GEOLOGIJA - DEFINICIJA I OSNOVNI POJMOVI

Sam bukvalni (najjednostavniji) prevod termina geologija (grčki Gea-Zemlja, Logos-nauka) ukazuje da je to nauka o Zemlji. Danas znamo da su zadaci geologije da se bavi proučavanjem Zemlje kao celine, njenog materijalnog sastava, kao i tumačenjem procesa koji se u njoj odvijaju.

S obzirom na blisku povezanost čoveka sa geološkom sredinom (i to već u okviru njegovih prvih delatnosti) smatramo je jednom od najstarijih nauka. Potreba za detaljnim saznanjima o geološkoj sredini uslovila je razvitak brojnih specijalističkih geoloških disciplina, od kojih se svaka u svom domenu bavi proučavanjem geoloških procesa.

Neke od, po nama najvažnijih, disciplina su:

- Istorijska geologija, koja se bavi praćenjem geoloških procesa kroz istoriju Zemlje i rekonstrukcijom njenoga razvoja.

- Geodinamika, čiji je zadatak da proučava pokrete izazvane unutrašnjim ili spoljašnjim silama i njihov uticaj na površinu Zemlje i litosferu.

- Geotektonika se bavi proučavanjem pojava koje su posledica delovanja pokreta u Zemlji.

- Petrografija sa mineralogijom, koja se bavi proučavanjem materijalnog sastava litosfere i postankom stenskih masa koje je izgrađuju.

- Nauka o rudnim ležištima, koja se bavi analizom prirodnih potencijala Zemlje, odnosno njenim rudnim bogatstvima.

- Inženjerska geologija proučava dinamiku površinskih delova Zemlje važnu sa aspekta graditeljskih i privrednih čovekovih delatnosti

- Geofizika koristi poznavanje fizičkih osobina stena za proučavanje unutrašnjosti Zemlje, otkrivanje rudnih ležišta i definisanje inženjerskogeoloških i seizmičkih karakteristika terena.

Jasno je da je ovako kompleksna nauka ponekad usko povezana sa drugim naukama i to do te mere da je ponekad teško razdvojiti neke granične discipline. Primeri su brojni, kao što su Peleontologija (disciplina koja se bavi proučavanjem okamenjenih organskih ostataka -fosila), koja je bliska biologiji ili geodinamika, koja se graniči sa delovima fizičke geografije.

Da bi se mogao shvatiti značaj pojedinih geoloških disciplina treba pre svega imati (steći) elementarna znanja o geologiji uopšte (osnovama geologije). Pod ovim se podrazumevaju osnovi istorijske geologije (starost i istorijski razvoj Zemlje, stena i minerala koji je izgrađuju, kao  i vreme odigravanja značajnih geoloških procesa), geodinamike (upoznavanje geodinamičkih procesa, odnosno delovanja unutrašnjih i spoljašnjih sila koji za posledicu imaju oblikovanja Zemljine površine) i petrografije sa mineralogijom (upoznavanje sa materijalnim sastavom Zemljine kore i Zemlje uopšte, sastavom, građom i nastankom minerala i stena).

OSNOVNI PODACI O ZEMLJI

POSTANAK ZEMLJE

O postanku Zemlje kao planete, kao i o nastanku Sunčevog sistema postoje brojne hipoteze. Suštinski se one razlikuju po tome što je po jednima Zemlja nastala otkidanjem od neke veće mase, a po drugima spajanjem (kondenzovanjem) sitnijih čestica.

Najpoznatije hipoteze o postanku Zemlje i Sunčevog sistema su

Nebularna ili Kant-Laplasova hipoteza po kojoj je na prostoru današnjeg Sunčevog sistema postojao oblak gasa i prašine koji je kasnije kondenzovan usled rotacije i sopstvene gravitacije

Plimska hipoteza Džinsa i Džefrija - pretpostavlja odvajanje plimskog talasa od Sunca usled prolaska neke druge zvezde,

Teorija Karla Vajceker-a - Protoplanetarna hipoteza, jedna od najprihvatljivijih i predstavlja dopunu Kant-Laplasove hipoteze. Po njoj oblak gasova i prašine nije rotirao kao jedinstven sistem, već kao sistem vrtloga koji je omogućio odvajanje planeta.

OBLIK I VELIČINA ZEMLJE

Zemlja je oblika rotacionog elipsoida koji je posledica delovanja dveju sila: gravitacije - koja deluje jednako u svim tačkama Zemlje, i centrifugalne sile, uslovljene rotacijom, koja deluje upravno na osu rotacije i najveće vrednosti ima na ekvatoru, a najmanje na polovima - posledica toga je ispupčenje na ekvatoru, a spljoštenje na polovima - odnosno Zemljin oblik geoida, koji je utvrdio još Njutn  u XVII veku.

Polarni poluprečnik Zemlje iznosi 6 356,863 km, dok je ekvatorijalni

6 378,245 km. Srednji poluprečnik je 6 371,000 km.

GUSTINA ZEMLJE

Gustina Zemlje se razlikuje u različitim sferama. Tako se ona u Zemljinoj kori kreće od 2.7-3.0 g/cm3, dok u jezgru iznosi i do 13 g/cm3. Smatra se da je srednja gustina negde oko 5.5 g/cm3. Ovu osobinu je važno poznavati zbog proučavanja brzine kretanja seizmičkih talasa koja direktno zavisi od gustine sredine.

MAGNETIZAM ZEMLJE

Zemlja, kao nebesko telo, ponaša se kao veliki, ali dosta slab magnet. Pozitivni pol ovog magneta nalazi se na južnoj hemisferi. Važno je znati da se magnetna osa i osa rotacije Zemlje ne poklapaju, što znači da se ne poklapaju ni magnetni i geografski polovi. Ovo odstupanje iznosi nekih 11o. Na površini Zemlje magnetna igla zauzima magnetni pravac sever – jug. Kako se magnetni i geografski meridijani ne poklapaju, treba uzeti u obzir ovo odstupanje. Ugao odstupanja magnetnog meridijana od geografskog naziva se magnetna deklinacija i različit je na različitim tačkama na Zemljinoj površini (u našim krajevima iznosi oko 8o u zapadnom smeru).

