Tekster og spørgsmål

Spørgsmål til læsningen | PDF

Vejledning

Faglige mål:

1. Beskrive jordens opbygning i lag og materialer
2. Forklare hvorfor jorden er geologisk aktiv ..?
3. Forklare hvilke observationer (naturvidenskabelige metode) som ligger til grund for udviklingen af den pladetektoniske modellen?
4. Beskrive den pladetektoniske model og de destruktive og konstruktive pladegrænser
5. Skelne mellem model og virkelighed / observationer
6. Beskrive de ydre og de indre geologiske processer
7. Beskrive de geologiske processer som indgår i den pladetektoniske model
8. Anvende ovenstående til at beskrive og forklare det fysiske verdenskort og de væsentligste strukturer, som et resultat af geologiske processer
9. At identificere de tre hovedbjergarter og deres særlige karakteristika
10. Beskrive modellen over det geologiske kredsløb

Eksamensspørgsmålet:

Geologi – jorden og pladetektonikken

1. Gør rede for jordens opbygning og forklar hvorfor jorden er geologisk aktiv, og hvilke geologiske processer der kan skelnes mellem?
2. Beskriv hvilke geologiske strukturer kan man iagttage på det fysiske verdenskort, og forklar på den baggrund hvilke observationer der lå til grund for udvikling af teorien om pladetektonik?
3. Forklar hvad der sker langs de konstruktive- og destruktive pladegrænser og giv konkrete eksempler herpå.

Hvad er geologi

I geologien beskæftiger man sig med jordens dannelse, jordens opbygning og de materialer som jordkloden består af ( bjergarter) og endelig de geologiske processer som har dannet den fysiske verden vi ser i dag.

I geologien kan man arbejde med følgende emner:

• Big Bang Teorien om universets dannelsen
• Jordens dannelse Om jordens dannelse ud fra eksploderende stjerne
• Jordens opbygning Kerne, mesosfære, astenosfære, litosfære, kontinent- og oceansbundsskorpe
• Bjergarterne De tre hovedbjergarter : magmatiske, sedimentære og metamorfe
• Bjergarternes kredsløb Om de indre og ydre processer som danner de tre bjergarter
• Pladetektoniske model Pladetektonik, konstruktive og destruktive pladegrænser
• Vulkanisme Flade-, kegle- og eksplosionsvulkaner
• Jordskælv og registrering af epi-center for jordskælv

Hvorfor har vi bjergkæder, dybdegrave i oceanerne og vulkaner?

Målet er at du fremover vil se på det fysiske verdenskort med lidt større interessee og faktisk forstå hvilke kræfter der har dannet de kontinenter, bjerkæder lav land og højlandet og de undersøiske bjerkæder og dybnegrave som du ser på det fysiske verdenskort.

Observationer og vores viden om verden

Menneskets forståelse af verden og herunder universet , har altid været begrænset af vores observationer - altså af hvad vi kunne se. I antikken og middelalderen havde man ikke kikkerter, og oplevede derfor stjernehimmelen som statisk, uforanderlig og evig. Man mente tillige at Jorden var verdens centrum og at solen og planeterne bevægede rundt om jorden, og de fleste havde også svært ved at acceptere at jorden skulle være rund.

Da astronomen Tycho Brahe i 1572 observerede en ny stærkt lysende stjerne på himmelen, var det første skridt taget til at forstå universet som foranderligt og dynamisk. I dag ved vi, at det som Tycho Brage så var en Supernova - en ny stjernes fødsel.

Den videnskabelige (altså ikke religiøse) forståelse af verdens skabelse blev grundlagt af Isac Newton (1643-1727), som i "Naturfilosofiens matematiske principper" fra 1687 beskriver de fysiske love - herunder tyngdekraften - som styrer planeternes baner og bevægelser.

Hermed var matematikken blevet et redskab til at beskrive naturen og universets udvikling, der som en 'maskine' følger nogle universielle naturlove.

Herfra udvikles den moderne fysik som vi kender i dag. En af de vigtigste naturvidenskabsænd var Albert Einstein (1879-1955) som blandt andet påviste at atomet må eksistere og opstiller sin relativitetsteorier - som vi ikke skal tale om her :-)

Teorien om 'Big Bang'

Hvis universet udvider sig, hvad sker der så, hvis i kunne 'spole tiden baglænds'?

