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Geology 101, Week 2 Reading Notes

by: Jamie Bynum

Geology 101, Week 2 Reading Notes GEO 101

Marketplace > University of Alabama - Tuscaloosa > Geology > GEO 101 > Geology 101 Week 2 Reading Notes
Jamie Bynum

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These notes are ones I took as I was reading Chapters 1 and 2 of "Essentials of Geology" fourth edition by Stephen Marshak. These are in no way guaranteed to help you pass the class, only help bett...
Dynamic Earth
Dr. Keene
Class Notes
Geology, Science
25 ?




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Popular in Geology

This 39 page Class Notes was uploaded by Jamie Bynum on Wednesday August 31, 2016. The Class Notes belongs to GEO 101 at University of Alabama - Tuscaloosa taught by Dr. Keene in Fall 2016. Since its upload, it has received 16 views. For similar materials see Dynamic Earth in Geology at University of Alabama - Tuscaloosa.


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Date Created: 08/31/16
Chapter 1 • Universe: All of space and all the matter and energy within it • Cosmology: The study of the overall structure and history of the Universe • Geocentric Model: Model of the Universe where the earth is the center and everything orbits it • Heliocentric Model: Model of the Universe where the sun is the  center and everything orbits it ­ Geocentric model gained the most followers thanks to the  influence of Egyptian mathematician Ptolemy ­ During the Renaissance, thanks to Nicolaus Copernicus and  Galileo Galilei, people finally realized the sun was the center • Gravity: The attractive force that one object exerts on another ­ Sir Isaac Newton explained gravity • Matter: Substance of the Universe; it takes up space and you  can feel it • Mass: The amount of matter in an object • Density: Amount of mass occupying a given volume of space • Weight: Force that acts on an object due to gravity ­ Object with greater mass has more matter; mass of an object  determines its weight depending on where it is (Moon, Earth,  etc.) • Energy: The ability to do work • Star: Immense ball of incandescent gas that emits heat and  light • Galaxies: Immense groups of stars that are held together by  the gravity around it • Solar System: Many objects held together in a group with the  sun by gravity • Planet: An object that orbits a star, is roughly spherical, and  has “cleared its neighborhood of other objects” • Terrestrial Planets: Planets that consist of a shell of rock  surrounding a ball of metallic iron alloy (Mercury, Venus, Earth,  Mars) • Giant Planets: Consist largely of gas and ice (Jupiter, Saturn,  Uranus, and Neptune) ­ Mass of Neptune and Uranus consists mostly of solid forms of  water, ammonia, and methane (Ice Giants) ­ Mass of Jupiter and Saturn consists mostly of hydrogen and  helium gas (Gas Giants) • Moon: A sizable body locked in orbit around a planet ­ In the 1920s, unexpected observations about the nature of light  from distant galaxies set astronomers on a path of discovery  and ultimately led to a model of Universe formation known as  the Big Bang Theory • Waves: Disturbances that transmit energy from one point to  another in the form of periodic motions ­ As each sound wave passes, air alternatively expands, then  compresses • Wavelength: The distance between successive waves • Frequency: The number of waves that pass a point in a given  time interval ­ If the wavelength decreases, frequency increases ­ The pitch of a sound depends on the frequency of the sound  waves • Doppler Effect: The phenomenon in which the frequency of  wave energy appears to change when a moving source of  wave energy passes an observer ­ We can represent light waves symbolically by a periodic  succession of crests and troughs ­ The color of the light you see depends on the frequency of the  light waves; red light has a longer wavelength (lower frequency) than blue light ­ If a light source moves away from you, the light you see  becomes redder, as the light shifts to longer wavelengths; if the  source moves towards you, the waves become shorter and the  light becomes bluer; we call these changes the red shift and the blue shift ­ In the 1920s, Edwin Hubble and other astronomers noted the  location and shape of newly discovered galaxies; eventually  began to note the wavelength of light produced by these  galaxies; found that they display a red shift ­ Around 1929, Hubble concluded the distant galaxies must be  moving away from us; realized the whole Universe must be  expanding • Expanding Universe Theory: The theory that the whole  Universe must be expanding because galaxies in every  direction seem to be moving away from us • Big Bang: A cataclysmic explosion that scientists suggest  represents the formation of the Universe; before this event, all  matter and all energy were packed into one volumeless point • Nebulae: Clouds of gas or dust in space ­ When the Universe reached its 200 millionth birthday, it  contained immense, slowly swirling, dark nebulae separated by  vast voids of empty space; eventually, gravity began to remold  the Universe permanently ­ All matter exerts gravitational pull on its surroundings; a nebula  began to pull in surrounding gases; the gas began swirling and  formed into a rotation; due to increased rotation, the nebula  evolved into a disk shape ­ Gravity collapsed the center of the nebula disk into a dense ball that got hotter and hotter and eventually formed a protostar • Protostar: A dense body of gas that is collapsing inward  because of gravitational forces and that may eventually  become a star ­ First starlight occurred around 800 million years after the Big  Bang; began creation of first­generation stars • Supernova: A short­lived, very bright object in space that  results from the cataclysmic explosion marking the death of a  very large star; the explosion ejects large quantities of matter  into space to form new nebulae ­ Nebulae from which the first­generation stars came from were  made entirely of the lightest