ilito, smektito, glaukonito ir kitų. Jie susidaro esant įvairiai temperatūrai, vandens cheminei sudėčiai, šarmingumui ir rūgštingumui. Visų molio mineralų sudėtyje vyrauja silicis ir aliuminis, nes tai patvariausi, inertiškiausi elementai paviršinio dūlėjimo sąlygomis. Be to, juose būna įvairus kiekis kitų elementų – Fe, Mg, Ca, Na, K. Tai priklauso nuo dūlančių uolienų sudėties, klimato, dūlėjimo ir ardymo procesų spartos. Atitinkamai yra daug ir molio rūšių, susidarančių jūrose, prieledyniniuose ir kitokiuose ežeruose (7.52 pav. ir 25.....). 7.52. pav. Molis iš Lietuvos prieledyninių ežerų ir jūros molis susiklojęs kambro periode. Kundos karjeras Estija. G.Motuzos nuotr. Molis įvairiai naudojamas pramonėje, labiausiai kaip vertinga statybinių medžiagų ir keramikos žaliava. Dūlant uolienoms karštame ir drėgname klimate beveik visi cheminiai elementai yra išnešami ir lieka molis, sudarytas beveik vien iš aliuminio hidroksidų. Jame Al2O3 kiekis siekia 50 ir daugiau procentų. Tokia uoliena, vadinama boksitu, yra geriausia aliuminio rūda, iš kurios išgaunamas beveik visas šiuo metu žmonijos naudojamas aliuminis. Yra nuolaužinių uolienų, sudarytų iš įvairaus dydžio dalelių. Plačiai naudojama statybinių medžiagų gamybai uoliena - žvyras yra gamtinis smėlio, žvirgžo, gargžo ir riedulių mišinys (7.53 pav.). Priemolis ir priesmėlis yra neišrūšiuotas molio, aleurito, smėlio, žvirgždo, gargždo ir riedulių mišinys, susidaręs tirpstant ledynams iš juose susikaupusios nuolaužinės medžiagos (7.54 pav.). Priemolyje daugiau molio, o priesmėlyje – smėlio dalelių. 7.53 pav. Žvyras Palkanes (Suomija) karjero sienelėje 7.54 pav. Priemolis (tilitas) suklotas kriogenio periodo ledynų. Varangerio pusiasalis, Norvegija. K.Laajokio nuotr. 7.3.2. Chemogeninės ir biochemogeninės uolienos Šios uolienos susidaro nusėdant cheminiams junginiams iš vandens tirpalo. Tai vyksta vandenynuose, jūrose, ežeruose, upėse, iš karštų versmių bei šaltinių. Jų vandenyje visada yra įvairių ištirpusių medžiagų, kurios daugiausiai yra tirpūs dūlėjimo produktai, prinešti iš žemynų arba išsiskiria ir iš magmos židinių povandeninių ugnikalnių aplinkoje. Ištirpusios vandenyje medžiagos gali iškristi iš tirpalo jam prisisotinus, padidėjus ištrpusių medžiagų koncentracijai dėl garavimo, nukritus temperatūrai, pasikeitus vandens rūgštingumui ar šarmingumui, išsiskyrus į aplinką vandenyje ištirpusioms dujoms. Nuosėdos iškrenta ir pasikeitus cheminei aplinkai arba susimaišius skirtingos sudėties vandenims pavyzdžiui, kai, upės įteka į jūrą, ugnikalnių dujos išsiveržia iš gelmių vandenynų dugne ar požeminio vandens versmės įteka į pelkę. Medžiagų išsiskyrimą ir nusėdimą iš vandens dažnai skatina organizmai, kurie keičia aplinkos cheminę sudėtį arba kaupia savo kūne tam tikras iš aplinkos pasisavintas chemines medžiagas. Dažniausiai chemogenines ir biochemogenines uolienas sudaro karbonatai, geležies, mangano ir silicio oksidai, sulfatai, chloridai, nitratai, fosfatai. Karbonatai sudaro tokias uolienas, kaip klintis sudaryta iš kalcito (CaCO3), dolomitas, sudarytas iš to paties pavadinimo mineralo – (CaMg(CO3)), mergelis, kuriame šalia karbonatų (kalcito ir dolomito) yra nemažai molio. Šios uolienos susidaro iš cheminių nuosėdų, iškritusių negiliose vandenynų šelfo vietose, kontinentinėse jūrose ir ežeruose. Dolomitas, tiesa, dažnai yra antrinis. Jis susidaro jau palaidotuose klinties sluoksniuose, kai pirminis kalcitas virsta dolomitu reaguodamas su magniu, kurį prineša tirpalai įsisunkę iš paviršiaus. Tokie tirpalai paprastai sunkiasi iš padidinto druskingumo lagūnų karšto dykuminio klimato sąlygomis. Panašiai susidarė ir dolomito klodai Šiaurės Lietuvoje, kur juos galima pamatyti Mūšos, Nemunėlio atodangose ar Pakruojo apylinkių karjeruose (7.55 pav.). 7.55 pav. Devono periodo dolomitas iš Petrašiūnų karjero Lietuvoje. Yra karbonatinių uolienų sudarytų iš moliuskų kiautelių (kriauklainis), koralų, stromatoporų ir kitų kolonijinių gyvūnų skeleto nuolaužų, dažniausiai aplaužytų ir susmulkintų bangavimo (detritinė organogeninė klintis) (7.56 pav.). Tai kartu ir nuotrupinės ir biochemogeninės kilmės uolienos. 7.56 pav. Kriauklainis ir iš jo išpjauti statybiniai blokeliai. K. Suurojos nuotr. Ypatinga uoliena yra kreida, sudaryta iš smulkučių organizmų – foraminiferų karbonatinių kiautelių. Šie organizmai itin suklestėjo kreidos periode, kurio metu visame pasaulyje susiklojo didelės baltos kreidos storymės. Kreidos periodo kreidos klodai išplitę ir pietinėje Lietuvos dalyje, tęsiasi Lenkijoje, Vokietijoje (pvz. Riugeno saloje), Danijoje, Anglijoje - Lamanšo pakrantėje ties Doveriu, kur galima pamatyti jų įspūdingas atodangas pajūrio skardžiuose (7.57 pav.). 7.57 pav. Kreidos skardžiai Anglijos pakrantėje prie Doverio ir kreidą sudarantys mikroorgasnizmai – forminifera (a) ir kokolitas (b). http://farm4.static.flickr.com/3331/3196436235_f217c75e82.jpg Iš silicio oksido sudarytos uolienos bendrai vadinamos silicitais, bet turi ir atskirus pavadinimus - opoka, trepelis, diatomitas, jaspis ir kiti. Diatomitas yra organogeninė uoliena, iš ažiūros panaši į kreidą. Ji irgi sudaryta iš mikrorganizmų - smulkučių dumblių diatomėjų kiautelių, tik tie kiauteliai ne karbonatiniai, o iš silicio dioksido. Opoka - yra kietesnė, tankesnė perkristalizuota diatomito atmaina. Trepelas – yra panašios sudėties bet kitokios kilmės. Jis sudarytas iš smulkių opalo grūdelių nusėdusių iš vandens koloidų pavidalu. Yra keletas uolienų rūšių, sudarytų iš geležies oksidų ir hidroksidų. Pirmiausiai paminėtinas džespilitas arba geležingas kvarcitas. Ši uoliena yra sudaryta iš besikaitaliojančių lygiagrečių geležies oksido (magnetito, hematito) ir kvarco juostelių, kurių storis yra po kelis milimetrus. Šios uolienos klostėsi tik tolimoje geologinėje praeityje, daugiau, kaip prieš 1,85 mlrd. metų, ir mus pasiekė jau kiek pakitusiu pavidalu, – perkristalizuotos, vietomis suraukšlėtos, kitaip sakant patyrė metamorfizmą (žr. 7.4 sk.). Jos susiadrė dar tada, kai Žemės atmmosferoje nebuvo laisvo deguonies. Šios uolienos yra svarbiausias pramoninis geležies šaltinis (žr. 33.1 sk.) (7.58 pav.). 7.58 pav. Džespilitas arba geležingas kvarcitas ir jo klodai PAR. Nuotr. G.Motuzos ir ...internetas Iš geležies hidroksidų yra sudarytos limonitinės geležingos uolienos irgi naudojamos (tiesa jau retai) kaip geležies rūda. Šios uolienos susidarė sekliose jūrose iš geležingų nuogulų ir slūgso plačiai išplitusių sluoksnių pavidalu. Tokių telkinių yra, pavyzdžiui, Kerčės pusiasalyje Kryme. Tarp jų pasitaiko atmainų, sudarytų iš sukibusių smulkių rutuliukų žirnelių ar pupelių dydžio, vadinamų atitinkamai oolitais ir pizolitais. Šie dariniai turi sluoksniuotą vidinę sandarą – sudaryti iš plonučių koncentriškų geležies hidroksidų sluoksnelių. Oolitai susidaro pakrantėje, bangoms kilojant smilteles ant kurių sėda geležies junginiai, tol kol bangos jų nebepakelia (7.59 pav.). Nufotografuoti iš GMK rinkinio Vadinamoji „balų rūda“, aptinkama Lietuvoje, irgi yra daugiausiai iš limonito, tik su įvairiom priemaišom (7.59 pav.). Iš jos įvairiose „rudniose“ ir „ūtose“ buvo lydoma geležis. Ši uoliena susidarė požeminio vandens iškrovos vietose – ežerų ir pelkių pašlaitėse, kur išsiskyrus iš požeminio vandens dujoms (daugiausiai CO2), ar veikiant deguoniui, ar susimaišius su kitokios sudėties paviršiniu vandeniu geležies hidroksidai darosi netirpūs ir iškrenta į nuosėdą. 7.59 pav. Geležingi oolitai pro mikroskopą (nuotr. P. A. Scholle) ir balų rūda iš Lietuvos (nuotr. G.Motuzos) Retesnės yra uolienos iš mangano oksido (piroliuzito), kurių nuosėdos iškrenta iš jūrų vandens negilaus šelfo aplinkoje. Tai svarbiausia mangano rūda, naudojama, pavyzdžiui Nikopolio telkinyje Ukrainoje ir Čiatūrio - Gruzijoje. Sulfatai (gipsas, anhidritas, mirabilitas), chloridai (halitas arba valgomoji druska, silvinas), nitratai (K ir Na salietra) bendrai vadinami evaporitais, nes daugiausiai nusėda iš sūrymų uždaruose vandens baseinuose – įlankose, lagūnose karštame ir sausame klimate. Jei šių baseinų ryšys su vandenynų nutrūksta, vanduo greitai išgaruoja palikdamas druskos klodą. Atsinaujinus ryšiui sūrus vanduo vėl plūsteli į baseiną, atnešdama naują „porciją“ druskos ir išgaruoja, palikdamas naują druskos sluoksnį. Taip gali susidaryti stori druskų klodai. Evaporitai ir dabar klostosi daugelio vandenynų ir jūrų pakrančių. Pavyzdžiui, Kaspijos jūros rytinėje pakrantėje, kur yra garsi Kara-Bogaz-Golo įlanka, atskirta nuo jūros siaura sąsmauka, kuria ryšys su jūra dažnai nutrūksta (7.60 pav.). 7.60 pav. Rytinė Kaspijos jūros pakrantė, kurios įlankos ir lagūnose klostosi evaporitai. Vaizdas iš lėktuvo (nuotr. G.Motuzos) ir iš kosmoso (Google Earth). Kita aplinka, kur klostosi evaporitų storymės yra tarpukalnio įdubos Andų ir kai kuriuose kituose kalnuose. Čia pavasarį susirenka sniego tirpsmo vanduo, kuris sausame ore sparčiai garuoja ir kasmet palieka nors ir nedidelį druskų sluoksnelį. Iš jų ilgainiui susidaro nemažos storymes išplitusios dešimčių ir šimtų km2 plote (7.61 pav.). 7.61 pav. Santa Rozos druskynas. Andai, Čilė. G.Motuzos nuotr. Evaporitai paplitę ir praeities storymėse (7.62 pav.). 7.62 pav. Didžiausi pasaulio evaporitų baseinai Kendall, 1992. www.geo.tu-freiberg.de/oberseminar/os03_04/Kristin%20B%F6rner.pdf Apie 1960 metus tiriant Viduržemio jūros dugną seisminiais metodais buvo aptiktas nesuprantamos sudėties sluoksnis, ryškiai išsiskiriantis seisminių bangų greičių pjūviuose. Po dešimtmečio jis buvo pragręžtas iš mokslinio tyrimo laivo „Glomar Čalendžer“ ir paaiškėjo, kad tai didžiulė, maždaug 2000 metrų druskos storymė. Ji buvo atsekta daugelyje Viduržemio jūros vietų. Tai padėjo nustatyti, kad laikotarpyje prieš 5,9 ir 5,3 miln. metų Viduržemio jūros ryšys su vandenynu per Gibraltaro sąsiaurį buvo ne kartą nutrūkęs, jos lygis labai nukrisdavo, o tarpais ji visiškai išdžiūdavo ir jūros vietoje susidarydavo gili įduba, kurios dugną nuklodavo išdžiuvusios jūros druskos sluoksnis. Gręžiniais buvo aptiktas ir vėjo supustytas smėlis, džiūvimo plyšiai molio sluoksnelių paviršiuje ir gilūs upių tarpekliai išgraužti išdžiūvusios jūros duburio šlaituose. Dabar tas buvęs dugnas yra vėl nugrimzdęs iki 5,9 km žemiau vandenyno lygio. Nustatyta, pavyzdžiui, kad Nilo slėnis ties Kairu buvo įsigraužęs net 2,4 km giliau jo dabartinio dugno. Šis geologinės istorijos laikotarpis vadinamas Mesinos įvykiu. Įdomu, kad po po šio laikotarpio, prieš 5.33 mln. m. Atlanto vandenys vėl prasiveržė per Gibraltaro sąsiaurį ir per keliolika mėnesių pripildė Viduržemio jūros duburį, kurios lygis tuo metu kilo apie 10 metrų per dieną. Buvus galingą srautą iš Atlanto vandenyno rodo gilus erozonis latakas, išplautas po dabartiniu Gibraltaro sąsiauriu, kurio gylis siekė 650 m, o plotis – 11 km. Šis įvykis vadinamais Canklejaus tvanu (Zanclean flood) (Garcia-Castellanos ir kt., 2009). Permo periodu (prieš 300-250 mln. metų) didžiulės druskų storymės, panašiomis sąlygomis susiklojo jūrose, plytėjusiose dabartinėse Vokietijoje, Lenkijoje ir Karaliaučiaus srityje, kraštu siekdamos ir Lietuvą. Pietvakarių Lietuvoje permo periodo anhidrito (CaSO4) storymė išplitusi beveik 10000 km2 plote ir siekia 60 metrų, o Šilutės rajone, apie Stoniškius, Usėnus rasta ir keletas valgomos druskos – halito kupolų. Devono periode didelėje rytų Europos dalyje plytėjo sekli jūra, apėmusi ir Lietuvą. Lietuva tuo metu buvo kaip tik ties pusiauju, sauso ir karšto klimato juostoje, todėl devono jūros lagūnose klostėsi gipso klodai, dabar matomi paviršiuje šiaurinėje Lietuvoje ir Latvijoje (7.63 pav.).. 7.63 pav. Pluoštuotas gipsas – selenitas, susiklojęs devono periodo lagūnoje. Sauriešių karjeras prie Rygos. G.Motuzos nuotr. Nuosėdiniai fosfatai susidaro vandenyno jūrų šelfe, nedideliame, maždaug 200 m gylyje. Fosforo junginiai susidaro yrant atgyvenusiems vandenyno organizmams. Jie nugrimzta gilyn, bet kylančios kontinento šlaitu iš vandenyno gelmių srovės perneša juos aukštyn, kur pasikeitus aplinkos cheminei ir fizinei (temperatūros, slėgio) būklei jie nusėda ir kaupiasi. Dalis fosfatų susidaro ir žemyne, dūlant uolienoms ir upių sunešami į vandenyną. Fosfatai dažnai būna fosforito konkrecijų pavidalu. Tai yra smulkių kalcio fosfato – apatito kristaliukų sankaupos rutulių, netaisyklingų gniutulų pavidalu, kurie vietomis sudaro ištisinius sluoksnius. Tokie sluoksniai, jei jie yra pakankamai didelio storio, plačiai išplitę ir pasiekiami kasybai yra vertingi fosforitų telkiniai. Jais garsėja, pavyzdžiui, Marokas. Lietuvoje ištisinis fosforitų sluoksnis, geologų kalboje vadinamas „fosforitine plokšte (plyta)“ yra kreidos sistemos, cenomanio aukšto storymėje. Į jį visada atsiremia grąžtas gręžiant kreidos uolienas pietinėje Lietuvoje. Nors ir plačiai paplitęs, šis sluoksnis yra vos kelių dešimčių centimetrų storio ir neturi pramoninės reikšmės. Daug fosfatų sukaupia kai kurie organizmai. Pavyzdžiui, ordoviko storymėje Estijoje yra smiltainio sluoksnių su gausybe smulkučių fosfatinių kriauklelių. Tai pečiakojų moliuskų (brachiopodų) lotyniškai vadinamų Obolus apolini liekanos (7.63 pav.). Vietomis jų tiek gausu, kad uoliena tinka naudoti, kaip fosoritų žaliava, kas ir buvo daroma sovietmečiu. Tai kėlė rimtas neigiamas ekologines pasekmes, nes obolusinio fosforito sluoksnis nestoras, jo kasimas reikalauja labai didelių plotų karjerų, kurie naikina dirvožemį, nutraukia ir užteršia požeminį vandenį ir apskritai labai pablogina žmonių gyvenimo sąlygas. Visuomeninis protestas prieš sovietinės valdžios ketinimus plėsti fosforitų gavybą tapo viena iš Estijos sąjūdžio – Rahvarinne susikūrimo dingsčių. 7.64 pav. Ordoviko smiltainis su fosfatinių brachipodų Obolus apollini kriauklių nuolaužomis. Estija. G.Motuzos nuotr. 7.3.3. Organinės uolienos arba kaustobiolitai Šios grupės uolienos yra ne tik organinės kilmės bet ir organinės sudėties. Tai - anglis, durpės, lignitas, gitija, degieji skalūnai, guanas, naftingos uolienos. Anglis, lignitas, durpė yra – gerai žinomos uolienos, susidariusios iš augalų liekanų, suanglėjusių aplinkoje, kur buvo mažai deguonies. Degieji skalūnai yra molingas aleuritas su didele organinės medžiagos priemaiša. Ši organinė medžiaga yra angliavandenilių pavidalu. Jie susidarė suirus įvairių gyvūnų kūnams gyvenusiems nuosėdų kaupimosi metu (7.65 pav.). Dideli degiųjų skalūnų, čia vadinamų kukersitu, klodai yra ordoviko storymėje Estijoje ir gretimoje Rusijos Leningrado srityje. 7.65 pav. Estijos degusis skalūnas – kukersitas. G.Motuzos nuotr. Savita uoliena yra guanas. Ji susidaro iš paukščių ir šikšnosparnių išmatų, susikaupusių olose, kur susitelkia labai daug šių gyvūnų. Tai laba vertinga trąša, bet brangi, nes jos ištekliai yra riboti. Kaip matėme, nuosėdinės uolienos susidaro įvairiomis sąlygomis, įvairioje aplinkoje. Norint pabrėžti jų kilmę, jas galima atitinkamai vadinti: Eolinėmis - tai uolienos, susidariusios iš dalelių, suneštų vėjo, kaip smėlis ir liosas; Aliuvinėmis vadinamos uolienos suklostytos tekančio upių vandens; tai irgi smėlis, bet kiek kitoks, žvirgždas, gargždas, rečiau molis; Glacialinėmis arba glacigeninėmis vadinamos ledynų perneštos ir jiems tirpstant suklostytos medžiagos. Tai - smėlis, gargždas, žvirgždas, molis, priemolis ir priesmėlis. Jūrinės uolienos – tai labai įvairios uolienos - nuolaužinės ir dauguma biogeninių bei chemogeninių uolienų, susiklojusių įvairioje vandenynų ir jūrose aplinkoje Ežerinės, tai, atitinkamai ežeruose susiklojusios uolienos, vėl gi labai įvairios. Ežeruose klostosi smėlis, ežerinės klintys, kreida ir mergelis, sapropelis ir durpės, o karštame klimate ir evaporitai. 7.3.4. Nuosėdinių uolienų facijos sąvoka Kaip matėme, įvairioje aplinkoje, sausumoje ir vandenyje, klostosi skirtingos nuogulos ir uolienos. Kiekvieną, aplinką apibudina visas kompleksas geografinių ir geologinių sąlygų - klimatas, paviršiaus ypatybės, veikiantys geologiniai procesai, kurių metu vyksta ardymas, pernešimas ir klostimas (litodinaminiai procesai), tektoninė aplinka. Vandenyne prie to dar prisideda, atstumas nuo kranto, gylis, dugno pobūdis, vandenyno srovės ir bangavimas, gretimo žemyno ypatybės ir taip toliau. Tas pats veiksnių rinkinys lemia ir nuogulų, kurios klostosi tam tikroje aplinkoje ypatybes. Tas aplinkos ir nuosėdų ypatybių sąsajas išreiškia uolienų facijos sąvoka. Uolienų arba nuosėdų facija arba tiesiog facija – tai uolienos (arba nuosėdos) susidariusios tam tikroje geografinėje–geologinėje aplinkoje, kuri įtakoja tos uolienos sudėties ir sandaros ypatybes. Yra dvi didžiausios facijų grupės – jūrinės ir žemyninės. Kiekvienoje grupėje išskiriamos makrofacijos. Žemyninės makrofacijos tai: eliuvinė, šlaitų, proliuvinė, upių (aliuvinė), vėjo (eolinė), ežerų (limninė), pelkių, ledynų (glacialinė, fliuvioglacialinė, limnoglacialinė). Kiekviena makrofacija dar skirstoma į smulkesnes facijas, pvz. aliuvinėje – vaginė, salpinė, senvaginė, deltų. Jūrinės grupės makrofacijos yra: litoralinė (priekrantės), sekliavandenė, batialinė, lagūninė. Čia dar išskiriamos facijų sritys - pelaginės ir priekontinentinės Pelaginės srities facijos yra: pelaginių molių; silicingų nuosėdų; karbonatinių. Aplinkas kurioje susidarė atskirų facijų uolienas padeda nustatyti ir tam tikri būdingi uolienų sandaros požymiai. Tai, pavyzdžiui bangų ruzgos išlikusios ant sluoksniavimosi paviršių, rodančios priekrantės aplinką; įstrižas sluoksniuotumas, rodantis laikinus kaičios padėties vandens srautus. Sluoksnių paviršiuje galima pastebėti ir lietaus lašų paliktas įdubėles. Beje, tokių uolienų rasta netgi kelių milijardų senumo uolienose. Pasitaiko ir džiuvimo plyšių, kurie susidaro uolienos paviršiuje, kai džiūstant jos paviršinis sluoksnelis traukiasi ir sudaro daugiakamį plyšių tinklą. Tokie dariniai dažni dykuminio klimato plotuose. Be abejo svarbus facijos požymis yra organizmų liekanos ir jų veiklos pėdsakai (7.66 pav.). 7.66 pav. Supleišėjęs molio sluoksnelis išdžiūvusioje baloie su lietaus lašelių įspaudais (a) (nuotr. G.Motuzos.). Tokie pat džiuvimo plyšiai susidarę prieš 2.2 mlrd. metų (Jatulio storymį Karelijoje)(b) (nuotr. V.Mikulėno). Bangų ruzgos ir įstrižas sluoksniuotumas susidarę prieš 2,3 mlrd. metų (Perepohjos juosta, Suomijoje) ( nuotr. M.Garlausko). Facijų nustatymui labai svarbus aktualizmo principas, kuris teigia, kad geologiniai procesai praeityje vyko panašiai kaip ir dabar. Kitaip sakant suprantant kokie geologiniai procesai vyksta dabar, kokioje aplinkoje kokios nuosėdos klostosi, galima atkurti ir praeities aplinkas. Ir atvirkščiai, tiriant geologinės praeities uolienas, ir nustačius kokioms facijoms jos priklauso, galima pasakyti ir kokia aplinka, koks klimatas buvo jų klostimosi metu. Todėl mokslas apie facijas yra vertingas ir praeities pažinimo būdas. 