Funkcjonowanie systemów przyrodniczych (1) PDF

Funkcjonowanie systemów przyrodniczych (1) Prof.dr hab. Piotr Hulisz Katedra Nauk o Glebie i Ekologii Krajobrazu p. 167, tel.56 611 25-53 E-mail: [email protected] Treść wykładu Podstawowe składowe systemu przyrodniczego Ziemi. Powiązania pomiędzy poszczególnymi składowymi systemu prz...

Funkcjonowanie systemów przyrodniczych (1) Prof.dr hab. Piotr Hulisz Katedra Nauk o Glebie i Ekologii Krajobrazu p. 167, tel.56 611 25-53 E-mail: [email protected] Treść wykładu Podstawowe składowe systemu przyrodniczego Ziemi. Powiązania pomiędzy poszczególnymi składowymi systemu przyrodniczego Ziemi. Rozwój epigeosfery; Stan równowagi i sprzężenia zwrotne. Procesy zewnętrzne i wewnętrzne kształtujące krajobrazy Ziemi. Zróżnicowanie krajobrazu w ujęciu globalnym, regionalnym i lokalnym; krajobrazy strefowe i astrefowe. Środowisko przyrodnicze i antropogeniczne. Potencjał środowiska przyrodniczego; możliwości jego wykorzystania w regionie.  Literatura Podstawowa: 1. Allen P. A., 2000. Procesy kształtujące powierzchnię Ziemi. Wydawnictwo Naukowe PWN, W-wa 2. Flis J., 1988. Wstęp do geografii fizycznej. WSiP, Warszawa, ss. 443. 3. Dubel K., 1998. Uwarunkowania przyrodnicze w planowaniu przestrzennym. Wyd. Ekonomia i Środowisko, Białystok. 4. Bródka S. (red.), 2010. Praktyczne aspekty ocen środowiska przyrodniczego. Bogucki Wyd. Naukowe, Poznań. Uzupełniająca: 1. Kłysz P., Skoczylas J., 2003. Oblicze naszej planety – geologia i geomorfologia w zarysie. Wydawnictwo Naukowe UAM. Poznań, ss. 272. 2. Makowski J., 2004. Geografia fizyczna świata. Wydawnictwo Naukowe PWN, W-wa 3. Richling A., Ostaszewska K., 2005. Geografia fizyczna Polski. Wydawnictwo Naukowe PWN, W-wa System przyrodniczy Ziemi – najważniejsze pojęcia  Wymiary Ziemi 6357 km promień biegunowy promień równikowy 6378 km obwód równika 40 076 km POWIERZCHNIA 510 mln km kw.  Geoida Geoida to kształt Ziemi, który odpowiada średniemu poziomowi mórz i oceanów przedłużonemu w wyobraźni także pod lądami. Wielkość odchylenia od -160 do +127 m. GEOIDA LĄD Elipsoida Siła grawitacyjna – (siła ciężkości) – siła z jaką masa Ziemi i masa danego ciała wzajemnie się przyciągają. Jej wielkość na powierzchni Ziemi zależy nie tylko od masy Ziemi, ale także od odległości od jej środka. Oznacza to, że bliżej biegunów, ze względu na spłaszczenie Ziemi, siła grawitacji osiąga wyższe wartości niż w okolicach równika, gdzie w skutek siły odśrodkowej ciało traci część swojej masy. Szerokość geograficzna – kąt zawarty między płaszczyzną równika, a promieniem ziemskim, przechodzącym przez dany punkt na powierzchni Ziemi; przyjmuje wartości od 0 do 90°. Punkty położone na półkuli północnej mają szerokość geograficzna północną, a położona na półkuli południowej szerokość geograficzną południową. Długość geograficzna – kąt zawarty między półpłaszczyznami południka 0° i południka przechodzącego przez dany punkt; długość geograficzna przyjmuje wartości od 0 do 180°. Punkty położone na półkuli wschodniej mają długość geograficzną wschodnią, a położone na półkuli zachodniej długość geograficzną zachodnią. TRZECIORZĘD Geologia historyczna – dział geologii, który zajmuje się historia rozwoju skorupy ziemskiej. Paleontologia – nauka o roślinach i zwierzętach, które żyły w minionych epokach geologicznych; opiera się przede wszystkim na