Next Page

1. Fizikai földtan: bevezetés és célkitűzések

Miért fizikai földtan?

A földi jelenségek megfigyelésével és leírásával a filozófia, majd az eszközök fejlődése révén a fizika foglalkozott. Kezdetben szinte segédeszközök nélkül, azaz csak a matematika és geometria segítségével folytak kísérletek és megfigyelések. Amint a tapasztalatok szaporodtak, és a segédeszközök (pl távcső, mikroszkóp, kompasz, később röntgensugárzást keltő berendezések, magfizikai műszerek, elektronmikroszkóp, stb.) már rendelkezésre álltak, a földi jelenségek megfigyelései új tudománnyá, a földtanná fejlődtek. A földtan azonban sohasem szakadt el fizikai alapjaitól, s a földtani jelenségek magyarázatául fizikai törvényeket használunk fel. Az elméleti és kisérleti fizika szívesen alkalmaz a valóságtól különböző, leegyszerűsített modelleket (pl. súlytalan szálon függő inga, kiterjedés nélküli pontszerű test stb). A földtani térben a megfigyelhető jelenségek az egyszerű modelleknél sokszorta összetettebbek, és sokszor nem elemezhetők a jelenleg rendelkezésre álló matematikai eszközök segítségével. A jelen tárgy keretében a földtan jelenségeit fogjuk tárgyalni, de megpróbálunk, amennyire csak lehet, visszanyúlni azokhoz a fizikai alapokhoz, amelyekre a jelenség magyarázata épül.

A fizika fejlődése

A fizika, mint tudomány fejlődését több nagy szakaszra bonthatjuk. Ebben önkényesen négy mérföldkő tűzhető ki. Az első mérföldkő a görög gondolkodók munkássága (elsősorban Platon és Aristoteles, Archimedes, Euklides) az anyagi világ alapvető, látható jellegeinek felismerésével . A második mérföldkő a 17. század (Kepler, Galilei, Newton, Huygens), a mechanika törvényeinek felismerésével és alkalmazásával. A harmadik mérföldkő a 18-19. század (Volta, Ampere, Maxwell) az elektromosság, elektromágneses jelenségek felismerésével. A negyedik mérföldkő a 20. század (Rutherford, Bohr, Einstein, Heisenberg) a radioaktivitás, a relativitáselmélet, s az atomi világ belső szerkezetének megismerésével. A fenti mérföldköveket a földtani megismerés késésekkel követte. Ma ott tartunk, hogy a mechanika törvényeit már kielégitően, az elektromágnesség jelenségeit nagy közelítésekkel és egyszerűsitésekkel tudjuk földi közegben és természetes viszonyok között követni. A negyedik mérföldkő tájékához a földtannak csak a legelső előörsei jutottak el. A késés egyik oka a földtani közeg bonyolultsága - a talaj, a kőzetek, illetve a bennük mozgő fluidumok sokváltozós, bonyolult geometriájú rendszerek, amelyek jelentős része térben a bennük lezajló folyamatok pedig időben elérhetetlenek számunkra.

Történeti bevezető

Első találkozásotok a földtannal, s abból szétágazó szakágaival e tárgy keretei között történik meg. Tekintsétek ezt a találkozást egy várhatóan hosszantartó és élvezetes kalanddal való ismerkedésnek, amelynek révén egy szerteágazó tudománycsoport közös alapjaival ismerkedhettek meg.

A középkori földtani ismereteket valójában a sokkal korábban már iparrá fejlődött bányászat gyűjtötte, foglalta össze. A mellékelt illusztráció egy német bányaváros orvosának, Georg Bauernek (latin néven Agricolának) a művéből, a De Re Metallica-ból való (1525). Ez a könyv volt az akkori bányászati, kohászati, földtani, mérnöki ismeretek legteljesebb összefoglalása, máig alapvetőnek tekintett munkája. A földtan valójában fiatalabb tudomány mint az orvosi, vagy a bölcsészeti tudományok nagy része, de fiatalabb az olyan alapvető természettudományoknál is, mint a csillagászat, a fizika, kémia. Bár ez utóbbiak a Földdel, s a földi jelenségek vizsgálatával kezdték saját rendszerüket kiépíteni, a Földdel, mint egésszel csupán filozófiai értelemben foglalkoztak.