Vertikalna komponenta Zemljinog magnetnog polja delovaće tako da magnetna igla zauzima izvestan ugao u odnosu na horizontalnu ravan. Ovaj ugao poznat je kao magnetna inklinacija i menja se sa geografskom širinom. Na polovima iznosi 90o (igla zauzima vertikalan položaj), dok na magnetnom ekvatoru magnetna igla stoji horizontalno. Da bi se poništio uticaj magnetne inklinacije pribegava se opterećenju na magnetnoj igli. Protivteg (koji može da se pomera) se na kompasima koji se koriste na severnoj hemisferi postavlja na južni kraj igle, a na onima koji se prilagođavaju radu na južnoj hemisferi, na severni.

Odstupanja u jačini magnetnog polja i pravcu delovanja magnetnih sila mogu da budu i periodična, izazvana sunčevim zračenjem, kada ih nazivamo magnetnim burama. Sva odstupanja od normalnog magnetnog polja, koja mogu da budu posledica specifičnog sastava stena ili pojave ležišta mineralnih sirovina, nazivamo magnetnim anomalijama.

TEMPERATURA ZEMLJE

Na temperaturu Zemlje utiče više faktora. To su: insolacija (uticaj sunčeve toplote), zatim Zemljina iskonska toplota i različiti termonuklearni procesi u njenoj dubini.

Uticaju sunčeve toplote izložen je samo vrlo tanak pripovršinski sloj stena zemljine kore debljine svega 20-30 metara (kod nas oko 25m). Ova zona je poznata pod nazivom heliotermički sloj.

Ispod heliotermičkog nalazi se neutralni sloj, odnosno zona nepromenljive temperature. Počevši od ove zone, temperatura sa dubinom raste i to za po 1oC na svaka 33 metra. Ovaj priraštaj temperature nazivamo geotermskim stupnjem ili geotermičkim gradijentom. Izvesno je, međutim, da se ovaj režim menja u zavisnosti od toplotne provodljivosti stena, eventualne blizine magmatskih ognjišta i sl. S obzirom da ova zakonitost može da se proveri samo do nekih 10km dubine (u najdubljim bušotinama), temperaturni režim u dubljim delovima Zemljine unutrašnjosti nam je manje poznat. Ukoliko bi se, naime, ovakav trend nastavio, temperatura u jezgru bi iznosila neverovatnih 200 000oC. Na osnovu ovoga se može pretpostaviti da u dubljim zonama temperatura raste nešto sporije.

HEMIJSKI SASTAV ZEMLJE

Kako je već rečeno, čovek je svojom delatnošću dopro samo do prvih nekoliko kilometara Zemljine kore. Jasno je, dakle, da sa izvesnom preciznošću možemo da govorimo samo o hemijskom sastavu kore, dok o dubljim delovima Zemlje postoje samo pretpostavke, koje mogu i ne moraju da budu tačne. S obzirom na današnja saznanja o materijalnom sastavu litosfere i hemijskom sastavu stena i minerala koji je izgrađuju, sa velikom sigurnošću možemo da odredimo učešće pojedinih hemijskih elemenata u celoj Zemljinoj kori, a ne samo unutar onih prvih desetak kilometara do kojih su doprla istraživanja.

Podaci o hemijskom sastavu omotača i jezgra potiču od proučavanja sastava meteorita ili se do njih došlo na osnovu pretpostavki baziranih na poznavanju gustine ovih zemljinih sfera. Ovde ponovo dolazi do izražaja proučavanje brzine kretanja seizmičkih talasa kroz pojedine sredine. Kako nas prevashodno interesuje litosfera, jer je komunikacija materijala između nje i dubljih sfera vrlo mala, to ćemo i najveću pažnju upravo obratiti na sadržaj pojedinih hemijskih komponenata u njoj.

Hemijski sastav Zemljine kore (po Mejson, B., 1950.)

Hemijskim sastavom Zemlje i Zemljine kore bavili su se mnogi naučnici u prošlosti. Mada postoje neke razlike u rezultatima njihovih istraživanja, podaci o sadržaju pojedinih (naročito glavnih) elemenata u Zemljinoj kori su dosta slični.

GRAĐA ZEMLJE

Do empirijskih podataka o unutrašnjoj građi Zemlje je praktično nemoguće doći. Najveća dubina dostignuta u rudnicima sa podzemnom eksploatacijom iznosi 3-4000m, a najdublje bušotine koje je na današnjem tehnološkom nivou bilo moguće izvesti, dolaze do 10-12km od površine Zemlje. Jasno je, posmatrajući ove brojke, a poznavajući dimenzije Zemlje, da je čovek svojim delatnostima samo ˜zagrebao" po površini naše planete. Međutim, posrednim istraživanjima, koja se zasnivaju pre svega na proučavanju brzine prostiranja seizmičkih (zemljotresnih) talasa kroz sredine različite gustine, danas možemo sa dosta sigurnosti da govorimo o unutrašnjoj građi Zemlje.

Tokom istorijskog razvoja geološke nauke pojavljivale su se različite hipoteze o unutrašnjoj građi Zemlje, ali se može reći da su sve uglavnom saglasne u nekoliko osnovnih postavki. Zemlja, prema većini autora, ima koncentričnu građu i izgrađena je od kore, jednog ili više omotača jezgra i samog jezgra.

Prema savremenim gledištima, mogu se izdvojiti sledeće Zemljine sfere:

Zemljina kora - čvrst omotač koji izgrađuje kontinente i okeanska dna. Kora može, prema tome, biti okeanska i kontinentalna. Okeanska kora ima debljinu od 6 – 10km, izgrađena je od bazaltoidnih stena, a njena gustina iznosi oko 3g/cm3. Kontinentalna kora je znatno deblja i ispod planinskih venaca može da dostigne debljinu i do 70km. Izgrađena je od granita i stena odgovarajućeg sastava, a gustina joj je oko 2.7g/cm3.

Ispod kore nalazi se zona u kojoj seizmički talasi naglo menjaju brzinu, što govori o postojanju izvesnog diskontinuiteta. Ova površina se (prema hrvatskom naučniku Andriji Mohorovičiću) naziva Mohorovičićev diskontinuitet ili Moho površ.

