Tuhé zemské teleso

Tuhé teleso Zeme je prístupné priamemu ľudskému pozorovaniu iba vo veľmi obmedzenej miere. Najhlbšie vrty na pevnine dosiahli len okolo 10 km a z morského dna (Arabské more) iba o niečo viac ako jeden kilometer do hĺbky. Všetky doterajšie vedomosti o zložení tuhého zemského telesa sa teda získali rozličnými nepriamymi metódami. Najvýznamnejšie výsledky poskytujú geofyzikálne metódy, najmä analýza siezmických vĺn. Na jej základe veda dospela k trojdielnemu modelu stavby tuhého zemského telesa, zloženého zo zemskej kôry, zemského plášťa a zemského jadra. S rastúcou hĺbkou sa v tuhom zemskom telese mení tlak, hustota, gravitačné zrýchlenie, elastické vlastnosti hmoty, viskozita a teplota. Zemská kôra tvorí najvrchnejší obal tuhého zemského telesa. Dolnou hranicou zemskej kôry je Mohorovičićova diskontinuita, pri prechode cez ňu sa pozdĺžne seizmické vlny skokom zrýchľujú. Svedčí to o vystriedaní menej pružnej látky pružnejšou a hustejšou. Vrstva vrchného plášťa, ktorá leží pod zemskou kôrou (substrát), tvorí spolu s ňou litosféru.
Zloženie ani stavby zemskej kôry nie sú rovnorodé. Zemskú kôru budujú horniny, ktoré sa podľa spôsobu vzniku delia na vyvreté (základná zložka zemskej kôry), sedimentárne a metamorfované. Z viacerých typov zemskej kôry je najrozšírenejšia pevninová a oceánska kôra. Zloženie pevninovej kôry je pestrejšie ako oceánskej kôry. Priemerná hrúbka zemskej kôry pod pevninami je 40 km. Tvoria ju tri vrstvy: sedimentárna, žulová a čadičová (oddelená od žulovej Conradovou diskontinuitou). Oceánska kôra má zväčša hrúbku 6-12 km. Najvyššiu vrstvu oceánskej kôry tvoria čerstvé, nespevnené sedimenty, strednú horninu čadičového zloženia, spodná vrstva nie je ešte uspokojivo preskúmaná. K prechodným typom zemskej kôry patrí napr. subkontinentálna a suboceánska kôry, ktorá sa vyskytuje napr. v hlbokomorských priekopách. Stredná hustota zemskej kôry ako celku je 2,8 t/m³, stredná hustota sedimentárnej vrstvy 2,4-2,5, žulovej 2,7 a čadičovej 2,9 t/m³. Na hranici zemskej kôry a zemského plášťa sa hustota skokovite zväčšuje z 2,9-3,0 t/m³ na 3,1-3,5 t/m³. Gravitačné zrýchlenie dosahuje v zemskej kôre takmer stále hodnoty blízke 1 Gpa. Teplota v zemskej kôre a vo vrchnom plášti stúpa s hĺbkou. Z plášťa smerom na povrch vystupuje tepelný tok (niekoľkotisícnásobne menší od hodnoty slnečnej energie). Tepelná vodivosť hornín je rozdielna. Sedimenty, najmä málo spevnené, majú nízku tepelnú vodivosť, kompaktné horniny vysokú.

