Földtani ismeretek A Természetvédelmi mérnök B.Sc. szak I. éves hallgatóinak A 2008-2009. tanév II. féléve Tárgyfelelős: Dr. Cserny Tibor egyetemi docens T = 70-932 4751, e-mail: cserny@mafi.hu Oktatók: Dr. Cserny Tibor, Selmeczi Ildikó c. egyetemi docens, Síkhegyi Ferenc tud. főmunkatárs

Témakör vázlat Az előadások tervezett tematikája A gyakorlatokról Kötelező és ajánlott jegyzetek Tantárgyi követelmény 1. témakör: Bevezetés a földtanba. Helyünk a világban: az Univerzum és a Naprendszer. A Föld alrendszerei.

Tervezett témakörök 2009. 2009. 02. 09. hétfő (Cserny T.) Bevezetés a földtanba. Helyünk a világban: az Univerzum és a Naprendszer. A Föld alrendszerei Ásványtani és kőzettani alapfogalmak 2009. 02. 23. hétfő (Cserny T.) Endogén földtani erők és folyamatok. Földrengések, lemeztektonika, tektonika Exogén földtani jelenségek: építő és pusztító külső erők

Tervezett témakörök 2009. 03. 09. hétfő (Selmeczi Ildikó) Rétegtani és őslénytani alapismeretek A Föld rövid története 2009. 03. 23. hétfő (Selmeczi Ildikó) A Kárpát-medence vázlatos földtani felépítése A Kárpát-medence fontosabb ásványi nyersanyagai

Tervezett témakörök 2009. 04. 06. hétfő (Cserny T. – Síkhegyi F.) • Földtani állapotfelmérés • Térképismeret: topográfiai és földtani térképek 2009. 04. 20. hétfő (Cserny T.) • Víz- és környezetföldtani alapfogalmak • Talajtani és mérnökgeológiai alapfogalmak 2009. 05. 04. hétfő (Cserny T.) • Beszámoltatás, jegybeírás

Általános földtan gyakorlat 2009. 04. 04. szombat, 8.00-15.00: Soproni és Kőszegi hegység: metamorf kőzetek, neogén üledékes kőzetek és üledékek 2009. 04. 25. szombat, 8.00-17.00: Tata, Tatabánya, Gánt földtani természetvédelem, mezozoós karbonátok, bauxit tanösvény

Kötelező jegyzetek Cserny T., Vincze P. 2009, Selmeczi I., Síkhegyi F.: Általános földtan és gyakorlat, óravázlat, kézirat, http://foldtud.emk.nyme.hu Hartai É. 2003: A változó Föld, Miskolci Egyetem Kiadó

Ajánlott irodalom Borsy Z. (szerk.): Általános természetföldrajz, Nemzeti Tankönyvkiadó, Bp. 1998 Karátson D. (szerk.): Magyarország földje, kitekintéssel a Kárpát-medence egészére, Magyar Könyvklub, Bp. 2002

Ajánlott irodalom Török Ákos: Geológia mérnököknek, Műegyetemi Kiadó Paturi F.R.: A Föld krónikája, Officina Nova, Bp. 1991

További ajánlott irodalom A Föld csodálatos története, Reader’s Digest, 2004. Báldi Tamás : A történeti földtan alapjai, Tankönyvkiadó Butzer K.W.: A földfelszín formakincse, Gondolat, Bp. 1986 Douglas Palmer: A történelem előtti világ atlasza, Discovery Channel, Gabo Könyvkiadó, 2000. Gianluca Ranzini: Az Univerzum atlasza, Kossuth kiadó, Bp. 2002 Jantsky Béla (szerk.): Ásványtelepeink földtana, Műszaki Kiadó 1966 John Gribbin (szerk.): A természettudomány rövid története, Gabo, Bp. 2005 Juhász Árpád : Évmilliók emlékei, Gondolat, Bp. 1984 Mészáros Ernő : A Föld rövid története, Vince Kiadó, Bp. 2001 Mészáros Ernő: A környezettudomány alapjai, Akadémiai Kiadó, Bp. 2001 Molnár Béla : A Föld és az élet fejlődése, Tankönyvkiadó Némedi Varga Zoltán : Általános és szerkezeti földtan, Tankönyvkiadó Papp Zoltán: Geotechnika I. Földtan-vízföldtan-mérnökgeológia, Tankönyvkiadó Pálfy J.: Kihaltak és túlélők, Vince Kiadó 2002 Szakáll Sándor : Ásványrendszertan, Miskolci Egyetemi Kiadó 2005 Teremtő erők, pusztító elemek. Rieder’s Digest Válogatás, Bp. 1998.