Omotač Zemlje, koji se nalazi ispod Moho površi može da se podeli na više zona. Najgornji sloj je u čvrstom stanju, peridotitskog sastava i zajedno sa korom čini zonu koju nazivamo litosferom (grč. litos – kamen).

Ispod čvrstog gornjeg omotača nalazi se astenosfera. Ovo je veoma značajna zona, jer se nalazi u plastičnom ili po nekima poluplastičnom stanju, što omogućuje da se u njoj dešavaju plastične deformacije i konvekciona strujanja materije uzrokovana eventualnim toplotnim poremećajima. Astenosfera je ispod okeanske kore na 80-150km, a ispod kontinentalne na 150-250km.

Donji omotač (mezosfera) je u čvrstom stanju i prostire se od 670km do 2900km, gde seizmički talasi naglo menjaju brzinu usled promene agregatnog stanja. Ovaj diskontinuitet se naziva Vihert-Gutenbergov i deli mezosferu od jezgra.

Zemljino jezgro se, prema većini istraživača, može podeliti na spoljašnje, tečno, gustine oko 10g/cm3 i unutrašnje, čvrsto, gustine 13g/cm3.

STAROST ZEMLJE

Starost Zemlje se procenjuje na oko 4.5 milijardi godina. Istorija Zemlje je, uglavnom na osnovu razvoja živog sveta, podeljena na nekoliko odeljaka, (na ere, periode, epohe, katove i potkatove). Proučavanjem starosti Zemlje bavi se istorijska geologija ili stratigrafija.

Kosmička era je trajala oko 1.200.000.000 godina i bez pouzdanih podataka je. Obuhvata složen proces izdvajanja pramagline (gasne nebule) u sistem planeta i gravitacionu diferencijaciju protoplanete Zemlje na koru, omotač, jezgro i redukcionu atmosferu. Prekambrijski period je obeležen stvaranjem sedimentnih stena, nastankom anaerobnih bakterija, stvaranjem kiseonika u atmosferi i zelenih algi (na kraju prekambrijuma).

U paleozoiku (stari život) nastaju prve kopnene biljke, ribe, vodozemci i gmizavci, da bi u mezozoiku (srednji život) nastale ptice i dinosaurusi kao najdominantniji kičmenjaci na kopnu. Krajem mezozoika pojavljuju  se prvi sisari, koji će biti dominantna vrsta tokom kenozoika (savremeni život). 

Pangea (jedinstveno kopno) i  Pantalasa, jedinstveni okeanski prostor su postojali do kraja trijasa, kad se otvara novi okeanski prostor - Tetis (Mediteransko more), koji razdvaja Pangeu na Lauraziju (današnja Evropa, Azija i Severna Amerika) i Gondvanu (Australija, Afrika, Južna Amerika, Antarktik i Indija južno od reke Gang).

Krajem jure (pre nekih 140 miliona godina) Gondvana se razdvaja na Južnu Ameriku, Afriku (uz koju su i dalje Antarktik i Australija) i Indiju. 

Krajem krede otvara se Atlanski okean koji razdvaja Australiju i Antarktik.

Najstariji fosilni ostaci savremenog čoveka (Homo sapiens idaltu) su otkriveni u istočnom delu Etiopije. Delovi kostura starosti oko 160.000 godina potvrdjuju teoriju da su naši preci poreklom sa Afričkog kopna odakle su se proširili po celom svetu. Naučnici su dali ime ˜idaltu" što znači ˜starac". Tri otkrivene lobanje pokazuju veliku sličnost sa lobanjama današnjih ljudi, osim po malo više naglašenim obrvama. Pre ovog otkrića najstariji ostaci su bili stari oko 100. 000. godina.

Za određivanje starosti stena kao i nekih geoloških dogadjaja koriste se različite metode:

Radiometrijska (izotopska) metoda se zasniva na poznatoj brzini raspadanja odredjenih radioaktivnih elemenata (na pr. K40 u Ar40, ili Rb87 u Sr87). Analizom odnosa izotopa u steni možemo dosta precizno da odredimo takozvanu apsolutnu starost stene. Ovako određena starost se izražava u milionima godina.

Paleontološka metoda za određivanje starosti stene koristi fosile (okamenjene ostatke organizama). Poznavajući položaj pojedinih organizama u evolucionom nizu, moći ćemo da odredimo starost stene, odnosno, njenu poziciju na geohronološkoj skali.

Metoda superpozicije se zasniva na položaju stena u odredjenom kompleksu i primenjuje se samo ukoliko je serija tektonski neporemećena. Koristeći poznatu starost nekog sloja, znamo da je uvek sloj iznad njega (povlatni) mlađi, a sloj ispod (podinski) stariji.

Litofacijalna analiza koristi poznavanje starosti stena koje imaju slične osobine sa onim stenama čiju starost hoćemo da odredimo (na osnovu analogije sa facijama poznate starosti).

GEOTEKTONSKE TEORIJE

Procesi koji su doveli (dovode) do obrazovanja reljefa na površini Zemlje, rasporeda kopna i mora, nastanka vulkana i zemljotresa oduvek su interesovali naučnike. Vremenom je došlo do izdvajanja nekoliko takozvanih ˜geotektonskih teorija", ustvari, hipoteza koje je trebalo da objasne nastanak današnjeg reljefa i rasporeda kontinenata i okeana.

Dugo godina su svi endogeni procesi objašnjavani takozvanim ˜fiksističkim" hipotezama za koje je zajedničko gledište o Zemljinoj kori kao krutoj ljusci, podložnoj deformacijama samo u nekim ˜labilnim" zonama. Najznačajnije mesto među ovim hipotezama imala je ˜teorija geosinklinala". Ona se zasnivala upravo na postojanju labilnih zona (neznano čime predodređenih) u kojima se tokom dugog perioda odvija taloženje materijala, da bi potom došlo do izdizanja i stvaranja planinskih venaca. U ovim područjima javljaju se i značajni seizmički pokreti (zemljotresi), a za neke od faza u razvoju geosinklinale karakteristična je i pojava vulkanizma. Ma kako da je bilo teško običnim smrtnicima da shvate funkcionisanje geosinklinala, svi geološki događaji na Zemljinoj površini objašnjavani su na ovakav način. Bilo kako bilo, sva razmišljanja o pokretima u Zemljinoj kori i svim geološkim događajima prilagođavana su ovoj hipotezi. Koliki je intenzitet ovakvih razmišljanja govori i to da i danas, nekoliko desetina godina od kada je teorija geosinklinala odbačena, mnogi u svetu odbijaju da misle na drugi način.