7.3.5. Nuosėdinių uolienų kūnai Dažniausias nuosėdinių uolienų kūnų pavidalas yra sluoksnis. Tai plokštės pavidalo kūnas apribotas iš apačios ir viršaus plokštumomis, kurios atitinkamai vadinamos padu ir kraigu. Sluoksniai paprastai slūgso apytikriai horizontaliai, o jų padas) ir kraigas yra apytikriai lygiagretūs. Sluoksniai gali būti išlaikyto arba kaitaus storio, bet paprastai kiekvienas sluoksnis galiausiai suplonėja ir išnyksta tai yra išsipleišėja. Pirminė sluoksnių padėtis dažnai būna pakitusi - jie gali būti palinkę, išlenkti, suraukšlėti. Ypatingo pavidalo būna druskų sluoksniai. Druska yra plastinga, todėl gali tekėti gelmėse. Jei storymė dengianti druskos klodą yra nevienodo storio, tai druskos klodą veikia nevienodas slėgis. Dėl netolygaus dengiančios storymės slėgio druska teka į mažesnio slėgio vietas, kur susitelkia didesnis jos kiekis lęšių, išsipūtimų, kupolų pavidalu. Jie vadinami diapyrais. Tokie druskos diapyrai iškelia, išlenkia virš jų slūgsančius sluoksnius, o kartais juos tiesiog praduria ir druska išsilieja paviršiuje. Pavyzdžiui, taip yra Zagro kalnuose Irane (15...pav.). Sluoksniai klostosi vieni ant kitų ir sudaro sluoksnynus, klodus, storymes. Tai tarsi knygos puslapiai, kuriuose surašyta Žemės istorija (7.67 pav.). 7.67 pav. Kambro ir ordoviko sluoksniai, susikloję maždaug per 80 mln. metų . Valaste, Estija. G.Motuzos nuotr. . Nuosėdinės uolienos Žemės plutoje sudaro vos 5%, tačiau jos dengia apie 75% žemynų paviršiaus. Vandenynuose tos dangos storis daugiausiai yra nedidelis bet vietomis, subdukciniuose loviuose (žr. 16 skyrių) gali siekti kelis kilometrus. Žemynuose jis irgi labai įvairus - nuo centimetrų iki 15-20 kilometrų. Nevienodas jis ir Lietuvoje. Pietų Lietuvoje mažiausias nuosėdinės dangos storis – 211,5 m, nustatytas Čepkelių raisto pietiniame pakraštyje gręžinyje Čepkeliai-350. Vakarų Lietuvoje, Karaliaučiaus srityje ir gretimoje Baltijos akvatorijoje nuosėdinių uolienų storymė viršija 3 kilometrus. Lenkijos vidurinėje dalyje ji siekia net apie 20 kilometrų. Panašus storis yra Kaspijos įduboje ir kai kuriuose kituose nuosėdiniuose baseinuose. 7.4. Metamorfinės uolienos Kaip minėjome, kalbėdami apie uolienų ratą (7.1. sk. 7.1 pav.), magminių ir nuosėdinių uolienų padėtis po jų susidarymo keičiasi. Magminės plutoninės uolienos iš gelmių gali būti iškeltos į paviršių, o vulkaninės ir nuosėdinės, priešingai, nugramzdintos į didelį gylį. Tuo pačiu pasikeičia uolienų aplinkos sąlygos – padidėja temperatūra, slėgis atsiranda karštų lakiųjų medžiagų, vadinamų fluidais. Tai ir yra svarbiausi metamorfizmo veiksniai. Jiems veikiant uoliena keičiasi. Pirmiausiai kinta jos mineralinė sudėtis, nes mineralai susidarę paviršiuje ar nedideliame gylyje, pakliuvę į aukštesnės temperatūros ir didesnio slėgio sąlygas darosi nebestabilūs. Pavyzdžiui, molio mineralų kristalinėje gardelėje jonai susiję silpnais ryšiais, kurie aukštesnėje temperatūroje neišsilaiko. Todėl mineralas netenka vandens, o kiti jonai persigrupuoja taip, kad tarp jų susidaro tvirtesni ryšiai, patvarūs tomis sąlygomis. Tokiu būdu vietoj molio mineralų susidaro žėručiai, feldšpatai, granatas ir kiti mineralai. Panašiai keičiasi ir kiti mineralai, tik skirtingoje temperatūroje ir skirtingu būdu, priklausomai nuo sandaros ir sudėties. Aprašytu atveju uoliena keičiasi tiesiog persigrupuojant cheminiams elementams į patvaresnius mineralus, o jos bendra cheminė sudėtis beveik nesikeičia. Bet, jei aplinkoje yra daug fluidų, jie reaguoja su uoliena, iš jos gali būti išnešama dalis cheminių elementų ir prinešama naujų. Tuo atveju uolienos cheminė sudėtis gali žymiai pasikeisti. Persikristalizuojant uolienai ir keičiantis jos sudėčiai neišvengiamai keičiasi ir uolienų sandara. Atsiranda kitokio pavidalo mineralai. Jie kitaip išsidėsto uolienoje. Dažniausiai, veikiant slėgiui jie ilgosiomis ašimis išsidėsto viena kryptimi, statmenai slėgio krypčiai, nes taip jiems lengviau augti. Visi šie pakitimai visumoje ir vadinami metamorfizmu. Pažodžiui, senąja graikų kalba tai reiškia – „pavidalo pakitimą“. Uolienos, kurios susidaro tokiu būdu vadinamos metamorfinėmis, tai yra pakeitusiomis savo pirminį pavidalą. Tas pasikeitimas reiškia kitokią mineralinę, o dažnai ir cheminę sudėtį, kitokią sandarą, neretai ir kitokį kūnų pavidalą. Slėgis gelmėse priklauso nuo apkrovos - dengiančių uolienų tankio ir jų klodo storio, kitaip sakant nuo gylio. Maždaug kas 3-3,5 kilometrai slėgis padidėja 1 kilobaru (apytikriai 1000 atmosferu). Žemės plutoje jis gali pasiekti 15-20 kilobarų ir daugiau. Temperatūra irgi priklauso nuo gylio ir geoterminio gradiento (žr. 4.4 ir 4.5 sk.). Sąlyginai, metamorfizmo pradžia laikoma 200oC temperatūra. Jo pabaigos temperatūra nėra apibrėžta – metamorfizmas baigiasi tada, kai uolienos išsilydo. Priklausomai nuo uolienų sudėties, slėgio, lakiųjų medžiagų kiekio aplinkoje lydimasis prasideda esant temperatūrai apytikriai nuo 700 iki 1000oC. Tam tikromis slėgio ir temperatūros sąlygomis uolienose susidaro tam tikri mineralų deriniai, stabilūs būtent tomis sąlygomis. Tokie mineralų deriniai vadinami metamorfizmo facijomis. Juos atitinkančios uolienos kartais turi ir atskirus pavadinimus. Metamorfizmo facijos sąvoka yra labai patogi, nes nustačius joms būdingus mineralus net iš akies, galima apytikriai pasakyti kokioje temperatūroje ir slėgyje susidarė uoliena. Metamorfinės uolienos turi tam tikrus pavadinimus. Paprasčiausia metamorfinę uolieną vadinti pagal pirminę uoliena, pridedant priešdėlį „meta-“. Pavyzdžiui - metasmiltainis, metabazaltas, metapelitas (pirminis molis) ir pan. Bet toks pavadinimas nedaug tepasako apie uolienos mineralinę sudėtį ir sandarą, todėl naudojami ir kiti pavadinimai. Kai uoliena metamorfizmo metu įgyja ryškiai kryptingą sandarą, ir skyla plonomis (<1 cm storio) plokštelėmis, ji vadinama skalūnu. Kai kryptingumas yra nelabai ryškus, ji vadinama gneisu. Prie šio pavadinimo paprastai pridedami uolieną sudarančių mineralų pavadinimai, pavyzdžiui, biotitinis plagioklazinis kvarcinis gneisas, arba muskovitinis kvarcinis skalūnas. Tokie pavadinimai atspindi ne tik uolienos sandarą bei sudėtį, bet, apytikriai ir metamorfizmo sąlygas, temperatūros ir slėgio lygį, nes skirtingomis temperatūros ir slėgio sąlygomis susidaro ir skirtingi mineralų deriniai. Pavyzdžiui, bazaltas žemo lygio metamorfizmo sąlygomis virsta skalūnu, kurio sudėtyje vyrauja chloritas, epidotas, aktinolitas. Visi šie mineralai yra žali, todėl ir uolienos vadinamos žaliaisiais skalūnais. Tokių mineralų derinys išsilaiko apytikriai iki 600oC. Jis ir vadinamas žaliųjų skalūnų facija. Aukštesnėje temperatūroje šie mineralai neišsilaiko ir suyra, o jų vietoje iš tų pačių cheminių elementų susidaro mineralai pasižymintys tvirtesniais vidiniais ryšiais kristalinėje gardelėje – raginukė, plagioklazas, juodas žėrutis biotitas, granatas. Tokia uoliena vadinama amfibolitu o mineralinis derinys – amfibolitine facija. Temperatūroje virš 700-750oC ir šie mineralai ima keistis. Vietoje jų susidaro piroksenai, plagioklazas, bet jau kiek kitokios sudėties. Ši facija, atitinkanti aukščiausios temperatūros lygį vadinama granulitine, o susidariusios uolienos - granulitais. Metamorfizmą lemia ne tik temperatūra, bet ir slėgis. Dideliame gylyje, virš 30-40 km, jis gali pasiekti 10-15 kilobarų ir daugiau. Tokiomis sąlygomis suyra plagioklazas ir raginukė. Persigrupavus jų elementams susidaro uoliena, sudaryta tik iš tamsiai raudono magnio granato (piropo) ir žalio, natringo pirokseno (omfacito). Tokia uoliena vadinama eklogitu, o metamorfizmo facija, atitinkamai – eklogitine. Šiais pavyzdžiais buvo parodyta metamorfizmo facijų kaita bazinių vulkaninių uolienų pavyzdžiu. Kitokios cheminės sudėties uolienos, kylant temperatūrai ir slėgiui irgi keičiasi, bet kitaip, nes jose susidaro kitokie mineralai. Moliuose paprastai būna daug aliuminio, todėl jų metamorfizmo metu susidaro aliuminingi mineralai. Žemo lygio metamorfizmo metu susidaro skalūnas filitas, sudarytas iš žėručio muskovito, feldšpatų, kvarco. Žėručio plokštelės dar būna tokios smulkios, kad jų nesimato, bet jos suteikia filitui būdingą šilkinį blizgesį. Kylant temperatūrai muskovito plokštelės auga šalia jų atsiranda granato (tai aliuminio turintis mineralas) ir uoliena virsta granatiniu-muskovitiniu skalūnu. Aukštesniame amfibolitinės facjos lygyje muskovitas tampa nestabiliu ir jį pakeičia juodas žėrutis – biotitas. Uolienoje taip pat atsiranda kitų aliuminio mineralų – silimanito, kianito, andaluzito. Toks jų rinkinys išsilaiko ir granulitinės facijos sąlygomis (7.68 pav.). 7.68 pav. Įvairiu laipsniu metamorfizuotas molis. A - molis; B – filitas; C – granatinis-muskovitinis skalūnas; D – granatinis-silimanitinis Smiltainis metamorfizmo metu keičiasi kiek mažiau, nes jį sudaro mineralai – feldšpatai, kvarcas – stabilūs plačiame temperatūros intervale. Bet dalis uolienos – kai kurie mineralai ir cementas keičiasi - smiltainis virsta muskovitiniu gneisu, vėliau biotitiniu gneisu, dažnai su raginuke, granatu ar kitais mineralais, priklausomai nuo jo pirminės sudėties (7.69 pav.). 7.69 pav. Metamorfizuotas smiltainis – biotito-plagioklazo-kvarco gneisas. G,Motuzos nuotr. Mažiau metemorfizmo metu keičiais karbonatai – klintis, dolomitas. Kalcitas ar dolomitas tiesiog persikristalizuoja ir pirminė nuosėdinė uoliena virsta marmuru. Kylant temperatūrai uolienos galiausiai pradeda lydytis. Tai įvyksta ne iš karto, Pradžioje išsilydo mažiau atspari temperatūrai jos dalis, vėliau gali išsilydyti ir visa uoliena. Bet dažnai to neįvyksta ir gelmėse susidaro labai nevienalytis darinys iš pirminės, dar neišsilydžiusios uolienos liekanų ir lydalo, susitingusio ir išsikristalizavusio gyslų, juostų, netaisyklingų dėmių pavidalu. Tokia nevienalytė uoliena vadinama graikišku žodžiu – migmatitas, kuris ir reiškia mišinį (7.70 pav.). 7.70 pav. Migmatitas - dalinai išsilydžiusios uolienos. Suomija.G.Motuzos nuotr. Jei lydimasis pasiekia 25-30 porc. uolienų tūrio, visa storymė elgiasi, kaip skysta, plastinga medžiaga, kuri gali judėti Žemės plutoje iš didesnio į mažesnio slėgio vietas. Jie kyla aukštyn, kaip didžiuliai pusiau skystos medžiagos kupolai diapyrai. Sustingę tokie migmatitiniai diapyrai sudaro didelę žemynų viršutinės plutos dalį. Metamorfizmas vyksta įvairių geologinių procesų metu, kuriuos atspindi jų metu susidariusių uolienų sandaros ir sudėties ypatybės. Pavyzdžiui lūžiuose, tarp judančių Žemės plutos blokų uolienos sutrinamos lyg tarp girnų. Lūžių giluminėse dalyse, keliolikos kilometrų gylyje, kur temperatūra siekia kelis šimtus laipsnių uolienos deformuojamos plastingai, jų grūdeliai išsitempia, persikristalizuoja, išsidėsto kryptingai. Tokios uolienos vadinamos milonitais (nuo graikiško žodžio μΰλος - malūnas). Jų ypatybė - yra ištemptos kristalų liekanos, lęšių, „akių“ pavidalo. Tokios uolienos dar vadinamos akiniais gneisais (7.71 pav.). Mažesniame gylyje, kur labiau veikia slėgis negu temperatūra, uoliena tiesiog sutrupinama į smulkias nuolaužėles, bet kryptingumo nesusidaro. Tokia uoliena vadinama kataklazitu. Kataklazitas sudarytas iš gerai matomų centimetrinių ir stambesnių nuolaužų vadinamas brekčija (7.72 pav.). 7.71 pav. Įvairiu laipsniu milonitizuotas granitas 7.72 pav. Brekčija lūžyje. Krymas, įlanka Porvata. G. Motuzos nuotr. Kai į Žemės plutą iš giliau įsiskverbia magmos kūnai, metamorfizmas vyksta jų aplinkoje, nes čia pakyla temperatūra. Toks metamorfizmas vadinamas terminiu arba kontaktiniu. Metamorfinės uolienos čia susidaro persikristalizuojant nuosėdinėms uolienoms, todėl dažnai išlieka jų pirminis sluoksniuotumas. Tokios itinsmulkiagrūdės metanuosėdinės kontaktinės uolienos vadinamos ragainiais. Karštos lakios medžiagos - fluidai skverbdamiesi per uolienų storymę reaguoja su jomis – vienus cheminius elementus ištirpina ir išneša, kitus prineša į jų vietą. Dėl to gali žymiai pasikeisti uolienos cheminė sudėtis. Šis reiškinys, vyksta kietame būvyje, nekintant uolienų tūriui. Tokia metamorfizmo rūšis, vadinama metasomatoze. Bene dažniausiai pasitaikantis tokių reakcijų pavyzdys yra apkvarcėjimas, kai įvairios sudėties uolienos virsta kvarcine uoliena – kvarcitu, tiksliau antriniu kvarcitu. Metasomatozė taip pat dažnai vyksta granito kūnų sąlytyje su karbonatinėmis nuosėdinėmis uolienomis. Granito magmoje paprastai būna daug (iki 10-12 proc.) vandens. Jis fluido pavidalu skiriasi iš magmos, užgriebdamas įvairių cheminių elementų. Patekę į karbonatinę terpę fluidai reaguoja su karbonatais ir juose susidaro silikatinės uolienos, vadinamos skarnomis. Jos būna įvairios mineralinės sudėties, dažniausiai iš pirokseno, granato, amfibolo, epidoto ir kitų. Skarnose būna geležies, vario, aukso, volframo ir kitų metalų telkinių. Plačiausiai metamorfizma vyksta litosferos plokščių sandūros vietose, kur plačiuose ruožuose į gelmes nugramzdinamos didžiulės plutos uolienų storymės. Apie šiuos pasaulinio mąsto procesus smulkiau aprašyta VII.1 sk. IV. ŽEMĖS SANDARA 8. Kaip sužinom kas yra Žemės viduje? 8.1 Geologiniai duomenys Pakėlę akis į dangų žvaigždėtą naktį pamatome spiečius šviesulių, nutolusių nuo mūsų per daugybę šviesmečių. Taigi didžiules erdves nužvelgiame netgi paprasta akimi ir aišku, gauname tam tikros informacijos, kurią galime aiškinti pagal savo išmanymą. Tuo tarpu pažiūrėję po kojomis, nematome nieko. Taigi, jokių duomenų apie tai kas dedasi po žemės paviršiumi. Iš kur gi mes žinome, kas yra Žemės gelmėse? Kas teikia apie tai žinių? Tiesioginių petrologinių duomenų apie vidinę Žemės sandarą, jos giluminių sferų sudėtį, kitaip sakant uolienų, mineralų ar kitokios medžiagos, kurią galėtume tiesiogiai tirti, turime labai nedaug. Gręžiniais kol kas pasiekiamas tik keliolikos kilometrų gylis, tai yra vos dvi tūkstantosios (0,002) Žemės spindulio dalys. Giliausias pasaulyje gręžinys - SG-3, pragręžtas 1970-1990 metais Kolos pusiasalio šiaurėje esančioje Pečengos įduboje iškėlė uolienas iš 12262 metro gylio. Gręžinio tikslas – mokslinis, juo tikėtasi pasiekti apatinę plutą, vadinamąjį “bazaltinį” sluoksnį, tačiau numatytame 6842 metrų gylyje buvo sutiktos tik Pečengos įdubos pamato uolienos, aptinkamos paviršiuje, čia pat už įdubos ribų, vos keliasdešimt kilometrų nuo gręžinio (8.1 pav.). 8.1 pav. Kolos supergilusisi gręžinys, pasiekęs 12262 m gylį Taigi gręžiniais nepavyko pasiekti netgi apatinės plutos, nekalbant apie mantiją. Tas pats ir vandenyne, kur pluta yra daug plonesnė. Čia giliausiai įsigręžta į 2111 m gylį nuo dugno paviršiaus. Tai pavyko padaryti gręžiant iš mokslinio tyrimo laivo „Džoides Rezolušen“ (JOIDES Resolution). Japonijos mokslininkai ruošiasi pasiekti 7000 m gylį iš tam tikslui pastatyto mokslinio tyrimo laivo “Čikijų Haken“ (Chikyu Hakken). Tačiau ne vien gręžiniais galima pasiekti didelio gylio uolienas. Daug uolienų susidariusių dideliame gylyje galime rasti kalnynuose. Čia Žemės paviršiuje atsiduria įvairių plutos lygių ir netgi mantijos uolienos iškeltos iš kelių dešimčių km gylio ir atidengtos erozijos. Tai, pavyzdžiui, tokios uolienos, kaip peridotitas, vyraujantis viršutinėje mantijoje arba eklogitas, susidarę dideliame slėgyje apatinėje plutoje arba mantijoje (7.4 sk.). Giluminių uolienų iškėlimas į paviršių geologijoje vadinami keistoku žodžiu - ekshumacija. Tai vyksta susiduriant litosferos plokštėms. Susidūrimo vietose plokštės spaudžia viena kitą, jų pakraščiai skeldėja, eižėja ir atskiros jų dalys, tarsi didžiuliai pleištai slenka aukštyn. Tokiu būdu sandūros vietose susidaro kalnai, kurie tuo pačiu metu yra sparčiai ardomi, o giluminės uolienos, netgi tokios, kaip eklogitas atsiduria Žemės paviršiuje, kartais ir kalnų viršūnėse. Eklogito kilimo greitis vertinamas nuo 1 iki 14 mm/metus. Iš kelių dešimčių kilometrų gylio uolienos gali iškilti į paviršių per keliolika milijonų metų (Duchesne, 1997; Chemenda, 1996). Vienas didžiausias Norvegijoje, o gal ir Europoje eklogito blokas stūkso prie pat Tromsės miesto, kaip 1228 m aukščio kalnas Tromsdalstindenas. Visa jo viršutinė pusė sudaryta iš rausvai žalio eklogito (8.2 pav.). Eklogitų yra ir Vakarų Norvegijoje. Kai kurie jų blokai iškilo net iš 200 km gylio, kur buvo nugramzdinti litosferos plokščių susidūrimo metu, o vėliau iškilo į paviršių, atsinešdami žinių apie sąlygas tokiame gylyje (Scambelluri et al., 2008). 8.2. pav. Tromsdalstindeno kalnas prie Tromsės miesto Norvegijoje, kurio viršūnė yra iš eklogito. G.Motuzos nuotr. Daug duomenų apie mantijos sudėtį teikia pakylanti iš jos magma. Magminės uolienos yra tarsi langas į mantiją per kurį galima „pamatyti“ kokia yra jos cheminė ir mineralinė sudėtis, koks tenai slėgis ir temperatūra, kokiomis sąlygomis vyksta lydimasis (Rollinson, 2007). Be to, kildama magma išneša ir mantijos uolienų bei mineralų nuolaužų. Bazalte neretai pasitaiko mantijos uolienos - peridotito nuolaužų (7.3. pav.). Kimberlite, kurio magma pakyla iš 150-200 km gylio, dažni mantijos mineralai - deimantas, chrominga špinelė, granatai (piropas, medžioritas) ir kiti. Jie nesikristalizavo iš kimberlito magmos, bet buvo užgriebti iš mantijos tos magmos kilimo metu. O susidarė šie mineralai daug giliau - 700-800 ir net 1700 kilometrų gylyje (Hayman ir kt., 2005). Į mantijos lydimosi lygį juos iškelia iš mantijos gelmių konvekciniai srautai. Tuose mineraluose, pavyzdžiui deimante yra mikroskopinių kitų mineralų intarpų, būdingų netgi apatinei mantijai, tarp jų ir grynuolės geležies (8.3 pav.). 8.3 pav. Giluminių mantijos mineralų intarpai deimanto kristaluose Šie mineralai ir intarpai juose yra vieninteliai mums prieinami tiesioginiai duomenys apie Žemės sandarą tokiame gylyje. 8.2. Geofiziniai duomenys Daugiausiai, žinių apie gilumines geosferas teikia geofiziniai duomenys. Tai yra netiesioginiai - seismologiniai, gravimetriniai, magnetometriniai duomenys, gauti tiriant seisminių bangų plitimą žemės gelmėse, gravitacinio ir magnetinio laukų ypatybes įvairiose Žemės rutulio vietose. Keletas žodžių apie seiminius tyrimus. Žemės drebėjimai, sprogimai ar kitokie stiprūs smūgiai žemės gelmėse ar jos paviršiuje, gamtiniai ar dirbtiniai, sukelia uolienose virpesius, kurie, bangų pavidalu sklinda į visas šalis nuo jų židinio. Tos bangos vadinamos seisminėmis bangomis. Seisminės bangos gelmėse yra dviejų rūšių – skersinės ir išilginės. Jos sklinda medžiagoje skirtingu būdu. Skersinės sklinda sutankėjant ir išretėjant medžiagai bangos sklidimo kryptimi, o išilginės – šlyjant medžiagai į šonus statmenai bangos sklidimo krypčiai (8.4 pav.). Išilginės bangos sklinda greičiau ir, atsispindėjusios nuo įvairių paviršių gelmėse, pasiekia seismografus anksčiau, negu skersinės, kurios yra maždaug 60 proc. lėtesnės. Todėl seisminės bangos žymimos atitinkamai raidėmis P ir S, pagal lotyniškų žodžių „primus” ir „secundus” pirmąsiais raides. 