1. Povijesni razvoj, podjela i opći pojmovi Geologija Geologija (grč. γη, Gea – Zemlja, λόγος, logos – znanost) je znanost o građi, dinamici i razvitku Zemlje. Iako prve geološke spoznaje datiraju još iz antičkih vremena, te kao i u drugim znanostima značajniji napredak u geološkoj znanosti temeljen je na akumulaciji znanja ranijih generacija istraživača, tek u 15. stoljeću dolazi do prvih pokušaja sistematizacije znanja o Zemlji. Leonardo da Vinci (1452. – 1519.) prvi opisuje geokemijski ciklus: „voda ispire sol iz tla i odnosi je u more koje se tako zaslanjuje, a zbog izdizanja morskog dna stvara se laguna gdje voda isparuje i taloži novi sloj, koji opet može biti otopljen...“. Shvaća odnos erozije tla i izdizanja kopna, te upozorava da ostaci izumrlih organizama (koji su do tada smatrani dokazima „općeg potopa“) nisu mogli nastati kao rezultat jednog takvog događaja. Britanski znanstvenik Robert Hooke (1635. – 1703.) na temelju opažanja fosila iznosi prve ideje o biološkoj evoluciji. Proučavajući sedimentne stijene sjeverne Italije danski znanstvenik Niels Stensen (1638. – 1687.) postavlja osnovne stratigrafske principe za određivanje starosti stijena: princip superpozicije, princip originalnog horizontaliteta i princip bočnog kontinuiteta. Zaključuje da se slojevi talože jedan na drugi, te se na temelju njihove superpozicije može odrediti relativna starost svakoga od njih. U 18. stoljeću javljaju se dvije skupine mišljenja vezane na postanak Zemlje. Neptunisti (nazvani prema bogu oceana Neptunu) oživljavaju ideju Talesa iz Mileta (oko 640. – 547. pr. Kr.) pripisujući postanak stijena (izuzev amorfne lave) vodi. Plutonisti (nazvani prema bogu podzemlja Plutonu) s druge strane oživljavaju zapažanje Strabona (oko 64. pr. Kr. – 24.) koji smatra da je nastanak pojedinih stijena vezan na vulkanske erupcije. James Hutton (1726. – 1797.), zastupnik plutonizma, predstavlja ciklički model razvoja Zemlje, te daje svoj doprinos razumijevanju kako geološki procesi mijenjaju njenu površinu. Smatrao je da je Zemlja dinamično, stalno mijenjajuće mjesto gdje nastaju nove stijene, kopno i planine kao ravnoteža eroziji.
1
Začetnikom biostratigrafije smatra se Georges Cuvier (1769. – 1832.) koji postavlja temelje znanstvenog proučavanja fosila. Na temelju površina diskontinuiteta, odnosno prekida u taloženju, zaključuje da je u prošlosti život na Zemlji bio prekidan velikim katastrofama. Njegova saznanja primjenjuje i razvija William Smith (1769. – 1839.) koji osim prve geološke karte (sl.1), postavlja i princip biološke sukcesije (životne forme iz svakog razdoblja Zemljine prošlosti karakteristične su samo za to razdoblje). Charles Lyell (1797. – 1877.) u djelu „Principles of geology“ uvodi aktualistički princip u geologiju. Smatra da su na Zemlju od samoga početka djelovale iste prirodne sile koje i danas djeluju, pa su i posljedice bile identične. E. Haug 1900. g. u geologiju uvodi pojam geosinklinale sl. 1. Prva geološka karta
(labilni sedimentacijski prostor nastao lomljenjem i savijanjem Zemljine kore) pridajući mu važnost pri postanku
ulančanih gorskih sustava. Teorija geosinklinale egzistira do sredine 1960-ih kada biva zamijenjena teorijom tektonike ploča za koju se najzaslužnijim smatra njemački geofizičar Alfred Wegener (1880. – 1930.). U ranim fazama razvitka znanosti o Zemlji ističu se i hrvatski istraživači koji svojim doprinosima oblikuju geološku znanost. Temelje u razvoju teorije izostazije postavlja Ruđer Bošković (1711. – 1787.) koji regionalne poremećaje sile teže tumači različitom gustoćom gornjih i donjih dijelova Zemljine kore. O uzrocima ledenih doba raspravlja Gjuro Pilar (1846. – 1893.) te ih povezuje s ekscentričnošću Zemljine putanje, a za potrese navodi da su najuže povezani sa stvaranjem pukotina i rasjeda u Zemljinoj kori. Na osnovu potresa u Pokuplju 1909. god. (25 km od Zagreba) Andrija Mohorovičić (1857. – 1936.) uspio je dokazati da na dubini od 54 km postoji jak diskontinuitet u širenju potresnih valova (koji po njemu dobiva ime).
2
Kao znanstvena disciplina geologija je podijeljena na mnogo znanstvenih poddisciplina i specijalnosti (npr. paleontologija, mineralogija, petrologija, stratigrafija, sedimentologija, hidrogeologija, paleogeografija…), no često se dijeli i na: - fizičku (dinamičku) geologiju – materijali od kojih je građena Zemlja (minerali i stijene), procesi unutar Zemlje i na njenoj površini - historijsku geologiju – porijeklo i evolucija Zemlje, kontinenata, oceana, atmosfere i života na Zemlji.
1.2. Geomorfologija Geomorfologija (grč. γη, Gea – Zemlja, μορφή, morfé – oblik, λόγος, logos – znanost) je znanost o reljefu, a proučava njegove značajke, postanak i razvoj, te procese koji ga oblikuju. Pojam geomorfologija novijeg je porijekla. Stariji pojmovi koji su se koristili su orografija (nedovoljno širok termin), fiziografija (nedovoljno točan) i geomorfogenija (neprihvaćen).
Iako reljef Zemlje pobuđuje zanimanje znanstvenika još od antičkog doba, geomorfologija se do 17. stoljeća uglavnom razvija u okviru geografije. Potaknute novim spoznajama o Zemlji, dolazi do bitnih promjena u znanosti o reljefu i razvoja odgovarajućih učenja. Švedski astronom Anders Celsius (1701. -1744.) u svom djelu „Opservacija za određivanje oblika Zemlje“ iz 1783. iznosi opažanja o izdizanju Skandinavije (niz obalnih linija do 300 mnv), što je bio dokaz o promjenljivosti reljefa, odnosno pokretima Zemljine kore. Nakon što početkom 17. stoljeća Willebrord Snellius (1580. – 1626.) postavlja principe triangulacije, počinje razvoj geodezije i široka uporaba triangulacijskih mjerenja. Sistematiku geomorfoloških pojava zajedno sa vulkanima i potresima u svom djelu „Geographia generalis“ iz 1650. daje Bernhardus Varenius (1622. – 1650.). Proučavanja povijesti razvoja Zemlje se od druge polovice 18. stoljeća izdvajaju u zasebnu znanost – geologiju. Iako se geomorfološki se problemi rješavaju i ranije,
3
uglavnom u okviru geologije, početkom 19. stoljeća nastaju prvi geomorfološki radovi. Francuski znanstvenik Élie de Beaumont (1798. – 1874.) u svom znamenitom djelu „Notice sur le systeme des montagnes“ (1852) uvodi znanstveni pristup proučavanju reljefnih formi. Utemeljuje teoriju kontrakcije, te naglašava utjecaj endogenih sila i procesa u oblikovanju reljefa. Tijekom druge polovice 19. stoljeća dolazi do izdvajanja geomorfologije kao zasebne discipline. Objavljuju se prvi geomorfološki znanstveni radovi (čemu je prethodilo deskriptivno sakupljanje geomorfoloških podataka i činjenica), te znanstvene teorije i koncepcije. Između 1875. i 1890. grupa američkih geomorfologa (Gilbert i dr.) u sklopu istraživanja sjevernoameričkog zapada razvijaju ideju o pineplenu (prostranoj zaravni nastaloj djelovanjem erozije) i o evolucijskim razdobljima kroz koja prolaze razni oblici tijekom svog razvoja. Također naglašavaju značenje donje erozijske baze za proces fluvijalne erozije. Evolucijsku metodu u geomorfologiju (promjene tijekom morfološke evolucije) unosi Sir Andrew Crombie Ramsay (1814. – 1891.) koji u sklopu proučavanja reljefa u Walesu zaključuje da su vrhovi nastali diseciranjem zaravni marinskog porijekla. Teorijska koncepcija o geomorfološkom ciklusu (struktura + proces + ciklus) koju je 1884. formirao William Moris Davis (1850. – 1934.) najznačajniji je doprinos u razvitku geomorfologije. Smatrao je da se reljef Zemlje razvija ciklički, te u svojoj morfološkoj evoluciji prolazi kroz stadije mladosti, zrelosti i starosti. U svom djelu „Morphologie der Erdoberfläche“ iz 1884. Albrecht Penck (1858. – 1945.) na temelju vlastitog iskustva i dostupne literature daje prvu sistematiku geomorfologije. Walter Penck (1888. – 1923.) razvio je novu globalnu teoriju o razvoju reljefa u djelu (1924) „Die morphologische Analyse“. Smatra da su padine osnovni element reljefa, te ih dovodi u vezu s tektonikom: pri izdizanju nastaju konveksne forme, a pri mirovanju konkavne forme. Povezuje padine s intenzitetom i karakterom tektonskih pokreta.
4
Razdoblje između dva svjetska rata karakterizira kritiziranje teorija W. M. Davisa i W. Pencka. Ruski geograf Konstantin Konstantinovich Markov 1948. razvija koncepciju o „geomorfološkim nivoima“.
Smatra da egzogene sile, djelujući preko različitih
geomorfoloških procesa, zaravnjuju reljef stvarajući određene nivoe. Razlikuje četiri osnovna geomorfološka nivoa: - abrazijsko-akumulacijski nivo - u razini mora - denudacijski nivo - u razini platoa kontinenata (planine). Dominiraju fluviodenudacijski procesi, odnosno dolazi do razvoja padinskog i fluvialnog reljefa. - nivalno-glacijalni nivo – vezan za najviše planine. Dominiraju procesi nivacije i glacijalne erozije, te akumulacije. - gornji denudacijski nivo – razina planinskih vrhova Na osnovu odnosa tih nivoa, odnosno njihovom položaju, može se ustanoviti intenzitet pokreta i njihov karakter. Koliko tektonika djeluje u smislu izdizanja toliko denudacija djeluje u suprotnom smijeru. Zemljina kora će se izdizati dok se utjecaji tektonike i denudacije ne izjednače. U svom djelu „The morphology of the Earth“ iz 1962. Lester C. King razvija teoriju pediplenizacije kojim objašnjava bočno oblikovanje reljefa. Kao posljedica klimatskih prilika (nedostatak vegetacije) na padinama djeluju destrukcijski procesi što utječe na paralelno odstupanje - unatražno pomicanje padina u obliku blagih kosina pedimenata ili predgorskih stepenica. Na taj način nastaje blago valovita zaravan ili pediplen. Ruski geomorfolozi Gerasimov (1946) i Mescerjakov (1972) razvijaju teorije o geomorfološkim etapama razvoja Zemljine površine i reljefa. Razdoblje mezozoika karakterizirano je epirogenim pokretima. Tijekom trijasa (mezozoik) nastaju najstariji elementi reljefa na Zemlji (zaravnjene ili blago valovite forme (pinepleni i pedipleni)). Tijekom tercijara započinje alpska tektonska faza tijekom koje dolazi do intenzivnog raščlanjivanja reljefnih formi (planinski sustavi).
5
U geomorfološku znanost uvode pojam morfostruktura – reljefnih oblika koji su nastali kao posljedica uzajamnog djelovanja endogenih i egzogenih čimbenika, te prema veličini na Zemlji razlikuju tri osnovna tipa morfostruktura: - geoteksture - najveći geološki oblici na Zemljinoj kori – planetarni reljefni oblici (kontinentske i oceanske mase) -morfostrukture nastale djelovanjem prvenstveno endogenih sila -morfostrukture nastale djelovanjem prvenstveno engzogenih sila (manje veličine)
Objekt proučavanja geomorfologije su oblici Zemljine površine ili RELJEF (sl. 2). Reljef je skup svih neravnina i ravnina na Zemlji. Neravnine i ravnine zajedno tvore oblike ili FORME. Reljef je dakle sastavljen od skupova reljefnih oblika ili RELJEFNIH FORMI. Dimenzije reljefa definirane su: -veličinom -visinom -raščlanjenošću -nagibima Oblici reljefa definirani su: -plohom -linijom
Sl. 2 Površina Zemlje
-točkom Reljef je uvijek dvodimenzionalan – predstavlja površinu određenog tijela (nikada ga ne smijemo identificirati sa tijelom) koja odražava njegov sastav i građu (pojavni oblik).
Podjela geomorfologije 1. Opća geomorfologija - proučava zakonitosti oblikovanja, nastanka i razvoja Zemljinog reljefa. Dijeli se na:
6
- strukturnu geomorfologiju - proučava utjecaj unutrašnjih (endogenih) sila i procesa - egzogenu geomorfologiju - proučava utjecaj vanjskih (egzogenih) sila i procesa 2. Regionalna geomorfologija - proučava zakonomjernosti oblikovanja, nastanka i razvoja reljefa pojedinih dijelova Zemljine površine. 3. Specijalna geomorfologija. Dijeli se na: - primijenjenu (aplikativnu) geomorfologiju - proučava reljef s naglaskom na gospodarstvo - geomorfološko kartiranje - predstavlja inventarizaciju geomorfoloških sadržaja na Zemlji
7
2. Postanak Svemira, Sunčevog sustava i Zemlje Prvi pokušaji objašnjenja nastanka Svemira datiraju još iz doba antike. Danas je prihvaćena teorija „Velikog praska“ prema kojoj se prije oko 13,73 ± 0,12 milijardi godina Svemir počeo širiti iz točke neizmjerne gustoće, te se nastavio širiti do danas.
Sl. 3. Veliki prasak i stvaranje Svemira Prije 4.65 milijardi godina, oko 10 milijardi godina nakon Velikog Praska, materijal od kojeg se danas sastoji Sunčev sustav egzistirao je u obliku golemog oblaka plina i prašine (99% vodik i helij te 1% teži elementi). Taj oblak (nebula) sporo se okretao oko svog središta i mirno kružio oko središta galaksije. U nekom se trenutku najvjerojatnije u blizini tog oblaka dogodila eksplozija zvijezde - supernova. Udarni val materijala s eksplodirajuće zvijezde obogatio je oblak težim materijalima koji su nastali u supernovi, te uzrokovao sabijanje plina i prašine koji su već bili tu. Posljedica toga bila je povećanje gustoće oblaka i gravitacijske sile među česticama. Zbog sila gravitacije dolazi do kolapsa (urušavanja) nebule koja postaje sve
8
plosnatija (rotira u smjeru suprotnom od kazaljke na satu), a oko 90 % mase prvotnog oblaka koncentrira se u središnjem dijelu od kojeg nastaje protozvijezda (sl. 4).
Sl.4. Nebula Hlađenjem plina nastaju povoljni uvjeti za okupljanje atoma i molekula plina i prašine u manje čestice. U turbulentnim vrtlozima manje se čestice, zbog električnih i gravitacijskih sila, počinju udruživati u veće, tvoreći prve planetezimale, preteče planeta. Dolazi do njihova međusobnog sudaranja, pri čemu su se neki drobili u manje komade (pri bržim sudarima), a neki udruživali (pri sporijim sudarima). Veličina do koje su mogli narasti ovisila je o udaljenosti njihovih orbita od Sunca te gustoći diska na toj udaljenosti. Nakon nekoliko desetaka milijuna godina, planeti su narasli do veličine kakvu imaju danas (nebularna hipoteza).
9
U središtu nebule zbog povećanih pritisaka i temperatura dolazi do udruživanja atomskih jezgri. Dolazi do fuzije vodika u helij što za posljedicu ima oslobađanje velike količine energije. Nakon milijun godina probijanja kroz Sunce, energija iz središta Sunca je počela izbijati na površinu, te Sunce počinje isijavati energiju. Uz energiju u obliku svjetla, Sunce također dolazi i do izbacivanja veće količine protona i elektrona u Svemir ("Sunčev vjetar"). Taj vjetar i zračenje sa Sunca "otpuhali" su prvobitne atmosfere od vodika i helija vrućih unutarnjih (terestričkih) planeta. Sunčev vjetar je, uz velike temperature na planetima bližim Suncu, razlog razlikama u sastavu unutarnjih i vanjskih planeta danas. U blizini središta, samo su se neke tvari mogle održati u krutom stanju, dok su se u vanjskim dijelovima diska plinovi mogli i zamrznuti. Unutarnji kameni planeti koje čini grupa od četiri planeta: Merkur, Venera, Zemlja i Mars imaju metalne jezgre, oko kojih se nalazi pretežno kameni omotač i kora. Vanjsku grupu čine četiri plinovita planeta: Jupiter, Saturn, Uran, Neptun.
Sl. 5. Planeti i patuljasti planeti Sunčevog sustava U procesu formiranja planeta, od materijala koji se nije uspio zadržati u orbiti oko planeta formirali su se sateliti (ne vrijedi za Mars i Zemlju). Satelite u Sunčevom sustavu imaju svi planeti osim Merkura i Venere. Marsovi sateliti Fobos i Deimos su najvjerojatnije zarobljeni asteroidi iz asteroidnog pojasa, dok je Mjesec nastao iz sudara Zemlje i jednog praplaneta veličine Marsa.
10
U pojasu između putanja Marsa i Jupitera nije se formirao nijedan veliki planet, već su tu nastali milijuni manjih planeta koje zovemo asteroidi. Na većim udaljenostima od Sunca, gdje su plin i prašina bili prerijetki da bi formirali veća tijela, stvorili su se kometi koji nam po svom sastavu danas otkrivaju sastav prvobitnog oblaka. U ranoj fazi postanka Zemlja se sastojala od nakupine čvrstih nebularnih fragmenata stijena i prašine. Sastav joj je bio jednoličan, a bila je građena od smjese, odnosno spojeva silicija, željeza, magnezija, kisika, aluminija i manjeg udjela drugih kemijskih elemenata. Iako u početku hladna, pod utjecajem gravitacijskog zbijanja, radioaktivnog raspada u njenoj unutrašnjosti, te zagrijavanja od Sunca dolazi do zagrijavanja Zemlje i diferencijacije u njenoj unutrašnjosti. Nastaju koncentrični “slojevi” različitog sastava i gustoće. Dolazi do formiranja kore, litosfere, i kontinenata, te do emisije plinova iz unutrašnjosti koja vjerojatno dovodi do formiranja oceana i atmosfere.
3. Građa Zemlje Sve do druge polovice prošlog stoljeća o unutrašnjoj građi Zemlje znalo se vrlo malo. Postojanje prijelaza u unutrašnjosti Zemlje prvi je uočio ravnatelj Hidrometeorološkog opservatorija u Zagrebu Andrija Mohorovičić. Analizom potresa u Pokuplju 1909. uočio je da se potresni valovi u Zemljinoj unutrašnjosti šire različitom brzinama. Kasnije su geofizičari ustanovili da u Zemljinoj
unutrašnjosti
postoji
više
takvih ploha gdje dolazi do promjene brzine kretanja potresnih valova. Na osnovi tih spoznaja, ali i one da se potresni valovi šire različitom brzinom u materijalima različitih fizičkih i kemijskih svojstava, Zemljina unutrašnjost (sl. 6) podijeljena je na jezgru, plašt i koru. Zone dodira različitih svojstava nazivaju se plohe diskontinuiteta (zone prekida koje odvajaju pojedine Zemljine lupine).
Sl. 6. Građa Zemlje
11
Centralni dio Zemlje (od 6370 km do 2898 km) zauzima jezgra ili barisfera (grč. barys – težak, σφαίρα, sfaíra –kugla). Izgrađena je uglavnom od željeza i nikla (plus mali udio silicija, kisika i sumpora). Dijeli se na dva dijela: -
unutrašnja - kruta, do dubine od 5145 km (ς≈ 10 - 13 g/cm³, t ≈ 5 000 ºC)
-
vanjska – likvidna, od 5145 km do 2898 km
Jezgru od plašta odvaja ploha Gutenbergova diskontinuiteta. Plašt obuhvaća prostor Zemljine unutrašnjosti od dubine od 2898 km do granice s korom koja je predstavljena Mohorovičićevim diskontinuitetom. Mohorovičićev diskontinuitet ili moho sloj granica je između plašta i kore Zemlje na kojoj se zbog različitih svojstava brzina seizmičkih valova iznenada mijenja. Dubina na kojoj se diskontinuitet nalazi varira od oko 5 km (ispod oceana) do oko 75 km (ispod Tibetanskog platoa). Plašt je sastavljen uglavnom od čvrstih stijena bogatih željezom i magnezijem, dok mu se manji dio nalazi u rastaljenom stanju (magma). Mineralni sastav i mehanička svojstva variraju mu s dubinom. Dijeli se na: -
donji (unutrašnji) ili mezosfera (od 2898 km do oko 660 km) – kruti
-
tranzicijska / prijelazna zona (od oko 660 km do oko 410 km) - kruti
-
gornji (vanjski) (od oko 410 km do kore čija debljina varira) – uglavnom kruti
Unutar gornjeg plašta na dubinama između otprilike 75 km i 200 km (po nekim znanstvenicima možda i do 400 km) proteže se zona karakterizirana smanjenjem brzine seizmičkih valova nazvana astenosfera (grč. asthenos – slab). Naime, zbog različitih uvjeta temperature i tlaka, stijene gornjeg dijela astenosfere ponašaju se plastično, odnosno dolazi do njihova parcijalnog taljenja. Konvekcijski se kreću zračeći toplinu iz Zemljine unutrašnjosti. Konvekcijsko kretanje u astenosferi uzrokuje pomicanje litosfernih ploča i izbijanje magme na površinu Zemlje. Gornji dio plašta (iznad astenosfere) sastavljen je od stijena veće specifične težine i gustoće (tvrdih, ultrabazičnih stijena) od onih Zemljine kore, te s korom čini jedinstvenu cjelinu - litosferu.