Pre zemskú kôru sa udáva priemerný geotermický stupeň 32, čo je hĺbka, pri ktorej sa zvýši teplota o 1°C. Veľkosť tepelného toku však podmieňuje aj veľkosť geotermického stupňa. V chemickom zložení zemskej kôry prevláda kyslík, ktorý tvorí viac ako polovicu jej objemu, viac ako štvrtinu tvorí kremík, v značných množstvách je zastúpený hliník, horčík, vápnik., sodík a draslík.
V názoroch na začiatočné štádium vývoja zemskej kôry a jej prvotné zloženie dominujú v súčasnosti dve protichodné hypotézy. Podľa jednej prvotná kôra bola bázická, oceánskeho typu, podľa druhej sialická, kontinentálneho typu. Vo vývoji zemskej kôry sa rozlišuje viac období. Vyčleňujú sa napr. staršie tektonické a metamorfné etapy (predkambrické), okrem toho vývoj kôry v období končiacom sa prvohorami sa líšil od nasledujúcej druhohorno-treťohornej etapy. Zemský plášť tvorí v podloží zemskej kôry vrstvu, ktorá sa rozprestiera do hĺbky 2800-2900 km, kde obaľuje zemské jadro. Vnútorná stavba zemského plášťa je nerovnorodá, rozoznáva sa spodný a vrchný, resp. spodný, stredný a vrchný plášť. Až novšie výskumy odhalili, že v plášti jestvuje viac zón so zmenami v rýchlosti seizmických vĺn, z čoho sa usudzuje ne zložitejšiu stavbu.
Hustota s pribúdajúcou hĺbkou stále vzrastá: v spodnej časti vrchného plášťa dosahuje hodnoty 3,6 t/m³, v hĺbke okolo 1000 km hodnoty 4,5 t/m³ a pri hranici s jadrom 5,6 t/m³. V celej hrúbke zemského plášťa sa hodnoty tlaku s rastúcou hĺbkou stále zvyšuje. V hĺbkach okolo 400 km ja tlak 13,5 Gpa, 1000 km 38,7 Gpa, 2000 km 86,7 Gpa. Pri prepočte hodnôt teploty s rastúcou hĺbkou nemožno vychádzať z hodnôt geotermického stupňa. Pod kontinentálnymi platformami sa udávajú teploty 500 (700)°C-700 (900) °C, v hĺbke okolo 100 km sa predpokladá okolo 1500 °C a v hĺbke 1000 km asi 2700 °C. Do vrchného sa lokalizujú hypocentrá zemetrasení (do hĺbky 700 km), čo indikuje značnú tuhosť materiálu.
Zemský plášť pozostáva prevažne z ťažkých materiálov, bohatých na horčík a železo, ktoré majú zlúčeniny s oxidom kremičitým (kremičitany). Pôsobením veľmi vysokého tlaku sa v spodnej časti zemského plášťa kremičitany pravdepodobne rozkladajú na oxidy. Materiál zemského plášťa by bol roztopený, nebyť vysokého tlaku, vplyvom ktorého sa celý plášť nachádza v tuhom, kryštalickom stave, azda s výnimkou astenosféry (plastickej vrstvy pod litosférou), kde teplota blízka teplote topenia účinkuje silnejšie ako tlak.

Predpokladá sa, že hmota sa tu nachádza v amorfnom, alebo čiastočne roztopenom stave.

