Tektonika globalna i konwekcja w płaszczu Ziemi i planet

ogólnouniwersyteckie

W ciągu ostatnich dziesięcioleci dokonano wielkiego postępu w badaniach nad tektoniką i konwekcją w płaszczu Ziemi a także innych planet. Osiągnięcia te wciąż nie znajdują odpowiedniego miejsca w podręcznikach geologii, geografii i literaturze popularnonaukowej. Kurs niniejszy przedstawia te nowe osiągnięcia.

Wymagania: fizyka, matematyka, geografia i astronomia na poziomie szkoły średniej.

Kurs częściowo internetowy. Wykłady i testy są na internecie. Test końcowy i regularne konsultacje (nieobowiązkowe) są w 'realu'.

Internetowe części są umieszczone na platformie Moodle w COME UW.

mieszany: w sali i zdalnie

Wykład omawia podstawy budowy wnętrza Ziemi, globalne procesy tektoniczne, konwekcję cieplną w płaszczu Ziemi i ich ewolucję. Zwraca się uwagę na fizyczne podstawy tych procesów. Omówiono też analogiczne procesy na innych planetach.

Cele wykładu:

-przedstawienie ostatnich osiągnięć szerokiej grupie zainteresowanych.

-pokazanie globalnych zjawisk tektonicznych przebiegających we wnętrzu i na powierzchni Ziemi i planet grupy ziemskiej,

-przedstawienie metod numerycznego modelowania wybranych procesów,

- budzenie zainteresowania naukami o Ziemi i planetach, a także integracja studentów i doktorantów zajmujących się tymi naukami.

Wykład adresowany jest do szerokiej grupy zainteresowanych osób, dlatego też nacisk położony będzie na zrozumienie procesów, a aparat matematyczny będzie zredukowany w głównym ciągu wykładów. Osoby zainteresowane aparatem matematycznym i numerycznymi metodami będą mogły się zapoznać z nim w podanej literaturze.

Program:

1-2. Budowa Ziemi i planet grupy ziemskiej (powierzchnia Ziemi i planet, podstawowe minerały i skały, geosfery: skorupa, górny płaszcz, strefa przejść fazowych, dolny płaszcz, warstwa D", jądro zewnętrze i jądro wewnętrzne).

3-4. Procesy geotektoniczne (ruchy tektoniczne, wulkanizm, źródła ciepła, litosfera i astenosfera, dryf kontynentów, tektonika płyt).

5-6. Powstanie Układu Słonecznego (procesy w gwiazdach, powstanie pierwiastków, meteoryty, ich podział, mineralogia, metody datowania izotopowego, akrecja Ziemi i innych planet, zderzenia protoplanet, powstanie Księżyca, katastrofa żelazna).

7. Konwekcja cieplna (podstawy fizyczne konwekcji, liczby bezwymiarowe opisujące konwekcję, sposoby modelowania konwekcji, podstawowe właściwości konwekcji).

8. Konwekcja cieplna w płaszczu Ziemi i planet (właściwości reologiczne skał płaszcza, ciało Makswella, ciepło radiogeniczne, pierwiastki krótko i długożyciowe, rola różnych sposobów ogrzewania, rola zmiennej lepkości i innych szczególnych właściwości płaszcza planety, modelowanie numeryczne).

9. Oddziaływanie konwekcji w płaszczu z litosferą (pióropusze płaszcza i wulkanizm, konwekcja jako mechanizm dryfu kontynentów, trzęsienia ziemi, tektonika płyt a konwekcja w płaszczu, delaminacja litosfery, obserwacje obecnej konwekcji w płaszczu – tomografia sejsmiczna).

10. Tektonika płyt – strefy spredingu (grzbiety oceaniczne i powstawanie skorupy i litosfery, strefa neowulkaniczna, dyferencjacja magmy).

11. Tektonika płyt - strefy subdukcji (rowy oceaniczne i proces subdukcji, strefy Benioffa, wulkanizm stref subdukcji, powstawanie gór i wzrost kontynentów).

12. Ewolucja konwekcji i procesów tektonicznych (czynniki ewolucyjne konwekcji, cykl Wilsona, powstawanie i rozpad superkontynentów, dyferencjacja grawitacyjna, warstwa D” i jej rola)

13-14. Tektonika i konwekcja na wybranych innych planetach (Wenus, Mars, Merkury, Księżyc, Io, Europa, Westa, Ceres, tektonika jednej płyty i związane z tym konsekwencje, kataklizm i związane z tym odmłodzenie skorupy Wenus, maskony, rola ciepła pływowego dla satelitów wielkich planet).

15. Perspektywy przyszłych badań i problemy wymagające rozwiązania (rozwój metod badań, pierwszy miliard lat Ziemi, generacja tektoniki płyt przez konwekcję w płaszczu, hipotezy dotyczące warstwy D” i inne problemy).

1. G. Schubert, D. L. Turcotte, P. Olson, Mantle convection in the Earth and planets, Cambridge University Press, Cambridge, 2001.

2. D. L. Turcotte, G. Schubert, Geodynamics, Cambridge University Press, Cambridge, 2002.

3. I. de Pater, J.J. Lissauer, Planetary sciences, Cambridge University Press, Cambridge, 2001.

4. F. D. Stacey, Physics of the Earth, J. Wiley and Sons Inc., (także późniejsze wydania).

5. L. Czechowski, Tektonika płyt i konwekcja w płaszczu Ziemi. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1994.

6. Strony internetowe USGS, NASA.

Wiedza o podstawowych procesach tektonicznych na Ziemi i wybranych planetach. Znajomość podstaw fizycznych konwekcji w płaszczu i zrozumienie powiązań globalnej tektoniki i konwekcji. Umiejętnośc zastosowania tych wiadomości do rozwiązywanie wybranych problemów nauk o Ziemi i planetologii.

testy internetowe

prace i prezentacje własne studentów

test koncowy

regularne konsultacje w 'realu'

nie ma praktyk.