8.4 pav. Seisminės bangos: P - pirminės, išilginės, suspaudimo, tankėjimo; S - antrinės, šlyties Esminis abiejų rūšių bangų skirtumas yra dar ir tas, kad P bangos sklinda per skystį, o S – ne, nes skystis neturi šlyties stiprumo. Seiminės bangos įvairių rūšių uolienose sklinda skirtingu greičiu, kuris priklauso nuo jų tankio ir nuo tamprumo. Tankis veikia stipriausiai, todėl kuo tankesnė uoliena – tuo didesnis seisminių bangų greitis joje. Didžiausias yra P bangų greitis (Vp), kuris vandenyje yra apie 1,5, nuosėdinėse uolienose 2,5-5,0, o kristalinėse 5,5-8 km/s ir daugiau. S bangos sklinda maždaug 60 proc. lėčiau negu P bangos. Sklindant bangoms gelmėse, tose vietose, kur uolienų tankis pakinta, dalis virpesių atsispindi ir grįžta į paviršių. Čia jų stiprumą ir laiką užrašo tam skirti prietaisai – seismografai (1.4 pav.). Geofizikai, gretindami seismografų parodymus, nustato, iš kokio gylio atsispindi bangos, kiek laiko jos sklinda, koks yra jų greitis įvairiuose gelmių lygiuose. Jie išskiria paviršius nuo kurių atsispindi bangos, skiriančius storymes, kuriose bangų greičiai yra skirtingi. Greičių skirtumai rodo, kad skiriasi ir tas storymes sudarančių uolienų fizinės savybės. Todėl pagal duomenis apie bangų greičius įvairiuose lygiuose apskaičiuojamas uolienų vidutinis tankį juose. Tai nėra paprasta, nes bangų greitis priklauso ne tik tiesiogiai nuo storymę sudarančių uolienų tankio ir tamprumo, bet ir bendrų visos storymės sandaros ypatybių - vientisumo ar įvairumo, kryptingo mineralų ar uolienų kūnų išsidėstymo, lūžių, skalūnavimo juostų buvimo, dalinio ar visiško išsilydimo. Todėl tankis, apskaičiuotas pagal seisminių bangų sklidimo greitį yra tik tam tikra prielaida, modelis, daugiau ar mažiau atitinkantis tikrovę. Čia geofizikų darbas galima sakyti baigiasi. Pagal tankių pasiskirstymą jau geologai turi nustatyti kokios uolienos pasitaikė seisminių bangų kelyje, kokia yra geofizikų išskirtų giluminių lygių medžiaginė sudėtis ir fazinis būvis. Parenkant, kokios uolienos atitinka nustatytus giluminių lygių tankius labai padeda duomenys apie ksenolitus, kurie parodo, kokių uolienų yra gelmėse ir kokios ištikrųjų yra jų fizinės savybės. Labai svarbius duomenis teikia ir laboratoriniai eksperimentai, kurie parodo, kaip kinta uolienų savybės dideliame gylyje, aukšto slėgio ir temperatūros sąlygomis. Žemės giluminė sandara dabar plačiai tiriama naudojantis tiek gamtinių žemėdrebų, tiek ir dirbtinai sukeltais virpesiais. Dirbtinai seismines bangas sukelia sprogimai tiesiog paviršiuje, vandens telkinių dugne arba negiliuose gręžiniuose. Jūroje tam tikslui dar naudojamos vadinamos „orinės patrankos“, kuriomis suspaustu oru „šaudoma“ į vandenį, per kurį virpesiai perduodami ir į dugno uolienas. Sausumoje naudojami ir specialūs prietaisai, vadinami vibratoriais (žr. 1 sk. 1.5 pav.). Jų sukelti virpesiai gali pasiekti net dešimčių kilometrų gylį. Tai, aišku, mažiau, negu pasiekia gamtinių žemėdrebų bangos, bet už tai dirbtiniais virpesiais gelmes galima tirti norimose vietose ir tinkamu laiku. Pastaruoju metu giluminiai seisminiai tyrimai vykdomi labai plačiai, po visą Žemės rutulį. Vien vidurio Europoje atlikti giluminio seisminio zondavimo eksperimentai Kochtla Jarve-Sovietskas, BABEL, Eurobridge, POLONAISE, CELEBRATION-2000 ir kiti. Bendras jų profilių ilgis yra dešimtys tūkstančių kilometrų. Keturi profiliai - Eurobridge, POLONAISSE P4, Kochtla Jarve-Sovietskas ir „Baltijos jūra“ kirto ir Lietuvą arba jos ekonominį plotą jūroje. 8.5 pav. Giluminio seisminio zondavimo profiliai vidurio Europoje: F – Fenolora; B – BABEL; BM – Baltijskoje more; E – Eurobridge; P – POLONAIS; C – CELEBRATION-2000 (Wilde-Piorko ir kt., 2009). Giluminio seisminio zondavimo profilis Eurobridge nusitęsė nuo Švedijos miesto Vesterviko per Baltijos jūrą, Lietuvą, Baltarusiją ir Ukrainą iki Moldovos. Šį eksperimentą vykdė didelė tarptautinė „komanda“ - Lietuvos, Lenkijos, Švedijos, Suomijos, Vokietijos, Baltarusijos, Ukrainos, Anglijos mokslininkai. Lietuvoje kas 35 kilometrai buvo sprogdinami 250 ir 1000 kg svorio dinamito užtaisai, o atsispindėjusius virpesius registravo seismografai, išdėstyti kas 3,5 kilometro. Eksperimento metu gauti labai geros kokybės duomenys leido „pažvelgti“ į Lietuvos gelmes iki 90 kilometrų gylio ir nustatyti ligi tol nežinomas mūsų krašto giluminės sandaros ypatybes (Motuza, 2004) (9.7 pav.). 2006-2008 metais buvo atliktas vadinamasis pasyvios seismikos eksperimentas, sutrumpintai – PASSEQ. Jo metu plačiu ruožu nuo Vokietijos rytuose, Lenkijoje, Čekijos vakaruose ir Lietuvoje buvo išdėstyta per 800 seisminių stočių. Jos pusantrų metų nuolatos registravo seismines bangas atsklindančias iš viso pasaulio. Gautas didžiulis kiekis duomenų, kuriuos apdorojus ir išnagrinėjus tikimasi gauti tirto ploto (taip pat ir Lietuvos) Žemės gelmių vaizdą iki kelių šimtų kilometrų gylio (8.6 pav.) 8.6 pav. Pasyvios seismikos eksperimentas PASSEQ, įvykdytas 2006-2008 metais (Wilde-Piorko ir kt., 2009). Galingų kompiuterių pagalba apibendrinant didelį kiekį seisminių duomenų, gautų įvairiose Žemės vietose tiek gamtinių, tiek dirbtinių žemės drebėjimų metu, galima sudaryti trimatį (3D) tam tikro objekto seisminių bangų greičių modelį. Tai metodas panašus į tomografiją, taikomą medicinoje. Tokiu būdu gaunamas mantijos sandaros ir sudėties netolygumų erdvinis vaizdas, atspindintis uolienų įvairovę, jų būklę, temperatūros skirtumus ir gelmėse vykstančius sudėtingus geologinius procesus. Gravimetriniai ir megnetometriniai duomenys gaunami matuojant sunkio jėgos ir magnetinio lauko stiprumą. Tai daroma tiesiogiai žemės paviršiuje arba iš lėktuvų. Vandenyne sunkio jėga gali būti nustatyta ir palydovų pagalba, kurie dabar labai tiksliai nustato vandenyno paviršiaus aukštį. Tas aukštis priklauso nuo žemės traukos jėgos – kur ji didesnė, vandens paviršiuje susidaro iškilimai, kur silpnesnė – įdubos. Tokiu būdu yra sudaromi gravitacinio lauko (sunkio jėgos) (4.7-4.9 pav.) ir magnetinio lauko (4.15 pav.) stiprumo žemėlapiai. Išmatuotas gravitacinio lauko stirpumas yra tikslinamas išskaičiuojant paviršiaus reljefo poveikį. Gaunamas gravitacinio lauko žemėlapis vadinamas Bugės (Bouguer) anomalijų žemėlapiu. Tai plačiausiai naudojama gravitacinio lauko žemėlapio rūšis. Be jos yra daug įvairių kitų žemėlapių, daugiausiai išvestinių iš Bugės, kurie sudaromi įvairiai perdirbant stebimo gravitacinio lauko reikšmes išryškinant vienus ar kitus jo bruožus. Tai daroma naudojant specialias kompiuterines programas. Tai, pavyzdžiui: - lokalių (vietinių) anomalijų žemėlapis, kuriame išskirtos anomalijos sukeliamos kūnų esančių tam tikrame gylyje, pavyzdžiui iki 5, 10 ar 20 kilometrų; - gradientų žemėlapis, išryškinantis tas vietas, kur staigiai keičiasi gravitacinio lauko reikšmės; jos paprastai susiję su skirtingos sudėties kūnų ribomis, lūžių juostomis; - terasavimo žemėlapis kuriame, išskiriamos panašios anomalijos ar jų grupės, statistiniais metodais suvidurkinant jų reikšmes ir taip suskaidant lauko vaizdą pakopomis (iš čia terasavimas). Sunkio jėgos stiprumas Žemės paviršiuje labai nevienodas. Jis tiesiogiai priklauso nuo įvairaus tankio uolienų pasiskirstymo tiek plutoje, tiek didesniame gylyje. To dėka plutoje ir mantijoje galima išskirti įvairaus tankio kūnus, nustatyti jų ribas, numanyti prigimtį. Gravimetriniai duomenys padeda patikslinti tankių pasiskirstymo gelmėse modelius, sudarytus seisminių bangų pagalba ir tiksliau paaiškinti jų geologines priežastis. Magnetinio lauko stiprumas priklauso nuo uolienų įmagnetinimo laipsnio ir jo krypties. Uolienų magnetingumą sukelia jose esantys magnetingi mineralai, turintys savo sudėtyje geležies. Jų magnetingumas yra nevienodas. Kuo daugiau magnetingų mineralų, tuo magnetingesnė ir uoliena, o kuo didesni tokios uolienos kūnai, tuo stipresnis toje vietoje magnetinis laukas. Tiesa, magnetinio lauko žemėlapiai atspindi tik uolienų ypatybes Žemės plutoje, iki 20-40 kilometrų gylio, nes giliau, pakilus temperatūrai mineralų įmagnetinimas išnyksta. 8.3 pav. Žinios apie Žemės gelmes iš kosmoso Apie Žemės gelmių sudėtį gaunama žinių ir iš kosmoso. Pirmiausiai tai duomenys apie Žemės masę ir jos tankį, kurie apskaičiuojami pagal Žemės orbitos pavidalą ir Žemės kaip kosminio kūno sąveiką su kitomis planetomis, kuri priklauso nuo jų masių. Apie Žemės gelmių ir netgi apie giliausios geosferos - branduolio sudėtį teikia duomenų meteoritai. Tarp meteoritų vyrauja akmeniniai, tiksliau silikatiniai chondritai, bet pasitaiko ir geležinių (žr.3.2 sk.). Manoma, kad jie yra dėl kažkokių priežasčių „neišgyvenusių“, subyrėjusių planetinių kūnų branduolio nuolaužos. Jų geležinis branduolys susidarė planetinių kūnų vidinėse sferose jų medžiagos skaidimosi ir persiskirstymo (diferenciacijos) metu. Tikriausiai taip skaidėsi ir Žemės medžiaga, todėl panašios sudėties yra ir Žemės branduolys. Tai patvirtina ir bendras Žemės tankis – didesnis, negu mantijos ir plutos. Reiškia, jos centre turi būti daug tankesnė medžiaga, pagal apskaičiavimus greičiausiai geležis. Remiantis tokių tiesioginių ir netiesioginių geologinių, geofizinių ir astronominių duomenų visuma šiandien apibudinamos giluminės Žemės sferos, jų dydis, sudėtis ir fizinės savybės. Apibendrinant galima išskirti tokius svarbiausius žinių apie Žemės gelmes šaltinius (Internetas 3): Pirma - bendra Žemės masė ir tankis apskaičiuoti, remiantis jos orbitos pavidalu ir tuo, kaip ji veikia kitų planetų ir Mėnulio orbitas. Antra – svarbiausios ribos Žemės gelmėse nustatytos ir jos atskirų sluoksnių tankis ir fazinė būsena (kieta, skysta) įvertintos seisminių duomenų, tai yra P ir S bangų greičių pasiskirstymo modelių dėka. Eksperimentiškai nustatant seisminių bangų sklidimo greitį jose aukštos temperatūros ir slėgio sąlygomis, sprendžiama, kokios uolienos sudaro mantiją. Trečia – bendra Žemės cheminė sudėtis įvertinta remiantis prielaida, kad Žemė susidarė daugiausiai iš chondritinių meteoritų. Ketvirta – tiesioginių žinių apie mantijos sudėtį teikia mantijos luistai kalnynuose, magma iš mantijos ir jos užgriebtos uolienų bei mineralų nuolaužos. Penktą – branduolio tankis apskaičiuojamas žinant bendrą Žemės sudėtį (pagal chondritinius meteoritus) ir nustačius plutos bei mantijos sudėtį ir tankį. Jo sudėtis numanoma, lyginant apskaičiuotą tankį su geležiniais meteoritais ir remiantis tuo, kad geležis yra labiausiai paplitęs metalas Saulės sistemoje.. Šešta – Žemės magnetinį lauką bandoma paaiškinti, remiantis prielaida, kad branduolio sudėtis yra metalinė, greičiausiai geležinė. 9. Giluminės geosferos Naudojant aukščiau išvardintus būdus nustatyta, kad mūsų planeta sudaryta iš kelių skirtingos sudėties arba fazinio būvio sluoksnių, kurie tęsiasi visame Žemės rutulyje ir tokiu būdu yra sferų pavidalo. Tokios koncentriškos (turinčios bendrą centrą) sferos, apimančios visą Žemės rutulį, keičiančios viena kitą su gyliu ir gaubiančios viena kitą, kitaip sakant, esančios viena kitoje vadinamos geosferomis. Geosferomis laikoma atmosfera – Žemę gaubiantis dujų apvalkalas, hidrosfera – sritis Žemėje, kur susitelkęs vanduo ir giluminės geosferos. Giluminės geosferos skiriasi medžiagine (chemine, mineraline, uolienų) sudėtimi ir fizinėmis savybėmis - tankiu, elastingumu, klampumu ir faziniu būviu, tai yra gali būti kietos ar skystos. 9.1 pav. Geosferos išskiriamos pagal sudėtį (kairėje) ir fizines savybes (dešinėje) ir seisminių bangų greičių kitimas jose Geosferų medžiaginė sudėtis nustatoma pagal geofizinius duomenis, pirmiausiai pagal seisminių bangų sklidimo greitį, tai yra remiasi išmatuotais, objektyviais rodikliais. Bet tarp fizinių savybių ir medžiaginės sudėties nėra griežtos tiesioginės priklausomybės, todėl geofizinių ypatybių aiškinimas (interpretavimas) yra nevienareikšmiškas ir daugiau ar mažiau subjektyvus. Kita neatitikimo priežastis yra ta, kad atskiruose lygiuose cheminė sudėtis lieka tokia pati, bet keičiasi mineralai ir uolienos, medžiaga pasidaro tankesnė ir jos fizinės savybės pasikaičia. Todėl geosferos, išskiriamos pagal sudėtį ir fizines savybes, ne visiškai atitinka vienos kitas (9.1 pav.). Pagal sudėtį išskiriamos tokios geosferos - pluta, viršutinė mantija, pereinama zona, apatinė mantija, išorinis ir vidinis branduoliai. Pagal fizines savybes išskiriamos geosferos yra litosfera, astenosfera, mezosfera, skystas ir kietas branduoliai. 9.1. Žemės pluta Pagal sudėtį viršutinė iš giluminių geosferų yra pluta. Ji sudaro 0,473% Žemės masės (Taylor, 1997). Plutos storis, sudėtis ir sandara yra labai ne vienoda. Ypač skiriasi plutos sudėtis vandenynuose ir žemynuose (9.2 pav.). 9.2 pav. Vandenyninė ir žemyninė pluta ir litosfera Vandenynų arba okeaninės plutos storis yra vidutiniškai tik apie 6,5 km. Tik vietomis, pvz. ties vandenynų vulkaninėmis salomis, kaip Islandija ar Havajai, ji pastorėja iki keliolikos kilometrų. Okeaninė pluta yra sudaryta iš trijų sluoksnių (9.3 pav). 9.3 pav. Vandenyninės plutos sandara http://www.dstu.univ-ontp2.fr/omanophiolite/pages/3_descriptions/3_0_description.htm Viršutinis, tai – purių dugno nuosėdų klodas. Jis yra plonas ir storėja link vandenyno pakraščių, kur sunešama daugiau nuotrupinės medžiagos iš žemyno ar vulkaninių salų, pavyzdžiui subdukcijos loviuose. Antrą sluoksnį sudaro bazaltas, išsiliejęs po vandeniu, vandenyno vidurio gūbriuose (riftuose) ar virš karštųjų taškų. Jam būdingas pagalvinis skyrumas, susidaręs staigiai vėstant lavai po vandeniu (7.36 pav.). Šiame sluoksnyje yra ir ultrabazinių lavų klodų ir intruzinių kūnų, bet jie sudaro iki keliolikos procentų. Antrojo sluoksnio apačioje išskiriamas vadinamas lakštinių arba pluoštinių daikų sluoksnis (angl. sheeted dykes). Čia plonos, kelių metrų storio, vertikaliai slūgsančios diabazo daikos išsidėsto tarsi lakštai, kas keliasdešimt metrų. Tos daikos užpildo plyšius, kuriais magma kilo aukštyn prieš išsiliejant lavos pavidalu vandenyno dugne (9.4 pav.). 9.4 pav. Vandenyninės plutos antrojo sluoksnio atodanga. Matyti pagalvinės lavos klodas ir jas kertančios lakštnės daikos (pažymėtos rodyklėmis). Sufako kaimas, Goro provincija, Afganistanas. G.Motuzos nuotr. Trečiame sluoksnyje vyrauja bazinės ir ultrabazinės sudėties intruzinės uolienos – daugiausiai gabrai, piroksenitai, peridotitai. Visa tai sunkios uolienos, todėl vandenyninės plutos tankis yra apie 3000-3200 kg/m3. Šis sluoksnis palaipsniui pereina į mantiją, kuri sudaryta daugiausiai iš peridotito. Žemyninės arba kontinentinės plutos storis vidutiniškai yra apie 40 km. Kalnynuose jis siekia 75-80 km. Toks Žemėje plutos storis nustatytas po Himalajais ir Andais. Tempimo juostose, riftuose pluta suplonėja iki 28-30 km (9.4 pav.). 9.5 pav. Žemės plutos storis ir paviršiaus aukštis. http://earthquake.usgs.gov/research/structure/crust/images/topo.jpg Žemyninė pluta yra labai nevienalytė. Išskiriama viršutinė ir apatinė pluta. Jų riba vadinama Konrado nedarna arba paviršiumi ir nustatoma pagal seisminių bangų sklidimo greičių padidėjimą, apytikriai virš 7 km/s. Manoma, kad greičio padidėjimą lemia didesnis giliau slūgsančių uolienų tankis, daugiausiai dėl sudėties pasikeitimo (9.6 pav.). 9.6 pav. Apibendrinta žemyninės plutos sandara. Viršutinė pluta: 1- nuosėdinės ir vulkaninės uolienos; 2 – metamorfinės uolienos – gneisai, skalūnai, migmatitai; 3 – migmatitai, granitas. Apatinė pluta: 4 – metamorfiės nuolienos – granulitai, lydimosi liekana (restitas); 5 – gabro, piroksenito, peridotito intruzijos iš mantijos; Mantija: 6 – peridotitas. Viršutinė pluta yra sudaryta daugiausia iš mažo tankio uolienų, pagal sudėtį ir fizines savybes panašių į granitą. Todėl ji sąlyginai ir vadinama „granitiniu sluoksniu“. Tačiau iš tikrųjų ją sudaro toli gražu ne vien granitas ir įvairios metamorfinės uolienos – gneisai ir skalūnai, susidarę iš nuosėdinių ir vulkaninių uolienų. Didelė dalis jų iš dalies išsilydė ir virto migmatitais. Čia yra ir didesnio tankio bazinių uolienų – gabro, amfibolito (metabazalto), tačiau jos sudaro nedidelę viršutinės plutos tūrio dalį. Be to yra įvairios sudėties intruzijų, daugiausia granito. Plutos paviršių daug kur dengia nuosėdinės ir vulkaninės uolienos, kurių storis yra nedidelis ir tik vietomis – nuosėdiniuose baseinuose siekia keliolika kilometrų. Apatinė pluta sudaryta iš didesnio tankio uolienų. Geofizikai ją vadina „bazaltiniu sluoksniu“, nes seisminių bangų greičiai čia yra maždaug tokie, kaip bazalte. Bet kaip tik bazalto apatinėje plutoje visiškai nėra. Čia vyrauja stipriai metamorfizuotos pirminės nuosėdinės ir magminės uolienos - granulitai ir eklogitas. Žymią dalį apatinės plutos sudaro migmatitai ir ypač nelydi liekana (restitas) susidariusi iš jų išsilydant granitui. Apatinės plutos uolienų sudėtyje daug granato, pirokseno. Šie mineralai yra didelio lyginamojo svorio, todėl ir uolienų tankis yra didelis. Vietomis apatinėje plutoje yra gabro, piroksenito intruzijų įsiskverbusių iš mantijos. Kontinentinė pluta yra ypatingas darinys. Čia yra susitelkę nedarnieji elementai - silicis, aliuminis, kalis, kalcis, natris, rubidis, stroncis, retųjų žemių elementai ir daugelis kitų. Jie išsiskyrė iš mantijos jai lydantis, nes dėl savo cheminių savybių linkę greičiau pereiti į lydalą. Plutos sudėtyje vyrauja O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K (5.2 lentelė). Pavyzdžiui, plutoje susikaupė apie 40 proc. viso Žemės kalio. Labiausiai paplitęs viršutinėje plutoje mineralas yra plagioklazas. Lietuvoje plutos storis yra nustatytas atlikus giluminio seisminio zondavimo eksperimentus Kochtla-Jarve – Sovietskas, Eurobridge ir POLONAISE. Šių tyrimų dėka paaiškėjo, kad plutos sandara ir storis mūsų krašte yra ne vienoda. Vakarų Lietuvoje plutos storis - 40-45 km, ji yra, palyginti vienalytė, jos didelę dalį užima viršutinis sluoksnis. Rytinėje Lietuvoje pluta yra daug storesnė 50-55 km, labai kaičios sandaros, joje didesnę dalį sudaro apatinė pluta. Perėjimas tarp skirtingos sandaros sričių yra kaip tik vidurinėje Lietuvos dalyje. Čia plutos storis pakinta 10-15 km vos 30-35 km ruože (9.7 pav.). 9.7 pav. Plutos ir viršutinės mantijos sandara pagal GSZ profilį EUROBRIDGE. Motuza, Korabliova, 2004). Profilis prasideda Švedijos krante ties Vesterviku. 