12
Na prosječnoj dubini od oko 40 km gornji plašt i Zemljina kora odvojeni su plohom Mohorovičićeva diskontinuiteta. Zemljina kora je kruti, površinski dio Zemlje. Kao posljedica razlika u sastavu, odnosno gustoći minerala koji ju izgrađuju, dijeli se na: -
kontinentalnu
-
oceansku
Kontinentalna kora pretežito je granitnog sastava, a naziva se i SiAl prema glavnim elementima koji ju izgrađuju, siliciju i aluminiju. Debljine je između 20 km do oko 75 km, a gustoće oko 2,7 g/cm3. Obuhvaća 34,5% površine Zemlje i izrazito je heterogenog sastava. Vertikalno, porastom dubine sastav joj se mijenja i približuje sastavu oceanske kore. Oceanska kora pretežito je bazaltnog sastava, a prema glavnim elementima siliciju i magneziju naziva se i SiMa. Debljina joj varira između 5 i 12 km, a gustoća iznosi 3,0 g/cm3. Izrazito je homogenog sastava, a obuhvaća 59,5 % površine Zemlje.
MINERALI I STIJENE MINERALI Minerali predstavljaju osnovnu komponentu od koje su izgrađene stijene čvrste Zemljine kore. Mineral je tvar koja unutar svojih najmanjih čestica koje je moguće fizički proizvesti ima homogenu strukturu, no to ne znači i isti sastav. Sastav im se izražava kemijskom formulom. U prirodi, najčešće se javljaju u čvrstom kristaličnom stanju, s pravilnim vanjskim oblikom i simetričnom unutrašnjom građom, pa se zbog toga nazivaju kristali, a nastaju procesom kristalizacije. Izgrađeni su od atoma koji su međusobno pravilno raspoređeni u okviru prostornih rešetki. Ipak, iako rijetko, događa se da neki minerali nemaju pravilnu unutrašnju građu, pa ih nazivamo amorfnima. Veličina pojedinih zrna može biti tako velika da se vide prostim okom, ali i da su vidljiva tek pod mikroskopom. Od fizičkih osobina minerala najvažnije su tvrdoća, boja, sjaj, elastičnost, specifična težina, gustoća, kalavost i indeks loma. Tvrdoća minerala je opiranje materijala na mehaničke deformacije. Tvrdoća minerala je veća, što su atomi u strukturi gušće pakirani. Određujemo relativnu i apsolutnu tvrdoću. Pri određivanju apsolutne tvrdoće primjenjujemo tehnike brušenja,
13
deformiranja i dr., dok se pri određivanju relativne tvrdoće minerala koristimo Mosovom ljestvicom od 1 do 10 u kojoj su odnosi tvrdoće među susjednim mineralima relativni. 1. talk 0,04 2. gips 1,25 3. kalcit 4,5 4. fluorit 5 5. apatit 6,5 6. ortoklas 37 7. kremen 120 8. topaz 175 9. korund 1000 10. dijamant 140 000
14
Sl. Almandinski kristali na granitu, Kina Minerali nastaju hlađenjem i kristalizacijom iz magme (najčešći su), vodenih otopina (nekad uz pomoć biljnih i životinjskih organizama), plinova i para, te preobrazbom iz drugih minerala. Od kemijskih elemenata što izgrađuju minerale litosfere, 99 % otpada na kisik, silicij, željezo, aluminij, kalcij, natrij ,magnezij i kalij. Pri podjeli minerala najčešća je ona klasifikacija koja je zasnovana na osnovu njihovog kemijskog sastava. Od ukupno devet grupa po svom značenju izdvajaju se silikati, oksidi i hidroksidi, karbonati i samorodni elementi. Silikatni minerali učestvuju sa 75 % u građi Zemljine kore. Zajednička značajka im je tvrdoća, slaba taljivost, kemijska postojanost i vrlo često složen kemijski sastav. Oksidi i hidroksidi su spojevi kisika i vodika, najčešće s metalima, a sudjeluju s 17 % u sastavu Zemljine kore. Okside karakterizira velika tvrdoća i gustoća, dok su hidroksidi suprotno tome, male tvrdoće i gustoće. Među njima najznačajniji je kvarc ili kremen (SiO2), hidroksidi aluminija, a ovoj grupi pripada i voda (H2O), odnosno led. Karbonati sudjeluju u građi 1.7 % Zemljine kore, a nastaju u različitim sredinama, a najčešći su kalcit (CaCO3) i dolomit /CaMg(CO3)2. Samorodni elementi, odnosno minerali sastoje se iz jednog kemijskog elementa, dok se većina kemijskih elemenata javlja u spojevima. Iako nisu jako rasprostranjeni, ovoj grupi pripadaju izuzetno važni minerali koji imaju veliko značenje kao što su: grafit (C), dijamant (C), sumpor (S), zlato (Au), bakar (Cu), živa (Hg). Među ostalim mineralima treba spomenuti po njihovom značenju halit (kuhinjsku sol, NaCl) i gips (CaSO4X2 H2O). STIJENE Stijene su mineralni agregati koji se sastoje od jedne ili više vrsta minerala. Struktura stijene ovisi o obliku, veličini i međusobnom odnosu minerala u njoj. Struktura je najvažnije obilježje stijena i na osnovu nje se može zaključiti kakvi su bili uvjeti nastanka određene stijene. Prema postanku stijene se dijele na: magmatske, sedimentne ili taložne metamorfne ili preobražene. 1. Magmatske stijene
15
Ishodišne stijene od kojih je izgrađena Zemljina kora su magmatske stijene, a nastaju kristalizacijom minerala iz magme. Od minerala u njihovom sastavu najzastupljeniji su silikatni minerali, dok je drugih vrlo malo. Prema čestini pojave najznačajniji su glinenci, pirokseni, amfiboli i kvarc. Prema mjestu nastanka dijelimo ih na: intruzivne (dubinske) stijene efuzivne (izljevne) stijene žične stijene Intruzivne stijene nastaju u unutrašnjosti Zemlje dugotrajnim polaganim hlađenjem magme, ali pod visokim tlakom. Kao posljedica toga minerali se jasno raspoznaju, imaju približno istu veličinu i zrnate su strukture. Efuzivne stijene nastaju prilikom izbijanja magme u obliku lave na Zemljinu površinu. Hlađenje se tada odvija vrlo brzo (svega par dana ili tjedana), pa se lava stvrdne u amorfnu (nekristaliziranu) masu ili opsidijan, koja izgleda poput stakla. Najčešće, ipak dođe do kristalizacije, no minerali su vrlo sitni, a pojedini veći minerali (nastali u dubljim dijelovima) pojavljuju se kao utrusci. Obzirom, da se u lavi često pojavljuju vodena para i plinovi pri hlađenju oni stvaraju mjehuriće, te nastaju stijene šupljikave strukture, među takvim stijenama je najpoznatiji plovućac (toliko je lagan da plovi na vodi). Žične stijene predstavljaju prijelazni oblik između intruzivnih i efuzivnih stijena, a nastaju u pukotinama kroz koje su se magma ili plinovi probijali na Zemljinu površinu. Vrijeme hlađenja je duže nego za tipične površinske uvijete. Prema količini SiO2 magmatske stijene dijele se na: kisele (kad je udio veći od 62 %), neutralne (52 - 62 %), bazične (40 - 52 %) i ultrabazične (kad je udio manji od 40 %). Od magmatskih stijena najzastupljenije su granit (kisela intruzivna stijena), bazalt (bazična efuzivna stijena), peridot (ultrabazična intruzivna stijena) i andenzit (neutralna efuzivna stijena). 2. Sedimentne ili taložne stijene u čvrstom dijelu Zemljine kore zauzimaju svega 5 % volumena, ali zato čine 75 % površine njenog kopnenog dijela. Za razliku od drugih vrsta stijena lako ih prepoznajemo jer su uglavnom uslojene. Nastaju taloženjem (sedimentacijom) materijala koji je nastao razgradnjom drugih stijena na
16
površinskom dijelu Zemljine kore, kemijskim taloženjem iz prezasićenih otopina (precipitacijom), te sedimentacijom ostataka organizama. Prema postanku sedimentne stijene dijelimo na: klastične, kemogene biogene. Klastične sedimentne stijene nastaju mehaničkim taloženjem čestica (npr. od odlomaka starijih stijena koje su izložene različitim načinima trošenja, a najizrazitiji su učinci atmosferskog djelovanja. U područjima gdje je prisutno dnevno kolebanje temperature zbog mehaničkog naprezanja dolazi do pucanja stijena, takav način trošenja najizraženiji je u pustinjama i prisojnim padinama planina. u područjima gdje temperature padaju ispod 0 0C veliko značenje ima i djelovanje leda. Led koji dospije u pukotine povećanjem svog volumena vrši pritisak i drobi stijenu, dok se na obalama uočava razorni rezultat djelovanja valova. Dalje, materijal nastao trošenjem ponekad ostaje na mjestu ili se akumulira u neposrednoj blizini gdje je dospio pod utjecajem sile gravitacije (podnožje padina). Raspadnuti materijal često prenose voda, vjetar ili ledenjaci, pri čemu ih dodatno usitnjavaju, a u prenošen tekućicama i valjan morskim valovima dolazi do njihovog zaobljavanja. Zbog različite tvrdoće zaobljavanje nije jednako. Tako npr. vapnenac tekućica mora kotrljati 1 - 5 km, a granit 80 - 100 km. Na mjestima gdje prestaje transportna snaga vode, leda ili vjetra dolazi do taloženja fragmenata. Razlikujemo vezane (npr. pješčenjaci) i nevezane (npr. pijesak) klastične stijene. Osnovna podjela klastičnih stijena je prema veličini fragmenata od kojih su izgrađeni. Razlikujemo: a) Krupnozrnati klastiti ili ruditi (fragmenti Ø > 2 mm). Ovoj grupi pripadaju uglato kršje i zaobljeni šljunci. Ukoliko dođe do spajanja vezivom (koje je najčešće kalcitno) od kršja nastaju breče ili kršnici, a od šljunka konglomerati. b) Srednjezrnati klastiti ili areniti (fragmenti 0,06 - 2 mm). Ovoj grupi pripadaju nevezani pijesak, odnosno ako dođe do njegovog spajanja pješčenjak. c) Sitnozrni klastiti ili lutiti (fragmenti Ø < 0,06 mm). Najznačajniji predstavnici su mulj, koji u sebi sadrži dosta vode i glina kod koje sadržaj vode varira. Starenjem i gubitkom vode pod težinom gornjih slojeva nastaje čvrsta povezana stijena -šejl, koji predstavlja oko 50 % volumena svih sedimentnih stijena. Značajan predstavnik je i
17
prapor ili les. Nastaje taloženjem sitnih čestica koje nanosi vjetar iz glacijalnih ili pustinjskih područja. Kemogene
sedimentne
stijene
nastaju
kristalizacijom
iz
otopina
visoke
koncentracije nekih elemenata. Npr.: soli (kloridi, sulvati, karbonati, sulfati i dr.). Najčešće, se to događa u jezerima, lagunama i morskim zaljevima u kojima je količina vode što ispari je veća od njenog dotjecanja. Značajni predstavnici ove grupe stijena su gips i kuhinjska sol, dok joj samo djelomično pripadaju vapnenac i dolomit. Biogene sedimentne stijene nastaju taloženjem skeleta organizama, odnosno čestica organskog podrijetla. Ovisno o tome da li u sastavu prevladava biljna ili životinjska komponenta dijele se na fitogene i zoogene. Iako po nastanku mogu biti i kemijske sedimentne stijene, vapnenci i dolomiti su najznačajniji predstavnici ove grupe, no nama su posebno interesantni jer izgrađuju 54 % površine naše domovine. Vapnenci se sastoje od fragmenata skeleta organizama koji su ih za života izgradili od kalcij - karbonata (CaCO3), uzimajući ga iz vode. Često, vapnenci imaju naziv prema organizama od kojih su izgrađeni vapnence (foraminiferski, koraljni, rudistni i dr.). Važan sastojak vapnenaca je vapnenački mulj (mikrit), a sastoji se od čestica veličine do 4 mikrometra (0,001mm). Ovaj mulj može nastati kemijskim taloženjem ili kao nakupina najsitnijih dijelova ljušturica organizama. Dolomit /CaMg (CO3)2/ nastaje iz vapnenaca kad još u vlažnom i rahlom talogu, ili poslije, dođe do zamjene polovice kalcijevih iona magnezijskim. Dolomit i vapnenac se razlikuju pomoću 10 % otopine klorovodične kiseline (HCl). Naime, vapnenci reagiraju na hladnu otopinu burno šumeći. Lapor ili tupina sastoje se od minerala kalcita i dolomita (karbonata), te gline koja u sastavu sudjeluje sa 25 % do 75 %. Lapor se koristi kao sirovina za proizvodnju cementa. Sedimentnim stijenama pripadaju i razne vrste ugljena. Nastaju od biljnih organizama procesom karbonizacije. Raspadanjem bez prisutstva kisika biljna masa gubi neke elemente koje sadrži (vodik i kisik), a pri tom dolazi do obogaćenja na ugljiku. Nastanak počinje tresetom, u kojem još jasno možemo raspoznati biljne tvari od kojih je nastao. Daljim procesom karbonizacije nastaju lignit, smeđi ugljen, kameni ugljen i na kraju antracit. Računa se da su ligniti i smeđi ugljen stari oko 50 mil. godina, a kameni da imaju starost čak 250 mil. godina.
18
Ležišta nafte, danas jednog od najvažnijih energenata vezana su uz sedimentne stijene. Nafta nastaje na dnima zatvorenih mora, laguna I močvara gdje vladaju anoksični uvjeti. Organizmi koji žive u gornjim dijelovima mora bogatim kisikom, nakon ugibanja padaju na dno i tu ne trunu već ih razgrađuju anaerobne bakterije u takav oblik ugljikovodika iz kojeg će s vremenom nastati nafta. Pod pritiskom gornji slojevi stijena naftu potiskuju u stijene veće poroznosti (pijesci, šljunci i neke vrste vapnenaca). Na mjestima gdje je kretanje nafte zaustavljeno nepropusnim stijenama u krovini nastaju naftna ležišta. 3. Metamorfne ili preobražene stijene nastaju preobrazbom strukture, a najčešće i mineralnog sastava starijih eruptivnih i sedimentnih stijena, u uvjetima povišenog tlaka i temperature. Temperatura i tlak mijenjaju se u Zemljinoj kori različitim intenzitetom. Dok se na jednom mjestu brže povećava temperatura, na drugom se brže povećava tlak. Mineralni sastav i struktura u stijenama podložni su termičkim promjenama koje nastaju na dva načina: stalnim povišenjem od površine prema unutrašnjosti i povišenjem nakon prodiranja magme u Zemljinu koru. U slučajevima kad je metamorfoza izazvana samo promjenom temperature kristali u stijeni neće imati uređenu orijentaciju, već može doći do njene prekristalizacije. U takvim slučajevima stijena zadržava svoj mineralni i kemijski sastav, ali se povećava veličina zrna. Na taj način nastaje npr. mramor, pa se od vapnenaca od kojih je nastao razlikuje po velikim kristalima. Ako dođe do daljeg povišenja temperature može doći do taljenja stijene i nastanka novih minerala. Nova stijena ima izmijenjen mineralni, ali ne i kemijski sastav. Do promjene mineralnog i kemijskog sastava stijene dolazi tek u uvjetima kad je rastaljena stijena u kontaktu sa magmom. Pri promjeni tlaka metamorfoza započinje onog trenutka kad on pređe kritičnu točku koju mineralni sastav i struktura stijene mogu izdržati pri određenoj temperaturi. Ako neka stijena zbog različitih geoloških procesa dospije u dublje dijelove litosfere, automatski dospijeva i pod povišen tlak. U višim dijelovima kamene kore djeluje jednostrani tlak (stres), a očituje se u snižavanju tališta minerala. To dovodi do njihove prekristalizacije, pa oni poprimaju izgled štapića ili listića koji su složeni u paralelnim nizovima okomito na smjer djelovanja tlaka. Tu prepoznatljivu strukturu za metamorfne stijene nazivamo škriljavom, a stijene škriljavcima (npr. od tinjaca nastaju tinjčevi škriljavci). Stijene koje dospiju u veliku dubinu izložene su djelovanju
19
tlaka sa svih strana (hidrostatski tlak). Kao rezultat toga novi minerali imaju manji volumen od prijašnjih. Proces preobrazbe stijena rijetko se događa samo zbog porasta temperature ili tlaka, već su povezani i djeluju zajedno. Sedimentne stijene, koje su nastale pri niskim temperaturama i tlaku podložne su metamorfozi već kod temperatura od 180 - 200 0
C. Eruptivne i već postojeće metamorfne stijene koje su nastale kod visokih
temperatura i tlaka podložne su metamorfozi i pri nižim temperaturama ali uz prisutstvo vode. Kao posljedica različitih uvjeta iz iste vrste stijene procesom metamorfoze mogu nastati različite nove metamorfne stijene. Tako na primjer, od već metamorfoziranih tinjčevih škriljaca, u dubljim uvjetima pri većem tlaku i temperaturama nastaje gnajs.
4. Tektonika ploča Kao što je već spomenuto, litosfera (grč. Λίθος, líthos – kamen, σφαίρα, sfaíra – kugla) predstavlja kruti dio Zemljine površine sastavljen od Zemljine kore i gornjeg plašta. Debljine od oko 100 km (od 50 km (na području oceana) do 250 km (na području kontinenata)), litosfera je razlomljena na litosferne / tektonske ploče. Na temelju podudarnosti obala i fosilnih zajednica Južne Amerike, Afrike, Indije, Antarktike i Australije A. Wegener početkom 20. stoljeća iznosi teoriju kontinentalnog
drifta
(plutanja
kontinenata) (sl. 7). Smatrao je da je u vrijeme paleozoika postojao superkontinent Pangea.
koji
Pangea
je
nazvao
se
najprije
raspala na dva dijela Lauraziju i Gondwanu koji su se zatim raspali na manje kontinente. Teoriju je kasnije dopunio američki
Sl. 7. Dokazi pomicanja kontinenata
geolog Harry Hess 1962. teorijom o širenju morskog dna. Prema Hessu širenje morskog dna uzrokovano je konvekcijom materijala u plaštu koji se ponaša plastično.
20
Osnovni
princip
danas
prihvaćene
teorije
tektonike ploča objašnjava pokrete litosfernih ploča (sl. 8) neovisno jedna o drugoj pomoću
konvekcijskog
kretanja topline i materijala u astenosferi. Brzina kretanja ploča
varira
od
nekoliko
milimetara, pa do oko 5 centimetara godišnje
Sl. 8. Najvažnije Zemljine litosferne ploče s označenim
(do 18 cm).
smjerovima kretanja
Ploče (debljine do 100 km) izgrađuje gornji dio plašta prekriven jednim od dva ili oba tipa kore (najveća Pacifička ploča izgrađena je od oceanske kore). Mjesta dodira litosfernih ploča (rubovi ploča) najčešće su karakterizirana pojačanom tektonskom aktivnošću (pojava vulkana i potresa, izdizanje planinskih lanaca). Razlikujemo tri tipa granica među pločama: -
konvergentne
-
divergentne
-
transformne
Konvergentne (destruktivne) granice ploča su mjesta gdje pod utjecajem kompresijske tektonike dvije ploče kreću jedna prema drugoj i sudaraju se. Pri tome dolazi do subdukcije ili kolizije ploča. U
zoni
subdukcije
dolazi
do
podvlačenja ploče s oceanskom korom pod
ploču
s
oceanskom
ili
kontinentalnom korom. Ploča koja se podvlači tone pod nagibom od oko 45º i brzinom do 37 centimetara godišnje (Aleutski jarak 20 cm/god, Javanski jarak 37 cm/god) ponekad do dubine i 21
od 730 km (nedostatak pojave hipocentra potresa ukazuje na potpuno taljenje ploče). Duž kontakta nastaju dubokomorski jarci širine do 100 km, te dubine od 6 000 do 11 000 m. Rezultat subdukcije je formiranje velikog broja vulkana (vulkanskog lanca) na navučenoj kontinentalnoj (vulkanski luk, npr. Ande) ili oceanskoj ploči (otočni luk, npr. Japansko otočje) (sl. 9). Naime, ploči koja tone raste temperatura, te dolazi do otpuštanja volatila (od kojih je najvažnija voda). Volatili se izdižu u plašt naliježuće ploče, smanjuju temperaturu tališta okolnih stijena, te dolazi do taljenja stijena (nastaje magma s velikim količinama otopljenog plina). Taljevina
Sl. 9. Subdukcija
se uzdiže do površine i dolazi do formiranja eksplozivnih vulkana zbog velike količine ekstremno stlačenih plinova (npr. Mt St. Helens). Tonjenje i taljenje litosfernih ploča karakterizirano je i pojavom velikog broja potresa (ukazuju na način tonjenja i dubinu taljenja ploča). Hipocentri potresa javljaju se u nizu na zakošenoj „plohi“, Benioff zoni. U zoni kolizije dolazi do sudaranja dvije kontinentalne ploče (sl. 10), što rezultira izdizanjem
planinskih
(orogeneza)
lanaca
(npr.