Ja, så ville hele universet engang have været samlet i ét punkt - hvorfra det så er vokset ud. Dette var den første hypotese bag den i dag anderkendte teori om The Big Bang.

I følge teorien om Big Bang så var alt stof og masse på ét tidspunkt - for 13.8 mia. år siden - samlet i ét lille punkt (kaldet "en singularitet") under et abnormt stort tryk og tilsvarende temperaturer. Endvidere forestiller man sig at rum og tid ikke eksisterede! (ja - det er faktisk umuligt at forstå !)

Herfra eksploderede universet - tiden og rummet opstod og efter 3 min. dannnes de første atomkerner og efter ca. 300.000 år dannes de lette grundstoffer Hydrogen (H) og Helium (He). Efter ca. 200 mio. år får tyngdekraften H og He til at danne de første stjerner og stjernes samler sig i kæmpe stjernehobe kaldet galakser.

Siden 1960'erne har en lang række observationer været med til at underbygge teorien om The Big Bang. Det var ikke mindst udviklingen af nye teleskoper som Hubble-teleskopet i 1990 som gav mennesket helt nye observationer af universet.

En kort opsummering af universet udvikling siden Big Bang

Fra Hubble til James Webb teleskopet

Resultatet er langt bedre billeder end man havde fået med Hubble - nedenfor er vist en stjenetåge taget med hver af de to teleskoper.

Afstande: Ikke kilometer, men lysår

Med det blotte øje kan vi se ca 6.000 stjerner på himlen. Den nærmeste stjerne i forhold til vores Sol er dobbeltstjernen Alfa Centauri A +B, som er lidt over 4 lysår borte fra vores solsystem. De andre stjerner vi ser er hundreder eller tusinder af lysår borte. Men alle stjernerne vi ser med det blotte øje ligger alle sammen i galaksen Mælkevejen.

Mælkevejen - én af mange mia. galakser

Men vi er ikke alene. Uden for Mælkevejen befinder der sig milliarder af galakser - alle med mange milliarder stjerner. Man anslår i dag at universet omfatter mellem 100-200 mia. galakser! Men, men, men - det er kun den del af universet som vi kan observere! Der kan være galakser som er så langt væk at vi endnu ikke kan se dem fordi lyset fra dem ikke er nået ned til jorden! Ja - dette er meget meget svært at forstå .... jeg forstår det heller ikke :-)

Solen

Solsystemet

• De fire små terrestrisk (jordlignende) planeter eller klippeplaneterne; Merkur, Venus, Jorden og Mars. De er dannet af de tungeste materialer (sten og jern) i solsystemet
• De store gasplaneter : Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun, der - som navnet antyder - hovedsageligt består af gas. Pluto blev tidligere regnet for en planet - men betegnes i dag for en "dværgplanet".

Video animation af solsystemets dannelse 4,5 min

Jorden dannes

Fra den glødende overflade steg gasser i form af vanddamp, CO2 m.v. op og dannede jordens tidligste atmosfære. Månen blev formentlig dannet ved at en anden planet kolliderede med jorden og herefter blev til jordens måne.

I gennem millioner af år blev jorden langsomt afkølet og jordens skorpe størknede og blev fast. Samtidigt med afkølingen blev vanddampen i atmosfæren fortættet og dannede oceanerne.

Men jordens kerne er endnu glødende varm - med en temperatur på ca. 5.000 ° C. Det er denne varme som fortsat strømmer ud fra jordens kerne, som gør at jorden er geologisk aktiv. I det følgende skal vi se hvad det betyder.

Jorden er en 'klippeplanet' og består derfor hovedsageligt af en række bjerarter. Bjerarterne er opbygget af forskellige mineraler som igen består af forskellige grundstoffer. De mest almindelige og mest udbredte grundstoffer på jorden er vist i nedenstående figur.

De tungeste af disse grundstoffer er jern og nikkel som især findes i jorden kerne. Jordens overflade består derimod af de lettere grundstoffer - som f.eks. silicium.