badaniu zachowanych w skałach organizmów lub ich części. Wiek bezwzględny – wiek zdarzeń geologicznych i ich efektów określany w tysiącach lub milionach lat liczonych wstecz od chwili obecnej. Względny wiek skał – określa się według przyjętego umownie podziału na ery, okresy, epoki i wieki. Stratygrafia – jeden z działów geologii historycznej; przedmiotem badań stratygraficznych jest określenie następstwa i względnego wieku warstw skalnych. Skamieniałość – zachowany w skale organizm, odcisk albo odlew organizmu zwierzęcego lub roślinnego. Mogą to być; szkielet, skorupa, muszla, kości, łuski, zęby. Skamieniałości zwierząt lub roślin, które żyły w krótkim okresie i występowały powszechnie, pozwalają na ustalenie wieku względnego skał. W takim przypadku są nazywanie skamieniałościami przewodnimi. Najważniejsze wydarzenia w poszczególnych erach Gdyby dzieje Ziemi sprowadzić do jednego roku wówczas zależności pomiędzy czasem trwania poszczególnych er wyglądałyby następująco: PREKAMBR najstarsza, najdłuższa i najsłabiej poznana era: Era geologiczna, pierwszy etap rozwoju organizmów na Ziemi. Era ta obejmuje czasy od około 4,6 mld lat temu do ok. 540 mln lat temu. Przez pierwszy miliard lat doszło do wytworzenia żywych struktur - prymitywnych komórek prokariotycznych. W późniejszym okresie powstały komórki Eucaryota, doszło do zmiany składu atmosfery, w której pojawił się tlen wytworzony w procesie fotosyntezy przez fotoautotrofy (jednokomórkowe sinice i glony). Ze świata zwierząt powstały pierwsze pierwotniaki, jamochłony i wieloszczety. Stromatolity w Glacier National Park, USA https://epod.usra.edu/ PALEOZOIK MEZOZOIK https://www.independent.co.uk/ https://www.space.com/ KENOZOIK *Era, która rozpoczęła się ok. 65 mln lat temu i trwa do dziś. *Ery ssaków, owadów i roślin kwiatowych, bowiem te grupy przeszły w niej równie intensywny rozwój ewolucyjny. *Dzieli się na trzy okresy: paleogen, neogen i czwartorzęd. * W kenozoiku ukształtował się obecny wygląd powierzchni Ziemi. Paleogen Neogen  Bursztyn, jantar i amber Bursztyn nosi także nazwy: jantar, amber – kopalna żywica drzew iglastych, a w rzadszych przypadkach żywicujących liściastych drzew.  Bursztyn bałtycki (45 mln lat) Bursztyn bałtycki („bałtyckie złoto”). Żywica wydostawała się ze zranień, pęknięć pni i gałęzi drzew. Mówi się o dwóch przyczynach tego zjawiska, po pierwsze, takim zwiększonym wypływem żywicy drzewa broniły się osłaniając zranienia, blokując dostęp wirusom i pasożytniczym grzybom. Po drugie mogła być to reakcja drzew na zachodzące zmiany klimatu, znaczne wahania temperatury i wyjątkową aktywność wulkaniczną. Przetrwała ona do naszych czasów w formach dokumentujących sposób jej powstawania i przemieszczania. Dryf kontynentów Góry Świętokrzyskie Ewolucja człowieka Australopitek Żyły od ok. 4,2 do ok. 1 mln lat temu, początkowo w Afryce Wschodniej, na terytorium Wielkich Rowów Afrykańskich, później także w Afryce Południowej i Środkowej. Charakteryzowały się masywną szczęką, mocnym uzębieniem, ale już krótkimi kłami – umożliwiało to poziomy ruch trący i świadczy o przewadze twardego pokarmu roślinnego w ich pożywieniu. Były przystosowane do chodzenia w pozycji pionowej, czyli do dwunożności.  