Zemské jadro je najvnútornejšia časť zemského telesa, nachádza sa v hĺbkach pod 2800 (2900) km. Geofyzikálne sa zistila existencia prechodnej zóny medzi jadrom a zemským plášťom, ktorý ho obaľuje. Delí sa na vonkajšie a vnútorné jadro.
Hustota na hranici zemského jadra skokom rastie až na 10 t/m³ a potom postupne na hodnoty okolo 12,5 t/m³ v centre jadra. Hodnoty gravitačného zrýchlenia začínajú od hranice zemského jadra postupne klesať až k nulovej hodnote v jeho centre. Tlak stúpa na hranici jadra na 136 GPa a v centre dosahuje 361 GPa. Podľa odhadov by sa teploty vo vnútornom jadre mali pohybovať okolo 5000°C- 6000°C. Predpokladá sa, že zemské jadro pozostáva zo železo-niklovej taveniny. Podľa iných názorov je jadro kremičitanové, zložením sa podobá na nediferencované chondrity. Vo vonkajšom jadre sa hmota nachádza v tekutom (roztopenom) stave. Svedčí o tom fakt, že priečne seizmické vlny, ktoré sa nešíria v tekutinách, tadiaľto neprechádzajú. S tekutým vonkajším jadrom súvisí jestvovanie magnetického poľa Zeme. Vnútorné jadro sa pokladá za rigidné. Dynamika zemskej kôry. Hmota všetkých geosfér Zeme je v pohybe a podlieha ustavičným zmenám. Rýchlosť a formy pohybu v atmosfére a hydrosfére sa podstatne líšia od foriem pohybu vnútri zemskej kôry a na jej povrchu. Rozoznávajú sa dve veľké skupiny všetkých týchto procesov: endogénne procesy (vnútorné) sú výsledkom energie Zeme, exogénne procesy (vonkajšie) majú základný energetický zdroj v slnečnom žiarení dopadajúcom na zemský povrch.
Endogénne procesy sa uskutočňujú najmä v hlbších geosférach tuhého zemského telesa. V spodných zónach zemskej kôry a vo vrchných častiach zemského plášťa a zrejme aj v oveľa hlbších častiach tuhého zemského telesa sa premiestňujú obrovské množstvá hmoty, ktorá sa rozpína a stláča, nastávajú fázové premeny a migrácia chemických prvkov. Tieto procesy podmieňujú hlbinnú diferenciáciu hmoty, najľahšie komponenty sa koncentrujú vo vrchných a najťažšie vo spodných geosférach. Zemská sféra sa zväčša pokladá za výsledok diferenciačných procesov a všeobecne sa usudzuje, že hydrosféra a atmosféra sú výsledkom diferenciácie a degazácie zemského plášťa. Hlbinné endogénne procesy vyvolávajú vertikálne a horizontálne premiestňovanie a deformácie jednotlivých častí zemskej kôry. Vyzdvihnutie najvyšších pohorí až do výšok nad 8 km, zvrásnenie a rozlámanie hornín na mnohých miestach svedčia o veľkej intenzite endogénnych síl, ktoré prevyšujú všetky výdobytky modernej techniky, ako aj energiu uvoľnenú pri jadrových výbuchoch.

Pohyby v zemskej kôre a sčasti vo vrchnom plášti vyvolané endogénnymi činiteľmi sa označujú ako tektonické. K najčastejším tektonickým deformáciám zemskej kôry patria zlomy, horizontálne posuny a vrásy. V tesnej spojitosti s tektonickými procesmi prebiehajú aj vulkanické procesy. Najmä hlbinné zlomy majú veľmi významnú úlohu pri výstupe magmy do zemskej kôry a pri intrúziách všeobecne. V súvislosti s tektonickými deformáciami a intúziami magmy nastáva aj premena hornín (metamorfóza), mení sa mineralogické zloženie a štruktúra hornín vplyvom zvýšeného tlaku a teploty. Väčšina bádateľov hľadá zdroj tektonických procesov v zemskom vnútri; podľa postoja k základným druhom pohybov sa rozlišujú fixistické a mobilistické teórie. Výnimkou sú zástancovia kozmogeologickej školy, ktorí vidia príčiny v kozme, v rotácii planét a v ich vzájomnej príťažlivosti a opierajú sa o nedoložené predpoklady, že kozmický pohyb vykazuje zmeny a odchýlky, ktoré vyvolávajú v Zemi napätia. Vnútornú energiu kladú až na druhé miesto.
Exogénne procesy sa odohrávajú na zemskom povrchu. Ich hlavnými činiteľmi sú prúdiaca voda, dážď, ľadovce, morské prúdy, živé organizmy a i. Účinky exogénnych procesov sa prejavujú predovšetkým v rozklade a rozpade hornín ležiacich na zemskom povrchu alebo v najvyšších častiach zemskej kôry, ako aj v ich odnose a v usadzovaní. Exogénne procesy prebiehajú veľmi pomaly, ale vytrvalo.

