Giáo trình Địa chất cơ sở (Nghề: Vận hành thiết bị khai thác dầu khí - Cao đẳng) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Đại cương; Những vấn đề khái quát về trái đất; Tác dụng địa chất ngoại lực; Tác dụng địa chất nội lực. Mời các bạn cùng tham khảo!
ĐẠI CƯƠNG VỀ MÔN HỌC
ĐỊA CHẤT HỌC VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Địa chất học xuất xứ từ thuật ngữ Geologes (Hy Lạp) với “Geo”: Trái Đất,
“Logos”: lời nói, học thuyết Latin hóa thành Geology với ý nghĩa là “Khoa học về Trái Đất” Địa chất học là môn khoa học về Trái Đất không chỉ nghiên cứu về các quá trình trên bề mặt Trái Đất mà còn nghiên cứu về đáy đại dương, cấu trúc bên trong của vỏ Trái Đất; không chỉ nghiên cứu Trái Đất như chúng ta thấy hiện nay mà còn nghiên cứu thành phần, cấu trúc, các qui luật phát sinh và phát triển của Trái đất cũng như lịch sử của nó trong điều kiện hiện nay
1.1.1 Đối tượng nghiên cứu của địa chất học
Phần vật chất cứng của vỏ Trái Đất như thành phần vật chất tạo thành cấu trúc của chúng, quá trình hình thành, biến động và tiến triển của chúng, bao gồm:
- Vật thể tự nhiên trên bề mặt của Trái đất: Khoáng vật, đá, quặng mỏ,… (Thành phần)
- Sự phân bố của các vật thể tự nhiên (Cấu trúc)
- Nguyên nhân và các quy luật phát sinh, hình thành nên các vật thể tự nhiên (Nguồn gốc)
- Sự tiến hóa, sự phát triển của các quá trình địa chất và sự tiến hóa của Trái đất
1.1.2 Nhiệm vụ của địa chất học
- Trong lĩnh vực tìm kiếm thăm dò địa chất, môn học có nhiệm vụ nghiên cứu sự hình thành, quy luật phân bố của các tài nguyên khoáng sản, bao gồm cả nguồn năng lượng để đưa vào sử dụng có ích cho con người
- Đối với các lĩnh vực địa chất công trình, địa chất thủy văn và các ngành có liên quan thì địa chất học đóng góp những hiểu biết cần thiết cho công tác xây dựng, thiết kế, quy hoạch kinh tế, đô thị, bảo vệ môi trường sống, phòng chống thiên tai (như động đất, núi lửa, lũ lụt, sạt lở, nhiễm mặn,…) cho đến cả khai thác ưu thế tiềm năng về du lịch…
1.1.3 Mối quan hệ của địa chất học với các ngành khoa học khác
Vì địa chất học là ngành khoa học nghiên cứu về Trái Đất, nó bao gồm việc nghiên cứu tất cả các hoạt động, quá trình và sự phát triển theo thời gian của các đối tượng địa chất trong những điều kiện vật lý, hóa học, sinh học và các điều kiện tự nhiên khác vô cùng phức tạp Do đó địa chất học có mối quan hệ khăng khít với hầu hết các ngành khoa học khác như: vật lý, hóa học, toán học, cơ học, sinh vật học Địa chất học không những sử dụng thành quả của các nghiên cứu này mà còn bổ sung các dữ liệu và kiểm chứng những kết quả của các nghiên cứu đó Mối liên hệ giữa địa chất học và các môn khoa học cơ bản còn được thể hiện bởi sự ra đời của một loạt các môn khoa học có tính chất liên kết với mục đích giải quyết các vấn đề của địa chất học như: địa hoá học, địa vật lý, toán địa chất, tin học địa chất…
1.1.4 Ý nghĩa của nghiên cứu địa chất đối với cuộc sống con người
- Việc nghiên cứu địa chất có ý nghĩa thực tiễn quan trọng với mục đích cuối cùng là phục vụ đời sống của con người Cuộc sống của muôn loài phụ thuộc vào môi trường xung quanh và môi trường đó được quyết định bởi các quá trình địa chất trên mặt hoặc bên trong Trái Đất Do đó mức độ hiểu biết của chúng ta về hành vi của các quá trình địa chất sẽ quyết định tương lai của nhân loại nhờ những dự báo và tiên đoán của chúng ta Để có thể dự đoán được những gì sẽ xảy ra trong tương lai, chúng ta phải hiểu rõ rất cả về vật chất của Trái Đất và các quá trình địa chất
- Tất cả nguồn tài nguyên mà chúng ta đang sử dụng đều đến từ Trái Đất, do đó việc nghiên cứu và hiểu biết rõ quy luật phân bố, trữ lượng tài nguyên (khoáng sản, nước dưới đất…) có mặt bên trong và trên mặt đất và ý nghĩa của chúng đối với cuộc sống con người sẽ giúp chúng ta định hướng được sự phát triển thông qua việc khai thác và sử dụng tài nguyên hợp lý
- Vì toàn bộ các kết cấu do con người tạo ra (nhà cửa, đường xa, cầu cống, sân bay, thủy điện…) đều được đặt trên nền móng là phần trên cùng của Trái Đất nên độ an toàn và ổn định của chúng sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào sự hiểu biết về đặc điểm của nền móng này thông qua việc nghiên cứu địa chất
- Tất cả các tai biến đã, đang và sẽ xảy ra đều có nguồn gốc từ các hoạt động của Trái Đất Có thể một ngày nào đó chúng ta học được cách để khống chế các thiên tai, nhưng hiện tại điều tốt nhất ta có thể làm được đó là dự đoán các thiên tai đó sẽ xảy ra khi nào và ở đâu để chuẩn bị đối phó nếu chúng xảy ra Để có thể dự đoán được chính xác các hiện tượng tự nhiên đó, ta phải biết được sự thay đổi có thể xảy ra và các dấu hiệu của nó thông qua việc nghiên cứu các quá trình địa chất
1.1.5 Xu thế phát triển của địa chất học
- Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của nghiên cứu khoa học trong thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21, ngành địa chất học thế giới cũng đang đứng trước những cơ hội và thử thách mới Với sự ứng dụng ngày càng tăng các thành tựu của khoa học công nghệ trong nghiên cứu địa chất, địa chất học ngày càng được định lượng hóa cả ở tầm vĩ mô và vi mô
- Việc nghiên cứu địa chất ngày càng được chính xác hóa và những kết quả nghiên cứu ngày càng tiệm cận với quy luật thực tế của các quá trình địa chất, cả trong quá khứ và hiện tại
- Việc nghiên cứu địa chất không chỉ được thúc đẩy trên đất liền mà còn được tiến hành rộng rãi trên biển và dưới đáy đại dương, và tiến sâu hơn vào các phần sâu hơn của Trái Đất
- Hơn thế nữa, việc nghiên cứu địa chất đang được tiến hành với quy mô ngày càng tăng vào mối quan hệ giữa Trái Đất với các hành tinh khác trong hệ Mặt Trời, và bản chất địa chất của các hành tinh cũng như của vũ trụ đã hình thành môn địa chất vũ trụ.
