Ruchy endogeniczne

Procesy endogeniczne – zespół zjawisk i procesów prowadzących do tworzenia się i zmian form rzeźby terenu. Zachodzą dzięki energii pochodzącej z wnętrza skorupy ziemskiej. Przejawiają się w geologicznych procesach powstawania skał magmowych, metamorfizacji skał, ruchach skorupy ziemskiej. Dzisiejsze rozmieszczenie lądów i oceanów oraz rzeźba powierzchni jest rezultatem tych procesów, działających od początku istnienia naszej planety. Do procesów endogenicznych zalicza się:

1. RUCHY IZOSTATYCZNE – są to pionowe ruchy bloków skorupy ziemskiej dążące do uzyskania równowagi grawitacyjnej. Równowaga skorupy ziemskiej może ulec zaburzeniom wskutek obciążenia lub odciążenia – zaburzenie równowagi wywołuje ruch izostatyczny. Czynnikami obciążającymi skorupę ziemską mogą być grube pokrywy lodowe, wzrost ilości wody w zbiornikach wodnych lub zwiększona akumulacja osadów w basenach morskich. Odciążenie skorupy ziemskiej może być wynikiem topnienia pokrywy lądolodu, zmniejszania się ilości wody w zbiornikach jeziornych lub morskich i niszczenia przez siły egzogeniczne obszarów kontynentalnych.

2. RUCHY EPEJROGENICZNE (LĄDOTWÓRCZE) – to powolne, długotrwałe, pionowe ruchy skorupy ziemskiej powodujące wydźwignięcie lądu lub obniżanie dna oceanicznego. Są to więc ruchy wahadłowe, niejednokrotnie na tym samym obszarze występowało na przemian podnoszenie i obniżanie. Dowodem na istnienie ruchów epejrogenicznych są między innymi regresje i transgresje płytkich mórz, jak tez różna wysokość nad poziomem morza różnowiekowych teras morskich. Przyczyną tych ruchów są prawdopodobnie procesy magmowe.