Tektonika ploča

Još početkom dvadesetog veka neki naučnici su, posmatrajući oblike kontinenata došli do zaključka da se istočne obale Južne Amerike i zapadne obale Afrike sasvim lepo uklapaju. Tako su neki od njih došli na ideju da bi se moglo govoriti o razmicanju kontinenata i širenju okeanskog prostora. Najuporniji je u ovome bio Alfred Vegener nemački meteorolog. Na potvrdu Vegenerovih ideja trebalo je sačekati neko vreme. Tek usavršavanje geofizičkih metoda istraživanja, naročito određivanje gustine stenskih masa na osnovu brzine prostiranja seizmičkih talasa kroz njih, moglo je da da dosta pouzdane podatke o unutrašnjoj građi Zemlje i odnosima unutar litosfere.

Teorija koja je rođena najčešće se naziva jednostavno Tektonikom ploča ili Novom globalnom tektonikom. Upotreba ovog drugog termina više i nema opravdanja, jer je tektonika ploča odavno našla svoje mesto u tumačenjima endogenih procesa u Zemljinoj kori. Istini za volju, pojedinci ni danas nisu spremni da menjaju ustaljene koncepcije ili, jednostavno, nisu u stanju da shvate procese kretanja tektonskih ploča, bez obzira na njihovu jednostavnost.

Suštinski novo u tektonici ploča je to da se ovde polazi od podatka (sada već utvrđenog geofizičkim merenjima) da je Zemljina kora izgrađena od sedam velikih i dvadesetak manjih, međusobno odeljenih ploča koje se neprekidno kreću. Naročito karakteristična mesta su pri tom međusobne granice ovih ploča, koje mogu biti divergentne (na kojima se ploče razilaze) i konvergentne (duž kojih dolazi do njihovog sučeljavanja).

Polazeći od stanovišta da je u davnoj geološkoj prošlosti postojao jedan jedinstveni kontinent (Pangea) i, logično, jedan okeanski prostor (Pantalasa), analizirajmo kako je došlo do stvaranja većeg broja odeljenih ploča.

Izvesna promena toplotnog režima u dubini Zemlje (ispod astenosfere) dovela je do konvekcionog strujanja materijala astenosfere. Uzburkana masa u ovakvim uslovima teži da se probije naviše i vrši pritisak na čvrste delove gornjeg omotača i samu Zemljinu koru. Kontinentalna kora iznad ovih toplih tačaka (termin ˜hot spots" često nalazimo u literaturi) neko vreme se lagano izdiže, a zatim dolazi do njenog razlamanja i tonjenja duž ovakvih sistema pukotina. Stopljeni materijal iz dubine sada može da se probije na površinu i svojim utiskivanjem stvara pritisak koji uslovljava razmicanje blokova kore. Izbijanje ovog stopljenog, magmatskog materijala nije ništa drugo do vulkanizam, a njegovim hlađenjem nastaje nova okanska kora. Termin koji se koristi za ovaj proces razlamanja kontinentalne kore je ˜rifting" ili riftovanje, a velike sisteme raseda koji se stvaraju u ovoj fazi nazivamo riftovima. Ako posmatramo današnje geotektonske odnose, početna faza riftovanja (bez vulkanizma) je u toku duž Crvenog mora, a neke tendencije razlamanja postoje i u istočnim delovima Afrike. 

Pritisak koji vrši magmatski materijal na blokove kontinentalne kore utiče na njihovo razmicanje i međusobno udaljavanje, sve do momenta kada se blokovi zaustave zbog ograničene površine same Zemlje i približavanja drugim pločama. U okeanu koji je sada već sasvim dobro razvijen može se zapaziti ˜srednjookeanski greben", odnosno divergentna granica duž koje dolazi do udaljavanja ploča usled pritiska koji je posledica neprekidnog utiskivanja novih porcija magme iz unutrašnjosti. Najindikativniji aktuelni primer je greben koji se prostire celom dužinom Atlantskog okeana, sa vulkanizmom na okeanskom dnu, a mestimično ti vulkani izlaze i na samu površinu obrazujući ostrva (Island, Azori, Tristan da Kunja...).

Usled nemogućnosti daljeg razmicanja ploča doći će do smicanja na najosetljivijim mestima, odnosno na kontaktu okeanske i kontinentalne kore. Tada se tanka okeanska kora podvlači pod kontinentalnu. Ovaj proces (˜subdukcija") izaziva brojne posledice. Iznad subdukcione zone na kontinentalnoj margini dolazi do izdizanja stenskih masa i obrazovanja planinskih venaca, a ispred kontinenta obrazuje se duboki rov koji je paralelan obalskoj liniji. Poniruća okeanska kora se u dubini ponovo stapa i u obliku magme teži da izbije na površinu tako da je u ovim područjima česta pojava vulkanizma, a samo trenje ploča u zoni subdukcije manifestuje se podrhtavanjem tla (zemljotresima). Ovakav tip konvergentne granice nazivamo vulkanskim ili magmatskim lukom, a primer je, recimo, kontakt tihookeanske i južnoameričke ploče, koji je prouzrokovao stvaranje Kordiljera.

U toku razvoja okeanskog područja može doći do momenta kada sile potiskivanja okeanske kore iz srednjookeanskog grebena nisu više u stanju da savladaju trenje u subdukcionim zonama. Tada dolazi do smicanja u delu okeanske kore i podvlačenja okeanske kore pod okeansku. Ovom prilikom se formiraju ˜ostrvski lukovi", nizovi ostrva paralelnih kontinentalnoj margini (Aleuti, Japan, Filipini...), na kojima se javlja vulkanizam i česti zemljotresi.

Promena režima zagrevanja usloviće i promenu zona u kojima magmatski materijal prodire na površinu Zemlje, tako da će posle pune ˜zrelosti" okeanskog prostora, postepeno doći do njegovog zatvaranja i ponovnog sučeljavanja kontinentalnih blokova. Okeanska kora će tokom ovog procesa biti potpuno resorbovana ili delimično istisnuta (obdukovana) na kontinentalnu marginu. U zoni sučeljavanja (kolizije) blokova kontinentalne kore, usled snažnih pritisaka dolazi do izdizanja stenskih masa i stvaranja visokih i prostranih planinskih masiva. Tako su usled kolizije indijske i evroazijske ploče obrazovani Himalaji. U ovim područjima uglavnom nema vulkanizma, ali je proces kolizije praćen snažnim zemljotresima.