0 taškas yra Gotlando saloje, 1 taškas ties Šventąja, 9 – Nemuno slėnyje ties Jieznu, o 12 prie Eišiškių, bet jau Baltarusijoje. Žemyninėje plutoje, ypač viršutinėje vyrauja nedidelio tankio uolienos, todėl ir jos vidutinis tankis yra 2700-2800 kg/m3. Tuo tarpu vandenyninės plutos tankis yra apie 2900-3000 kg/m3. Skirtinga žemyninės ir vendenyninės plutos sandara ir tankis lėmė ir Žemės paviršiaus sandarą, kurios svarbiausi dariniai yra kontinentai ir vandenynų (okeanų) duburiai. Žemynas ir kontinentas paprastai yra laikomi vienareikšmiais žodžiais, sinonimais. Tačiau geologiniu požiūriu šios sąvokos turi skirtingą prasmę. Vandenyninė pluta yra plona ir sunki, todėl ji sudaro įdubas Žemės paviršiuje – vandenynų duburius, kurių vidutinis gylis yra 3865 m. Žemyninė pluta yra stora, bet mažesnio tankio, todėl žemynai yra iškilę - vidutiniškai 841 m nuo jūros lygio, o nuo vandenyno duburio dugno lygio - beveik 5 km. Dideles žemyninės plutos dalis, atskirtas vandenyninės plutos plotais vadinsime kontinentais. Kontinentai nėra vien sausuma - jų pakraščiai yra užlieti vandenyno. Todėl žemynais vadinsime tik sausumines kontinentų dalis. O povandeninės kontinentų dalys yra šelfas ir kontinento šlaitas nes plutos sandara tenai tokia pati, kaip ir sausuminės dalies – žemyno. Šelfas apima apie 28,7 proc. kontinentų ploto. Jis tęsiaisi maždaug iki 200 m gylio. Vandenyno dugno polinkis šelfe vidutiniškai yra apie 1o. Giliau polinkis padidėja iki 6-7o, o vietomis iki 10-15o. Ši vieta vadinama kontinento šlaitu. Jo papėdėje, 2,5-4 km gylyje prasideda giluminė vandenyno dalis vadinama vandenyno (okeano) duburiu arba guoliu. Geografinės aplinkos požiūriu šelfas yra vandenyno dalis. Platūs vandens užlieti šelfo ruožai vadinami priekrantės jūromis, pavyzdžiui Norvegų, Barenco, Roso ir kitos. Tačiau geologinės sandaros požiūriu skirtingu dariniu laikomas tik vandenyno duburys kuris turi kitokią - vandenyninę plutą. Kitaip sakant „kontinentas“ ir „vandenyno duburys (guolis)“ yra geologinės sąvokos reiškiančios skirtingos geologinės sandaros Žemės plutos dalis. „Žemynas“ ir „vandenynas“ yra geografinės sąvokos, reiškiančios tam tikrą aplinką. Kontinentai sudaro 41,2 proc. Žemės paviršiaus ploto, o vandenyno guolis – 58.8 proc., tuo tarpu vandenynas, kartu su šelfu užima 71 proc., o žemynams lieka tik 29 proc. Žemės paviršiaus ploto. Žemynai yra iškilę todėl, kad jie sudaryti iš mažesnio tankio uolienų, vandenyno duburiai susidarė priešingai, todėl, kad jų plutą sudaro didelio tankio uolienos. 9.8 pav. Žemės paviršiaus sandaros schema. http://www.personal.umich.edu/~vdpluijm/gs205.html Žemyninė ir vandenyninė pluta yra ne tik skirtingos sandaros ir sudėties, bet ir susidarė skirtingu būdu. Tai bus aprašomos atskirai, tolimesniuose skyriuose 9.2. Žemės mantija Mantija yra Žemės sfera tarp plutos ir branduolio. Išorinis, jos paviršius vadinamas Mochorovičičiaus arba Mocho riba, o apatinis - Gutenbergo sluoksniu. Plutos ir mantijos riba nustatė kroatų geofizikas Andrija Mohorovičičius (Mohorovičič), dar XX amžiaus pradžioje (9.9 pav.). Tirdamas žemės drebėjimo, įvykusio 1909 metų spalio 8 dieną netoli Zagrebo duomenis, jis pastebėjo, kad tam tikrame gylyje seisminių bangų greitis staiga pašoka virš 8 km/s, o tai reiškia, kad giliau slūgso jau kita geosfera. Vėliau tai patvirtino ir kiti mokslininkai. Šis lygis imtas laikyti riba tarp plutos ir mantijos ir pavadintas jo atradėjo vardu. Tokią sudėtingą pavardę kitataučiams nelengva tarti, todėl ji dažniausiai trumpinama - Mocho. 9.9 pav. Andrija Mochorovičičius (1857-1936) – Mocho ribos atradėjas Taigi, plutos ir mantijos riba pirmiausiai yra apibudinama pagal seisminių P bangų greičio padidėjimą virš 7,6 km/s. Dažniausiai P bangų greitis viršutinėje mantijoje yra >8 km/s. Tai atitinka ir uolienų tankio šuolį virš 3000-3200 kg/m3. Toks yra ultramafinių uolienų tankis. Tokiu būdu plutos ir mantijos riba yra staigaus litologinės, mineralinės ir cheminės sudėties pasikeitimo vieta. Čia apatinės plutos metamorfinės uolienas pakeičia ultramafinės uolienos – dunitas, peridotitas. Atitinkamai pasikeičia mineralinė ir cheminė sudėtis (V.1 lentelė). Mantija sudaro apie 83 proc. Žemės tūrio ir apie 67 proc. jos masės. Jos apačia yra maždaug 2890 km gylyje, o kraigas nuo 70-80 iki vos kelių km. Mantijos vidutinis tankis yra apie 4500 kg/m3. Pagal sudėtį išskiriamos trys mantijos dalys – viršutinė, apatinė ir pereinamas sluoksnis tarp jų, o pagal fizines savybes – litosfera, astenosfera ir mezosfera. Mantijos paviršiuje temperatūra yra apie 1000oC, o apačioje – 3500-4000oC. Slėgis jos apačioje siekia 140 GPa (apie 1.4 mln. atmosferų). Didelis slėgis neleidžia mantijos medžiagai išsilydyti, todėl, nepaisant aukštos temperatūros, didžioji mantijos dalis yra kieto būvio. Apskritai mantija sudaryta daugiausiai iš Si, Mg, Fe, O ir nedidelio kiekio Al, Ca. Šių elementų sudaromi mineralai daugiausia silikatai - olivinas - (MgFe)2SiO4 arba jo polimorfinės atmainos - vadsleitas, ringvuditas, kurie sudaro apie 64 proc. jos masės, ortopiroksenai – (MgFe)2Si2O6 – 27 proc., klinopiroksenas – (CaMgFe)2Si2O6 - 3 proc., špinelė - MgFeAl2O4, granatai ir kiti mineralai – 6 proc.. Feldšpatų, kurių daugiausia plutoje čia greičiausiai yra labai nedaug ir tai ti atskirose vietose. Tačiau mineralinė dėl atskirų mineralų kiekių mantijos vieningos nuomonės nėra. . 9.1 lentelė. Vidutinė Žemės mantijos, plutos ir viršutinės plutos sudėtis (pagal Hawkesworth, Kemp, 2006) Vidutinė chondritų sudėtis* Vidutinė mantijos sudėtis Vidutinė plutos sudėtis Vidutinė viršutinės žemyninės plutos sudėtis SiO2 38,5-39,3 46 60,6 66,6 Al2O3 1,78-1,91 4,2 15,9 15,4 FeO 0,23-15,44 7,5 6,7 5,04 MgO 21,63-24,17 37,8 4,66 2,48 CaO 1,03-2,41 3,2 6,4 3,59 Na2O 0,64-0,78 0,4 3,07 3,27 K2O 0,13-0,2 0,04 1,81 2,8 * Pateiktos kraštutinės įvairių rūšių chondritų sudėties reikšmės, pagal Войткевич ir kt., 1977. . Viršutinė mantija tęsiasi nuo plutos apačios 6-80 km gylyje (priklausomai nuo plutos storio) iki 410 km. Jos vidutinis tankis - 4070- 4680 kg/m3. Apibudinant viršutinės mantijos sudėtį uolienų pavadinimais, ją daugiausiai sudaro peridotitas. Vietomis mantijoje yra ir kitų uolienų – eklogito (sudaryto iš pirokseno ir granato), o sprendžiant iš šarminių uolienų ir karbonatito intruzijų prasiskverbiančių iš mantijos į plutą, joje yra vietų kur vyrauja karbonatai, šarminiai, tai yra daug K ir Na turintys mineralai. Nuo 410 km gylio, seisminių bangų greitis padidėja maždaug 13 proc.. Tai ryški seisminė riba, kuri aiškinama tuo, kad didėjant slėgiui olivinas pereina į tankesnės sandaros mineralus (polimorfus) - vadsleitą ir ringvuditą. Šių mineralų sudėtis yra tokia pati, kaip olivino, bet kristalinės gardelės sandara, kiek kitokia, todėl ir tankis yra didesnis. Nuo 410 iki 660 km yra pereinamas arba tarpinis sluoksnis. Giliau prasideda apatinė mantija. Pagal fizines savybes viršutinės Žemės geosferos išskiriamos kiek kitaip. Išorinė geosfera vadinama litosfera (nuo graikų lithos – uoliena). Ji apima plutą kartu su dalimi viršutinės mantijos ir apibudinama kaip kietas, tvirtas, mažai plastingas priepaviršinis Žemės sluoksnis (Isacks ir kt., 1968). Litosferos storis labai nevienodas ir įvairių autorių vertinamas gana skirtingai. Taip yra todėl, kad atsižvelgiama į skirtingas savybes – seisminių bangų greičius, mechanines (reologines) savybes, tokias, kaip elastingumas, o šios savybės pereinant į astenosferą kinta palaipsniui. Po vandenynais litosferos storis yra iki 50-80 km, o vandenynų vidurio riftuose artėja prie nulio. Žemynuose litosferos storis yra 100-150 km, o senose, archejaus amžiaus žemynų dalyse siekia 350-400 km (9.10 pav.). 9.10 pav. Litosferos storis (pagal Conrad&Lithgow –Bertelloni (2006) http://www.soest.hawaii.edu/GG/FACULTY/conrad/liththick/liththick.gif Lietuvoje litosferos storis įvairių autorių vertinamas tarp 150 ir 250 km. Atrodo ji, kaip ir pluta, storesnė rytinėje dalyje (Artemieva ir kt., 2006; Cloetingh ir kt., 2007). Litosfera yra suskaidyta į dalis, atskirtas lūžiais, kurios nepriklausomai juda astenosferos paviršiumi. Šios litosferos dalys vadinamos litosferos plokštėmis. Plokščių dydis yra įvairus. Didžiųjų skersmuo siekia dešimtis tūkstančių kilometrų, o smulkių - maždaug tūkstantį. Pagal fizines savybes po litosfera yra išskiriama kita geosfera, vadinama astenosfera. Ji apima dalį viršutinės mantijos ir pereinamą sluoksnį. Ši geosfera išskiriama pagal ryškų seisminių bangų greičių sumažėjimą. Tai aiškinama jos dideliu plastingumu, todėl ir jos pavadinamas graikiškai - reiškia – minkštas (άσθενΐα (asthenia))arba - „be tvirtumo“ (ά+σθενός (a+sthenos)). Astenoferos klampumas (1021 ir 1023 puazų) yra apie 100 kartų mažesnis negu aukščiau slūgsančios litosferos. Manoma, kad taip yra dėl to, kad uolienos čia yra iš dalies išsilydę, tiksliau, yra daug atskirų magmos židinių ar lęšių, kurie kartu sumažina šio sluoksnio tankį, klampumą ir seisminių bangų greitį jame. Kitaip sakant, litosferos ir astenosferos ribos reiškia fizinių savybių, o ne sudėties pasikeitimą. Tiesa, pagal šias savybes astenosferos ribos, jų gylis ir jos bendras storis nustatomi nevienodai. Vandenynuose astenosfera prasideda apytikriai 50-80 km gylyje, o žemynuose, vidutiniškai, 200-250 km, bet vietomis ir 400 km gylyje. Astenosferos storis yra keli šimtai kilometrų, vietomis ji tęsiasi iki 660-670 km gylio. Dėl astenosferos plastingumo, litosferos plokštės tarsi plauko ant astenosferos. Jei litosferos storis padidėja, pvz. iškilus ant jos kalnams arba susidarius žemyninių ledynų dangai, ji grimzta giliau į astenosferą. Šiuo atveju astenosfera teka į šalis, kaip skysto būvio medžiaga, kol pasiekiama pusiausvyra tarp nugrimzdusios ir išstumtos medžiagos pagal Archimedo dėsnį. Kai apkrova sumažėja, litosfera vėl iškyla. Tai galima palyginti su paprasčiausia medžio plokšte, plūduriuojančia ant vandens. Jei ant jos uždėsime svarelį, ji nugrims giliau, o jei jį nuimsime - plokštė vėl iškils. Taip atsitinka, pavyzdžiui, paviršiuje iškilus kalnams, ar susikaupus ledynams. Šis reiškinys vadinamas izostazija (gr. pusiausvyra - isos - "lygus, vienodas“, stasis - „būsena“). Konkretūs izostazijos atvėjai bus aprašyti atitinkamuose skyriuose (9.11 pav.). 9.11 pav. Kalnagūbriai, dideli ugnikalniai, ledynai ar kita apkrova susidariusi paviršiuje įspaudžia litosferą į astenosfera, dėl jos plastingumo ir takumo. Kai apkrova išnyksta, litosfera atsistato į ankstesnę padėtį. Tai vadinama izostazija ar izostaziniu atsistatymu. http://www.seismo.unr.edu/ftp/pub/louie/class/100/interior.html Ryškiausia riba mantijoje yra 660-670 km gylyje. Čia ženkliai padidėja seisminių bangų greitis ir mantijos tankis, kuris kinta nuo 5690 iki 9400 kg/m3. Todėl nuo šios ribos pagal fizines savybes išskiriama mezosfera, kuri apibudinama, kaip didelio tankio, bet plastinga geosfera. Matyt dėl padidėjusio tankio žemiau šios ribos nenusileidžia didžioji dalis nyrančių litosferos plokščių, o dėl didesnio plastingumo giliau nebesusidaro žemėdrebų židiniai. Manoma, kad tankis padidėja dėl mantijos sudėties pasikeitimo, todėl ir pagal sudėtį 660-2890 km gylyje išskiriama apatinė mantija. Manoma, kad čia, didėjant slėgiui ir temperatūrai, mantijos sudėtyje įsivyrauja mineralas perovskitas, kurio formulė yra MgSiO3. Jis susidaro iš mažesnio tankio mineralo – olivino, ir jo polimorfinių atmainų - vadsleito ir ringvudito. Beje su perovskitu yra šiek tiek painiavos. Tikrojo perovskito sudėtis yra CaTiO3. Tai mineralas, surastas dar XIX amžiaus pradžioje, Uralo kalnuose ir pavadintas rusų mineralogo L. Perovskio vardu. Tačiau tokią pačią sandarą aukštame slėgyje (virš 240 kilobarų) turi ir mineralas MgSiO3 ar MgFeSiO3, kuris, manoma ir sudaro apatinę mantiją. Tačiau tai tik hipotezė, nes tokios sudėties mineralas gamtoje dar nesurastas. Žemės paviršiaus jis nepasiekia, nes mažesniame slėgyje arčiau paviršiaus jis yra nestabilus ir virsta kitais mineralais. Todėl jis neturi ir savo vardo, bet dėl sandaros panašumo sąlyginai vadinamas taip pat perovskitu. Apatinė mantija sudaro apie pusę viso Žemės tūrio, o perovskito joje yra apie 80 proc., todėl jis laikomas labiausiai paplitusiu mineralu ne tik mantijoje, bet ir apskritai Žemėje. Be jo apatinėje mantijoje gali būti ir kitų mineralų - feroperiklazo (FeMg)O (kuris yra antras labiausiai Žemėje paplitęs mineralas), magnio viustito (MgFe)O ir grynuolės geležies. Iš cheminių elementų apatinėje mantijoje vyrauja Mg, Fe, Si, O. Pagal seisminės tomografijos modelius, apatinė mantija nėra vienalytė (9.12 pav.). Viena iš nevienalytiškumo priežasčių yra joje nuolat vykstanti apytaka - kylantys (karštesnės ir mažesnio tankio) ir grimztantys (vėsesnės ir didesnio tankio) medžiagos srautai (...pav. ir LPT sk.). 9.12 pav. Netolygus tankio pasiskirstymas mantijoe, šiuo atveju – 1300 km gylyje, nustatytas seisminės tomografijos būdu. Melsva spalva rodo didesnio tankio vietas, o rusva – mažesnio. http://rsc.anu.edu.au/~rado/seismic_tomography/work/1300.php Branduolio ir mantijos riboje 2890-2700 km gylyje yra 200-300 km storio, sluoksnis, vadinamas D” (D-prim-prim). Pagal seisminių bangų greičio pokytį, jo sudėtis skiriasi tiek nuo mantijos, tiek nuo branduolio. P bangų greitis, lyginant su aukščiau esančia mantija čia padidėja 0,5-3 proc.. Tai rodo, kad D“ sluoksnio medžiaga yra tankesnė. Taip gali būti arba dėl jos kiek žemesnės temperatūros, arba dėl perovskito virtimo kitokios sandaros mineralu, sąlyginai vadinamu postperovskitu (Hutko, Lay ir kt., 2006). Pagal eksperimentų duomenis, postperovskitas yra stabilus slėgyje virš 1200 kilobarų ir temperatūrai pasiekus 2500 K. Manoma, kad D“ sluoksnyje kaupiasi litosferos plokščių liekanos, kurios grimzdamos pasiekia mantijos apačią. Giliau jos nebegrimzta ir neįsimaišo į branduolį, greičiausiai dėl daug didesnio jo tankio (9.13 pav.). 9.13 pav. Sluokanis D” mantijos-branduolio riboje. Iki čia nugrimzta litosferos plokščių liekanos, nuo čia pradeda kilti plumai. 9.3. Žemės branduolys Branduolys yra vidurinėje Žemės dalyje. Jo tūris sudaro 16,9 proc. Žemės tūrio, bet masė - 32,2 proc.. Taip yra dėl didelio branduolio tankio, kuris Žemės centre siekia apie 14000 kg/m3. Manoma, kad branduolys yra metalinis, sudarytas daugiausiai iš Fe (85%) ir Ni (5%). Likusią jo dalį sudaro lengvesni elementai - S – 1,9 proc. Si - 4,5 proc. ir gal būt O – 1 proc. Branduolys yra sudarytas iš dviejų dalių – vidinio (6370-5150 km) ir išorinio (5150-2890 km). Išoriniame branduolyje yra šiek tiek daugiau elementų, lengvesnių už geležį - O, Si, Mg, S, C, H. Be to jis yra skystas ir laidus elektrai. Tai nustatyta pagal tai, kad S bangos, kurios, nesklinda skystyje, atsispindi nuo išorinio branduolio paviršiaus ir kitos Žemės rutulio pusės nepasiekia. Čia yra sriti, vadinama „S bangų šešėliu“, kurio plotis yra apie 174 laipsniai (VI.1. pav.). P bangos sklinda per skystą išorinį branduolį ir pasiekia priešingą Žemės rutulio pusę. Tiesa, yra ir šių bangų šešėlio ruožas, kuris susidaro dėl bangų lūžimo branduolyje. Patekusios į didesnio tankio branduolį P bangos lūžta, kaip ir šviesos spinduliai, tai yra pakeičia sklidimo kryptį. Dėl to susidaro juosta Žemės paviršiuje, kurio P banga nepasiekia. Bet jo plotis tėra apie 35-40 laipsnių (9.14 pav.). 9.14 pav. P bangos praeina skersai visą Žemę, o S bangos atsispindi nuo išorinio branduolio, sudarydamos „seisminių bangų šešėlį“. Vidinio branduolio temperatūra yra apie 5000oC. Ji netolygiai perduodama išoriniam branduoliui, dėl ko jis nevienodai įkaista, o tai sukelia jame medžiagos apytaką arba konvekciją. Karštesnės, skystos geležies srautai kyla aukštyn, o atvėsę vėl grimzta. Išlydytos geležies judėjimas (konvekcija) skystame išoriniame branduolyje vyksta magnetiniame lauke, kurį sukelia geležinis vidinis branduolys, o geležis yra geras laidininkas. Todėl jos judėjimą galima palyginti su varinės ritės judėjimu aplink magnetą, kurio metu ritėje atsiranda elektros srovė ir susidaro magnetinis laukas. Manoma, toks geležies judėjimas magnetiniame lauke, sukelia elektros srovę, kaip didžiulė dinamo mašina. Tai laikoma viena svarbiausių Žemės magnetinio lauko priežasčių. Vidinis branduolys, apgaubtas skystos geležies apvalkalu sukasi greičiau, negu visa Žemė. Per metus vidinis branduolys apsisuka apytikriai 3 laipsniais daugiau, negu paviršius. Kitaip sakant, maždaug per 120 metų jis apsisuka papildomą kartą. Tai aiškinama tuo, kad, išorinio branduolio sukeliamas magnetinis laukas stumia vidinį branduolį į priekį, tarsi didžiulio elektros variklio rotorių (Chang, 2005; Internetas 4). Lenkų kilmės JAV mokslininkas Adamas Dzievonskis (Dziewonski) su bendradarbiais nustatė, kad vidiniame branduolyje galima išskirti dar vieną mažesnę sferą, maždaug 300 km skersmens, kurios fizines savybės skiriasi nuo likusios vidinio branduolio dalies. Toks branduolio nevienalytiškumas pasireiškia tuo, kad vidiniame branduolyje yra kryptis, kuria seisminės bangos juda lėčiau. Ta kryptis yra apytikriai platuminė - rytai-vakarai. Tuo tarpu pačiame vidinio branduolio centre, ta mažesnių greičių kryptis skiriasi 45o. To priežastys nėra aiškios, bet A. Dzievonskio nuomone, tai gali būti seniausios mūsų planetos raidos palikimas (Dziewonski, Ishii, 2002). Gali kilti klausimas, kodėl iš geosferų tik išorinis branduolys yra skystas, o mantija yra kieto būvio, nepaisant labai aukštos, kelis tūkstančius laipsnių siekiančios temperatūros? Žemės gelmių fazinį būvį lemia ne tik temperatūra, bet ir slėgis, tiksliau šių abiejų veiksnių santykis. Abu jie veikia, galima sakyti, priešingomis kryptimis. Temperatūra skatina atomų svyravimą kristalinėje gardelėje, didina jų amplitudę ir atstumą tarp jų molekulėse, dėl ko jie galiausiai atsiskiria ir medžiaga pereina į skystą būvį. Tuo tarpu slėgis veikia priešingai, spaudžia atomus vieną prie kito ir trukdo jiems atsiskirti, tai yra apsunkina lydimasi. Kuo didesnis slėgis, tuo aukštesnėje temperatūroje vyksta lydimasis. Silikatinės uolienos, iš kurių sudaryta mantija lydosi gana aukštoje temperatūroje. Net nedideliame slėgyje – Žemės paviršiuje tai yra apie 1500oC. O gelmėse slėgis didėja sparčiai ir nuolatos, skirtingai nuo temperatūros, kurios gradientas su gyliu mažėja. Todėl slėgio poveikis yra šiek tiek stipresnis negu temperatūros. Dėl to plutoje ir mantijoje medžiaga yra kieto būvio, nors temperatūra ir labai aukšta. Tik išorinis branduolys yra skystas, nes geležies lydimosi temperatūra yra gerokai mažesnė, negu silikatinės mantijos. Be to, lyginant su mantija branduolio temperatūra pašoka apie 1000 K. Bet geležinio branduolio, kad ir skysto, tankis yra daug didesnis, negu silikatinės mantijos. Todėl slėgis branduolyje su gyliu kyla labai greitai. Tai sustabdo lydimasi ir vidinis branduolys jau išlieka kieto būvio. Šios priklausomybės grafiškai parodytos (VI.2 pav.). Šioje diagramoje brūkšnine linija parodytas Žemės geoterminis gradientas, tai yra temperatūros didėjimas su gyliu. Ištisinė linija rodo teorinę mantijos medžiagos lydimosi temperatūros kitimą su gyliu, atsižvelgiant į numanomą slėgį gelmėse. Matyti, kad, veikiant slėgiui lydimosi temperatūra didėja ir išlieka aukštesnė, negu mantijos temperatūra, todėl čia uolienos ir nesilydo. Tačiau giliau nei 2900 km, pasikeičia uolienų sudėtis – silikatinę mantiją keičia geležinis branduolys. Geležies lydimosi temperatūra, parodyta taškine linija, yra daug žemesnė negu mantijos silikatų, todėl čia slėgis nebegelbsti ir išorinis branduolys yra išsilydęs. Bet geležinio branduolio tankis yra labai didelis, todėl, einant gilyn, slėgis jame didėja labai greitai. Atitinkamai auga ir lydimosi temperatūra ir 5100 km gylyje slėgio poveikis ima viršyti temperatūros poveikį, todėl vidinis branduolys vėl yra kietos būsenos. 9.15 pav. Uolienų lydimosi ir temperatūros kilimo žemės gelmėse sugretinimas, paaiškinantis, kodėl tik išorinis branduolys yra skystas, o kita medžiaga yra kieto būvio. 