Pokazywanie postów oznaczonych etykietą geologia. Pokaż wszystkie posty
Pokazywanie postów oznaczonych etykietą geologia. Pokaż wszystkie posty

poniedziałek, 25 listopada 2019

Co porwał lodowiec

Trochę się już oswoiliśmy z wiedzą o tym, że większość piasków, żwirów glin i kamieni na sporej części kraju, to pozostałość po lodowcach sprzed tysięcy lat. Wielkie masy lodu, nagromadzone w górach Skandynawii, spełzywały dookoła i prąc z ogromną siłą przeorały niziny u podstawy i wypchnęły na wielką odległość przemielone osady i kawały skał, zasypując wszystko grubą warstwą. Przy okazji wyryły w lądzie misę, wypełnioną ostatecznie przez Morze Bałtyckie. Do dziś w wielu regionach odnajdujemy eratyki, ocalałe z glacjalnego młyna kawałki skał granitowych czy gnejsowych hen z gór Szwecji i Norwegii. Niektóre są nawet całkiem spore - największy w naszym kraju to prawdopodobnie Trygław, na Pomorzu, o wymiarach 16/11 m i wystający jeszcze trzy metry nad ziemię.

W północnej Europie największym głazem narzutowym jest zapewne Kukkarokivi z Finlandii, wystający z wód zatoki opodal Turku, o wymiarach 27/17 m i wysokości jeszcze 12 metrów.
A jakie są największe skały, przetransportowane przez lodowiec w jednym kawałku? Tak duże, że w zasadzie nie mówi się już wtedy o kamieniach.

Kry lodowcowe, nazywane też porwakami, to olbrzymich rozmiarów odłamy skał osadowych, najczęściej częściowo lub całkowicie zagrzebane w osadach polodowcowych. W literaturze anglojęzycznej nie odróżnia się ich specjalnie od małych głazów, jedynie z racji rozmiarów są nazywane magablokami.
Taka zachowująca integralność kra może osiągać rozmiary setek metrów a nawet kilometrów. W niektórych przypadkach takie odłamy stają się miejscem eksploatacji, będąc jedynymi w okolicy kopalinami innymi niż piasek i glina.  Ich powstawanie wiąże się z kilkoma możliwymi mechanizmami - może to być płat podłoża lodowca, który przymarzł do samego lodu i został przeciągnięty aż do miejsca właściwego. Inna opcja, to blok skał, które znalazły się na drodze lądolodu i zostały przez wielkie siły oderwane. Często luźniejsze osady przybierają w miejscu moreny czołowej formę nasuwających się na siebie, ukośnych łusek. Jedna z nich może zostać wypchnięta po płaszczyźnie poślizgu na wierzch i być transportowana dalej.

Jednym z najbardziej znanych i często wspominanych w światowej literaturze przypadków, jest Kra Łukowska. To płat morskich iłów pochodzących z epoki Jurajskiej, około 165 mln lat temu, o grubości ponad 20 metrów, położony płytko pod piaskiem na przedmieściach Łukowa, w związku z lokalną kulminacją moreny dennej. Osady te zostały przywleczone prawdopodobnie jako wyrwany płat wiecznej zmarzliny, pochodzący z wybrzeża Litwy koło Kłajpedy, a zatem pokonały ponad 300 kilometrów.
Odkryte w XIX wieku złoże przez długi czas było wykorzystywane przez cegielnie i dopiero w latach 20. zorientowano się, że nie jest to zwykła glina narzutowa.
Kra ma formę kilku kawałków osadzonych w młodszych osadach. Fragment w okolicach wsi Gołaszyn ma formę prostokątnej płyty, o wymiarach około 1500/600 m i grubość do 28 m. Mniejsze, kilkusetmetrowe fragmenty, znaleziono w okolicach Zimnej Wody. Eksploatacja na potrzeby cegielni dotyczyła fragmentu w rejonie Łapiguz, o średnicy 600 metrów i grubości do 12 metrów. Opisano i potwierdzono wierceniami 12 fragmentów, może być ich zresztą jeszcze więcej, ale tu potrzebne by były dokładniejsze badania na większej powierzchni. Ciemne iły jurajskie znajdowano podczas głębszych wykopów także w obrębie samego Łukowa.
 Teren nad największą krą, gdzie warstwa nadkładu jest najcieńsza, objęto ochroną rezerwatową, aby zapobiec odkrywkom i wykopom.

Powodem, dzięki któremu przypadek ten stał się znany, są skamieliny. Iły gromadziły się na dnie płytkiego, jurajskiego morza, zagrzebując w sobie szczątki drobnych organizmów. W późniejszym czasie stężony roztwór wapienia w porach osadu zaczął krystalizować wokół twardych kawałków, formując konkrecje kuliste, nieraz słusznych rozmiarów, zachowujące wewnątrz idealnie zabezpieczone jądro ze skamieliną. A tymi skamielinami były najczęściej amonity.
Podczas pracy cegielni odnajdywano tutaj okazy amonitów o średnicy nawet pół metra. Wiele zachowało jeszcze oryginalną muszlę, częściowo nasyconą związkami żelaza i manganu, i o pięknym, perłowym blasku. Niestety w latach 50. mało kto przejmował się tymi znaleziskami. Utworzono tu państwowy zakład, w którym kamienie z muszlami traktowano jako odpad, przeszkadzający w wydobyciu. Mówiło się o tym, że największe skamieliny są bez informowania geologów mielone i dodawane do masy na cegły, żeby nie było kłopotu.
Blok jasnego piaskowca w osadach nad Old Man River, Kanada

Znanych jest jeszcze wiele innych porwaków, zawierających inny rodzaj skał. W krze kredowej zostawionej na wyspie Wolin powstał kamieniołom, w którym dziś znajduje się Jezioro Turkusowe. Podobna sytuacja dotyczy leżącego koło Szczecina Jeziora Szmaragdowego, gdzie kopalnia przebiła się przez całą grubość 50-metrowego porwaka margli, aż z uwodnionych piasków pod spodem trysnęła woda, gwałtownie zalewając wyrobisko.
Dużą krę lodowcową rozpoznano w rejonie Edmonton, w Kanadzie, znana jest jako megablok Cooking Lake, gdzie 10-metrowej grubości warstwa skały zajmuje obszar 10 kilometrów kwadratowych. Gigantyczną krę lodowcową znaleziono w rejonie Saskatchewan, w pobliżu doliny Qu'Apelle, koło miasta Esterhazy. Jest to blok iłów o pochyleniu warstw pod kątem 30 stopni, leżący na krystalicznym podłożu i nakryty moreną. Odsłania się w dolinach rzek i na odcinku przecinającym warstwę, bardzo łatwo ulega osuwiskom.
Kra Esterhazy ma grubość od 50 do 100 metrów, i rozciąga się na przestrzeni 1000 km2.

piątek, 25 października 2019

Dlaczego wulkan wybucha?

Proste pytanie i nieco bardziej skomplikowana odpowiedź.

   Ziemia jest czasem porównywana do jabłka - ma w środku jądro, dalej płaszcz rozgrzanej materii stanowiący większość objętości, a na wierzchu cienką skórkę skał, budujących powierzchnię. Skorupka ta ma zależnie od miejsca od 5 do 40 km grubości, punktowo pod dużymi masywami górskimi więcej, co w porównaniu ze średnicą planety wynoszącą ponad 5 tysięcy kilometrów, nie jest zbyt dużą wartością. Lubimy sobie także wyobrażać, że to co znajduje się pod tą skorupką to już od razu płynna lawa, na której pływają kontynenty. A wulkany to po prostu otwory, przez które wylewa się lawa, potem zastyga, tworzy wokół małą górkę i voila, mamy wulkan.
   No dobrze, pójdźmy w stronę tego wyobrażenia. Wyobraźmy sobie kontynent jako tratwę na morzu. Wywierćmy w niej dziurę. Woda zacznie się wlewać. Jak wysoko dotrze? Raczej nie utworzy małej fontanny, jak to się rysuje w kreskówkach. Może wypływać tylko pod takim ciśnieniem, jakie panuje na głębokości, na jakiej zaczyna się na dnie otwór, w związku z czym strumień może dotrzeć tylko do wysokości, na jakiej znajduje się lustro wody. To w zasadzie inna wersja prawa naczyń połączonych. Jeśli to nie łódź, w której pustą objętość utrzymuje cienki kadłub, tylko tratwa z materiału lżejszego od wody, który pływa dzięki wyporowi samego siebie, to woda może przez otwór wcale nie wpływać, bo górna krawędź otworu kończy się nad lustrem wody.