Himalaja).
Kontinentalna kora na ovim mjestima doseže najveće debljine. Oceanska kora koja
se
nalazila
između
dvije
kontinentske nestala je ranijim procesom Sl. 10. Kolizija subdukcije. Divergentne (konstruktivne) granice ploča su mjesta razmicanja dvije litosferne ploče pod utjecajem ekstenzijske tektonike (zone spredinga) (sl. 11). Brzina razmicanja varira od 2 do 10 cm godišnje.
U
inicijalnoj
kontinentalnoj
kori
fazi
dolazi
na do
nastanka tektonskog jaraka / riftne doline
(npr.
istočnoafrički
rift).
Daljnjim razmicanjem ploča stvara se
prostor
koji
se
puni
novim 22
materijalom koji potječe od magme nakupljene ispod, odnosno nastaje nova oceanska kora. Dolazi do otvaranja novog oceana (oceanizacija), a mjesta nastanka Sl. 11. Divergencija nove oceanske kore na oceanskoj litosferi nazivaju se srednjeoceanski hrptovi (npr. Srednjeatlanski hrbat). Razmicanje ploča nije uniformno, te se na mjestima gdje postoji razlika u brzini razmicanja susjednih blokova javljaju transformni rasjedi (pukotinske zone, glavni izvor podmorskih potresa). Konzervativne (transformne) granice ploča su mjesta gdje dolazi do horizontalnog smicanja jedne ploče uz drugu (sl. 12). Zbog sile trenja među pločama dolazi do deformacije stijena i pucanja, odnosno nastanka horizontalnih rasjeda. Brzina pomicanja doseže do 2 cm godišnje (npr. rasjed San Andreas, Kalifornija), a zonu
pomaka
karakterizira
velikog broja potresa.
pojava Sl. 12. Transformna granica
Dokaz pomicanja litosfernih ploča je i pojava niza ugaslih vulkana koji završava aktivnim vulkanom (npr. Hawaii). Naime, kanadski geofizičar J. T. Wilson zaključio je da je ovakva pojava moguća samo ako se ispod ploče nalazi stalni izvor topline („vruća točka“), a ploča se kreće preko nje (sl. 13).
Sl. 13. Vruća točka, Hawaii Teorija globalne tektonike ploča objašnjava vodoravne pokrete planetarnih razmjera istodobno izdvajajući tri etape u razvoju Zemljine kore: -
oceanizaciju
-
orogenezu 23
-
kratonizaciju
Kraton – star i stabilan dio zemljine litosfere na kontinentskim masama, karakteriziran niskim reljefom, jakom površinskom erozijom (denudacija) i malim brojem potresa. Izdvajaju se: - štitovi (blagi viši dijelovi izloženi denudaciji - Baltički, Kanadski štit) - platforme (područja akumulacije materijala sa štitova – Kaspijska, Amazonska nizina)
5. Magmatizam i vulkanizam Pojava vulkana i potresa posljedica je djelovanja endogenih sila. Njihove pojave vezane su uz kontaktne dijelove litosfernih ploča i ukazuju na kretanje litosfernih ploča. Prostorno, najveći broj aktivnih vulkana (oko 65%) nalazi se u području Tihog oceana, prvenstveno u njegovom priobalnom području, a poznat je pod nazivom Pacifički vatreni krug (sl. 14).
Sl. 14. Divergentne granice i recentni vulkani na Zemlji 5.1. Magmatizam
24
Magma (grč. μάγμα, mágma ≃ μάσσω,mássō - mijesiti, gnječiti) je mineralna taljevina promjenjivog sastava nastala taljenjem stijena u gornjem plaštu. Sastav joj ovisi o sastavu ishodišnog materijala, no glavni elementi u sastavu magme su: kisik, silicij, aluminij, željezo, kalcij, kalij, natrij i magnezij. Magma također sadrži i fluidne sastojke plinova i para. Kemijski sastav magme ovisi i o taljenju stijena pri prodiranju magme na površinu. Magme prema sastavu dijelimo na kisele, neutralne, bazične i ultrabazične. Zbog razlike u gustoći između okolnih stijena i magme (ς m < ςs), magma se kreće prema površini usput taleći okolne stijene i mijenjajući svoj sastav. Prilikom izdizanja dolazi do smanjenja tlaka i temperature, odnosno do hlađenja magme, te se iz magme počinju izdvajati različiti minerali. Magma je izvor za građu magmatskih stijena koje izgrađuju oko 95% zemljine kore. Prema nastanku te stijene, kao i reljefne oblike nastale hlađenjem (kristalizacijom) magme dijelimo na intruzivne (dubinske) i efuzivne (izljevne). Prilikom izdizanja prema površini, magma ne prodre uvijek do površine, već se počinje polagano hladiti u unutrašnjosti. Hlađenjem i skrutnjavanjem magme ispod površine Zemlje nastaju razni intruzivni oblici (sl. 15). Tipični intruzivni oblici su: - batolit (B) – intruzivno tijelo površine veće od 100 km2, nepoznate osnovice - štok ili greda (A) – batolit manjih dimenzija (manje od 100 km2) - lakolit (C) – intruzivno tijelo lećastog (zvonastog,
gljivastog)
utiskivanjem
magme
oblika, u
nastalo
pukotine
međuslojne prostore pri čemu dolazi do
ili Sl. 15. Magmatski oblici
izdizanja krovine - žila ili dike (E) – nastaje ispunjavanjem pukotina magmom (D) presijecajući slojeve sedimenata pod raznim kutovima - sill ili sklad (F) – intruzivno tijelo pločasta oblika nastalo utiskivanjem magme (D) među slojeve sedimenata (debljine od nekoliko cm, do 1 km, površine nekoliko km2)
25
- dimnjak ili neck (G) – kanal kojim magma prodire prema površini. Hlađenjem magme, te naknadnom erozijom ovi intruzivni oblici mogu izbiti na površinu, gdje zaostaju u obliku uzvišenja (K) 5.2. Vulkanizam Vulkanizam podrazumijeva sve procese izbacivanja krutog, tekućeg ili plinovitog materijala iz Zemljine unutrašnjosti na površinu. Magma iz unutrašnjosti na površinu izbija kroz pukotine u zemljinoj kori ili vulkane. Magmu koja se izlila na Zemljinu površinu nazivamo lava. Način na koji će magma izbiti na površinu ovisi o tipu pukotina, ali i o svojstvima magme. Magma koja sadrži puno uklopljenih plinova i para je viskoznija, te na površinu izbija eksplozivnim erupcijama, dok se magma manje viskoznosti polako izlijeva iz pukotina. Magma na površinu izbija na dva načina: - izlijevanjem – mirna izlijevanja lave karakteristična su za duge pukotine (konstruktivne granice). Izljevima nastaju ploče čija površina ponekad premašuje i 100 km2, debljine i do 1 km (npr. Columbia Plateau ~ 200 000 km2) - erupcijom – izbacivanje lave, piroklastičnog materijala, plinova i para kroz krater vulkana. Eksplozivne erupcije najčešće su praćene potresima i tektonskim pokretima (npr. Mount St. Helens, 1980). Vulkanske erupcije i eksplozije karakteristične su za područja destruktivnih granica. Iz magmatskog ognjišta (sl. 16), a pod utjecajem magmatskog uzgona magma se kroz vulkanski dimnjak kreće prema gore i izbija na površinu. Lava i ostali vulkanski materijal (pepeo i fragmenti stijena) talože se oko dimnjaka u visinu stvarajući pri tom vulkansku kupu/čunj, na čijem se vrhu nalazi ljevkasto udubljenje krater. Često na padinama glavne kupe, vulkani imaju bočne, sekundarne
Sl. 16. Građa vulkana
26
parazitske kupe (npr. Etna ~ 200 aktivnih i nekoliko stotina ugaslih). Vulkanska aktivnost na parazitskim kupama u pravilu se odvija paralelno s glavnom kupom, no u neki slučajevima vulkanska se aktivnost odvija samo kroz sekundarne kupe. Nakon erupcije, magma u krateru može se stvrdnuti, te vulkan ima prividno ugasli karakter. U slučaju da ispod stvrdnutog pokrova u krateru dođe do nakupljanja plinova i vodene pare, zbog povišenja pritiska može doći do jake eksplozije, te nastanka proširenja – kaldere (sl. 17) (npr. Krakatau u Indoneziji – eksplozija je do dubine od 330 m ispod razine mora raznijela otok, a izbačeni vulkanski pepeo prekrio je oko 4 000 000 km2).
Sl. 17. Kaladera, Santorini
Izbijanjem lave kroz pukotine i kanale na površinu nastaju razni efuzivni oblici. Njihov nastanak povezan je s vrstama magmatskih erupcija (uvjetovane svojstvima magme, osobito količinom plinova). Tipični efuzivni oblici su: - ploča – tijelo velike površine i relativno male debljine nastalo izlijevanjem lave male viskoznosti kroz pukotine u kori (tipično za bazičnu magmu) - kupa – tijelo izgrađeno od slojeva ohlađene lave velike viskoznosti i drugog vulkanskog materijala, a predstavlja nekadašnji vulkanski čunj (tipično za kiselu magmu). Podjela vulkana Prema mjestu izbijanja lave, aktivnosti, vrstama erupcije i obliku razlikujemo nekoliko vrsta vulkana. Prema mjestu izbijanja lave, vulkane dijelimo na podmorske i kopnene. Ponekad se događa da podmorski vulkani zbog rasta kupe izbiju iznad razine mora stvarajući tako vulkanske otoke (npr. Hawaii). S obzirom na aktivnost razlikujemo ugasle, pritajene i aktivne, no ova je podjela vrlo upitna jer mnogi vulkani za koje se smatralo da su ugasli obnovili su svoju aktivnost (npr. Vezuv). 27
Prema vrstama erupcije vulkani se dijele na izljevne i eksplozivne. Razlikujemo nekoliko tipova erupcija: - mirni izljevi lave iz pukotina – islandski tip - mirne erupcije – havajski tip (lagano izlijevanje lave preko ruba vulkana) - eksplozivne erupcije – kaladerski tip - podtipovi – stromboli - česte, ali slabe erupcije s rijetkim izljevima lave - vezuvski – snažne eksplozije nakon dužeg perioda mirovanja, velika količina izbačenog pepela - pelejski – snažno izbijanje plinova, puno pepela - plinijski - najburnije erupcije praćene izbacivanjem materijala Prema obliku vulkane dijelimo na: - cinder vulkane (piroklastični) – malih dimenzija (do 300 m visine, nagib vulkanske kupe oko 350), građeni od piroklastita, vulkanske šljake, troske (napola
rastaljenih
stijena)
bazaltnog
i
nerastaljenih
do
andenzitnog
sastava, s velikim kraterom na vrhu (sl. 18). Nastaju strombolijskim tipom
Sl. 18. Cinder vulkan, Sunset Crater erupcije
(npr. Paricutin, Mexico, 1943) - štitaste vulkane – vulkani blago nagnutih (oko 150) konveksnih padina, nastaju izlijevanjem bazaltne lave iznad vrućih točaka. Izbacuju malo dima i pepela, a „rastu“ s oceanskog dna, kroz period i do nekoliko milijuna godina (npr. Hawaii).
Nastaju
havajskim
tipom
erupcije.
Sl. 19. Štitasti vulkan, Belknap, Oregon
- stratovulkane (kompozitni vulkani) – vulkani stožastog oblika, velikih dimenzija, strmijih gornjih i blažih donjih dijelova padina (sl. 20). Izgrađuju ih izmjenični slojevi slijevova lave i naslaga piroklastičnog materijala, a na padinama je česta
28
pojava parazitskih kupa. Erupcije bazaltne do riolitne lave i tefre andezitnog sastava su plinijskog (vezuvskog) tipa. Specifičan vulkanski oblik predstavljaju udubljenja nastala eksplozijama plina.
Sl.
20. Stratovulkan, Mount Shasta and Karakteriziraju ih kratkotrajna vulkanska Shastina, California aktivnost, te gotovo vertikalan krater na vrhu ispunjen vodom. Na području Francuskog centralnog masiva i Njemačkog sredogorja poznati su pod nazivom maar, a u južnoj Africi kao dijatremi (poznata nalazišta dijamanata). Tijekom eksplozivnih erupcija dolazi i do naglih erupcija ekspandirajućih plinova, posljedica
čega
je
fragmentacija
magme
i
okolnih
stijena,
te
nastanak
piroklastičnog materijala. Prema veličini čestica, odnosno piroklasta razlikujemo: - nevezani vulkanski pepeo (tefra) – sitnozrnati fragmenti (< 2 mm), uglavnom sastavljeni od krhotina vulkanskog stakla i krhotina stijena - lapile – piroklastični fragmenti (2 – 64 mm) - vulkanske blokove i bombe – vulkanske bombe su piroklastični fragmenti aerodinamičnog oblika (> 64 mm), nastali izbacivanjem lave tijekom erupcije, a ohlađeni još u zraku, dok su blokovi izbačeni kao već stvrdnuti fragmenti. Prateće vulkanske pojave Prije i tijekom, a često i dugo vremena nakon erupcije, prisutno je izbijanje plinova i para iz unutrašnjosti. Među njima najznačajnije su fumarole (pojave kad na Zemljinu površinu izbijaju plinovi i para), mofete (izbija CO2), solfatare (izbija H2S) i termalna i mineralna vrela (toplice). Poseban tip termalnih izvora predstavljaju gejziri iz kojih voda i vodena para izbijaju periodički u vidu naglih vodoskoka, a u svijetu ih je poznato oko 400. Vulkanske erupcije izazivaju katastrofalne posljedice. Lava koja teče u potocima niz padine uništava sve pred sobom. Iznimno veliku opasnost okolnim prostoru predstavljaju lahari, a osobito užarene lavine. Lahari su muljeviti tokovi (bujice) nastali od vodom natopljenog pepela, a karakteristične su za vulkane u hladnijim područjima čiji su vrhovi u doba erupcije prekriveni ledom i snijegom. Tako je npr. 1985. prilikom erupcije vulkana Nevado del Ruiz (Kolumbijske Ande) lahar nastao miješanjem pepela sa otopljenim ledom i snijegom prilikom kretanja niz padinu 29
dosegao brzinu od 145 km/h, pri čemu je u podnožju poginulo 20 000 ljudi. Užarene lavine nastaju od pregrijanih plinova (do 800 ºC), a niz padine se kreću brzinama većim od 150 km na sat. S obzirom da vulkanske erupcije u pravilu prate i manji potresi koji upozoravaju na dolazeću opasnost, osobito su opasne nagle eksplozije. Visoki stupovi pepela i gustih pregrijanih plinova negativan utjecaj imaju i na znatno većim područjima. Vulkan Mount St. Helens mirovao je od 1857. do 1980. god. kad je došlo do jake eksplozije koja je trajala skoro 2 mjeseca. Prvo su se pojavili manji potresi, a iza toga je uslijedilo izbacivanje plinova i pepela praćeno eksplozijom koja je razorila vrh u promjeru 1.5 km. Oblak od pepela i plinova dosezao je visinu od 20 km, a iza toga se niz padine obrušila pregrijana lavina, dok je pepeo padao u promjeru od 2 000 km. Neke važnije erupcije U povijesti su, vulkanske erupcije praćene tečenjem žitke lave, užarenim lavinama, laharima i zasipavanjem pepela prouzročile nesreće s velikim brojem ljudskih žrtava: - Vezuv, 24. kolovoza 79. god. - od užarene lavine poginulo je oko 20 000 stanovnika gradova Pompeiia i Heculaneuma - Etna, 1666. god. - poginulo oko 50 000 ljudi, a svega 2 mjeseca kasnije ponovo je zatrpala 50 naselja s oko 94 000 stanovnika - Mount Tambora, Indonezija, 1815. god. - zatrpan je grad Sumbawa s približno 13 000 stanovnika, ukupno 44 000 žrtava - Krakatoa, 1883. god. – pri eksploziji vulkana nastao je 35 m visok tsunami od kojeg je stradalo oko 40 000 stanovnika Jave i Sumatre. Pretpostavlja se da je val obišao Zemlju 4,5 puta - Mount Pelée, Martinique, 8. 5. 1902. god. - stradalo je 28 000 stanovnika grada St. Pierre (preživio jedino crnac u dubokim prostorijama zatvora) Ovako velike nesreće među ostalim su i posljedica velike naseljenosti vulkanskih područja, a na njih su čovjeka privukla plodna tla.
30
POTRESI Potresima ili zemljotresima nazivamo pojave koje se očituju u vidu iznenadnih i kratkotrajnih podrhtavanja tla, a nastaju prilikom naglog oslobađanja energije u litosferi. Podrhtavanja izazivaju valovi koji prenose oslobođenu energiju u svim smjerovima iz centra potresa u unutrašnjosti Zemlje. Centri iz kojih se šire valovi u obliku koncentričnih kugli, nazivaju se fokusi ili hipocentri. Mjesto na Zemljinoj površini, koje se nalazi iznad hipocentra i gdje se potres najjače osjeti naziva se epicentar. Prosječno godišnje ljudi u svijetu osjete oko 30 000 potresa, dok se registrira oko 1 mil. Naime, mnogi potresi se dogode u područjima koja nisu naseljena, ali ih registriraju u seizmološkim stanicama. Prema uzrocima potrese dijelimo na urušne (3%), vulkanske (7%) i tektonske. Urušni potresi nastaju urušavanjem u većim podzemnim šupljinama. Hipocentar im je vrlo plitko (na dubini od svega nekoliko kilometara) i neznatne energije. Vulkanski potresi nastaju kao posljedica kretanja magme iz unutrašnjosti prema površini Zemlje, a najčešće se javljaju u oceanima. Pri tome oslobođena energija izaziva potrese srednje jačine, a javljaju se lokalno, na udaljenostima do 50 km od vulkana. Tektonski potresi su najjači, a njihov nastanak u većini slučajeva je posljedica kretanja blokova duž rasjeda. Snaga ovih potresa ovisi o veličini pomicanja blokova. Što je ono jače i brže, to je potres inenziviji i jači. Prema dubini hipocentre dijelimo na plitke (do dubine od 70 km) srednje duboke (od 70 do 300 km) i duboke (300 do 700 km). S obzirom na čestinu pojavljivanja uočava se da većina potresa nastaje na granicma litosfernih ploča. Potresi s dubokim i srednje dubokim hipocentrima najčešći u zonama subdukcije (oko 90% nalazi se u graničnoj zoni oceanske i kontinentske kore oko Tihog oceana), dok su plitki potresi najčešći u zonama spredinga i transformnim rasjedima (oceanski hrptovi). Po svojoj snazi su značajni plitki potresi na transformnim rasjedima, a među njima posebno se ističe rajed San Angreas u Kaliforniji (SAD). Kao drugo žarište potresa ističe šire Sredozemno područje koje se produžava na Aziju, a kod Malajskog arhipelaga se spaja s Pacifičkim područjem. Seizmizam Europe, koji predstavlja 3-4% svjetskog, ograničen je upravo na njen Sredozemni dio. Prilikom pojave potresa mjeri se njihova jačina na površini Zemlje i oslobođena energija u hipocentru. Jačina potresa na površini Zemlje naziva se intenzitet, a mjeri 31
se na osnovu iskustvene ljestvice zasnovanom na osnovu ljudskih opažanja na osnovu događanja na površini (štete na zgradama i promjene na tlu). Od više ljestvica takve vrste, a na osnovu prijedloga međunarodog seizmološkog udruženja 1917. god. u primjeni je Mercalli - Cancani - Siebergova (MCS) ljestvica od 12 stupnjeva. Jačina oslobođene energije u hipocentru naziva se magnituda, a mjeri se u 9 stupanjskoj Richterovoj (koji ju je prvi primijenio) skali posebnim instrumentima seizmografima. Oslobođena energija mjeri se u joulima, a ljestvica je logaritamska (amplituda potresnih valova raste deseterostruko za svaki broj na ljestvici). Seizmografi su uređaji koji mjere brzinu potresnih valova i oslobođenu energiju koju prenose, a na osnovu njihovog širenja se i određuje mjesto hipocentra. Međutim, postoji više vrsta potresnih valova koji se ne šire jednakom brzinom, a uz to na njihovu brzinu utječe i unutrašnji sastav Zemlje. Površinski valovi (L) se najsporije šire i to samo kroz litosferu, ali zato imaju najveću rušilačku snagu potresa. Njihovo širenje uz površinu Zemlje je dvojako: u obliku koncentričnih krugova i vodoravno. Među dubinskim valovima po brzini i načinu širenja od hipocentra razlikujemo longitudinalne
(primarne
P)
i
transverzalne
(sekundarne
S)
valove.