CÁC NGÀNH VÀ MÔN HỌC ĐỊA CHẤT
Địa chất học được chia thành nhiều nhánh nghiên cứu khác nhau trong đó có địa chất cơ sở (general geology) và địa chất lịch sử (historical geology) Địa chất cơ sở nghiên cứu các quá trình địa chất xảy ra trên hoặc bên dưới bề mặt Trái Đất và các vật chất bị chúng tác động Địa chất lịch sử nghiên cứu về trình tự thời gian mà các sự kiện, cả tự nhiên và sinh học đã xảy ra trên Trái Đất trong quá khứ Ngoài ra phụ thuộc vào đối tượng nghiên cứu cụ thể mà các nhánh đó lại được chia ra thành nhiều môn khác nhau Sự phân nghành trong môn Địa chất học, có thể bao gồm các môn khoa
Trang 17 học dựa theo 7 hướng nghiên cứu cơ bản sau:
- Hướng 1: Nghiên cứu thành phần, cấu trúc của đất đá: Thạch học, Khoáng vật và tinh thể,…
- Hướng 2: Nghiên cứu về lịch sử Trái đất: Địa sử học, Địa tầng học, Cổ địa lý học,…
- Hướng 3: Nghiên cứu những chuyển động kiến tạo vỏ Trái đất: Địa kiến tạo, Địa mạo, Địa chất kiến tạo, Địa mạo tân kiến tạo,…
- Hướng 4: Nghiên cứu sự hình thành và phân bố khoáng sản: Khoáng sàng học, Địa chất dầu khí, tìm kiếm thăm dò khoáng sản,…
- Hướng 5: Nghiên cứu sự phân bố, vận động của nước dưới đất: Địa chất thủy văn,…
- Hướng 6: Nghiên cứu điều kiện địa chất cho các công trình nền móng: Địa chất công trình,…
- Hướng 7: Nghiên cứu những biện pháp phòng chống thiên tai, bảo vệ môi trường: Địa chất môi trường, Địa chấn học,…
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỊA CHẤT HỌC
Vì: - Đối tượng nghiên cứu rất đa dạng, chiếm một không gian vô cùng sâu rộng, có khi vượt xa khả năng trực tiếp quan sát nghiên cứu của con người
- Thời gian diễn biến của các quá trình địa chất rất lâu dài và cũng có thể là đột ngột xảy ra như các hiện tượng động đất, núi lửa…
- Quá trình địa chất phát sinh và phát triển lại rất phức tạp, chịu nhiều yếu tố chi phối, tác động và xảy ra trong những điều kiện khác nhau Ví dụ những quá trình địa chất xảy ra ở độ sâu có thể chịu nhiệt độ tăng cao tới hang nghìn độ, áp suất lớn khác xa với điều kiện ở trên mặt
Do đó: Các phương pháp nghiên cứu địa chất học cũng có nhiều điểm riêng biệt khác nhau, bao gồm một tổ hợp các phương pháp sau:
1.3.1 Phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa
Là phương pháp khảo sát địa chất, thu thập thông tin (số liệu địa chất, lấy mẫu…) thông qua quan sát bằng mắt thường hoặc sử dụng các máy móc hiện đại (địa vật lý, khoan, viễn thám…)
Những chỗ được khảo sát, được gọi là “vết lộ” Khảo sát vết lộ để:
+ Xem cấu tạo của nó là gì ? ( Khối, dòng chảy, bở rời,…)
+ Xem thành phần cấu tạo là gì ?
+ Xác định sơ bộ tên của nó ( Đá Granite, Bazan,…)
+ Lấy mẫu để phân tích
+ Ghi hình vết lộ làm tài liệu nghiên cứu,…
Hình 1 1 Hình ảnh thực địa đo vẽ bản đồ của USGS năm 1950
Các quan sát trực tiếp ngoài thực địa ngày nay được nhiều phương tiện máy móc thay thế và nâng cao hiệu quả nghiên cứu như máy móc địa vật lý, các công trình khoan … Đặc biệt các phương tiện viễn thám (máy bay, vệ tinh, tàu vũ trụ) đã mở rộng tầm mắt, nối dài tầm tay cho con người
Ngày nay, nghiên cứu địa chất nhất là trong đo vẽ bản đồ địa chất không thể thiếu được công tác phân tích ảnh viễn thám Có thể nói sự xuất hiện của ảnh viễn thám với kính lập thể là một bước ngoặc lịch sử để nghiên cứu cấu trúc vỏ Trái Đất, nó có ý nghĩa rất to lớn như sự xuất hiện kính hiển vi phân cực ở thế kỷ trước để tìm hiểu thành phần vật chất vi mô
Công việc khảo sát địa chất thực tế hay thực địa thay đổi tùy theo nhiệm vụ được giao (đặt ra) Các công việc thông thường bao gồm: a Lập bản đồ địa chất:
- Bản đồ cấu trúc: xác định vị trí của các thành tạo đá chính và các đứt gãy, nếp uốn
- Bản đồ địa tầng: xác định vị trí của các tướng trầm tích (tướng thạch học, tướng sinh học) hoặc lập bản đồ đẳng dày của các lớp đá trầm tích
Trang 19 b Khảo sát các đặc điểm địa hình:
- Lập bản đồ địa hình: Khảo sát sự thay đổi của địa hình cảnh quan (các dạng xói mòn và tích tụ, sự thay đổi lòng sông tạo ra khúc uốn, thay đổi mực xâm thực cơ sở, các quá trình sườn, )
- Lập bản đồ dưới bề mặt bằng phương pháp địa vật lý (để tìm kiếm dầu khí, nước ngầm,xác định vị trí các kiến trúc cổ bị chôn vùi ), bao gồm: khảo sát bằng sóng địa chấn ở độ sâu nông, thẩm thấu radar mặt đất, ảnh điện trở
- Địa tầng học phân dải cao: đo đạc và mô tả các mặt cắt địa tầng trên bề mặt và khoan, đo đạc trong giếng khoan
- Sinh địa hóa học và vi sinh địa học: thu thập mẫu để xác định các đường sinh hóa, các tổ hợp loài mới, các hợp chất hóa học mới nhằm hiểu rõ thêm về tiến trình của sự sống trước đây trên Trái Đất, tìm kiếm các hợp chất quan trọng để sử dụng trong dược phẩm
- Cổ sinh vật học: xác định các hóa thạch để nghiên cứu sự sống trong quá khứ và sự tiến hóa của nó, trưng bày trong bảo tàng
- Thu thập mẫu để nghiên cứu Niên đại địa chất
- Nghiên cứu băng hà: đo đạc các đặc điểm của băng hà và sự di chuyển của chúng
1.3.2 Phương pháp nghiên cứu trong phòng
Các phương pháp nghiên cứu trong phòng bao gồm việc phân tích dữ liệu địa chất, phân tích mẫu, tổng hợp số liệu, mô phỏng thực nghiệm, suy đoán và đối sánh (lấy mới soi cũ…) và mô hình hóa
Hình 1 2 Kính hiển vi phân tích thành phần thạch học a Thạch học:
Xác định các mẫu đá dưới kính hiển vi quang học (xác định các thuộc tính khác nhau của các khoáng vật tạo đá bởi ánh sáng phân cực xuyên qua lát mỏng trên mặt phẳng phân cực) và dưới kính hiển vi điện tử (xác định sự thay đổi thành phần hóa học của các tinh thể khoáng vật riêng lẻ)
Các nghiên cứu về đồng vị phóng xạ sau khi xác định thành phần thạch học giúp hiểu hơn về thành phần vật chất bên trong, cũng như sự tiến hóa về địa hóa của các loại đá Các dữ liệu về nhiệt độ và áp suất của các bao thể trong đá sau khi nghiên cứu thạch học của đá giúp ta khôi phục lại môi trường và điều kiện thành tạo của các pha tạo khoáng khác nhau b Địa chất cấu tạo:
Các nhà địa chất cấu tạo sử dụng phương pháp phân tích thạch học lát mỏng để quan sát cấu tạo thớ nứt của đá vì chúng cung cấp thông tin về ứng suất bên trong cấu trúc tinh thể khoáng vật của đá
NHỮNG VẤN ĐỀ KHÁI QUÁT VỀ TRÁI ĐẤT
NGUỒN GỐC TRÁI ĐẤT
Trái Đất là một thiên thể trong vũ trụ Vũ trụ là thế giới vật chất bao quanh Trong vũ trụ có vô số hệ thiên thể (hệ sao) Hiện nay, khoa học cho biết có đến 10 tỷ hệ sao, hệ xa nhất mà con người có thể quan sát được với trình độ kỹ thuật hiện đại là
1010 năm ánh sáng (1 năm ánh sang bằng 94,6 x 10 12 km) Khoảng cách giữa các hệ sao khoảng 1,6 x 10 9 năm ánh sáng
Chương 2: Những vấn đề khái quát về Trái Đất Trang 25
Trái Đất nằm trong hệ Mặt trời Hệ Mặt trời nằm trong một hệ lớn hơn nhiều gọi là hệ Ngân Hà Hệ Ngân hà lại là một hệ nhỏ trong một hệ sao lớn hơn gọi là Thiên hà Nhiều thiên hà nằm trong một hệ lớn hơn nữa là Siêu thiên hà
CẤU TRÚC VÀ CÁC THÀNH PHẦN CỦA TRÁI ĐẤT – CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA TRÁI ĐẤT
2.2.1 Hình dạng, kích thước, hình thái bề mặt của trái đất a Hình dạng:
Trái Đất là một hành tinh có dạng gần cầu Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trời và các lực hấp dẫn vũ trụ quyết định tới hình dạng, cấu trúc, và sự phân bố các đặc tính hoá lý bên trong và bên ngoài Trái Đất Các đo đạc chính xác gần đây cho thấy hình dạng bên ngoài của Trái Đất tương đối bất thường Trước đây người ta cho rằng Trái Đất có dạng ellipsoid với độ dẹt theo phương của trục xoay là 1/298,275 (Bán kính ở xích đạo: 6378,14km Bán kính ở cực: 6356,779km Theo số liệu của Hội nghị Trắc địa Quốc Tế lần thứ 16, Grenoble, 1975) Tuy nhiên những quan sát chính xác hơn bằng vệ tinh nhân tạo cho thấy Trái Đất không có dạng ellipsoid lý tưởng mà có dạng “quả lê” trong đó cực Bắc nhô cao hơn 10m và cực Nam lõm vào 30m b Kích thước:
Bán kính xích đạo : 6378,140 Km
Bán kính bình quân : 6371,012 Km (R) Độ dẹt : 1/298,275
Chu vi xích đạo : 40075,240 Km
Chu vi kinh tuyến : 40008,060 Km
Diện tích : 510 x 10 6 Km 2 (S=4 R 2 ) c Hình thái bề mặt Trái Đất:
Gần 71% diện tích bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi một khối lượng nước khổng lồ, chúng tạo thành các biển và đại dương Hơn 29% diện tích (29,2%) bề mặt Trái Đất còn lại là các vùng nhô cao của bề mặt Trái Đất so với mực nước biển, được gọi là các lục địa Các lục địa phân bố chủ yếu ở Bán cầu bắc Kích thước các lục địa cũng thay đổi khác nhau, trong đó các lục địa ở phía bắc gắn kết với nhau tạo thành
Chương 2: Những vấn đề khái quát về Trái Đất Trang 26 các vùng đất rộng lớn còn ở phía nam thường là các lục địa riêng rẽ nổi trên mặt đại dương Đường bờ biển phân cách các lục địa và đại dương thường là các đường uốn lượn phức tạp Địa hình bề mặt Trái Đất rất gồ ghề và có độ chênh lệch độ cao rất lớn Độ chênh cao giữa nơi cao nhất trên lục địa và nơi sâu nhất dưới đáy các đại dương là khoảng gần 20.000m Địa hình lục địa gồm cả các vùng bình nguyên bằng phẳng, vùng đồi núi thấp, cao nguyên và các vùng núi cao hiểm trở Độ cao trung bình của địa hình lục địa so với mực nước biển trung bình khoảng 875m Đỉnh núi cao nhất (Verest) có độ cao 8848,13m
Tương tự như lục địa, dù chìm sâu dưới nước biển nhưng địa hình đáy đại dương cũng phân dị hết sức phức tạp Độ sâu trung bình của vỏ đại dương khoảng 3700m dưới mực nước biển trung bình Nơi sâu nhất của đáy đại dương có độ sâu tới 11.033m (hố sâu Mariana) Địa hình đáy biển và đại dương được chia thành một số phần chính như sau:
➢ Rìa lục địa (đới chuyển tiếp lục địa - đại dương), thềm lục địa (phần tiếp giáp giữa rìa lục địa và phần biển khơi, tương đối nông và có độ dốc thoải [< 0,30]);
➢ Sườn lục địa (continental slope: phần nằm cạnh thềm lục địa, có độ dốc lớn và có độ sâu < 2000m);
➢ Chân lục địa (continental rise, nằm phía ngoài sườn lục địa và nối với bồn đại dương, thoải, độ sâu 2000 - 5000m)
➢ Rãnh nước sâu (oceanic trench) là các vực thẳm dạng tuyến hẹp và kéo dài, có độ sâu trên 6000m, chủ yếu phân bố quanh Thái Bình Dương, thường chạy song song với đường bờ của một số lục địa hoặc dọc các cung đảo
➢ Cung đảo đại dương (là chuỗi các hòn đảo được hình thành từ sự phun trào của núi lửa hoặc xâm nhập của magma phân bố trong lòng các đại dương, thường chạy song song với các rãnh sâu đại dương và nằm ở phía tiếp giáp với lục địa, là nơi có hoạt động núi lửa và động đất mạnh mẽ)
➢ Bồn đại dương hay đồng bằng biển thẳm (phần đáy của đại dương bằng phẳng), độ sâu 4000-6000m; trong bồn đại dương có các vùng nhô cao cục bộ được gọi là các sea mounts (núi dưới biển) hoặc abyssal hills (đồi biển thẳm)
➢ Sống núi giữa đại dương (là các dãy núi ngầm ở giữa đáy đại dương - chiều dài tổng cộng tới 65.000km, chiều cao trung bình so với đáy đại dương khoảng 2.000 - 3.000m và có nơi nổi lên trên bề mặt đại dương (Iceland) Dọc theo trung tâm của các sống núi thường là các dải sụt tương đối (rift) (sâu 1 - 2km, rộng từ hơn 10km tới
Chương 2: Những vấn đề khái quát về Trái Đất Trang 27
50km) và dọc theo chúng thường xảy ra sự tách giãn và mở rộng đáy đại dương, các hoạt động động đất và núi lửa kèm theo là sự phun trào và xâm nhập của magma
Hình 2 1 Mặt cắt tổng quát qua lục địa và đáy đại dương
(1- Thềm lục địa; 2- Sườn lục địa; 3- Chân lục địa; 4- Lòng chảo biển ven; 5- Vòng cung đảo; 6- Rãnh sâu; 7- Bình nguyên sâu; 8- Dãy núi giữa đại dương; 9- Đồi nước sâu.) Hình 2 2 Mặt cắt bao quát của đáy đại dương d Những dạng địa hình lớn của đáy đại dương
Theo những quan điểm hiện đại, có thể phân chia những cấu trúc vĩ mô của đáy đại dương sâu: rìa lục địa dưới nước; đới chuyển tiếp; những dãy núi giữa đại dương; lòng chảo đại dương