   Odnieśmy to teraz do planety - kontynenty, które "pływają" na powierzchni, mają średnią gęstość 2,7-2,8 g/cm3, płaszcz pod spodem ma gęstość 3,0-3,1 g/cm3. Zachowują się więc jak korek, i powierzchnia lądów znajduje się powyżej linii równowagi hydrostatycznej płaszcza. Jeśli na lądach dany obszar jest złożony z gęstszych skał i wznosi się bardziej w górę, to pod spodem musi być mocniej wciśnięty w podłoże, jak góra lodowa, która tym głębiej sięga im wyższy jest jej wierzchołek. Zmiany obciążenia danego obszaru, czy to związane z szybką erozją, zmianami rozmieszczenia wód czy topnieniem lodowców, powodują więc odpowiednie wciskanie lub wypiętrzanie lądów, co obserwujemy choćby w Skandynawii, która wciąż jeszcze wypiętrza się po epoce lodowcowej, a w wielu miejscach w odległości kilku kilometrów od morza znajdujemy pozostałości średniowiecznych portów.

 Skoro tak, to wszelkie otwory w skorupie powinny się łatwo zasklepiać, bo magma dojdzie tylko do wysokości równowagowej.

   Z tym wyobrażeniem jest jeszcze drugi problem - płaszcz ziemski, ten pod skorupą, jest nie za bardzo płynny. Co prawda panują tam temperatury rzędu 1000-1200 st. C ale też bardzo wysokie ciśnienie, więc w zasadzie wykazuje sporo własności ciała stałego, między innymi przewodzi poprzeczne fale sejsmiczne. W fali takiej ośrodek podlega ruchom na boki względem kierunku rozchodzenia się fali. Aby po wychyleniu w jedną stronę przez działanie mechaniczne, materiał odpowiedział przez powrót do wcześniejszego położenia, musi on przenosić naprężenia ścinające. A to jest właśnie podstawowa różnica między cieczami a ciałami stałymi. Poprzeczny charakter mają fale na powierzchni wody, gdzie rolę siły przywracającej wodę do pierwotnego położenia pełni grawitacja, jednak w głębi morza nie mogą być przenoszone.
   Skoro więc płaszcz tuż pod skorupą ziemską przenosi fale poprzeczne, to powinien być on ciałem stałym. Z drugiej jednak strony są pewne cechy ruchów tektonicznych, które wskazują na własności płynów, jak choćby wspomniana izostazja. Uznaje się więc, że skały płaszcza choć są ciałem stałym, posiadają dużą plastyczność, czyli pod wpływem stale działającej siły mogą się odkształcać i "przepływać". Z bliższych nam przykładów plastycznym ciałem stałym jest choćby plastelina - jeśli przyłożymy do niej odpowiednią siłę i poczekamy, to zostanie wyciśnięta do miejsca, w którym siła nie działa.

Pofałdowane skały metamorficzne - świadectwo ich plastyczności
   Stosunkowo znanym przypadkiem ciała "w zasadzie stałego ale jednak trochę płynnego" jest pak węglowy, o konsystencji asfaltu drogowego, i zresztą często będący do niego domieszką. Uderzony młotkiem kruszy się na fragmenty o szklistym przełomie. Jednak bryłka pozostawiona w spokojnym miejscu stopniowo deformuje się pod wpływem sił wywoływanych własnym ciężarem i zaczyna się rozpływać. Pokazano to  w doświadczeniu rozpoczętym w 1927 roku w Australii przez Thomasa Parnella, w którym próbka paku umieszczona w lejku zaczęła po upływie kilku lat spływać i formować krople. Uformowanie i oderwanie jednej zajmuje mu średnio 8 lat.
   Podobnie rzecz się ma ze skałami - względnie plastyczny jest choćby lód, który w grubej warstwie spływa od miejsca nagromadzenia jako lodowiec. Całkiem niezłą plastycznością przy wysokich ciśnieniach wykazuje się też sól kamienna, która może być dosłownie wyciskana ze złóż, w miejscach lokalnego osłabienia skał formując kolumny podchodzące pod powierzchnię ziemi.

   Miarą mogącą służyć do oceny stopnia plastyczności i "płynności" materiałów, jest lepkość, czyli opór wykazywany przeciwko sile poruszającej porcje cieczy względem innych (tarcie wewnętrzne). Podaje się ją zwykle w jednostkach paskal*sekunda. Dla gazów są to wartości rzędu mikro Pa s, woda ma 0,8 mPa s; ciecze oleiste mają lepkość rzędu kilkudziesięciu milijednostek; ciecze "syropowate" rzędu kilkuset mili- do jednej jednostki (np. Gliceryna ok. 0,93 Pa s). Miody mają zwykle lepkość 2-10 Pa s. Z gęstych, dających duży opór cieczy, smoła węglowa ma lepkość rzędu 107 Pa·s , a wspomniany wcześniej pak węglowy jeszcze większą 1011 Pa s.
   W porównaniu z tymi substancjami skały płaszcza ziemskiego są dużo bardziej sztywne - lepkość najpłytszych warstw płaszcza, astenosfery, oszacowana na podstawie szybkości ruchów izostatycznych, wynosi 3 × 1018 Pa s [p].

   No dobra. Skoro pod lądami nie ma płynnego materiału, a jednak jest on wyrzucany przez wulkany, i to pod całkiem sporym ciśnieniem, to skąd on się bierze? Jest wytwarzany dopiero pod wulkanami, w ogniskach magmowych.
   Ogniska magmowe formują się w trzech zasadniczych sytuacjach, wszystkie one mają związek z podejściem wysokiej temperatury do skał skorupy: gdy skorupa jest wciskana w głąb ziemi w strefach subdukcji i zaczyna się topić, gdy skorupa zaczyna się topić w obszarze ryftowym, oraz gdy pod skorupę podpływa strumień związany z pióropuszem gorąca.
   W związku z ruchem kontynentów powstają obszary subdukcji, w których ze zderzających się płyt jedna z nich, zwykle ta oceaniczna, jest wpychana pod drugą i stopniowo zanurza się w dużo gorętszym materiale płaszcza, który plastyczności powoli ustępuje, jak masło pod nożem. Może się zagłębić na znaczną głębokość - najgłębsze trzęsienia ziemi, powstałe w pękającej pod wpływem naprężeń wepchniętej wgłąb skorupie, sięgają do 600 km pod powierzchnię.
   Temperatura topnienia skał skorupy jest niższa, niż temperatura panująca głębiej w płaszczu. Ułatwiają to minerały działające jak topniki, w tym sól kamienna i wapienie, oraz woda na różne sposoby związana w skałach. Dodatkowe substancje powodują, że nawet plastyczna skała płaszcza zaczyna się upłynniać. W efekcie pojawia się przestrzeń wypełniona płynną magmą. Ta zwykle ma gęstość wyraźnie niższą od skał płaszcza (ok. 2,8-2,1 g cm3) toteż zaczyna unosić się w stronę powierzchni.

