Study Guides (248,211)
United States (123,294)
Boston College (3,492)
EESC 1180 (11)
All (6)

COMPLETE The Living Earth I Notes: Part 1 -- got 90% on the final!

24 Pages
Unlock Document

Earth & Environmental Sciences
EESC 1180
All Professors

Living Earth: An introduction to  the way the Earth works... 12/11/2012 *Global Annual Mean Surface Air Temperature Change increased 1.8 F (1 C) before industrial revolution CO2 was .03% now .04% *Japan Earthquake March 11, 2011 4  largest, fault size of NE and move 40 ft in 2 min Nuclear plant built to withstand 8.0 eq but wall not built high enough for tsunami result of thrust faulting along the convergent plate boundary where the Pacific Plate subducts beneath  Japan.  Pacific Plate with respect to the Eurasian Plate near the Japan Trench. The rate of convergence at this  plate boundary is about 83 mm/yr (8 cm/year). This is a fairly high convergence rate and this subduction  zone is very seismically active.  *Atmospheric chemist Paul Crutzen has coined the term “Anthropocene”  the current geological period (past few hundred years) during which human activities have had major  effects on the global environment.  *Virginia EQ magnitude 5.8  fault about the size of Boston and move about 1 foot for a few seconds  earth that is east of the rockies is old, hotterm solid ground. When the eq occurred, the waves propagated  and felt more widely *Drilling of wells and boreholes has only penetrated about a third of the way into the Earth's crust, 5­12  km * Seismic Waves vibrations that travel through the Earth carrying the energy released during an earthquake.   *P­Wave Velocities Crust: 6­7 km/sec Mantle:8­13 km/sec Outer Core: 8­10 km/sec Inner Core: 10­11 km/sec *Density of Earth Crust: 2.6­3.1 gm/cm 3 Mantle: 3.3­5.7 gm/cm 3 3 Outer Core: 10­12 gm/cm 3 Inner Core: 13­14 gm/cm *H.F. Reid: Elastic Rebound Theory of Earthquakes explanation for how energy is spread during earthquakes. As rocks on opposite sides of a fault are  subjected to force and shift, they accumulate energy and slowly deform until their internal strength is  exceeded. At that time, a sudden movement occurs along the fault, releasing the accumulated energy, and  the rocks snap back to their original undeformed shape. *Age of the Earth  4.6 billion years. Oldest rocks are 3.9­4.0 billion years old *Earth’s Gravity Field *Dynamo Theory of Earth’s Magnetic Field Rapid motion of liquid iron circulating in the outer Core * Stages in Development of Plate Tectonics 1912­1915: Continental drift proposed by Alfred Wegener  1915­1930: Continental drift debated 1930­1950: Stalemate 1950­1960: Revival of interest in continental drift • Paleomagnetism • Ocean Floor Exploration (Mid­ocean ridges/young age of oceanic crust) 1962: High heat flow over mid­ocean ridges/convection (H. Hess) 1963: Magnetic anomalies parallel to mid­ocean ridges (F. Vine and D.            Matthews) 1965: Transform faults and earthquake locations in ocean basins (J.T. Wilson) 1968: Earthquake locations and direction of earthquake motion consistent           with plate motion (J. Oliver, B. Isacks and L. Sykes) 1970­?: Plate tectonics accepted by most geoscientists *Alfred Wegner and Continental Drift In 1912,published a book entitled Origin of Continents and Oceans in which he proposed an hypothesis  of continental drift and listed supporting evidence for it. Wegener’s evidence came from: Reconstruction of ancient climates  Similar fossils on widely separated continents Matching rock structures across ocean basins Geometrical fit of continental margins  proposed that an original super­continent that he called Pangaea (“all land”) existed before continental  drift began about 180 million years ago.  South America and Africa began to drift apart about 70 million years ago.  Geophysicists countered Wegener’s argument: They argued that physical properties of Earth materials  would not permit that much horizontal motion.  ­Evidence 1. Reconstruction of ancient climates North and south pole are permanently covered with ice ▯ glaciers 18,000 years ago glaciers extended to south of where BC  earth has warmed and glaciers have melted and moved  glaciers move in a general north south movement glacial striations leave geological reminations that glaciers have moved  ~problems how could there be such large glaciers? Glacial striations are not in the right direction/ 2. Similar Fossils Rafting, isthmian links. Island stepping stones, continental drift provide evidence for fossil distribution Fossil remains of Cynognathus, a triasic land reptile found in Africa and South America Fossil remains of freshwater reptile Mesosaurus found in South America and Africa Fossil Evidence of Triassic land reptile found in Antarctica, India and Africa Fossils of fern Glossopteris found in all the southern continiets were once conjoined 3. Similar Rock Structures Appalachian Mountains and Caledonian Mountains in the British Isles Rock structures in South America and Africa fit when reconstruct into Pangea 4. Weigner’s Mechanism for Continental Drift Proposal that continents plow through oceanic crust was not accepted by other geologists  Early 1900’s seismologists already discerned generals structure and physical property of earth interior  Oceanic crust (basalt)  Black, more dense continental crust (granite) light in color less dense than ocean basin crust thicker than oceanic crust rock beneath oceani and continental crust is periodite ­1930­1950’s: Stalemate following WWII intense revival of studying earth in WWII lots of data about earth because studying enemy movement study ocean floor *Composition of Earth’s Interior crust: granite/ basalt continental crust: granite oceanic crust: basalt mantle: peridodite outer core: liquid iron inner core: solid iron *1909 ­ Andrija Mohorovicic analyzed records of an earthquake in Croatia ­ discovered the existence of  the “mantle” underneath the continental “crust”. ­1950­1960: Revival of interest in continental drift • Paleomagnetism .4mya (normal) ▯ .8mya (reversed) ▯ 1.2mya (normal) (igneous rock) in hot magma, the dipoles change orientation srapidly so magma cannot have permanent  magnetization. As the rock cools, the dipoles alime with earth’s magnetic field. With more cooling.  Dipoles lock into the orientation (sedimentary rock) magnetic field when sediments settle in ocean/lake. Magnetic grains wobble about the  magnetic fiels as they sing. Along the botton the magnetic grains can still rotate. When bottom gets  compacted, the magnetic grains are locked into place.  • Ocean Floor Exploration (Mid­ocean ridges/young age of oceanic crust)  most clearly defined ridges are found in the the mid atlantic ­1962: High heat flow over mid­ocean ridges/convection (H. Hess) off coast of Japan there is high heat flow, young crust, that is why it was assumed would not be older that  8.0 eq convection: measure heat flow across floor  highest heat flow comes across over mid ocean rides, direction of youngest ti oldest oceanic ridges ­1963: Magnetic anomalies/mid­ocean ridges (F. Vine and D. Matthews) Iceland is a magnetic anomaly Magnetic reversals every 10,000 years ­1965: Transform faults and earthquake locations in ocean basins (J.T. Wilson  mountains in mid­atlantic has offset ridges, offset by oceanic fracture lines “when enough earthquakes occur, see damage of observed, is wrong then not observed when eq occur, there is a motion along the fault plane normal, reverse or thrust faukt and strike slip fault  in a fracture zone there is a transform fault which is the active zone and on either side is an inactive zone ­1968: Earthquake locations and direction of earthquake motion consistent with plate motion (J. Oliver, B.  Isacks and L. Sykes) deep earthquakes occur in subduction zones, especially along the ring of fire ­1970­???: Plate tectonics accepted by most geoscientists  Geodesy is the science of determining the size and shape of the Earth and the precise location of points on  its surface  Using satellite observations: Can measure relative positions of points on the Earth’s surface with a  precision of a few mm. Fracking 12/11/2012 “Three unusual earthquakes that shook a suburb west of Dallas over the weekend appear to be connected to the  past disposal of wastewater from local hydraulic fracturing operations, a geophysicist who has studied earthquakes in  the region says.” “During hydraulic fracturing, or ‘fracking,’ millions of gallons of high­pressure, chemical­laden water are pumped into  an underground geologic formation ... to free up oil.” Hydraulic fracturing: Injection of water, sand, and chemicals down and across into horizontally drilled wells, so that  natural gas can flow up into the well.  ­How Safe is Hydraulic Fracturing for Natural Gas? Water Use – Fracking uses enormous quantities of fresh water, which gas companies take from nearby streams,  ponds, and rivers, or truck in if there is no immediate water source. Ground Water Pollution – Contaminants in ground water seep up from gas wells and can end up in drinking water. Air Quality – Mining kicks up dust into the air, which can cause health problems in local communities. Truck Traffic – Substantial truck traffic on rural roads that weren’t designed for such heavy vehicles. Earthquakes? 