Homo habilis kopalny gatunek człowieka z Afryki Wschodniej, który żył 2,5-1 mln lat temu. Wygląd i cechy: Wzrost 110 do ok. 135 cm, masa ok. 45 kg, pojemność mózgoczaszki do 750 cm³ , twarzoczaszka wysunięta do przodu, wały nadoczodołowe, rozbudowana żuchwa, niskie czoło, drobne uzębienie, zbliżone morfologicznie do uzębienia Homo sapiens Homo erectus prymitywny, kopalny gatunek człowieka z epoki środkowego plejstocenu, stanowiący szczebel ewolucyjny pośredni między australopitekami, a formami człowieka. Kolebką Homo erectus jest środkowo- wschodnia Afryka (Etiopia, Kenia, Ta nzania), gdzie pojawił się prawdopodobnie na przełomie pliocenu i plejstocenu, około 1,8 miliona lat temu i szybko rozprzestrzenił na tereny zachodniej i wschodniej Azji.  Cechy odróżniające homo erectus od człowieka znacznie mniejszy mózg średnio 1000 cm³ (występują okazy z pojemnością czaszki od 800 do 1200 cm³), osiągał wzrost zbliżony do współczesnych ludzi – około dwunastoletni tzw. Chłopiec z Nariokotome (klasyfikowany także jako Homo ergaster), którego szczątki odkryto w datowanych na 1,6 mln lat osadach w Kenii, mierzył 1,68 m wzrostu. silnie pochylone czoło wydatne wały nadoczodołowe puszka mózgowa bardzo niska i słabo wysklepiona zęby trzonowe i szczęki bardzo masywne, brak bródki Emigracje Homo erectus Neandertalczyk wymarły przedstawiciel rodzaju Homo (człowiek), znany z plejstocenu (ok. 400 000 do ok. 24 500 lat temu), w zależności od autorów klasyfikowany jako podgatunek człowieka rozumnego – Homo sapiens neanderthalensis – lub odrębny od niego gatunek. Wyborcza.pl  Co zawdzięczamy neandertalczykom? Jesteśmy mieszańcami Homo sapiens i Homo neanderthalensis Po neandertalczykach odziedziczyliśmy europejski wygląd: białą skórę, jasne włosy i niebieskie oczy. Średnio ok. 2% genomu  Homo sapiens gatunek ssaka z rodziny człowiekowatych (Hominidae), jedyny występujący współcześnie przedstawiciel rodzaju Homo. Występuje na wszystkich kontynentach. Geologiczna przeszłość Polski  Wielkie jednostki geologiczno-tektoniczne w Polsce Na obszarze Polski stykają się trzy zasadnicze jednostki struktury geologicznej kontynentu: platforma wschodnioeuropejska, paleozoiczna strefa fałdowa , alpejskie pasmo fałdowań. Platforma prekambryjska Kompleksy skalne górotwórczości hercyńskiej Monokliny platformy paleozoicznej Wały i niecki platformy paleozoicznej Intruzje granitowe różnego pochodzenia na powierzchni Pokrywa osadowa (mezozoik) orogenezy alpejskiej Kompleksy skalne orogenezy kaledońskiej przekształcone podczas fałdowań hercyńskich Fliszowe kompleksy skalne ( kreda-miocen), o. alpejska Zapadliska kenozoiczne orogenezy alpejskiej Obszary fałdowania – powstały w wyniku fałdowania w różnych okresach dziejów Ziemi. Termin fałdowanie oznacza proces plastycznego wyginania się warstw skalnych, leżących pierwotnie poziomo, pod wpływem nacisku bocznego. Ruchy te zachodzą w głębi skorupy ziemskiej, niekiedy pod dnem morskim. W ich wyniku powstają fałdowane struktury geologiczne, które dopiero po wypiętrzeniu mogą stać się łańcuchami górskimi. Tektonika – sposób ułożenia skał. W innym znaczeniu nauka o ułożeniu skał i o ruchach zmieniających to ułożenie. Era Okres Czas w mln lat Główne wydarzenia w Polsce geologiczny kenozoiczna czwartorzęd 2 do dziś Zlodowacenia, które ukształtowały rzeźbę obecnej powierzchni kraju, ukształtowało się Morze Bałtyckie paleogen 65-2 Alpejskie ruchy górotwórcze, powstały Karpaty i Zapadlisko i neogen Przedkarpackie; powstanie