   Na granicy między płaszczem a skorupą magma natrafia na opór, gromadzi się więc w wytapianej stopniowo komorze magmowej. Wypychana siłą wyporu zaczyna też unosić skorupę ziemską i próbować wciskać się w różne szczeliny. Większość materiału kończy ostatecznie jako dajka lub lakkolit, wypełnienie wciśnięte w jakąś osłabioną partię skał, które zdołało rozepchnąć lub wytopić trochę przestrzeni, ale ostatecznie pozostaje w całości pod ziemią. Czasem jednak taka dajka dochodzi na tyle płytko, że wydostaje się na powierzchnię.

   Druga sytuacja to wytapianie skał w strefie ryftowej. Wiąże się to z ruchami konwekcyjnymi w płaszczu, które zresztą napędzają ruch kontynentu. Może to być trudne do wyobrażenia, ale opisana wcześniej plastyczna skała, złożona głównie z oliwinu, spinelu i perowskitu żelazowego, podlega konwekcji - porcje nagrzanie bliżej półpłynnego jądra unoszą się do góry, za sprawą niższej gęstości. W pewnych więc miejscach następuje ruch opadający i skały płaszcza mieszają się. Następuje to oczywiście niezwykle powoli, pod wpływem ustępowania w wyniku niezbyt dużej, ale działającej miliony lat siły. Ruch ten przenosi się na kontynenty, sterując ich ruchami.
   Tam, gdzie następuje unoszenie i rozchodzenie się na boki strumieni, skorupa podlega rozciąganiu aż do pęknięcia. Równocześnie w tych miejscach dużo płycej pod powierzchnię podchodzi gorętsza niż zazwyczaj skała płaszcza. W strefie wzdłuż pęknięcia następuje przetopienie materiału, wynikające głównie ze spadku ciśnienia, które utrzymywało w formie stałej bardzo gorące minerały. Trochę do efektów dorzuca wpływ wody infiltrującej uskoki. Powstająca magma wypełnia pęknięcie, tworząc nową porcję skorupy oceanicznej. Tym sposobem oceany rozszerzają się.
   Gdy taka szczelina przechodzi przez kontynent, powstaje dolina ryftowa, otoczona wianuszkiem wulkanów, rozwijających się, gdy magma powstała pod ryftem wydostaje się przez towarzyszące mu uskoki. W pobliżu afrykańskiej doliny ryftowej znajdują się tak znane wulkany, jak Kilimandżaro, Mt. Kenia czy ciągle aktywny Erta Ale, znany z trwałego jeziora lawowego.

    Trzecia okazja do wytopienia magmy, to gorący punkt, powstający prawdopodobnie w wyniku dotarcia płytko pióropusza płaszcza. Jest to twór, jaki miałby tworzyć się głęboko w płaszczu, możliwe nawet, że w pobliżu jądra, i unosić się ku powierzchni jako skoncentrowany strumień o mniejszej lepkości i wyższej temperaturze. Jego uderzenie wybrzusza skorupę ziemską, oraz podgrzewa do wyższych niż zazwyczaj temperatur. Powstaje magma zawierająca stosunkowo sporo komponentów z warstw głębokich, może też z samego pióropusza.
   Wulkany związane z pióropuszami płaszcza mogą pojawić się pośrodku płyt, najwyraźniejszym przypadkiem są wulkany Hawajów. Obserwuje się tam charakterystyczny efekt nieruchomości pióropusza - wyspy wraz z płytą oceaniczną poruszają się na północny-zachód, nowe wulkany formujące wyspy tworzą się w tym samym miejscu, co w ciągu milionów lat zaowocowało powstaniem długiego łańcucha wysp i gór podwodnych.
Pióropusz odpowiada też za cykliczne erupcje w rejonie Yellowstone. Dość skomplikowana sytuacja panuje na Islandii, gdzie pióropusz działa aktywnie w strefie ryftowej.

   Dobra. Odnaleźliśmy źródło magmy. Czemu więc wypływa ona na powierzchnię i ponad nią, nieraz z ładnym ciśnieniem? Jak to było wspomniane, magma zwykle jest lżejsza od skał płaszcza, jest więc wypychana ku górze. To jedna z przyczyn gromadzenia się jej w komorach w skorupie. Jest jednak jeszcze inna - magma zawiera w sobie stosunkowo dużo rozpuszczonych gazów, które podczas wędrówki w górę zaczynają się uwalniać. Gazy uwalniają się bądź pod wpływem spadku ciśnienia, bądź z powodu częściowej krystalizacji niektórych minerałów. Bąbelki rozpychają magmę, przez co jej ciśnienie jest podtrzymywane. Ruch w stronę wylotu wulkanu zaczyna więc nieco przypominać otwartą butelkę szampana - wprawdzie im wyżej, tym niższe ciśnienie hydrostatyczne, ale znaczenia nabiera ciśnienie gazów uwalnianych.
   W efekcie na powierzchni ziemi magma nie wyhamowuje, i płynie kominem aż do szczytu wulkanu, mogącego osiągać wysokość nawet pięciu-sześciu kilometrów nad poziom morza. Tu następuje pełne odgazowanie, a magma zamienia się w lawę. Spada temperatura krzepnięcia, lawa formuje wokół otworu górę, i tak oto powstaje nam wulkan.

Między wulkanami tych trzech typów pojawiają się różnice w składzie lawy i gazów erupcyjnych. Te wytworzone ze stref subdukcji, zawierają materiał skorupy poddany "recyklingowi". Głównymi gazami z ich erupcji są para wodna i dwutlenek węgla pochodzący częściowo z rozkładu termicznego wapieni, zauważalnie dużo jest chlorowodoru, powstającego zapewne z rozkładu soli kamiennej, najczęstszym typem lawy jest obojętna lub lekko kwaśna lawa andezytowa.
Wulkany związane z gorącymi plamami zawierają głównie materiał pochodzący z płaszcza, największy udział w ich gazach ma para wodna i dwutlenek siarki, dalej dwutlenek węgla, stosunkowo obficie pojawia się fluorowodór.

Czasem powstają rzadsze typy wulkanów nie zasilanych bezpośrednio magmą, ta jedynie podgrzewa płytko leżące warstwy skalne, dodając od siebie nieco gazów. Tak powstają wulkany karbonatytowe, wyrzucające z siebie stopiony węglan sodu, błotne, freatyczne typu maar, czy wreszcie gejzery.

-------
* [p] https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2008JB006077

piątek, 28 października 2016

Niezwykłe osuwisko

Osuwisko wywołane przez człowieka, fala tsunami na jeziorze i powstanie nowej wyspy - a to wszystko w Polsce równo 40 lat temu.

Jedną z często stosowanych metod badań geofizycznych, jest profilowanie sejsmiczne polegające na badaniu odbić fali sejsmicznej od struktur podziemnych. Czas odbicia od granic struktur różnej gęstości pozwala zobrazować ich głębokość i rozkład, w pewnym stopniu też gęstość pozwalającą na rozpoznanie warstwy. Jeśli chodzi o źródło fal sejsmicznych, można oczywiście korzystać ze wstrząsów naturalnych, zwłaszcza gdy bada się warstwy leżące bardzo głęboko, ale trudno czekać aż w okolicy samo się zatrzęsie, dlatego geolodzy samo wzbudzają odpowiednie impulsy.
Dla badań bardzo lokalnych i płytkich wystarczyć mogą uderzenia młotem w płytę na powierzchni ziemi, lub spuszczanie jakiegoś ciężaru z pewnej wysokości, dla mocniejszych sygnałów możliwe jest wystrzelenie ze specjalnej strzelby w dołek w ziemi, w innych sytuacjach używa się urządzeń wibracyjnych, w tym nawet samochodów ciężarowych z wibratorami przenoszącymi drgania na ziemię, jednak sposobem, który najbardziej kojarzy się z badaniami sejsmicznymi, jest eksplozja ładunku wybuchowego.