Longitudinalni valovi šire se velikom brzinom (prosječno oko 8 km/sek) u obliku kuglastih valova kroz sve materijale u unutrašnjosti Zemlje. Pri tome osciliraju u smijeru širenja stežući i rastežući materijal. Za razliku od njih, transverzalni valovi su sporiji (prosječno oko 6 km/sek), vibriraju okomito na smijer širenja, a pri tom prolaze samo kroz čvrst materijal, te zaobilaze Zemjinu jezgru. Upravo brzina širenja valova (odnosno vremenska razlika pojave P, S i L valova koji su najsporiji) omogućava točno određivanje epicentra. On se određuje na osnovu dobivenih mjerenja više (obično tri) seizmografa, a na mjestu gdje se oni presijecaju nalazi se epicentar. Izoseiste su linije koje spajaju sva mjesta jednakog intenziteta potresa. Širenje unutrašnjih potresnih valova ima veliko značenje u geofizici pri upoznavanju unutrašnje građe Zemlje. Upravo na osnovu različite brzine širenja valova, a osobito zbog promjene pravca širenja pri nailasku na dijelove različite gustoće gdje dolazi i do njihovog skretanja, došlo se do spoznaja o lupinastoj građi Zemlje. Ove promjene prvi je uočio prilikom potresa u Pokupskom (1909. god.) voditelj opservatorija u Zagrebu Andrija Mohorovičić, te je njemu u čast nazvana granica između Zemljine kore i plašta. Vibriranje i pomicanje tla utječe na njegovo pucanje. Tako je npr. 1891. god. u Japanu došlo do stvaranja pukotine duge 100 km sa skokom i do 6 m, a jedna od 32
najuočljivijih takovih pukotina je rasjed San Andreas dug oko 1000 km. Podrhtavanje tla uz to aktivira brojne odrone i klizišta koji također stvaraju velike štete. Potresni valovi izazivaju stiskanje pukotina u stijenama, pa i u sušno doba može doći do poplava kao što je bio slučaj 1993. god. u Luisiani (SAD). Osim toga potresi utječu na promjenu kretanja vode u podzemlju, promjenu njenog nivoa, presušivanje i pojavu novih izvora, te promjenu tečenja rijeka. Također prilikom potresa dolazi do oštećenja plinskih i vodovodnih cjevovoda, električnih instalacija, a često uzrokuju požare u gradovima (Dubrovnik – 1667., Zagreb – 1880., San Francisco 1906., Yokohama 1923.). Potresi jači od 5 stupnjeva MCS ljestvice počinju izazivati materijalne štete, a oni jači od 8 stupnjeva se nazivaju štetnim jer ruše oko 25% zgrada. Osim rušilačke snage oni pri tom izazivaju i ljudske nesreće, jer pri rušenju mnogi ljudi stradaju. Na našem području poznati su jaki potresi koji su pogodili Dubrovnik (1667. g.), Rijeku (1750. g.), Zagreb (1880. g.), Makarsku (1923. i 1962. g.), Imotski (1942. g.) Slavonski Brod (1964. g.) Knin (1976.) i Ston (1996.). Razorna snaga potresa osobito dolazi do izražaja na građevinama koje se nalaze na rastresitim materijalima (u nevezanom tlu može nastati vidljivo valovito gibanje – valovi visine do 30 cm, razmaka do 9 m). Dok te građevine mogu biti u potpunosti srušene, one izgrađene na čvrstoj podlozi u njihovoj neposrednoj blizini ostaju čak neoštećena. Takav slučaj bio je prilikom potresa u Mexico Citiju 1985. god. Zbog toga se prije gradnje većih objekata, radi pravilnog temeljenja da se izbjegne rizik prilikom mogućeg potresa, provode mikroseizmička istraživanja. Podmorski potresi izazivaju tsunamije. Ovi valovi šire se velikom brzinom (800 km/sat), a na moru su jedva vidljivi (do 1 m visine), dok u obalnom dijelu dosegnu visinu veću i od 30 m, a svojom snagom izazivaju velike katastrofe. Prilikom izvođenja radova čovjek vrlo često stvara umjetne potrese. To se prvenstveno odnosi na zahvate u kojima se obavljaju minerski zahvati. Ovi potresi utječu na promjenu postojećih odnosa u litosferi, a među njima se osobito ističu oni potresi koji su izazvani podzemnim ekspozijama atomskih i hidrogenskih bombi. MCS LJESTVICA: I. stupanj: slabi potresi koje registriraju samo seizmografi. II. stupanj: lagani potresi koji se osjete samo na višim katovima zgrada. III. stupanj potresi koje neke osobe osjete kao da kola prolaze ulicom. 33
IV. stupanj: umjereni potresi koji se osjete u zgradama, ali ne i na otvorenom prostoru. V. stupanj: jaki potresi koji se osjete i u zgradama i na otvorenom prostoru. VI. stupanj: jaki potresi koji već oštećuju slabije zgrade i stvaraju pukotine na jačima. VII. stupanj: vrlo jaki potresi koji uzrokuju veće štete na zgradama. VIII. stupanj: potresi koji se nazivaju štetnima, a oštećuju oko 25% zgrada, stvaraju pukotine u tlu i klizanje. IX. stupanj: razorni potresi koji teško oštećuju 75% zgrada; mostovi se ruše, brane pucaju, željezničke tračnice se savijaju, nastaju pukotine u tlu, pojavljuje se voda, teren klizi itd. X. stupanj: pustošni potresi koji oštećuju 75% zgrada, ruše se mostovi, pucaju brane itd. XI. stupanj: katastrofalni potresi s razaranjem gotovo svih zgrada do temelja, nastaju široke pukotine u tlu, klizanje, urušavanje itd. XII. stupanj: veliki katastrofalni potresi koji ruše sve kuće do temelja i uzrokuju sve promjene koje su već spomenute kod nižih stupnjeva, samo u jačem intenzitetu.
ENDOGENI POKRETI I OBLICI SLOJ Stijene nam mogu odgovoriti na pitanje kakvi su odnosi vladali pri njihovom nastanku. Međutim, vrlo rijetko se događa da one nisu poremećene i premještene. Pri rekonstrukciji događanja veliko značenje imaju slojevi, jer oni nam odražavaju uvjete u kojima su nastali. Sloj je osnovni pojavni oblik litosfere koji je najčešće izgrađen od sedimentnih stijena (slojevi mogu biti i magmatskog postanka, nastali polaganim izlijevanjem magme ili stratifikacijom minerala prilikom hlađenja magmatskog tijela). Pojedini sloj nastaje u istovjetnim uvjetima taloženja i odraz je prilika u kojima je nastao, a na to nam ukazuje materijal od kojeg je izgrađen (npr. od finog mulja u moru, pijeska nanešenog vjetrom ili vodama tekućica, i dr.). Debljina slojeva varira od svega nekoliko mm, pa do 100 m, što ovisi o prostranosti bazena, vremenu i količini istaloženog materijala. U pravilu, prvobitni položaj slojeva je horizontalan, dok ih danas zbog utjecaja endogenih pokreta možemo naći u različitim 34
položajima, a s obzirom na starost i u različitim odnosima. Izuzetno, možemo pronaći primarno nagnute slojeve neposredno uz obalu mirnih jezera, deltama ušća rijeka, na strmoj strani sipina itd. Kosu i unakrsnu slojevitost proizvode struje koje donose materijal, ako su dovoljno jake i ako često mijenjaju smjer. U većini slučajeva nagnutost i savijenost slojeva posljedica je naknadnih tektonskih poremećaja, te je važno makar samo pretpostaviti njihov primarni položaj, da bi se mogao ocijeniti stupanj poremećenosti.
Sl. Fluvial cross beds of Devonian age at Pease Bay, Scotland. Sloj je ograničen vertikalno i horizontalno. Njegovo horizontalno protezanje odražava površinu prostora u kojem je nastao kao produkt potpuno određenih uvjeta. Sloj prestaje tamo gdje takvih uvjeta nije bilo, što ne znači da nije bilo taloženja pod drugim uvjetima, odnosno nastanka slojeva drugačijih značajki. Takva mjesta gdje se dodiruju slojevi različitih obilježja uvriježen je izraz isklinjavanje. Određivanje položaja slojeva omogućavaju izdanci (dijelovi sloja vidljivi na Zemljinoj površini). Kod položaja sloja mjere se tri dimenzije: smjer nagiba, nagib sloja i pravac pružanja, a određuju se geološkim kompasom. Pružanje sloja određuje se prema stranama svijeta, a predstavlja njegovo sjecište s vodoravnom ravninom. Smjer nagiba predstavlja pravac u kojem je sloj nagnut, a određuje se kutem što ga taj
35
pravac zatvara sa smjerom sjevera, dok nagib predstavlja ustrmljenje prema horizontalnoj ravnini. Svaki sloj je omeđen sa dvije slojne plohe, donjom i gornjom, koje nastaju kao posljedica prekida ili promjene uvjeta taloženja. Donja slojna ploha nastaje prilikom početka taloženja, a gornja na prestanku taloženja. Odnos među slojevima može biti dvojak. Svi slojevi koji se nalaze ispod određenog (promatranog) sloja čine njegovu topografsku krovinu, dok oni ispod čine njegovu topografsku podinu, a prema starosti se dijele na starije koji čine stratigrafsku podinu i na mlađe koji čine stratigrafsku krovinu. Kod slojeva, koji su u normalnom položaju topografska i stratigrafska krovina i podina se podudaraju, dok je kod prebačenih naslaga to obrnuto (u topografskoj krovini se nalaze mlađi, a u podini stariji slojevi). Da bi se odredilo u kakvom su međusobnom odnosu slojevi, potrebno je poznavati njegov položaj, odnosno razlikovati donju od gornje plohe. Tim se bavi stratigrafija, dio geologije koji proučava geološku prošlost Zemlje. Kad su slojevi paralelni, bez većih prekida sedimentacije (bez obzira jesu li vodoravni ili borani) nazivamo ih konkordantni ili konformni slojevi. No često se događa da su slojevi međusobno položeni pod nekim kutom divergencije te se tad kaže da su međusobno diskordantni. Uzrok takvom položaju je različit, ali je prekid najčešće vezan uz poremećaje sedimentacije, a između slojeva tada postoji stratigrafska praznina (hiatus).
36
37
38
39
40
BORE Tektonskim pokretima litosfera je deformirana pri čemu su nastale plastične i krte deformacije stijena. Plastične deformacije stijena predstavljaju bore.
Sl. Borani jurski sedimenti Dorset, Engleska. Nastaju savijanjem stijena pod utjecajem bočnih pritisaka ili kompresije koji dolaze iz dva suprotna pravca u litosferi. Potpuna bora sastoji se od njenog ispupčenog (konveksnog) dijela antiklinale i ulegnutog (konkavnog) sinklinale, dok se dio koji ih spaja naziva srednji krak bore. Tjeme antiklinale predstavlja najizbočeniji dio izgrađen od stratigrafski najmlađih naslaga, a jezgra središnji dio antiklinale izgrađen od najstarijih naslaga. Kod sinklinale njena jezgra predstavlja dio izgrađen od stratigrafski najmlađih, a dno dio izgrađen od stratigrafski najstarijih naslaga. Osna ploha prolazi kroz najzakrivljeniji dio antiklinale i sinklinale dijeleći ju na dva krila. Obzirom na položaj osne plohe prema vodoravnoj ravnini bore se dijele na uspravne, kose, prebačene, polegle i utonule bore. Na osnovu položaja osne plohe i krila bore mogu biti normalne, izoklinalne i lepezaste, kutijaste. Dijapirske i koljenčaste bore ili fleksure predstavljaju posebne vrste bora. Dijapirske bore imaju izgled poput leće. Nastaju od materijala koji imaju manju gustoću te pod tlakom dođe do njihovog probijanja prema višim dijelovima litosfere. Ležišta soli i gipsa često zapravo predstavljaju dijapirske bore.
41
Koljenčaste bore jedine nastaju širenjem prostora, i imaju samo jedno krilo, a njegovim daljim kretanjem mogu preći u rasjed. Bore, odnosno njihovi dijelovi antiklinale i sinklinale često su prepoznatljivi u reljefu. Antiklinale predstavljaju uzvišenja, a sinklinale udubljenja. Takav je slučaj i na području Kornatskog otočja, gdje antiklinale zapravo otoci, a sinklinale paralelni kanali. U tom slučaju odnosa bora i morfologije terena radi se o normalnom reljefu. Također, i naša najduža planina Velebit zapravo predstavlja krilo antiklinale. međutim ponekad se događa u prirodi da može doći do obrata, da sinklinale predstavljaju uzvišenja, a antiklinale udubljenja, pa se tada radi o inverznom reljefu, no to je uvjetovano oblikom bora (polegle, utonule i dr.).
Sl. Cheveron Folds, Devon
42
43
44
45
46
RASJEDI Rasjedi predstavljaju krte deformacije stijenskih naslaga u litosferi, a mogu nastati pod utjecajem sila gravitacije, ekspanzije (razdvajanja) ili kompresijskim pritiscima. U trenutku kad pritisak nadjača elastičnost stijena dolazi do njihovog pucanja i stvaranja dvaju stijenskih blokova -krila. Ona se kreću duž rasjedne plohe -paraklaze, koje mogu biti uspravne ili nagnute u različitim pravcima. Krilo koje se nalazi iznad paraklaze naziva se krovinsko, a ono ispod -podinsko. Ovisno o smjeru pritiska, pomak krila može biti prema gore, dolje i horizontalan. O odnosu kretanja krovinskog prema podinskom krilu uz nagnute (kose) paraklaze, rasjede dijelimo na normalne i reversne. Kod normalnog rasjeda dolazi do spuštanja krovinskog krila u odnosu na podinsko, a karakteristični su za ekspanziju prostora. Suprotno tome, kod reversnih rasjeda krovinsko krilo se izdiglo, a karakteristični su za prostore koji su izloženi kompresijskim pritiscima. Duž paraklaze krila se mogu kretati pretežno okomito, uz male horizontalne pomake. Međutim, kod nekih rasjeda zabilježen je samo horizontalni pomak krila duž paraklaze, a nazivamo ih horizontalnim ili transkurentnim. U prirodi, pojedinačni rasjedi su rijetki. Najčešće se javljaju u grupama, pa se mogu razlikovati strukture izgrađene od njih. Tektonske grabe nastaju od dva ili više rasjeda kad dođe do spuštanja krila. Za razliku od tektonskih graba, horstovi su uzvišenja koja su omeđena rasjedima. Ljuskave strukture nastaju sistemom reversnih rasjeda, dok stepeničaste strukture nastaju od većeg broja normalnih rasjeda, a često omeđuju horstove ili tektonske grabe. Reljefni oblici nastali rasjedanjem česti su u prirodi. Tako na primjer, doline rijeka Rajne u Njemačkoj i Save predstavljaju tektonske grabe. Međutim, dubina ovih tektonskih graba znatno je veća, ali je ispunjena mlađim sedimentima. Gromadna gorja u našem dijelu Panonske nizine predstavljaju horstove koji su izdignuti mlađim tektonskim pokretima. Rasjedi koji imaju strmiji nagib paraklaze, odnosno izdignutog krila mogu se prepoznati u prirodi kao strmci. No, pri vanjskom oblikovanju reljefa veliko značenje imaju manje bočne i paralelne pukotine koje nastaju prilikom rasjedanja. Uz to one stijene čine poroznima, a neke i vodopropusnima (karbonate) što osobito veliko značenje ima u karbonatnim stijenama pri oblikovanju krškog reljefa.
47
48
49
NAVLAKE Navlake predstavljaju strukturne jedinice litosfere u kojima krovinske naslage leže preko podinskih naslaga, a nastaju kao posljedica kompresije. Grade velike planinske lance kao što su Alpe, tako da ih se zbog velikih dimenzija teško može vidjeti u cjelini. Vanjskim procesima navlake su često erodirane tako da podinske naslage mjestimično izbijaju na površinu kao okna, a izolirani manji dijelovi navlake zaostaju kao navlačci. Epirogeni pokreti koji djeluju u litosferi izazivaju polagano izdizanje i spuštanje pojedinih dijelova litosfere, pri čemu ne dolazi do boranja, rasjedanja i navlačenja. Prilikom spuštanja dolazi do stvaranja mora i oceana, a pri izdizanju kopna. Epirogeni pokreti su najuočljiviji upravo u priobalnim područjima. Napredovanje vode na kopno poznato je kao transgresija, a povlačenje mora kao regresija. Tako se na primjer uočava da naša, istočna strana Jadranskog mora tone, dok se zapadna (talijanska) izdiže.
50
GEOLOŠKA PROŠLOST Stijene Zemljine kore kriju u sebi tragove nekadašnjeg života. To osobito vrijedi za sedimentne stijene koje u sebi kriju fosile. Fosili su ostaci životinja i biljaka iz proteklih razdoblja Zemlje, a proces pretvorbe uginulog organizma u fosil nazivamo fosilizacija. Fosili pobuđuju pažnju od pradavnih vremena, koriste se kao nakit i ugrađuju u mitove. Međutim još staroegipatski svećenici i stari Grci pokušavaju ih interpretirati kao dokumente prošlog života na Zemlji. No sve do druge polovice 18. stoljeća trebalo je čekati da se fosili primijene za datiranje starosti sedimenata litosfere. Danas, fosili se koriste kao dokumenti za rekonstrukciju razvoja Zemlje i uvjeta života na njoj. Velik broj životinja, ali i biljaka izlučuje karbonatne skelete, pa se zbog toga lakše fosiliziraju. Procesi fosilizacije su: petrifikacija inkrustacija karbonizacija mumifkacija konzervacija Petrifikacija (okamenjivanje) vrlo malo izmijeni ljušture, kućice, oklope i karbonatne cijevi koje su izlučile životinje i biljke kao sastavni dio tijela. Prilikom procesa fosilizacije voda koja sadrži otopljene mineralne tvari ispuni svaku mikroskopsku poru skeleta. Organska tvar zamjenjuje se anorganskom, te
sl. Ellipsocephalus hoffi, s. kambrij, Češka
nastaje okamina. Oblik ostatka se posve sačuva, a skelet postaje čvršći i teži. Za paleontologiju (dio geologije koja se bavi proučavanjem fosila) osobito su značajni fosili prelaznih oblika koji imaju osobine primitivnih i naprednih skupina. Na osnovu njih moguće je napraviti rekonstrukciju razvojnog puta životinjskog i biljnog svijeta, jer mlađi organizmi redovito su savršeniji od starijih. Pri određivanju starosti pojedinih slojeva sedimentnih stijena koriste se provodni fosili. Naime, oni su karakteristični samo za manja geološka razdoblja, pa je na osnovu njih moguće odrediti relativnu 51
starost. Upravo na osnovu pojave provodnih fosila moguće je odrediti redoslijed slojeva stijena i utvrditi poremećaje do kojih je došlo. Za razliku od fosila, pomoću novih metoda, koje se zasnivaju na brzini raspada radioaktivnih elemenata je moguće odrediti apsolutnu starost. No češće se koristi vrijeme njihovog poluraspada, odnosno vremenski raspon u kojem je potrebno da se od bilo kojeg broja radioaktivnih elemenata raspadne polovica. Među njima se ističu s obzirom na vrijeme poluraspada izotopi rubidija (Rb87), urana (U235) s 713 mil., i uran (U238) sa 4 milijarde i 498 mil. godina što odgovara i starosti Zemlje. Međutim za mjerenja mlađih sedimentnih stijena koristi se i ugljik (C 14) čiji je vijek poluraspada 5770 godina, a s njim se mogu dobiti podaci za starost od 70 000 godina. Povijesni razvoj Zemlje dijeli se na četiri osnovne ere: predkambrijsku ili prethistorijsku, paleozojsku ili primarnu, mezozojsku ili sekundarnu i kenozojsku ili tercijarnu, a svaka era se dalje dijeli na manje periode i epohe. Predkambrijska era predstavlja razdoblje Zemljine povijesti koje je počelo pred 4,5 milijardi godina, a prestalo je pred približno 570 mil. godina. iz tog razdoblja Zemljinu površinu izgrađuje 20 % stijena. Prvenstveno su to eruptivne i metamorfne stijene. Magmatske stijene nam ukazuju da je Zemljina kora nastala hlađenjem magme. Danas, uzdignuti dijelovi ovog prvog kopna predstavljaju štitove (npr. Kanadski), dok su niži dijelovi ispunjeni sedimentima i predstavljaju ploče (Ruska). Za ovo razdoblje vezani su i prvi tragovi života. Oni su otkriveni na području južne Afrike, a stari su 3,5 milijardi godina, a najvjerojatnije se radi o modrozelenim algama. Postupno javljaju se i drugi organizmi (meduze, koralji, spužve) koji ukazuju da je život u prekambriju prošao znatan evolucijski put u dva smjera, u jednom su se razvijali biljni, a u drugom životinjski organizmi. U paleozoiku su poznate starija, kaledonska orogeneza (koja traje oko 200 godina) u periodu od kambrija do devona i mlađa, hercinska orogeneza u periodu karbona i perma. Prema A. Wegeneru postojao je samo jedan kontinent Pangea koji se poslije postupno razlomio na manje današnje. Mlađi paleozoik obilježava bujan život beskralježnjaka u morima, koji u starijem paleozoiku izumiru. Tijekom starijeg paleozoika javljaju se prvi morski kralježnjaci (ali s hrskavičavim kralježnicama). Paleozoik obilježava i pojava prvih kopnenih biljaka (papratnjače visoke do 30 metara), vodozemaca, gmazova. Tijekom mezozoika dolazi do raspadanja Pangee na pojedine kontinente. U geosinklinali Tetidi, između južne Azije i Europe bila je jaka sedimentacija, a među njima karbonatnih stijena od kojih su izgrađeni Dinaridi i Alpe. Od perioda srednjeg trijasa počinje alpska orogeneza za 52
koje su nastala svi mlađi gorski masivi na Zemlji. Među životinjama ovog razdoblja ističu se veliki gmazovi, pojavljuju se prvi sisavci, dok kod biljaka prevladavaju kritosjemenjače. Kenozoik se dijeli na dva perioda: tercijar (traje oko 70 mil. god i kvartar (oko 2 mil. god.). Tijekom tercijara nastavlja se alpska orogeneza, i tad su zabilježena najjača izdizanja mladih planina. Na Zemlji se pojavljuju prvi primati, a prije 1,5 - 5,5 mil. god. i prvi Austrlopitek na području Afrike koji čini prijelaz između majmuna subhumanog razvojnog smjera i pravih hominida. Period kvartara dijeli se na epohu pleistocena i holocena. Tijekom pleistocena obilježava promjena ledenih i međuledenih doba koja su ostavila traga na oblikovanje reljefa i u višim područjima Hrvatske. Pred 50 000 godina pojavljuje se čovjek. Zadnju epohu, odnosno holocen, započela je pred 10000 godina, a klimatske osobine slične su današnjima. No nju zapravo obilježava razvoj čovjeka i njegov sve jači utjecaj, često u suprotnosti s prirodom na događanja na Zemlji.
