Alapfogalmak

A földtan mint tudomány

A földtan tárgya

az ásványok és kőzetek keletkezése
a földkéreg mozgásai, a kontinensek, óceáni medencék, hegységek keletkezése, az ezzel kapcsolatos események sorrendje
a nyersanyagok és energiahordozók keletkezése, előfordulása
az élet kialakulása és fejlődése
a földtani folyamatok és az emberi tevékenység kölcsönhatásai

A földtan módszere

empirikus
experimentális
teoretikus

A természettudományok és a geológia fejlődése

Arisztotelész (Kr. e. 384-322): csillagászati és biológiai jelenségek leírása, geocentrikus elmélet

Arisztarkusz (Kr. e. 312-230): heliocentrikus elmélet

Ptolemaiosz (Kr. u. 150): geocentrikus elmélet, bolygók mozgásának geometriája

N. Copernicus (1473-1543): heliocentrikus elmélet kidolgozása

J. Kepler (1571-1630): bolygók mozgástörvényei

G. Galilei (1564-1642): új csillagászati és fizikai felfedezések

I. Newton (1642-1727): a tömegvonzás és az égitestek mozgásának törvényszerűségei

G. Agricola (1546): ásványtani és bányászati könyvek

N. Steno (1638-1686): települési törvények

J. Hutton (1726-1797): uniformitarizmus elve

Ch. Lyell (1797-1875): aktualizmus elve

A. Wegener (1880-1930): kontinensvándorlás elmélete

H. Hess (1906-1969): lemeztektonikai elmélet

Kép Georgicus Agricola 1556-ban megjelent De Re Metallica című könyvéből

A Föld mint égitest és rendszer

A világegyetem kialakulása

"Big Bang": kb. 15 Md évvel ezelőtti ősrobbanás

Táguló hidrogén és hélium gázfelhő
Protogalaktikus gázfelhők - nebulák
Nebulák sűrűsödése - termonukleáris reakció - csillagok - szupenovák

A Tejútrendszer elvi felépítése. A fiatalabb csillagok a spirális karokban helyezkednek el. A mi Naprendszerünk a Tejútrendszer peremvidékén található

A Naprendszer keletkezése

A Naprendszer kialakulása. A: A gáz- és por anyagú kozmikus felhő sűrűsödni kezd. B: A tömeg a forgó mozgás miatt szétlapul. C: A külső részekből gyűrűk szakadnak le, melyeknek anyaga bolygókká tömörül

A Naprendszer felépítése

A Naprendszer felépítése. A méretkülönbségek jelzik a bolygók méreteinek eltérését

A Naprendszer bolygóinak adatai

A Föld övezetességének kialakulása

A kezdetben szilárd állapotú Föld anyagi eloszlása homogén volt (A). Az elkülönülési folyamatok a földtömeg megolvadása révén váltak lehetővé (B). Az elkülönülés során a nehéz elemek a magban, a könnyebbek a külső övekben koncentrálódtak (C)

A Föld öves felépítése

Információforrás:
P és S hullámok terjedése

A Föld belső övei összetétel alapján:

mag
köpeny
kéreg

A Föld belső övei fizikai jellemzők alapján:

belső mag
külső mag
mezoszféra
asztenoszféra
litoszféra

A Föld belső övei. A külső, merev litoszférát a szilárd, de képlékeny ("gyenge") asztenoszféra követi, majd a mezoszféra ismét ridegebb. Az alatta lévő külső mag folyékony, majd a belső mag - bár kémiai összetétele hasonló a külső magéhoz, az óriási nyomás miatt szilárd jellegű. A litoszférán belüli kéreg kontinentális és óceáni kéregre tagolható

Külső és belső eredetű geológiai folyamatok

Külső eredetű (exogén) folyamatok:

Mállás
Lepusztulás
Üledékképződés

Energiaforrás: a Nap hője

Belső eredetű (endogén) folyamatok:

Magmás tevékenység
Diagenezis
Metamorfózis
Kőzetdeformáció
Földrengések
Lemeztektonika

Energiaforrás: a Föld belső hője (radioaktív bomlás, kristályosodás, atomátalakulás, földi maradványhő)

A földi hő terjedése

Hővezetés (kondukció): szilárd anyagban
Hőáramlás (konvekció): folyadékokban vagy gázokban
Geotermikus gradiens: hőmérséklet-emelkedés mértéke a Föld belseje felé haladva (^oC/km)

Konvekciós áram kialakulásának magyarázata. A felmelegedett, kisebb sűrűségű anyag felfelé mozog (A). Az asztenoszférában lassú anyagmozgással zajló konvekciós áramlás tartja mozgásban a litoszféra-lemezeket (B)

Geotermikus gradiens a kontinentális és óceáni litoszférában. Az utóbbiban a hőmérsékletemelkedés jelentősebb. Az asztenoszférában a gyorsabb konvekciós hőátadás és az adiabatikus tágulás miatt a geotermikus gradiens nagymértékben csökken

Lemeztektonikai alapfogalmak

A Föld jelentősebb litoszféra lemezei. A lemezhatárok nem esnek egybe a kontinensek határaival. A lemezek mozgásának irányát a nyilak jelzik

Lemezszegélyek típusai:

Divergens (szétnyíló, akkréciós, épülő)
Konvergens (összetartó, konszumációs, felemésztődő)
Transzform vetős

Divergens és konvergens lemezszegélyek vázlata a lemezhatárok feltüntetésével. Az előbbinél óceánközépi hátság, az utóbbinál mélytengeri árok jön létre

Szubdukció és kollízió

Konvergens lemezszegélyeknél következik be
Hegyláncok kiemelkedésével zárul

Hegyláncok kialakulása kollízióval. Az alábukó lemez az üledékrétegeket a kontinens szegélyéhez nyomja és deformálja. A lehajló óceáni kéreg olvadni kezd, a magma vulkánok formájában felszínre kerül. A két kontinens ütközésével az óceán eltűnik, a vulkanizmus megszűnik, gyűrt, deformált rétegekből álló hegylánc jön létre

A Föld mint rendszer

Rendszer (természettudományos):
az univerzum bármely lehatárolható része

A rendszerek típusai

Izolált
Zárt
Nyitott
Dinamikus
Statikus

Nagy földi rendszerek:

Atmoszféra
Hidroszféra
Bioszféra
Geoszféra (litoszféra)

Akváriumgömb mint zárt rendszer. A külvilágtól üvegfallal elszigetelt nyitott rendszerek (víz és növények) között anyagkicserélődés van, de az egyensúly miatt a rendszer sokáig stabil. Az üvegfalon keresztül csak energia kicserélődés lehetséges

A Föld mint zárt rendszer

A Föld mint zárt rendszer. Energiaáramlás működik a határain keresztül, de anyagáramlás - eltekintve az elhanyagolható meteoritoktól illetve az eltávozó hidrogéntől - nincs. A Föld négy fő alrendszere között anyag és energia kicserélődés is zajlik

A nagy földi ciklusok

Visszacsatolás (feedback):

Pozitív
Negatív

A negatív visszacsatolás stabilizálólag hat a rendszerre: ciklusok jönnek létre.

A nagy földi ciklusok. Minden földi folyamat működésének alapja az energia. A földi rendszerek közötti anyag- és energia kicserélődés révén körfolyamatok jönnek létre.