Zwykle używa się w tym celu górniczych środków kruszących, takich jak amonit (azotan amonu+trotyl+pył aluminium) czy dynamit, w niewielkiej ilości, zakopanych na dnie płytkiego odwiertu. Po eksplozji powstaje silny impuls fal o różnej częstotliwości, pozwalający "prześwietlić" duży obszar wokół. Sposób ten jest jednak kłopotliwy w użyciu, nie tylko ze względu na użycie niebezpiecznego materiału czy pewną uciążliwość dla najbliższych mieszkańców, ale też niszczące działanie w miejscu eksplozji. Trudno w tym przypadku mówić o nieinwazyjnym badaniu po którym łatwo posprzątać.
Jak jednak przekonali się polscy geolodzy w pewnym przypadku w połowie lat 70., czasem do tych niedogodności może dołożyć się jeszcze jeden nieoczekiwany efekt.

Badania sejsmiczne wykonywano w październiku 1976 roku w pobliżu Brzeźna, powiat Lipno, w województwie Kujawsko-Pomorskim. Jako miejsce wybrano interesującą okolicę w pobliżu niewielkiego jeziora Brzeźno, leżącego na wysoczyźnie morenowej ale w pobliżu terasy zalewowej doliny Wisły. Prawdopodobnie chciano wyłapać jak najwięcej zróżnicowanych utworów w obrębie rejestrowania sygnałów.

Dwa wozy ze sprzętem i wiertnię ustawiono w gęstym lesie w pobliżu drogi, blisko południowego brzegu jeziora. Do wywołania sygnału sejsmicznego użyto ładunku 10 kg amonitu. Gdy już wszystko podłączono, technicy i geolodzy oddalili się na bezpieczną odległość i odpalili ładunek. Jednak to co nastąpiło potem, nie było zwyczajnym skutkiem eksplozji. Wzbudzone początkowo drżenie gruntu nie ustało. Ziemia zaczęła zapadać się, pękać i coraz wyraźniej opadać w dół, w stronę jeziora, porywając ze sobą kilkuhektarowy kawał lasu, wozy i ludzi.
Geolodzy zdążyli się na szczęście ewakuować, ale porwane z ziemią wozy zostały wtłoczone do jeziora i przysypane tak, że podczas późniejszej akcji zdołano wydobyć tylko jeden. Osuwisko szerokie na ponad dwieście metrów, o powierzchni 4,1 ha, wpadło do wód jeziora z takim impetem, że wypchnęło z dna luźne osady, które wypiętrzone utworzyły pośrodku wyspę o powierzchni 1,5 hektara. Na jeziorze powstała fala podobna do tsunami, która dotarła do przeciwnego końca i wdarła się w porastający brzegi las, docierając do wysokości 1,5-2 metrów.

Na szczęście nad jeziorem nikt nie mieszkał, dlatego katastrofa nie przyniosła tragicznych skutków, a sami geolodzy zdążyli uciec bez obrażeń, niemniej interesujące było aby dowiedzieć się, dlaczego reakcja gruntu była aż tak gwałtowna.

Jezioro leżało w zagłębieniu wysoczyczny morenowej, łagodnie opadającej w stronę doliny Wisły, stanowiło jednak jedynie pozostałość dawniej większego zbiornika, po upływie kilku tysięcy lat jakie minęły od ostatniego zlodowacenia w dużym stopniu zasypanego luźnymi osadami, iłami, piaskiem i kredą jeziorną. Słabo związane utwory ilaste i osady organiczne zostały jednak w późniejszym czasie przysypane piaskiem z wydm utworzonych wokoło. Miejsce w którym usadowili się geolodzy znajdowało się na krawędzi misi jeziornej, i było właśnie wysokim stokiem dawnej wydmy, opartej na luźnych, dobrze nawodnionych osadach jeziornych.
Wstrząs wywołany wybuchem amonitu upłynnił te osady które pod ciężarem dawnej wydmy wypłynęły, a wierzchnia warstwa piasków zjechała do jeziora.. Ruchowi podlegała warstwa o miąższości 5-7 metrów i łącznej objętości 0,25 mln m3, w dużym stopniu zachowująca integralność. Las porastający teren został wepchnięty do jeziora gdzie został do dziś, odcięto jedynie części pni sięgające nad powierzchnią ziemi. Ponieważ u podnóża osuwiska głębia sięga do 4 metrów, podejrzewam że może to ciekawie wyglądać pod wodą. Nad brzegiem utworzyła się płaska przestrzeń częściowo powalonego, powykrzywianego lasu, który później wycięto. Sam brzeg osuwiska to niezbyt głęboka nisza z obniżającymi się schodkowato progami, wyraźnymi jeszcze do dziś.
Podczas powtórnych badań terenowych w 2003 roku stwierdzono ustabilizowanie osuwiska, obsadzonego na nowo lasem. Wysepka na jeziorze, mimo zbudowania z luźnych, wzruszonych osadów, przetrwała i porosła trawami a nawet drzewami. Jej powierzchnia zmniejszyła się o połowę, ale wciąż jak na takie jezioro jest to dość duża wyspa.

Za przyczynę osuwiska oprócz szczególnych, nie rozpoznanych warunków geologicznych, uznano także zbyt bliską lokalizację - otwór w którym nastąpiła eksplozja leżał tylko 30 metrów od brzegu jeziora, co wraz z dość stromym stokiem powinno już wcześniej budzić obawy.
--------
* https://pl.wikipedia.org/wiki/Sejsmika_refleksyjna

* Mieczysław Banach, Zmiany jeziora Brzeźno po katastrofie z 1976 roku, Pomorska Akademia Pedagogiczna (PDF)
* Karta ewidencyjna osuwiska (PDF)

sobota, 6 września 2014

Bardarbunga i jej diabły

Eksplozja islandzkiego wulkanu Bardarbunga ze zrozumiałych względów budzi moje zainteresowanie - wulkany to ciekawy temat a ja lubię ciekawe tematy. Nieoczekiwanie jednak stwierdziłem, że ten przypadek może łączyć się z innym katastroficznym tematem, jaki opisuję na tym blogu - z trąbami powietrznymi.

Oglądając dziś przed południem wulkan na kamerze internetowej zauważyłem, że z terenu pokrytego gorącym popiołem niedaleko szczeliny erupcyjnej podrywają się wirujące kolumny pyłu, cienkie i gnące się pod wpływem wiatru, na tyle jednak wysokie aby sięgnąć podstawy chmur, tak że musiały osiągać wysokość kilkuset metrów:



 
Podgląd wulkanu na żywo możecie zobaczyć tutaj: http://www.livefromiceland.is/webcams/bardarbunga-2/

Te pyłowe trąby, czyli dust devils (a może raczej w tym przypadku ash devils) utrzymywały się do dwóch minut, w każdym razie tyle utrzymywały się w polu widzenia kamery. Pojawiały się co chwila, czasem nawet po pięć czy sześć w różnym stopniu rozwinięcia, tworząc piękny (i ciekawy) widok.

Teraz pogoda w tamtej okolicy się zmieniła - przeszły chmury, wiatr stał się silniejszy a słońce przesunęło się, prześwietlając dym. Trudno to teraz ocenić, ale wulkan dymi chyba mocniej:
Popioły ostygły i trąby pyłowe już się nie pojawiają.