9.2 lentelė. Apibendrinta geosferų sudėtis Geosfera Tankis, kg/m3 Vyraujantys cheminiai elementai Vyraujantys mineralai Pluta 2700-2800 O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg Feldšpatai, kvarcas, amfibolai, žėručiai Viršutinė mantija 3400-4400 O, Mg,Si, Fe, Al Olivinas, piroksenai, granatas Apatinė mantija 5690-9400 O, Mg, Si, Fe Perovskitas, periklazas, grynuolė geležis Branduolys Fe, Ni, Grynuolė geležis 10. Hidrosfera Žemėje vanduo yra tiek skystu, tiek kietu, tiek dujų pavidalu. Žemė yra vienintelė planeta Saulės sistemoje, kurioje yra skysto vandens. Taip yra dėl savito Žemės dydžio, masės, sudėties atstumo nuo Saulės derinio. Visa sritis Žemėje, kurioje yra vandens vadinama hidrosfera. Ji neturi tikslių erdvinių ribų, nes įvairaus būvio vandens yra ne tik paviršiuje, bet ir mantijoje bei atmosferoje. Vandens sankaupas Žemėje galima suskirstyti į dvi dalis – giluminę ir paviršinę. Daugiausiai vandens yra giluminėje srityje – mantijoje. Čia jo kiekis vertinamas nuo 7 iki 11x1021 kg, tai – 7-8 vandenynai. Manoma, kad vidutiniškai mantijoje yra 0,16-0,26 proc. vandens, viršutinėje mantijoje – 0,15-0,2, pereinamoje zonoje (tarp 440 ir 660 km) – 0.5-1 ir apatinėje - 0,02 svorio proc. vandens (Rollinson, 2007, p. 178). Paviršinė hidrosferos dalis tai atmosfera, Žemės paviršius ir viršutinė plutos dalis, daugiausiai nuosėdinė storymė. Čia įvairiais vertinimais yra nuo 1,35 iki 1,4 mlrd. km3 vandens. Vandens kiekis procentais įvairiose talpyklose pateiktas 10.1 lentelėje. 10.1 lentelė. Paviršinio vandens kiekis įvairiose talpyklose (Stenley, 2002) Vandens talpykla Vandens dalis, % Vandenynai 97,25 Ledynai 2,05 Požeminis vanduo 0,68 Ežerai 0,01 Dirvožemis 0,005 Atmosfera 0,001 Upės 0,0001 Sausumos augalai 0,00004 Didžioji dalis viso paviršinio vandens yra pasauliniame vandenyne, dengiančiame daugiau, kaip du trečdalius Žemės paviršiaus ploto. Tik apie 3% paviršinio vandens sudaro gėlas vanduo, kurio didžioji dalis yra ledynuose. Didžiausia ledynų masė yra Antarktidoje ir Grenlandijoje. Atskirai vertinant, apie 2 km3 vandens yra gyvuose organizmuose (Fischer, 2000; Juodkazis, Paukštys, 2005). Žemėje nuolat vyksta vandens apytaka. Jis palaipsniui skiriasi iš mantijos, kaupiasi vandenyne. Vandenynas yra tarsi tarpininkas tarp giluminių geosferų ir atmosferos ir sudaro su ja vieningą medžiagų ir energijos apykaitos sistemą, kuri apsaugo Žemės paviršių nuo staigaus sąlygų kitimo, stabilizuoja temperatūros svyravimus vykstančius dėl procesų giluminėse sferose ir kosmose ir lemia klimatą. Smulkiau vandenyno (okeano) kaip geologinės struktūros sandara yra aprašyta 20.1 skyriuje, o vykstantys jame procesai – 28 skyriuje. 11. Atmosfera Atmosfera yra dujų sluoksnis, supantis Žemę. Viršutine atmosferos riba laikomas didžiausias atstumas nuo Žemės, kuriame jos trauka dar laiko atmosferą sudarančias dujas. Tai apytikrė riba, nes išoriniame paribyje atmosfera labai reta ir į kosminę erdvę ji pereina palaipsniui. Be to, atmosferos storis yra nevienodas dėl Saulės vėjo poveikio. Atgręžtoje į Saulę pusėje jis yra apie 1000 km, tuo tarpu priešingoje – pavėjinėje pusėje – apie 3000 km storio. Bendra atmosferos masė vertinama 5,13x1018 kg, bet ji pasiskirsčiusi labai netolygiai. Apie pusę jos masės yra sutelkta apatiniame 5-6 km sluoksnyje, 90 proc. - iki 15-16 km, o 99 proc. - iki 30 km aukštyje nuo Žemės paviršiaus. Toliau atmosfera labai reta, todėl kai kurie autoriai sąlygine atmosferos riba laiko maždaug 100-120 km nuotolį nuo Žemės paviršiaus (Smithson, Addison ir kt., 2002). Atitinkamai kinta ir atmosferos slėgis. Jūros lygyje jis yra apie 1 atmosferą, o aukščiausio Žemės kalno - Džomolungmos (Everesto) viršūnėje atmosferos slėgis tik apie 0,3 atmosferos. Taigi gyvybiškai mums svarbi atmosfera tėra plonutis dujų sluoksnelis, sudarantis vos 1,5 proc. Žemės spindulio (10.1 pav.). 10.1 pav. Atmosfera tėra plonas dujų sluoksnelis, gaubiantis Žemę Kaip matėme iš ankstesnių skyrių (3.3 lentelė), Žemės atmosferos sudėtis labai skiriasi nuo kitų planetų. Dabartinę atmosferą sudaro azotas – 78,08%, deguonis – 20,95%, argonas – 0,93%, anglies dvideginis – 0,037%, metanas – 0,00017 ir kitos dujos, daugiausiai inertinės. Tokia sudėtis išsilaiko maždaug iki 90 km aukščio. Toliau vyrauja jonizuoti atomai ir lengvosios dujos – helis ir vandenilis. Jos esminė ypatybė yra ta, kad ji yra nepusiausvyros būklėje. Tai reiškia, kad jos sudėtyje yra medžiagų kurios reaguoja tarpusavyje, pačioje atmosferoje ir su kitomis medžiagomis Žemės paviršiuje. Pavyzdžiui – deguonis nuolat reaguoja su metanu. Tokios atmosferos sudėties susidarymui ir jos palaikymui lemiamą reikšmę turi gyvųjų organizmų veikla. Būtent jų dėka joje atsirado deguonies, sumažėjo anglies dvideginio ir metano. Gyvi organizmai ir palaiko tokią nepusiausvyrinę atmosferos sudėtį. Jei jų veikla sustotų, atmosferos sudėtis irgi pasikeistų. Žemės istorijos raidoje atmosferos sudėtis kito, bet jau apie pusę milijardo metų lieka gana pastovi. Atmosferoje išskiriamos kelios dalys (11.2 pav.): Troposfera – tai sluoksnis, esantis arčiausiai paviršiaus, kuriame mes gyvename. Ji tęsiasi iki 8 km ties ašigaliais ir 16-17 km ties pusiauju. Jo pavadinimas kilo nuo gr. tropos – kaitus ir rodo, kad sąlygos šiame sluoksnyje yra kaičios, tiek kylant, tiek ir su laiku, nes čia nuolat vyksta oro masių maišymasis – konvekcija. Temperatūra šiame sluoksnyje kinta nuo vidutinės Žemės paviršiuje - +17-18oC, iki -55oC troposferos viršuje. Stratosfera – tai atmosferos sluoksnis iki 50-55 km. Jos sudėtis panaši, kaip troposferos, tik dujų tankis čia mažesnis. Jos pavadinimas (stratos gr. reiškia „sluoksnis“) atspindi sluoksniuotą, mažai kaičią šios sferos sandarą. Temperatūra stratosferos apačioje mažai kinta, bet, apytikriai nuo 30 km po truputį pradeda kilti. Maždaug 20-30 km aukštyje nuo Žemės paviršiaus yra ozono (O3) sluoksnis. Mezosfera (gr. mezos – tarpinis, vidutinis), tęsiasi iki 80 km. Čia temperatūra vėl ima mažėti ir nukrenta iki -90 – -107oС. Termosfera – tęsiasi maždaug iki 800 km. Čia atmosfera yra labai reta, tai jau beveik vakuumas, bet esančios joje medžiagos dalelės sugeria daug trumpabangės Saulės spinduliuotės todėl temperatūra yra gana aukšta. Nuo to ir šios sferos pavadinimas. Termosferoje skrieja kosminiai laivai, bet kosmonautai išėję iš jų karščio nejaučia. Temperatūra yra vidutinis molekulių kinetinės energijos kiekis, o tų molekulių termosferoje labai reta todėl bendras tų molekulių energijos kiekis, perduodamas į aplinką šilumos pavidalu čia labai nedidelis. Termosferoje pakinta ir atmosferos sudėtis. Taip yra dėl to, kad žemesnėse sferose, kur medžiagos tankis yra didesnis, atmosferos dujų dalelės - atomai bei molekulės dažnai susiduria ir atšoka vienos nuo kitų ir tokiu būdu išsimaišo, pasiskirsto tolygiai. Tuo tarpu termosfera tokia reta, kad atskiri susidūrimai netrukdo atmosferos medžiagai išsisluoksniuoti pagal sudėtį ir atominį svorį. Todėl termosferos apačioje daugiau azoto, o kylant daugėja deguonies, helio ir, galiausiai, vandenilio, kuris iš čia išlekia į kosminę erdvę ir Žemė prarandą dalį savo dujinio apvalkalo. Egzosfera (gr. egzo – išorinis) - tai sritis virš 800 km, kurioje atmosfera palaipsniui pereina į kosminę erdvę. Mezosfera, termosfera ir egzosfera kartu dar vadinamos jonosfera, nes čia Saulės spinduliuotė jonizuoja atmosferos dujas, skaldo molekules į atomus. Atmosfera, jos sudėtis ir savybės veikia daugelį geologinių procesų ir lemia klimatą. Apie procesus vykstančius atmosferoje smulkiau aprašyta 29 skyriuje. 11.2 pav. Žemės atmosferos sandara 12. Kitos Žemės sferos Aukščiau apibudintos sferos yra sudėtinės Žemės dalys, besiskiriančios medžiagine sudėtimi ir fazine būsena. Jos yra visos Žemės sandaros elementai, todėl jos ir vadinamos geosferomis. Be jų yra išskiriamos ir kitos Žemės dalys, kuriose veikia tam tikros jėgos, vyksta tam tikri procesai ar vyrauja tam tikros sąlygos. Tai, pavyzdžiui: magnetosfera – sritis, kur veikia Žemės magnetinio lauko jėgos; tektonosfera – Žemės dalis, kurioje veikia giluminiai procesai; klimatosfera – sritis kurioje vyksta procesai, lemiantys klimatą; kriosfera – sritis Žemėje, kurioje ilgą laiką vyrauja neigiamos temperatūros, o vanduo gelmėse yra ledo pavidalo, kitaip sakant, tai - daugiamečio įšalo plotai; okeanosfera – pasaulio vandenynas ir jo tiesioginio poveikio sritis; pedosfera – dirvožemio sluoksnis paplitęs žemynų paviršiuje; biosfera – Žemės dalis, kurioje yra gyvybė ir kurią ji tiesiogiai veikia; noosfera - sritis, kurioje vyksta procesai įtakojami protingų būtybių, tai yra žmonių veiklos. Magnetosfera aprašyta anksčiau (4.3. sk.), kitos sferos bus aprašytos tolimesniuose skyriuose, o pedosfera ir biosfera trumpai apibudinta žemiau. 13. Dirvožemis arba pedosfera Dirvožemis tėra tik plonučiukas sluoksnelis Žemės plutos paviršiuje žemynuose. Iš esmės tai yra Žemės plutos dalis, bet dėl jo svarbos jis taip pat vertinamas kaip atskira sfera vadinama pedosfera, nuo graikų kalbos žodžio pedon , kuris reiškia – dirvožemį. Dirvožemis yra purus sluoksnis Žemės paviršiuje sausumoje, sudarytas iš mineralinių ir organinių junginių, kuriame vyksta medžiagų ir energijos apykaita aktyviai dalyvaujant gyviems organizmams. Jo storis svyruoja nuo kelių dešimčių centimetrų iki keliolikos metrų. Dirvožemį sudaro kelios svarbiausios sudėtinės dalys: • Dirvodarinių uolienų liekanos ir jų dūlėjimo produktai - smėlio dalelės ir stambesnės nuolaužos, molio mineralai, geležies hidroksidai, karbonatai ir kiti junginiai, tarp jų įvairios druskos. • Gyvų organizmų liekanos. Žuvę organizmai paprastai greitai suyra, bet dirvožemyje, esant deguonies stygiui jie suyra ne visiškai. Iš jų susidaro tam tikri organiniai junginiai, vadinami humusu, turintys juodą arba tamsiai rudą spalvą, būdingą ir visam dirvožemiui. • Gyvi organizmai yra neatskiriama dirvožemio dalis. Tai augalai, bakterijos, grybai, kirmelės, vabzdžiai ir žinduoliai, gyvenantys po žeme, kurie naudodami mineralines ir organines medžiagas bei gyvus organizmus, esančias dirvožemyje, nuolat vykdo medžiagų ir energijos apykaitą. • Oras ir vanduo. Jų yra dirvožemyje įvairiu pavidalu – tuštumose, kapiliaruose, surištoje būklėje cheminiuose junginiuose. Tam turi įtakos būdingos dirvožemio ypatybės - jo purumas ir poringumas. Dirvožemis yra sluoksniuotas darinys ir, apibendrintai, sudarytas iš trijų svarbiausių sluoksnių (13.1 pav.): Viršutinis dirvožemio sluoksnis (O ir A) itin turtingas humuso. Jį sudaro molio, aleurito, smėlio dalelių ir organinės medžiagos mišinys. Besisunkdamas per jį vanduo išneša didžiąją dalį geležies, aliuminio ir mangano. Be to čia gyvena daugiausiai organizmų. Viename kilograme dirvožemio iš šio sluoksnio vidutiniškai yra apie 30 proc. organinės medžiagos, 2 trilijonai bakterijų, 400 mln. grybų, 50 mln. dumblių, 30 mln. pirmuonių ir dar daug vabzdžių, kirmėlių, erkių (Thompson, Turk, 1991, p.121). Gilesniame sluoksnyje (B) yra padidintas kiekis molingos medžiagos, geležies ir mangano oksidų, kurie buvo išnešti iš viršutinio sluoksnio ir čia susikaupė. Apatinis sluoksnis (C) yra pereinamas prie dirvodarinių uolienų, mažėjant jų išdūlėjimo laipsniui. 13.1 pav. Apibendrinta dirvožemio sandara: O ir A – viršutinis itin turtingas humuso sluoksnis - molio, aleurito, smėlio dalelių ir organinės medžiagos mišinys; B – vidurinis sluoksnis su padidintu kiekiu molingos medžiagos, geležies ir mangano oksidų; C – apatinis sluoksnis, pereinamas prie dirvodarinių uolienų Dirvožemio sudėtis, sandara, storis ir kitos savybės yra skirtingos įvairiose vietose. Jos priklauso nuo įvairių veiksnių - dirvodarinių uolienų sudėties ir sandaros, klimato, gyvų organizmų veiklos, kurių sąveikoje ir susidaro dirvožemis. Dirvodarinių uolienų dūlėjimo produktai sudaro pagrindinę mineralinę dirvožemio dalį ir lemia jo neorganinę cheminę sudėtį bei mikroelementų rinkinį ir jų kiekius. Klimatas, tai yra temperatūra, kritulių kiekis ir pavidalas veikia dirvodarinių uolienų išdūlėjimo laipsnį ir pobūdį, atskirų cheminių elementų išnešimą ar susikaupimą. Jis įtakoja ir organizmų gyvenančių dirvožemyje ir virš jo įvairovę bei gausumą, o tuo pačiu organinės medžiagos besikaupiančios dirvožemyje pavidalą bei kiekį. Pagal dirvožemio savybių visumą išskiriamos jo rūšys, pavyzdžiui: jauriniai, velėniniai jauriniai, glėjiniai, pelkiniai, podzolas, juodžemis ir kt., kurie paplitę juostomis priklausomai nuo minėtų veiksnių - klimato, dirvodarinių uolienų, paviršiaus reljefo ypatybių ir kt. Dirvožemis yra sausumos gyvūnijos gyvybės pagrindas, be kurio jos negalėtų būti sausumoje. Tai yra maistinių medžiagų šaltinis augalams, o augalus, tiesiogiai ar netiesiogiai naudoja visi sausumos gyvūnai. Taip pat ir žmogaus naudojami kultūriniai augalai auga dirvožemyje, nuo kurio, tokiu būdu, priklauso ir žmonija. Iš esmės šiame ploname sluoksnelyje vyksta plutos, hidrosferos, atmosferos ir biosferos sąveika, dalyvaujant Saulės energijai. 14. Biosfera Biosfera – tai Žemės sritis, kurioje egzistuoja gyvybė (taip pat ir žmogus) ir kurią gyvybė tiesiogiai veikia. Biosferos ribos nėra tiksliai nustatytos. Ji užima dalį kitų geosferų - plutos, hidrosferos ir atmosferos tiksliau yra jų visų sandūroje, maždaug 20 kilometrų storio erdvėje (jei neįtraukti tų vietų, kurias pasiekia žmogus kosminių aparatų pagalba). Čia bendra gyvų organizmų medžiagos masė yra vertinama 6x1027 gramo. Didžiausia jos dalis yra sutelkta paviršiniame vandenyno sluoksnyje, dirvožemyje ir žemynų paviršiuje, bet organizmų yra ir aukštuose atmosferos sluoksniuose ir giliai Žemės plutoje. Pastaruoju metu giliais gręžiniais ir kasiniais nustatyta, kad net kelių kilometrų gylyje, aukštoje temperatūroje gyvuoja primityvių organizmų bendrijos. Kai kurie mokslininkai, kaip Tomas Goldas (Gold) mano, kad didžioji dalis gyvų organizmų sukurtos biomasės yra kaip tik gelmėse, gal net iki 5-10 km uolienų storymėje. Čia gyvybė laikosi mikroskopiniuose plyšeliuose, kur ji tarpsta naudodama gelmių šilumą uolienų ir požeminio vandens chemines medžiagas. Čia gali būti sutelkta nuo 10 iki 100 trilijonų tonų organinės anglies, gerokai daugiau, negu Žemės paviršiuje klestinčios gyvybės, naudojančios Saulės energiją (Dawkins, 2005, p. 595). Gyvų organizmų savybė, jų egzistavimo sąlyga bei būdas yra medžiagų ir energijos apykaita su aplinka. Tokiu būdu organizmai (taip pat ir žmogus) veikia aplinkos būklę, jos sudėtį, klimatą ir daugelį kitų Žemės savybių. Gyvi organizmai yra svarbi ir stipri geologinė jėga, o jų veikla sukelia medžiagos ir energijos pernešimą aplinkoje, panašiai, kaip ir kiti geologiniai procesai. Biosferos dalis, kurią aprėpia protinga žmogaus veikla vadinama noosfera. Jos pavadinimas kilęs nuo gr. noos – protas. Ji gali apimti ne tik Žemę bet išplisti ir į kosminę erdvę. Bet ar ji jau dabar egzistuoja ar tai tik optimistinė žmonijos ateities vizija - lieka filosofiniu klausimu. 15. Žemės plutos struktūros Dabar grįžkime aukštyn prie plutos ir panagrinėkime jos sandarą kiek smulkiau. Apibudinant plutos ir atskirų jos dalių sandarą naudojama struktūros sąvoka. Šis žodis geologijoje turi keletą prasmių. Jis gali būti vartojamas kaip geologinių objektų sandaros bruožai, pvz. „uolienos struktūra“ , arba kaip erdviniai dariniai, susidarę uolienų kūnams pakeitus slūgsojimo pavidalą dėl procesų, vykstančių Žemės gelmėse ar paviršiuje. Šiame skyriuje kalbėsime apie struktūras pastarąja prasme. Dauguma tokių struktūrų susidarė vidinių giluminių procesų pasėkoje, todėl jos vadinamos tektoninėmis struktūromis. Jos susidaro judant plutai, atskiriems jos blokams, kurių metu sluoksniai ar kiti uolienų kūnai pakeičia savo padėtį ir pavidalą, todėl dar vadinamos dislokacijomis. Yra ir netektoninių struktūrų, susidariusių grynai paviršinių geologinių procesų metu, pavyzdžiui, raukšlės, susidarančios nuošliaužų metu veikiant svorio jėgai, arba spaudžiant judančiam ledynui. Jos irgi bus trumpai apibudintos šiame skyriuje. Dislokacinės struktūros būna dvejopos – raukšlinės arba plikatyvinės, kai kūnų vientisumas nenutrūksta ir lūžinės arba disjunktyvinės, kurių susidarymo metu kūnų vientisumas pažeidžiamas, o atskiros jų dalys paslenka viena kitos atžvilgiu. Struktūromis apibudinama plutos sandara, bet kartu jos atspindi ir plutos susidarymo istoriją. Dislokacinių struktūrų įvairovę ir susidarymo būdą nagrinėja atskira geologijos šaka - struktūrinė geologija. 15.1. Monoklinos, fleksūros ir raukšlės Paprasčiausia tektninė struktūra yra monoklina. Tai tiesiog palinkusi sluoksnių storymė. Pradinė jų padėtis buvo horizontali, bet dėl tektoninių judesių viena storymės dalis buvo iškelta arba nuleista kitos atžvilgiu ir dabar slūgso tam tikru bet daugmaž vienodu kampu. Iš čia ir jos pavadinima, kuris graikiškai reiškia slūgsojimą „vienu kampu“ (15.1 pav.). 15.1 pav. Monokliniškai slūgsantys sluoksniai Domeikos kalnagūbryje, Atakamos dykumje, Čilėje. G.Motuzos nuotr. Monokliniškai sluoksniai gali slūgsoti ir dideliuose plotuose. Taip slūgso nuosėdinė storymė visame plote nuo Šiaurinės Estijos iki Lietuvos ir Šiaurinės Lenkijos, Baltijos skydo šlaite (19.6 sk.). Kai palinkusių viena kryptimi sluoksnių polinkio kampas staigiai keičiasi, tai yra jie išsilenkia, bet jų vientisumas nenutrūksta, struktūra vadinama fleksūra. Fleksūros gaubia iškilusius plutos blokus, dažnai būna susiję su lūžiais, su gyliu pereina į juos. Raukšlė yra struktūra, kurią sudaro išlenkti arba sulankstyti sluoksniai, tačiau jų vientisumas lieka nepažeistas. Nuo fleksuros ji skiriasi tuo, kad raukšlė yra daugiau ar mažiau simetriška, tai yra ją sudaro du sparnai ir skliautas (arba šarnyras) tarp jų. Plokštuma, einanti per skliautą, kurioje išsidėsto visos raukšlę sudarančių sluoksnių ašinės (persilenkimo) linijos vadinama raukšlės ašine plokštuma. Raukšlės gali būti labai įvairaus pavidalo (formos), dydžio, susidarymo būdo, padėties. Jos gali būti pavienės ir grupinės. Pirmiausiai išskiriamos dvi raukšlių rūšys - antiklininės ir sinklininės. Antiklininėse raukšlėse sluoksniai yra išlenkti taip, kad jos vidurinėje dalyje yra senesni sluoksniai, negu išorėje. Sinklininėje raukšlėje, priešingai, sluoksniai yra įlenkti, taip, kad viduryje yra jaunesni sluoksniai (15.2 pav.). 15.2 pav. Antiklininė ir sinklininė raukšlės, bei jų sudėtinės dalys http://www.physicalgeography.net/fundamentals/10l.html Raukšlės dydis apibudinamas jos pločiu, tai yra atstumu tarp gretimų skliautų, sparnų ilgiu ir skliauto ilgiu. Jos gali būti labai įvairaus dydžio. Smulkutės, kelių milimetrų pločio raukšlytės iš esmės yra uolienų vidinės elementai. Stambios raukšlės apimti ištisas uolienų storymes, jų plotis matuojamas kilometrais, o sparnai gali tęstis dešimtis kilometrų. Jos yra ištisų kalnynų sandaros elementai aprėpiami tik kosminėse nuotraukose (15.3 pav.; ...pav iš Apalačų, sk 19.5). 