Rìa lục địa dưới nước chiếm 22,6 % đáy Đại dương Thế giới, viền quanh tất cả các lục địa, gồm những dạng địa hình lớn sau đây:
➢ Thềm lục địa là phần kéo dài trực tiếp của nền lục địa Nơi đây đáy đại dương hạ thấp dần đều tới độ sâu 200m, có khi sâu hơn, tới 2000m như ở biển Ôkhôt, và độ dốc nhỏ, dưới 3 o Địa hình đáy thường khá phẳng, nhưng nhiều khi phát hiện thấy các dạng cổ phản ánh địa hình nền đất liền kế cận Bề rộng lớn nhất quan sát thấy ở vùng thềm lục địa Bắc Băng Dương; ở bờ châu Âu, các bờ đông của châu Mỹ, bờ đông nam Nam Mỹ của Đại Tây Dương; bờ đông châu Á và vùng quần đảo Dônđơ của Thái Bình Dương Trong khi đó ở vùng bờ tây của Bắc Mỹ và Nam Mỹ, ở bờ châu Phi thềm
Chương 2: Những vấn đề khái quát về Trái Đất Trang 28 lục địa rất hẹp
Từ phía biển và đại dương, thềm lục địa giới hạn bởi sườn lục địa
➢ Sườn lục địa là phần dưới nước của lục địa, nằm ở độ sâu từ khoảng 200m đến khoảng 2500m Nơi đây đáy biển có độ dốc lớn hơn ở thềm lục địa, tới 4-7 o , đôi khi tới 13-14 o , thậm chí 20-40 o , tức gần như độ dốc của sườn núi trên đất liền, do đó tại đây tính chất của sóng biển, hướng dòng chảy biển thay đổi
➢ Chân lục địa - miền bình nguyên khổng lồ gồm các đá trầm tích lục nguyên dày tới 3,5km, mặt nghiêng, dạng sóng thoải, bề rộng kể từ biên với sườn lục địa ra tới vùng nước sâu của đại dương bằng khoảng vài trăm km
TUỔI THÀNH TẠO ĐỊA CHẤT
2.3.1 Tuổi của các thành tạo địa chất
Các nhà địa chất học và các nhà địa vật lý hiện đại cho rằng tuổi của Trái Đất khoảng 4,54 tỷ năm (4,54 × 109 năm ± 1%) Giá trị này được xác định bằng tuổi đồng vị phóng xạ của các thiên thạch và vật liệu có tuổi cổ nhất trên Trái Đất đã được biết đến cũng như các mẫu trên Mặt Trăng
2.3.2 Các phương pháp xác định tuổi tương đối của đá
Tuổi tương đối là tuổi của một sự kiện địa chất được xác định thông qua so sánh với sự kiện xảy ra trước đó và sau đó Ví dụ, một tầng đá trầm tích nằm ngang, lớp đá ở giữa có tuổi trẻ hơn tuổi của đá nằm dưới và già hơn đá nằm trên
Các phương pháp này không cho ta biết được tuổi chính xác của các lớp đá,
Chương 2: Những vấn đề khái quát về Trái Đất Trang 36 nhưng xác định được thời gian hình thành các lớp đá một cách tương đối, cho ta biết được lớp nào hình thành trước, lớp nào hình thành sau.Trên cơ sở nghiên cứu về thành phần, cấu tạo, thế nằm và đặc điểm sự phân lớp của đá và những hóa thạch chứa trong các lớp, người ta có thể xác định tính tương đối về thời gian hình thành của các lớp đá
2.3.3 Các phương pháp xác định tuổi tuyệt đối của đá
Tính tuổi bằng phương pháp đồng vị phóng xạ: Định tuổi bằng đồng vị phóng xạ là một kỹ thuật xác định tuổi của vật liệu, thường dựa trên sự so sánh giữa lượng đồng vị phóng xạ còn lại trong mẫu thử và các sản phẩm phân rã từ các đồng vị này, hay còn gọi là tốc độ phân rã Đây là nguồn thông tin quan trọng trong việc định tuổi chính xác các đá và các yếu tố địa chất khác bao gồm cả tuổi của Trái Đất, và có thể được sử dụng để định tuổi các vật liệu tự nhiên và nhân tạo Cùng với các nguyên tắc của địa tầng học, các phương pháp định tuổi bằng phóng xạ được sử dụng để thiết lập niên đại địa chất
Trong chương này, một số nội dung chính được giới thiệu:
- Cấu trúc và thành phần của Trái đất – Các tính chất vật lý của Trái đất
- Tuổi của các thành tạo địa chất
❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN CHƯƠNG 2
Câu hỏi 1 Em hãy trình bày nguồn gốc của Trái đất
Câu hỏi 2 Hãy mô tả cấu trúc của Trái đất?
Câu hỏi 3 Trình bày các tính chất vật lý của Trái đất?
Câu hỏi 4 Trình bày các cách xác định tuổi của các thành tạo địa chất?
Câu hỏi 5 Xác định đặc điểm địa chất tuyến đường Hạ Long, Tp Vũng Tàu, Mô tả đặc điểm địa chất ngọn núi nơi có tượng chúa dang tay.
TÁC DỤNG ĐỊA CHẤT NGOẠI LỰC
TÁC DỤNG PHONG HÓA
3.1.1 Khái niệm chung về tác dụng phong hóa
Tác dụng phong hóa là toàn bộ quá trình phân huỷ cơ học và phân giải hóa học các khoáng vật và đá dưới tác dụng cảu các tác nhân nhiệt độ, nước, O2, CO2, và của sinh vật
Tác dụng phong hóa xảy ra mạnh mẽ ở gần bề mặt Trái đất, do tại đây chịu tác động trực tiếp của ánh sáng Mặt trời, khí quyển, thủy quyển và sinh quyển
Tác dụng phong hóa được chia ra làm 2 loại: tác dụng phong hóa vật lý và tác dụng phong hóa hóa học
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 39
Phong hóa vật lý là sự phá hủy đá và khoáng vật thành các mảnh vụn có kích thước khác nhau do tác dụng cơ học mà về cơ bản không có sự biến đổi về hóa học Dựa vào guyên nhân gây ra hiện tượng phong hóa , người ta chia ra 2 loại tác dụng phong hóa vật lý: tác dụng phong hóa nhiệt và tác dụng phong hóa cơ học a Tác dụng phong hoá nhiệt: Tác dụng phong hóa nhiệt là một trong những hiện tượng thông thường nhất Tác dụng này sinh ra do sự dao động của nhiệt độ Khi nhiệt độ thay đổi, các hạt khoáng vật tạo đá giãn nở ra hoặc co rút lại
Khả năng hấp thụ nhiệt mặt trời của đá giảm theo chiều sâu và tùy thuộc từng loại khoáng vật
Những nhân tố ảnh hưởng đến phong hóa nhiệt độ là:
- Biên độ dao động nhiệt
- Sự không đồng nhất về thành phần của đá
- Kích thước hạt khoáng vật trong đá
- Đá càng bị nứt nẻ nhiều càng bị phong hóa mạnh
Hình 3 1 Đá vỡ ra do sự thay đổi nhiệt độ đột ngột b Tác dụng phong hoá cơ học: là quá trình phong hóa trong đó các tác nhân vật lý là tác nhân gây phong hóa Phong hóa cơ học phá vỡ các đá gốc thành những mảnh
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 40 vụn mà không làm thay đổi thành phần hóa học của đá
Những nhân tố ảnh hưởng đến phong hóa cơ học là:
- Do nước (chảy, đóng băng) trong khe nứt của đá
- Do sư kết tinh của muối trong khe nứt của đá
- Do đá bị tẩm ướt và phơi khô theo chu kì
- Do sinh vật: sự lớn lên của rễ cây, hoạt động của con người.