A bányászat és a földtan kapcsolata

A földtani ismeretek gyökerei a legkorábbi filozófusokig nyúlnak vissza, de önálló tudományként a bányászati alkalmazásokból fejlődött ki, és az ismeretek fejlődésének irányát a gazdaság igényei és szükségeltei irányították.

A középkor végén, a közép- és dél-amerikai indián birodalmak akkori fejlett arany- és ezüstbányászatából felhalmozott kincsek hozták meg a gyarmatosító országok, Spanyolország, Portugália gazdagságát. Az indián birodalmak bukásának egyik fő oka szintén nyersanyagokra vezethető vissza: az akkori európai fejlett vas- és acélgyártás sokkal keményebb és ellenállóbb anyagai, s ebből készült fegyverek győztek az indián kultúrák kisebb keménységű fémre, a rézre alapozott hadifelszerelésével szemben.

Az európai kultura és fejlődés egyik kora újkori (vagy késő középkori) aranykora volt a 17. század. Ekkor kerül uj alapokra a csillagászat Galilei felismerései nyomán, a fizika Newton munkásságával, a gravitáció jelentőségének felismerésével, s ekkor léptek ki a természettudósok a mindennapok keretei közül, s kezdték a földi folyamatok történetét, eredetét vizsgálni. Nicolaus Steno az 1660-as években ismerte fel a kőzetek sajátos arculatát - fáciesét - s vont le máig helyes következtetéseket az egymás felett települő kőzetek korviszonyairól.

A következő évszázadban a fejlődés, ugrás tovább folytatódott. Ez a század jelenti a fosszilis energia használatának kezdetét, a kőszéntermelés megindulását. Abban az időben Magyarország a Habsburg birodalom egyik jelentős ásványi nyersanyagforrása, s ezzel együtt jövedelemforrása volt, s így bányászatának komoly figyelmet szenteltek. Ennek eredménye volt az akkori Európa legnagyobb bányászati akadémiájának, egyetemünk anyaiskolájának megalapítása 1735-ben. Igen komoly bányászati, földtani, ásványtani iskola fejlődött ki az Akadémia talaján, melynek eredményei valójában az 1800-as években értek be.
Megindult a Kárpátok részletes vizsgálata, megismerése. A mellékelt könyv címlapja 1791-ből származik, egy német természettudós összefoglaló munkája a Kárpátok ásványtani földtani felépitéséről s a rajta lévő rajz akkoriban még működő bányavidékünk, Telkibánya egyik feltárását ábrázolja.

Európában eközben az ipari fejlődés új sebességre kapcsolt, s ez sarkallólag hatott a földtan fejlődésére is. Az akkori angol birodalom járt élen ebben a fejlődésben, s érthetően innen származnak a földtani tudomány akkori legjelentősebb sikerei is. Több nevet kell említeni.
Az egyik James Hutton (1795, Theory of the Earth) aki felismeri a mai természeti jelenségek és a múltbeli földtani jelenségek, folyamatok közötti hasonlóságot (uniformitarianizmus elve). A másik Charles Lyell (1830, Principles of Geology), aki kihangsúlyozta hogy a földtani fejlődés fő szakaszait katasztrofális méretű földtani jelenségek vezetik be. Egy harmadik brit, Charles Darwin (1859, The origin of species) aki egy francia előd, Lamarcq nyomában a biológiai evolució alapjait fektette le, s feltételezte, hogy a jelenkorban élő fajok kialakulásához 200 millió évnél hosszabb időre volt szükség. Ez forradalmi áttörés volt az addig a Biblián alapuló földtörténeti korbecslésben.

Az 1800-as évek kezdetén Magyarország még nem indult meg az ipari fejlődés kapitalista útján. Valószinűleg nem véletlen, hogy a fejlett nyugatról országunkba utazók (az angol Smith, a francia Beudant) bőséges részletességgel foglalkoztak országunk földtani jellegeivel, bányászatával. A fenti metszet Beudant magyarországi utinaplójából való, és a Balatonfelvidék vulkánjainak földtanát mutatja be.

1849-ben alakult meg, az ország első tudományos társaságaként a Magyarhoni Földtani Társulat. Az 1850-es évektől a század végéig készült el az ország első földtani térképezése osztrák, magyar, szlovák, román geológusok részvételével, a Kárpátok közé foglalt térség földtani ismereteinek mai alapjait adva. A század végén jött létre az önálló Magyar Királyi Földtani Intézet, mai földtani szolgálatunk elődje, melynek további munkája a 20. században meghatározta a magyar földtan fejlődését.