12/11/2012 Although earthquakes can’t be predicted… Earthquake Hazards can be estimated in different regions, and accurate  estimation of earthquake hazards can make a difference in how we prepare for them… ­Earthquake Prediction vs. Earthquake Forecasting Earthquake Prediction = a short­term (hours to days) statement that an earthquake will occur at a given location. Earthquake Forecast = a long term (years to decades) statement of the probability of an earthquake in a region (or  the probability of one or more earthquakes in a region). ­Magnitude 7.6 Costa Rica September 5, 2012 25 miles deep: deeper even so did not cause as much damage but more widely felt cocos plate moves n­ne with respect to the Caribbean subducts beneath Central America at middle American trench  subducts  into athenosphere, water driven from suducting plate into overlying athenosphere addition of water case  partial melting that result  in magma. Magma ascends toward surface of carribean plate some of that magma erupts  to form volcanoes. ­One year anniversary: magnitude 5.8 earthquake  not a surprise if it occurred in Central VA seismic zone north anna nuclear power station▯ 12 miles from mainshock epicenter ­Japan’s Giant Shock Rattles Ideas About Earthquake Behavior pacific ocean floor diving beneath tectonic plate carrying n Japan process of subduction triggers the largest eq older crust which is cooler, thought to slide much more readily downward, triggered small quakes oceanic crust off coast of Japan is 140 mya did not think would be bigger than 8.0 eq in Sendai area ­New Madrid, MO  12/11/2012 sequence of 3 major shocks 1811­1812 intraplate eq’s no obvious relationships bw eq’s and geologically mapped plates in intraplate areas ­Cellular Seismology: does past seismicity delineate zones where future larges eq’s likely to occur? Nonplate boundary eq’s either “intraplate eq” or eq’s that occur in diffuse zones near plate boundaries Cellular seismology is an intentionally simple method of systematically investigation relationships between locations  of past and future eq in given regions Cell tower associated with a circular zone extending some radius away from tower within which cell phones receives  signal from terror.  Analogously, envision some circular zone surrounding epicenter of a past eq is a zone that presumably has  necessary geophysical characteristics to generate future earthquakes 2/3­ ¾ of future eq occur near past eq  ­Hollis Center, Maine Magnitude 4.0 October 16, 2012 Seismology 12/11/2012 *Relatively simple experiment to estimate some basic properties of the Earth’s interior: Mass = M Radius = R Average Density = D Rough Estimate of Variation of Density in Interior ­Newton’s Law of Gravitation Force of attraction (F) is proportional to the masses, and is inversely proportional to the square of the distances  between the masses  Newton’s Laws: Three laws of motion and Law of Gravitation. ­Henry Cavendish (1731­1810) determined the universal constant of gravitation G in 1798.  ­If we could measure R, we could determine M  ­How can we measure R? Greek Scientist: Eratosthenes (276­194 BCE) Observed the angles of the noonday Sun in two Egyptian cities that were roughly north and south of each other. The angles differed by 7 degrees (or 1/50 of a complete circle).  Circumference of the Earth must be 50 times the distance between the cities. The cities are 788 km apart.  Circumference of the Earth must be  50 x 788 km = 39,400 km *Density (gm/cm    )  Seismology 12/11/2012 Lead: 11.4 Copper: 8.9 Iron: 7.9 Zinc: 7.1 Aluminum: 2.7 Rock: 2.7 Asphalt: 2.4 Concrete: 2.3 Soil: 1.5 Water: 1.0 Wood: 0.4­0.8 ­Density of Earth  3 Average Density of Earth = 5.5 gm/cm Average density of crustal rocks= 2.7 gm/cm 3 Density must increase with depth. obtain a more detailed picture of the variation of density with depth through astronomical observations Earth’s axis of rotation points towards different stars at different times. Gravitational forces from the Sun and the Moon cause the Earth to twist and turn in its orbit around the Sun  “Precession” of the Earth causes the North Pole to point to different parts of the sky during a 26,000 year cycle. similar to the motion of a spinning top. From precession of the Earth it is possible to measure the moment of inertia of the Earth. Seismology 12/11/2012 Moment of inertia is a measure of how hard it is to twist an object. The more that the mass is concentrated towards the center of an object, the easier it is to twist the object. *Travel­time versus Distance: Distance measured in degrees from epicenter  Magnitude 7.8 TARAPACA, CHILE, June 13, 2005 Boston, Massachusetts ­ First Wave Arrives 22:55 (10 minutes  Magnitude 7.6 PAKISTAN, October 08, 2005 at 03:51 UTC Boston, Massachusetts ­ First Wave Arrives 4:04 (13 minutes) *The primary “tool” for investigating the physical properties of the Earth’s interior is seismology.  ­What is a Seismic Wave?  Seismic waves are vibrations that travel through the Earth carrying the energy released during an earthquake.   Seismic waves travel outward in all directions, like ripples in a pond. Seismology = The study of seismic waves. Seismograph = Instrument that records seismic waves. Seismogram = The record of ground motion that is produced by a seismograph  ­Two main groups of seismic waves. Body waves travel through the Earth’s interior Two types of body waves. 1)P­waves = Primary Waves = first arrival P­waves can travel through solids, liquids, and gases because matter in all three of these states resists being  compressed and will elastically spring back once the force is removed.  P­waves push (compress) and pull (dilate) rocks in the direction the wave is traveling  2)S­waves =Secondary Waves = second arrival Seismology 12/11/2012 S­waves “shake” the material at right angles to their direction of travel  S­waves can only travel through solids, because fluids do not resist shearing motion. So, fluids do not transmit S­ waves.  Surface Waves: guided by the outer layers of the Earth In the case of surface waves, the ground motion is concentrated near the surface of the Earth, and the wave motion  is similar to that of water waves in the ocean. Two types of surface waves. 1)Rayleigh waves: Discovered by Lord Rayleigh (1887). Rayleigh wave motion is similar to water wave motion, except that for Rayleigh waves, the circles are “retrograde”.  2)Love waves: Discovered by A.E.H. Love (1911). Love waves have side­to­side ground motion, similar to S­waves, except that the ground motion decays with depth in  a manner similar to Rayleigh waves and water waves. P­ wave▯ S­wave▯ Surface wave ­“L­Waves:” Long Period waves ­Granite (and Average Continental Crust) P wave: 6.0 km/sec Rayleigh wave: 2.5 km/sec S wave: 3.5 km/sec Love wave: 3.0 km/sec Differences in density and other physical  properties affect the velocity of seismic waves.  ­P­ Wave Velocity  Oceanic Crust: Basalt= 7 km/sec Continental Crust: Granite= 6 km/sec Crust: 6­7 km/sec Seismology 12/11/2012 Mantle: 8­13 km/sec Outer Core: 8­10 km/sec Inner Core: 10­11 km/sec ­FREE  OSCILLATIONS  OF  THE  EARTH Observations of frequencies of free oscillations of the Earth è evidence that the inner core is solid. Seismology is the only source that has been to core because P/S waves travel through earth The seismic phase PKJKP, which traverses the inner core as ashear wave è direct evidence that the inner core is  solid  ­Shadow Zone P­wave shadow zone is 140­105 degrees: no seismic station records P­wave reflected from core­mantle boundary S­wave shadow zone is 105­105 degrees Travel Time Versus Distance Curves ­Moho Andrija Mohorovicic, Zagreb Seismological Observatory, 1909 ­Inner Core discovered by Inge Lehmann in 1936 Copenhagen Seismological Observatory “Lehman Discontinuity” between outer core and inner core ­Low Velocity Zone in the Upper Mantle athenosphere of plate tectonics deeper in earth the temperature and pressure increase this has effect on making atoms more liquid Seismology 12/11/2012 pressure makes molecules more solid there is a certain point where partial zone of melting ­Mechanism of Plate Tectonics ­Seismic Tomography  Variations in seismic velocity (+/­ a few percent) are depicted by warm (low velocity) or cool (high velocity) colors.  Generally interpreted in differences in heat which generate plate tectonics Seismic waves travel through the earth on many different paths. Combine paths for a detailed picture of velocity  variations inside. Tomography shows thermal structure of subducting plate (slab) Cold (high seismic velocity) oceanic plate subducts into warmer (lower seismic velocity) Warm region of back arc melting causes volcanoes Convection: Slabs heat up slowly▯ millions of years Harry Hess: mantle convection “essay on geopoetry” Plate tectonics are driven by differences in heat but do not know the details of geometry of cell plates Lower velocities are seen beneath mid ocean ridges, higher velocities detected beneath regions of past or present  seduction ­Seismic waves occur because an applied force makes rick deform elastically and then return to its original shape compression: volume changes▯ P waves shea
More Less

Related notes for EESC 1180

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.