Phong hóa hóa học là quá trình phá hủy đá do tác dụng hóa học của các tác nhân khí quyển, thủy quyển và sinh quyển, trong đó nước có chứa các thành phần hóa học là tác nhân quan trọng nhất Phong hóa hóa học làm đá bị biến đổi sâu sắc về các tính chất vật lý, cấu tạo, kiến trúc và thành phần hóa học Oxy, nước, thán khí (khí carbonic ) với các acid hữu cơ là những yếu tố hóa học hoạt động nhất
Tác dụng phong hóa hóa học được chia ra 4 loại: a Sự oxi hoá: các khoáng vật và đá xảy ra ở môi trường thiên nhiên khi có mặt oxy tự do thường có trong nước Oxy hóa là quá trình các nguyên tố oxy tự do tham gia vào quá trình oxy hóa Quá trình oxy hóa luôn có xu hướng làm cho các nguyên tố chuyển từ hóa trị thấp lên hóa trị cao theo hướng từ kém bền vững sang bền vững hơn b Sự hydrat hoá (thủy hóa): Là hiện tượng thành tạo các hợp chất (khoáng vật) chứa nước bằng phương thức hấp thụ (hút nước), nghĩa là có sự tham gia của nước theo một tỉ lệ nhất định vào mạng lưới cấu trúc của tinh thể để thành tạo nên những khoáng vật mới, đồng thời tăng thể tích làm vỡ các đá vây quanh Nước bị hút chỉ có thể được giải phóng khi khoáng vật bị tan rã hoàn toàn, hiện tượng chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao (400 o C và hơn) c Sự hòa tan: Xảy ra do tác dụng chung của H2O và axit cacbonit trên đá
Quá trình hòa tan phụ thuộc vào nồng độ H+ có trong nước, nồng độ H+ tăng làm quá trình hòa tan tăng và ngược lại Ngoài ra quá trình này còn phụ thuộc vào khả năng hòa tan của khoáng vật trong nước Các muối halogen có mức độ hòa tan cao nhất (như muối natri NaCl, muối kali KCl ), mức độ hòa tan giảm dần tới các muối sulphat (thạch cao), khó hòa tan nhất là các muối silicat Trong các đá dễ hòa tan, dưới tác dụng của nước và của thán khí xuất hiện những dạng địa hình đặc biệt: phễu, lòng chảo, hang, động Quá trình hòa tan và thành tạo những dạng khác nhau ở trên mặt và ở dưới sâu được gọi là quá trình karst (karst là hiện tượng phong hóa đặc trưng của những miền núi đá vôi bị nước chảy xói mòn Sự xói mòn không phải do cơ chế lực cơ
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 41 học, mà chủ yếu là do khí dioxit carbon (CO2) trong không khí hòa tan vào nước, cộng với các ion dương của hyđrô (H+) tạo thành acid carbonic Acid carbonic là thủ phạm chính trong quá trình ăn mòn đá vôi Sản phẩm tự nhiên của quá trình phong hóa karst là các hang động với các nhũ đá, măng đá, sông suối ngầm ) d Sự thủy phân: Nước và thán khí không những gây nên hiện tượng hòa tan mà còn gây nên hiện tượng phức tạp hơn của sự thủy phân Sự thủy phân gồm có sự phân giải khoáng vật và sự khử một số nguyên tố Sự thủy phân dẫn tới sắp xếp lại mạng lưới tinh thể của khoáng vật do có sự thay đổi các ion, sự thủy phân cũng có thể gây nên sự phá hủy hoàn toàn mạng lưới tinh thể của khoáng vật
3.1.4 Tính giai đoạn và tính phân đới trong quá trình phong hóa
Trong quá trình phong hóa phát sinh hai nhóm sản phẩm phong hóa:
✓ Sản phẩm bị lôi đi nơi khác
✓ Sản phẩm sót lại ngay tại chỗ phá hủy của đá
Các sản phẩm sót là những thành tạo lục địa và gọi là tàn tích (eluvi)
Thành phần tàn tích phụ thuộc vào giai đoạn phong hóa, mỗi giai đoạn có những sản phẩm riêng biệt Có 4 giai đoạn phong hóa: a Giai đoạn vỡ vụn:
Chủ yếu là do phong hoá cơ học, phá vỡ đá mẹ thành đá vụn, thành phần hoá học không đổi hoặc thay đổi không đáng kể Ở các miền khí hậu nóng ẩm, giai đoạn này rất ngắn và quá trình phong hóa hóa học chiếm ưu thế, thành phần khoáng vật bị thay đổi b Giai đoạn Sialit vôi (kiềm):
Là giai đoạn bắt đầu của sự phong hóa hóa học: các alumosilicat bắt đầu bị phá hủy và cho cation bị lôi cuốn đi Các kim loại kiềm và kiềm đất bị hòa tan khiến cho môi trường có phản ứng kiềm Trong điều kiện đó sẽ thành tạo những khoáng vật sét trung gian thuộc nhóm montmorillonit và một phần thuộc nhóm hydromica
Chính ở giai đoạn này muối CaCO3 do ít hòa tan trong nước, tập trung lại trong đất Nó thành tạo do tác dụng của thán khí lên Ca đã được giải phóng Tàn tích giàu CaCO3 được gọi là tàn tích vôi Tàn tích này thường gặp ở miền lục địa khí hậu khô, ở những nơi đá magma và đá biến chất lộ ra trên mặt đất c Giai đoạn Sialit acid (sialit chua):
Các cation tiếp tục bị lôi cuốn đi Một phần SiO2 cũng trôi đi, môi trường kiềm biến thành môi trường acid Các khoáng vật trung gian như montmorillonit, hydromica
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 42 bị phá hủy Trong điều kiện đó, phát sinh những khoáng vật mới thuộc nhóm kaolinit Phần lớn canci bị hòa tan, vì vậy trong tàn tích không thấy có CaCO3 Các quá trình rửa trôi CaCO3 và một phần nào SiO2 phát sinh rất nhanh trong điều kiện khí hậu nóng và ẩm d Giai đoạn alit:
Các khoáng vật sét tiếp tục bị phá hủy Cuối cùng dẫn đến sự thành tạo các hợp chất bền vững ở trên mặt đất là các hydroxit alumin, sắt và silic là những khoáng vật keo Tàn tích phát sinh ở giai đoạn này gọi là alit vì có nhiều hydroxit alumin Tàn tích này phổ biến nhất là ở khí hậu nóng ẩm nhiệt đới và cận nhiệt đới Tàn tích màu đỏ tươi vì có hydroxit sắt Cũng vì thế tàn tích được gọi là đá ong Vỏ phong hóa cổ thường là nguồn gốc của quặng sắt và bauxit
Các loại phong hóa khác nhau (vật lý và hóa học) thường dẫn tới sự thành tạo một khối sản phẩm phá hủy và biến đổi của đá gốc còn lại tại chỗ (eluvi) Đó là vỏ phong hóa
TÁC DỤNG ĐỊA CHẤT CỦA GIÓ
3.2.1 Khái niệm về tác động địa chất của gió
Tác dụng của gió thể hiện trong các đới khí hậu khác nhau, nhưng mạnh nhất ở các khu vực khí hậu khô (hoang mạc hoặc bán hoang mạc), nơi có các đặc điểm sau: + Nhiệt độ thay đổi hàng ngày mạnh gây ra tác dụng phong hóa vật lý rất mạnh + Lượng mưa ít (1), lòng sông (nơi có nước chảy thường xuyên), bờ sông, đáy sông (phần có nước khi có lũ), thung lũng sông (phần diện tích mà theo đó nước chảy đổ dồn vào lòng sông; theo mặt cắt ngang có các dạng: hẻm - lòng hẹp vách đứng, dạng chữ V, dạng chữ U, dạng không đối xứng), đường chia nước - đường phân thủy (phân chia lưu vực sông), hệ thống sông (gồm nhiều sông lớn nhỏ đổ nước vào một khu vực), phân đoạn sông (thượng lưu - xâm thực đào lòng; trung lưu - vận chuyển; hạ lưu - lắng đọng trầm tích)