Skorpen

Det er fra jorden skorpe at vi henter vores råstoffer som metaller, olie, gas m.v.

Jordens skorpe er opbygget af bjerarter med et højt indhold af grundstoffet Silicium og består derfor af relativ lette bjergarter. Massefylde ca. 3-6 g/cm3

Skorpens tykkelse varierer fra ca 10-100 km og udgør en meget lille del af jordens samlede masse. Ned gennem skorpen / Lithosfæren stiger temperaturen fra overfladens 0° C til hele 1300 ° C

Kappen

I jordens kappe er bjergarterne under større tryk og højere temperaturer, og vil være mere eller mindre opsmeltede eller sejtflydende som sirup.

Bjergarterne i kappen har et mindre indhold af Silicium, men en del magnesium og jern og har derfor også en større massefylde. Kappen udgør ca. 75-80 % af jordens samlede volumen og masse.

Som vi skal se senere, er det bevægelser eller strømninger (konvektion) i kappens øvre dele som forårsager de store geologiske processer, som dannelsen af bjergkæder, oceaner, jordskælv og vulkanisme.

Kernen

Det er udstrømningen af varme fra jordens kerne som gør at jorden er geologisk aktiv. Dette viser sig umiddelbart ved jordskælv og vulkanisme, og på langt sigt i opbygningen af bjergkæder og kontinenternes bevægelser.

Jordens skorpe består egentlig af tre forskellige lag

1. En kontinentalskorpen (30-70 km tyk) hvorpå kontinenterne befinder sig
2. En oceansbundskorpe (5-10 km tyk ) under oceanerne
3. Begge ligger ovenpå de tykkere og hårde lithosfæreplader ( ca 70-100 km tykke).

Det store pudslespil...

Alfred Wegeners hypotese om kontinentaldrift

Udover at konstantere at det Sydamerikanske kontinents kystlinje passede sammen med Afrikas vestkyst, så underbyggede han sin hypotese med an række andre observationer.

Under ekspeditioner til Afrika og Sydamerika fandt han de samme bjergarter på begge kontinenter, men også de samme ferskvandsdyr. Hvordan disse dyr kunne optræde på hver sin side af det store Atlanterhav gav ikke umiddelbart mening.

Ligeledes fandt han skurestriber efter is i såvel Afrika som Indien, hvilket kun kunne forklares ved at disse kontinenter måtte have ligger længere mod syd end i dag.

Superkontinentet Pangæa

Nye observationer af havbunden efter 1950 ...

Med udviklingen af store ubåde i tiden efter 2. Verdenskrig begyndte man at kortlægge havbunden på jordens oceaner. Man havde hidtil forestillet sig at oceanbunden udgjorde en kæmpe flad slette af sand og andre sedimenter. Det man fandt var noget helt andet!

De mest epokegørende opdagelser var følgende:

• Langs midten af Atlanterhavet fandt man en flere kilometer høj bjergkæde - i dag kendt som den Midtatlantiske højderyg. Langs bjergkæden var der endvidere vulkansk aktivitet og det viste sig at Island ( og en række mindre øer ) i virkeligheden blot er en del af denne undersøiske bjergkæde.
• Den Midtatlantiske højderyg var endvidere gennemskåret af en gravsænkning - som direkte kan ses på Island
• Målinger af alderen på Atlanterhavets bund viste, at oceanbunden var yngst langs højderyggen og ældst jo længere væk herfra man kom.
• Endvidere fandt man, at oceanbunden ikke bestod af sand og sedimenter, som man hidtil havde antaget, men derimod af den vulkanske bjergart Basalt.
• Andre steder - ikke mindst ikke mindst i Stillehavet fandt man omvendt kilometer dybe gravsænkninger - hvor havbunden nåede ned til 11 kilometers dybde i Mariannergraven. Disse områder kender vi i dag som dybdegrave.

Hvis vi ssmmenligner dette kort med det fysiske verdenskort, kan man se et tydeligt sammenfald mellem en række fysiske fænomener og udbredelsen af jordskælv / vulkaner.

