ESS 103 Notes weeks 1-6.docx

37 Pages
Unlock Document

Earth Sciences

Earth 2013­10­23 ESS 103: Sept 9  2013­09­09 1a: Intro  Everything is on portal.  Check syllabus and print Canada Rocks: The Geologic Journey – Nick Eyls and Andrew Miall (Read?)  Covering: geologic hazards, how we interact with earth, pollution, natural resources  Current federal government very anti­environmentalist as compared to previous liberals, especially forestry  and fishery protection.  FIRST TEST: OCT. 16 Av: 60% NOV 25   TH TUTORIALS: Help Center instead of tutorials.  1B: Earth What is the earth? Earth System Science (4) Solid earth (lithosphere) – hydrosphere (water); biosphere (animals) and resting on top is the atmosphere Four spheres that govern Earth Processes  Open and closed systems Isolated system Closed system: earth functions as a closed system most of the time. Sun is only thing that goes into our  closed system.  Open system: Exception i.e. asteroid, cloud of earth system shields atmosphere to create a nuclear winter 3 Major Components (5)  crust (7­50 km) (two types; upper and lithosphere – see diagram on slide 6), mantle (plastic, high temp.,  moves as a slow liquid) (2900 km) and core (iron nickel; responsible for magnetic field) (2250 km). oceanic crust: consists of basaltic rocks ; more dense continental crust: granitic rocks  How do we know about the earths interior? Seismic information (P and S waves)  Slide 8 diagram Primary: arrive first; push pull waves; “childs toy”;  Secondary: shake waves; “shakey rope motion”; energy comes back; moves somewhat slower than P  waves  S waves do not pass through liquids  Seismographs: detecting the motion of the crust Locating an earthquake: P waves travel faster than S waves. The spacing between the P and S waves  indicated the distances the waves have travelled.  (Earthquake located at the intersection of circles) diagram Wave paths and S­wave shadow S waves not transmitted through liquids and this is one of the main ways we know the earhts core is liquid.  S waves do not travel across the opposite ends of the earth. Xenoliths: fragments of host rock brought to the surface by igneous intrusion.  Meteorites: 2 basic types Iron meteroites Stony meteorites Assumed that meteorites represent the breakup of a planet much like our own  DIFF between mineral and rock: MINERAL: Any naturally occurring solid that is crystalline and has a specific chemical composition ROCK: any naturally occurring aggregate of minerals.  The Rock Cycle Escape of heat from the mantle through convection  Ie overturn of water in a boiling pot Generally runs over oceans, creates new igneous material THREE TYPES OF ROCK: Igneous: rock cooled from molten state Ex basalt (oceanic crust), granite (continental crust) Sedimentary: rock formed from recycling of materials at the Earth’s surface  Sandstone; dolomite of rocky mountains, containing fossil reefs  Metamorphic: Any rock altered by heat/pressure Earlier rocks that have been recrystallized, ie highway in cottage country  SEE CHART ON SLIDE 17 TO EXPLAIN CYCLE Elemental abundances:  Iron (most prominent in the core), oxygen, silicon and aluminum are the most common elements Carbon notably not on this list composition of crust and interior are diff (ie whole earth most iron, crust in most oxygen) Plate Tectonics 2013­10­23  theory that explains the global distribution of geological phenomena such as seismicity,  volcanism, continental drift, and mountain building in terms of the formation, destruction,  movement, and interaction of the earth's lithospheric plates. INTRO:  Arabian continent moving north relative to Africa, opening up the Red Sea (newer ocean), creating a major  fault zone along the course of the Jordan river and the Dead sea (dead sea rift).  