złóż węgla brunatnego, siarki, ropy naftowej i gazu ziemnego, mezozoiczna kreda 140-65 Powstały pokłady wapieni, margli i kredy piszącej, wypiętrzenie Wału pomorskiego-kujawskiego jura 195-140 Transgresje i regresje morskie, ciepły klimat, powstała Jura Krakowsko – Częstochowska, Pieniny trias 230-195 Znaczny obszar Polski zajmowała pustynia paleozoiczna perm 290-230 Hercyńskie ruchy górotwórcze, powstanie złóż soli kamiennej, ropy naftowej i gazu ziemnego, rud cynku i miedzi karbon 360-290 Hercyńskie ruchy górotwórcze, powstanie złóż węgla kamiennego, powstawanie Sudetów Zachodnich oraz kolejne wypiętrzenia Gór Świętokrzyskich, Karkonosze dewon 395-360 Hercyńskie ruchy górotwórcze, sfałdowane zostało podłoże krystaliczne Przedgórza Sudeckiego i Wielkopolski sylur 435-395 Kaledońskie ruchy górotwórcze, powstawanie Sudetów Wschodnich i fałdowanie niektórych części Gór Świętokrzyskich, sfałdowanie Gór ordowik 500-435 Kaczawskich oraz wydźwignięcie granitowo-gnejsowe Gór Izerskich, Bystrzyckich, Orlickich i Masywu Śnieżnika. kambr 570-500 Kaledońskie ruchy górotwórcze Prekambr( Era archaiczna i 2600-570 Powstanie atmosfery z tlenem, formowanie się Gór Sowich w Sudetach proterozoiczna) 4600-2600 Początki Ziemi – brak śladów życia Transgresja morska – zalanie obszaru lądowego przez morze (ocean). Regresja morska – wycofanie się morza (oceanu) z zalanego uprzednio obszaru lądu; wynurzenie się lądu ponad poziomu morza. Etapy rozwoju Morza Bałtyckiego Bałtyckie Jezioro Lodowe (ok. 12 tys. Lat temu) Utworzyło się z wód topniejącego lodowca. Zajmowało obszar dzisiejszego Bałtyku właściwego, a jego poziom był o ponad 20 m wyższy od ówczesnego poziomu oceanu.  Nadmiar wód słodkich spływał prawdopodobnie w kierunku północno- wschodnim do Morza Białego. Przypuszcza się, że również na zachodzie mogło istnieć wąskie połączenie z Morzem Północnym. Surowy, arktyczny klimat, zbliżony do klimatu współczesnej Grenlandii, nie sprzyjał rozwojowi roślin i zwierząt - fauna i flora wód Jeziora Lodowcowego były bardzo ubogie, składały się głównie z gatunków słodkowodnych. Etapy rozwoju Morza Bałtyckiego Morze Yoldiowe (10-9 tys. lat temu) W wyniku cofania się lodowca, na obszarze południowej Szwecji stopniowo wyłaniał się pomost lądowy, oddzielający Bałtyk od oceanu. Około 10 tysięcy lat temu został on przełamany i rwąca rzeka wód bałtyckich ruszyła na zachód, aż do wyrównania poziomu z oceanem.  Następnie przez otwarte połączenie z Morzem Północnym zaczęła napływać słona woda oceaniczna. Jezioro stopniowo przekształcało się w zbiornik morski, który nazwano Morzem Yoldiowym od dominującego w nim małża Yoldia arctica. Etapy rozwoju Morza Bałtyckiego Jezioro Ancylusowe (9 - 7 tys. lat temu) Około 9 tysięcy lat temu lodowiec niemal całkowicie stopniał i uwolniony od ogromnego ciężaru ląd obecnej Skandynawii zaczął się podnosić. W efekcie nastąpiło odcięcie Bałtyku od wód oceanicznych i przekształcenie Morza Yoldiowego w ogromne wysłodzone jezioro, zasilane wodami rzek i strumieni spływających z resztek lodowca. Zasiedliła je typowa fauna słodkowodna, gatunki morskie niemal całkowicie wyginęły. Szczególnie licznie występował ślimak przytulik - Ancylus fluviatilis. Nastąpiło znaczne ocieplenie Etapy rozwoju Morza Bałtyckiego Morze Litorynowe (7 - 4 tys. lat temu) Wskutek podniesienia się poziomu oceanu, około 7 