Det vi først og fremmest kan se er følgende:

• Udbredelsen af jordskælv / vulkaner ligger i lange udbrudte kæder - såvel på kontinenterne som i havet. De optræder altså ikke i et tilfældigt spredt mønster.
• Ned i gennem Atlanterhavet og op i det Indiske ocean og i Stillehavet finder vi lange 'kæder' af jordskælvsområder.
• Stillehavet er omkredset af en næsten ubrudt række af vulkaner - også kendt som "The Ring of Fire". Vulkanerne følger bjergkæderne i Nord- Sydamerika og øbuerne i det vestlige Stillehav ( østlige Asien)
• På kontinenterne finder vi jordskælv / vulkaner i de områder hvor vi har de store bjergkæder; fra Rocky Mountains i Nordamerika gennem Andesbjergene i Sydamerika. I Europa er det Alperne videre over Tyrkiet, Iran og Afghanistan til Himalaya bjergkæden i Asien.
• I den nordvestlige del af Stillehavet / østlige Asien finder vi de vulkanske øbuer med Aleuterne, Kurillerne, Japan, Philippinerne og Indonesien.
• Endeligt kan vi se dybdegravene langs Sydamerikas vestkyst og langs økæderne i Asien.

Foreløbig konklusion

Vi ser altså at der er særlig udpræget geologisk aktivitet (jordskælv og vulkanisme) netop i de områder, hvor vi finder de fysiske strukturer som bjergkæder, øbuer, højderygge og dybdegrave i oceanerne!

Spørgsmålet er så, hvordan man har forklaret dette? Det skal vi se i det følgende.

Pladetektonikken som den nye teori

1967: Teorien om pladetektonik

I følge den pladetektoniske model består jorden skorpe (lithosfæren) ikke af én sammenhængende skal, men derimod består af 7-8 store og en række mindre plader som vist i Figur 5.

Det er vigtigst at forstå, at kortet med de tektoniske pladegrænser ikke er baseret på direkte observationer, men alene indirekte observationer af de fysiske strukturer som sådanne bevægende pladegrænser skaber på jordoverfladen og under havet. Det tektoniske kort i fig. 5 er altså en model af hvordan vi forestiller os skorpen ser ud.

Med udviklngen af GPS (Global Position System) og radarteknologi har man endvidere kunnet måle hvor hurtigt kontinenterne bevæger sig i forhold til hinanden. Hastigheden er angivet i cm pr. år i kortet t.h.

1: Det fysiske verdenskort

2: Udbredelsen jordskælv og vulkaner

3: De tektoniske pladegrænser

1. Konstruktive eller divergerende pladerande,
2. Destruktive eller konvergerende pladerande, og endelig
3. Bevarende eller transforme pladerande .

Det du i første omgang skal lægge mærke til er pladernes bevægelsesretning i de tre tilfælde.

• I de konstruktive pladerrande bevæger pladerne sig væk fra hinanden
• I de destruktive pladerande bevæger de sig imod hinanden, og
• I de bevarende pladerande bevæger de sig langs hinanden.

Opsplitning af kontinenterne

Ordet konstruktiv (= opbyggende) virker derfor umiddelbart misvisende. Men forklaringen er, at der hvor et kontinent splittes fra hinanden skabes der noget nyt - nemlig en ny oceanbund! Derfor kan pladegrænsen betegnes som konstruktiv :-)

Man mener der sker følgende:

• Opstigende varmestrømme fra kernen smelter bjerarterne i jordens kappe
  
• De opsmeltede bjerarter udvider sig, bliver lettere og stiger opad til kappens øverste lag Astenosfæren.
• Når den opstrømmende varme møder den faste lithosfære plade vil denne langsom revne, og de opstrømmende smeltede bjerarter (=magma) vil langsom trække kontinentpladen fra hinanden.
• Opstrømmende magma danner vulkansk bjergkæde (oceanryg) og ny oceanbundsskorpe

Se også disse:

Illustration 2
eller denne video
eller denne video animation

Udviklingen af et ocean

De enkelte faser (a-b-c-d) kan beskrives således:

1. Opstigende magma i astenosfæren løfter lithosfæren op og der dannes sprækker kontinentalskorpen, som langsom trækkes fra hinanden.