53
OBLICI I ELEMENTI RELJEFA
Zemljina površina sastoji se od ravnina i neravnina koje nazivamo reljef. Oblikovanje reljefa posljedica je uzajamnog djelovanja endogenih (unutrašnjih) i egzogenih (vanjskih) procesa. Glavni endogeni pokretači oblikovanja reljefa Zemlje su njena unutrašnja toplina, tlak i sila gravitacije. Kao posljedica endogenih sila dolazi prvenstveno do kretanja (razmicanja i sudaranja) litosfernih ploča, pri čemu nastaju najveći reljefni oblici na Zemljinoj površini. Sunčeva energija i sila gravitacije (Sunca i Mjeseca) predstavljaju glavne pokretače egzogenih procesa pri oblikovanju reljefa. Egzogeni procesi svojim djelovanjem utječu na preoblikovanje reljefa nastalog endogenim silama. To je najizraženije u višim područjima gdje dolazi do snižavanja reljefa erozijom, dok s druge strane, u depresijama dolazi do akumuliranja erodiranog materijala. Pri tome nastaju razni reljefni oblici kao posljedica dugotrajnog, neprestanog, kombiniranog djelovanja endogenih i egzogenih sila i procesa, a današnji njihov izgled predstavlja samo trenutačno stanje. Osnovni reljefni oblici Mogu se razlikovati pojedini reljefi oblici kao što su: uzvišenja, udubljenja i ravnice, a mogu biti raznih veličina. Među uzvišenjima je brijeg najmanji, a visina mu ponekad doseže samo nekoliko desetaka metara. Slijede brdo, gora i planina, a mogu biti izduženi u obliku hrpta ili u obliku masiva bez prostorne orijentacije. Planinski sustavi i pojasevi posebno se ističu svojom veličinom i pružanjem. Udubljenja također mogu biti iznimno malih dimenzija kao ponikve u kršu (samo nekoliko metara). Kotline su udubljenja koja su sa svih strana omeđena planinama, a zavale su još veće i od okolnog prostora su odijeljene velikim planinskim sustavima. Radom tekućica nastala su izdužena udubljenja – doline koje su nagnute u smijeru otjecanja rijeka. Dimenzije reljefnih oblika Prema dimenzijama, reljefni oblici mogu biti mali, obuhvaćajući površinu od samo nekoliko četvornih milimetara, pa do planetarnih dimenzija (kontinrnti i oceani). Kopneni dio Zemlje obuhvaća samo 29% njene površine i ima primarno značenje u životu ljudi. Reljef je od samog početka znatno utjecao na prostorni razmještaj i 54
njihov način života. Niži predjeli osobito ravnice, oduvijek su privlačili ljude. Suprotno tome, planine su otežavale kmunikaciju i razdvajale ih. Na odnose visina kopna i dubina mora najbolje upućuje hipsografska krivulja. Takoje srednja visina kopna 840 metara, a najviši vrh 8848 metara (Mt. Everest). Prelaz s kontinenskih blokova u oceanske zavale predstavlja blago nagnuto priobalje (1-2º) koje seže do dubine od 200 metara i naziva se šelf. Svjetsko more obuhvaća 71 % površine Zemlje. Srednja dubina iznosi oko 3800 m, a najniža se točka nalazi na dubini od 11 304 m (Marijanski jarak), a srednja visina visina Zemljine površine iznosi -2400 m. S obzirom na nadmorsku visinu, odnosno hipsometrijska obilježja reljefa, izdvajaju se slijedeća područja: Nizne (0 do 200,) Pobrđa i niža gorja (200 do 500 m) Sredogorja (500 do 1500 m) Visoka gorja ili planine (više od 1500 m) Područje Svjetskog morja izdvaja se prema batimetrijskim (dubinskim) obilježjima na: Neritsku zonu (o do 200 m) Batijalnu zonu (200 do 3000 m) Abisalnu zonu (3000 do 6000 m) Hadalnu zonu (više od 6000 m) Energija reljefa Energija reljefa ili vertikalna rasčlanjenost zapravo predstavlja relativnu visinu određenog područja u okviru 1 km², a najčešće se dijeli na: Ravnice (0 do 5m/km²) Slabo rasčlanjene ravnice (5 do 30 m/km²) Slabo rasčlanjen reljef (30 do 100 m/km²) Umjereno rasčlanjen reljef (100 do 300 m/km²) Izrazito rasčlanjen reljef (300 do 800 m/km²) Vrlo izrazito rasčlanjen reljef (više od 800 m/km²)
55
Nagibi padina Nagibi padina također predstavljaju važan elemrnt reljefa. Prema odnosu vertikalnog kuta što ga čini površina padine s horizontalnom ravninom, reljef dijelimona: Ravnice (0 do 2º) Blago nagnute padine (2 do 5º) Nagnute padine (5 do 12º) Znatno nagnute padine (12 do 32º) Vrlo strme padine (32 do 55º) Strmce ili litice (više od 55º)
56
EGZOGENI PROCESI I RELJEFNI OBLICI Osnovni reljef, a predstavljaju ga velike neravnine na Zemlji, oblikovan je endogenim pokretima. Međutim, on je izložen stalnom preoblikovanju vanjskim ili egzogenim procesima koje pokreću Sunčeva energija i sila gravitacije (Zemlje, Sunca i Mjeseca). Sila gravitacije osobito dolazi do izražaja pri oblikovanju visokih i strmih reljefnih dijelova gdje veliko značenje ima djelovanje padinskih procesa. U planinskim područjima često je osipanje i urušavanje kršja koje je nastalo kao posljedica trošenja stijenske podloge. Tako nastalo kršje akumulira se u podnožjima. LAVINE Kao posljedica velikih nagiba, voda tekućica u tim područjima ima svoju najveću erozijsku snagu. Za oblikovanje marinskih (morskih) reljefnih oblika važne su i morske mijene, čiji je pokretač sila gravitacije Sunca i Mjeseca. Sunčeva energija djeluje izravno na Zemlju, utječe na kretanje u atmosferi, hidrološki ciklus i život na Zemlji. Na taj način ona utječe na djelatnost vanjskih čimbenika oblikovanja reljefa, a to su voda, led, vjetar i organizmi. Procesi kojima vanjski čimbenici utječu na oblikovanje reljefa mogu biti mehanički iili fizički, kemijski, biološki, a u posljednje vrijeme sve je veći utjecaj ljudske djelatnosti. Međutim, oni često zajedno djeluju. Fizičko ili mehaničko djelovanje je najvažnije. Voda tekućica svojom erozijskom snagom, prenoseći materijal iz izvorišnih u niže dijelove, oblikuju fluvijalni reljef. U morima i jezerima mehaničkim djelovanjem valova, mjena (plima i oseka) i morskih struja nastaju marinski (morski) i lakustrijski (jezerski) reljefni oblici. Za hladnija područja, gdje su prosječne temperature niže od 0 ºC, karakteristično je oblikovanje reljefa utjecajem leda, pa nastaju glacijalni i periglacijalni reljefni oblici. Atmosferske vode spiranjem, kao i mehaničko raspadanje stijena izazvano kolebanjima temperature, oblikuju padine. U sušnijim područjima vjetrovi zbog nedostatka i zaštitnog djelovanja vegetacije svojom snagom prenose sitnije čestice, oblikujući tako eolski reljef. Kemijsko oblikovanje reljefa karakteristično je za topljive stijene, osobito karbonate na kojima se formira krški reljef, i tropska područja gdje su visoke temperature i vlažnost. Biogeni procesi očituju se fizičkim, kemijskim i organogenim djelovanjem. Biljke prilikom ukorjenjivanja pritišću i razaraju stijensku podlogu, ali istodobno je razaraju i kemijskim humusnim kiselinama. Suprotno tome, pri biogenom oblikovanju reljefa treba istaknuti sedrotvorce, koralje i šume mangrove čijim djelovanjem nastaju
57
akumulativni reljefni oblici. Na kraju, pri oblikovanju reljefa sve veću važnost ima ljudska djelatnost (gradnja nasipa, usjeka i dr.) TROŠENJE STIJENA Trošenje stijena može biti mehaničko ili fizičko, kemijsko i biološko. Mehaničko raspadanje stijena karakteristično je za sušna područja s velikim dnevnim amplitudama temperature. Zbog nedostatka vegetacije i njezina zaštitnog djelovanja tijekom dana dolazi do jakog zagrijavanja stjenovite podloge, pri čemu se povećava njen volumen. Suprotno tome, tijekom noći dolazi do hlađenja koje prati smanjivanje volumena stijena. Zbog takvih izmjena dolazi do pucanja stijena. U područjima s temperaturama nižim od 0 ºC stijene se troše i zbog mehaničkog djelovanja leda. Voda koja dospije u pukotine u stijenama, pri leđenju povećava svoj volumen. To rezultira povećanjem pritiska, te led na taj način drobi stijenu. Kao posljedica dugotrajnijeg i jačeg zamrzavanja prisojnih strana na planinama, na njima je izrazitije i mehaničko raspadanje. Korozija je najvažniji način kemijskog trošenja stijena. Oborine koje sadrže apsorbirani ugljični dioksid (CO2) iz zraka otapaju karbonatne stijene, a među njima se po svojoj podložnosti kemijskom trošenju posebno ističe vapnenac. Osim na površini, korozija otapa vapnenačke stijene i u unutrašnjosti Zemljine kora. Na to najbolje upućuju dosad poznate dubine jama. Lukina jama na Velebitu, najdublja u Hrvatskoj, istražena je do dubine od 1392 metra, a najdublja jama na Zemlji, Lamprechtsofen-Vogelschacht blizu Salzburga u Austriji, duboka je 1632 metra. Za vlažna tropska područja karakteristično je jako kemijsko trošenje magmatskih i metamorfnih stijena. Voda ovdje prodire u njihovu kristalnu strukturu. Debeli pokrov tla, među kojim prevladava glina kaolinit, doseže debljinu i od nekoliko desetaka metara. Zato što sadrže veliku količinu željeza i aluminija ta tla imaju crvenu boju. Biogeno razaranje najčešće predstavlja kombinirano kemijsko i mehaničko trošenje stijena. Biljke prilikom svog ukorjenjivanja mehanički drobe stjenovitu podlogu, ali istodobno je i otapaju svojim kiselinama. Kemijsko trošenje stijena osobito je izraženo kad biljni organizmi rastu na vapnenačkoj podlozi. U takvim slučajevima trošenje vapnenca zbog znatno veće količine CO2 biljnog porijekla u talnoj vodi može biti i do desetak puta veće. 58
-
Vanjski utjecaji koji uvjetuju pojavu odgovarajućih erozijskih procesa te oni stvaraju određene reljefne forme (erozijske i akumulacijske)
-
PADINSKI PROCESI:
-
Fizičko trošenje - mehaničko drobljenje i usitnjavanje stijena
-
Denudacija – spiranje i ogoljavanje rasteristog dijela pedosfere i ogoljavanje stijenske podloge
-
KEMIJSKO TROŠENJE
-
mijenjanje i preinačavanje stijenskog sastava stijena utjecajem vode, zraka i dr., a uvjetovano je klimom, litološkim sastavom i tektonikom. Najizraženije je u tropskom vlažnom području gdje doseže do razine izdani (20 – 30 m), odnosno uslijed tektonike (pukotine) i dublje.
-
Proces topljenja stijena – ne postoje stijene koje su u potpunosti netopive. Proces otapanja karbonatnih stijena – korozija
-
Proces oksidacije
-
Proces hidratacije
-
Abrazija – mehanički rad oceanskih, morskih i jezerskih valova
-
Riječna ili fluvijalna erozija - mehanički utjecaj vode tekućica
-
Nivalni proces – mehanički utjecaj snijega
-
Egzarazija – mehaničko oblikovanje ledom deflacija – mehaničko
-
Oblikovanje vjetrom - korazija i deflacija
-
Biogeni procesi
-
Antropogeni procesi
Monogenetski oblici – nastali oblikovanjem jednog od procesa Poligenetski oblici – kad je prisutno dva ili više procesa u oblikovanju Polimorfija – promjene oblikovanja reljefa uslijed promjene fizičko-geografskih uvjeta (litološki sastav, klima, reljef, vegetacija, tlo...) – modifikatora Monofazni oblici – kad se sve u njihovoj morfološkoj evoluciji odvija kontinuirano Polifazni oblici – kad su prisutne promjene Eustatički nivo – predstavlja bazu za eroziju na kopnu, a predstavljena je razinom mora. Ujedno to je i apsolutna donja erozijska baza Lokalna erozijska baza – predstavlja najnižu razinu određenog područja
59
KLIMAGEOMORFOLOŠKA PODRUČJA Klima predstavlja jedan od najvažnijih egzogenih faktora oblikovanja reljefa na Zemlji. Utječe na pojavu i intenzitet geomorfoloških procesa, i to direktno i indirektno (voda, vegetacijski pokrov i pedosfera). S obzirom na klimatske osobine Zemlje, uočava se više područja u kojima dominiraju određeni procesi pri oblikovanju reljefa. Humidno klimatsko područje karakteristično je za područja gdje veći dio oborinske vode otječe tekućicama, nego što ispari ili se gubi u podzemlju. Kao posljedica toga prevladava oblikovanje reljefa padinskim procesima i fluvijalnom erozijom. Tom klimatskom području pripadaju i tropski dijelovi gdje je jako kemijsko oblikovanje reljefa uvjetovano velikom količinom vlage i visokim temperaturama. Aridno klimageomorfološko područje prevladava na dijelovima Zemljine površine gdje je prosječna godišnja količina oborina manja od 250 mm.
Obuhaća rubna
tropska i suptropska područja u zoni polja visokog tlaka, kontinentalne dijelove
60
Euroazije, Afrike i Australije. Velika dnevna kolebanja temperature i nedostatak vegetacije pogoduju jakom zagrijavanju stijenske podloge koja se zbog toga mehanički raspada, stvarajući pustinje. U dijelovima tih pustinjskih područja, gdje su jaka strujanja zraka, javlja se vjetar kao bitan činilac u oblikovanju reljefa. Periglacijalno klimageomorfološko područje obuhvaća subpolarna područja, a u manjoj mjeri se javlja i u visokim planinama, gdje je srednja godišnja temperatura niža od 0 ºC, a praćena je malom količinom oborina. Na tim područjima prevladava smrznuto tlo ili permafrost, čiji se površinski dio samo površinski otopi za kratkih ljeta. Obuhvaća velika područja Aljaske, Kanade i Euroazije gdje se zbog kontinentalnosti javlja već na 50º s. g. š. Glacijalno klimageomorfološko područje obuhvaća polarne krajeve i više planinske dijelove gdje su temperature također niže od 0 ºC. Prevladavaju oborine u obliku snijega, pri čemu je otapanje manje od akumulacije. Na taj način se postupno stvaraju ledenjaci koji su glavni faktor u oblikovanju reljefa.
61
PADINE, PADISKI PROCESI I RELJEFNI OBLICI PADINE Padine predstavljaju dijelovi Zemljine površine čiji je nagib veći od 2º. Oblikovanje padina uvjetovano je endogenim i egzogenim silama i procesima. Osnovne neravnine uvjetuju endogene sile i procesi koje su poslije izložene kontinuiranom djelovanju egzogenih sila i procesa. Snaga kojom će egzogeni procesi djelovati na oblikovanje padina ovisi o tvrdoći i vodopropusnosti stijenskog sastava, nagibima, klimatskim osobinama i vegetaciji. Pod utjecajem sile gravitacije, mehanički ili kemijski nastao rastresit mateijal – regolit niz padinu pokreću padinski ili derazijski (lat. deradere = grebati) procesi. Prema obliku, padine dijelimo na: -Konveksne ili ispupčene koje su istodobno i destrukcijske. Njihov oblik posljedica je mladog izdizanja. Ovaj tip padina dominira na Medvednici. -Konkavne ili udubljene su “stare padine” s odmaklom denudacijom. Izuzeci su vezani uz meandarsko korito i ledenjačke doline. -Normalne padine kad dolazi do sukcesije konveksnog (gornjeg) i konkavnog (donjeg) dijela padine, a odvaja ih (zamišljena) inflekcijska linija. -Strmci, litice ili eskarpmani su padine (ili njihovi dijelovi) nagiba većeg od 550. Mogu biti egozogeni i strukturni. Egzogeni strmci su npr. Klifovi nastali mehaničkim djelovanjem valova, a strukturni nastaju kao posljedica nagiba slojeva ili rasjedanjem. normalne, konveksne, konkavne, kose, a one s većim nagibom od 55º na strmce. SPIRANJE I JARUŽENJE Među derazijskim procesima koji oblikuju padine najizraženije je spiranje i jaruženje oborinskim vodama. Spiranje ovisi o više faktora. Najvažniji su su sastav zemljišta, nagib padina, vegetacija i intenzitet oborina. Do spiranja dolazi u slučaju kada količina oborina prijeće kapacitet pukotina (šupljina) u tlu ili stijenskoj podlozi, te dolazi do otjecanja niz padinu. Spiranje je izraženije na strmim padinama koje su prekrivene rastresitim pokrovom, nego na blagim padinama i onima na čijoj su površini tvrde stijene. Vegetacija u znatnoj mjeri ublažava spiranje. Krošnje stabala, osobito lišće, smanjuje snagu oborina, korijenje veže tlo i usporavajući površinsko otjecanje smanjuje erozijsku snagu vode. U slučajevima kad je otjecanje oborinske 62
vode plošno to je spiranje, a ako je otjecanje linearno onda govorimo o bujičenju ili jaruženju. Obilnije i jake oborine u obliku pljuskova povećavaju intenzitet spiranja i jaruženja. Svaka padina izložena je destrukciji udarom kišnih kapi. Pri otjecanju niz padinu kišne kapi oblikuju mala udubljenja – kišne brazede. Dalje, pri otjecanju niz padinu i spajajući se, oborinska voda na padinama stvara vodene mlazove koji odnose rastresit pokrov i stvaraju žljebasta udubljenja – vododerine, te veća udubljenja – jaruge, koje su zapravo nastale djelovanjem bujica (nastaju spajanjem više vodenih mlazova). Raspadnuti materijal voda akumulira u podnožjima gdje se smanjuje njena transportna snaga u obliku stožastih uzvišenja – deluvijalnih (podno vododerina) i proluvijalnih (podno jaruga) kupa. Jako spiranje ponekad oblikuje i duboke vododerine i jaruge na maloj površini, poznate pod nazivom badland. Takve reljefne oblike imamo na flišnom području Istre. U slučajevima kad se u rastresitom pokrivaču nalaze veći kameni blokovi, oni podlogu ispod sebe štite od spiranja te ona zaostaje u obliku zemljanih piramida. PUŽENJE, TEČENJE I KLIŽENJE Procesi puženja, tečenja i kliženja podrazumijevaju spuštanje rastresitog pokrova ili stijenske mase niz padine pod utjecajem gravitacije. Puženje ili deflukcija se javlja u slučajevima kad se površinski raspadnuti materijal - regolit prokomjerno navlaži ili kad se ispod njega nalazi zaleđeni dio. Puženje površinskog raspadnutog materijala odvija se vrlo sporo, obično 1 do 2 cm godišnje (maksimalno do 3 cm). Puženje je karakteristično za sve padine u umjerenom klimatskom pojasu bez obzira na gustoću vegetacije. Prekomjerno vlaženje uvjetuje promjenu volumena regolita, te dolazi do njegovog pomicanja niz padinu. S obzirom da regolit može primiti velike količine vode, tijekom zime ona se zamrzava što utječe na veliko povećanje volumena i potiska. Potisak je uvijek najveći prema gore, te pri topljenju nastaju šuplijine u koje se pod utjecajem gravitacije pomjeraju čestice s viših dijelova. Takvi pokreti se najbolje uočavaju na padinama pokrivenom šumskom vegetacijom. Kao posljedica pritiska leda i puženja materijala niz padinu stabla su u donjim (bazalnim) dijelovima povijena. Tečenje zemljišta ili soliflukcija nastaje kada se tlo jako navlaži te prelazi u fluidalno stanje ipočinje se kretati niz padinu kao blatni potok. Za područja gdje je tlo u dubljim dijelovima stalno zaleđeno karakterističan je proces gelisoliflukcije. 63
Površinski sloj koji se ljeti otopi, te pod utjecajem sile gravitacije klizi niz padinu preko zaleđenog sloja u dubini. Krećući se niz padinu, taj materijal oblikuje izdužena uzvišenja –soliflukcijske jezike. Kliženje je proces koji se odvija iznenadno. Do kliženja dolazi na padinama gdje se ispod površinskog propusnog sloja nalazi vodonepropusni glinoviti sloj i kad se oni izmjenjuju. Do kliženja dolazi kada glinoviti sloj znatno poveća svoj volumen upijanjem vode. Naime, molekule gline primaju vodu u međuprostor između jezgre i vanjske membrane molekule. Pri tome dolazi do povećanja molekula i do 10 puta. U takvim uvjetima glina postaje nepropusna, ali i elastična, te ona tada predstavlja kliznu plohu. Tlak koji se tada javlja destabilizira gornji vodopropusni sloj, koji se pod utjecajem gravotacije naglo kreće niz padinu. Klizanje materijala niz padinu često prouzroči katastrofalne posljedice jer masa koja klizi niz nju ruši sve pred sobom. Na osnovu oblika klizne plohe izdvaja se pet tipova klizišta: 1. Slojna “tepih” klizišta su ona kod kojih je klizna ploha konveksno nagnuta u skladu s nagibom padine. Kod ovog tipa klizišta razlikuju se front klizišta – strmac duž kojeg je došlo do odvajanja mase koja je kliznula. Tijelo klizišta – masa koja je obično valovita – namreškana. Glava ili jezik klizišta – najniži dio materijala koji je skliznuo. Na tijelu klizišta uočljive su pukotine zatezanja (poprečne su na tijelo klizišta, a nastaju zbog neravnina klizne plohe), a na području glave klizišta zbog širenja materijala nastaju relaksacijske pukotine. Debljina klizne mase prosječno iznosi oko 3 m. 2. Rotacijska klizišta su karakteristična po tome što front klizišta može biti visok i do 30-tak metara. Klizna ploha ima polucilindričan ocrt. Zbog velike brzine dolazi do kompresije materijala (lažno boranje). Vrlo često kod ovog tipa klizišta dolazi do oblikovanja udubljenja koja su ispunjena vodom. 3. Stepeničasta klizišta nastaju kao posljedica urušno kliznih pokreta. Najčešća su na području lesa ili prapora, zbog njegove sklonosti vertikalnom cijepanju (pukotine su vertikalno orijentirane, pa sam tim i poroznost dok je horizontalna poroznost slaba). Ovaj tip klizišta javlja na obalama Dunava i u manjoj mjeri obalama Drave. Pri izdizanju vodostaja Dunava (Drave) u lesu nastaju ispupčenja. Međutim, pri naglom opadanju vodostaja nastaju depresijske površine koje uvjetuju vertikalna urušavanjakliženja na glinovitoj podlozi.