3. RUCHY OROGENICZNE (GÓROTWÓRCZE) – są to ruchy prowadzące do powstania łańcuchów gór fałdowych, wskutek działania silnych nacisków poziomych. Góry tworzą się w wyniku wybuchów wulkanów lub na skutek działania olbrzymiego nacisku bocznego, który wypiętrza oraz przemieszcza płaskie masy skalne. Zjawiska takie można zaobserwować w rejonach aktywnych sejsmicznie, czyli na krawędziach płyt tektonicznych tworzących skorupę ziemską. Na krawędziach oddalających się od siebie płyt tektonicznych, w głębinach oceanów powstają góry wulkaniczne. W miarę rozsuwania się płyt, wrząca magma (płynna skała) wydostaję się na powierzchnię skorupy ziemskiej by po zastygnięciu wypełnić powstającą szczelinę. Magma zastyga na dnie morza w postaci wysokiego stożka, który wypiętrzony ponad powierzchnię wody tworzy wyspę w miejscu, gdzie dwie płyty zderzą się ze sobą, krawędź jednej z nich zostaje wepchnięta pod drugą, a na granicy powstaje rów oceaniczny. Warstwa skał, która znajduje się w głębi ziemi topi się i w postaci magmy wydobywa się na powierzchnię, ostatecznie dając początek łańcuchom wysp wulkanicznych takich jak wyspy Pacyfiku – w Japonii, Indonezji czy na Filipinach. Najdłuższe i najpotężniejsze łańcuchy górskie świata, takie jak Himalaje, Andy, Góry Skaliste czy Alpy to sfałdowane masy skalne, utworzone w wyniku wypiętrzenia zgromadzonych na dnie prehistorycznych oceanów materiałów osadowych. Część skał osadowych powstała na dnie płytkich mórz z gliny, piasku oraz mułu naniesionego przez rzeki. Na większej głębokości, ze szczątków żywych organizmów uformowały się skały wapienne. Szczątki te przetrwały w postaci skamielin. Osadzające się przez sto milionów lat na dnie morskim materiały utworzyły warstwę grubości dziesiątek kilometrów. Pod wpływem tego gigantycznego ciężaru dno morskie stopniowo osiadło i powstał zbiornik zwany geosynkliną. Początkowo byli zdania, że w miarę zapadania się, osadowe warstwy skał sfałdowały się i po wypiętrzeniu utworzyły góry. Obecnie jednak większość specjalistów skłania się ku teorii, iż fałdowanie jest efektem nacisku spowodowanego ruchem płyt tektonicznych. Płyty przesuwają się jedynie o kilka centymetrów rocznie. Jednak, gdy tak olbrzymie masy lądu zderzą się ze sobą, skały na obrzeżach płyt zarówno na lądzie jak i te osadowe z dna oceanu są wypchane ku górze tworząc łańcuchy górskie. Towarzyszące ruchom płyt tektonicznych wysokie temperatury i wysokie ciśnienie osłabiają i deformują wiele warstw skalnych. Masy skał, elastyczne jak plastik, formują wielkie fałdy. Warstwy odporniejsze na deformację pękają i kruszą się. W trakcie procesów górotwórczych, pod wpływem wysokiej temperatury, tuż pod powierzchnią skorupy ziemskiej tworzy się magma. Stygnąca magma formuje twardy granitowy rdzeń pod miększymi warstwami fałdów. Stare góry fałdowe ostatecznie uformowane, jednak nie zniszczone jeszcze przez erozję są żywym dowodem na kolizje prehistorycznych kontynentów. Na przykład góry północno – wschodniej części Ameryki Północnej, wschodniej Grenlandii, zachodniej Irlandii i Szkocji oraz góry Norwegii i Szwecji powstały w jednym momencie jako efekt zderzenia Ameryki Północnej i Europy i połączenia ich w jeden wielki ląd. Z czasem około sto milionów lat temu, ten gigantyczny masyw górski został rozczłonkowany przez tworzony się Ocean Atlantycki. Fałdy są dobrze widoczne w terenie górzystym na urwiskach i ścianach skalnych. Najprostsze ich formy to synklina i antyklina. Niektóre fałdy przechylają się formując fałdy obalone. Oderwane od podłoża przeniesione o wiele kilometrów fałdy to płaszczowiny.