A litoszféra építőanyagai: ásványok és kőzetek

Ásványok:

Meghatározott kémiai összetétel és kristályszerkezet jellemzi őket
Ismert ásványok: kb. 4000 ásványfaj
Kőzetalkotó ásványok: kb. 15
Kémiai elemek: 90 (természetben)
Kőzetalkotó ásványokat felépítő elemek: 8

Elem	tömeg %

oxigén	45,20
szilícium	27,20
alumínium	8,00
vas	5,80
kalcium	5,06
magnézium	2,77
nátrium	2,32
kálium	1,68
titán	0,86
hidrogén	0,14
mangán	0,10
foszfor	0,10
az összes többi elem	0,77

összesen	100,00

A földkéreg felépítésében legjelentősebb szerepet játszó elemek

Atom: atommag + elektronok
Atommag: proton + neutron
Izotóp: azonos rendszám, különböző tömegszám
Ion: kation vagy anion, szilárd anyagokban összekapcsolódnak
Kötéstípusok: ionos, kovalens, fémes, van der Waals, hidrogénkötés

Kősó (NaCl) kristályok. A szabályos (köbös) rendszerben kristályosodó ásványban a kémiai alkotók ionos kötéssel kapcsolódnak

A termésfémekben fémes kötés jellemző. Termésarany, Verespatak, Románia

Az ásványok kristályosodása: az atomok összekapcsolódása

Történhet

magmából
gőzökből
oldatból

Oka:

a termális energia lecsökken
oldat koncentrációja nő

A kristályok 7 kristályrendszerbe sorolhatók

Azurit: Cu₃(CO₃)₂(OH)₂

Ásványosztály	Jellemző anion	Példák
terméselemek	(nincs töltéssel rendelkező ion)	termésarany (Au), termésréz (Cu)
szulfidok	(S^2-)	galenit (PbS), pirit (FeS₂)
oxidok	(O^2-)	kvarc (SiO₂), hematit (Fe₂O₃)
hidroxidok	(OH^-)	goethit (FeOOH)
szilikátok	(SiO₄^4-)	olivin (Mg,Fe)2SiO₄
foszfátok	(PO₄^3-)	apatit [Ca₅F(PO₄)₃]
szulfátok	(SO₄^2-)	gipsz (CaSO₄•2H₂O)
karbonátok	(CO₃^2-)	kalcit CaCO₃
halogenidek	(Cl^-, F^-, Br^-, I^-)	kősó (NaCl), fluorit (CaF₂)

Az ásványok rendszerezése az anionelv alapján

Kőzetek:

Fő jellemzőjük: ásványos összetétel és kőzetszövet

A kőzetek genetikai csoportjai: magmás, üledékes, metamorf

Ásvány neve	Idealizált kémiai összetétel	Kőzettípus
kvarc	SiO₂	magmás, üledékes, metamorf
ortoklász	KAlSi₃O₈	magmás, metamorf, (üledékes)
plagioklász csoport	CaAl₂Si₂O₈+ NaAlSi₃O₈	magmás, metamorf, (üledékes)
olivin csoport	(Mg,Fe)2SiO₄	magmás, (metamorf)
piroxén csoport	(Mg, Fe)2Si₂O₆	magmás, metamorf
amfibol csoport	(Ca₂Mg₅)Si₈O₂₂(OH)₂	magmás, metamorf
biotit (csillám)	K(Mg, Fe)₃O₁₀(OH)₂	magmás, metamorf (üledékes)
muszkovit (csillám)	KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂	magmás, metamorf (üledékes)
agyagásvány csoport	K,Mg,Ca,Na-Al-hidroszilikátok	üledékes
kalcit	CaCO₃	üledékes
dolomit	CaMg(CO₃)₂	üledékes
klorit csoport	(Mg, Fe, Al)₆(Si,Al)₄O₁₀(OH)₈	metamorf
szerpentin csoport	Mg₆(Si₄O₁₀)₂(OH)₂	metamorf
epidot csoport	Ca₂Al₃(SiO₄)₃(OH)	metamorf

A legfontosabb kőzetalkotó ásványok összetétele. A kőzettípus oszlopban az látható, hogy az adott ásvány milyen eredetű kőzetekben gyakori.