Tego typu zjawiska są stosunkowo często obserwowane w pobliżu wulkanów, w związku z potężnym kontrastem temperatur. Nawet niewielki skręt unoszącej się warstwy gorącego powietrza może formować wir zasysający pył i dzięki temu dobrze widoczny. Podobne widzi się na popieliskach po potężnych pożarach. Jeszcze gwałtowniejsza forma, czyli trąba ogniowa nie jest tu możliwa, ze względu na brak otwartego ognia - rozgrzana do czerwoności skała jest zbyt ciężka aby "wkręcić" się w taki wir. Efektowny przypadek z wulkanu Santiaguito:


Potężne wiry pyłowe obserwowano po spływie piroklastycznym wulkanu Sinabug:

Inny ciekawy przypadek to trąby parowo-wodne, obserwowane w miejscach gdzie lawa hawajskich wulkanów wpada do morza. Znad rozgrzanej wody unoszą się wtedy wiry znacznych rozmiarów:




Mniejsze i szybsze wiry, przypominające węże utworzone z samej pary wodnej, to steam devils (lub steam snakes).




niedziela, 8 czerwca 2014

Największe kryształy na świecie

Jako że mamy obecnie międzynarodowy rok krystalografii, dobrze by było napisać coś o kryształach.
(artykuł bierze udział w akcji blogowej Sto Lat Kryształu)

Stan krystaliczny charakteryzuje się uporządkowaną budową wewnętrzną w formie sieci w której w nieskończoność powtarza się w trzech wymiarach pewien stały układ atomów. Pociąga to za sobą charakterystyczne właściwości fizyczne a często też regularną postać zewnętrzną - choć nie zawsze kształt regularnej bryły świadczy o krystalicznej budowie, czego przykładem bazalt dzielący się na słupy o przekroju sześciokątnym, choć jest skałą złożoną z różnych minerałów.

Kryształy powstają spontanicznie z nasyconych roztworów lub z ochładzanego stopu, czasem też przez resublimację par. Początkowo tworzy się niewielki zarodek, który przy wejściu w obszar o mniejszym stężeniu może znów się rozpuścić, jeśli jednak warunki będą sprzyjające, będą się do niego dobudowywały kolejne cząsteczki substancji, wpasowując się w zapoczątkowany wzór. Krystalizacja po zapoczątkowaniu może trwać tak długo, aż stężenie substancji w roztworze za bardzo nie spadnie lub dopóki nie ograniczy go jakaś przeszkoda. Przy szybkiej krystalizacji w nagle schłodzonym roztworze tym ograniczeniem są często inne kryształy, które pojawiają się w dużej ilości i zbijają razem w wielokrystaliczną masę. Jeśli jednak warunki będą sprzyjające, a więc dostępne będzie dobre miejsce, mała ilość kryształków konkurencyjnych i powolna zmiana warunków, kryształy mogą osiągać znaczne rozmiary. Jak znaczne?
Gigantyczne.

Każdy minerał ma swój rekord wielkości, niektóre rzadkie i rozproszone nie przekraczają ułamków milimetra, dla innych już kilkucentymetrowe okazy mogą być uważane za niezwykle duże, inne zaś w sprzyjających warunkach potrafią osiągać rozmiary kilkumetrowe.

Najmniejsze największe
Niektóre minerały są tak rzadkie i drobne, że kryształek wielkości ziarenka piasku może być największym opisanym. Tak jest w przypadku Schwartzembergitu, czyli chlorano-jodanu ołowiu powstającego w wyniku wietrzenia rud ołowiu w warunkach zasadowych. Zwykle tworzy skupienia zbite, skorupiaste. Największy opisany kryształ miał kształt bipiramidy o wielkości 6 mm. W przypadku Whewellitu, czyli uwodnionego szczawianu wapnia, rekord to 3 cm.

Pierwiastki rodzime
Istnieje tylko kilka minerałów tworzonych przez czyste pierwiastki, i nie tworzą one dużych kryształów. Formą krystaliczną węgla jest diament - przezroczysty, silnie załamujący światło, bardzo twardy minerał. Największym znalezionym pojedynczym okazem był Cullinan, znaleziony w 1905 roku w Południowej Afryce. Ważył 3106 karatów, czyli 621 gramów. Był więc niewątpliwie gigantem. Miał niezbyt regularny kształt, co u diamentów jest częste, i prawdopodobnie po uformowaniu odłamała się od niego część. Ogółem opisano go jako zdeformowany ośmiościan:
Najdłuższa przekątna miała długość 10,5 cm. Został podzielony na kilka dużych i kilkadziesiąt mniejszych brylantów.

Złoto wprawdzie bardzo chętnie występuje w formie pierwiastkowej, ale trudno jest znaleźć regularne kryształy. Największy opisany miał postać płyty o ośmiobocznym kształcie i średnicy 30 cm, nie bardzo jednak wiadomo co się z nim stało i jaką miał masę. Całkiem niedawno odkryto kryształ ważący 200 g i mający w miarę regularną postać - mimo nieco dendrytycznej powierzchni wyglądającej jak zbitek płatków, badania rentgenowskie potwierdziły, że jest to monokryształ:
 Kolejnym pierwiastkiem jest Siarka, tworząca nieprzezroczyste, żółte kryształy. Rickwood w swojej pracy z lat 80. podaje że największy kryształ ma 22 cm długości i 16 szerokości, ważąc 5 kg, jednak znany jest dziś większy, bo 25 centymetrowy kryształ, wystawiany w muzeum z mieście Milan:


Minerały siarczkowe
Piryt, nazywany też złotem głupców, chętnie tworzy kryształy w kształcie regularnej sześciennej kostki o metalicznym, złotym połysku. Inne możliwe formy to ośmiościan lub dodekaedr o dziesięciu pięciokątnych bokach. Nie mam konkretnej informacji o tym jaki był największy, ale spośród opisów wyłowiłem kryształy o boku 20 cm wydobywane w Navajún w Hiszpanii i do 25 cm w Fuente Valoria tamże(1). Jeszcze większe kryształy znajdowano w Kazachstanie, jeden o wymiarach 25/18/15 wydobyto w Aqshataü. Prawdopodobnie największy wydobyto w Grecji w złożach koło Xanthi(2) były to zrośnięte sześcienne kostki o krawędzi do 60 cm. Natomiast zdjęcie przedstawia mniejszy okaz kryształów zbliźniaczonych do 8 cm krawędzi znaleziony w Logrono

Antymonit tworzy kryształy w formie grubych igieł i grafitowym połysku. Sproszkowany był dawniej używany jako cień do oczu. Zwykle jako największy opisuje się kryształ o grubości 5 cm i długości 60 cm:
Ale w kolekcjach znane są już większe. Ten metrowej długości wystawiano na targach minerałów w Monachium:
W przypadku ciężkiej Galeny największe opisane kryształy miały 25 cm krawędzi.

Halogenki
Piękne kryształy potrafi utworzyć Halit czyli krystaliczna forma soli kamiennej. W odkrytej w XIX wieku w Wieliczce Kryształowej Jaskini znajdowano kryształy w formie sześciennych kostek do 50 cm krawędzi, przez długi czas uważane za największe. Jeszcze bogatszą jamę znaleziono jednak w kopalni soli potasowych w Merkers, w Niemczech. Największe kryształy miały krawędź do 1,1 metra. Kopalnia jest dziś atrakcją turystyczną i grota z kryształami jest dostępna dla zwiedzających (relacja).
Piękne kryształy tworzy też Fluoryt, czyli fluorek wapnia. Kolor jest bardzo zmienny, zwykle waha się między fioletem a zielenią. Największy opisany monokryształ miał średnicę 2 metry i 13 centymetrów, znaleziono go w Dyke w Meksyku.
Poniżej zdjęcie zdecydowanie mniejszego ale także pięknego fluorytu znalezionego pod Strzegomiem:

Azotany i borany
Najpospolitszym minerałem azotanowym jest saletra potasowa i saletra sodowa, tworzące zazwyczaj kryształy włókniste lub w postaci nie zbyt grubych igieł. Dla tej drugiej opisuje się skupienia igiełkowatych kryształów o długości 18 cm.
Kernit to krystaliczna forma czteroboranu sodu, znanego pospolicie jako boraks. W formie dużych kryształów występuje rzadko z powodu dużej rozpuszczalności. Największe opisane pochodziły ze skupiska w starej kopalni w Kramer Deposit, gdzie badacz był w stanie zmierzyć kryształy o wymiarach do 8 stóp na 3, to jest 2,5 metra na 0,9. Ściana z kryształami została sfotografowana, ale fotografia jest niewyraźna i nie widać na niej skali:


Minerały krzemianowe
Granaty występują w formie wielokątnych kryształów o kształcie z grubsza okrągłym. Największy znaleziony w Norwegii, miał średnicę 2,3 metra, masę szacowano na 23 tony choć nie wydobyto go w całości. Mniejsze o średnicach 0,9-1 metrów także znajdowano w Norwegii. Zdjęcie jakie zamieszczam pokazuje jednak zdecydowanie mniejszy, bo 15 centymetrowy okaz z USA:
Największy opisany Topaz miał długość 91 cm.