Jedan od mogućih oblika granica ploča može biti i njihovo mimoilaženje, pri čemu se, takođe javlja podrhtavanje tla na površini. Primer za ovakav tip granice je poznati Sent Andreas rased u Kaliforniji dugačak preko 1000 kilometara, duž kojega se blokovi kreću brzinom od oko 6cm godišnje.

Očigledno je da se kretanjima ploča mogu tumačiti svi endogeni procesi koji su samo njihova prateća manifestacija. Položaj vulkana na Zemljinoj površini i oblasti sa izraženom seizmičkom aktivnošću se (sa retkim izuzecima, za koje takođe postoji objašnjenje) jasno podudaraju sa granicama ploča litosfere.

ENDODINAMIKA

Pokreti koji svojim dejstvom utiču na formiranje površinskih delova Zemlje, odnosno nastanak različitih oblika reljefa, mogu da potiču iz unutrašnjosti, kada su to endodinamički ili da budu rezultat delovanja spoljašnjih sila - egzodinamički pokreti. Na neke egzodinamičke procese osvrnućemo se u poglavlju o površinskom raspadanju stena, a ovde ćemo da analiziramo uzroke i karakter najznačajnijih endodinamičkih pokreta. Ovde se mogu svrstati magmatski, tektonski i seizmički pokreti.

MAGMATSKI POKRETI

Stopljeni materijal (magma) iz dubine Zemlje, koji se pokreće usled promena toplotnog režima, teži da se penje ka Zemljinoj površini, ili biva utisnut u stene litosfere pa se tu hladi ili se izliva na površinu. Stene nastale konsolidacijom rastopa u dubini, nazivamo plutonskim, a ceo proces plutonizmom. Izlivanje magmatskog rastopa na površinu Zemlje nazivamo vulkanizmom, a stene obrazovane na ovakav način vulkanskim stenama.

VULKANIZAM

Jedna od pojava na Zemlji koja je verovatno najviše privlačila čovekovu pažnju od njegovog postanka pa sve do današnjih dana, je vulkanizam. Izlivanje usijane mase na površinu Zemlje, često praćeno strašnim eksplozijama, prouzrokuje u čoveku strah, ali i stalnu želju da sazna nešto više o ovoj pojavi. Danas, na osnovu proučavanja savremenih vulkana ili možda još više produkata nastalih delovanjem onih iz geološke prošlosti, možemo da damo neke odgovore o uzrocima i mehanizmu vulkanskih erupcija, kao i o područjima na Zemlji na kojima do njih dolazi.

Vulkan uglavnom ukratko definišemo kao završetak dugačke pukotine duž koje lava izbija na površinu. Pri tom, lava se može izliti na kopno i to su subaerski ili na dno mora ili okeana - submarinski vulkani.

U opštem slučaju vulkan poseduje vulkansku kupu, krater (ili grotlo), dovodni kanal i vulkansko ognjište. Oko postojanja ognjišta postoje različita mišljenja, ali jedna od ključnih činjenica koja ide u prilog njegovom postojanju su potpuno različiti tipovi vulkanskih erupcija kod lokacijski bliskih vulkana.

Ovakva slika je krajnje uopštena, s obzirom da neki vulkani i nemaju izraženu kupu. Ukoliko je ima, ona može biti različitih dimenzija, od veoma niskih (stotinak metara), do gigantskih, kakvu ima havajski vulkan Mauna-loa. Kupa ovog vulkana izdiže se preko 4100m iznad nivoa mora, a može se pratiti još 4-5000m ispod mora. Inače, najveći evropski vulkan je Etna na Siciliji, sa kupom prečnika oko 40km i visine 3280m. Kupe nekih vulkana mogu biti raznete eksplozijom ili delimično urušene, pa se tako formiraju široki krateri - kaldere, kod drugih, pak, kupe skoro i da ne postoje - lava se izliva duž pukotina koje mogu biti dugačke i preko 100km.

Vulkanske erupcije se mogu i podeliti prema obliku na:

Centralne - sa usamljenim, jasno izraženim kupama (Etna...);

Linearne - kada se lava izliva duž pukotina iz više centara (neki vulkani na Islandu) i

Arealne - prilikom kojih se lava izliva na velikim prostranstvima gradeći štitove ili ploče (Dekan u Indiji, gde se produkti erupcija danas nalaze u obliku ploče površine od oko 600 000km2).

Kako bi moglo da se govori o uzrocima vulkanskih erupcija, trebalo bi pre svega definisati ishodišni materijal - magmu, koju kada se izlije na površinu nazivamo lavom.

Magma je usijano tečni rastop izgrađen od 90% takozvanih teškoisparljivih i 10% lakoisparljivih komponenata. Teškoisparljive komponente su one koje se pri uslovima koji vladaju u magmi (određeni pritisci i temperature) ne mogu prevesti u gasovito stanje. To su ustvari oksidi glavnih elemenata: SiO2, Al2O3, FeO (Fe2O3), MgO, CaO, Na2O, K2O, TiO2... Na osnovu sadržaja SiO2, kao glavne komponente, magme se mogu podeliti na kisele (sa visokim sadržajem silicijum dioksida) i bazične (sa niskim sadržajem SiO2). Lakoisparljive komponente se mogu u prirodi nalaziti u tečnom ili čvrstom stanju, ali se u magmi mogu naći u gasovitom. Među ovim sastojcima dominira voda (H2O), a osim nje prisutni su još i: CO2, H2S, HCl, HF i td. Iako smo govorili o odnosu teškoisparljivih i lakoisparljivih komponenata od 90 : 10, moguća su i odstupanja. Tako postoje magme sa nižim sadržajem lakoisparljivih sastojaka – suve, ali i one kod kojih ovi sastojci mogu da premaše i 30-40% - vlažne magme.

Međusobni odnos ovih sastojaka utiče na fizičke osobine magme ili lave i samim tim utiče i na karakter vulkanskih erupcija.