   Du kan forestille dig at det var sådan at Sydamerika og Afrika oprindeligt - for ca. 65 mio. år siden blev delt.

2. I takt med at kontinentalskorpen trækkes længere fra hinanden skabes en såkaldt gravsænkning i landskabet. Forskellige stadier i denne proces kan ses ned gennem det østlige Afrika ( Rift Valley i Kenya og de aflange søer)
3. I takt med at gravsænkningen udvikles vil den fyldes med vand og et nyt hav er under udvikling. Dette stadie kan i dag ses med det Røde Hav hvor Afrika og den Arabiske halvø trækkes bort fra hinanden.
4. I den sidste fase er der dannet et nyt ocean (f.eks. Atlanterhavet) med en midterryg. Langs midterryggen stiger magma / lava op og danner ny oceanbundsskorpe. Denne fase kan illustrere den nuværende adskillelse af Afrika og Sydamerika og dannelsen af Atlanterhavet.

1. Oceanplade mod kontinent

Da oceanbunden er tungere end kontinentalskorpen synker den første ned under den anden. Hvor ocenanbundsskorpen møder kontinentet dannes en dybdegrav

Under nedsynkningen (subduktion) opvarmes lithosfærepladen og oceanbundsskorpen og nogle af bjergarterne begynder at smelte (= magma) og magmaen vil søge opad og danne vulkaner. Jordskælv er hyppige i dissesubduktionszoner.

Denne situation kan i dag observeres langs Sydamerika vestkyst, hvor Nasca-pladen dykker under den Sydamerikanske plade.

Kilde:https://virtuelgalathea3.dk/artikel/sammenst-dszoner-destruktive-pladerande

2. Oceanplader støder sammen

Pladen der synker ned opvarmes , bjerarterne smelter og vil søge opad og skabe vulkaner. Vulkanerne vil danne en vulkansk øbue.

I subduktionszonen vil der være hyppige jordskælv, og da disse jordskælv sker i havet , vil de kunne udløse Tsunamier.

Disse pladegrænser er særdeles udbredt i det østlige Asien (det vestlige stillehav), hvor vi finder de vulkanske øbuer som Aleuterne, Kurillerne, Japan, Philippinerne og Indonesien.

3. Kontinentplader støder sammen

Den tidligere oceanbundsskorpe vil blive foldet op i nye bjergkæder ( foldebjerge). Dette kan i dag ses med bjergkæden Himalaya, som er dannet ved at Indien (som var et tidligere kontinent) er støt sammen med Asien.

En tidligere fase af denne form for pladegrænse kan i dag ses i Middelhavsområdet, hvor den afrikanske plade stødder sammen med den euroasiatiske plade. Herved er Alperne blevet dannet (foldebjerge) og de vulkanske øer i Middelhavet - f.eks. Sicilien, Milos, San Torini m.fl.

San Andreas forkastningen

Her bevæger to lithosfæreplader sig langs med hinanden, nemlig Stillehavsplade som bevæger sig mod nordøst og den Nordamerikanske plade som bevæger sig mod sydøst.

Langs forkastningen vil jordskælv kunne forekomme, mens der ikke findes vulkanisme.

Konvektionstrømme

Konvektion opstår i væsker eller gas når der er forskelle i temperaturen og densiteten (tætheden / massefylde).

Vi kender det fra atmosfæren , hvor luften varmes op ved jordoverfladen og dermed udvider sig og bliver lettere - luften vil stige opad hvor lufttrykket er lavere og således skabes de cirkulationsceller eller konvektionsceller af luft i jordens atmosfære, som du forhåbentlig har lært om i klimatologi.

De samme fysike love må gælde for jorden indre. Varme fra jorden kerne vil søge op gennem jordnes kappe og her vil nogle af bjergarterne blive mere eller mindre flydende - også kaldet 'magma'. Man forestiller sig at denne varmeopstigning kun sker i bestemte områder af kappen, hvor magmaen rammer undersiden af den hårde lithosfære og herefter glider ud til hversin side.