Tantárgyi követelmény az előadások min. 2/3-án + 2 terepbejáráson történő kötelező részvétel!!! 6 ZH sikeres megírása (mindegyik óra elején az előző órák anyagából ZH írás lesz. a kiadott szakcikkből 5-10 perces előadás megtartása, a lényeg 1 oldalas összefoglalása A terepbejáráson egyéni jegyzőkönyvet kell vezetni, tisztázati változatának leadási határideje: május 4. Az utolsó tanórán (május 4.): ZH írás, a korábbi ZH-k javítása, pótlása, terepi jegyzőkönyvek leadása A félévközi jegy a ZH jegyei, a terepi jegyzőkönyv minősége, a tudományos cikk értelmezése, az előadások látogatottsága alapján lesz megállapítva.

Földtani ismeretek Helyünk a világban: az Univerzum és a Naprendszer 1. témakör: Bevezetés a földtudományokba Helyünk a világban: az Univerzum és a Naprendszer A Föld alrendszerei

Megismerés – tudomány – földtudomány Megismerés (többféle megközelítés): - vallás - művészet - tudomány A tudományos módszer: megfigyelés - korábbi ismeretek áttekintése – hipotézis felállítása - mérések és/vagy kísérletek - az eredmények összevetése a hipotézissel - a hipotézis megerősítése, módosítása vagy elvetése - teória felállítása A tudományos kérdés megközelítése: Empirikus Experimentális Teoritikus A földtan (geológia, görög szó, gé – föld, logosz – tudomány): a Földről szóló ismeretek tudománya

A természettudományok és a geológia fejlődése Arisztotelész (Kr. e. 384-322): csillagászati és biológiai jelenségek leírása, geocentrikus elmélet Arisztarkusz (Kr. e. 312-230): heliocentrikus elmélet Ptolemaiosz (Kr. u. 150): geocentrikus elmélet, bolygók mozgásának geometriája N. Copernicus (1473-1543): heliocentrikus elmélet kidolgozása

A természettudományok és a geológia fejlődése J. Kepler (1571-1630): bolygók mozgástörvényei G. Galilei (1564-1642): új csillagászati és fizikai felfedezések I. Newton (1642-1727): a tömegvonzás és az égitestek mozgásának törvényszerűségei

A természettudományok és a geológia fejlődése G. Agricola (1546): ásványtani és bányászati könyvek N. Steno (1638-1686): települési törvények J. Hutton (1726-1797): uniformitarizmus elve Ch. Lyell (1797-1875): aktualizmus elve Ch. Darwin (1809-1882): evolúciós elmélete

A természettudományok és a geológia fejlődése 1924: A. Wegener, majd Emile Argand, kontinensvándorlás elmélete 1963: F. Vine, D. Matthews, W. J. Morgan, az óceáni aljzat szétterülése 1967-1968: H. Hess és sokan mások, a lemeztektonikai elmélet

A magyar geológia fejlődése A krónikáktól a felvidéki professzorokig: Első ország-leírók és földleírások (Oláh Miklós, Georg Bauer, Georg Wernher, a 16. sz. végéig) Természetföldrajzi elemzések, a magyar földtudományi nyelv megteremtése (Pázmán Péter, Frölich Dávid és Apáczai Csere János, a 17. sz. első fele) Földrajzi elemző munkák, a korabeli ég- és földtudományok összegzése, a felvidéki professzorok (pl. Szentiványi Márton, a 17. sz. második fele)

A magyar geológia fejlődése A földtudományok elkülönülése Egyre pontosabb térképek és vidékleírások (Bél Mátyás, Mikovinyi Sámuel, Orbán Balázs, a 18. sz. derekáig) A magyar tudományos nyelv újjászületése és térhódítása, továbbá az egyes földtudományok szétválása és önállósulása (pl. Losontzi István, Fridvalszky János, Born Ignác, Benkő Ferenc, Mátyus István, a 18-19. sz. fordulójáig)

A magyar geológia fejlődése Kimagasló eredmények a 18-19. századfordulón: önálló ásvány- és kőzettan, továbbá a természetföldrajzi szemlélet kialakulása (Mitterpacher Lajos, Kitaibel Pál, Zipser András, Francois Beudant) A 19. sz. első fele: lelassul a hazai kutatások lendülete, jól felkészült magyar tudósok külföldön (Körösi Csoma Sándor, Besse János, Magyar László, Reguly Antal)

A magyar geológia fejlődése Napjaink földtudományainak kibontakozása: a véglegesen elkülönülő földtudományokat európai rangú tudósok művelik, megalakul a Földtani Intézet, a Magyarhoni Földtani Társulat, a földtudomány irányítói a pesti tudományegyetem világhírű tanárai (Szabó József, Böck János, Hunfalvy János, id. Lóczy Lajos, Zsigmondy Vilmos, Cholnoky Jenő, Eötvös Lóránt, Egyed László, stb.)

