BÀI GiẢNG ĐỊA CHẤT ĐẠI CƯƠNG pdf

Hệ Mặt trời Thái dương hệ nằm trong hệ Ngân hà, bao gồm Mặt trời, và 9 hành tinh quay quanh mặt trời theo thứ tự từ trung tâm ra ngoài xa dần là: Mặt trời – sao Thủy – sao Kim – Trái đất

Biên soạn: Hoàng V Long

Bộ môn Địa chất

ĐT: +84-4-3.8384048

Email: hovlong@gmail.com Home page:

GIÁO TRÌNH THAM KHẢO

1 Mark J Crawford, M.S (1998); Physical Geology; Cliffs Notes Inc., USA; 1st edition; 242 tr.

2 Thompson & Turk (1997); Introduction to Geology; Brooks Cole; 2nd edition, 432 tr.

3 Edward J Tarbuck, Frederick Lutgens and Dennis Tasa (2007); Earth: An introduction to Physical Geology; Prentice Hall; 9th edition; 720 tr.

4 Võ Lạc (1992); Địa chất Đại cương, T1-3; NXB Xây dựng, ….

CHƯƠNG 1 TRÁI ĐẤT VÀ HỆ MẶT TRỜI

VŨ TRỤ VÀ HỆ MẶT TRỜI

Vũ trụ, hiểu một cách khái quát là toàn bộ hệ thống

không-thời gian và được cấu thành bởi nhiều hệ Siêu

thiên hà Mỗi một hệ Siêu thiên hà lại bao gồm nhiều

hệ Thiên hà

Hệ Thiên hà mà trái đất chúng ta đang tồn tại được gọi

là hệ Ngân hà (Milky Way) Đây là một hệ thiên hà có

dạng xoắn ốc, có đường kính ~100.000 năm ánh

sáng, chiều dày ~1.000 năm ánh sáng và bao gồm

200-400 tỉ ngôi sao

Hệ Mặt trời (Thái dương hệ) nằm trong hệ Ngân hà,

bao gồm Mặt trời, và 9 hành tinh quay quanh mặt trời

theo thứ tự từ trung tâm ra ngoài xa dần là: Mặt trời –

sao Thủy – sao Kim – Trái đất – sao Hỏa – sao Mộc –

sao Thổ - sao Thiên vương – sao Hải Vương – sao

Diêm Vương

Ngoài ra các hành tinh còn có một số các vệ tinh, thiên

thạch và sao chổi bay theo những quỹ đạo cố định

hoặc tự do (vd: mặt trăng)

Đơn vị đo: Năm ánh sáng (1giây ~300.000 km)

Đơn vị thiên văn: 1AU = khoảng cách trái đất đến mặ

trời ~150 triệu km)

Cấu trúc hệ Ngân Hà

HÌNH THÁI VÀ CẤU TẠO CỦA TRÁI ĐẤT

Trái đất có hình dạng elipsoid với bán

kính tại xích đạo ~ 6378 km, bán

kính tại cực ~ 6356 km, diện tích

bề mặt ~510.072.000 km2, khối

lượng ~5,9736x1024 kg, …

Cấu tạo trái đất có tính phân lớp:

1 trong cùng là nhân, chứa vật chất

đặc, nóng, thành phần chủ yếu là

Fe, Ni,

2 lớp tiếp theo là manti chiếm

~80% trọng lượng trái đất, thành

phần chủ yếu là các loại đá

3 Ngoài cùng là lớp vỏ mỏng và

thành phần cơ bản cũng là các

loại đá

(chi tiết sẽ được đề cập đến trong

chương 3 – Kiến tạo mảng)

Mô phỏng cấu tạo trong của trái đất

Lục địa: chiếm 30% diện tích bề mặt trái

đất, bao gồm các dạng địa hình nằm cao

hơn mực nước biển: đồng bằng, đồi và

núi *

Các địa hình này phân bố trên năm châu lục:

Châu Á, châu Âu, châu Mĩ, châu Phi,

Châu Nam cực và châu Úc (châu Đại

Dương)