Az első világháború utáni trianoni békeszerződés az ország gazdaságának és tudományos életének minden szférájára súlyosan hatott, de különösen igaz volt ez a bányászatra, s ezen keresztül a földtan fejlődésére, mivel Magyarország nyersanyagforrásai a határokon kívülre kerültek. Ekkor kapott jelentős hangsúlyt a mai országhatárok közötti területek földtani megismerése, nyersanyag lelőhelyeinek kutatása és fejlesztése.

A külvilágban az említett évtizedekben a bányászat gyorsan hóditja meg a kontinenseket. Az aranyláz kontinensről kontinesre terjed: 1850-ben Kaliforniában, az 1860-as években az ausztráliai Ballarat vidékén, az 1890-es években a dél-afrikai Johannesburgban, az 1900-as évek elején a nyugat-ausztráliai Kalgoorlie vidékén indulnak jelentős aranybányák. Ezzel együtt kezdődik a már mai értelemben is nagyipari vasércbányászat Elszász-Lotharingiában, Svédországban, rézérc bányászat az USA Butte/Montana lelőhelyén.

A földtani tudomány az ipar fejlődését hol követve, hol megelőzve lép újabb területekre és tagozódik újabb ágazatokra. Különválik és önállóan fejlődik az ásványtan és kőzettan, őslénytan, sztratigráfia. Szétágazik, és elválik a hagyományos földtantól a kőzetfizika, kőzetmechanika, talajmechanika, későbbi nevén geotechnika. A 20. század elejétől számítható a hidrogeológia és geofizika, mint önálló tudományágak kialakulása. önállósul a szerkezeti földtan. A század vége felé, az új társadalmi igényekre válaszul átrendeződnek a hagyományos ágazatok hangsúlyai, és kialakulnak új tudományágak - például a környeeti földtan. A fizikai és kémiai tudományokban elért mérföldkövek rövid idő alatt beépülnek a földtani ágazatokba: a kristálytan fejlődését a röntgensugárzás felfedezése, a földtani kronológia forradalmát a radioaktív bomlás felismerése tette lehetővé.

Több magyar nevet kell említenünk, akik a földtan fejlődésében jelentős szerepet játszottak: Eötvös Loránd a gravitáció kutatásában és mérésben, a torziós inga kifejlesztésében tett szert világhírre. Zsigmondy Vilmos a múlt század végének jelentős egyéniségeként a magyarországi felszín alatti vízkutatások megalapozója volt. Szabó József a pesti tudományegyetem első földtan professzoraként, Mauritz Béla az ásványtan tanszéken a vulkáni képződmények osztályozásában, a kőzettan megalapozásában játszott úttörő szerepet. Hoffmann Károly és Böckh Hugó a rétegtani-őslénytani kutatások hazai alapjait rakta le. Vitális István a hazai kőszénkutatások fontos alapjait teremtette meg. Bandat Horst a légifotó-geológia egyik módszer fejlesztője volt.

A magyar földtan mai színvonalának kialakításában a közelmúlt több jelentős egyénisége játszott döntően közre: Papp Simon a ipari kőolajkutatások első jelentős hazai irányítója volt. Vadász Elemér a kőszénkutatásokban, majd az ország rétegtani megismerésében, és a földtan oktatásában játszott fontos szerepet. Szádeczky-Kardoss Elemér a kőzettan, geokémia, kőszénföldtan területén dolgozott, s a szakma egyik utolsó jelentős polihisztora volt. Telegdy Roth Károly és Bogsch László az őslénytani kutatás és oktatás területén alkotott jelentőset.