4. TRZĘSIENIA ZIEMI – to krótkotrwałe drgania skorupy ziemskiej w wyniku nagłych przesunięć mas skalnych wewnątrz litosfery. Trzęsienie ziemi należy do najbardziej niszczących zjawisk naturalnych na Ziemi. Jego siła może 10 000 razy przewyższyć siłę bomby atomowej, zrzuconej na Hiroszimę w 1945 roku. Wstrząsy sprawiają, że grunt zachowuje się jak pokład statku na morzu. W zależności od siły trzęsienia ziemi podłoże może łagodnie falować lub gwałtownie unosić się w górę i w dół. Niekiedy fale sejsmiczne mogą powodować poziome przesuwanie się gruntu. Trzęsienie ziemi trwa na ogół nie dłużej niż kilka sekund, ale niektóre trwają minutę lub dłużej. Często głównemu wstrząsowi towarzyszą tzw. wstrząsy potomne, z których każdy kolejny jest słabszy od poprzedniego. Wstrząsy potomne powstają wskutek przemieszczania się mas skalnych, dopasowujących się do stanu nowej równowagi. Mogą one powodować katastrofalne zniszczenia nieobliczalne w skutkach. Trzęsienie ziemi rodzi się zwykle głęboko pod skorupą ziemską. Zewnętrzną powłokę Ziemi tworzą ruchome płyty. Najgroźniejsze trzęsienia powstają wewnątrz Ziemi, wzdłuż krawędzi tych płyt. Ruch płyt nie przebiega spokojnie i stopniowo. Przeciwnie, wzdłuż krawędzi, aż do momentu pęknięcia i przemieszczenia się płyt, gromadzą się silne naprężenia. Rozładowanie następuje w postaci wstrząsów o różnej intensywności. Skutki trzęsienia Ziemi zależą od siły wstrząsów, głębokości na której powstają oraz od rodzaju skał na powierzchni ziemi. Grunt może pękać, unosić się i zapadać. W obszarach górzystych mogą powstać lawiny i osuwiska, nawet na łagodnych stokach gliniaste gleby mogą zacząć pełznąć na podobieństwo płynnej lawy. Słabo związane osady mogą wskutek gwałtownych wstrząsów przekształcić się w kurzawkę. Gdy ognisko trzęsienia ziemi znajduje się pod dnem morza powstają ogromne fale zwane tsunami. Na samym oceanie te fale są słabo zauważalne, gdy zbliżają się do płaskich wybrzeży ich prędkość maleje, natomiast rośnie ich wysokość. Gdy tsunami dociera do wybrzeża, morze cofa się, po czym wraca w postaci serii ogromnych fal. Chcąc zrozumieć przyczyny trzęsień ziemi naukowcy zawsze zaczynali od sporządzenia mapy obszaru, gdzie one zachodziły. Przemieszczenia skał wzdłuż uskoków występują w dowolnym miejscu, ale największe trzęsienia ziemi występują w określonych strefach. Trzęsienia ziemi towarzyszą zwłaszcza strefom wulkanicznym, takim jak „ogniowy pierścień” wokół Pacyfiku. Zauważono, że kilka miesięcy przed trzęsieniem zmienia się nieznacznie kąt nachylenia powierzchni ziemi, skały zmieniają swoją porowatość, szczeliny skalne napełniają się wodą. Zmienia się też poziom wód gruntowych. W dużo większej ilości wydobywa się radioaktywny gaz radon. Czasami zdarzają się dziwne zachowania zwierząt, które jak gdyby wyczuwały nadchodzącą katastrofę. Około 40% przypadków silnych trzęsień ziemi poprzedza nasilenie aktywności słabych wstrząsów sejsmicznych.
Do określania siły trzęsienia ziemi służą dwie różne skale. Częściej stosuje się bardziej znaną skalę Richtera, zaproponowaną przez amerykańskiego sejsmologa - Charlesa Richtera w roku 1935. Wyraża ona ilość energii wyzwolonej podczas trzęsienia ziemi obliczoną na podstawie zapisu sejsmografu. Faktycznie, jest miarą rozmiaru (amplitud) fal emitowanych przez trzęsienie. Skala Richtera jest logarytmiczna. Oznacza to, że każdy stopień idący w górę fali przedstawia dziesięciokrotne powiększenie amplitudy emitowanych fal. Fale o wielkości 7 są zatem dziesięć razy silniejsze od fal o wielkości 6 i sto razy silniejsze od fal o wielkości 5.

Skala Mercalliego
stopień skutki trzęsienia
I Niewyczuwalne, z wyjątkiem nielicznych osób, w sprzyjających okolicznościach
II Wyczuwalne przez nieliczne osoby w stanie spoczynku. Delikatnie zawieszone obiekty kołyszą się.
III Wyraźnie wyczuwalne w mieszkaniu. Stojące samochody mogą się kołysać.
IV Ogólnie wyczuwalne w mieszkaniu, śpiący ludzie budzą się. Samochody kołyszą się. Brzęczą szyby w oknach.
V Powszechnie wyczuwalne. Trochę tynku odpada. Pękają szyby i talerze. Zegary wahadłowe zatrzymują się.
VI Wyczuwalne przez wszystkich - wielu ludzi ogarnia trwoga. Kominy i tynki zostają uszkodzone. Przesuwają się meble. Przewracają się przedmioty.
VII Wszyscy wybiegają na zewnątrz. Wyczuwalne w jadących samochodach. Umiarkowane uszkodzenia gmachów.
VIII Ogólny alarm. Słabe budynki zostają poważnie uszkodzone. Walą się ściany. Przewracają się meble. Poziom wody w studniach ulega zmianie.
IX Panika. Słabsze budynki zostają całkowicie zniszczone. Mocniej stojące budynki, fundamenty i rury kanalizacyjne zostają uszkodzone. Ziemia pęka.
X Całe pozostają jedynie najmocniejsze budynki. Ziemia jest mocno popękana, a szyny kolejowe wygięte. Rzeki wylewają.
XI Nieliczne budynki są ocalałe. W ziemi powstają szerokie szczeliny. Tworzą się skarpy uskokowe. Podziemne rury zostają trwale uszkodzone.
XII Całkowite zniszczenie. Ziemia faluje. Przedmioty wylatują w powietrze.