Odnośnie Turmalinów, będących skomplikowanych glino-boro-krzemianami, nie mam konkretnej informacji. Jedno źródło wspomina o największym turmalinie z kopalni Mica Mine o długości 15,5 cala, co daje 13 cm, ale w innym miejscu wspomina o raportowanych przez innych badacz turmalinach długich na cztery stopy, czyli 120 cm.[4]
Tymczasem na zdjęciu prawdopodobnie największy fioletowy turmalin (374 000 karatów):


Ósemka gigantów:

Kalcyt
Kalcyt, czyli węglan wapnia, tworzy przezroczyste kryształy w formie grubych słupków lub pryzmatów. Szczególną formą jest Szpat Islandzki, charakteryzujący się dużą przezroczystością i dwójłomnością. Znany jest z pustek w skałach bazaltowych, szczególnie ze złóż na Islandii, gdzie osiągał duże rozmiary.
Za największy uważa się kryształ z Helgustadir, mający postać rombową i bok o długości 7 metrów. W złożu znaleziono też nieco mniejszy okaz 5m/5m i kilka o średnicy 2 m. Niestety nie mam żadnych zdjęć, toteż pokażę zdecydowanie mniejszy kryształ:

Amblygonit
Jest to fluoro-fosforan sodu i litu. Tworzy słupkowane, bezbarwne kryształy. Największy udokumentowany ze złoża Hugo Mine miał 7,5 metra długości i 2,5 m szerokości, masę szacowano na 102 tony.

Flogopit
Jest to minerał należący do grupy mik, charakteryzujący się zawartością magnezu. Tworzy płaskie, cienkie tabliczki rozsiane w skale. Największy opisany ze złoża Lacey Mine w Kanadzie miał wymiary 10 metrów na 4 metry i masę około 330 ton. Podobnych rozmiarów kryształy znajdowano w Karelii.
Tu zdecydowanie mniejszy:


Gips
Gips zazwyczaj tworzy skupienia zbite, skrytokrystaliczne, lecz niekiedy pojawia się w formie pięknych, przezroczystych kryształów, nazywanych selenitem. Kryształy tworzą niekiedy zwarte złoża, chętnie przyjmując postać zbliźniaczonych - dwa, mieczowate kryształy zrośnięte pod kątem czubkami tworzą wówczas "jaskółcze ogony", które nałożone jeden na drugi formują w skale wyraźne pióra. Z takiej formy znane są złoża gipsu na Ponidziu:

Takie pióra gipsowe osiągają do kilku metrów długości, jednak pojedyncze kryształy to odchodzące od rdzenia pojedyncze promienie, osiągające przy takim zagęszczeniu długość do metra. Podejrzewam że dałoby się je. odseparować
Przez długi czas za największe monokryształy uważano te z kopalni Braden Mine w Meksyku, mające postać słupków o długości 3 metrów. Z półtorametrowych kryształów znana była też Jaskinia Mieczy znaleziona przy kopaniu kopalni w Naica w tymże kraju.
Kilka lat temu dokonano tam odkrycia, które zadziwiło wszystkich - na innym poziomie kopalni znaleziono grotę z gigantycznymi kryształami selenitu:
Zdjęcia wyglądają fantasmagorycznie.

Największy kryształ w tej jaskini ma długość 12 metrów i grubość 4 metry, zaś masę szacuje się na 55 ton.

Kwarc
Kwarc to dosyć pospolity minerał. W pustkach skalnych tworzy "szczoty" słupkowatych kryształów, które potrafią osiągać duże rozmiary. W Sudetach znajdowano okazy do metra długości, ale na świecie znajdowano większe:
Największy opisany znaleziono w Brazylii, w Mancho Felipe, miał długość 6 metrów i masę 44 ton.

Skaleń
Skaleń to najbardziej po kwarcu rozpowszechniony minerał. Jest składnikiem granitów, zwykle występując w formie różowych lub białych ziaren, w niektórych miejscach może osiągać znaczne rozmiary. O olbrzymich skaleniach krążą legendy, jak na przykład często powtarzana opowieść o kopalni założonej w jednym krysztale gdzieś w północnej Rosji, czy wzmianki o klifach ze skalenia gdzieś w Norwegii. Takie historie często są nieweryfikowalne. Wyobraźnię pobudza informacja o skaleniu z kopalni Devils Hole Beryl Mine w USA, gdzie po odstrzeleniu ściany wyrobiska znaleziono bardzo regularną masę o wymiarach 50/36/14 metrów i masie 15 tysięcy ton, niestety w kawałkach. Nie zbadano jej wtedy na tyle dokładnie aby upewnić się czy był to monokryształ czy może skupisko wielu zbliźniaczonych kryształów, bowiem skaleń bardzo chętnie tworzy takie zbite skupienia. Zatem albo było to największe skupisko skalenia albo największy kryształ kiedykolwiek znaleziony. Pewności jednak brak.
Największy potwierdzony i zmierzony skaleń potasowy z Uralu miał postać tablicy i rozmiary 10 m/10m/0.4m. Masę szacowano na 100 ton. Takie same rozmiary miał Ortoklaz znaleziony w Norwegii, mniejszych kryształów od 6 do 8 metrów znanych jest więcej.
Oprócz tych dobrze zbadano 10,5 metrowy perytyt z Hugo Mine.

Spodumen
Spodumeny są podobne do skaleni, lecz zalicza się je do grupy  piroksenu. Także występują pospolicie w skałach magmowych.
W złożu Etta Mine znaleziono dwa duże kryształy, jeden o długości 12,5 metra i masie 66 ton, drugi o długości 14,3 metra i masie 28 ton. W tym ostatnim przypadku zachowało się zdjęcie:
Może nie zbyt wyraźne, ale lepszy rydz niż nic. Z tego samego złoża pochodzi zdjęcie pięcio może sześciometrowych kryształów:


Beryl
Największe znane kryształy tworzył beryl.
W kamieniołomie Bumps Quarry w stanie Maine, USA znaleziono kryształ o długości 10 metrów i 2 metry średnicy. Nieco mniejszy, bo czterometrowy okaz z tego samego złoża przedstawia fotografia:

Ale to jeszcze nic. W kopalni Malakialina na Madagaskarze, odnaleziono prawdziwego giganta - kryształ berylu o długości 18 metrów i 3,5 metra średnicy. Masę szacuje się na 380 ton. Niestety brak zdjęć.

Największe syntetyczne
A jakie sztuczne kryształy potrafi stworzyć człowiek?
Duże monokryształy otrzymuje się zwykle metodą Czochralskiego, w ten sposób powstaje między innymi krzem do mikroprocesorów. Mają postać gładkich walców o długości 2 metrów i średnicy 45 cm
W optyce zastosowanie mają też kryształy wodorofosforanu potasu (KDP), produkowane w dużych ilościach. Największy waży 315 kg i ma wymiary 65 cm/52cm/58cm.[4] Na zdjęciu niewiele mniejszy:


Oprócz tego miłośnicy ciekawostek czasem hodują sobie w domach mniejsze lub większe kryształy. Najpopularniejszy siarczan miedzi daje błękitne kryształy do kilkunastu centymetrów.