Điểm cao nhất trên trái đất là đỉnh Everest

(Himalaya) – 8.848 m

* Tiêu chuẩn độ cao phân chia theo độ cao

địa hình:

• Đồng bằng: 0-50 m

• Đồi: 50 – 200 m

• Núi thấp: 200 – 500 m

• Núi cao trung bình: 500 – 1000 m

• Núi cao: 1000 – 3000

• Núi rất cao: >3000m

Bề mặt trái đất được chia thành hai phần chính:

Lục địa và đại dương

Đại dương: Chiếm 70% diện

tích bề mặt trái đất, bao gồm Thái bình dương, Đại tây dương, Ấn độ dương, đại dương bắc cực, đại dương Nam cực và các

biển rìa (chi tiết sẽ học đến

trong chương – Hoạt động địa chất của biển và đại dương)

Điểm sâu nhất dưới đáy đại dương là Mariana Trench (11 km)

Trong hệ mặt trời, trái đất tham gia hai chuyển động độc lập:

1 Chuyển động quanh mặt trời ngược chiều kim đồng hồ (nhìn từ cực bắc) với chu kỳ 365 ngày trên

một mặt phẳng quỹ đạo gọi là mặt phẳng Hoàng đạo

2 Trái đất tự quay quan trục của nó ngược chiều kim đồng hồ (nhìn từ cực bắc) với chu kỳ  24 giờ

Mặt phẳng đi qua tâm trái đất và vuông góc với trục quay trái đất gọi là mặt phẳng xích đạo

Mặt phẳng xích đạo chia trái đất làm hai nửa: Bắc bán cầu và Nam bán cầu Mặt phẳng này lệch với mặt phẳng Hoàng đạo một góc 23.5o.

Xích đao Hoàng đạo

Giao tuyến của mặt phẳng vuông góc

với trục quay của trái đất với bề

mặt trái đất được gọi là đường vĩ

tuyến Nếu mặt phẳng đó là mặt

phẳng xích đạo thì giao tuyến đó

gọi là đường xích đạo (0o).

Giao tuyến của mặt phẳng chứa trục

quay của trái đất với bề mặt trái đất

được gọi là đường kinh tuyến

Đường kinh tuyến đi qua trạm thiên

văn Greenwich (London) được gọi

là đường kinh tuyến gốc (0o) chia

trái đất thành hai bán cầu Đông và

Tây.

Vị trí của mỗi điểm trên trái đất được

xác định bằng kinh độ và vĩ độ đi

qua điểm đó (chi tiết sẽ được trình

bày trong phần thực hành bản đồ).

(0o)

Hình trải phẳng bề mặt trái đất

CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA TRÁI ĐẤT

Trường địa từ

Độ từ thiên

Độ từ Khuynh

Trái đất giống như một thanh nam châm khổng lồ với trục địa từ (bắc-nam) lệch với trục địa lý (bắc-nam) một góc 11.5o Từ trường bao quanh trái đấy được gọi là trường địa từ.

Địa từ có hai tính chất đặc trưng:

• Độ từ thiên: góc lệc giữa kinh tuyến dịa lý và knih tuyến địa

từ tại mỗi điểm trên trái đất Có giá trị bằng 0o ở xích đạo

và tăng dần đến 11.5o ở hai cực Tùy theo vị trí của trục địa

từ mà sẽ có độ lệch từ thiên dương và độ lệch từ thiên âm

• Độ từ khuynh: góc lệch của thanh na châm với mặt phẳng nằm ngang Có giá trị bằng 0o ở xích đạo và 90o ở hai cực Hai giá trị trên thay đổi theo thời gian, vị trí và nhiều yếu tố khác

CÁC THUỘC TÍNH VẬT

LÝ CỦA TRÁI ĐẤT

• Sự đảo từ: Là hiện tượng đường lực từ đi theo hướng ngược với thông thường (đi

ra khỏi trái đất ở cực bắc và đi vào trái đất ở cực nam)

• Dị thường từ là hiện tượng cường độ địa

từ ở một nơi nào đó cao hơn/thấp hơn giá trị trung bình Đây là dấu hiệu để nghiên cứu các hiện tượng địa chất và tìm kiếm khoáng sản.