64
4. Blok klizišta su spontani pokreti velikih stijenskih blokova na glinovitoj podlozi pod utjecajem gravitacije 5. Klizišta potoci su specifičan vid kliženja uvjetovan geološkom građom ili paleoreljefom. Nakupine regolita klizi u sinklinalama ili u nekadašnjim jarugama. Ovaj tip klizišta odlikuje velika dužina i mala širina tijela klizišta. Kliženja zemljišta su najdestruktivniji procesi u kontonentalnom dijelu Hrvatske. URUŠAVANJE (ODRONJAVANJE) I OSIPANJE Za strmije dijelove padina nagiba većeg od 320 (fizička granica za koju je utvrđeno da se pod utjecajem gravitacije sva tijela kreću brzinom slobodnog pada) karakteristični su gravitaciki procesi urušavanja (odronjavanja), osipanja i lavine. Ti procesi nastaju kao posljedica mehaničkog trošenja stijena, izazvanog termičkim razlikama dana i noći, pri čemu se mijenja volumen stijenske mase. Zato dolazi do stvaranja pukotina i odlamanja pojedinih stijenskih blokova. Voda koja prodre u pukotine, prilikom opadanja temperature ispod 0 ºC se zaledi. Zbog povećanja volumena led stvara pritisak koji drobi stijene. Urušavanje je proces kretanja stijenske mase niz padinu pod utjecajem gravitacije. Karakteristično je za strme stjenovite padine koje su jako ispucane. U podnožju padina urušeni materijal – kolapsij oblikuje akumulacije. Urušavanje je najčešće sezonsko (tijekom hladnijeg dijela godine). Osipanje je drugi gravitacijski proces, a predstavlja spontano kretanje sitnozrnatog i srednjezrnatog materijala niz padinu. Koluvij - materijal koji nastaje osipanjem akumulira se u podnožju padina. Vrlo često osipanjem dolazi do oblikovanja točila – destrukcijskih žlijebova na stjenovitim dijelovima padina, a u njihovom podnožju akumulirani materijal - koluvij oblikuje sipare (imaju izgled lepeze). U slučaju kad se više sipara spoji nastaju koluvijalni zastori. Lavine su također spontana kretanja materijala niz padinu. Osim sniježnih lavina česti su slučajevi lavina stijenskog, muljevitog, te raznih prijelaznih oblika niz padine. Kombiniranim djelovanjem padinskih procesa dolazi do ublažavanja nagiba padina. To je osobito karakteristično za njihova podnožja gdje akumulirani materijal smanjuje nagibe i oblikuje blage kosine predgorske stepenice, poznate pod nazivom pedimenti.
65
PROCESI I OBLICI NASTALI EOLSKOM EROZIJOM Reljef oblikovan destrukcijskim i akumulacijskim djelovanjem vjetra naziva se eolski reljef. Oblikovanje ovog reljefa uvjetovano je destrukcijskim radom vjetra koje se očituje srtuganjem Zemljine površine česticama stijena nošenih vjetrom. Prostire se na 31,4 mil. km² – 22% Zemljine površine (umjereni pojas 7 mil. km², tropski 17 mil. km² i suptopski 7,4 mil. km² - Sahara7 mil. km²). Utjecaj vjetra kao dominantnog na oblikovanje reljefa izražen je u aridnim područjima, odnosno u pustinjskim i polupustinjskim područjima. Klimatske značajke imaju bitnu ulogu, a očituju se u nedostatku oborina (veći dio Sahare manje od 20 mm - Kebir 2,4 mm, Atakama <10 mm, Namib 23 mm, Kara kum 60 – 150 mm, Gobi 50 – 200 mm)
i visokim amplitudama temperature (apsolutne tz: Libijska pustinja –
oaza Aziz 58º C, Kara kum 50º C, Dolina smrti 55º C, dnevna kolebanja u Sahari dosežu 35º C, najizrazitija u pustinji Gobi oko 45º C), te jakim zagrijavanjem podloge (Port-Sudan 83,5º C). Visoka kolebanja temperature stijenske podloge pogoduju njenom mehaničkom razaranju. Vjetar prenosi materijal na dva načina: - Deflacija – proces odošenja sitnih čestica (prah) vjetrom (pasati prenose pijesak i prašinu na na udaljenosti i od 2000 – 2500 km) - korazija – proces struganja stijenskim česticama, a ovisni su o njegovoj brizini Pustinje se dijele na: - kamene - šljunčane - pješčane - glinovite - Kamene pustinje ili hamade (Sahara, Gobi i dr.) predstavljaju ravne ili slabo rasčlanjene gole stjenovite predjele čija je osnovna značajka nedostatak vode i
66
vegetacije. Djelomično su pokrivene fragmentima stijena koje su nastale kao rezultat termičkog razaranja. - Pješčane pustinje ili ergovi (Sj. Afrika ili kum u Centralnoj Aziji) predstavljaju područja «živog» pijeska koji je nanešen vjetrom u obliku manjih, niskih uzvišenja. Kao posljedica utjecaja vjetra reljefni oblici su podložni dinamičnim promjenama. - Pješčare ili pesci – manja područja - Glinovite pustinje (takir u C. Aziji; najpoznatije su Beptak –Dala i Usjurt u Aziji, te dijelovi pustinjskih predjela u SAD) javljaju se u okviru drugih pustinja na malim površinama. Također predstavljaju rubna područja velikih jezera i unutrašnjih mora. Oblikovane su na dnu velikih potolina u kojima se zadržava voda poslije kratkotrajnih oborina. Površina im je ravna, a glinoviti pokrivač raspucan uslijed isušivanja vode. - Šljunčane pustinje (sesiri plitke depresije u Libijskoj pustinji u S. Africi) predstavljaju one dijelove aridnih područja čija je površina prekrivena sitnim drobinskim materijalom koji je nastao kao posljedica termičkog drobljenja stijenske osnove, dok je sitni (pijesak i prah) materijal odnešen vjetrom. -Les ili prapor – sastavljen od čestica kvarca, gline, feldspata i karbonata (najpoznatiji les u centralnom dijelu Kine gdje doseže debljinu i do 200 m). Nastao je taloženjem praha iz područja obuhvaćenih leđenjem, područjima bez vegetacije. Drobinskog materijala, jezerskih i riječnih nanosa. Tijekom vremena gubi karbonatnu komponentu (otapanje!) i prelazi u lesnu ili prapornu glinu. EOLSKI DESTRUKCIJSKI - EROZIJSKI OBLICI Sitni materijal nošen vjetrom oblikuje na stjenovitoj podlozi niz mikroreljefnih oblika. Među njima se ističu: - Uglačane površine koje su oblikovane kao posljedica struganja (korazija) sitnih čestica na kompaktnoj stijenskoj podlozi. - Drajkanteri ili trobridnjaci nastaju struganjem čestica u kamenim pustinjama. Njihovo oblikovanje posljedica je djelovanja dugotrajnih i intenzivnih vjetrova istog smijera. Uslijed dugotrajne korazije strane otpornijih stijenskih blokova postaju
67
uglačane, dok su im bridovi oštri. Veći broj uglačanih ploha ukazuje da su na određenom području učestali vjetrovi iz više smijerova. -Pustinjsko saće - nastaju u pustinjama za koje je karakterističan heterogen sastav stijena. Uslijed toga dolazi do selektivne korazije, pa otporniji dijelovi stijena strše, dok na mjestima izgrađenim od mekših stijena (ili minerala) nastaju ovalna udubljenja (promjera do 20 cm), a koja su međusobno odijeljena tankim stjenovitim stranama. - Tafoni su veća udubljenja oblikovana korazijskim djelovanjem vjetra. - Prozorci su oblikovani na onim stijenskim dijelovima koji su uzdignuti i tanki. Oblikovani su selektivnom korazijom heterogenih stijenskih blokova na mjestima gdje su oni najuži, ili sastavljeni od najmekših stijena. - Jardang predstavlja formu koja je oblikovana poput žlijeba dugotrajnim istosmjernim djelovanjem vjetra. U pravilu javljaju se u grupama, a dubina ovih žlijebova doseže i do 6 m. - Gur predstavlja stjenovite forme koje imaju izgled poput gljive. To je posljedica toga što vjetar čestice pijeska prvenstveno prenosi do visine od 1,5 m. Uslijed toga donji dijelovi su suženi struganjem dok su viši dijelovi stijena širi. - Wadi predstavljaju suhe, fosilne riječne doline koje su duge i po nekoliko desetaka km. Samo povremeno kroz njih protječe voda, zapravo rijetko «blato» sastavljeno od vode pijeska i praha. - Deflacijske (ispuhne) kotline su oblikovane u onim pustinjskim područjima koja su izgrađena od mekših stijena. Među njima se izdvaja kotlina Karin – Jarik u Kazahstanu (dubine do 142 m, duga 142 km, a široka 2 – 10 km.) EOLSKI AKUMULACIJSKI RELJEFNI OBLICI Materijal prenošen vjetrom se akumulira u onim područjima gdje slabi njegova transportna snaga, ili se javlja prepreka. Reljefni oblici nastali utjecajem vjetra brzo se pokreću i mijenjaju, osobito kad se radi o «živom pijesku». Porijeklo materijala prenešenenog vjetrom može biti porijeklom iz fluvijalnih, glacijalnih, jezerskih, marinskih naslaga, te fizičkim razaranjem (od kuda je prenešen deflacijom). U okviru ovih naslaga zbog deflacije nema prašine. Od minerala dominira kvarc čije su čestice polirane. Veličina čestica pijeska prenešenog vjetrom obilježava sitnozrnatost (99% pijeska promjera je od 0,05 do 0,25 mm), dok im zaobljenost varira od tvrdoće minerala od kojih potječu. Naime, za mekše minerale (npr. gips i apatit) karakteristična je zaobljenost, a tvrđih oštrobridost (npr. granat). 68
Nastanak pjeskovitih pustinja – ergova vezan je uz akumuliranje pijeska. Obilježavaju ih reljefni oblici u u vidu raznih brežuljaka. Ergovi nastaju na onim dijelovima Zemljine površine gdje je izdanska voda na maloj dubini, te na njima dolazi do taloženja pijesaka manje debljine. Upravo blizina izdanske vode i vlaženje pijeska uvjetovanog njenim kapilarnim izdizanjem prema površini dolazi do vlaženja pijeska i njegovog povezivanja. Kao posljedica toga pijesak postaje umrtvljen, a utjecaj vjetra se uočava u površinskom dijelu pješčanih naslaga. Na Zemljinoj površini morfološki su izrazitiji akumulativli eolski oblici od erozijskih, a to je posljedica njihove karakteristične fizionomije. Za ergove karakteristični su isključivo eolski akumulacijski oblici. Osnovni tip reljefa eolskog akumulacijskog reljefa predstavljaju dine, pjeskovita uzvišenja u obliku kupastih brežuljaka i izduženih bedema. Oblikovanje dina prolazi kroz različite evolucijske stadije, pa se uočava i njihova morfološka različitost. U prvoj fazi oblikuju se valovite paralelne gredice - Rippl Mark (visoke 1-2 cm). U drugoj fazi oblikuju se lećasta ovalna uzvišenja koja su blago nagnuta prema pravcu puhanja vjetra i na njima se vrši akumuliranje pijeska, dok se zavjetrina strmo nagnuta Tjeme dina je oštro, oblikujući rub u obliku grebena. Postupno vjetar prebacuje pijesak sa privjetrene na zavjetrenu stranu dine pri čemu dolazi do kretanja ukupne pjesščane mase u smijeru puhanja vjetra –seljenja ili migracije dina. Do oblikovanja dina dolazi na mjestima gdje je Zemljina površina neravna (uzvišenja) postoje druge zapreke (grm) što rezultira promjenom u brzini vjetra (usporavanje brzine). Također, slabljenje vjetra pogoduje oblikovanju dina. Naime, uslijed slabljenja snage vjetra dolazi do akumulacije pijeska u obliku manjih uzvišenja, poslije, ovo uzvišenje predstavlja prepreku od koje se oblikuje prava dina. Kao posljedica vertikalnog, kovitlastog strujanja vjetra, na zavjetrenoj strnani dine dolazi do pretaloživanja pijeska duž podnožja njenih rubova, pa dina poprima lučni oblik. Tako nastaju tipske pustinjske dine u obliku polumjeseca ili barhane. Privjetrena strana im je blaga (5-8º), a zavjetrena strma (oko 35º). Visina im je različita (od 1 pa do 30, prosječno 15-20 m), dok im je dužina od 40 do 70 m (ponekad 200 do 300 m). Brzina seljenja barhana u Sahari doseže do 10 m godišnje, dok ih jaki vjetrovi pomjeraju i brže (južni Kizil-kum 10-12 m mjesečno). Specifičan obliki dina predstavlja sif. Ove dine se oblikuju u područjima za koje je karakterističnoza područja gdje pušu vjetrovi različite brzine.
69
Kao posljedica spajanja barhana i sifova u pustinjama može doći do oblikovanja transverzalih dina ili barhamskih grebena. Visina im doseže i do 100 m, dužina i do 700 km, dok su međusobno udaljene i do 3,5 km. Na srpastim krajevima barhana uslijed pojave kapilarne vode može doći do staboliziranja pijeska. Suprotno tome, na središnjem dijelu vjetar prenosi pijesak postupno oblikujući parabolične dine. Dalje, prenošenjem pijeska vjetrom samo sa središnjeg dijela zaostaju duge pjeskovite gredice ili uzdužne – tansverzalne dine. Složen oblik eolskog reljefa predstavljaju piramidalne dine. Karakteristične su za rubne pustinjske dijelove s višim planinama. Naime, tu zbog sudaranja vjetrova dolazi do oblikovanja nepravilnih dina, sa čijeg se središnjeg, najvišeg dijela radijalno granaju otri bridovi. Neposredno uz deflacijska udubljenja, u vlažnim područjima oblikuju se garmade. Za ove dine je karakteristično da su statične zbog vezanja pijeska kapilarnom vodom. Obalne dine karakteristične su za francuske, engleske i nizozemske obale. Na području francuske obale njihovo seljenje godišnje doseže do 25 m, a na području Bretanje pomjerile su se od XVII st. Do danas za oko 30 km. Izdanska voda koja je jako mineralizirana, a kapilarno se izdiže na površini oblikuje taloži tanak sloj otopljenim mineralnih tvari u obliku kore poznate pod nazivom pustinjski lak. Tamne je boje, debljine do 5 mm, a ispolirana je uslijed korazijskog djelovanja. Njegova pojava karakteristična je pustinje oblikovane u pješčenjacima i intruzivnim stijenama. Izdanska voda pojavljuje se i u depresijama gdje stvarajezera – šotove. Zbog isparavanja šotovi gube vodu,slana su, a često i presušuju. Za kotline u unutrašnjim dijelovima pustinja karakterističano je unutrašne odvodnjavanje ili endoreizam. Alogene tekućice iz uzvišenih predjela donose vodu u njih koja se ujezeruje, ili gubi poniranjem-upijanjem u pješčanim nanosima. Mjestimično, na rubnim dijelovima ovih kotlina rijeke oblikuju plavine, a uslijed isparavanja na površinu izbija slano muljevito dno – plaja. U novije doba sve je izrazitija dezertifikacija, odnosno širenje pustinjskih na obradive površine. Pojava dezertifikacije uvjetovana jeklimatskim promjenama, ali u znatnoj mjeri pospješuje je čovjek neodgovornim gospodarenjem. Najveći problemi s dezetrifikacijom danas su na rubnim savanskim područjima Sahare i Somalije. Suprotno dezertifikaciji, promjena klime, ali i čovjek svojom djelatnošću, utjecali su i na smanjenje nekih pustinjskih područja. U slučajevima kad klima postaje vlažnija ili 70
dođe do razvoja vegetacije, pijesak se prestane kretati pa na taj način dobivamo mrtvi pijesak. Čovjek je sadnjom određenih kultura uspio smanjiti određene pustinjske površine (npr. Đurđevački pijesci u Podravini). Polupustinje predstavljaju prijelazno područje s rijetkom vegetacijom i zaslanjenim tlima (veće isparavanje nego količina oborina) s malo humusa.