15.3 pav. Įvairaus dydžio ir padėties raukšlės Norvegijos klanuose. G.Motuzos nuotr. Pagal pavidalą raukšlės gali būti simetriškos, kai jų sparnai palinkę į ašį vienodu kampu, gali būti asimetriškos, kai sparnų polinkio kampai nevienodi ir lygiagrečios, kai sparnai slūgso lygiagrečiai. Pagal ašinės plokštumos padėtį raukšlės gali būti stačios, palinkusios ir gulsčios. Raukšlės susidaro deformuojantis Žemės plutai ar atskiroms jos dalims, spaudimo metu, pavyzdžiui susiduriant litosferos plokštėms, jų dalims užslenkant vienai ant kitų. Raukšlės yra tektoninių procesų padarinys, todėl jų tyrimas ir apibudinimas padeda nustatyti teritorijų geologinę sandarą ir jos susidarymo istoriją. Raukšlės susidaro ne vien tektoninių bet ir paviršinių procesų, tiesiogiai nesusijusių su giluminėmis jėgomis metu. Pavyzdžiui, nušliaužiant dar nesusigulėjusių nuosėdų klodams povandeniniais šlaitais (15.4 pav.) ar slenkant šlaitais atitirpusioms nuoguloms daugiamečio įšalo plotuose (...pav. Sk. 25). Tokios raukšlės vadinamos netektoninėmis raukšlėmis. 15.4 pav. Nuošliaužinės sinsedimentacinės raukšlės, susidariusios paslinkus povandeniniu šlaitu dar nesukietėjusiam nuosėdų sluoksniui. Po suraukšlėtu sluoksniu slūgso ir jį uždengia nedeformuoti sluoksniai. Varangerio pus. Norvegija. Nuotr. K.Laajokio Ypatingos netektoninės plikatyvinės struktūros yra druskos diapyrai. Tai druskos kupolai, kurie kildami iš gilumos išlenkia virš jų esančius nuosėdinių uolienų sluoksnius. Druska yra plastinga medžiaga. Slegiama ji teka. Jei druskos sluoksnį, esantį Žemės gelmėse, veikia nevienodas slėgis, pavyzdžiui, dėl kalvų ir įdubų paviršiuje, druska teka į mažesnio slėgio vietas, tenai telkiasi ir kyla aukštyn stulpo ar kupolo pavidalu. Virš jos slūgsančių uolienų sluoksniaia iškelimi, išlenkiami, o vietomis ir praplėšiami. Druskos diapyrų yra daugelyje pasaulio vietų, pavyzdžiui, Pakaspijo įduboje. Ypač dideli diapyrai yra Zagro kalnuose, rytų Irane. Čia druska vietomis yra net išspausta į paviršių, o jos liežuviai nutįsta tarpukalnių slėniuose. Visi šie reiškiniai apibendrintai vadinami druskų tektonika (15.5 ir 15.6 pav.). 15.5 pav. Druskos diapyrai Zagro kalnuose, Irane. Juodi – ištekėjusios druskos liežuviai. 15.6 pav. Druskos diapyrų vaizdas seisminiame profilyje Brazilijos šelfe. www.mines.edu/.../faculty/btrudgil/research.html Slinkdamas ledynas gali sustumti į raukšles jo kelyje pasitaikančius uolienų sluoksnius. Šie reiškiniai vadinami ledynų tektonika arba glaciotektonika (...pav). 15. 2. Disjunktyvinės struktūros arba lūžiai Lūžis yra tektoninė struktūra, kurią sudaro įtrūkimas Žemės plutoje, plyšys, pagal kurį atskiros žemės plutos dalys (blokai) perstumiamos viena kitos atžvilgiu, dėl ko yra suardomas geologinių kūnų vientisumas. Gali būti, kad pluta, sluoksniai ar magminiai kūnai joje įskyla, jų dalys atsiskiria, atšlyja, bet nebūna perstumiamos viena kitos atžvilgiu. Tai vadinama tiesiog plyšiu, bet ne lūžiu. Lūžiai yra vadinami disjunktyvinėmis dislokacijomis, kas pažodžiui ir reiškia geologinio kūno perstūmimą ir jo dalių atskyrimą. Lūžio dalys yra: lūžio plokštuma arba dislokatorius ir pečiai arba sparnai. Dislokatorius yra plokštuma pagal kurią įvyko perstumimas (dislokacija), o pečiai, tai - abipus dislokatoriaus esantys blokai. Petys gali būti kybantis, tai yra iškeltas virš kito ir gulintis – nuleistas žemiau už kitą. Lūžį apibudina jo pečių judėjimo kryptis bei amplitudė, taip pat dislokatoriaus padėtis, nusakoma tįsa, kritimo azimutu ir kampu. Pagrindiniai lūžių tipai yra: sprūdis, antstūmis ir stūmis (15.7 pav.). Sprūdis yra toks lūžis, kuriam susidarant vienas jo sparnų nusileidžia žemyn, kito atžvilgiu. Kai įvyksta atvirkščiai, tai yra vienas sparnas pakyla kito atžvilgiu lūžis, vadinamas antstūmiu (arba antsprūdžiu). Na, o toks lūžis, kai blokai pajuda vienas kito atžvilgiu horizontalia kryptimi, o jų santykinis aukštis pasikeičia nežymiai, vadinamas stūmiu. 15.7 pav. Pagrindinės lūžių rūšys: sprūdis, antstūmis ir stūmis Plokštuma, pagal kurią įvyko poslinkis vadinama lūžio plokštuma arba dislokatoriumi. Ji gali būti tikrai, kaip lygi plokštuma, kartais netgi nublizginta iki sindėsio. Tokie paviršiai vadinami tektoniniu veidrodžių. Bet neretai lūžyje susidaro ir plati juosta, kurioje uolienos suskaldytos gausybės smulkesnių įvarios krypties lūžių ir plyšių (15.8. pav.). Taip atstitinka tada, kada lūžis pakartotinai atsinaujina, tai yra poslinkiai jame įvyksta kelis kartus. Lūžio juostose uolienos atsiduria lyg tarp girnų ir yra stipriai deformuojamos. Čia vyksta dislokacijis metamorfizmas (7.4 sk.) ir susidaro metamorfinės uolienos. Aukštoje temperatūroje vyksta plastingos deformacijos ir susidaro milonitas, o žemesnėje - uolienos tiesiog trupa ir susidaro kataklazitas, brekčija (7.71 pav.). 15.8 pav. Lūžis tufo klode. Gerai matoma lūžio plokštuma – dislokatorius. Andai, Laguna Verde, Čilė (A). Lūžio juosta, stirpriai deformuota, suskaldyta smulkių lūžių ir plyšių į kuriuos įsiskverbė diabazo daika (juoda). Mozambikas, Zambezės provincija, upė Liasė.. G.Motuzos nuotraukos Lūžiai retai būna pavieniai. Dažniausiai susidaro keletas lygiagrečių lūžių. Jų atskirti plutos blokai gali įsmukti. Struktūra, kurią sudaro įsmukęs lūžių aprėmintas plutos blokas vadinamas grabenu. Atskri plutos blokai tarp lūžių gali būti ir iškelti, arba nusmukus aplinkiniams blokams likti santykinai aukštesnėje padėtyje. Tokios struktūros, kurias sudaro iškelti arba santykinai aukštesni blokai aprėminti lūžių vadinami horstais. Dažnai horstai ir grabenai susidaro vienu metu ir kaitaliojasi plote (15.9 pav.; ....Rytų Afrikos riftas, ..pav.). 15.9 pav. Grabenas Kanjonslende, Jutos valstijoje, JAV ir grabenų-horstų sistemos vaizdas. http://darkwing.uoregon.edu/~millerm/DVNF1.html V. GEOLOGINIAI PROCESAI Ligi šiol mes kalbėjome apie Žemės sandarą – cheminių elementų kiekius ir jų pasiskirstymą, mineralus, uolienas ir jų kūnus, struktūras, geosferas ir bendriausius Žemės sandaros bruožus. Tačiau apie visa tai kalbėjome taip, lyg tie objektai būtų išdėstyti muziejaus vitrinose tarsi atskiri, neliečiami eksponatai. Bet Žemėje, visose jos dalyse vyksta nuolatinis judėjimas - gelmėse juda karštos medžiagos srautai, paviršiuje veržiasi ugnikalniai, slenka plokštės ir dreba žemė, kyla kalnai ir grimzta įdubos, susidaro ir suyra mineralai ir uolienos, teka vandens ir oro srovės, pernešdamos didžiulius kiekius medžiagos ir energijos, pagaliau gyvena įvairiausi organizmai, sukdami savo medžiagų apytakos ratą. Šis nuolatinis judėjimas ir kitimas ir yra geologiniai vyksmai, kuriems persipinant ir sąveikaujant atsiranda gamtos įvairovė. Geologiniai vyksmai Žemės gelmėse kylantys dėl vidinių Žemės ypatybių, giluminiais arba endogeniniais (graikiškai - kylančiais viduje). Kiti, kurie vyksta Žemės paviršiuje, veikiant išoriniams, kosminiams veiksniams – Saulės energijai, jos ir Mėnulio traukai, ir kitiems vadinami išoriniais arba egzogeniniais (graikiškai - kylančiais išorėje). Toks skirstymas yra sąlyginis, nes Žemė yra uždara sistema, todėl giluminiai ir išoriniai vyksmai persipina, sąveikauja ir pratęsia vieni kitus. Tolimesni skyriai ir bus apie tuos geologinius vyksmus – procesus, juos sukeliančias priežastis, jų eigą ir sąveiką. O pradėsime nuo bendrų pažiūrų ir teorinių pagrindų kuriais remiantis aiškinami geologiniai vyksmai ir reiškiniai, tai yra nuo paradigmos. Bendriausia dabartinė geologijos paradigma yra Litosferos plokščių tektonikos teorija, nuo kurios trumpo išdėstymo ir pradėsime. 16. Litosferos plokščių tektonikos teorija Geologiniai procesai yra labai lėti. Žmogus sunkiai juos pastebi per savo trumpą gyvenimą. Daugelis jų vyksta gelmėse, o paviršiuje pasireiškia tik tų giluminių vyksmų pasekmės. Kartais ilgalaikiai ir lėti giluminiai vyksmai paviršiuje pasireiškia kaip staigūs, ūmūs reiškiniai - ugnikalnių išsiveržimai, žemėdrebos, griūtys ir atrodo kaip išskirtiniai, katastrofiški, nedėsningi. Todėl yra sunku suvokti geologinių procesų priežastis ir dėsningumus ir juos paaiškinti, nežinant to, kas vyksta gelmėse, nesuvokiant paviršinių ir giluminių procesų sąsajų ir priklausomybių bei geologinio laiko mastų. Reikėjo kelių geologų darbo šimtmečių, kol buvo sukurta dabartinė žinių apie Žemę sistema, kuri paaiškina daugelį geologinių procesų ir reiškinių, vykstančių Žemės gelmėse ir jos paviršiuje, susiedama juos priežastiniais ryšiais. Ši pažiūrų sistema arba paradigma yra vadinama Litosferos plokščių tektonikos teorija (LPTT). LPTT atsirado XX amžiaus septintajame dešimtmetyje, tada, kai susikaupė pakankami daug ir įvairialypių geologinių, geofizinių, geodezinių duomenų apie Žemės paviršiaus ir gelmių sandarą, sudėtį ir amžių. Jie gauti tiesioginiais stebėjimais, matavimais atliktais visoje Žemėje, net ir sunkiausiai prieinamose jos vietose, žemynuose ir vandenynuose, paviršiuje ir gelmėse. Labai svarbu, kad tie duomenys gaunami patikimais šiuolaikiniais prietaisais ir būdais, pagrįstais tiksliai aprašytais fizikiniais reiškiniais ir procesais. Tokie duomenys yra tarsi plytos iš kurių gali statyti kokį nori pastatą (modelį) ir jį vėl perstatinėti – pastatas keičiasi, o plytos lieka tos pačios, nes tai – faktai. Dar viena prielaida LPTT atsiradimui yra visuminis, kompleksiškas didelio kiekio įvairialypių duomenų nagrinėjimas, apibendrinimas ir priežastinių ryšių tarp jų nustatymas, panaudojant kompiuterines technologijas ir modeliavimą, papildantį žemės vaizdą ten, kur jo tiesiogiai stebėti dar neįmanoma. 16.1. Nuo žemynų dreifo iki plokščių slinkimo Litosferos plokščių tektonikos teorijos pirmtaku laikomas vokiečių meteorologas, geofizikas, geologas Alfredas Vegeneris (Wegener) (1880-1930). 16.1 pav. Litosferos plokščių tektonikos pradininkai - Alfredas Vegeneris ir Haris Hesas Tiesa, dažniausiai moksliniai atradimai ir hipotezės bręsta palaipsniui ir turi ne vieną pirmtaką. Jau nuo XVI amžiaus tai vienas, tai kitas mokslininkas atkreipdavo dėmesį į Pietų Amerikos ir Afrikos kontūrų panašumą, keli apie tai rašė ir XIX amžiuje, tarp jų ir Aleksandras von Humboltas. Tačiau jie nebandė arba nesugebėjo to paaiškinti. 1910 metais amerikietis Frenkas Teiloras (Taylor) paskelbė pranešimą, kuriame pateikė geologinių duomenų apie galimą žemynų slinktį. Bet jis manė, kad vandenynai yra nugrimzdusios žemynų dalys. Alfredas Vegeneris žengė toliau. Jis iškėlė mintį, kad žemynai kažkada buvo susijungę, tik vėliau atsiskyrė, slinkdami horizontalia kryptimi ir šią hipotezę pagrindė dideliu rinkiniu geologinių ir geofizinių duomenų. Vegeneris atkreipė dėmesį į panašias uolienas ir tų pačių išmirusių gyvūnų suakmenėjusias liekanas, randamas priešinguose Atlanto vandenyno krantuose ir žemynų bei vandenynų plutos sandaros skirtumais. Tas mintis ir jas patvirtinančius duomenis Vegeneris apibendrino žemynų slinkimo (dreifo) hipotezės pavidalu ir 1912 paskelbė trijų straipsnių serijoje, o 1915 metais Berlyne išleido knygą „Žemynų ir vandenynų susidarymas“. Vegenerio surinktų faktų jau negalima buvo lengva ranka atmesti, todėl ir į jo iškeltą žemynų slinkimo hipotezę buvo atkreiptas rimtas dėmesys - ji greitai buvo išleista anglų, prancūzų, ispanų ir rusų kalbomis. Deja, Alfredo Vegenerio darbai nutrūko pernelyg anksti. 1930 metais jis surengė didelę ekspdiciją į Grenlandiją. Ji įsteigė kelias meteorologinių ir glaciologinių tyrimų stotis - vakarinėje, rytinėje salos pakrantėse ir pačiame ledinio skydo viduryje, 400 km nuo kranto. Ji buvo pavadinta „Aismite“ (Eismitte), vokiškai - „ledų vidurys“. Lapkričio mėnesį Vegeneris nugabeno į „Aismitę“ degalus ir maistą ten likusiems žiemoti bendražygiams ir leidosi slidėmis atgal į vakarinę pakrantės stotį, bet jos nepasiekė. Vegenerio kūnas buvo surastas tik pavasarį. Jis gulėjo palapinėje, matyt staiga miręs. Matyt širdis neatlaikė pernelyg didelio kelionės krūvio. Tai atsitiko, greičiausiai lapkričio 15 dieną., kelios dienos po jo penkiasdešimtojo gimtadienio. Jo palydovas inuitas Rasmusas Vilumsenas (Villumsen) nerastas ligi šiol (Körber, 1980). Tačiau Alfredo Vegenerio hipotezė nebuvo užmiršta. Atsirado tyrėjų, kurie ne tik palaikė jo idėjas, bet surado naujų jas paremiančių duomenų. Tarp jų buvo garsus PAR geologas Diu Toitas ir britas Arturas Holmsas, žinomas, kaip radiologinio datavimo metodo pradininkas (žr. XII.1 skyrių). Holmsas iškėlė mintį, kad gelmėse, dėl netolygaus radiogeninės šilumos išsiskyrimo gali susidaryti konvekcinės srovės, kurios ir stumdo žemynus. Beje visą tai jis išdėstė ne moksliniame straipsnyje, o Bendrosios geologijos vadovėlyje (Bryson, 2007). Tačiau Vegenerio žemynų dreifo hipotezė atgimė po pusšimčio metų, jau kitu, litosferos plokščių tektonikos teorijos pavidalu. Tai įvyko tik tada, kai Žemės pažinimas pasiekė tam tikrą lygį, kai ėmė naudotis šiuolaikine analitine ir geofizine įranga, kai susikaupė pakankamas kiekis kokybiškų geofizinių ir geologinių duomenų apie Žemė ir ypač jos gilumines Žemės sferas. Kitaip sakant, geologija tam turėjo pribręsti. LPTT neturi vieno autoriaus – atradėjo. Ji, kaip didelė upė, atsirado susiliejus daugeliui mažesnių upelių. Tie upeliai tai - daugelio geologų surinkti duomenys, pastebėti dėsningumai ar išsakytos mintys, kurios tam tikru metu susijungė į vieną bendrą vaizdą. Labai svarbų postūmį jai atsirasti turėjo vandenyno dugno tyrimai. Čia didžiausias pradinis indėlis pripažįstamas Hariui Hamondui Hesui (Hess), geologui, kuris karo metais tarnavo laivyne, buvo laivo kapitonu, o po karo pasiekė net admirolo laipsnį. Tuo metu karo laivuose buvo pradėtos naudoti įvairios techninės naujovės, tarp jų sonarai ir echolotai - reikalingi veikiant sekliuose vandenyse ar saugantis povendeninių laivų. Hesas, nestokodamas profesinio geologinio smalsumo neskubėdavo išjungti prietaisų ir giliose vietose, stebėdamas vandenyno dugno paviršių net ir ten, kur to nereikėjo. Jis pirmasis ir pamatė, koks įvairus yra tas dugnas, kiek čia daug kalnų, net ištisų kalnagūbrių. Vėliau, tęsiant šį darbą buvo surastos ir riftų įdubos, lyg povandeniniai tarpekliai nutįsę visų vandenynų dugnais, gilūs loviai vandenynų pakraščiuose ir kitos anksčiau nežinomos dugno paviršiaus ypatybės. Hesas pastebėjo, kad vulkanines dugno uolienas dengė tik plonučiukas purių nuosėdų sluoksnelis. Tai buvo nesuprantama. Jei vandenynas būtų tiek pat senas, kaip ir žemynai, jo dugne turėtų būti didžiulės nuosėdų storymės, susikaupusios per ilgą Žemės istoriją? Tuo pačiu metu dirbo ir kiti tyrėjai. Petrologai rinko duomenis apie uolienų liekaninį įmagnetinimą ir patvirtino, kad žemynai keitė savo padėtį magnetinio poliaus atžvilgiu. Jie nustatė ir skirtingos krypties įmagnetinimo juostas vandenyno duburio bazalto kloduose, kurios susidarė dėl Žemės magnetinio lauko polių virsmo. Liejantis iš bazaltams iš vandenyno vidurio rifto juose esantys mineralai išsidėsto pagal tuo metu esančio magnetinio lauko jėgos linijas (apie tai smulkiau žr. sk. 4.3). Tai buvo galima paaiškinti tik dugno plėtimusi. Išmokus nustatyti uolienų amžių radiologiniais metodais, paaiškėjo, kad vandenyno dugno uolienos tikrai labai jaunos – daugiausiai tik milijonai ir dešimtys milijonų metų, be to jaunėja link vandenyno vidurio. Kartografai, lapas po lapo sudarinėdami geologinius žemėlapius gavo vieningą ištisų žemynų vaizdą. Paaiškėjo, kad jie tarsi dėlionės sudaryti iš skirtingos sandaros ir amžiaus dalių, sujungtų nuardytų kalnynų siūlėmis. Geofizikai nagrinėdami seismologinę medžiagą išskyrė geosferas, atskyrė kietą stangrią ir šaltą litosferą nuo plastingos astenosferos ir nustatė, kad kontinentai nėra atskiri dariniai, o tik stambesnių litosferos plokščių dalys su storesne pluta. Naujų faktų daugėjo, juos reikėjo ir naujai aiškinti, derinant įvairius modelius ir vienijant atskirų mokslininkų idėjas. Bandydamas paaiškinti šiuos naujus faktus Hesas iškėlė hipotezę, kad vandenyno dugnas plečiasi, ir slenka nuo vandenyno vidurio riftų link jo pakraščių, be to slenka ne atskiri žemynai, o ir vandenynio dugno dalis, tai yra litosferos plokštės. Tai jis siejo su medžiagos apytaka (konvekcija) mantijoje. Tokią hipotezę jis paskelbė spaudoje 1962 metais. Metais anksčiau panašias mintis paskelbė ir kitas JAV geologas Robertas Dicas (Dietz, 1961). Tačiau Hesas laikomas pirmu, nes prieš paskelbdamas savo straipsnį spaudoje jis, dar 1960 metais išplatino jo rankraštines kopijas. Šias idėjas greitai pasigavo ir ėmė plėtoti kiti mokslininkai, papildydami naujais duomenimis ir mintimis ir jungdami į vieningą vaizdą kuris ir tapo LPT teorija. Apibendrintu pavidau ją 1968 metais paskelbė prancūzų geofizikas Chavieras Le Pišonas (Le Pichon). Tiesa, skelbti naujas idėjas buvo nelengva, nes netgi garsių ir autoritetingų žurnalų redaktoriai buvo atsargūs. Mintys apie didžiulių litosferos plokščių judėjimą, susidūrimus ir su tuo susijusius reiškinius buvo tiesiog perversmas geologų galvose, kurį pripažinti reikėjo įžvalgos ir drąsos. Buvo skelbiama nemažai kritikos ir prieštaraujančių nuomonių. Vienai iš tokių knygų neigiančių „mobilistines“ pažiūras, parašytų geologo Č. Hapgudo (Hapgood) 1955 metais įžangą parašė pats Albertas Einšteinas (Bryson, 2007, p.186). Tačiau kiekviena hipotezė ar teorija pripažįstama tada, kai ji geriausiai paaiškina žinomus faktus. Taip atsitiko ir su LPT teorija, kuri pakeitė ankstesnes „fiksistines“ pažiūras, teigiančias, kad žemynai nejuda, o paviršiaus pavidalas keičiasi tik dėl vertikalių judesių. Didžiausias šios teorijos privalumas yra tas, kad ji paaiškina pagrindinių, plačiausio mąsto procesų, kaip magmatizmas, kalnodara, žemynų ir vandenynų susidarymas, priežastis jų eigos laike ir erdvėje dėsningumus, ryšius ir priklausomybes tarp jų, suderindama tarpusavyje didžiulį kiekį įvairialypių geologinių, paleontologinių, paleomagnetinių, geofizinių duomenų. LPTT padeda suprasti ir daugelį paviršinių procesų, kaip uolienų ardymas, pernešimas, sedimentacija, atmosferos sudėties ir klimato kaita, gyvybės raida, kurie vienaip ar kitaip susiję su giluminiais procesais. LPTT patvirtino daugelis naujų duomenų ir ne tik geologinių. Plokščių judėjimas, jo kryptys ir greičiai buvo išmatuoti tiesiogiai geodeziniais būdais Žemėje ir iš palydovų. Plėtojantis giluminiams geofizinimas būdams, atsiradus galimybei kompiuterių pagalba apibendrinti didžiulius kiekius duomenų, buvo sukurti giluminės sandaros ir tenai vykstančių procesų modeliai, kurie patvirtino, patikslino ir papildė pirminius LPTT teiginius. Todėl. LPT teorija yra šiuolaikinės geologijos paradigma – kuria remiantis geriausiai pavyksta suprasti Žemėje vykstančius geologinius procesus, jų priežastis ir dėsningumus. 