• Để nghiên cứu từ trường, người ta dùng

từ kế có thể đo trên mặt đất, trên máy bay hoặc vệ tinh.

• Trọng lực: là lực hút của trái đất tác dụng lên vật thể

• Giá trị trọng lực trên bề mặt trái đất không đồng nhất mà thay đổi theo độ cao địa hình và thành phần vật chất.

• Để đo trọng lực người ta dùng trọng lực kế để đo trực tiếp trên mặt đất hoặc trên máy may hoặc trên vệ tinh Những nơi có giá trị trọng lực cao/thấp giá trị trung bình (sau khi đã hiệu chỉnh độ cao) thì được gọi là có dị thường trọng lực (dương hoặc âm) Dị thường này là các dấu hiệu nghiên cứu địa chất và tìm kiếm khoáng sản.

• Trường lực hấp dẫn bao quanh trái đất bao quanh trái đất gọi là trường trọng lực Cường độ trọng lực giảm dần theo độ cao.

2 2 1

R

xM M Kx

F 

• Nguồn nhiệt do trái đất sản sinh ra bao gồm: nhiệt tồn tại từ các vụ nổ hành tinh khi hình thành trái đất và đang trong quá trình nguội lạnh; nhiệt do phân hủy phóng xạ, nhiệt do các phản ứng hóa học, nhiệt do bức

xạ mặt trời (nguồn bên ngoài chỉ có tác dụng đến một

độ sâu hạn chế),…

• Mức ̣ tăng nhiệt độ theo độ sâu gọi là gradient địa nhiệt Giá trị trung bình của gradient địa nhiệt là ~25oC/km

• Một số khu vực có địa nhiệt cao hơn hẳn mức đạ nhiệt thông thường (dị thường nhiệt) và có tiềm năng về địa nhiệt

• Một lượng nhiệt nhỏ nhưng có thể đo được được giải phóng chậm chạp từ dưới sâu của trái đất thông qua mặt đất được gọi là dòng nhiệt Nghiên cứu dòng nhiệt

có thể giúp làm sáng tỏ các quá trình địa chất dưới sâu

CÁC QUYỂN CỦA TRÁI ĐẤT

• Sinh quyển: Là một đới mỏng phân bố trên bề mặt đến độ sâu vài km bên dưới bề mặt trái đất mà ở đó có sự tồn tại của thế giới sinh vật (Phần trên cùng của thạch quyển +thủy quyển + phần dưới cùng của khí quyển)

• Thủy quyển: Bao gồm toàn bộ lượng nước phân bố trong các đại dương, biển, sông, hồ, đầm lầy, lỗ rỗng của đấ tới độ sâu vài kim bên dưới mặt đất.

• Thạch quyển: Bao gồm toàn bộ các loại đá tồn tại trong lớp vỏ và phần trên của lớp manti (chi tiết sẽ trình bày ở chương – Thành phần vật chất của trái đất)

• Khí quyển: là hỗn hợp nhiều loại khí (chủ yếu là Nitơ và Oxi) bao bọc xung quanh trái đất hoặc thẩm thấu xuống đến độ sâu vài km dưới mặt đất và bị giữ bởi trọng lực.

Khí quyển có cấu tạo phân tầng (theo thứ tự từ dưới mặt đất lên):

• Tầng Đối lưu: 0 - 6 (7) km ở vùng cực và 0 – 17 (20) km ở xích đạo Không khí luân chuyển theo chiều thẳng đứng, nhiệt độ giảm dần từ xích đạo về phía hai cực, chủ yếu nhận nguồn nhiệt bức xạ từ bề mặt trái đất

• Tầng Bình lưu: từ giới hạn trên của tầng đối lưu đến độ cao 50 (51) km, không khí chuyển động theo phương nằm ngang, nhiệt độ tăng dần theo độ cao

• Tầng Trung gian: tiếp từ tầng Bình lưu đến độ cao 85 km, đây là tầng mà phần lớn các thiên thạch bị đốt cháy khi bay vào tầng khí quyển; Nhiệt độ giảm theo