-------
Większość danych pochodzi z tych dwóch prac:
*Peter C. Rickwood, The Largest Crystals, American Mineralogist, 66, 885-908, 1981  http://www.minsocam.org/msa/collectors_corner/arc/large_crystals.htm
* Large Crystal List

[1] M Font-Altaba,  A study of distorted pyrire crystals from Spain, Mineralogical Society Of America Special Paper 1, 1962
[2] http://gems.minsoc.ru/eng/articles/pyrite/
[3]  Geology of the Pegmatites and Associated Rocks of Maine: Including Feldspar, Quartz, Mica and Gem Deposits, U.S. Government Printing Office, 1911 - 152
[4] http://chemistry.nus.edu.sg/_file/events/ncgc/2nd-circular2014.pdf

niedziela, 25 sierpnia 2013

Tajemnicze wiry... w polskim internecie.

Dawno już nie pisałem co też takiego pokrętnego wymyślili pismacy z działów naukowych różnych mediów, ale dziś okazja nadarzyła się sama - za sprawą tajemniczych zawirowań czasowych Zakrywcom mylą się zdarzenia z tego roku i z poprzednich lat.

Trzęsienie ziemi w Japonii, wywołuje wiry w Norwegii

Dziwne fale, które powstały niedawno w norweskich fiordach, wywołało potężne trzęsienie ziemi z roku 2011 w Japonii - twierdzą norwescy naukowcy.

Fale miały prawie dwa metry wysokości i sprawiały wrażenie, jakby się woda gotowała. Chodzi o tzw. sejsze - stojące fale, powstające w zamkniętych zatokach morzach i jeziorach. Wywołują je zaburzenia równowagi wody, kiedy w jednej części zbiornika poziom wody podnosi się a w drugiej jednocześnie opada. Najpierw zauważono fale we fiordzie Aurland-Flam, potem w kolejnych. Stein Bondevik, geolog z uniwersytetu w Sogndal analizując opisy świadków tego zjawiska, stworzył komputerowy model i doszedł do wniosku, że powodem fal w norweskich fiordach było trzęsienie ziemi o sile ok. 9 stopni w skali Richtera, które nawiedziło Japonię ponad dwa lata wcześniej.

Początkowo eksperci sądzili, iż winne mogło być osunięcie się ziemi pod wodą lub silny wiatr; badania Bondevika wskazały powód powstania tego zjawiska.

To pierwsze takie zjawisko w Norwegii od 15 sierpnia 1950 roku, kiedy trzęsienie ziemi o sile 8.6 stopnia w skali Richtera nawiedziło stan Assam w Indiach. W wyniku tych ruchów ziemi w 29 norweskich fordach powstały dziwne fale - donosi LiveScience. Zdaniem naukowców norweskie fiordy są bardzo czułe na naturalne zdarzenia występujące nawet na drugim krańcu świata z powodu swej dużej głębokości.(PAP)[1]
Acha... czyli trzęsienie ziemi jakie zdarzyło się dwa lata temu, teraz dopiero wywołuje zafalowania... Jest to oczywista bzdura i nie wiem czy powstała na poziomie PAP czy redakcji Zakrywców. Dlaczego jest to bzdura? Bo takie zafalowania owszem, obserwowano, ale nie "niedawno" lecz kilka godzin po trzęsieniu, a więc dobre dwa lata temu...
Skąd więc ta historia teraz, po tak długim czasie? A no dlatego, że wspomniany Bondevik napisał pracę na temat tych zafalowań, i została ona opublikowana w lipcu tego roku w Geophysical Research Letters[2] Mimo to wypadałoby wyjaśnić co to były za zafalowania i jak mogły powstać aż tak daleko.

Co to jest Sejsza? Napełnijcie wodą wanienkę lub prostokątny pojemnik na żywność, i przesuńcie o parę centymetrów. Woda zafaluje, bo początkowo nie nadąży za ruchem naczynia, więc najpierw z jednej strony się spiętrzy a potem opadnie i z rozpędu górka zamieni się w dolinkę. I tak na przemian.
To zafalowanie jakie u was powstało, to właśnie sejsza, tylko w bardzo małej skali. Jeśli przyjrzycie się jej falowaniu dokładniej, zauważycie że raczej nie widać tu typowej fali, jak te które tworzą się po wrzuceniu kamienia. Tu jedna połowa powierzchni wzrasta a druga równocześnie opada, przez co woda wykonuje raczej ruch wahadłowy:

Jest to wynikiem tego, że w porównaniu z wielkością naczynia, szerokość fali jest bardzo duża, w zasadzie obejmuje jego całą szerokość, stanowiąc pierwszą harmoniczną spośród możliwych fal. Co jednak ważniejsze, jest to fala stojąca - punkty w których pojawiają się szczyty i doliny oraz punkt węzłowy pomiędzy, zajmują w trakcie falowania to samo położenie w naszej wanience - i to jest główna różnica między sejszą a typową falą morską. Takie samo zjawisko powstaje w podłużnych, zamkniętych zbiornikach wodnych lub głębokich zatokach.

Co wywołuje powstanie sejszy? Jakieś zaburzenie równowagi hydrostatycznej. Płyny mają naturalną skłonność do spływania w najniższe miejsca danej powierzchni i przyjmowania równego poziomu we wszystkich miejscach, uzyskując najniższą energię potencjalną. Jest to stan równowagi podobny do stanu huśtawki, której nikt nie poruszył. Silny wiatr wiejący wzdłuż przesuwa powierzchniowe warstwy wody, podwyższając jej poziom u jednego z brzegów. W przypadku ujść rzek wywołuje to tzw. cofkę, ale w przypadku jezior podniesiona woda musi w końcu opaść. Jeśli jezioro nie jest za płytkie, opadająca woda popycha resztę i cała zawartość jeziora zaczyna się wahać. Tak samo jak to się dzieje z popchniętą huśtawką. Innym czynnikiem może być szybko przemieszczający się niż, który najpierw zasysa wodę w jedną stronę a gdy odchodzi "puszcza" ją.
Jeszcze innym powodem może być fala sejsmiczna - deformując grunt podczas swego przejścia przekazuje energię wodzie, spośród różnych możliwych fal wzmocniona zostaje ta, która może uzyskać rezonans stając się falą stojącą. Jeśli wstrząsy trwają odpowiednio długo, rezonans między nimi a falą podwyższa ją, niekiedy znacznie.
 Z punktu widzenia stojących na brzegu wygląda to tak, że na jeziorze najpierw powstaje przypływ, potem woda opada aż odsłania część dna, po czym znów powraca - i tak kilka czy kilkanaście razy, przy czym jeden cykl może trwać 5 -15 minut, czasm krócej.
Sejsza w norweskim fjordzie w marcu 2011. Poziom wody zmienił się o metr w ciągu minuty

Zafalowania tego typu na pewno były obserwowane już dawno, ale pierwszy dokładny opis podał Alphonse Forel badający jezioro Genewskie w 1890 roku. Wahania poziomu sięgały 40 centymetrów w rejonie Genewy. Nazwa pochodzi od francuskiego słowa oznaczającego "wahać się w tę i z powrotem". Znane jest z wielkich jezior amerykańskich. Jezioro Erie jest pod tym względem na tyle korzystnie ukształtowane, że tutaj sejsze mogą osiągać podczas huraganów amplitudę do pięciu metrów, przyczyniając się do strat na brzegach. Na jeziorze Michigan w 1955 roku sejsza wywołana linią szkwałową osiągnęła 3 metry u wybrzeży Chicago, ośmiu wędkarzy utonęło gdy napływająca woda zmyła ich z falochronu[3]
Sejsze wywołane trzęsieniami ziemi zdarzają się też na basenach, doprowadzając do wychlupania się części wody. Skrajnym przykładem może być ten film hotelowego basenu, gdzie rezonans stworzył wyjątkowo wysokie zafalowanie:



Na tej samej zasadzie sejsze powstają na jeziorach, nieraz bardzo odległych od epicentrum. Po trzęsieniu ziemi w Assamie w 1950 roku, sejsze pojawiły się w norweskich fjordach i w brytyjskich jeziorach. Tak też było po trzęsieniu w Japonii - sejsza w Norwegii osiągała miejscami amplitudę do 2 metrów i okres od kilku do kilkunastu minut[4]. W samej Japonii sejsza powstała w jeziorze Saiko opodal Fujijamy, wyrzucając ryby na brzeg metr nad normalny poziom; okres wahań tej sejszy wynosił tylko dwie minuty. Okoliczni wędkarze myśleli że to tsunami.[5]. Badania geologiczne wykazały że co pewien czas w jeziorze Tahoe w Kaliforni, po wstrząsie na jednym z okolicznych uskoków, może formować się fala o wysokości od trzech do nawet dziesięciu metrów, interpretowana jako sejsza wzbudzona rezonansem ze wstrząsami. Poprzedni taki przypadek miał miejsce po zakończeniu zlodowacenia ale okoliczne służby biorą pod uwagę scenariusz powtórzenia się fali.[6]

A w Polsce? Cóż, wiadomo o sejszach w Bałtyku - okres wahań to 36 godzin a amplituda zwykle około pół metra, jednak czasem w okolicach Sankt Petersburga może osiągać trzy metry. Na pewno występują też na podłużnych polskich jeziorach - na Jezioraku czy Miedwie - zdaje się jednak że nikt tego specjalnie nie badał.
------
[1]  http://odkrywcy.pl/kat,1038063,title,Wiry-w-norweskich-fiordach-to-efekt-trzesienia-ziemi-w-Japonii,wid,15913319,wiadomosc.html
[2] Stein Bondevik, Bjørn Gjevik, Mathilde B. Sørensen  Norwegian seiches from the giant 2011 Tohoku earthquake, Geophysical Research Letters Volume 40, Issue 13, pages 3374–3378, 16 July 2013
[3]  http://articles.chicagotribune.com/1994-06-19/news/9406190133_1_lake-michigan-breakwater-chicago-river
[4] https://www.youtube.com/watch?v=sa1ogAA8WCE
[5] http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/WCEE2012_0935.pdf
[6]  The potential hazard from tsunami and seiche waves generated by future largeearthquakes within the Lake Tahoe basin, California-Nevada

poniedziałek, 30 lipca 2012

Woda z topniejących lodowców spływa do mózgów...

Jednym z ostatnich "naukowych" newsów jest wiadomość, że coś nie dobrego stało się w lodowcami na Grenlandii - natomiast co do tego co konkretnie, to całkiem niewinna informacja zdążyła w ciągu jednego dnia przejść ciekawą ewolucję. O ile nad ranem Odkrywcy informowali jeszcze że:
Niespotykany proces topnienia pokrywy lodowej na Grenlandii zarejestrowały w ciągu kilku dni lipca satelity NASA. Lód na praktycznie całej wyspie w niezwykle dużym stopniu uległ topnieniu – podała na swojej stronie amerykańska agencja kosmiczna. Takie zjawisko jest bardzo rzadko spotykane. Co mogło je wywołać?

W lecie średnio około połowy powierzchni lądolodu topnieje w sposób naturalny. Jednak tegoroczny poziom topnienia lodu drastycznie się zwiększył. Zgodnie z danymi satelitarnymi około 97 proc. powierzchni pokrywy lodowej w połowie lipca uległo powierzchniowemu topnieniu. Badacze nie wiedzą jeszcze, czy to zjawisko wpłynie na końcową letnią utratę lodu i czy podniesie się w związku z tym poziom mórz.

O tyle teraz Onet.pl pisze:
Niemal cała pokrywa lodowa Grenlandii stopniała. NASA była tak zaszokowana tym widokiem, że myśleli, że popełnili błąd. Pokrywa lodowa Grenlandii co roku trochę topnieje, ale w tym roku stopniała prawie zupełnie i było to zupełnie zaskakujące.
Można z tego tekstu zrozumieć, że gruba na ponad trzy kilometry pokrywa lodowa Grenlandii, stopniała całkowicie w kilka dni, co jest oczywistą bzdurą. W czym natomiast rzecz?

Lodowiec, zasadniczo jest wielką kupą śniegu, który tak się swoją masą sprasował, że przeobraził się w lód i zaczął spływać w dół od miejsca w którym się akumulował. Lód bowiem, choć wydaje się bardzo twardy, zmienia swe właściwości pod wpływem bardzo wysokich ciśnień, ulegając "płynięciu" i zachowując się troszeczkę jak bryła miękkiego metalu. Poddany naciskowi powoli ale jednak odkształci się. W podobny sposób zachowuje się sól kamienna - sprasowana przez kilometry skał zostaje wyciśnięta w górę w miejscu osłabienia lub tektonicznej nieciągłości warstw, tworząc "buławę" nazywaną wysadem, sięgającą nieraz bardzo płytko. Wysad w Wapnie zaczynał się tylko 50 metrów pod powierzchnią.
Jeśli więc w miejscu gdzie gromadzi się śnieg, zwykle górskiej kotlinie, utworzy się go odpowiednio gruba warstwa, zmiękczone warstwy spodnie zostaną wypchnięte gdzie tylko mogą, na przykład do leżącej poniżej doliny. Z wyciśniętego lodu tworzy się jęzor, płynący przez dolinę dzięki popychaniu przez kolejne partie akumulowanego materiału, oraz dzięki lekkiemu nadtapianiu w spodnich warstwach, co tworzy wodno-błotny smar.
Jeśli chodzi o akumulację i topnienie, to lodowiec można podzielić na dwa obszary - pola firnowe i obszary ablacji. Na tych pierwszych spada więcej śniegu niż topnieje go w okresie ciepłym. To tu przyrasta ilość lodu i stąd ruszają lodowce. Drugi, leżący niżej obszar, to ten gdzie więcej lodu topnieje co roku niż spada. Granica miedzy tymi obszarami, wyznaczającą wysokość powyżej której spadły śnieg będzie się utrzymywał, to granicy wiecznego śniegu, której przebieg zależy od warunków lokalnych, szerokości geograficznej i ilości opadów. To chyba zrozumiałe.

W przypadku Grenlandii wysokość granicy wiecznego śniegu wynosi około 1000-500 metrów nad morze, ponieważ zaś większość lądolodu leży powyżej tej wysokości, to i większość jego powierzchni stanowią pola firnowe. W normalnej zatem sytuacji lodowce topnieją silnie na obrzeżach, na części pól firnowych topnieją słabo, na tyle mało, że nie przekraczają ilości spadłej podczas zimy, a na części powierzchni, w głębi kontynentu, śnieg praktycznie nie topnieje, najwyżej staje się wilgotny i po nocnym przemrożeniu zbija się w twardy firn, od którego obszary te wzięły nazwę.
Wiedząc to wszystko, łatwo możemy zinterpretować doniesienia - dotychczas obszar objęty topnieniem obejmował tylko 40% powierzchni Grenlandii, jednak masa bardzo ciepłego powietrza, jaka przez kilka dni oddziaływała na tamte tereny spowodowała, że na większości powierzchni stało się wykrywalne powierzchniowe topnienie. Stan ten minął a i tak dotyczył tylko cienkich warstw zewnętrznych. Nie ma mowy o "całkowitym stopieniu pokrywy lodowej" jak to idiotycznie piszą media.
Tak wyglądałaby Grenlandia bez lodowców

Odniosę się też może do ostatnich anomalii pogodowych w naszym kraju, o których piszą u nas media. Co jest przyczyną, że pojawiają się obecnie zjawiska, jakich nigdy nie było? Krótka pamięć. Cały ten blog dowodzi, że tego typu zjawiska nie są u nas żadną nowością, może jedynie dawniej nie było telewizji na okrągło zalewającej nas tymi samymi, wciąż powtarzanymi zdjęciami, filmami i komentarzami, co współcześnie sprzyja rozwijaniu atmosfery zagrożenia. Tak więc nie przejmujcie się za bardzo co tam piszą w gazetach - czasem piszą nie zbyt mądrze.