Mi tehát ma az általános földtan? A válasz nehéz és szubjektív. Amit most e tárgy keretében három félév alatt körüljárunk és vizsgálunk, a felsorolt (és a többi) földtani tudományágnak azok a részei, ami mai ismereteink szerint közös, és egymás ismeretanyagából szélesebb szakmai megismerésre érdemes. Itt kell majd kifejlesztenünk és begyakorolnunk a mindennapi élet egyszerű, egy vagy két dimenziós látásmódja helyett a négy dimenzióban, tér-időben zajló folyamatok megismerési módszereit. Az itt kapott ismeretek jelentik majd a "fordítási kulcsot", kapcsot egyik tudományág és egy másik, például a hidrogeológia és a sztratigráfia között. Mérnöki szakág lévén, kisérletet teszünk a földtan olyan jellegeinek részletes vizsgálatára, amelyeknél a megszerzett fizikai, matematikai, kémiai ismeretek jelentős és szükséges előfeltételt jelentenek. Végül, mint minden mérnöki tudomány esetében, itt is súlyt fektetünk a tudományos módszerek mindennapi életben való alkalmazásaira.

Elmélet, gyakorlat, számonkérés

Belépő
A földtanból az aláírás megszerzéséhez az első félévben egy földrajzi tesztet kell teljesíteni. A második félévben ez a teszt fizikából, a harmadik félévben kémiából lesz. Az első - földrajzi - teszt lényege gyakorlatilag helyismeret, azaz városok, hegységek, folyók, tavak, szigetek stb nevét, helyét kell ismernetek. A tesztet a félév lezárásáig bármikor teljesíteni lehet, erről a gyakorlatvezető ad felvilágosítást.

Elmélet
Az elméleti előadásokra az első félévben hat alkalommal kerül sor. Az elméleti előadásokon a részvétel ajánlott, mivel az irott anyagnál bővebb, az aktuális témákkal kibővített előadásokra kerül sor. Az elméleti anyag előadásonként fejezetekre bontva a tanszéki szerveren "foldtan" alkönyvtárban elérhető.

Beszámolók

Az elméleti anyagból minden félévben 4-4 tesztet írtok (súlyuk 25-25 %). A tesztek pontértéke egyenként 30 pont.
A jegy kialakítása az alábbiak szerint történik: 30-25: jeles, 24-20: jó, 19-15: közepes, 15-13: elégséges, 12 vagy alatta: elégtelen. A tesztek súlyozott átlaga az elméleti vizsgajegybe 75 % súllyal számít bele. Egy elégtelen teszt az év utolsó gyakorlati foglalkozásán ismételhető. Az ismételt tesztre kapott jegy az eredetit helyettesíti.

Az elméleti anyaghoz kapcsolódva minden félévben 1-1 választott témában esszét kell készíteni írásban, majd ezt előadni szóban. Az esszétémákat és az értékelés módját az "esszé" file-ban találjátok. (súlya 25%).

A két teszt és az esszé alapján kapott három jegy átlaga adja a megajánlandó félévi jegyet. Ha a megajánlandó jegy 1,0, akkor ez szóbeli beszámolóval nem javítható.

A megajánlandó jegyhez kapcsolható egy szóbeli beszámoló, mellyel javíthatsz vagy ronthatsz az addig elért érdemjegyeden. (súlya 33%).

Gyakorlat

A gyakorlati foglalkozásokon a részvétel kötelező. Egy hiányzást alapos indoklással elfogadok. Az aláírás feltétele a részvétel és minden kiadott gyakorlati feladat elvégzése.

A gyakorlati feladatok három típusával fogtok találkozni:
- terepi feladatok
- kidolgozandó feladatlapok (szerkesztések, számítások)
- belső labormunka - gyűjtemény, laborvizsgálatok stb.

A gyakorlatokat a gyakorlatvezető minősíti, s ad 0, 0.5, vagy 1 pontot az alábbi kategóriákban:
- terepi munkavégzés - tájékozódás - terhelhetőség
- kidolgozott feladatlapok helyes elvégzése
- labor felismerési tesztek: kőztanyagok, internet anyagok
- kiegészítő tájékozódás - könyvtár- és internethasználat
- csapatmunka, vezetési képességek
- idegen nyelvi tájékozódási készség

A gyakorlati érdemjegyet a pontok összege adja.

Bónusz pontok

A hallgató félévenként 0,5 -1 bónusz pontot kaphat az alábbiakért:
- 0,5: érvényes szakmai egyesületi tagság
- 1:    részvétel TDK kutatói munkában
- 1:    szakfordítás angolról magyarra és angol nyelvű beszámoló kiadott szakcikk/internet közlemény témájában.
A megszerzett bónusz pontot a földtani elméleti vagy gyakorlati jegybe beszámítom.