16.2. Ką teigia LPTT LPTT nelengva aprašyti trumpai – tam skirtos storos knygos (Condie, 2003; Kearey, Vine, 1996). Daugybė medžiagos jai skirta ir internete. Pagaliau bemaž kiekviename geologiniame straipsnyje yra duomenų ar apibendrinimų kurie vienaip ar kitaip pritaiko, papildo, vysto LPT teoriją. Todėl čia pateikiame tik svarbiausius šios teorijos teiginius, kuriuos toliau apibudinsime smulkiau: • Žemės mantijoje vyksta nuolatinė medžiagos apytaka (konvekcija) - nuo branduolio ribos kyla karštos, plastingos kieto būvio medžiagos srautai. • Pakilę iki astenosferos ar litosferos ribos, konvekciniai srautai skleidžiasi horizontalia kryptimi, atvėsta ir grimzta atgal į mantiją. • Skleisdamiesi mantijoje, po litosfera konvekciniai srautai ją tempia, skaldo į atskiras plokštes, kurios slenka astenosferos paviršiumi. • Besiskiriančių, tolstančių plokščių pakraščiuose mantija lydosi ir susidaro nauja vandenynų pluta. • Susidurdamos litosferos plokštės panyra viena po kita, užslenka vienos ant kitų arba deformuoja viena kitos pakraštį ir sandūroje susidaro kalnynai. • Nyranti litosferos plokštė nugrimzta į mantiją, iš dalies išsilydo ir įsimaišo į ją. • Susiduriančių plokščių pakraščiais vyksta magmatizmas, kalnodara, vandenynų pluta naikinama ir susidaro nauja žemynų pluta. • Plumams kylant ir nyrant Žemėje vyksta nuolatinė medžiagos ir energijos apykaita ir persiskirstymas (diferenciacija), tokiu būdu giluminiai procesai veikia hidrosferos ir atmosferos būklę, paviršiaus pavidalą ir svarbiausius egzogeninius procesus. Pirmasis LPTT teiginys yra konvekcinių srautų judėjimas mantijoje. Tai karštos, labai plastingos, bet vis dėl to kieto būvio medžiagos srautai, kurie prasideda pačioje mantijos apačioje, sluoksnyje D“. Manoma, kad jie pradeda kilti ten, kur mantija gauna daugiau šilumos iš skysto išorinio branduolio, kuriame irgi vyksta medžiagos apytaka, tai yra kyla ir leidžiasi skystos geležies srautai. Netolygiai įkaitusi mantijos medžiaga kiek išsiplečia ir jos lyginamasis svoris sumažėja, lyginant su aplinkine medžiaga. Mažesnio tankio vietose ji kyla aukštyn slėgio mažėjimo kryptimi. Labai supaprastintas tokios konvekcijos medelis yra verdančio vandens indas (16.2 pav). 16.2 pav. Konvekcijos Žemės mantijoje schema Įkaitusi mantijos medžiaga kyla aukštyn, srautais vadinamais plumais (angl. plume). Pirmuosiuose modeliuose tie srautai buvo įsivaizduojami kaip stulpai, kurie, pakilę po litosfera, išsiplėtoja, sudarydami “grybo kepurę”. Stulpo skersmuo - apie 100 km, o jo išsiplėtojusios viršūnės 1000-2000 km (16.3 pav.) (Thompson, 1998). Plumų įvaizdis pradžioje buvo tiesiog išmąstytas ir pagrįstas tik teoriniais skaičiavimais ir laboratoriniais bandymais. Vėliau atsirado ir tiesioginių stebėjimų patvirtinančių, kad jie tikrai yra ir kaip atrodo. 16.3 pav. Pavienių plumų modelis Pavyzdžiui, tyrimais nustatyta, kad po Islandijos centrine dalimi seisminės bangos sklinda lėčiau, negu aplink ją ir ta sritis yra stulpo pavidalo. Reiškia, šioje srityje medžiaga yra mažesnio tankio, o tai galima paaiškinti jos aukštesne temperatūra. Tai atitinka plumo įvaizdį, kaip karštos, viršūnėje iš dalies išsilydžiusios medžiagos stulpo, nes kylančio iš gilumos konvekcinio srauto medžiaga yra karštesnė už aplinkinę mantiją ir mažesnio tankio, o tokioje terpėje ir seisminės bangos sklinda lėčiau. Panašus seisminių bangų sklidimo vaizdas yra nustatytas po Jeloustono parku ir po Rytų Afrikos riftu, kur taip pat numanoma plumo viršūnė (16.4 pav.). 16.4 pav. Islandijos ir Jeloustono plumų viršutinės dalies modeliai, pagrįsti seismologiniais duomenimis. http://www.nationalparkstraveler.com/files/storyphotos/YELL-Plume_U_of_Utah.jpg?0 Didžiulių plokščių judėjimo negalima paaiškinti pavienių plumų veikimu, todėl atsirado ir didesnių superplumų įvaizdis, kurių viršūnės po litosfera išsiplėtoja dideliame plote. Sudėtingesne tapo ir konvekcijos mantijoje samprata. Buvo išsakyta nuomonių, kad ji vyksta dviejuose lygiuose. Pirmiausiai plumai pakyla ir skleidžiasi apatinėje mantijoje, o tai sukelia kito lygio plumų susidarymą astenosferoje (16.5 pav.). 16.5 pav. Superplumo ir dviejų lygių konvekcijos modelis. http://specialpapers.gsapubs.org/content/430/137/F17.large.jpg Panaudodami didžiulį kiekį seismologinių duomenų iš viso pasaulio Harvardo universiteto seismologai, vadovaujami Adamo Dzievonskio gavo tomografinį Žemės gelmių vaizdą ir pasiūlė sudėtingesnį mantijos konvekcijos modelį. Jų modelyje kylančios karštos medžiagos masės yra daug didesnės negu pavieniai stulpai ir netaisyklingo pavidalo. Nustatytos ir tankesnės bei šaltesnės, manoma grimztančios medžiagos masės, kurios yra labiau suskaidytos, negu kylančios (16.6 pav.). Tose vietose, kur karšta mantijos medžiaga priartėja prie paviršiaus, šiuo metu yra didžiausias šiluminis srautas (4.17 pav.).. 16.6 pav. Apytakos mantijoje tomografinis vaizdas. Raudona spalva parodyti karšti kylantys plumai, mėlyna – atvėsusi, grimztanti medžiaga. Harvardo universiteto seismologinės laboratorijos medžiaga pagal A.Dzievonskį ir kt. http://www.seismo.unr.edu/ftp/pub/louie/class/100/interior.html Pagal dabartinį supratimą plumai nuolat kyla tai vienoje, tai kitoje vietoje, bet numatyti jų atsiradimo vietą, laiką ir dydį neįmanoma, nes tai priklauso nuo labai daugelio veiksnių. Kitaip sakant, konvekcija mantijoje yra chaotiškas procesas. Plumai kyla maždaug 1 m/metus greičiu, tai yra nuo branduolio ribos jie pakyla vos per keletą milijonų metų. Kaip minėta, plumai pakyla iki litosferos apačios ir čia skleidžiasi horizontalia kryptimi. Didžiulės medžiagos masės judėjimas tempia stangrią litosferą, kuri dėl to pleišėja ir pagaliau suskyla į atskiras litosferos plokštes, kurios ima slinkti astenosferos paviršiumi, nešamos giluminių srautų, lyg lytys upėje. Plokščių skilimas ir jų pakraščių atsiskyrimas ir tolimas, vadinamas skėtra (angl. spreading). Skėtros ruožuose plutoje susidaro gilios ištęstos įdubos – riftai. Litosferos plokštės būna įvairaus dydžio. Šiuo metu Žemės paviršiuje yra 7 stambios plokštės, kurių skersmuo - dešimtys tūkstančių kilometrų - Afrikos, Antarktidos, Eurazijos, Indijos-Australijos, Nazkos, Šiaurės Amerikos, Pietų Amerikos, Ramiojo vandenyno. Be to yra dar apie 20 smulkių, maždaug tūkstančio kilometrų skersmens plokščių - Anatolijos, Arabijos, Karibų, Kokosų, Chuano de Fukos, Filipinų, Somalio ir kitos (16.7 pav.). 16.7 pav. Litosferos plokštės. Kairėje – sąlyginis modelis. http://www.freewebs.com/morganisrupert/597340%5B1%5D.jpg Litosferos plokštės paprastai apima tiek kontinentus, tiek okeanus, tiksliau, jose gali būti dalys ir su vandenynine, ir su žemynine pluta ir litosfera. Tiesa, yra plokščių, sudarytų tik iš vandenyninės litosferos, pavyzdžiui Ramiojo vandenyno plokštė, ir yra plokščių, kuriose vyrauja žemyninė litosfera, pavyzdžiui, Arabijos plokštė. Plokščių storis gali kisti nuo kelių dešimčių kilometrų vandenynuose iki 350-400 km žemynuose (9.10 pav.). Vidutinis plokščių judėjimo greitis yra 50-100 km per milijoną metų arba 5-10 cm/metus. Maždaug tokiu greičiu auga žmogaus plaukai. Dabar greičiausiai juda Ramiojo vandenyno plokštė - prie Velykų salos jos slinkimo greitis yra 15 cm/metus, prie Naujųjų Hebridų salyno - 22 cm/metus, o ties Tongos salų grandine – 24 cm/metus (Wiens, Smith, 2003, p. 76). Dabartinis plokščių judėjimo greitis matuojamas tiesiogiai, naudojant palydovines padėties nustatymo sistemas ir kitus šiuolaikinius geodezijos metodus (16.8 pav.). 16.8 pav. Plokščių judėjimas nustatytas GPS būdu. NASA duomenys. Rodyklių kryptis rodo plokščių judėjimo kryptį, o jų ilgis – slinkimo greitį. http://sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/all/images/global.jpg Ilgalaikį plokščių judėjimą ir jo greitį praeityje galima įvertinti remiantis geologiniais duomenimis. Jį rodo užgesusių ugnikalnių grandinės, tūkstančius kilometrų nutįsusios vandenynų dugne (žr. 17.2 sk.). Plumo viršūnėje karšta giluminė mantijos medžiaga pakliuvusi į žemesnio slėgio lygį lydosi. Čia susidaro magmos židiniai, o paviršiuje virš jų iškyla ugnikalniai. Tokios vietos Žemės paviršiuje vadinamos karštaisiais taškais (angl. hot spot). Jie iš esmės yra plumo apraiška paviršiuje. Judant plokštei ugnikalniai nuslenka nuo karštojo taško ir užgęsta, bet virš jo susidaro nauji žugnikalniai. Tokiu būdu ilgainiui plokštės paviršiuje nusidriekia ugnikalnių grandinės. Ryškiausias pavyzdys yra Imperatoriaus (Emperor) ir Havajų ugnikalnių grandinė, nutįsusi nuo Aleutų salyno iki Havajų salos. Nustačius ugnikalnių amžių paaiškėjo, kad seniausi yra grandinės pradžioje, prie Aleutų salyno. Jų amžius – 86 mln. m. Einant link Havajų ugnikalnių amžius mažėja, o Havajuose jie veikia dabar (16.9 pav.). Per šį laiką Ramiojo vandenyno plokštė nuslinko apie 6000 km, vidutiniškai 8 cm/metus greičiu. Tiesa, pradžioje ji slinko į šiaurės-šiaurės vakarus, o maždaug prieš 40 mln. m. pakeitė savo judėjimo kryptį labiau į vakarus. Beje, Havajų sala irgi po truputį slenka nuo karštojo taško. Tai reišia, kad jos ugnikalniai užges, o pati sala pradės grimzti. O kiek į pietus nuo jos, vandenyno dugne kyla naujas aktyvus ugnikalniukas – Loihis. Jo viršūnė dar yra 969 m gylyje, bet galbūt greitai iškils kaip nauja sala (16.10 pav.). 16.9 pav. Imperatoriaus ir Havajų jūrkalnių grandinės susidarė plokštei slenkant virš karštųjų taškų 16.10 pav. Havajų ugnikalnių grandinės vaizdas su povandenine dalimi. Rodykle parodytas jauniausias ugnikalnis – Loihis, kurio viršūnė dar yra 969 m gylyje. http://img2.allvoices.com/thumbs/event/900/570/31122573-hawaii-volcanoes.jpg Ramiajame vandenyne yra dar keletas tokių povandeninių jūrkalnių ir salų grandinių - Samoa, Tuamotų, Markizų, Linos, Kuko-Australijos. Visos jos išsidėstę apytikriai lygiagrečiai Havajų ir Imperatoriaus grandinėms. Tai rodo, kad jos susidarė slenkant Ramiojo vandenyno plokštei ta pačia kryptimi, nors ir virš skirtingų karštųjų taškų (16.11 pav.). 16.11 pav. Ugnikalnių grandinės Ramiąjame vandenyne susidarė plokštei slenkant virš karštųjų taškų Plokščių judėjimą ir vandenyno dugno skėtrą rodo ir jo dugno amžius. Bazalto klodai kurie sudaro vandenyninės plutos viršutinę dalį susidaro liejantis lavai rifte, litosferos plokščių skėtros vietoje. Todėl vandenyno viduryje jų amžius yra jauniausias, o į pakraščius didėja (žr. 19 sk ir ...pav.). Plokščių skaičius, dydis ir kontūrai nuolatos kinta, nes, judėdamos Žemės paviršiumi vienos jų susiduria ir suauga, kitos, priešingai - skyla ir išsiskiria. Tai vyksta ir dabar. Pradėjusios slinkti litosferos plokštės tuoj pat susiduria su kitomis, nes Žemės paviršiuje nėra tuščios erdvės. Galimi keli litosferos plokščių susidūrimų atvejai: - vienos susiduriančių plokščių pakraštys yra vandenyninis, o kitos žemyninis; - plokštės gali susidurti vandenyninės litosferos pakraščiais, tai yra abiejuose susiduriančių plokščių pakraščiuose yra vandenyninė pluta; - abi plokštės susiduria žemyniniais pakraščiais. Žemyninė litosferos plokštė yra santykinai stora (100-200 ir daugiau km), o jos viršuje yra mažo tankio žemyninės plutos sluoksnis. Vandenyninė plokštė yra plonesnė (apie 50-70 km), sudaryta iš didesnio tankio uolienų. Todėl susidūrus tokioms plokštėms, tankesnė ir plonesnė vandenyninė plokštė nyra po žemynine. Iš dviejų vandenyninių litosferos plokščių panyra ta, kuri yra plonesnė ir didesnio tankio. Gali nirti ir abi plokštės vienu metu, bet tai, atrodo, retas atvėjas (16.12 pav.). 16.12 pav. Vandneyninės plokštės nirimas po žemynine (kairėje) ir vandenynine (dešinėje) plokšte. Plokštės nirimo arba subdukcijos reiškinys yra patvirtintas daugeliu tiesioginių ir netiesioginių būdų. Nyranti plokštė gerai matoma giluminio seisminio zondavimo profiliuose, nes ji yra vėsesnė ir tankesnė už supančią mantiją ir gerai atspindi seismines bangas. Tokiu būdu plokštės atsekamos iki pat apatinės mantijos ribos, maždaug 700 km gylio (16.13 pav.). Giliau jos „išskysta“, iš dalies lydosi, o jos medžiaga įsimaišo į mantiją. 16.13 pav. Nyrančios Ramiojo vandenyne plokštės vaizdas gautas seisminės tomografijos būdu prie Tongos salyno. Spalvos rodo skirtingų seisminių P bangų greičių vietas, pagal pridėtą skalę. (nuoroda) Vis dėl to, nyrančios plokštės medžiagos liekanos, tikriausiai mažiausiai lydi ir tankiausios jos dalys, vietomis atsekamos ir giliau, iki pat branduolio ribos. Seisminio eksperimento metu rytiniame Ramiojo vandenyno pakraštyje mokslininkai gavo atspindžius sluoksnyje D“, kuris yra mantijos ir branduolio riboje (4.7 pav..). Šie atspindžiai rodo nevienalytę šio sluoksnio sandarą ir sunkesnės medžiagos kūnų buvimą jame. Mokslininkų nuomone, tai gali būti plastinga, bet tanki medžiaga, greičiausiai nugrimzdę nyrančios plokštės likučiai. Grimzti toliau į daug tankesnį branduolį ši medžiaga nebegalėjo ir, kaip tirštas medus susiklostė jo paviršiuje, pačioje mantijos apačioje (16.14 pav.) (Hutko ir kt., 2006). 16.14 pav. Seisminiai tyrimai atlikti rytinėje Ramiojo vandenyno dalyje rodo, D” sluoksnyje gali būti į mantijos apačią nugrimzdusių litosferos plokščių liekanų. Hutko ir kt., Nature, 2006, vol.441, p.333-336 Subdukcijos juostos atsispindi ir sunkio jėgos lauke, ypač kontinentų pakraščiuose, nes tose vietose po dengiančios plokštės litosfera atsiranda šaltesnės ir todėl didesnio tankio nyrančios plokštės litosferos sluoksnis ir sunkio jėga tame ruože sustiprėja (4.7 pav.). Plokščių sąlyčio plokštuma arba nyrančios plokštės paviršius vadinamas Vadačio-Beniofo paviršiumi, pagal jį nustačiusių mokslininkų pavardes. Plokščių sąlyčio plokštumoje susidaro vadinamas silpnasis ruožas, kur uolienos yra sutrintos (skalūnuotos, milonitizuotos) ir čia kaupiasi iš plokščių išsiskiriantis vanduo ir kitos lakios medžiagos, kurių visada yra vandenyninės plutos paviršiniame sluoksnyje. Šis silpnasis sluoksnis veikia kaip tepalas, sumažinantis trintį tarp plokščių ir palengvinantis nirimą (Gerya, Connolli ir kt., 2008). Didesniame gylyje tokio „tepalo“ vaidmenį atlieka magma, susidaranti plokščių sąlyčio ruože. Vis dėl to, trinties neišvengiama, todėl nyrančiai plokštei slenkant gilyn jų sąlyčio paviršiuje susidaro įtampos, kurioms išsikraunant plokštė juda trūkčiodama, o tai sukelia žemėdrebas. Žemėdrebų židiniai daugiausiai ir išsidėsto Vadačio-Beniofo paviršiuje (žr. 20 sk.). Tai paaiškina šių žemėdrebų priežastis, o kartu patvirtina nirimo reiškinį ir parodo plokščių sąlyčio paviršiaus padėtį. Dauguma plokščių turi tiek žemyninės, tiek vandenyninės litosferos dalis. Paprastai jos pirmiausiai susiduria vandenyninės litosferos pakraščiais, kuriai panirus, prasideda susidūrimas žemyniniais pakraščiais (6.15 pav.). Nei viena iš tokių plokščių negali panirti dėl jų storio ir mažo tankio. Tokiose vietose plokščių pakraščiai spausdami vienas kitą eižėja, skeldėja lūžiais, o atskiri jų blokai, tarsi didžiuliai pleištai išstumiami aukštyn arba slenka į šonus. Toks plokščių susidūrimo atvėjis vadinamas kolizija. Sandūros (kolizijos) juostoje susidaro plutos blokų, sangrūda, vadinama akrecine prizme, kur susigrūdusi kontinentinė pluta labai sustorėja. 16.15 pav. Litosferos plokščių susidūrimas žemyniniais pakraščiais – kolizija. Kartais susidūrus žemyninei plokštei su vandenynine, pastaroji tarsi perskyla. Apatinė jos dalis nyra, o viršutinė – paprastai vandenyninė pluta ir dalis mantijos užslenka ant žemyninės plokštės pakraščio, sudarydama jos pakraštyje daugiasluoksnes, kelių kilometrų storio dangas. Šitas reiškinys vadinasi obdukcija (16.15 pav.). 16.15 pav. Obdukcija – litosferos plokščių dalių užslinkimas viena ant kitos http://www.dstu.univ-montp2.fr/omanophiolite/pages/2_genese/2_1_schem_str.htm Pagaliau būna atvėjų, kai plokštės slenka priešingomis kryptimis ir pakraščiais trinasi viena į kitą. Tokie pakraščiai vadinami transforminiais. Tuo atveju sandūros vietoje nevyksta nei magmatizmas, nei kalnodara, o susidaro lūžiai, daugiausiai stūmiai. Tokie atvejai yra reti ir dabar Žemėje transforminių pakraščių yra nedaug. Pavyzdžiu yra vakarinė JAV pakrantė, kur Ramiojo vandenyno ir Šiaurės Amerikos plokštės slenka lygiagrečiomis kryptimis ir trinasi kraštais. Čia Šiaurės Amerikos žemyninėje plokštėje susidarė San Andreaso lūžio sistema (...pav.). Kiekvienu iš paminėtų atvejų aktyviuose pakraščiuose vyksta savitas geologinių procesų kompleksas. Skėtros vietose susidaro okeanų duburiai, klostosi bazalto lavos klodai, „gimsta“ ir nauja vandenyninė pluta. Plokščių susidūrimo vietose iškyla ugnikalnių grandinės, kalnynų juostos, vyksta plataus masto magmatizmas ir metamorfizmas, „gaminama“ nauja kontinentinė pluta. Plokščių susidūrimo padariniai pasireiškia ne tik aktyviuose pakraščiuose. Ir toliau nuo jų, vidinėse žemynų dalyse. Dėl to atsiranda nauji ar suaktyvėja seni lūžiai, susidaro riftai, grabenai, dažnai lydimi magmatizmo, dumba nuosėdiniai baseinai, kuriuose kaupiasi kilometrinės nuosėdinių uolienų storymės. Šie procesai spartina išorinius (egzogeniniai) vyksmai - paviršiaus ardymas, medžiagos pernešimas ir klostymą, o tai nuolatos keičia ir žemės paviršiaus būklę. Tolimesniuose skyriuose smulkiau apibudinsime šiuos atskirus geologinius procesus kuriuos sukelia ar veikia mantijos medžiagos konvekcija ir litosferos plokščių judėjimas. 16.3. Kas toliau? Litosferos plokščių tektonika nėra vienintelė pažiūra į Žemėje vykstančius procesus. Yra bandymų ir kitaip juos paaiškinti vadovaujantis kitokiais modeliais. Yra nuomonių, kad Žemė plečiasi ir tai sukelia reiškinius, panašius į litosferos plokščių judėjimą, pavyzdžiui kontinentų tolimą ir vandenynų duburių susidarymą tarp jų (Cwojdziński, 2003). Visgi LPT teorija geriausiai paaiškina tai, ką mes žinome apie Žemę, todėl ji ir gyvuoja jau apie 50 metų. Tai ilgas laikotarpis bet kuriai mokslo teorijai. Nauji tyrimo būdai ir nauji duomenys keičia supratimą ir pažiūras. Neišvengiamai turi keistis ir LPTT. Tačiau tai nebūtinai turi būti jos paneigimas ar atsisakymas, o gali būti vystymas, tobulinimas, tikslesnis teorijos numatomų mechanizmų aprašymas, visuminis procesų supratimas. Vienas bandymų pratęsti ir išvystyti LPTT yra Norvegijos mokslininkų grupės, vadovaujamos Trondo Tošviko (Torsvik), pasiūlyta naujos teorijos idėja. Jie pavadino ją Mantijos dinamikos teorija. T.Tošviko nuomone, dabar svarbiausia suprasti, kas vyksta gelmėse - branduolyje, mantijoje, o apie tai kol kas žinome nedaug. Svarbiausia nustatyti, kaip vyksta medžiagos apytaka, susidaryti joje vykstančių procesų vaizdą erdvėje ir laike, jų sąsajas ir kitimą. Teorija turėtų aprašyti mantijos sroves ir plokščių judėjimą dabar ir praeityje. Tik tuo būdu galima geriau suprasti ir procesus vykstančius Žemės paviršiuje, paaiškinti jų priežastis ir dėsningumus. Tai būtų visuminis nuolat besikeičiančios Žemės modelis, aprėpiantis vyksmus nuo branduolio iki plutos, kuris paaiškintų Žemės plutos ir jos sandaros ypatybių susidarymą, globalinių ir vietinių geologinių procesų priežastis ir lesitų numatyti jų eigą, paaiškinti naudingųjų iškasenų telkinių išsidėstymo dėsningumus, reiškinius, keičiančius Žemės pavidalą, veikiančius mūsų aplinką ir gyvybės raidą. Žodžiu, mantijos dinamikos teorija turėtų padėti geriau suprasti mūsų planetą, jos praeitį, dabartinę būklę, o gal būt ir ateitį ir padėti mums prisitaikyti prie jos kitimo. V.I. GILUMINIAI PROCESAI 17. MAGMATIZMAS Magmatizmas yra visuma reiškinių, apimančių magmos išsilydimą, judėjimą ir kristalizaciją gelmėse arba išsiliejimą Žemės paviršiuje ir magminių uolienų, jų kūnų ir magminių struktūrų susidarymą. Magmatizmo pasireiškimas arba tąsa Žemės paviršiuje, tai yra lavos, karštų dujų ir tirpalų išsiveržimo procesai ir kiti su tuo susiję reiškiniai vadinami vulkanizmu. Magmatizmas yra tiesioginė mantijos konvekcijos pasekmė ir lydi plumų kilimą, subdukciją, koliziją ir kitus litosferos plokščių tektonikos procesus. Kita vertus, magmatizmas yra būdas kuriuo vyksta medžiagos išsiskirstymas (diferenciacija) mantijoje, okeaninės ir kontinentinės plutos susidarymas, kalnynų ir kitų, paviršiaus formų atsiradimas. Magmatizmas veikia ir Žemės paviršiaus būklę - atmosferos bei vandenynų sudėtį, klimatą. Magmatizmo metu susidaro daugelis svarbių naudingųjų iškasenų, gelmių šilumos ištekliai priartėja prie paviršiaus, o vulkanizmas be to yra svarbus ekologinis veiksnys, tiek palankus, tiek ir pavojingas žmogui. Todėl magmatizmą ir aptarsime pirmiausiai, nes, žinant jo eigą galima suprasti ir daugelį kitų procesų bei reiškinių. 