Temperatura magme je jedna od značajnih fizičkih osobina. Jasno je da iz tehničkih razloga nismo u mogućnosti da izmerimo temperaturu u magmi pre njenog dolaska na površinu, tako da se zadovoljavamo posrednim podacima. Najčešće se koriste rezultati merenja temperature lave na živim vulkanima i na ovaj način smo dobili temperature od 900 - 1400oC. Poznavajući temperaturu kristalizacije nekih minerala, takođe možemo posredno da odredimo temperaturu magme.

U magmi vladaju dve vrste pritisaka. Spoljašnji - hidrostatički pritisak koji vodi poreklo od težine stenskih masa koje se nalaze iznad magmatskog tela (s obzirom da se radi o težini stena, često se za ovaj pritisak upotrebljava termin litostatički) i unutrašnji pritisak potiče od lakoisparljivih komponenata iz magme i prilikom njenog hlađenja jedno vreme će rasti. Ukoliko se poremeti ravnoteža između ovih dvaju pritisaka magma će biti pokrenuta ka površini.

Fizička osobina koja verovatno najbitnije utiče na karakter vulkanskih erupcija je viskozitet magme, odnosno lave. Viskozitet definišemo kao otpor prema tečenju, što znači da će lave sa manjim  viskozitetom brže teći od onih sa većim. Pri tom viskozne lave grade visoke kupe, dok se one manje viskozne razlivaju na velikim površinama i najčešće obrazuju ploče ili štitove.

Na viskozitet najviše utiče sadržaj SiO2 i to tako da magme odnosno lave sa visokim procentom SiO2 (kisele) imaju veći viskozitet od onih sa nižim (bazičnih). Ukoliko poredimo dve magme sa podjednakim sadržajem ove komponente, onda su viskoznije one sa manjim sadržajem lakoisparljivih sastojaka.

piroklastičnog materijala (havajski vulkani...), eksplozivne, sa velikom količinom piroklastičnog materijala izbačenog snažnim eksplozijama (Krakatau, Volkano...) ili mešovite.

Vulkani se na površini Zemlje ne pojavljuju bez nekakvog reda i smisla. Najčešće je vulkanizam vezan za granice ploča litosfere. Najintenzivniji vulkanizam, što je jasno ukoliko poznajemo kretanje ploča, javiće se u zoni srednjookeanskog grebena (atlantski greben i dr.). Ovi vulkani su submarinski i retko se vide na površini. Vulkanizam na konvergentnim granicama ploča, kao što su subdukcije okeanske pod kontinentalnu i okeanske pod okeansku ploču, lakše se registruje na površini i to su poznate zone na primer u takozvanom ˜Vatrenom pojasu Pacifika". Postoje i vulkani koji se pojavljuju iznad usamljenih ˜toplih tačaka" (zona poremećenih toplotnih tokova ispod Zemljine kore), kao što su havajski ili neki vulkani na kontinentalnim pločama.

Po završetku aktivnosti jednog vulkana u njegovoj blizini i dalje se registruju pojave koje su prouzrokovane njegovim radom. To su takozvane postvulkanske pojave.

U neposrednoj okolini vulkana zapazićemo poremećaj u termičkom gradijentu, tako što će temperatura sa dubinom rasti znatno brže nego što je to očekivano. Ovo je lokalni termički gradijent i prouzrokovan je nedovoljno ohlađenim magmatskim masama u dubini.

Lakoisparljivi sastojci mogu u zonama ugašenih vulkana da izbijaju na površinu u obliku takozvanih fumarola, kao što je to slučaj u Dolini deset hiljada dimova na Aljasci. Specifičan vid ovih pojava su solfatare - mesta izbijanja sumporvodonika. Ovom prilikom dolazi do stvaranja naslaga elementarnog sumpora na površini Zemlje. Nekada ove koncentracije mogu biti i ekonomski značajne.

Blizina nedovoljno ohlađenog magmatskog tela može da prouzrokuje pojavu toplih izvora. Vode koje potiču od lakoisparljivih magmatskih komponenata (juvenilne) ili vode atmosferskog porekla koje poniru u dubinu i tamo se zagrevaju (vadozne), mogu da se pojave na površini u vidu toplih izvora. Specifičan vid ovih izvora su gejziri, kod kojih topla voda povremeno izbija pod velikim pritiskom koji stvaraju gasovi kojima je ona obogaćena u dubini. Najpoznatiji gejziri su oni u Jeloustonskom parku (SAD) i na Islandu, a ˜gejzir" koji se nalazi kod nas u Sijarinskoj banji ustvari je nastao veštački (topla voda izbija duž istražne bušotine).

TEKTONSKI POKRETI

Kretanja ploča litosfere uslovljavaju u graničnim područjima različite deformacije stena Zemljine kore. Tektonskim pokretima nazivamo sva ona vertikalna, horizontalna i kosa pomeranja stenskih masa, koja utiču na formiranje reljefa, a posledica su delovanja unutrašnjih sila. Razlikujemo epirogene i orogene pokrete.

EPIROGENI POKRETI

Epirogeni pokreti (grč. epiros-kopno, genezis-postanak) su lagani vertikalni pokreti koji se manifestuju izdizanjem ili spuštanjem kopnenih masa. Ova kretanja se najbolje mogu registrovati u priobalnim oblastima. Kao posledice epirogenih pokreta javljaju se nadiranje morske vode na kopno usled spuštanja kopna - transgresija i povlačenje vode sa kopna usled njegovog izdizanja - regresija. U današnje vreme ova kretanja mogu da se prate preciznim instrumentima, pa tako znamo da se, na primer, Skandinavsko poluostrvo izdiže i to u centralnim delovima dosta velikom brzinom od 1.5 cm godišnje. Zapadne obale Balkanskog poluostrva tonu, dok se istočne izdižu.

Potopljene zidine antičkih gradova, kako na jadranskoj obali, tako i na obalama Francuske, ukazuju nam na transgresije iz istorijskog perioda. Rečna korita koja se mogu pratiti na morskom dnu, kao kod reka jadranskog sliva, ali još izrazitije kod reke Hadson ili Konga čije se korito prostire oko 150 km po dnu Atlantskog okeana, govore nam o nešto starijim pokretima. Epirogeni pokreti iz dalje geološke prošlosti mogu se identifikovati na osnovu specifičnih stenskih tvorevina koje se formiraju u ovakvim uslovima.