A földtani kutatás A földtani kutatás célja: tudományos módszerek segítségével felderítse a Föld és az élővilág történetét térben és időben, továbbá tisztázza a változások okait és kölcsönhatásait A földtani vizsgálódás tárgya: az anyag (ásványok, kőzetek, ősmaradványok), a külső (exogén) és belső (endogén) építő és pusztító folyamatok és jelenségek, a kialakított felszíni formák vizsgálata

A földtani tudományok

A földtani tudományok

A földtani tudományok

A földtani tudományok

Az anyagi világ hierarchiája galaxisok → naprendszerek → bolygók → kőzetek → ásványok → → atomok → elemi részecskék → kvarkok

Az Univerzum Univerzum (világmindenség) – Metagalaxis (benne 50 Md Galaxis) – Galaxis (csillagrendszer, benne 100 Md csillag) a galaxisok lapult felépítésűek, spirál karokkal rendelkeznek, átmérőjük 100 E fényév, központjukban extrém gravitációjú hatalmas hipercsillag (feketelyuk) van

A Galaktika A mi galaxisunk a Galaktika, vagy Tejútrendszer, melynek átmérője 100 E fényév naprendszerei 12 spirálkarba rendeződnek, csillagainak száma kb. 200 milliárd a Naprendszer 30 E fényévre a központjától 200 ezer év alatt kerüli meg a Galaktika központját (=1 galaktikus év)

Az Univerzum keletkezése Kb. 15 Md éve Ősrobbanás („big bang”): a hihetetlenül sűrű kozmikus tömeg anyagot és energiát lövellve a tér minden irányába létrehozta az ősi univerzumot, mely egy 75% H és 23% He alkotta táguló gázfelhő (ősköd) Az ősköd kisebb protogalaktikus ősfelhőkre oszlott, melyek a galaxisok (pl. a Tejútrendszer) kezdetei voltak. Ezekben kisebb csillagközi kozmikus gázfelhők, „nebulák” alakultak ki.

A Naprendszer keletkezése Forgó gáz és porfelhő (nebula), a benne uralkodó gravitáció miatt összehúzódott. A felhő közepében kialakult magas nyomás és hőmérséklet miatt termonukleáris reakció (H – He) indult meg, hatalmas mennyiségű fény és hő szabadult fel, megszülettek a csillagok (pl. a Naprendszer 4,6 Md évvel ezelőtt) A tömeg a forgó mozgás miatt szétlapult, gyűrűkre szakadozott, melyekben véletlenszerű gravitációs centrumok alakultak ki, melyek aszteroida méretű rögökké tapadtak össze (planetezimálok) Utóbbiak összeütközések és összeforrások révén (planetáris akkréció) bolygókká sűrűsödtek

A Naprendszer központi csillaga a Nap, melynek tömege az egész rendszer 99,87 %-a a rendszer a Nap, Jupiter és a törmelékből (további égitestekből) áll a Naprendszer átmérője 1,4 M km

A Naprendszer Kisbolygók (aszteroidok) Föld-típusú bolygók (szilárd anyagból állnak): Merkur, Vénusz, Föld, Mars Kisbolygók (aszteroidok) Óriás bolygók (gázokból állnak): Jupiter, Szaturnusz, Uránusz, Neptunusz

A Naprendszer bolygói Konklúzió: 1. milyen parányiak az égitestek az űr óriási méreteihez képest; 2. a bolygók milyen irdatlan térrészt járnak be a Nap körül

A Naprendszer további tagjai a Naprendszer kültagjai: üstökösök (jégmag és gázcsóva) meteoritok (fém vagy kőmag) nagyobb holdak: Luna – Föld Garümédesz, Kalliszló, Ió, Európa – Jupiter Titán-Szaturnusz Triton - Neptunusz

A Naprendszer mint kozmikus laboratórium A XX. század hatvanas éveitől megindul az űrkorszak: A Föld körül, majd a Holdra A föld típusú bolygók: Mars, Vénusz, Merkur A négy óriás gázbolygó és a Földdel együtt 26 „kérges égitest” A Naprendszer, mint kozmikus laboratórium a nyolcvanas évek végére: Föld a világűrből (pl. sok kerek alakzat a Föld felszínén, vonalas rendszerek Szibériában)