5. WULKANIZM – polega na wydobywaniu się z głębi skorupy ziemskiej poprzez szczeliny lub otwór centralny ciekłej lawy, materiałów piroklastycznych i gazów. W gazach najwięcej miejsca zajmuje para wodna, która stanowi 60-90 % ich masy, następnie dwutlenek węgla, azot, tlenek węgla, siarka, chlor oraz chlorki metali.

W różnych miejscach pod powierzchnią Ziemi występują podziemne komory, w których gromadzi się roztopiona wysoka temperaturą magma oraz gazy. Są to ogniska magmowe. Komory mają często postać tak zwanych batolitów, czyli wielkich pni magmowych, sięgających daleko w głąb naszej planety. Gdy taki zbiornik znajdzie się blisko powierzchni, gazy mogą wypchnąć jego zawartość w górę. Wysoka temperatura oraz duże ciśnienie przebijają warstwę skał dzielącą magmę od atmosfery i zaczynają się narodziny wulkanu. Jest on aktywny dopóty, dopóki w komorze nie zabraknie ciekłej magmy. Działanie wulkanów z czasem słabnie, aż wreszcie zamiera. Wulkany czynne przechodzą w wygasłe. Tak naprawdę nigdy nie można z całą pewnością stwierdzić czy wulkan jest wygasły, może być jedynie uśpiony. Czasami góry uważane za wygasłe, czyli nieczynne w czasach historycznych, budzą się po setkach, a nawet tysiącach lat o ostatniej erupcji. Niektóre wulkany są stale czynne np. Stromboli, Kilauea, Izalco, Masaya i Amatitlon w Nikaragui, Sangay w Ekwadorze i Erbus na Antarktydzie. Większość wulkanów wybucha w różnych odstępach czasu. Im dłuższy jest okres przerwy, tym gwałtowniejszy jest zwykle następny wybuch. Do wulkanów drzemiących zalicza się Wezuwiusz przed wybuchem w 79 roku, Epomeo, który niespodziewanie wybuchł w 1302 roku (przez 2 tysiące lat nie dawał znaku życia), Galunggung przed rokiem 1822 i japoński Bandaisan nieczynny od tysiąca lat przed ogromnym wybuchem w 1888 roku.
Kształt wulkanu zależy od rodzaju materiału, jaki jest z niego wyrzucany. Najregularniejsze stożki formują sie najczęściej wtedy, gdy nastepuje erupcja mieszana, w której wyniku na powierzchnię wydostaje się lawa i materiał sypki. Nachylenie stoków wulkanu waha się zwykle od 30 do 45 stopni.

Jeżeli jednak lawa jest bardzo płynna, wulkan może przybierać płaskie formy, o nachyleniu nawet poniżej 10 stopni. Takie łagodne wzniesienia nazywamy wulkanami tarczowymi. Tego typu wulkany spotyka się na Hawajach. Natomiast strome i zgodne z potocznymi wyobrażeniami o kształcie wulkanów są tak zwane stratowulkany, które wyrzucają z siebie wielkie ilości materiałów piroklastycznych oraz mniej płynne lawy. Należą do nich na przykład Fudżijama w Japonii i Wezuwiusz we Włoszech.