Old testament describes walls falling, etc. but can be attributed to earth quakes caused by the dead sea rift. Plate tectonics evolved from ideas about continental drift Pangea: sediments/fossils lead to current understanding of shape Animals evolve based in isolation as continents separate  The Interior Heat Engine  Tectonics driven by earths ‘heat engine’, heat generated by dispersed radiogenic elements See chart Convective overturn of mantle = boiling pot of water Takes millions of years Continental plates forming crust rafted on mantle, carried away from sea floor spreading centres,  and periodically collide, creating mountain belts. The Overturn of Earth’s crust Hot mantle rock rises Cold sea floor and mantle rock sinks Plate Tectonics 2013­10­23 New crust emerges, causes earthquakes  Movement of oceanic crust away from spreading centres rates at 3.7cm/ year = average growth rate of a  finger nail  Proof of sea floor spreading Proved by examination of the Hawaiian islands  volcanic islands get older as you track them westward,  Major processes of plate tectonics  New crust is created by injection of magma at sea floor spreading centres Oceanic crust is recycled by descending into the mantle at SUBDUCTION ZONES. Partial melting of  material generates new rock Diverging continents Continents split and separate Rifts form first, as in east African rift system Converging continents I.e. Vancouver islands Faults are pushed up causing big earthquakes SEPT 16 TH Current events:  Calgary Floods Popocatapetl Volcanoes in Mexico City (july 2013) Plate Tectonics 2013­10­23 Converging Continents cont­ Severe earthquakes occur where plates overlap in the subduction zone India­Asia collision: Coastline keeps being pushed back by northward driving force of Indian driving plate Rockies: process of compression pushes up thrust vaults  Grenville continent: comparative to india Asian orogeny Now muskoka, high mountains all eroded away (similar to Himilayas) ie roadside highway is erosion of  major mountains.  Transform Margins Third type of plate movement Where plates slide past each other Ie san andreas fault los angeles/ san fran area.  Earth Major Plates Study map. Heat leaving earths interior causes movement Suduction zones cause great earthquakes, volcanoes Age of Earth’s Oceanic Crust Majority of crust is newer, oldest being 160 million years. Plate Tectonics 2013­10­23 Compared to earths age being 4 billion Due to contstant recycling process: rock cycle, sear floor spreading, subduction, etc.  Magnetic field not testable material. Movement of Plates Based off of gps lat and long comparative. Every case, there is motion. Earth always moving.  Bleak subduction off of phillipines and japan East pacific rise is moving towards south America vs plates in Andean mountains are in same direction but  move at different rates, creating subduction zone.  Lateral movement in all directions dependent on active zone,  Present type: ethiopa can currently see new oceanic crust being formed Types of Faults One block will rise over another at the fault plane  Types: Reverse (left up) Normal (right up) Strike­slip (left moves southernly, right moves northerly) Oblique slip (left moves upwards and southernly)   Earth Systems and Cycles 2013­10­23 Earths Energy Budget Earth Systems and Cycles 2013­10­23 From sun (measured in watts) Ie lightbulb 40­100 watts Sun 17.3 x 10 ^ 16 watts (billion years before it red giants) Energy that drives photosynthesis/other biochemical proceses Sun energy creates land sea earth,  some reflected back into space as heat and light energy Absorbed by greenhouse gases in the atmosphere Some heat created by convection (11.3 x 10^12 watts) Oceans occupy over half of earths space = blue planet Reflects back suns energy Absorbed by atmosphere (64%) Much energy absorbed by land and water Heat transfer by air and water Hemisphere will alwayds be hotter than poles Surplus equater heart drives currents that carry the heat  Due to earths rotation, causes a moving object to be deflected to the right in the northern hemisphere:  Coriolis effect/force Heat transfer occurs in hurricanes  Earth Systems and Cycles 2013­10­23 Earth’s Climatic Belts Most of world greats deserts are located between tropic of cancer, equator and tropic of Capricorn. Arid belts:  Heat of the sun causes air to rise and create moist air currents, water condenses and becomes rain =  characteristic of equatorial zones.  Air descends and causes high pressure zones, ie central atlantic, Africa, etc. Dropped moisture over equator Air Circulation and Wind Patterns  Hadley cell shows the rise of moist tropical air, mixes with other air masses – ferrel cell dry air, and polar  cell. See chart All weather comes from the west  Trade winds, (get def), belts of deserts, equatorials rain forests are all located in accordance with these  patterns.  