A Naprendszer mint kozmikus laboratórium A légkörök laboratóriuma: O2 és O3 - Mars, Vénusz, Európa; N2 - Titán, Triton, Plútó; CO2 – Mars, Vénusz A mágneses terek és a légkörök kölcsönhatásának laboratóriuma: Vénusz sűrű légkör, mágneses tér nélkül; Mars – ritka légkör gyenge mágneses tér; Merkúr légkör nélkül, de mágneses térrel; Ganymedes – gyenge mágneses tér A kérgek és a köpenyek laboratóriuma: A Föld a Naprendszer legnagyobb kéreggel bíró bolygója, mely elsődleges, másodlagos és harmadlagos kéreggel is rendelkezik

A Nap és bolygóinak kapcsolata Kepler (1571-1630) tételei: A bolygópályák egyik gyújtópontja üres, a másikba esik a Nap középpontja Naptávolban lassabban járnak a bolygók, de a vezérsugár által súrolt terület mindig ugyanakkora A Merkúr a legfürgébb bolygó, a Naptól távolabb kerengő társai egyre lomhábbak

A Naprendszer energia utánpótlása benne 15 M oC-on és hatalmas nyomáson végbemenő termonukleáris reakció (H – He) energiát termel: minden kg hidrogénből 7 g válik energiává E = m x c2, azaz 1 g anyagból szétsugárzása felér 300 vagon szén égési energiájával, fényével, melegével A Nap átlagosan 1 millió t/sec sebességgel fogy, de ez a tevékenység 11 évente megélénkül (napkitörések)

A Földet érő sugárzások A Napból, fénysebességgel, a teljes sugárzás 2 milliárdod része: Vörösön inneni vagy hősugarak, nagy részük eléri a Földet, főkép a CO2 és a vízgőz akasztja el Látható fény Ibolyántúli sugarak, ezek roncsolják az élő szervezetet, a magaslégköri ózonréteg véd Részecske sugárzás (napszél: atommagok és elektronok), 400 km/sec sebességgel, véd a mágneses mező Neutrinók a Nap belsejéből, nem károsak, áthatolnak mindenen

A Földet érő sugárzások Kozmikus sugárzás, főleg hidrogén és egyéb atommagok, veszélyesek, de a levegőmolekulákkal történő ütközések megszelídítik Kozmikus háttérsugárzás: 270,5 oC falból történő 2,7 oC-os „meleg” sugárzás, mely ártalmatlan

A Föld mint bolygó átmérője = 12.713 (12.756) km kerülete (az Egyenlítőnél) = cca. 40 E km felszíne = 510 M km2, térfogata = 1 Md km3 átlagos sűrűsége 5,5 g/cm3 belsejében cca. 4 E oC, és 3,5 Mbar nyomás van. a Föld kora kb. 4,6 Md év kb. 3,6 Md éve alakult ki a Föld - Hold rendszer, de 2,7 Md éve már biztosan létezett a rendszer a Hold befogásának következménye: a Föld kéreg alatti olvadása, és az új légkör kialakulása

A Föld alrendszerei Föld (Gaia, Terra): a földi élő és élettelen világ egységes nagy önszabályozó rendszert alkot, mely képes rendezetlenségének csökkentésére, azaz mintegy élőlény viselkedik (egyensúly az anyag – energia rendszerben) alrendszerei: gravitoszféra (gravitáció) magnetoszféra atmoszféra (légkör) hidroszféra (vízburok) litoszféra (kőzetburok) mezoszféra (asztenoszféra és a szilárd köpeny alsó) centroszféra (földmag) bioszféra (élővilág) pedoszféra (talaj) nooszféra (a tudat világa)

A gravitoszféra (gravitáció) Gravitáció - vonzerő, mely a tömeggel egyenesen, a távolsággal fordítottan arányos Gravitáció alakítja ki az égitest Nap körüli, saját tengelye körüli forgását, a Hold forgását a Föld körül. Mindezek eredménye: a földi év (365 nap, 5 ó, 48’, 46”) évszakok földi nap (<24 ó) ár-apály-jelenség (12 ó 26’) A Föld forgási sebessége a Nap körül: 29,8 km/sec (100 E km/ó) A szökési sebesség a Föld vonzásából: 11,2 km/sec (40 E km/ó)