Herved trækkes lithosfærepladen langsomt fra hinanden, og vi får skabt en konstruktiv pladerand. Den nu aflølede magma bliver tungere og synker derfor ned længere væk fra spredningszonen.

Se Opgave 3     Opgave 3

• Observationer - f.eks at kontinenternes kystlinjer passer sammen
• Spørgsmål - hvad kan forklaringen være på dette ?
• Hypotese - er det måske fordi kontinenterne har hængt sammen i ét kontinent?
• Indsamling af data - som kan bekræfte eller afkræfte hypotesen
• Analyse af data; udbredelsen af jordskælv, vulkanisme, bjergkæder, dybdegrave og højderygge.
• Opstilling af teori - f.eks Wegners 'Kontinentaldrift' og senere teorien om pladetektonik
• Model som illustrerer teorien - f.eks. den pladetektoniske model

Hvad afgør om en teori er brugbar?

Jorden er geologisk aktiv

Vi kan skelne mellem indre og ydre geologiske processer:

Indre geologiske processer

P.g.a. det høje tryk og de høje temperaturer i jorden skorpe / kappe omdannes bjergarterne til metamorfe bjergarter

Nogle steder vil varmeudstrømningen fra kernen nå op til jordoverfladen og her danne vulkaner. Magmaet (lava) afkøles nu hurtig og danner bjergarten basalt.

Under jordens skorpe vil strømme (konvektionsstrømme) af smeltede bjergarter nogle steder trække jordskorpens plader fra hinanden og andre steder mod hinanden.

I begge tilfælde optræder jordskælv og hvor to plader støder sammen, vil der dannes vulkanske øer eller nye bjergkæder.

Ydre geologiske processer

Jordens atmosfære - og klimasystemet - betyder omvendt at bjergarterne på jordens overflade hele tiden udsættes for forvitring og nedbrydning p.g.a. vind og vejr, vand og frost.

Bjergarterne ( bjergene) vil langsomt men sikkert blive omdannet til sedimenter (sand, grus og ler) som aflejres på kontinenterne eller i havet langs kontinenterne.
Når sedimenterne kommer under stigende tryk vil der dannes sedimentære bjergarter

Lige som det biologiske liv har udviklet sig gennem millioner af år, så er jordens overflade under konstant - omend usigelig langsom - forandring. Over mange millioner af år driver kontinenterne rundt, mens oceaner og bjergkæder forsvinder og nye opstår.

Det er alt dette du skal lære om i geologi. :-)

Bjergarterne

jern (35 %), ilt (30%) Silicium (15%), Magnesium (13%), Nikkel (2,4%) og mindre mængder af Svovl, Calcium, Aluminium m.fl.

Grundstofferne indgår i forskellige kombinationer hvor de danner mineraler, som er bjergarternes byggesten.

Der findes mere end 3.000 mineraler på jorden, men en lille gruppe af disse er særlig hyppige i jordens skorpe og kaldes derfor de bjergartsdannende mineraler.

De vigtigste er:

• kvarts (Silicium Si) lyse mineraler = sand
• feltspat - rødlige mineraler
• amfibol - (hornblende) mørke mineraler

1. Magmatiske (vulkanske)

• Dybbjergarter (plutoniske). Grovkornede
• Dagbjergarter - finkornede

2. Sedimentære:

• Uorganiske (bjergarter) - ofte lagdelte
• Organiske (plankton / skaldyr i havet)

Metamorfe bjergarter

ofte ligger mineralerne "båndene "

Når vi har forskellige bjergarter skyldes det således at de er et resultat (produkt) af forskellige geologiske processer!

De geologiske processer som danner de tre hovedtyper af bjergarter kan illustreres i det geologiske kredsløb.

Nogle af de geologiske processer finder alene sted på jordens overflade og kaldes de ydre eller eksterne geologiske processer.

Andre processer finder sted i jordens indre og kaldes derfor - de indre eller interne geologiske processer.

Animation af bjergarternes dannelse

Keglevulkan

Skjoldvulkan

Eksplosionsvulkan

Sammenfatning

Du skal dernæst kunne forklare udbredelsen af disse geologiske strukturer / fænomener med det tematiske kort som er vist t.h.