Một số địa hình có liên quan với sự phát triển của sông:
- Bãi bồi: phần địa hình có phù sa lắng đọng trong lũng sông, mùa mưa bãi bồi bị nước sông phủ ngập, trên bãi bồi có cây cối mọc
- Thềm: phần diện tích tương đối bằng phẳng của lũng sông (hơi nghiêng dốc ra sông) có dạng bậc, phân bố dọc sông do sông đào sâu lòng Khác với bãi bồi, thềm không bị ngập nước dù vào mùa lũ Sự xuất hiện của thềm chứng tỏ khu vực của sông bị nâng lên Một sông có thể nhiều thềm, được đánh số từ dưới lên
- Doi cát: diện tích nhỏ phân bố ở dọc sông hay giữa lòng sông, mùa nước bị ngập, mùa cạn lộ ra, nhiều cát Về thực chất nó là bãi bồi
Tác dụng xâm thực của sông (erosion) là một tác dụng địa chất lớn của sông và được biểu hiện chủ yếu là sự phá hoại cơ học Người ta phân biệt ra hai dạng xâm thực của sông là tác dụng xâm thực dọc hay xâm thực sâu (đào sâu lòng sông theo chiều thẳng đứng) và tác dụng xâm thực ngang (lateral erosion) hay xâm thực bên (mở rộng lòng sông)
+ Tác dụng xâm thực dọc hay xâm thực sâu:
Tác dụng xâm thực dọc là quá trình đào sâu lòng sông xảy ra mạnh mẽ ở trung lưu của sông vì ở đó lưu lượng nước và vận tốc dòng chảy lớn Hiện tượng xâm thực sâu sẽ được dừng lại khi sông đạt trắc diện cân bằng Đặc điểm của dòng sông ở thời kỳ đạt được trắc diện cân bằng là mặt nước ở hạ lưu gần ngang mặt cơ sở, ở trung lưu thoải và ở thượng lưu có độ dốc lớn nhất Khi sông đạt trắc diện cân bằng tức sông đã thực hiện xong một chu kì xâm thực, trắc diện dọc của sông là một đường cong trơn,
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 49 dốc ở thượng lưu và tương đối bằng phẳng ở hạ lưu
Trong thực tế, cả con sông không bao giờ đạt được trạng thái cân bằng hoàn toàn bởi vì sông chảy qua nhiều khu vực có độ cứng của đá hoặc hoạt động kiến tạo của vỏ Trái Đất khác nhau
TÁC DỤNG ĐỊA CHẤT CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 54
3.4.1 Khái niệm chung về nước dưới đất (ground water) a Khái niệm:
Nước dưới đất gồm tất cả các loại nước tồn tại dưới các dạng khác nhau phân bố trong các lỗ hổng, khe nứt, hang động ngầm kích thước khác nhau của đất đá nằm ở dưới mặt đất Chúng tồn tại ở ba trạng thái: rắn, lỏng, khí và có thể chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái kia Nước ngầm là một loại trong nước dưới đất
Hình 3 9 Chu kỳ tuần hoàn của nước b Điều kiện tàng trữ và chuyển động của nước dưới đất:
Nước được tàng trữ và chuyển động có liên quan chặt với độ lỗ hổng của đá và tính thấm nước
➢ Độ lỗ hổng - độ rỗng (porosity) p - là mức độ rỗng trong đá được tính bằng tỷ số giữa thể tích của toàn bộ không gian rỗng (Vp) với tổng thể tích mẫu đá (V): p = (Vp/V).100% Độ lỗ hổng có liên quan với những yếu tố:
- Độ lỗ hổng tăng khi đá bở rời
- Đá có độ hạt đồng đều thì có độ lỗ hổng lớn hơn so với đá có có độ hạt không đều
- Đá ở gần mặt đất có mức độ phong hóa mạnh thì có độ lỗ hổng lớn hơn đá ở
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 55 dưới sâu
➢ Tính thấm nước của đá - độ thấm (permeability)
Là thông số phản ánh khả năng của đá cho chất lưu có độ nhớt nhất định đi qua dưới một đơn vi gradien áp lực
Nhờ có lỗ hổng nên nước có thể tấm qua đá, nhưng đối với đá sét độ lỗ hổng đạt tới 40% và hơn nhưng lại không thể thấm nước vì là có các lỗ hổng mao quản quá nhỏ và nước với sức căng bề mặt không thể thấm qua
Tính thấm nước phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Độ lỗ hổng, đường kính của lỗ hổng có dễ để cho nước chảy qua hay không
- Kích thước hạt Ở những đá chưa gắn kết, nếu hạt lớn hơn 2mm thì đá dễ ngấm nước, nếu 10
Thấm nước Tầng cát, cát kết, cuội kết, các tảng đá nứt nẻ 1 - 10
Thấm nước trung bình Bột kết, đá vôi sét 0,1 - 1
Thấm nước kém Đất á cát, đất á sét 0,001 - 0,1
Không thấm nước Đất sét, đá không nứt nẻ < 0,001
Bảng 3 1 Bảng phân chia đá theo mức độ thấm nước
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 56
Hình 3 10 Đặc điểm của nước dưới đất c Phân loại nước dưới đất:
Tùy theo các đặc tính xuất xứ, tàng trữ , ứng dụng nhiều cách phân loại:
- Phân loại theo nguồn gốc: có các loại nước ngấm thấu, nước ngưng tụ, nước trầm tích, nước nguyên sinh, nước thủy phân
- Phân loại theo điều kiện tàng trữ:
+ Nước ở đới thông khí (aeration zone water): nằm cách mặt đất không sâu lắm Trong đới này có các loại nước thổ nhưỡng, nước hấp phụ, nước màng mỏng, nước mao quản Chúng đều liên quan với lượng nước mưa và thời tiết
+ Nước ngầm (phreatic water): là lớp nước đầu tiên kể từ mặt đất xuống Nó tàng trữ trong lớp đá chứa nước (cát, cát kết), mà phía dưới là lớp đá không chứa nước (sét, phiến sét) Phía trên của lớp nước ngầm không bị phủ bởi lớp cách thủy, do đó bề mặt của nước ngầm thoáng, không có áp lực Nước ngầm thường không phân bố trong toàn bộ lớp chứa nước, diện phân bố của nước ngầm khá rộng
Quan hệ giữa nước ngầm và nước bề mặt:
Nước ngầm thường có quan hệ thủy lực với nước bề mặt (sông, hồ, ao ) Các thung lũng sông có thể được cấu tạo bởi bồi tích, băng tích mà thành phần là cát, sỏi và cuội Trong những trầm tích ấy, đôi nơi có chứa nhiều nước ngầm chất lượng cao
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 57
1- Tầng cách nước; 2- Tầng chứa nước; 3- Nước ngầm;
1- Nước gian tầng; 5- Miền cấp nước Hình 3 11 Sơ đồ phân bố nước gian tầng không áp
+ Nước khe nứt: nước dưới đất phân bố trong khe nứt, trong mạng phá hủy nứt nẻ của đá
+ Nước karst: nước dưới đất chứa trong các hang động của các đá bị hòa tan, ăn mòn (trong các hang đá vôi) d Thành phần hóa học của nước dưới đất:
Khác với nước mặt, do tiếp xúc trực tiếp với đất đá, nước dưới đất là một dung dịch hoá học phức tạp, nó chứa hầu hết các nguyên tố trong vỏ Trái Đất Tuy nhiên các nguyên tố và ion đóng vai trò chủ yếu thì không nhiều, chỉ khoảng 10 loại là: Cl-, HCO3 - , SO4 2-, CO3 2- , Ca 2+ , Mg 2+ , Na + , K + , NH4 + , H +