A magnetoszféra a Föld mágneses test, pólusai nem esnek egybe a földrajzi pólusokkal (deklináció, inklináció) a Napból + és – részecskék záporoznak a Földre (Napszél), 2 nagyon sűrű réteg utóbbiakat befogja (Van Allen öv)

Az atmoszféra (légkör) légnyomás a t.sz.-en 1 bar = 1 kp/cm2, 30 km magason 1 mbar A légkör felosztása troposzféra (0-10 km, itt van a felhőképződés, a hőmérséklet és a nyomás gyorsan csökken, pl. 8-10 km magason –60oC) sztratoszféra (10-50 km, a levegő száraz, a hőmérséklet nő, felső határán van az ózonréteg) mezoszféra (50-80 km, a hőmérséklet –140oC-g csökken) termoszféra (80-1000 km, itt jönnek létre az aurórák, az É-i és D-i fények 100-160 km között Ionoszféra (100-400 km) elektromosan töltött levegő, a rádióhullámokat visszaveri

A légkör kialakulása a Föld másodlagos légkörének kora 3,6 Md év a Föld kialakulásakor csak CO2 volt a légkörben, a N és az O csak később, fokozatosan alakult ki a jelenlegi levegő gázok keveréke (78% N, 21% O, 1% Ar, CO2, vízgőz)

Az oxigén kialakulása az O két forrása van: UV sugárzás hatására a víz disszociációjából H a világűrbe szökik, az O egy részéből ózon lesz a növényzet kialakulása után, a fotoszintézis során Urey-szint = 0,1% PAL (=present atmospheric level); itt az ózonréteg miatt a fotodisszociáció leáll; 2,7 – 3 Md éve, 10-13 m magas vízoszlop alatt kialakul az élet (kékmoszatok); fotoszintézis, O keletkezés; szárazföldi üledékek oxidációja (1,8 – 2 Md éves vörös üledékek) Pasteur-szint = 1% PAL; a primitív szervezetek áttérnek a fermentációról a légzésre; 0,6 – 0,7 Md év (a proterozoikum vége); már 30 cm vízréteg elegendő a pusztító UV sugárzás ellen; a tengerekben kialakul a gazdag lágytestű fauna (Ediacara) Szárazulati szint = 10% PAL; a szilur végén (420 M év) a halálos UV sugarak elnyelése olyan mértékű, hogy az élővilág kiléphet a szárazföldre; első ismert szárazföldi növénymaradványok Mai szint = 100% PAL; a karbon végére (300 M év); kialakul a Földön a CO2 O2 önszabályzó rendszer

A hidroszféra (vízburok) a Föld felszínének (510 M km2) 71%-át borítja víz a víz 97%-a tengervíz, 3%-a édesvíz (ennek 77%-a örök jég és gleccser, 22%-a felszínalatti víz, 1%-a folyó, tó, talajnedvesség)

A hidroszféra A Föld felületén végbemenő dinamikai folyamatok közül az egyik legjelentősebb a víz körforgása, melyet a Nap hőenergiája és a Föld nehézségi erőtere szabályozza és tartja fenn.

A Föld további alrendszerei litoszféra (kőzetburok): kéreg mezoszféra (képlékeny köpeny felső = asztenoszféra, szilárd köpeny alsó) centroszféra (földmag)

Sűrűség és összetétel szerint: A Föld szerkezete Sűrűség és összetétel szerint: Vasmagos elmélet (Goldschmidt szerint) Vasmag nélküli (Egyed L.) elmélet Halmazállapot szerint

A Föld szerkezete Vasmagos elmélet szerint: 1200 km-ig litoszféra (Sial 2,7 g/cm3; Sima 3,3 g/cm3), 1700 km átmeneti (Crofesima 5 g/cm3, Nifesima 6 g/cm3), 3500 km mag (Nife 8 g/cm3).

A Föld szerkezete Vasmag nélküli elmélet: A rengési (diszkontinuitási) felületekkel elválasztva: Kéreg: savanyú kontinentális és bázisos óceáni, közte cca. 15 km Conrad felület; 30-60 km-nél Mohorovicic (MOHO) felület; Köpeny: felső és alsó rész; 2.900 km-nél Gutenberg-Wiechert felület; Mag: maghéj és belső mag, közte 5.000 km-nél Lehman féle törési öv

Halmazállapot szerint: A Föld szerkezete Halmazállapot szerint: litoszféra (szilárd) asztenoszféra (képlékeny) mezoszféra (szilárd) külső mag (folyékony) belső mag (szilárd)

A Föld további alrendszerei bioszféra (élővilág) pedoszféra (talaj) nooszféra (a tudat világa)