Ne treba ispustiti iz vida da su epirogeni pokreti samo jedna od blagih sporednih manifestacija koje prate globalne geotektonske procese.

OROGENI POKRETI

Orogeni pokreti su oni endogeni horizontalni, vertikalni ili kosi pokreti koji za posledicu imaju znatne deformacije stena litosfere. Pri ovim pokretima dolazi do nabiranja i razlamanja stenskih masa i formiranja karakterističnih oblika reljefa, kao što su planinski venci, depresije, razlomi i sl. Prema pravcu delovanja, orogene pokrete možemo da podelimo na tangencijalne - horizontalne i radijalne - vertikalne. Svaka od ovih vrsta pokreta imaće za posledicu formiranje karakterističnih oblika.

TANGENCIJALNI POKRETI

Horizontalni ili subhorizontalni pokreti dovode do ubiranja stenskih masa i stvaranja nabornih (koristi se i termin plikativni) oblika. Osnovna strukturna jedinica koja nastaje ovom prilikom je bora ili nabor. Snaga bočnog pritiska i karakteristike stena diktiraće koliki stenski kompleks će biti zahvaćen nabiranjem. Može biti nabran jedan ili više slojeva.

Bora se sastoji od izdignutog dela - antiklinale (antiforme) i uleglog dela sinklinale (sinforme). Elementi nabora su teme antiklinale, dno sinklinale i krila nabora. Konstruktivni elementi su: aksijalna površ, koja deli nabor na dva jednaka dela i osa nabora - linija preseka aksijalne površi sa temenom nabora. Prema položaju aksijalne površi moguće je razlikovati uspravne, kose, polegle i zagnjurene nabore. Kod poleglih nabora moguće je da, usled snažnih usmerenih pritisaka dođe do njihovog otkidanja i kretanja, pa tako nastaju navlake ili složeni sistemi navlaka - šarijaži.

Specifični naborni oblici su i baseni - sinforme jednakih dužina i širina i dome - antiforme odgovarajućih osobina. Dimenzije nabornih oblika mogu da budu veoma različite, od milimetarskih, do onih dužine više kilometara. Složene antiklinale velikih razmera nazivamo antiklinorijumima, a složene velike sinforme - sinklinorijumima.

RADIJALNI POKRETI

Radijalni pokreti imaju za posledicu razlamanje stenskih masa i njihovo kretanje. Osnovni strukturni oblik koji se pojavljuje je rased (koristi se i termin ruptura, odnosno rupturni oblici). Rased nastaje tako što se stenski blokovi (krila raseda), raskinuti snažnim pokretima kreću po rasednoj površini. Ovo kretanje može da bude vertikalno (ili subvertikalno), koso ili horizontalno. Kako nismo sigurni u to koji je blok pokretan a koji je ostao stabilan, možemo da govorimo samo o njihovom relativnom kretanju. Analizirajući kretanje rasednih blokova možemo da izvedemo osnovnu klasifikaciju raseda:

Normalni ili gravitacioni rased, je onaj kod koga je povlatni blok (onaj koji se nalazi iznad rasedne površine) kretan naniže, dok je kod reversnog raseda relativno spušten podinski blok (onaj koji stoji ispod rasedne površine). Horizontalni (transformni) rasedi su oni kod kojih se blokovi kreću horizontalno po vertikalnoj ili subvertikalnoj rasednoj površini.

Rasedno ogledalo je termin koji koristimo za rasednu površinu uglačanu kretanjem blokova. Ipak i na ovoj relativno glatkoj površini vide se brazde ili strije, koje nam ukazuju na pravac kretanja krila raseda. Često su, međutim stene unutar rasedne zone zdrobljene, što omogućuje cirkulisanje različitih rastvora i povećano raspadanje stena.

Kao i kod nabornih oblika, i rasedi mogu biti različitih dimenzija. Od milimetarskih, do krupnih rasednih zona koje razdvajaju ploče litosfere, koje nazivamo riftovima.

Složeni rasedni oblici koji su u prirodi češći od usamljenih raseda, mogu biti: stepeničaste strukture, tektonski rovovi i horstovi. Stepeničaste strukture nastaju istosmernim kretanjem rasednih blokova po paralelnim ili subparalelnim rasednim površinama. Tektonski rov (graben), je posledica spuštanja centralnih blokova u odnosu na periferne, dok se horst (timor) formira relativnim spuštanjem perifernih blokova, dok centralni ostaje izdignut.

SEIZMIČKI POKRETI

Pod seizmičkim pokretima (grčki seismos-potres), odnosno zemljotresima, podrazumevamo kratkotrajna podrhtavanja tla. Za merenje ovih podrhtavanja koriste se seizmografi različitih konstrukcija i preciznosti. Uzroci zemljotresa mogu da budu različiti, pa se na osnovu toga može i izvesti njihova osnovna klasifikacija. Dakle, prema poreklu zemljotresi mogu da budu: tektonski, vulkanski, prolomni i tehnogeni.

Tektonski potresi su najvažnija kategorija i zastupljeni su sa oko 90%. Njihov nastanak je vezan za globalne geotektonske pokrete, pa se tako i zone u kojima se javljaju podudaraju sa granicama ploča litosfere.

Vulkanski zemljotresi nastaju kao posledica vulkanske aktivnosti. Mogu da budu veoma snažni, ali su lokalnog karaktera jer su vezani za područja aktivnih vulkana. U ukupnom broju zemljotresa vulkanski učestvuju sa oko 7%.

Prolomni zemljotresi nastaju u oblastima sa izraženim podzemnim kraškim oblicima (pećinama, jamama...). Kada dođe do urušavanja u kraškim šupljinama potres se prenosi na površinu. Ovo su potresi lokalnog značaja i slabijeg intenziteta.

Tehnogeni potresi su izazvani čovekovom delatnošću. Pojavljuju se u oblastima u kojima se vrše miniranja prilikom eksploatacije mineralnih sirovina ili značajni zemljani radovi kod izgradnje kapitalnih objekata. To su najčešće sasvim slabi potresi koji ne nanose veću štetu postojećim objektima.