3.4.2 Tác dụng địa chất của nước dưới đất
Tác dụng địa chất của nước dưới đất chủ yếu thể hiện ở các quá trình oxy hóa, hydrat hóa, hòa tan, phân hủy silicat và tích đọng trầm tích a Quá trình oxy hóa:
Trong khí quyển oxy chiếm 1/5 thể tích Trong nước dưới đất oxy chiếm gần 1/3 thể tích không khí hòa tan trong đó Dưới tác dụng của oxy hòa tan trong nước dưới đất, các hợp chất oxyt đầu trong đá chuyển thành oxyt và oxyt thành peroxyt Ví dụ:
+ Magnetit (Fe.Fe2O3 hoặc Fe3O4) hoàn toàn thành oxyt sắt Fe2O3 Loại này sau khi bị ảnh hưởng của quá trình hydrat hóa lại chuyển thành Fe2O3.nH2O (limonit - quặng sắt nâu)
+ Trong nhiều đá khác nhau như đá sét, đá phiến sét, đá vôi, do kết quả tác dụng
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 58 oxy hóa của nước dưới đất thành tạo hình nhánh cây (dendrite) Dendrit là một thành tạo thường rất đẹp, có nhiều màu sắc khác nhau Chúng thường có ở trên mặt của thớ phiến hoặc ở các mặt nứt của đá phiến và đá sét Chúng được cấu tạo bởi các oxyt của các nguyên tố như sắt, mangan, magne, đồng, niken, crom
Hình 3 12 Hình ảnh của dendrit trên bề mặt khe nứt và thớ phiến của đá b Quá trình hydrat hóa:
Hydrat hóa là tác dụng của nước dưới đất làm cho khoáng vật nhận thêm các phần tử nước vào thành phần của mình, do đó nó bị thay đổi về cấu trúc và các tính chất vật lý Ví dụ:
+ Anhydrit hydrat hóa biến thành thạch cao:
Kết quả của quá trình này làm cho thể tích khoáng vật hoặc đá tăng lên 33% và nếu trên chúng là tầng đá khác thì nó sẽ đội các lớp đá nằm trên anhydrit gây uốn nếp tạo nếp vồng c Tác dụng hòa tan:
TÁC DỤNG ĐỊA CHẤT CỦA BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG
3.5.1 Khái niệm chung về biển và đại dương a Khái niệm:
Biển là vùng nước mặn rộng lớn nối liền các đại dương hoặc là các hồ lớn chứa nước mặn mà không có đường thông ra đại dương một cách tự nhiên như: biển Caspi, biển Chết Thuật ngữ này đôi khi cũng được sử dụng với một số hồ nước ngọt khép kín hoặc có đường thông tự nhiên ra biển như: biển Galilee ở Israel, Biển Hồ ở Campuchia Đại dương và biển là nơi tập trung nhiều vật liệu trầm tích, thủy sản, nhiều loại khoáng sản, nhất là muối Hiện nay đại dương và biển là đường giao thông vận tải thuận lợi cho con người Về mặt địa chất học, những hoạt động tách giãn đáy đại dương là những đối tượng nghiên cứu giúp chúng ta hiểu rõ hơn lịch sử phát triển của Trái Đất và mối liên quan với các quá trình địa chất nội sinh để thành tạo các loại hình khoáng sản
Do đó, việc nghiên cứu biển và đại dương có một ý nghĩa rất quan trọng do phần lớn diện tích trái đất là nước biển và đại dương Muốn hiểu cấu trúc vỏ cứng của toàn bộ trái đất, cần nghiên cứu chi tiết đáy biển và đại dương Chúng ta biết rằng phần lớn các đá trầm tích trong thành phần vỏ Trái Đất đều có nguồn gốc từ biển Muốn hiểu cơ thức tích đọng và sự biến đổi của chúng cần phải nghiên cứu các đặc điểm của sự tích đọng trầm tích trong các biển hiện nay
Các dạng địa hình lớn dưới đáy đại dương bao gồm: rìa lục địa (thềm lục địa;
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 63 sườn lục địa hay dốc lục địa; chân lục địa hay bờ lục địa) và đáy biển sâu (sống núi giữa đại dương và hẻm vực đại dương)
Tác dụng địa chất của biển thực hiện theo ba hình thức: tác dụng phá hoại, tác dụng vận chuyển và tác dụng tích đọng trầm tích Các tác dụng đó xảy ra đồng thời với nhau nhưng khi thì tác dụng này mạnh, tác dụng kia yếu, khi thì ngược lại tùy theo cấu trúc của bờ, độ dốc của đáy và tính chất của vật liệu trong nước …
Nhìn chung, tác dụng địa chất của biển phụ thuộc vào sự vận động của nước và sự có mặt của thế giới hữu cơ trong biển Mặt khác, các yếu tố này lại phụ thuộc rất nhiều vào độ sâu của biển Theo độ sâu, người ta chia ra các miền khác nhau:
- Miền duyên hải: là vùng được giới hạn bởi ranh giới thủy triều lên cao nhất và thủy triều xuống thấp nhất Chiều dài của đới này chạy dọc theo bờ biển, chiều rộng phụ thuộc vào đặc điểm địa hình, nếu địa hình thoải thì bề rộng của đới lớn tạo nên các bãi biển
- Miền biển nông: được xác định trong khoảng độ sâu từ 0m đến 200m, đáy của nó gọi là thềm lục địa Đây là nơi sinh vật tương đối phát triển Các loại trầm tích thường gặp là: trầm tích cơ học, trầm tích hữu cơ và trầm tích hóa học Thềm lục địa Việt Nam phân bố rộng ở vịnh Bắc Bộ và khu vực biển Nam Bộ, có nơi rộng tới 200km Ở miền Trung (từ Đà Nẵng đến Nha Trang) thềm lục địa hẹp hơn nhiều
- Miền biển sâu: được tính từ độ sâu 200m đến 2000m, ranh giới ngoài có thể cách bờ 600-700km Đáy của nó gọi là sườn lục địa Sinh vật khá nghèo nàn do ánh sáng không xuống được đáy biển Ở đây các vật liệu vụn hầu như không được mang tới, có thể gặp các tích tụ bùn có màu sắc khác nhau (bùn núi lửa) đôi khi có dòng đáy, dòng xoáy, có thể đưa đến các vật liệu vụn
- Miền biển thẳm: được tính từ độ sâu trên 2000m Đáy của nó được gọi là đáy đại dương Trong đáy đại dương, những nơi có độ sâu trên 6000m được gọi là rãnh đại dương hay vực thẳm đại dương Ở đây sinh vật rất nghèo nàn, chỉ gặp các trầm tích hữu cơ như: bùn vôi, bùn silic, sét đỏ miền biển thẳm, bùn núi lửa
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 64
Hình 3 14 Các dạng địa hình dưới đáy biển và đại dương b Thành phần hóa học của nước biển:
➢ Nước biển là nước từ các biển hay đại dương Nước biển chứa 72 nguyên tố nhưng chủ yếu có 12 nguyên tố có hàm lượng từ 1mg/l trở lên, chiếm 99,80% hàm lượng các nguyên tố trong nước biển Đó là: Cl (19000 mg/l); Na (10500 mg/l); Mg
(1350 mg/l); S (885 mg/l); Ca (400 mg/l); K (380 mg/l); Br (65 mg/l); C (28 mg/l); Sr
(8 mg/l); B (4,6 mg/l); Si (3 mg/l); F (1,3 mg/l)
Các muối hòa tan chính trong nước biển (tính theo hàm lượng % trọng lượng) là: NaCl (77,75%); MgCl2 (10,87%); MgSO4 (4,73%); CaSO4 (3,6%); K2SO4 (2,46%); MgBr2 (0,21%); CaCO3 và các muối khác (0,38%)