KRŠ, KRŠKI PROCESI I OBLICI Krški reljefni oblici karakteristični su za područja izgrađena od topljivih stijena kao što su sol, gips i karbonatne stijene (osobito vapnenac). Prva u svijetu poznata istraživanja ovog specifičnog reljefnog tipa, započela su na području Republike Hrvatske južno od Karlovca, kao i na susjednim, južnim dijelovima Republike Slovenije pred nešto više od dvije stotine godina. Danas je to područje (koje obuhvaća 54 % površine Republike Hrvatske i 44 % površine Republike Slovenije) u svijetu poznato pod nazivom kao područje "klasičnog krša" i na njemu krški reljef umjerenih klimatskih područja je dosegnuo svoj maksimum u oblikovanju. Osim termina krš u zapadnim dijelovima Hrvatske često možemo sresti i termin kras (koji se koristi u susjednoj Sloveniji), dok je u svijetu prihvaćen termin karst, no ovi termini imaju zajedničko porijeklo u predindoeuropskoj riječi kar - kamen, a značile bi kameni kraj, što i je osnovna vizuelna osobina krša. Krški reljef prvenstveno se veže uz vapnance (CaCO3) zbog njihove najizrazitije podložnosti kemiskom trošenju, ali i najveće rasprostranjenosti među topljivim stijenama. Obzirom da je osnovna osobina vapnenaca njihova znatno jača podložnost kemijskom trošenju nego mehaničkom, na područjima gdje oni prevladavaju ostali procesi oblikovanja i vrste reljefa (npr. fluvijalni ili padinski) su rijetki. Jedna od osnovnih odlika vapnenaca je njihova nepodložnost savijanju (boranju), pa kao posljedica toga nastaju brojne pukotine koje omogućavaju poniranje vode s površine u unutrašnjost. Upravo o brojnosti tih pukotina ovisi čestina pojave i veličina krških reljefnih oblika. Dalje, pri oblikovanju krškog reljefa veliku važnost imaju klimatske, pedološke i vegetacijske osobine određenog područja. Snaga korozijskog
71
procesa, odnosno snaga otapanja čvrstog vapnenca-kalcijeva karbonata (CaCO 3) ovisi o količini otopljenog ugljik-dioksida (CO2) u vodi. Zbog količine otopljenog CO2 biljnog porijekla u vodi, nastanak krškog reljefa najizrazitiji je u vlažnijim područjima u umjerenim i toplim klimama sa razvijenim vegetacijskim pokrovom, zbog veće količine CO2 u vodi biljnog porijekla. S obzirom da voda pri tečenju kroz pukotine i u podzemlju otapa vapnenačku podlogu, možemo razlikovati površinske i podzemne krške reljefne oblike. Među površinkim krškim oblicima svojom rasprostranjenošću i raznovrsnošću posebno se ističu grižine. Zapravo one predstavljaju najmanje, ali i najbrojnije krške reljefne oblike na površini. Ističu se svojom raznolikošću oblika, po nastanku, ali i po veličini. Ponekad su tako male da su vidljive tek mikroskopom, ali im zato veličina može doseći i desetke metara. zbog toga ih prema veličini dijelimo na mikrogrižine veličine manje od 1 cm, grižine dimenzija od 1 cm do 10 m, i velike grižine koje su veće od 10 m. Mikrogrižine za razliku od drugih grižina nastaju na fino granuliranim vapnenačkim stijenama kao posljedica korozijskog djelovanja vode koja je povučena kapilarnim tlakom, što potvrđuje i njihov meandrirajući izgled. Prema izgledu razlikujemo grižine u obliku žljebova (na području hrvatskog krša često nazivane žlibe) i one mrežastog i pukotinskog izgleda. Grižine u obliku žlijebova nastale su kao posljedica korozijskog djelovanja atmosferskih voda na kompaktnijim i strmijim dijelovima karbonatnih stijenskih blokova. No, i među njima se uočavaju razlike, osobito prema načinu nastanka. Naime, najčešći su žlijebovi nastali korozijskim djelovanjem oborinskih voda na goloj stijenskoj podlozi. Žlijebovi se postupno šire i produbljuju od viših prema nižim dijelovima, kao posljedica povećanja oborinske vode koja korozijski djeluje na podlogu. Čest je slučaj da se zbog bočnog širenja pojedini žlijebovi spoje, te ih odvaja oštri brid - srh. Žlijebovima su slične zidne grižine, no njihovi žlijebovi imaju približno istu širinu od vrha do dna, a nastaju korozijskim djelovanjem vode koja je procijeđena kroz tlo pri čemu je dodatno obogaćena s CO2 biogenog porijekla. Na mjestima gdje je došlo do promjene nagiba, izduženi žlijebovi zbog sporijeg otjecanja vode često poprimaju meandarski oblik. Za razliku od žlijebova i zidnih grižina mrežaste škrape nastaju na blago nagnutim i ravnim područjima gdje postoje brojne pukotine. Voda ponirući duž pukotina postupno ih proširuje i produbljuje. međutim, i među njima možemo uočiti razlike. mrežaste škrape nastale na goloj podlozi oštre, a imaju dublje i uže pukotine, dok su one oblikovane pod pedološkim pokrovom zaobljene i znatno šire. Naime, zbog sporijeg 72
otjecanja i dužeg zadržavanja vode, ona korozijski djeluje i na bokove pukotina. Kod mrežastih škrapa na kraju njihovog razvoja dolazi do razvoja grohota, odnosno drobine nastale njihovim raspadanjem. Osim rebrastih, zidnih i mrežastih škrapa postoji još cijeli niz drugih tipova škrapa kao što su zdjeličaste, rupičaste, brazde humusne kiseline i "sige", no one se znatno rijeđe pojavljuju. često se pojedini tipovi škrapa međusobno isprepliću zauzimajući velika područja formirajući škrapare ili ljuti krš. Na blagim udubljenjima, na goloj vapnenačkoj podlozi, koja omogućavaju zadržavanje vode, kao posljedica njenog korozijkog djelovanja došlo je do oblikovanja specifičnih grižina - kamenica. Veličina u pravilu ne prelazi 1 metar dužine i 20 cm dubine, no poznati su i daleko veći primjerci (npr kamenice na Prosenjaku - Južni Velebit, koje su u prošlosti korištene za vodoopskrbu). Voda svojim korozijskim djelovanjem postupno stvara pretežno okrugla udubljenja koja imaju prevjesne strane. Međutim, bočno širenje kamenica znatno je brže od produbljivanja. to je posljedica nakupljanja glinovitog ostatka na dnu koji je zasićen s otopljenim CaCO3, te usporava korozijsko djelovanje. Suprotno tome, bočno širenje je intenzivno i zbog stalnog apsorboranja novog CO2 iz zraka, dok zbog snižavanja razine vode zbog isparavanja strane poprimaju prevjesan izgled. Na dijelu kamenice gdje je rub najniži u vlažnim razdobljima dolazi do otjecanja vode, te se postupno usijeca žlijeb. U trenutku kada žlijeb dosegne dno kamenice, počinje njeno uništavanje, odnosno nestanak njenog prevjesnog dijela, širenje žlijeba, te ona na kraju poprima amfiteatralan oblik. Slijedeći značajan krški reljefni oblik su ponikve (poznate još pod nazivima vrtače ili doci) - ovalna udubljenja nastala korozijskim djelovanjem vode koja ponire. Dimenzije (širina i dubina) im variraju od svega nekoliko metara pa do par stotina metara. Prema izgledu koji je zasnovan na principu njihovih poprečnih profila, ponikve mogu biti karličaste ili tavaste, ljevkaste, kotlaste i bunaraste. No, s obzirom da su im strane vrlo često nisu simetrične kao posljedica strukturne predisponiranosti (nagib slojeva) ili klimatskih uvjeta (intenzitet korozije je osjetno jači na zasjenjenim stranama) mogu biti i asimetričnog profila. S obzirom na nastanank ponikve se dijele na korozijske, urušne, ulegnute i aluvijalne. Po čestini pojave prevladavaju tavaste i ljevkaste ponikve na stale korozijskim djelovanjem vode duž pukotina. Glavna osobina tavastih ponikava je ta da im promjer može biti veći do deset puta od dubine, dok je ta razlika kod ljevkastih manja. Kotlaste i bunaraste ponikve najčešće nastaju postupnim (ulegnute) ili naglim (urušne) slijeganjem slojeva, do kojeg je došlo zbog postojanja 73
podzemnih šupljina, a strane ovih ponikava su znatno ustrmljenije nego tavastih i ljevkastih. Pojava aluvijalnih ponikava karakteristična je za krška polja čija su dna ispunjena naslagama (npr. šljunci), te zbog njihovog ispiranja i odnošenja u podzemlje vodom, ali i njenog korozijskog djelovanja dolazi u pravilu do nastanka blagih tavastih ponikava. Prema UIS - u (Union Inernational de Speleologie) ponikve kojima je dubina veća od promjera pri vrhu svrstavaju se u jame. Među ovakvim "ponikvama" - jamama posebno se ističe Crveno jezero nedaleko Imotskog u Dalmaciji duboko 529 m, a prosječno je na dubini od 250 m ispunjena vodom. Osim po izgledu i nastanku postoje znatne razlike u veličini i gustoći pojave ponikava. Najčešće nastaju na jače razlomljenim područjima izgrađenim od vapnenaca, dok su rjeđe, ali i manje na onim područjima gdje prevladavaju dolomiti. U slučajevima kad je na maloj površini izuzetno velik broj ponikava, takva područja nazivamo boginjavi krš. Pri nastanku uvala tektonska predispozicija imala je presudnu ulogu. Kao posljedica korozijskog djelovanja vode duž većih rasjeda one su izdužene u pravcu njihovog pružanja, dok su im dna nagnuta i okršena. Ponekad nastaju i spajanjem više ponikava. Dna tavastih i ljevkastih ponikava, kao i uvala često su ispunjena tlom, koje zapravo predstavlja neotopivi ostatak, pa ona predstavljaju važne agrarne površine u krškom području. Nedostatak obradivog tla na krškim područjima prisilio ljude da ovo tlo očiste od zaostalog kamenja, i prenesu zemlju iz manjih okolnih pukotina. Na taj način povećane su obradive parcele vrtova na dnima uvala i ponikava. Među tim tlima posebno se ističe crvenica koja predstavlja ostatak neotopivih primjesa u vapnenačkim stijenama, a sastoji se od oksida aluminija i željeza, koji glini daju cvenu boju. Najveće površinske krške oblike predstavljaju krška polja i zaravni. Obzirom na reljefne, hidrološke i strukturne osobine osnovni kriteriji za određivanje krških polja su slijedeći: a) ravno dno, minimalne širine 400 m, a dužine 1 000 m, a može biti ispunjeno rastresitim materijalom b) da su strane najmanje na jednoj strani strmo uzdižu c) krška drenaža vode Do nastanka polja u kršu došlo je duž rasjeda ili na mjestima gdje se oni presijecaju, a na površini se uz propusne vapnenačke stijene pojavljuju i nepropusne stijene. Nastanak krških polja vezan je uz bočno korozijsko djelovanje vode koja dotječe s nepropusnih prema propusnim stijenama (vapnenci) gdje ona nestaje u ponirima. 74
Često se može uočiti međusobna povezanost krških polja podzemnim tekućicama ponornicama. Zapravo, voda koja ponire na višem polju, izvire na nižem protječući kroz podzemne kanale. Zbog brojnih suženja u kanalima, u humidnim razdobljima ili za jakih oborina, ponori na površini ne mogu primiti svu vodu, te dolazi do povremenih plavljenja nižih dijelova polja. Dna polja u znatnoj su mjeri ispunjena mlađim nanosima (npr. padinski, fluvijalni, jezerski), a predstavljaju i najznačajnije agrarne površine, u ovom, tlom siromašnom području. Krške zaravni, za razliku od krških polja koje nastaju u umjerenim klimatskim područjima, predstavljaju krški reljefni oblik karakterističan za tropska područja. Pretpostavlja se, da su prostrane krške zaravni na našem području (npr. Sjevernodalmatinska zaravan oko rijeke Krke) nastale u uvjetima tropskih klima koje su na ovim područjima vladale tijekom gornjeg pliocena kada je izuzetno velika količina CO2 biogenog porijekla u vlažnom tlu pogodovala izrazito brzom bočnom korozijskom djelovanju.
75
FLUVIJALNI PROCESI I RELJEF Voda koja otječe s viših prema nižim dijelovima Zemljine površine ima najveće značenje u njezinu oblikovanju. Atmosferska voda prilikom pada na Zemljinu površinu dijelom otječe prema nižim područjima, a dijelom ponire u propusnoj stjenovitoj podlozi. Voda koja ponire, u propusnoj stjenovitoj podlozi popunjava slobodne međuprostore (pore i šupljine), a nazivamo ju Temeljnica. Nakon podzemne cirkulacije naišavši na nepropusne stijene, ona izbija na površinu u obliku izvora. Voda izbivši na površinu, stvara tekućice (potoke i rijeke) otječući prema nižim dijelovima. Ona pritom svojim mehaničkim djelovanjem, erozijom, oblikuje fluvijalne ili riječne reljefne oblike. Oblikovanje reljefa erozijskom snagom tekućica prisutno je na cijelom njihovom toku, sve do ušća gdje naglo prestaje, a ovisi o nagibu, brzini vode i protjecanju. Naime, erozijski učinak tekućica najveći je na dijelovima s većim padom, za visokih protjecanja kad je njihova brzina, a samim tim i transportna moć, najjača. Erozija djeluje mehanički pomoću otrgnutih fragmenata okolnog stjenovitog materijala, stvarajući erozijske fluvijalne ili riječne oblike. Suprotno tome, na dijelovima s malim nagibima transportna je moć tekućica manja, pa na tim dijelovima dolazi do odlaganja materijala i stvaranja akumulacijskih fluvijalnih oblika. Kao posljedica odnosa erozije i akumulacije, tekućice se dijele na gornji, srednji i donji tok. Oblikovanje riječnih korita i dolina Erozijskim fluvijalnim oblicima pripadaju korita i doline tekućica. Korito tekućica predstavlja žlijeb kroz koji voda otječe. Sastoji se od dna i strana i neposredan je 76
odraz fluvijalne erozije. Međutim, najvažniji oblik fluvijalne erozije predstavljaju doline tekućica. Sastoje se od dolinskog dna u koje je usječeno korito tekućice i dolinskih strana. U gornjim dijelovima tokova, gdje su veliki nagibi, dominira produbljivanje korita i dolina dubinskom erozijom, bok je bočna erozija, kojom se šire strane, slabo izražena. Na tom dijelu tekućice transportiraju velike količine materijala koji se postupno usitnjava i zaobljuje u pijesak i šljunak, a strane dolina su konkavne. U slučajevima kad su korita tekućica izgrađena od stijena različite podložnosti eroziji ili kao posljedica tektonskih pokreta (rasjedi), može doći do oblikovanja vodopada i slapova. Vodopadi predstavljaju mjesta gdje dolazi do naglog, slobodnog pada vode iz višeg u niži dio korita, dok na slapovima ona otječe postupno, preko niza kaskada. Pomicanje vodopada unatrag najizraženije je u slučajevima kad su stijene različito podložne erozijskom djelovanju vode. Voda koja otječe kroz korito svojom erozijskom snagom brže odnosi mekše stijene koje se nalaze u podini od tvrđih stijena u krovini. To dovodi do produbljivanja korita i stvaranja prevjesnih dijelova u mekšim stijenama, a zbog nedostatka podloge tvrde stijene iz krovine se urušavaju. Upravo vodopadi predstavljaju mjesta gdje dolazi do najjačeg unazadnog usijecanja riječnog korita regresijskom erozijom. Kao poseban tip vodopada i slapova javljaju se sedrene barijere na krškim tekućicama. Njihovo osnovno obilježje je rast sedre, koja nastaje taloženjem otopljenog kalcij karbonata (prvenstveno) oko algi i mahovina u vodi. No i njihovu nastanku pogodovalo je postojanje pregiba u riječnom koritu. Ponekad, voda tekućica svojom regresijskom snagom probije razvodnicu i proširi se na susjedni slijev. Kao posljedica presijecanja, susjedni slijev se skraćuje zbog otjecanja tekućica prema novom slijevu. Ta pojava naziva se gusarstvo ili piraterija. Meandri, mrtvaje, otoci, delte… Zbog smanjenog nagiba u srednjem dijelu toka tekućica otječe sporije. Na tom dijelu, uz dubinsku, u oblikovanju korita sve veće značenje ima bočna erozija. Dolinske strane na tom dijelu toka zbog jačeg bočnog erozijskog djelovanja postaju sve blaže. Strane se postupno šire. Najprije postaju pravolinijske, a dolina se zbog daljeg smanjenja nagiba uzdužnog profila toliko proširi da joj strane poprime konkavan
77
oblik. Pri takvom dolinskih strana veliko značenje imaju i padinski procesi, osobito spiranje materijala atmosferskom vodom. Zbog sporijeg otjecanja vode i sve jačega djelovanja bočne erozije korito postaje sve šire pa počinje oblikovati riječne zavoje – meandre. Bočnom erozijom voda potkopava vanjsku stranu meandra, koja zbog toga ima konkavan oblik. Otrgnuti materijal taloži se na njegovoj unutrašnjoj strani, koja pritom poprima konveksan oblik. Postupno, kao rezultat bočne erozije, na vanjskoj strani meandra dolazi do njihovog spajanja pa stari dio korita zaostaje u obliku srpastog udubljenja - mrtvaje. Postupno, procesom eutrofizacije, odnosno truljenjem biogene mase (vrbe, trska, šaš i drugo močvarno bilje), dolazi do njihova zatrpavanja. U donjem dijelu toka voda tekućica nema erozijsku snagu te dolazi do izražaja jaka akumulacija materijala. Korita tekućica su široka, a kao posljedica njihovih promjena, uz meandre su česti mrtvi rukavci koji zapravo predstavljaju stara napuštena korita. Smanjen nagib i time uvjetovano sporije otjecanje pogoduje akumuliranju materijala. Na dijelovima tekućica s malim nagibom, osobito u donjim dijelovima dolazi do stvaranja akumuliranih reljefnih oblika. Oblikovanje plavina karakteristično je za tekućice kojima se pad naglo smanjuje. U pravilu nastaju na mjestu gdje gorske tekućice prelaze u rubne dijelove većih dolina. Kao rezultat slabljenja njihove transportne snage dolazi do taloženja materijala u obliku lepezastog uzvišenja. Na mjestima gdje u koritima tekućica postoje manje zapreke ili izbočenja, na njihovoj nizvodnoj strani dolazi do taloženja materijala i oblikovanja sprudova, a oni ponekad izbiju na površinu u obliku riječnih otoka, poznatih i pod imenom ade. Naplavne ili holocene ravni nastaju tijekom visokih vodostaja kada se tekućice izlijevaju iz svojih korita i plave dna dolina. Na taj način usporeno otjecanje vode i smanjena njena transportna moć pa dolazi do taloženja finog materijala (pijesak i mulj) po dolinskom dnu. Istodobno se vrši njegovo uravnavanje i stvaranje naplavne ravni. Delte nastaju na ušćima tekućica u mora i jezera na mjestu gdje njihova transportna snaga u potpunosti prestaje. Nastanku delti pogoduju plići i mirniji dijelovi mora i jezera, gdje nedostaju morske struje i jači valovi, koji bi doneseni materijal odnijeli u dublje morske dijelove.
78
Važnost terasa i dolina Promjene klime i tektonski pokreti pogoduju nastanku terasa. Uglavnom su oblikovane tijekom ledenog doba kad je voda tekućica svojom transportnom snagom iz izvorišnih dijelova, gdje se topio led, nanijela velike količine materijala i od njega u nižim dijelovima oblikovale prostrane aluvijalne ravnice. Promjenom klime smanjio se prinos materijala, a u aluvijalnoj ravnici je voda tekućica svojom bočnom erozijskom snagom usjekla nova korita. U slučajevima kad se dolinsko dno izdiže pod utjecajem tektonike, povećani nagibi pogoduju pojačanoj eroziji. To rezultira usijecanjem novog korita na dnu stare doline koja zaostaje u obliku terasa. Pri oblikovanju dolina važni su početni reljef, geološki sastav, tektonski pokreti i klimatske promjene. Zbog toga su jednostavne doline koje se šire od izvora prema ušću rijetke. Kao posljedica čestih izmjena geološkog sastava i tektonskih odnosa dolina kroz koje protječu tekućice, prevladavaju složene ili kompozitne doline. Za njih je karakteristična izmjena proširenja i suženja u obliku sutjeski ili klanaca. Sutjeske nastaju u dijelovima izgrađenima od tvrđih stijena, dok su proširenja karakteristična za dijelove gdje je dolina izgrađena u mekšim i nepropusnim stijenama. Pri oblikovanju dolina u proširenjima uz eroziju, veliko značenja imaju i padinski procesi (osobito spiranje) koji ublažavaju nagibe dolinskih strana. Na područjima izgrađenim od tvrdih, ali i propusnih karbonatnih stijena, gdje je poniranje vode znatno a spiranje neznatno, dolazi do oblikovanja uskih dolina, strmih, gotovo vertikalnih strana – kanjona. Takav je slučaj i s tekućicama na području našeg krša (Zrmanja, Krka, Korana i dr.). posebnu skupinu predstavljaju poligenetske doline. Za njihovo oblikovanje važni su bili različiti procesi (npr. Glacijalni, jezerski, tektonika i dr.). Prema odnosu na glavne smjerove pružanja reljefa, doline mogu biti uzdužne ili longitudinalne i poprečne ili transverzalne. Longitudinalne doline pružaju se paralelno s glavnim reljefnim pravcima, dok ih transverzalne presijecaju. Poseban tip transverzalnih dolina predstavljaju antecedentne ili prethodne doline. One su starije od gorja koja presijecaju. Nastaju tako da voda svojom erozijskom snagom uspijeva produbiti korito tekućice, i to onoliko koliko je jako izdizanje. U završnoj fazi oblikovanja dolina njihove strane postaju izuzetno blage, cijeli slijev poprima izgled blago valovite zaravni poznate pod imenom pineplen. S takvih zaravni, koje su izuzetno rijetke, voda otječe sporo, a njena erozijska i trasportna snaga je zanemariva. 79
MARINSKI I JEZERSKI (LIMNIČKI) PROCESI I OBLICI ŠTO JE ABRAZIJA Djelovanje mora i jezera ograničeno je na uzak pojas kopna – obalu. Pri oblikovanju obalnog reljefa najveće značenje imaju valovi koji pod utjecajem vjetra nastaju na površini mora i jezera. Valovi često velikom snagom (pritisak može bitii do 70 t/m²) udaraju o obalu, pomičući je i odnoseći otrgnuti materijal. Rad valova poznat je pod nazivom abrazija, a njeni su učinci vidljivi na gotovo svim obalama. Osim valova, oblikovanju obale doprinose morske struje i mijene, no njihova je važnost mnogo manja. Kao posljedica djelovanja mora obale se pomiču: negdje se obala povlači – smanjuje, a drugdje povećava – raste. Koliko je snažna abrazijska snaga valova, najbolje pokazuje primjer otoka Holgolanda koji se nalazi u sjevernom moru ispred njemačke obale. U posljednih 1100 godina zbog odnošenja kopna valovima njegova se površina smanjila s 920 km² na samo 1,5 km². Utjecaj abrazije najizrazitiji je na strmim obalama, posebno ako su one izložene stalnim i jakim vjetrovima. Abrazijom se stvaraju erozijski i akumulacijski reljefni oblici. Erozijske oblike predstavljaju klif, valna potkapina i abrazijska terasa. Ti reljefni oblici karakteristični su za izložene dijelove obale gdje je i more dublje. Valovi tijekom neprestanog udaranja, mlata, o strmu obalu, stvaraju udubljenje u razini mora koje se postupno usijeca u unutrašnjost kopna – valnu potkapinu. Kako se produbljuju zaljevi
80
Zbog produžavanja valne potkapine stijene iznad nje postupno se urušavaju, stvarajući strmi odsjek – klif. Valovi odnose materijal, ponovno stvaraju potkapine, klif postaje sve strmiji, a zbog stalnog pomicanja prema naprijed stvara se i proširuje abrazijska terasa. Kao posljedica pretaloživanja urušenog materijala, njen nagib prema moru rijetko je veći od 1 do 2º. U slučajevima kad je obala izgrađena od stijena različite otpornosti, zbog jače podložnosti abraziji mekših stijena ona će na tim dijelovima brže napredovati i oblikovati zaljeve. Otporniji dijelovi zaostaju u obliku rtova, poluotoka, manjih stjenovitih uzvišenja koja izbijaju na površinu – hridi, te podmorskih grebena. Takvo djelovanje valova naziva se selektivna abrazija. Postupno, zbog proširivanja abrazijske terase i njene plitkoće, a radi sve većeg trenja o dno, smanjuje se mehanička snaga valova. Tada valovi postupno počinju usitnjavati i zaobljavati prije abradiran materijal i od njega, ali i onog materijala koji nanesu tekućice s kontinenta, oblikovati akumulacijske reljefne oblike. Nastaju u plitkom podmorju ili na samoj obali. Najčešće, su to žala, nastala na krajevima zaljeva i sprudovi u plitkom podmorju. Obalni sprudovi mogu biti dugi i nekoliko stotina kilometara, a u slučajevima kad zatvaraju plitke dijelove mora prema kopnu stvaraju lagune (Lido kod Venecije). Mjesta gdje sprudovi nastaju između hridi i manjih otočića te se povežu s kopnom zovemo prevlake ili tomboli. Fluvijalne, krške, eolske i glacijalne obale Prema nastanku, obale mogu biti ingresijske, abrazijske, organogene i kombinirane.