độ cao, giới hạn trên của tầng trung gian là nơi có nhiệt độ thấp nhất ( -85

oC), hơi nước bốc hơi lên tầng này sẽ đóng băng tạo thành các đám mây băng

và tạo ra hiện tượng cực quang

• Tầng nhiệt: Giới hạn từ tầng Trung gian đến độ cao 690 km; nhiệt độ tăng theo độ cao và có thể đạt đến 1500 oC sau đó duy trì ở mức ổn định Tuy nhiên bản chất của các loại khí và nhiệt độ còn chưa được xác định chi tiết Trạm vũ trụ quốc tế hoạt động trong tầng này ở độ cao 320 – 380 km

• Tầng Ngoại vi: Đây là tầng cao nhất có giới hạn trên đạt đến độ cao  10.000

km Mật độ không khí ở đây rất loãng, các phân tử khí co thể di chuyển tự do hàng trăm km mà khong xảy ra va chạm với các phân tử khác Các phân tử khí này cũng có thể gi chuyển ra/vào dễ dàng khỏi tầng ngoại vị dưới tác dụng của từ trường và gió mặt trời

NGUỒN GỐC TRÁI ĐẤT VÀ HỆ MẶT TRỜI

Xác định nguồn gốc trái đất và hệ mặt trời

chủ yếu dựa vào việc quan sát sự

tương tác của bụi, khí các đám mây

và các ngôi sao trong dải Ngân hà:

• Khoảng 5 tỉ năm trước đây, vật chất mà

chúng tạo lên hệ mặt trời ngày hôm nay là

một đám mây bụi, khí khổng lồ phân tán và

di chuyển chậm chạp trong vũ trụ

• 90% thành phần của các đám mây này He

và H – các nguyên tố phổ biến nhất trong

vũ trụ, được phát ra từ một vụ nổ của một

siêu ngôi sao

• Lực hấp dẫn ban đầu còn yếu nhưn đủ để

cho các hạt bụi, khí hút lại gần nhau tạo

lên các cấu trúc hình cầu (H a,b,)

• Quá trình tích tụ, dồn nén tiếp tục làm cho

các đám mây này quay nhanh hơn tạo lên

cấu trúc hình đĩa (H c)

• Khoảng 90% khối lượng của đám mây tinh

vân bị sụp đổ vào trung tâm tạo thành mặt

trời cổ (H d) Sự va chạm của các hạt với

tốc độ rất cao trong quá trình sụp đổ đã

giải phóng ra một lượng nhiệt khổng lồ

• Sau khi quá trình sụp đổ gần kết thúc, nhiệt lượng đốt nóng bên trong đĩa cầu trong khi bụi khí ở lớp ngoài nguội dần tạo thành các tích tụ nhỏ

• Theo thời gian các tích tụ này lớn dần và thu hút các đám mây bụi xung quanh bằng lực trọng trường

để tạo lên các hành tinh sơ khai

• Các hành tinh sơ khai lại thu hút và gắn kết vào nhau tạo thành các hành tinh lớn hơn như ngày nay, trong đó có trái đất (H e)

• Đồng thời với sự hình thành các hành tinh, lực hút trọng trường hút các nguyên tử khí vào trong nhân mặt trời

cổ Dưới áp suất rất cao nhiệt độ nóng tới mức làm cho các hạt nhân H kết hợp lại với nhau tạo thành hạt nhân của nguyên tố nặng hơn là He Phản ứng hạt nhân này giải phóng ra một lượng nhiệt vô cùng lớn va vẫn tiếp diễn cho đến ngày hôm nay – đó là thời kỳ sơ khai tạo lên mặt trời ngày nay H e)

• Nhiệt mặt trời đốt nóng và làm bốc hơi các nguyên tố H, He và các nguyên tố nhẹ khác bay xa khỏi trung tâm mặt trời – dẫn đến kết quả là bốn hành tinh gần mặt trời nhất (sao thủy, sao kim, trái đất sao hỏa) có thành phần chủ yếu là các loại đá với nhân là kim loại nên được gọi là nhóm hành tinh đá Các hành tinh còn lại (sao mộc, sao thổ, sao thiên vương, sao hải vương và sao diêm vương) chủ yếu là bụi, khí và băng