World surface ocean currents Currents driven by wind pressures and energy transfers I.e. gulf stream – climate following stream varies, stream just moderates Gulf Stream Satellite sensor image shows diff in water temp.  Water naturally forms border seas and whirlpools Sinks around Greenland sea  Earth Systems and Cycles 2013­10­23 Great Ocean Conveyor System Complete continuous circulation of ocean waters Takes about 1000 years for complete cycle Large masses of cold water sink to the bottom of the atlantic ocean = cold current flowing in a southernly  direction Goes to southern atlantic Artic flows easternly – isolated by worlds weather system – this is why its always cold The Water Cycle Clouds formed by evaporation for ocean lake water, picked up by surface air masses and condensed into  clouds Moved by weather and fall back into rain  Some will fall onto elevated surfaces and turn into snow or ice – some will become glaciers  Water on elevated areas flows off and returns into seas Vegetation serves to cool and moisten a climate Deforestation turns an area arid  I.e. Africa around 0 AD were fertile soil until over farming deteriorates soil and climate change –> dry  Inventory of water at Earth’s surface Groundwater compared to oceans is low  Residence time of water found in reservoirs Slow movement of ground water = why some areas lack water supply.  Earth Systems and Cycles 2013­10­23 Carbon Cycle Industrialization and burning of fossil fuels increases CO2 in atmosphere Organic matter becomes transported into ocean through respiration and decomposition – sediments in  ocean (sedimentary rocks) ­> coal, oil and gas OR ocean CO2 store which is diffused into atmosphere Long process – we are consuming far faster than created  Est. stores of carbon Atmospheric co2 is relatively low to oceanic co2, very low compared to marine sediments and sedimentary  rocks MOST CARBON IN NATURE IS PRESENT IN LIMESTONE Long term: return of carbon to atmosphere is not a huge problem to the earth,  Geologic Time Scale * CN Tower demo: Time has “speeded up” – very tip is recent cenozoic life. (humans) a. Origin of planet earth: 4.5 billions of years. (ga) b. Archean­Proterozoic boundary: 2.5 GA c. Beg of Phanerozoic – 600 millions of years (ma) d. End of the cretaceous – 65 ma e. Humans – 5 ma Recorded history – 4 – 5 thousands of years (ka) Earthquakes 2013­10­23 Build up of stress and release along a pre existing fault plane – movement sends shockwave Causes • Earthquakes indicate that rock deformation has occurred • This causes bending (folds) and fracturing (faults) • This deformation occurs because rocks are under stress • Earthquakes occur when build­up of stress leads to sudden release of energy • Stress is caused by the lateral movement of the Earth’s plates • Two types of stress: Extensional and contractional stress  • Rocks have a certain elasticity that permits ductile deformation and the formation of folds.  • Beyond a certain point they will fracture, forming faults • After a quake there is Elastic rebound or “snap­back”  • Types of fault: normal, reversed, thrust, strike­slip Seismic Waves Primary (push waves) and secondary (shake waves) Major plates are continental and oceanic , all occur at or near plate boundaries Circum pacific belt (edge of North America) Great number of earthquakes also occur in southern Asian  Most occur in unpopulated oceanside areas with little damage Earthquakes 2013­10­23 Scale indicates strength, rank from under 2 being small, upwards of 8 is massive destruction Logarithmic scale – each magnitude is 10 x more powerful than the next lower magnitude on the scale.  Greatest loss of life occur in 3  world countries – high population and poor building standards Worst in recent years: Haiti – poor contributes to high casualties  Port au Prince located on major fault High amount of earthquakes – rarely hear about vast majority!  