Hlavné štruktúrne jednotky zemskej kôry a reliéf. Zemská kôry je jedinou geosférou tuhého zemského telesa, aspoň čiastočne dostupnou priamemu ľudskému bádaniu. Štruktúru pevninovej kôry, pravda, lepšie poznáme ako štruktúru oceánskej kôry. Najstaršie zo základných štruktúrnych jednotiek zemskej kôry sú staré platformy, pozostávajúce zo zvrásneného a metamorfovaného základu (fundament tvorený horninami starších ako vrchné proterozoikum) a zo sedimentovaného obalu rôznej hrúbky. Okrem starých platforiem jestvujú aj platformy mladé. Miesta, na ktorých vystupuje fundament platforiem na veľkých rozlohách na povrch, sú štíty. Platformy sú konsolidované časti zemskej kôry, vyznačujú sa stálou hrúbkou, nízkou amplitúdou reliéfu, stálymi prejavmi vrásnenia, seizmicity a vulkanizmu. Na miestach, kde platformy prechádzajú ku geosynklinálam, sú prechodné štruktúry. Prechod môže byť ostrý, sprevádzajú ho hlbinné zlomy, alebo môže mať napr. vrásovo-zlomový charakter. Geosynklinálne zvrásnené pásma majú lineárny priebeh, ich dĺžka je často mnoho tisíc kilometrov, reliéf má veľkú amplitúdu, horniny sú intenzívne zvrásnené. Sú to oblasti seizmicky aj vulkanicky vysokoaktívne.

Epiplatformové orogénne oblasti sú pásma druhorodej orogenézy na platformách. Vulkanické pohoria tvoria pásma široké 100-200 km a dlhé niekoľko tisíc kilometrov. Účinky endogénnych a exogénnych procesov na zemský povrch sú v podstate protichodné. Endogénne procesy, najmä tektonické, podmieňujú predovšetkým vznik výrazných nerovností, od ktorých závisí napr. aj rozloženie pevnín a morí. Exogénne procesy rozčleňujú vyzdvihnuté časti povrchu a v konečnom dôsledku zarovnávajú nerovnosti zapríčinené endogénnymi procesmi. Výsledkom spoločného pôsobenia endogénnych a exogénnych procesov na zemskom povrchu je súhrn tvarov nazývaný reliéf. Pri prevahe endogénneho činiteľa vznikajú najmä veľké formy zemského povrchu morfoštruktúry, ako horské pásma, panvy, nížiny ap. Ak pri modelácii prevláda exogénny činiteľ, vznikajú menšie formy, morfoskulptúry, napr. morény, pieskové presypy, riečne terasy. Najvýraznejšími prvkami v súčasnom reliéfe pevnín sú rovinoplatformové a horské oblasti. Rovinoplatformové oblasti zahŕňajú rovinné časti starých i mladých platforiem a zaberajú asi 64% rozlohy kontinentov. Prevládajú medzi nimi rovinné povrchy štruktúrneho pôvodu. Tvoria ich takmer horizontálne ležiace vrstvy sedimentovaných hornín. Tieto oblasti sú istom zmysle symetricky rozložené; na severnej pologuli je to oblasť severoamerická, východoamerická a sibírska, na južnej pologuli juhoamerická (brazílska), africko-arabská a austrálska. V rámci platformových rovín sa vyskytujú jednotlivé nížiny aj vysočiny, plošiny a vysoko vyzdvihnuté masívy. Celkove však je výšková amplitúda povrchu asi 10- až 20-násobne menšia ako v horských oblastiach. Vyskytujú sa roviny v malej nadmorskej výške (100-300m) i vo väčšej (400-1000m), vyzdvihnuté neotektonickými pohybmi.
Horské oblasti zaberajú asi 36% rozlohy kontinentov. Rozlišujú sa mladé, resp. epigeosynklinálne horské systémy, ktoré vznikli vyvrásnením geosynklinál mladých orogenetických zón (pohoria na juhu Eurázie, na západe Severnej a Južnej Ameriky), a epiplatformové horské systémy, ktoré sa vytvorili na mieste starých zarovnaných oblastí rozličného veku v dôsledku omladenia pri neotektonických pohyboch zemskej kôry (napr. Ťaň-šan, Kchun-lun, pohoria južnej Sibíri, Skalnaté vrchy a i.). Epiplatformové horské systémy majú oveľa väčšiu rozlohu ako epigeosynklinálne, čo je dôsledkom obrovského rozšírenia epiplatformovej orogenézy počas neotektonickej etapy vývoja zemskej kôry. Detailnejšia tvárnosť rovinovoplatformových i horských morfoštruktúr pochádza od exogénnych procesov.