tys. lat temu, nastąpiło połączenie Jeziora Ancylusowego z Morzem Północnym przez cieśniny duńskie. Napływ wód oceanicznych spowodował wzrost zasolenia i kolejne przekształcenie Bałtyku w zbiornik słonawy, w którym zasolenie było o 5-6 ‰ wyższe niż obecnie. Wraz z wodami oceanicznymi dostała się tu fauna i flora borealna, występująca w Bałtyku do dziś. Dominującym gatunkiem był ślimak pobrzeżek Littorina littorea. Nastąpiło dalsze ocieplenie klimatu, temperatura u południowych brzegów Bałtyku była 2-3°C wyższa od dzisiejszej. Etapy rozwoju Morza Bałtyckiego Bałtyk współczesny (od ok. 4 tys. lat temu ; Morze Mya) Z końcem okresu litorynowego nastąpiło ponowne podniesienie się dna w cieśninach duńskich. Spowodowało to słabszy dopływ wód oceanicznych z Morza Północnego i obniżenie zasolenia Bałtyku. Powstało typowe morze słonawe, jakie znamy dzisiaj. Nazwa pochodzi od małża Mya arenaria. Glacjał – część plejstocenu odznaczająca się mroźnym klimatem i rozprzestrzenieniem się lodowców. Glacjały rozdzielały okresy cieplejsze, czyli interglacjały.  Geosfery Geosfery – koncentryczne warstwy Ziemi, różniące się znacznie składem i stanem skupienia (powłoki Ziemi).  Badania wnętrza Ziemi 1. Odwierty – najgłębszy znajduje się w Rosji na Półwyspie Kolskim i ma 13 km głębokości 2. Badania prędkości rozchodzenia fal sejsmicznych 3. Analizy skał wydostających się z wulkanu w czasie erupcji 4. Analizy meteorytów – ciał, które powstały w tym samym czasie, co tworzyła się Ziemia (budowa jądra Ziemi) możliwości bezpośredniego poznania budowy wnętrza Ziemi są ograniczone Budowa wnętrza Ziemi Dzięki badaniom sejsmicznym wiadomo, że wnętrze Ziemi ma budowę warstwową.  Jądro Ziemi ✓ jądro zewnętrzne ma cechy ciała ciekłego, natomiast wewnętrzne (od głębokości około 5100 km) zachowuje się jak ciało stałe, ✓ skład chemiczny: Fe i Ni, ✓ bardzo wysokie ciśnienie (ok. 0,36 x 1012 GPa), ✓ temperatura ponad 6000°C, ✓ najsłabiej poznana sfera naszej planety.  Płaszcz Ziemi ✓położony pod skorupą ziemską, ✓sięga do głębokości około 650 km (górny) i dalej do około 2900 km (dolny), ✓skład chemiczny: tlenki krzemu (SiO2), magnezu (MgO) i żelaza (FeO). W zewnętrznej części płaszcza górnego wyróżnia się sztywną warstwę perydotytową oraz leżącą poniżej astenosferę – warstwę odznaczającą się sprężystością i plastycznością. W tej części płaszcza powstają prądy cieplne zwane konwekcyjnymi, które są odpowiedzialne za ruchy płyt tektonicznych.  Skorupa ziemska Zbudowana jest ze sztywnych skał magmowych, osadowych i przeobrażonych. Jej grubość sięga od około 5 km pod oceanami do ponad 70 km pod kontynentami, tworzą ją głównie skały zawierające dużo związków krzemu (Si) oraz glinu (Al).  Powierzchnie nieciągłości ▪ Moho (Mohorovićicia) - pomiędzy skorupą a płaszczem ▪ Gutenberga - pomiędzy płaszczem a jądrem Litosfera – najbardziej zewnętrzna część kuli ziemskiej. Jest to sztywna warstwa, położona bezpośrednio na astenosferze, która obejmuje skorupę ziemską oraz warstwę perydotytową  Właściwości wnętrza Ziemi ❑Wzrost temperatury wraz z głębokością Stopień geotermiczny - średnio 1°C / 33m okolice Neapolu - 1°C / 1,7 m Półwysep Kolski - 1°C / 165 m Wyspy Bahama - 1°C / 180 m ❑Wzrost gęstości skał wraz z głębokością 2,7 g/cm3 w warstwie granitowej 20 g/cm3 w jądrze wewnętrznym ❑Wzrost ciśnienia wraz z głębokością średnio 1 atm. / 3,7m