Magma wydobywająca się na powierzchnię ziemi to lawa. Jej płynność zależy od składu chemicznego i temperatury. Na ogół im mniejsza zawartość kremionki (SiO2) i alkalitów (tlenki potasu i sodu), tym większa ruchliwość lawy. Oprócz wymienionych wyżej związków występują w niej też tlenki żelaza, wapnia, magnezu i inne składniki. Wybuchy wulkaniczne tworzą na powierzchni Ziemi różne formy i mają rozmaity przebieg: spokojny lub gwałtowny, a nawet katastrofalny. Jest to zalezne od wydobywajacej się lawy, tj. jej lepkości, ruchliwości, temperatury i ciśnienia gazów. Lawy kwaśne mają dużą lepkość i dlatego tworzą krótkie potoki lub krzepną w kopułowych formach. Lawy zasadowe, np. bazaltowe, mają niską lepkość, są ruchliwe, mogą się rozlewać szeroko i daleko od wulkanu, tworząc gługie strumienie lub pokrywy lawowe. Jeden wylew wulkanu Odadahran na Islandii pokrył powierzchnię 3684 km2. średnio temperatura lawy wynosi około 1000 stopni Celsjusza. Podczas wybuchu Hekli na Islandii (1947) temperatura lawy wynosiła 1020 - 1040o C, natomiast Wezuwiusza (1929) - ok. 1400o C. Potoki lawowe stygną bardzo wolno, np. potok na stoku Wezuwiusza po wybuchu w 1944 r. żarzył się jeszcze po upływie sześciu miesięcy. W czasie gwałtownych wybuchów tworzą się gorące chmury i staczają się po stoku wulkanicznym. W czasie wybuchu Mt Pelée na Martynice (1902) w ciągu kilku minut gorąca chmura zniszczyła miasto St Pierre. Wybuchom wulkanów towarzyszą często deszcze, a strumienie wody mieszają się z popiołem wulkanicznym i tworzą spływy popiołów, które zasypują i niszczą okoliczne osady lub miasteczka. Taki strumień błotno - lawowy w czasie wybuchu Wezuwiusza (79 r.n.e.) był przyczyną zasypania i zniszczenia miasta Herkulanum. Podobne spływy powstają wówczas, gdy wulkan jest pokryty śniegiem lub krater jego jest wypełniony wodą.

Prędkość, z jaką lawa wypływa, może się wahać od kilku do trzydziestu kilometrów na godzinę. Wszystko zależy od jej płynności i nachylenia zbocza. Na stokach Wezuwiusza i Etny obserwowano początkowe prędkości strumieni lawy 3.6 - 7.2 km/h, a przy wybuchu Mauna Loa (Hawaje) - od 30 km/h (1850) do 40 km/h (1942). Zastygająca lawa przemienia się w skały, nazywane skałami magmowymi wylewnymi. Najpospolitszymi z nich są bazalty.

Materiały piroklastyczne mogą być wyrzucane w czasie wybuchów na znaczną wysokość; zależy to zarówno od siły wybuchu jak i wielkości wyrzucanych materiałów. Najbliżej miejsca wybuchu opadają duże bloki skalne. W czasie niektórych wybuchów Wezuwiusza obserwowano kilkutonowe bloki wyrzucane na wysokość stu metrów; spadały one w odległości kilkudziesięciu metrów od krateru; niekiedy te olbrzymie bloki znajdowano w odległości stu kilkudziesięciu, a nawet dwustu metrów. W czasie jednego wybuchu wulkanu Cotopaxi w Ekwadorze blok kilkunastotonowy został wyrzucony na odległość ponad dziesięciu kilometrów. Podczas wybuchu Krakatau w roku 1883 małe bomby wulkaniczne wyrzucane na wielkie wysokości, spadały w odległości kilkudziesięciu kilomętr6w. Popioły wulkaniczne znajdowano w odległościach dochodzących do 2500 km, a najdrobniejsze pyły okrążyły Ziemię wywołując w ciągu kilku miesięcy różne efektowne zjawiska optyczne w atmosferze, jak np. niesamowicie barwne zachody słońca. Popioły wulkaniczne wyrzucone w czasie wybuchu Wezuwiusza w roku 1906 dotarły aż nad Bałtyk.