Najvýznamnejším činiteľom pri formovaní morfoskulptúry sú stále a občasné vodné toky. Výsledkom ich činností sú najrozšírenejšie reliéfne tvary: riečne erózne a akumulačné formy, časté sú aj ľadovcové formy, výsledky ľadovcovej modelácie dnešných i niekdajších ľadovcov, potom formy eolické, periglaciálne, krasové a i.
Členenie oceánov zo štruktúrneho aspektu je predovšetkým výsledkom pozorovaní podmorského reliéfu. K základným štruktúrnym jednotkám oceánskeho dna patria rozsiahle, pomerne rovné oceánske platformy (hlbokomorské roviny a plošiny). Vyznačujú sa slabými prejavmi vulkanizmu a nízkou seizmicitou. Ich protikladom sú riftové zóny, ktoré sa ťahajú cez všetky oceány. Sprevádzajú ich stredooceánske chrbty, tvoriace v priereze hrebeňový val. Stredooceánske chrbty charakterizuje intenzívna sopečná činnosť a seizmicita. Riftové zóny možno pokladať za ekvivalent geosynklinál. V súčasnom reliéfe oceánskeho dna sa rozlišuje predovšetkým oblasť zaplaveného okraja pevnín, zóna ostrovných oblúkov alebo prechodná oblasť, podmorské panvy a stredooceánske chrbty.
Zaplavené okraje kontinentov (asi 14% ich povrchu) zahŕňajú predovšetkým celý kontinentálny prah, svah, stupeň, ako aj kontinentálne úpätie až do hĺbok 2500-6000m. Na niektorých miestach medzi kontinentom a oceánskymi panvami sa rozprestiera ešte prechodná zóna značnej šírky, v ktorej sa rýchle striedajú vyzdvihnuté a hlboko vklesnuté časti dna. Typickými prvkami reliéfu sú tu oblúky súostroví, kotliny okrajových morí, ako aj hlbokomorské priekopy.
Hlavnými reliéfnymi prvkami vlastných oceánskych paniev ( asi 41%) sú hlbokomorské roviny, označované aj ako oceánske platformy. Z rovinných priestranstiev oceánskeho dna sa dvíhajú početné izolované podmorské vrchy.
Významným prvkom podvodného reliéfu sú ďalej stredooceánske chrbty ( asi 10%), ktorých celková dĺžka je viac ako 60 000 km. Každý zo stredooceánskych chrbtov má svoje pokračovanie v pevninovej kôre.
Morfoskulptúrne formy sa na dne oceánov tvoria pod vplyvom brehových abrázno-akumulačných procesov, činnosťou prúdov ap.
Dnešná koncepcia vývoja oceánov a pevnín vychádza z hypotézy novej globálnej tektoniky, v ktorej majú významnú úlohu pojmy ako kontinentálny drift, známy už z Wegenerovej hypotézy, rozpínanie oceánskeho dna a tektonika litosferických blokov (dosák).

Podľa jej predstáv vrchná časť Zeme (litosféra), tvorená zemskou kôrou a časťou vrchného plášťa, sa pohybuje po podložnej, plastickej astenosfére; je rozdelená na bloky, ktoré sa od seba vzďaľujú, narážajú na seba, alebo sa pohybujú pozdĺž seba. Súčasťami blokov sú pevniny a oceány. .