Secondary Damage Fires, landslides, liquefaction of clays, changes in ground level (flooding by the sea or  drying out of harbours), tsunamis, Older foundations , ie built on sand/clay, in an earthquake had motions can liquefy foundation, causing  buildings to collapse  Subduction Zones MEMORIZE THIS! major stress means down going of oceanic plate at the edge of a continent deepest points in ocean occur near subduction zones  ex) Sumatra boxing day 04: tsunami from indian ocean  ex) Japan fragile location, high pop  Fukushima – hit coastline nuclear power stations  2013­10­23 2013­10­23 Weeks 4: Volcanoes 2013­10­23 Lecture 04A Slide 2: Volcanoes are the most visible product of the process of melting in the Earth’s interior. This map shows the location of the world’s major volcanoes. They occur in three main settings: 1) Along subduction zones  pacific ocean = ring of fire (where most of the words active volcanoes are) indian plate 2) At mid­oceanic spreading centres ie Iceland  3) Above mantle plumes: rises directly upwards, sheds molten lava from top of plume into  ocean floor  (e.g., Hawaiian volcanoes) Slide 3: terminology: Magma: molten igneous rock Hea ing of the mantle generates molten magma (see plate­tectonics  section: Week 02A). Lava: molten igneous rock extruded and flowing on the earth’s surface Intrusive rock: a body of magma that has pushed its way into host rocks  and cooled below the Earth’s surface Extrusive rock: a body of lava poured out and cooled at the surface 2013­10­23 Pluton: A body of igneous rock cooled at great depth (several km),  usually consisting of coarsely­crystalline rocks, such as granite Pyroclastic rocks: From the Greek work pyro for fire and the word clast  meaning broken. Fragmented volcanic rocks formed at the surface Ash or tephra: blobs and drops of lava cooled quickly in air and fallen to form a blanket on the surface Slide 4: The main features of a subduction zone. : magmatic arc *TRY TO FIND VIDEO EXPLAINING THIS? Slide 5:  Illustrates examples of the plutonic rocks (granite) that form the roots of most subduction zones. Slide 6: Minor types of igneous intrusion (see inset in Slide 4 for explanation of terms) Slide 7: ** Main types of volcano 2013­10­23 ­ oceanic sourced volcanoes (shield volcano) —basalt, 50% silica, Forms oceanic crust. Rocks are rich in the minerals of iron and magnesium, which  gives the rocks a very dark, commonly almost black colour.; non explosive; free flowing lava ­ crustal source (stratovolcano)  —andesite lava and tephra, mixed lava and ash, light grey ­ continental —rhyolite and andesite lava, 70% silica, high viscosity (flows slowly like toffee) and very explosive ­> forms  granite intrusions. Formed by partial melting of continental crust in subduction zones. Rocks are pale in  colour bc of silica, often pink or red. Slides 8­14: Shield volcanoes in Hawaii Slide 13; Characteristic “ropy” lava texture of fresh lava (this view is of a flow only a few weeks old). The texture is  formed when the surface crust cools and rumples up like a table cloth as the molten lava below continues to  flow. Slides 14, 15: When a lava flow enters the sea if forms characteristic “pillow lava” texture. This pair of slides shows a  modern and an ancient pillow lava field. Slides 16, 17: Modern lava flows. The heat sets all surface vegetation and human constructions alight. This is the “fire” of  the Ring of Fire, a secondary effect of volcanic eruptions. Lava flows, including lava fountains, are not “on  fire”. They are red because they are hot, not because burning is taking place. Slide 18: Spatter cone (top) and black­sand beach (bottom). Local erosion of fresh lava flows in Hawaii creates  beaches composed of lava fragments, and fragments of the minerals of which the lava composed. In places  the main beach material is black basalt fragments, as shown here. In other  places beaches are composed of the green mineral olivine. Slide 19: The effects of the eruption in Iceland in April 2010: unusual amounts of ash shut down  trans­Atlantic air travel for weeks. Volcanoes  2013­10­23 Lecture 04B Volcanoes  2013­10­23 Andesitic volcanoes. These are the main types of volcano that form in magmatic arcs, above subduction  zones. They cha
More Less

Related notes for ESS103H1

Log In


Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.