Prema
raznolikosti
najbrojnije
su
ingresijske
obale,
nastale
potapanjem kopna, a mogu biti tektonske i erozijske. Glavno obilježje ingresijskih obala jest da potopljeni reljefni oblici nisu izmijenjrni abrazijskim djelovanjem. Ingresijske tektonske obale mogu nastati potapanjem tektonskog epirogenog ugiba (obala Nizozemske), rasjedne zone (egejski arhipelag), vulkana (Havaji), seizmičkih područja (dijelovi japanske obale) ili potapanjem nabrane zone. Dalmatinska obala pripada tipu ingresijske nabrane obale gdje su sinklinale pretvorene u kanale i zaljeve, a antiklinale u otoke i poluotoke. Ingresijske erozijske obale nastaju potapanjem erozijom nastalog reljefa, a dijele se na fluvijalne, krške, eolske i glacijalne. Za fluvijalni tip ingresijskih obala karakteristična je pojava potopljenih riječnih ušća u obliku estuarija i rijasa. Estuariji (Temze, Sene i Gerone) su potopljene riječne doline koje se ljevkasto šire prema moru, dok rijasi (Limski i Raški kanal u Istri) također predstavljaju potopljena riječna 81
ušća, ali su duži i strmih strana. Ingresijskom fluvijalnom tipu obala pripadaju i delte (ušća rijeka Po, Nila i Mississippija) – prostrane nanosne ravnice, nastale nanosom fluvijalnog materijala na riječnom ušću. Krške ingresijske obale nastaju kada morska voda potopi udubljenja (veće ponikve, uvale, krška polja). Potapanjem ledenjačkih dolina nastaju fjordovi, duboki i uski morski zaljevi strmih strana, a karakteristični su za zapadne obale Skandinavskog poluotoka. Ingresijske eolske obale nastaju prodorom morske ili jezerske vode između pjeskovitih uzvišenja. Taj tip obala izuzetno je rijedak (istočni dio Aralskog jezera). Abrazijske obale karakteristične su za ona područja gdje je prvobitni reljef toliko izmijenjen abrazijskim djelovnjem da se više ne može prepoznati. Njega obilježava pojava klifova, abrazijskih terasa i akumulativnih oblika (žala i sprudova). Koraljne obale Organogenim obalama pripadaju koraljne i mangroove obale. Koraljne obale nastaju u tropskim, prozračnim morima do dubine od 50 m. Taj tip obala nastaje kao posljedica nakupljanja koralja, životinjskih organizama koji žive u brojnim kolonijama, a razmnožavaju se pupanjem, prirasli uz podlogu. Koralji stvaraju grebene koji mogu biti veoma dugi. Koraljni greben, paralelan s obalom, ispred sjeveroistočne Austrlije dug je 1750 km, a s njom zatvara lagunu. Koraljni grebeni nastaju i oko otoka, stvarajući lagunu u obliku prstena, poznatu pod imenom atol. Mangrovski tip obale nastaje u ekvatorijalnom području. Stabla mangrove rastu u bočatoj vodi neposredno uz obalu. Gusto prepleteno korijenje viri iz vode te čini obalu potpuno neprohodnom. Međutim, upravo ta isprepletenost korijenja sprečava kretanje nanosa pa se oni talože. Česte su i kombinirane obale koje nastaju djelovanjem više čimbenika. Razvedenost obala Razvedeost obale predstavlja odnos njene zračne i stvarne dužine krajnjih točaka. Zračna dužina naše kopnene obale iznosi 559 km, a stvarna 1777,7 km. No, njenoj konačnoj razvedenosti doprinosi obala 1185 otoka, hridi i grebena, te je ukupna dužina obale 4057,3 km. Tako je njen indeks 10,44 te se iza Norveške, svrstava na drugo mjesto u Europi.
82
Otoci su dijelovi kopna u morima, oceanima ili jezerima, koji su sa svih strana okruženi vodom. Mogu se javljati pojedinačno ili u grupama. Kad se javljaju u grupama ili nizovima, tada čine arhipelage. Prema položaju i postanku, otoci se dijele na kontinentske i oceanske. Kontinentski otoci nalaze se u blizini kontinenta od kojih su odvojeni. Po svom geološkom sastavu, flori i fauni slični su kopnu od kojeg su odvojeni. Najčešći razlog njihova odvajanja od matičnog kopna je posljedica ingresije i abrazije. Oceanski otoci udaljeni su od kontinenata i obično su grupirani na podmorskim uzvišenjima (npr. Podmorski prag). Toj grupi otoka pripadaju atoli te koraljni i vulkanski otoci.
GLACIJALNI I PERIGLACIJALNI PROCESI I RELJEFNI OBLICI GLACIJALNI ILI LEDENJAČKI RELJEF LED NA ZEMLJI -Led je hlađenjem, stvrdnuta, heksagonalno kristalizirana voda -Leđenje slatke vode se događa pri 0 0C (1013 mb) pri čemu se gustoća smanji, a volumen poveća za jedanaestinu -Na Zemlji prevladava led koji je nastao iz snijega, dok je manje leda koji je nastao leđenjem vode (riječne, jezerske, morske i podzemne) -Snijeg se metamorfozom postupno pretvara u led: snijeg prelazi u zrnati snijeg – sren(ec) koji se pretvara u zrnati led – firn, te na kraju nastaje kompaktni led (ledenjački led) -Na količinu sniježnih oborina utječu termičke prilike. Kao posljedica toga područja na Zemlji s sniježnim oborinama variraju od 115 do 126 mil. km 2. Najveća količina snijega padne na kopnenom području – 75%, osobito na sjevernoj polutci (dvostruko veća površina nego na južnoj polutci). Prosječna veličina sniježnog pokrivača na Zemlji iznosi oko 72,5 mil. km2 (kolebanje oko 18,2 mil. km2) -Područja s: -sezonskim sniježnim pokrivačem oko 61 mil. km2
83
-s morskim ledom maksimalno 38 mil. km2 -ledenjaci na većim površinama i u rijekama 16 mil. km2 -led u tlu (permafrost ili merzlota ili tjal) 37 mil. km2 -Na južnoj polutci klimatska sniježna granica se na 0 m spušta na 62 0 g.š., a na sjevernoj na 830 (klimatska sniježna granica je npr. na Aljasci na na visini od 1000 m, u Alpama na 2700 – 2900 m, Meksiku na 5000 m). Na visinu sniježne granice utječu: temperatura, vlaga zraka, reljef – ekspozicija, -Akumuliranje leda se odvija u uvjetima kad je količina krutih oborina veća od količine otopljenog leda. -Tijekom geološke prošlosti zadnje veće zahlađenje je prestalo pred oko 10 000 godina (početak pred oko 80 000 god – Würm III), pri čemu je bila zaleđena površina od oko 43 – 44 mil. km2, dok je razina mora bila niža za oko 120 m -Kriosfera – područja koja se nalaze pod ledom – labilan, prostorno-vremenski pojam -Danas (holocen) je na Zemlji pod ledom oko 16 mil. km2 (10,7% kopna) odnosno oko 24 000 mil. km3 (do 29 000 mil. km3) mase leda (1,74 % ukupne vode na Zemlji ili 68,7% slatke vode) -Prostorno leda je najviše u polarnim područjima – 99,4% -Južni pol oko 90% Grenland 9,4% 0,6% ostala područja -Debljina leda najveća je na Antarktici – do 5,2 km, prosječno oko 2500 m, dok je na Grenlandu prosječna debljina leda oko 1600 m -Ledenjaci nastaju na kopnu iznad sniježne granice. Dijele se na ledene pokrove (Antarktika i Grenland) i planinske ledenjake (poznati i pod nazivom dolinski ledenjaci). Ledenjaci su značajni po tome što pod utjecajem sile gravitacije postupno se spuštaju u niža područja pri čemu lome okolnu stijensku podlogu koju u podnožjima akumuliraju – morenski materijal -Površina planinskih ledenjaka je na S. Americi oko 93 000 km2, Aziji oko 72 000 km2, Europi oko 6 400 km2 (Alpe 3 200 km2), dok im je ukupan broj oko 100 00 Najveći dolinski ledenjak u Alpama je Aletschgletscher (25,5km) -Prosječna starost leda je oko 9680 god., no raspon je od svega nekoliko godina (mali ledenjaci) pa do 200 000 god. na Antartici
84
-Led u tlu karakterističan je za sjevernu polutku (Sibir, Kanada, Aljaska) doseže do dubine od 1600 m, a javlja se u klimatskim područjima s prosječnom temperaturom manjom od 0 0C -Na moru površina pod ledom se nalazi oko 6-7% površine. Također, površina se mijenja tijekom godine (oko 5 mil. km2), a najveće su oko Antarktike (oko 10% ukupne površine leda na Antarktici). -Sante leda nastaju trganjem ledenog pokrova na moru, dok ledeni brijegovi nastaju od kopnenih ledenjaka (sadrže morenski materijal). Najveće ledene sante su oko Antarktike (1927. god veličine 26 000 km2, duga 145 km i široka oko 40 km). Na južnoj polutci dospijevaju do 440 g. š., a na sjevernoj do 360 g. š. -Morski led se topi na –2,3 0C, Prema porijeklu, led u moru može biti: -led koji je nastao u moru -led koji je u more dospio tekućicama -led koji je u more dospio sa kopna -Led u rijekama obuhvaća manje površine, no značajan je zbog onemogućavanja plovidbe i poplava
U područjima s višom geografskom širinom i visokim planinama gdje je temperatura niža od 0 0C prevladavaju sniježne oborine. Postupno, metamorfozom snijeg prelazi u led koji ima dominatnu ulogu u oblikovanju reljefa. Međutim, led je imao važnu ulogu u oblikovanju reljefa i u drugim područjima na Zemlji tijekom hladnijih razdoblja u geološkoj prošlosti – glacijala. Na osnovu materijalnih tragova utvrđeno je da je najstarija glacijacija bila u prekambriju, zatim u mlađem paleozoiku, a najmlađa, koja je ostavila brojne tragove u obliku glacijalnog reljefa na Zemljinoj površini, tijekom kvartara. Posljednja oledba zapravo se sastoji od pet glacijalnih razdoblja ili stadijala, između kojih su bila kraća toplija razdoblja ili interstadijali. Ledenjački pokrov, koji danas obuhvaća oko 16 mil. km2, tijekom posljednje glacijacije, kad su temperature bile niže oko 12 0C (minimalne temperature bilo su niže pred približno 25 000 godina) prekrivao je gotovo 30% Zemljine površine. Za posljednju glacijaciju također je važno da je razina tadašnjeg mora zbog akumuliranja leda na kopnu bila niža za oko 100 m (tijekom kvartara, odnosno ledenih razdoblja pretpostavlja se da je razina mora dola niža od 90 do 140 m od današnje). Iako u
85
maloj mjeri, posljednja glacijacija ostavila je tragove u obliku ledenjačkog reljefa i na području Hrvatske. Zapravo, prvenstveno se radi o ledom preoblikovanom krškom, a u manjoj mjeri padinskom i fluvijalnom reljefu. Kao posljedica visine sniježne granice koja je bila na visini od 1200 do 1300 m tragovi glacijalnog oblikovanja reljefa prvenstveno su uočljivi u planinskim područjima (Velebit, Dinara, Biokovo
na
području Gorskog kotara). Razlozi nastanka glacijacijacija mogu biti višestruki: promjena Zemljina položaja prema Suncu zbog promjene nagiba Zemljine osi što je utjecalo i na količinu primljene Sunčeve energije, zatim smanjenje Sunčeve radijacije, velika količina vulkanske prašine kao posljedica jakih vulkanskih erupcija, promjena količine CO2 u zraku, promjena odnosa kopna i mora kao posljedica litosferne dinamike, preomjena smijera kretanja morskih stzruja. SNIJEŽNA GRANICA Do stvaranja leda na Zemlji u područjima iznad klimatske sniježne granice, a ona se s povećanjem geografske širine nalazi na sve nižoj nadmorskoj visini. Na južnoj polutci klimatska sniježna granica se na 0 m spušta na 62 0 g.š., a na sjevernoj na 830 g. š., dok je ona na Aljasci na na visini od 1 000 m, u Alpama na visini 2 700 do 2 900 m, Meksiku na 5 000 m. Na visinu sniježne granice utječu međuovisno temperatura, vlaga zraka, reljef – odnosno ekspozicija padina. Snijeg koji se nagomilava, zbog povećanja tlaka u donjim dijelovima počinje se topiti. Dio tako nastale vode ponovno se penje u više dijelove gdje su niži tlak i temperatura i tu se ponovo smrzava u obliku zrnatog leda, poznatog kao firn. Postupno pod tlakom firn prelazi u pravi ledenjački led. Akumulirani led na Zemljinoj površini javlja se u dva tipa: kao ledenjački pokrovi i dolinski ledenjaci. LEDENJACI Iako obuhvaćaju znatno manju površinu pod ledom na Zemlji, zbog raznovrsnosti oblika koje stvaraju glacijalnom erozijom, poznatom pod nazivom egzarazija ističu se dolinski ledenjaci. No za egzarazijsko oblikovanje reljefa, osim leda, veliko značenje imaju otrgnuti fragmenti okolnih stijena koji se nalaze u ledu, a poznati uskao til.
86
Nastanak dolinskih ledenjaka vezan je uz postojanje riječnih dolina koje su oblikovane prije glacijacije. Snijeg, odnosno firn i led akumuliraju se u izvorišnim dijelovima ovih dolina. Pod težinom svoje mase led se kreće polukružno, dubeći podlogu i oblikujući amfiteatralna udubljenja – cirkove. Egzarazijom se cirkovi proširuju i produbljuju pa okolne padine postaju strme, a okolni planinski vrhovi poprimaju izrazito oštar, piramidast izgled. Iz cirkova se led polako kreće prema nižim dijelovima dolina. Brzina kretanja leda je različita, a iznosi od samo nekoliko centimetara, pa do nekoliko desetaka metara godišnje. Tijekom svog kretanja ledenjak dubi podlogu i bočne strane, oblikujući ledenjačku dolinu – valov. Zbog mehaničkog djelovanja leda strane valova su izuzetno strme, dok su im dna široka i blago konkavna tako da imaju profil u obliku slova U. Često na stranama valova postoje zaravnjeni dijelovi slični terasama. To su glacijalna ramena, a predstavljaju dna nekadašnjih, starijih valova za koje se pretpostavlja da su nastali u razdobljima jačih glacijacija. Ledenjaci imaju i svoje “pritoke”. Kao posljedica razlike u egzarazijskoj snazi događa se da je dolina glavnog ledenjaka niža, a one sporednih ostaju iznad nje i poprimaju izgled visećih dolina. Led tijekom svog puta u niže krajeve mehaničkim djelovanjem oblikuje uglačane površine. U slučajevima kada led nailazi na nejednako tvrdu podlogu, dijelovi koji su izgrađeni od otpornijih stijena, zaostaju u obliku zaobljenih uzvišenja – komčića. Zato što promatrani iz daljine podsjećaju na ovčja leđa poznati su i pod nazivom mutonirane stijene. Prilikom struganja fragmenata kršja, koji se nalaze u ledu, o stjenovitu podlogu nastaju strije, brazde koje su izdužene u smijeru kretanja ledenjaka.
87
MORENE Od tila nastaju razni akumulacijski glacijalni oblici. Najčešće su to morene, a prema mjestu gdje nastaju u ledenjaku, one mogu biti bočne, podinske i završne. Bočne morene nastaju, kao posljedica egzarazijskog i mraznog trošenja stijena na stranama. U slučaju kad se spoje dva ledenjaka, nastaje jedinstvena središnja morena. Od egzarazijom, otrgnutih fragmenata ns dnu, ali i od onih koji su kroz pukotine u ledu propali na dno ledenjaka nastaju podinske morene. Poseban oblik, nastao taloženjem podinskih morena, predstavljaju drumlini, uzvišenja izdužena i do nekoliko stotina metara, a vidljiva tek nakon nestanka ledenjaka. Voda koja se topi pod visokim tlakom u ledenjacima oblikuje ledene spilje u kojima nastaju i manji ledenjački potoci. Voda koja protječe tim potocima ispire sitne čestice tila i taloži ih na pogodnijim mjestima u obliku izduženih uzvišenja – eskera. Završne morene nastaju na mjestima gdje se topi led. Te morene (od ledom donesenih fragmenata) pregrađuju valov u obliku uzdignutih, poprečnih nasipa, zatvarajući na taj način terminalni bazen. Nizvodno od završne morene voda sočnica, nastala topljenjem leda, ispire sitniji pjeskoviti materijal te ga taloži u obliku plavina – sandera. Topljenjem ledenjaka mogu nastati jezera. Ona nastaju u udubljenim dijelovima valova i iza terminalnih bazena (npr Lago di Garda, Bledsko jezero, odnosno danas su na Zemlji najbrojnija upravo glacijalna jezera). Nakon posljednje oledbe, kao posljedica izdizanja razine mora, mnoge ledenjačke doline su potopljene pa su na taj način nastali dugi zaljevi strmih obala – fjordovi. Kako je tijekom geološke prošlosti, tako i danas, osobito u polarnim i subpolarnim područjima, znatno veća površina i masa leda odnosi se na ledenjačke pokrove. Primjerice, 81% ukupne ledene površine (kopno + more) na Zemlji i čak 90% (kopno)
88
Ledene mase otpada na područje Antarktike, a 9,4% na područje Grenlanda. Osnovna karakteristika leda ledenjačkih pokrova je njihovo slabije (sporije) kretanje, a ono je najvećim dijelom ograničeno na rubne dijelove gdje dolazi i do odvajanja pojedinih ledenih jezika, nalik na dolinske ledenjake. No ledena masa svojom težinom utječe na ugibanje i spuštanje kopna (npr. na području Antaktike debljina doseže i do 5,2 km – prosječna debljina je 2,5 km). U Skandinaviji je utvrđeno da su se pojedini dijelovi nakon posljednje oledbe tijekom kvartara (pleistocena) izdigli čak I do 300 metara.
PERIGLACIJALNI PROCESI I RELJEFNI OBLICI Periglacijalni reljefni oblici karakteristični su za rubna glacijalna područja gdje je srednja godišnja temperatura niža od 0 0C. Trajno zamrznuto tlo, poznato kao permafrost ili merzlota, posebno se ističe po svojoj rasprostranjenosti. Obuhvaća velika poderučja Sibira, Aljaske i sjeverne Kanade. Dubina permafrosta doseže i do nekoliko stotina metara (najveća poznata dubina je u Sibiru 1600 m). Za kratkih ljeta u površinskom dijelu, do dubine od 20 cm do 1 m dolazi do otapanja. Zato što je tlo izuzetno jako natopljeno vodom, kad je nagib veći od 20 0 dolazi do (geli)soliflukcije – laganog tečenja materijala niz padinu. Specifičan oblik predstavlja pingo – uzvišenje nastalo zbog pojave leda u tlu. Veličina pinga povećava se tijekom ljeta kad s površine ponire voda koja se u nižim dijelovima zaleđuje, a zbog povećanja njezina volumena dolazi do stvaranja uzvišenja koja mogu biti visoka i do 70 m, a promjera i do 600 m. Kao posljedica čestih dnevnih kolebanja temperature, oko 0 0C nastaju i manji periglacijalni reljefni oblici. Za ravna područja karakteristična su poligonalna tla, a za nagnuta kamene struje. Nastaju tako što led iz tla istiskuje i na površini sortira krupnije fragmente kamenja. Za viša područja naših planina, osobito njihove prisojne strane, karakteristična je pojava sipara sastavljenih od mraznim procesom nastalog kršja. Zbog zadržavanja vode u stijenskim pukotinama dolazi do povećanja njezina volumena, pucanja stijene i stvaranja kršja. ZNAČENJE LEDA -Zalihe vode na Zemlji (snijeg i led obuhvaćaju oko 2% vode na Zemlji) -Led je značajan kao geomorfološki faktor (glacijalni i periglacijalni reljef),
89
-Danas, planinska područja su važna sve više kao receptivne turističke zone -Utjecaj leda i snijega na klimatske prilike (albedo) -Utjecaj i značenje leda i snijega na riječne režime -Utjecaj na promet (1912. god. Titanik i 1517 poginulih) -Prosječno godišnje volumen leda na Zemlji se smanjuje za oko 250 km 3, što podiže razinu mora za 0,7 mm (2100 god za 49 cm)
90