➢ Độ mặn: của nước biển được tính bằng:
[(trọng lượng muối - g)/1 lít nước biển] % Độ mặn trung bình nước biển của các đại dương trên thế giới khoảng 3,5% (dao động trong khoảng 3,1% tới 3,8% tùy từng khu vực) Điều này có nghĩa là cứ mỗi lít
(1000 ml) nước biển chứa khoảng 35 gam muối, phần lớn (nhưng không phải toàn bộ) là clorua natri (NaCl) hòa tan trong đó dưới dạng các ion Na+ và Cl-
Trong nước biển thường hòa tan nhiều loại muối và nhiều nguyên tố hóa học nên thường có vị mặn và chát Trong nước biển muối hòa tan nhiều nhất là: NaCl (2,72%); MgCl2 (0,38%); MgSO4 (0,17%); CaSO4 (0,13%)… Ngoài các muối trong nước biển còn có các nguyên tố như: I, F, P, Zn…
Nước biển có độ mặn không đồng đều trên toàn thế giới mặc dù phần lớn có độ mặn nằm trong khoảng từ 3,1% tới 3,8% Khi sự pha trộn với nước ngọt đổ ra từ các con sông hay gần các sông băng đang tan chảy thì nước biển nhạt hơn một cách đáng
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 65 kể Nước biển nhạt nhất có tại vịnh Phần Lan, một phần của biển Baltic Biển hở mặn nhất (nồng độ muối cao nhất) là biển Đỏ (Hồng Hải), do nhiệt độ cao và sự tuần hoàn bị hạn chế đã tạo ra tỷ lệ bốc hơi cao của nước bề mặt cũng như có rất ít nước ngọt từ các cửa sông đổ vào và lượng giáng thủy nhỏ Độ mặn cao nhất của nước biển trong các biển cô lập (biển kín) như biển Chết cao hơn một cách đáng kể Độ mặn có ảnh hưởng đến môi trường sống của sinh vật Nếu độ mặn > 4,0% hoặc < 3,5% thì các giống, loài sinh vật sẽ giảm bớt Sự chênh lệch về độ mặn làm xuất hiện các dòng hải lưu, làm thay đổi các điều kiện hóa học sẽ có tác động đến quá trình trầm tích
➢ Tỉ lệ các chất khí hòa tan trong nước biển: khác với tỉ lệ các chất khí trong không khí Nước biển thường chứa O, N, CO2, H2S Chúng có ảnh hưởng lớn đến đặc trưng của trầm tích
TÁC DỤNG ĐỊA CHẤT CỦA HỒ VÀ ĐẦM LẦY
3.6.1 Tác dụng địa chất của hồ a Tác dụng phá hoại và vận chuyển của hồ:
Nói chung xâm thực của hồ tương đối yếu, gần giống với của biển và đại dương nhưng với quy mô nhỏ hơn Ở những hồ lớn nước sâu, sóng hồ có thể lớn nên sóng đập phá bờ và tạo ra các địa hình tương tự như ở bờ biển như hang sóng vỗ, vách đứng Nếu sau đó có chuyển động kiến tạo nâng lên thì sẽ tạo ra bậc thềm ở bờ hồ
Tác dụng vận chuyển của hồ mạnh hay yếu tùy thuộc vào tốc độ chuyển động của nước hồ và độ hạt mang đi Nếu dòng nước của hồ chảy bình thường thì hạt vụn vận chuyển có thể theo quy luật chung là hạt được mài tròn, phân chọn theo kích thước và trọng lượng: hạt thô sẽ lắng đọng gần bờ, hạt mịn được đưa ra vào tâm hồ Nếu dòng nước của hồ là dòng xoáy thì sẽ xuất hiện sư pha trộn hạt to và hạt nhỏ, hạt to cũng có thể nhờ dòng xoáy đưa vào trung tâm hồ lắng đọng b Tác dụng trầm tích của hồ:
Là một bồn trũng chứa nước nếu hồ có diện tích rất lớn thì hồ cũng có những kiểu trầm tích như biển Trong quá trình trầm tích nếu hồ tiếp tục sụt lún và nước hồ vẫn được cung cấp đầy đủ thì trầm tích của hồ có thể rất dày Nếu chuyển động kiến tạo nâng lên xảy ra ở vùng hồ hoặc nếu như lượng vật liệu trầm tích được cung cấp đầy đủ thì hồ ngày một cạn dần tạo thành đầm lầy và sau đó sẽ không còn trầm tích Trầm tích của hồ có cả trầm tích vụn, trầm tích hóa học và trầm tích sinh học Tùy theo điều kiện khí hậu thì các loại trầm tích này có các biểu hiện nhất định Ở vùng khí hậu ẩm ướt có trầm tích của cả 3 loại, trong đó trầm tích sinh học rất phổ biến Ở vùng khí hậu khô nóng nước bị hóa mặn nên ít loại trầm tích sinh học mà chủ yếu là trầm tích muối
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 74
3.6.2 Tác dụng địa chất của đầm lầy Đầm lầy cũng có trầm tích vụn nhưng rất ít Quá trình hóa than bùn xảy ra như sau: xác các thực vật chết tập trung ở đáy đầm lầy bị phân hủy (dưới tác dụng của các vi khuẩn trong môi trường khử) bị O và H tác dụng tạo thành acid carbonic, khí metan và thành loại bùn thối Quá trình phân giải tiếp tục O và H bay đi, hàm lượng C tăng dần để thành than bùn có hàm lượng C đến 59%
Than bùn là loại trầm tích hữu cơ màu nâu hoặc đen, có nhiều lỗ hổng, chứa nhiều nước, còn bảo tồn chất sợi Ở vùng ẩm nóng thường gặp những lớp xen trầm tích vụn với trầm tích than bùn Mỗi lớp than bùn có thể dày từ vài cm đến vài mét Tốc độ hình thành theo thống kê là 4-5 cm/năm
Dưới tác dụng sau đó của nhiệt độ và áp suất lớn than bùn có thể biến đổi thành các loại than khác nhau (than bùn - than nâu - than khói - than không khói với nhiệt lượng (4186,8J/kg) ngày càng cao: 5400 - 6700 - 8500 - 8500) Ý nghĩa của việc nghiên cứu đầm lầy:
Việc nghiên cứu đầm lầy có một ý nghĩa thực tiễn rất lớn vì đầm lầy là nguồn dự trữ than bùn rất lớn Than bùn dùng làm nguyên liệu phân bón hoặc nguyên liệu hóa học
Than bùn khi bị chôn vùi xuống sâu bị các lớp trầm tích phủ trên đè xuống sẽ chặt lại và thành than đá Trong các mỏ than người ta thường thấy các lớp than xen kẽ với các lớp đá trầm tích khác Điều đó chứng tỏ vỏ Trái Đất bị nâng lên, lún xuống nhiều lần Mỗi khi mặt đất lún xuống thì các trầm tích lại phủ lên đầm lầy Sau đó một loại cây cối mới lại mọc thành một đầm lầy khác và quá trình lại tiếp diễn
Trong lịch sử địa chất, các kỷ có nhiều than nhất là C, P, J và Đệ Tam Bể than Quảng Ninh ở Việt Nam thành tạo trong kỷ Trias
Trong chương này, một số nội dung chính được giới thiệu:
- Tác dụng địa chất của gió
- Tác dụng địa chất của dòng chảy trên mặt
- Tác đụng địa chất của nước dưới đất
- Tác dụng địa chất của biển và đại dương
- Tác dụng địa chất của hồ và đầm lầy
Chương 3: Tác dụng địa chất ngoại lực Trang 75
❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN CHƯƠNG 3
Câu 1 Trình bày tác dụng địa chất phong hóa? Lấy ví dụ minh họa?
Câu 2 Trình bày tác dụng địa chất của gió? Lấy ví dụ minh họa
Câu 3 Trình bày tác dụng địa chất của dòng chảy trên mặt? Lấy ví dụ minh họa? Câu 4 Trình bày tác dụng địa chất của biển và đại dương? Lấy ví dụ minh họa?
Câu 5 Trình bày tác dụng địa chất của hồ và đầm lầy?