17.1. Kaip susidaro magma Dabartinio magmatizmo vietas Žemėje parodo ugnikalniai. Jei pažiūrėsime, dabartinių ugnikalnių išsidėstymo žemėlapį, pamatysime, kad jie pasiskirstę labai netolygiai. Dauguma jų susitelkę keliose juostose, kurios tęsiasi Šiaurės ir Pietų Amerikos žemynų pakraščiais, išsilenkia Aleutų, Kamčiatkos, Kurilų, Japonijos, Filipinų, Naujųjų Hebridų, Tongos-Kermadeko vulkaninių salų lankais ir juosia visą Ramųjį vandenyną. Kitos ugnikalnių juostos seka žemyninius riftus, pavyzdžiui Rytų Afrikos riftą (17.1 pav.). 17.1 pav. Ugnikalnių išsidėstymas Žemės paviršiuje. Neparodyti ugnikalniai esantys vandenyno dugne, ypač riftuose Šiame žemėlapyje neparodytas magmatizmas vandenyno dugne, kur jis vyksta plačiu mastu, ypač skėtros ruožuose - vandenyno vidurio riftuose. Tačiau, netgi atsižvelgiant į tai, matyti, kad didžiuliai žemynų ir vandenynų plotai yra visiškai be ugnikalnių. Tai rodo, kad magma susidaro ne bet kur, o tik tam tikromis sąlygomis, palankioje tektoninėje aplinkoje. Svarbiausia magmatizmo prielaida yra Žemės gelmių šiluma. Ji „paruošia“ uolienas lydimuisi. Mantijoje temperatūra yra labai aukšta. Jos viršuje ji yra apie 1000oC, o ties branduolio riba, nuo kur ir pradeda kilti plumai, siekia 4000-4500 oC. Daugumos silikatinių uolienų lydimosi temperatūra žemės paviršiuje yra apie 700-900oC. Bet tai -paviršiuje, o kuo giliau, tuo lydimosi temperatūra yra aukštesnė, nes uolienoms lydytis trukdo slėgis (9.15 pav.). Dėl jo mantija ir išlieka kieto būvio. Lydimasis pasidaro galimas ten, kur susidaro tam palankių sąlygų derinys: - temperatūra pakyla aukščiau uolienų lydimosi lygio esamame slėgyje; - slėgis sumažėja tiek, kad esama temperatūra pasidaro pakankama lydimuisi; - ten, kur atsiranda vandens ar kitų lakių medžiagų (fluidų), kurios mažina lydymosi temperatūrą. Šias sąlygas, jų palankų derinį lemia giluminiai procesai, kurie sukelia medžiagos judėjimą gelmėse. Jie yra tarsi „paleidimo mechanizmai“, kurie sudaro sąlygas magmatizmui. Pavyzdžiui, plumų viršūnėse karšta mantijos medžiaga pakyla iš jos gelmių aukštyn. Slėgis čia yra žemas, o temperatūra išsilaiko aukšta. Kitas atvejas yra kai į Žemės plutą įsiveržia didelis kiekis magmos iš mantijos. Tose vietose temperatūra plutoje pakyla tiek, kad jos uolienos lydosi. Tokiu būdu magmtizmas vyksta tik tose Žemės vietose, kur susidaro palankus temperatūros ir slėgio santykis dėl gilumnių pocesų sukelto medžiagos judėjimo. Tai vyksta įvairių tektoninių procesų metu, skirtingoje tekoninėje aplinkoje. Kiekvienu atveju lydosi kitokios uolienos, kitomis sąlygomis ir susidaro kitokios sudėties magma. Lydantis mantijai daugiausiai susidaro bazalto sudėties magma. Kodėl būtent bazalto? Juk mantija sudaryta iš peridotito, kurio sudėtis žymiai skiriasi nuo bazalto? Tas skirtumas akivaizdžiai matomas iš 7.1. lentelė. Priežastis yra ta, kad plumų viršūnėse mantija lydosi tik iš dalies. Pradžioje uolienoje susidaro daug smulkių lydalo lašelių tarp mineralų grūdelių, vėliau jie telkiasi į nedideles sankaupas dėmelių, gyslučių pavidalo. Būdamas lengvesnis už kietas uolienas, lydalas yra tarsi išspaudžiamas iš uolienų ir juda aukštyn, žemesnio slėgio link. Judėdami lydalo lašeliai susilieja į didesnes magmos santalkas. Tokio dalinio lydimosi metu vieni cheminiai elementai lengviau pereina į skystą būvį, kiti sunkiau. Pastarieji ilgiau išlieka kietame būvyje, mineralo kristalinėje gardelėje, todėl vadinami darniais elementais, o tie, kurie linkę greičiau pereiti į lydalą vadinami nedarniais (žr. 5 sk.). Dėl šios priežasties peridotitinės mantijos dalinio lydimosi metu susidaro bazalto sudėties magma, kurioje, lyginant su peridotitu yra daugiau nedarniųjų elementų - Si, Al, Ca, Na, K, Ti, retųjų žemių, bet mažiau Mg, Cr, Ni, Co ir kitų elementų (7.1. lentelė). Mantija yra didžiausia magmos „virtuvė“, todėl bazaltas ir yra plačiausiai paplitusi Žemės paviršiuje magminė uoliena. Kitokiu būdu ir kitokios sudėties magma susidaro plutoje. Pluta yra daug vėsesnė negu mantija. Jos vidutinė temperatūra yra žemesnė, negu reikalinga silikatams lyditis. Tačiau plutoje yra daug radioaktyvių elementų, kurie skildami išskiria šilumą. Jei pluta sustorėja, pavyzdžiui žemyninių plokščių sandūros vietose, temperatūra joje gali tiek pakilti, kad plutos uolienos ima lydytis. Temperatūrą plutoje gali pakelti ir įsiskverbę į ją bazinės magmos intruzijos iš mantijos. Mantijoje išsilydančios bazalto magmos temperatūra būna apie 1000oC ir daugiau. Plutos uolienos, kuriose yra daugiau SiO2 lydosi jau prie 700-800oC. Todėl įsiskverbus dideliam kiekui magmos iš mantijos į plutą, jos temperatūra toje vietoje pakyla ir uolienos pradeda lydytis. Žemyninės plutos sudėtis yra kitokia, negu mantijos (9.1 lentelė). Bet jai lydantis irgi pirmiausiai atsiskiria nedarnūs cheminiai elementai - Si, K, Na ir kiti, iš kurių susidaro granito arba artimos jai sudėties magma. Todėl granitas yra labiausiai plutoje paplitusi intruzinė uoliena. Lydalo tankis yra keliais procentais mažesnis už kietų uolienų. Todėl jis kyla aukštyn žemesnio slėgio kryptimi. Tam palankios vietos yra plyšiai ir lūžiai, susidarę litosferos tempimo vietose. Čia palanki aplinka ir susidaryti ertmėms, kurias užpildo magma. Ji gali sustingti ir išsikristalizuoti plutoje intruzinių kūnų pavidalu arba pasiekti paviršių ir išsilieti lavos srautais. Svarbiausios tektoninės aplinkos, kuriose vyksta lydimasis mantijoje ir plutoje yra šios: - mantijos plumų viršūnėse - karštuose taškuose; - skėtros juostose, riftuose, ten, kur litosferos plokštės skyla ir tolsta; - plokščių nirimo (subdukcijos) ruožuose; - plokščių susidūrimo žemyniniais pakraščiais vietose, kur pluta susigrūda ir pastorėja; - didelių magmos intruzijų į plutą vietose. 17.2. Magmatizmas karštuose taškuose Plumų viršūnėse magmatizmas vyksta dėl jo aukštos temperatūros ir nedidelio slėgio derinio. Ne visi plumai būna pakankamai dideli, kad suskaldytų litosferą. Tokie nedideli plumai tik „pralydo“ ją, sukeldami vulkanizmą nedideliame plote. Tokios vietos vadinamos karštaisiais taškais. Jie susidaro tiek žemynuose, tiek vandenynuose. Vandenynuose dažniau, nes čia pluta ir litosfera yra plonesnės, todėl magma lengviau prasiveržia į paviršių. Vandenynų dugne yra daugybė pavienių užgesusių ugnikalnių, kurie susidarė karštuose taškuose, virš trumpą laiką veikusių plumų. Kol juos maitino ir „augino“ besiliejanti iš gelmių lava, jie kilo virš vandenyno dugno, o dažnai ir virš jo lygio. Litosferos plokštės slenkant virš plumų, ir ugnikalniai, susidarę plokštės paviršiuje „važiuoja“ kartu su ja ir nuslenka nuo plumo viršūnės. Nutolę jie užgęsta, o karštame taške iškyla nauji ugnikalniai (16.9-11). Kartais plumai veikia dešimtis milijonų metų. Litosferos plokštei slenkant virš jų ilgainiui vandenyno dugne susidaro užgesusių ugnikalnių grandinės, nutįsusios tūkstančius kilometrų. Dalis jų yra iškilę virš vandens salų pavidalu, bet dauguma yra po vandeniu, virtę jūrkalniais. Tokios grandinės ypač jos ryškios Ramiajame vandenyne (16.9 ir 16.11 pav.). Klasikinis karštųjų taškų magmatizmo pavyzdys yra Havajų sala, kurioje veikia penki ugnikalniai (7.39; 16.10 pav.). Mauna Kea yra miegantis ugnikalnis, o Mauna Loa – šiuo metu didžiausias ir veikliausias ugnikalnis Žemėje. Jo skersmuo - 112 km, o tūris - 25 tūkst. km3. Seniausias nustatytas lavos amžius yra 200000 metų, bet išsiveržimai, manoma, prasidėjo prieš milijoną metų. Nuo 1843 metų, kai Havajų ugnikalnius pradėta stebėti, jie veržėsi vidutiniškai kas 3-4 metai. Pastaraisiais dešimtmečiais, iš jų vidutiniškai išsilieja 0,18 km3 lavos per metus (Pyle, 2000). Jie yra vieni aktyviausių Žemėje. Islandija, taip pat yra karštame taške, ką rodo ir nustatytas po ja plumo stulpas (16.4 A pav.). Bet jis tuo pačiu metu yra ir rifto ruože, ties besiskiriančiais Šiaurės Amerikos ir Eurazijos litosferos plokščių pakraščiais. Todėl išsilieję lavos klodai tolsta į šalis kartu su judančiomis plokštėmis. Dėl to Islandija labiau plečiasi, negu kyla aukštyn. Per 16 mln. metų salos plotas pasiekė 100000 km2, bet jos vidutinis aukštis tėra 500 m. Vandenyno pluta po ja pastorėjo keleriopai - iki 16-20 km. . Virš karštųjų taškų susidarė Azorų, Bermudų, Galapagų, Kanarų, Rejunjono, Taičio, Vėlykų ir kitos salos bei salynai (17.2 pav.) (Thompson, 1998). Šiuo metu Žemėje veikia daugiau kai 100 karštųjų taškų (17.3 pav.). Bet daug ugnikalnių, veikiančių virš smulkių plumų vandenynų dugne nesuskaičiuota. Jų gali būti keli tūkstančiai. O pavienių užgesusių ugnikalnių vandenyno dugne gali būti keliasdešimt tūkstančių (Malamud ir kt., 1999). 17.2 pav. Velykų ir Galapagų salos yra karštųjų taškų ugnikalniai. http://blog.media-freaks.com/amazing-aerials-2-amazon-river-tourist-postcards 17.3 pav. Kai kurie šiuo metu aktyvūs karštieji taškai. Pagal Crough, 1983. Žemynuose irgi yra karštųjų taškų. Jų pavyzdžiu gali būti Jeloustonas, esantis JAV vakaruose. Tai pirmaisis nacionalinis parkas Žemėje, garsus savo geizeriais ir kitomis gamtos įdomybėmis. Jeloustonas yra ant didžiulio plumo (16.4,B pav.). Po juo nustatyta 100 km skersmens šiluminė anomalija, atsekta iki 500 km gylio. Manoma, čia yra ir didžiulis magmos židinys, iš kurio laikas nuo laiko prasimuša magma (17.4 pav.). Vulkanizmas šioje vietoje prasidėjo prieš 2,1 mln. metų. Tuo metu įvyko, vienas galingiausių Žemėje išsiveržimų, kurio metu išsiliejo ir išsiveržė piroklastų pavidalu daugiau kaip 2450 km3 medžiagos ir susidarė 75 km skersmens kaldera. Kitas stiprus išsiveržimas įvyko prieš 1,3 mln. metų. Po to, judant plokštei vulkanizmo centras pasislinko kiek ryčiau ir prieš 640 tūkst. metų, jau dabartinio parko vietoje įvyko dar vienas išsiveržimas. Jo metu į orą išlėkė virš 1000 km3 medžiagos ir susidarė dabartinė 45x85 km kaldera (17.4 pav.). Panašaus galingumo išsiveržimai po to įvyko dar kelis kartus, paskutinis – prieš 70 tūkst metų (JAV geologijos tarnybos medžiaga: http://volcanoes.usgs.gov/yvo/about/) (žr. pav.). 17.4 pav. Jeloustono kaldera ir magmos kamera esanti po ja. http://www.nps.gov/history/history/online_books/geology/publications/bul/1347/images/fig22.jpg Beje Jelustono karštojo taško pėdsakas atsekamas toli į vakarus, kur vulkanizmas prasidėjo prieš 17 mln. metų. Per tą laiką Šiaurės Amerikos plokštė slinko į vakarus, o vulkanizmo centras atsidūrė ryčiau, dabartinėje vietoje (Hanan, Shervais ir kt., 2008). (17.5 pav.). 17.5 pav. Jeloustono kaštojo taško takas per pastaruosius 15 mln. metų. http://www.swisseduc.ch/stromboli/perm/yellowstone/icons/migration.jpg Stambių plumų vietose išsilydo didžiulės masės mantijos uolienų, o paviršiuje magmatizmas būna tokio masto, kad susidaro didžiulės bazalto storymės, vadinamos vulkaniniais plokščiakalniais - trapais arba didžiosiomis magminėmis provincijomis (angl. Large Igneous Provinces – LIP‘s). Jie susidaro tiek žemynuose, tiek vandenynų dugne ir užima plotus iki kelių milijonų kvadratinių kilometrų, jų storis siekia kelis kilometrus, o tūris – milijonus km3. Tokie lavos kiekiai išsilieja labai sparčiai – vos per kelis milijonus metų. Geologiniu požiūriu, tai labai trumpas laikotarpis. Todėl tokie bazalto lavos išsiliejimai vadinami plūsmų bazaltais (angl. flood basalts). Trapai susidarė įvairiais geologinės istorijos tarpsniais ir yra žinomi daugelyje pasaulio vietų Vieni didžiausių yra Sibiro trapai Rusijoje. Jie dengia visą centrinę Sibiro kratono dalį. Įvairiais vertinimais jų storis siekia 6500 m, plotas vertinamas 1.2-2,5 mln. km2, o tūris - 1.2-3 mln. km3. Ši vulkaninė storymė susidarė permo ir triaso periodų riboje, maždaug prieš 251 mln. metų ir labai greitai, vos per 1 mln. metų (Elkins, Hager, 2000). Sibiro trapų šiaurės vakariniame pakraštyje yra bazaltiniai Putoranų kalnai (17.6 pav.). 17.6 pav. Vienas didžiausių Žemėje Sibiro vulkaninis plokščiakalnis, dengiantis apie 2,5 mln. km2 plotą. http://img12.nnm.ru/6/a/9/d/4/e568bdd3daa84a979decf123df7.jpg Dideli trapų masyvai susidarė mezozojuje, skylant Pangėjos superžemynui (17.7 pav.). 17.7 pav. Vulkaniniai plokščiakalniai susidarę skylant Pangėjos žemynui (Cox, 1978) Pangėją suskaldė keletas mantijos plumų, iškilusių po ja beveik vienu metu, prieš 200-150 mln. metų (White, 1997). Plumų viršūnėse temperatūra galėjo būti 1450-1500oC. Virš lydimosi židinių, paviršiuje susidarė keletas vulkaninių plokščiakalnių – Karų, Feraro, Paranos ir Etendekos. Pastarieji du, sudarė vieną plotą, bet suskilus Pangėjai atsidūrė skirtinguose žemynuose - Paranos – Pietų Amerikoje, o Etendekos – Afrikoje, Namibijoje (Storey, 1995). Jie susidarė prieš 127-137 mln. metų virš Tristano da Kunjos plumo, kuris ligi šiol veikia Atlanto vandenyno viduryje (17.8 pav.). 17.8 pav. Paranos ir Etendekos trapai susidarę virš Tristano da Kunjos karštojo taško, suskilus Pangėjai atsidūrė skirtinguose žemynuose (Wilson, 1989 Vidurinėje Atlanto vandenyno dalyje bazaltinis magmatizmas vyko didžiuliame maždau 10-11 mln. km2 plote, kuris apėmė dabartinės Amazonės baseiną Brazilijoje ir JAV rytinę dalį, o kitapus Atlanto - šiaurės vakarinę Afriką nuo Gvinėjos įlankos iki Maroko ir netgi pietinę Prancūziją. Šis plotas vadinamas Vidurinio Atlanto magmine provincija (angl. Central Atlantic Magmatic Province – CAMP) (Hames ir kt., 2003). Tiesa, čia tik vietomis išliko ištisinės bazalto lavos storymės. Kitur plyti intruziniai silai arba daikų spiečiai. Bet visi šie dariniai žymi didžiulį plotą, kuriame vyko labai stiprus magmatizmas ir iš mantijos išsiliejo apie 2,5 mln. km3 magmos. Tai vyko maždaug prieš 200 mln. metų, triaso ir juros periodų riboje (Knight ir kt., 2004). Jau po Gondvanos skilimo susidarė Dekano bazaltų plokščiakalnis Indijoje, kuri irgi buvo Gondvanos dalis (7.35 pav.). Atskilusi nuo Gondvanos Indijos plokštė užslinko ant plumo, šiuo metu esančio Rejunjono salos rajone Indijos vandenyne. Dekano plokščiakalnio plotas yra 0,8 mln. km2, didžiausias storis – iki 2 km. Nustatyta, kad šis didžiulis lavos tūris išsiliejo prieš 66,2-65 mln. metų vos per 0,5-1 mln. metų (Allègre, Birck ir kt., 1999). Vieni jauniausių Žemėje yra Kolumbijos vulkaninio plokščiakalnio trapai Oregono, Vašingtono ir Aidaho valstijose, JAV. Didžioji jų dalis išsiliejo prieš 16,6-15,3 mln. metų, o mažesni išsiliejimai tęsėsi iki 7 mln. metų. Bendras jų tūris sudaro 224 tūkst. km3. Jų pirminis plotas prieš eroziją vertinamas 400 tūkst. km2 , storis – 600 m (Hall, 1996; Lange, 2002). 17.9 pav. Kolumbijos upės bazaltai, JAV vakaruose. Nuotr. D. Jenseno http://farm1.static.flickr.com/160/337777328_79e1ef7320_o.jpg http://www.djensenphotography.com/images/lightning_creek_canyon.jpg Vulkaninių plokščiakalnių esama ir vandenyne. Vienas didžiausių - Ontongos-Javos, esantis Ramiajame vandenyne. Šio bazaltinio plokščiakalnio tūris, kartu su į jį įsiskverbusiomis intruzinėmis uolienomis yra net 44,4 mln. km3 (Ernst ir kt. 2005; Rollinson, 2007, p.140). Okeaninės plutos storis čia yra apie 30 km. (17.10 pav.). Plokščiakalnis susidarė liejantis plūsmo bazaltui tarp 125 – 120 mln. metų. Tuo metu jis sudarė vieningą plokščiakalnį kartu su dar dviem, dabar nutolusiais Manihikio ir Hikurangio plokščiakalniais. Jų bendras tūris yr apie 100 mln. km3 magminių uolienų. Kergeleno vulkaninis plokščiakalnis, esantis netoli Antarktidos krantų, susidarė virš karštojo taško prieš 130 mln.m. Jis nutįsęs vandenyno dugne per 2200 km, 17.10 pav. Ontongo-Javos vulkaninis plokščiakalnis Ramiąjame vandenyne ir buvusios jo dalys – Manihikio ir Hikurango plokščiakalniai ...pav. Didžiosios magminės provincijos, vulkaniniai plokščiakalniai ir karštieji taškai. Geltona spalva pažymėta Vidurinio Atlanto magminė provincija (Coffin ir kt., 1994). Coffin M.F., Eidholm O. Large Igneous Provinces: Crustal structure, dimensions, and external consequences. Geviews of Geophysics. 1994, vol. 32, p.1-36. http://www.auburn.edu/academic/science_math/res_area/geology/camp/lipfig1.jpg Trapų tipo magmatizmas vyko ir Lietuvos kaimynystėje, pietinėje Baltarusijoje ir šiaurinėje Ukrainoje – Volynėje, skeldėjant Rodinijos žemynui, kurio dalimi Neoproterozojuje buvo Rytų Europos kratonas. Litosferos įtrūkimų vietose susidarė gili įduba ištęsta šiaurės rytų kryptimi, vadinama Volynės-Oršos riftu. Jos pakraščiais ir vyko vulkanizmas. Čia susidarė trapų tipo bazalto storymė, kurios plotas yra virš 200 tūkst. km2, o storis siekia 450 metrų. Šie bazaltai išsiliejo tarp 514 ir 576 mln. metų (Shumylianskyy ir kt., 2004). Beje, kaip tik, šiais bazaltais buvo išgrįstas Gedimino prospektas ir kitos gatvės Vilniaus senamiestyje, o du jų stulpeliai stovi prie įėjimo į Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakultetą Čiurlionio gatvėje. Trapai susidaro ir šiuo metu Etiopijoje, Afaro srityje, kur susikerta trys riftai - Rytų Afrikos, Adeno įlankos ir Raudonosios jūros (17.11 pav.). Čia bazalto dangų storis siekia 2000 metrų. Jų susidarymas prasidėjo prieš 10-12 mln. metų ir tęsiasi ligi šiol (Sepulchre, Ramstein ir kt., 2006). 17.11 pav. Afaro vulkaninis plokščiakalnis Rytų Afrikos rifto šiaurnje dalyje žemėlapyje ir nuotraukoje iš lėktuvo. Matyti bazalto klodų įtrūkimai, atsiradę plečiantis riftui http://www.swisseduc.ch/stromboli/perm/erta/air/icons/ja_082.jpg Kaip matyti iš pateiktų pavyzdžių trapai išsilieja virš didelių plumų, kurie dažnai sukelia ir riftų susidarymą. Jų vietoje ilgainiui gali atsiverti vandenynai, bet tai įvyksta ne visada. Trapų magmatizmas Žemėje vyksta netolygiai. Yra buvę laikotarpių, kai jis labai sustiprėdavo, greičiausiai dėl paspartėjusios mantijos konvekcijos ar kokių kitų, kol kas neaiškių priežasčių ir laikotarpiai, kai magmatizmo mąstai buvo palyginti nedideli. 17.3. Skėtros ruožų magmatizmas Didžiausio mąsto ir labiausiai ilgalaikis magmatizmas vyksta skėtros ruožuose vandenyno riftuose. Čia litosfera yra ploniausia, čia ji skyla, o jos plokščių pakraščiai tolsta. Riftų susidarymą sukelia itin dideli plumai, kurių modelį pateikė Harvardo seismologai (16.6 pav.). Tai ir yra vandenyno dugno plėtimosi ir didelio mąsto magmatizmo priežastis. Magma, išsilydžiusi mantijoje po riftais kyla iš daugelio židinių plyšiais, atsiveriančiais tolstant litosferos plokštėms. Lava užpildo atsiveriančią