S obzirom na štete koje zemljotresi prouzrokuju na objektima koje je čovek sagradio, a česte su kod nekih katastrofalnih potresa i značajne ljudske žrtve, interesovanje ljudi za ove prirodne ekscese je oduvek bilo veliko. Proučavanje mehanizma nastanka i širenja zemljotresa je normalna posledica ovih interesovanja. Sa jedne strane, težnja onih koji žive u oblastima sa izraženom seizmičkom aktivnošću je da pokušaju da predvide potres, a sa druge strane, da način gradnje objekata prilagode stalnim potresima kako bi oštećenja na njima bila što manja.

Kako bismo se lakše snalazili u terminologiji koja se koristi u seizmologiji (disciplini koja se bavi proučavanjem zemljotresa) porebno je da upoznamo osnovne elemente zemljotresa.

Hipocentar je upravo ona tačka u dubini zemlje u kojoj nastaje (generiše se) potres. Prema dubini hipocentra moguće je izvršiti podelu zemljotresa prema dubini na duboke (sa hipocentrom na dubini preko 700 km), srednje duboke (70-700 km) i plitke (sa hipocentrom plićim od 70 km).

Epicentar predstavlja vertikalnu projekciju hipocentra na površini Zemlje.

Za lakše analiziranje prostiranja zemljotresa konstruišu se izolinije koje spajaju tačke u kojima se osetio potres iste jačine – izoseiste, odnosno tačke u kojima se zemljotres osetio istovremeno – homoseiste.

Zemljotresni (koristi se i termin trusni) talasi prostiru se u svim pravcima od hipocentra. Njihova brzina zavisi od gustine stena kroz koje prolaze i od mehaničke prirode samih talasa. Razlikujemo tri vrste talasa:

Longitudinalni – dugi ili P talasi. Kod njihovog prostiranja čestice materije vibriraju u pravcu kretanja talasa. Ovo su talasi najvećih brzina i seizmograf će prvo registrovati njihov dolazak.

Transverzalni – S talasi, kod kojih čestice vibriraju upravno na pravac prostiranja. Transverzalni talasi su sporiji i na osnovu njihovog vremenskog kašnjenja može se odrediti udaljenost epicentralne oblasti od seizmološke stanice.

Površinski – L talasi predstavljaju refleksiju longitudinalnih i transverzalnih na površini Zemlje. Najsporiji su, ali su i najrazorniji.

Razorna moć, odnosno efekti nekog zemljotresa na zemljinoj površini, mogu se odrediti na osnovu skale koju je predložio Merkali, a kasnije dopunili Kankani i Ziberg. MCS skala (Mercalli, Cancanni, Sieberg) je opisna i ima gradaciju od dvanaest stepeni:

I stepen:              Ne oseća čovek

II stepen:              Podrhtavanje osećaju osobe koje sede ili leže u stanovima na višim spratovima. Katkad se zapaža slabo njihanje lustera.

III stepen:              Oseća se u zatvorenim prostorijama ali se ne može sa sigurnošću utvrditi da je u pitanju potres. Vibracije po snazi odgovaraju prolasku kamiona.

IV stepen:              Osećaju sve osobe u zatvorenim prostorijama. Viseći predmeti (lusteri) se ljuljaju, a stojeći (vaze) vibriraju. Prozori i čaše zveckaju. Potres se napolju praktično ne oseća.

V stepen:              Podrhtavanje se oseća i napolju. Zaspali se bude, tečnosti se talasaju a delom i prosipaju. Mali nestabilni predmeti padaju, slike se pomeraju, vrata se tresu.

VI stepen:              Podrhtavanje osećaju svi. Mnogi panično beže iz kuća, prozori, tanjiri i čaše se lome, padaju knjige sa polica i slike sa zidova, nameštaj se pomera, slabije zgrade pucaju, crkvena zvona zvone sama, drveće se primetno ljulja.

VII stepen:              Podrhtavanje se oseća i u vozilima. Pešaci imaju teškoće sa ravnotežom, dimnjaci se ruše, lomi se nameštaj, ruše se slabije zgrade, vodene površine se snažno talasaju a voda se zamućuje, irigacioni sistemi trpe oštećenja.

VIII stepen:   Motorna vozila se zanose,  pucaju zidovi i na solidnim (sem na antiseizmički građenim) objektima, ruše se dimnjaci fabrika i kule vodotornjeva, grane na drveću se lome, kapacitet izvora i bunara se menja, mokro tlo i veći nagibi postaju klizišta.

IX stepen:              Opšta panika. Sve su kuće, čak i temelji, oštećene, podzemne instalacije se kidaju, u nanosima se javljaju pukotine.

X stepen:              Ruši se većina kuća. Pucaju ili se ruše mostovi, brane, javljaju se krupni odroni i klizišta, voda iz kanala, reka i jezera se izliva, železničke šine se krive.

XI: stepen:              Podzemne instalacije i metroi su van upotrebe. Pruge su potpuno iskrivljene.

XII stepen:                Potpuni kolaps svega na Zemlji i u zemlji.

Na bazi oslobođene energije u hipocentru za merenje jačine potresa koristi se Rihterova (Richter, 1925.) skala. Jedinica ove skale je magnituda. Pri tom treba znati da razorna moć zemljotresa zavisi i od dubine žarišta, pa će biti veća što je žarište pliće. Najčešće govorimo o potresima magnitude do 8, ali je ova granica otvorena jer su mogući (a verovatno su se i dešavali) zemljotresi veće snage.

Predviđanje potresa je posebna problematika. Moguće je samo odrediti oblasti u kojima postoje predispozicije za generisanje potresa, ali ne i vreme kada će se oni dogoditi. Na osnovu proučavanja gustine stenskih masa (brzina prostiranja seizmičkih talasa povećava se sa porastom gustine) i blizine seizmički aktivnih zona, kao i podataka o ranijim potresima, moguće je prognozirati maksimalnu jačinu potresa na nekom području. Na bazi ovih podataka izrađuju se prognozne seizmološke karte za vremenske periode od 50, 100, 200, 500 i 1000 godina. Ove karte su naročito korisne za određivanje tehnologije izgradnje objekata, kako bi se njihovim odgovarajućim kvalitetom predupredile moguće štete od zemljotresa.