atoms ­ Heavier elements formed during the life cycle of stars by the  process of stellar nucleosynthesis • Stellar Nucleosynthesis: The production of new, larger atoms by fusion reactions in stars; the process generates more massive  elements that were not produced in the Big Bang ­ Atoms escape a star by overcoming its gravitational pull or  when the star dies • Stellar Wind: The stream of atoms emitted from a star into  space ­ Some of the heaviest atoms require a supernova explosion to  ever even form • Nebular Theory: The concept that planets grow out of rings of  gas, dust, and ice surrounding a newborn star ­ The disk from which our Solar System formed contained all 92  elements Materials formed divided into two classes: 1. Volatile materials are those that can exist as a gas at the  Earth’s surface; in pressure and temperature of space, they  remain gases until they pass the “frost line” where some  condense to ice 2. Refractory materials are those that melt only at high  temperatures, and they condense to form solid soot­sized  particles of “dust” in space ­ As the proto­Sun began to form, the middle got hot and  evaporated volatile materials; in surrounding rings, refractory  materials were near the middle while volatile materials stayed  around the outer edges ­ Before the proto­Sun ignited, the material of the surrounding  rings began to clump together • Planetesimals: Tiny, solid pieces of rock and metal that collect  in a planetary nebula and eventually accumulate to form a  planet • Protoplanet: A body that grows by the accumulation of  planetesimals but has not yet become big enough to be called a planet • Differentiation: A process early in a planet’s history during which dense iron alloy melted and sank downward to form the core,  leaving less­dense mantle behind • Meteorite: A piece of rock or metal alloy that fell from space and landed on Earth Chapter 1 • Earth System: The global interconnecting web of physical and  biological phenomena involving the solid Earth, the  hydrosphere, and the atmosphere • Magnetic Field: The region affected by the force emanating from a magnet ­ Earth’s magnetic field is largely a dipole, meaning it has a north pole and a south pole ­ Earth’s magnetic field deflects most—but not all—of the Sun’s  solar wind ­ Van Allen Radiation Belt traps solar wind particles as well as  cosmic rays • Atmosphere: A layer of gasses that surround a planet ­ Earth’s atmosphere contains mostly nitrogen and oxygen ­ The density of the air and air pressure increases the closer you  get to Earth’s surface due to the weight of higher up air pushing down ­ 99% of atmospheric gases lie below 50 km; atmosphere is  barely detectable at 120 km ­ Most winds and clouds develop in the lowest atmospheric level, the troposphere ­ The remaining atmospheric layers, in order from lowest to  highest, are: the stratosphere, the mesosphere, and the  thermosphere ­ The earth is 30% land; some land is solid rock while some is  sediment ­ Most surface water is salty ­ Earth’s surface is not flat; topography defines plains,  mountains, and valleys ­ Bathymetry (variation in elevation of the ocean floor) defines  mid­ocean ridges, abyssal plains, and deep­ocean trenches ­ Iron, oxygen, silicon, and magnesium makes up 91.2% of the  Earth’s mass; the remaining 88 elements make up the other  8.8% of Earth’s mass Basic categories of materials:  1. Organic Chemicals 2. Minerals 3. Glasses 4. Rocks 5. Sediments 6. Metals 7. Melts 8. Volatiles ­ Most common minerals in Earth contain silica mixed with other  elements; called silicate minerals Four rock types in Earth’s layers:  1 Granite: A felsic rock with large grains 9. Basalt: A magic rock with small grains 10. Gabbro: A mafic rock with large grains 11. Peridotite: An ultramafic rock with large grains ­ The average density of Earth far exceeds the density of  common rocks found on the surface; mass is so great the Earth must contain a large amount of metal Earth’s three layers:  1 Crust—outer layer, composed of rocks 12. Mantle—middle layer 13. Core—inner layer; very dense ­ Geothermal gradient is the change of temperature as you go  deeper into the earth ­ Earth’s crust is only 7 km to 70 km thick (depending on where  you are) ­ Oceanic crust (crust underlying oceans) is only 7 to 10 km  thick; layer of sediment on top is generally less than 1 km thick ­ Most continental crust (crust underlying continents) is about 35  to 40 km thick; oxygen is most abundant element ­ Earth’s mantle is 2885 km thick; made entirely of a stone called  peridotite ­ Mantle divided into upper and lower mantles; transition zone is  between 400 km and 660 km deep ­ Core is made of iron alloy; divided into outer and inner core ­ Lithosphere contains the Earth’s crust and outermost layer of  the mantle ­ Asthenosphere is the portion of the mantle in which rock can  flow Chapter 2 • Pangaea: A supercontinent that assembled at the end of the  Paleozoic Era • Continental Drift: The idea that continents have moved and are  still moving slowly across the Earth’s surface ­ German meteorologist Alfred Wegener proposed the idea of  Pangaea and continental drift; was rejected since he couldn’t  find a cause ­ In 1960, American geologist Harry Hess proposed sea­floor  spreading • Sea­floor Spreading: The gradual widening of an ocean basin  as new oceanic crust forms at a mid­ocean ridge axis and then  moves away from the axis • Subduction: The process by which one oceanic plate bends and sinks down into the asthenosphere beneath another plate ­ By 1968, geologists had developed a fairly complete model  encompassing continental drift, sea­floor spreading, and  subduction; in this model, Earth’s lithosphere consists of about  20 distinct pieces, or plates, that slowly move relative to each  other • Plate Tectonics: The theory that the outer layer of the Earth  consists of separate plates that move with respect to one  another ­ Geologists view plate tectonics as the grand unifying theory of  geology because it can successfully explain a great many  geologic phenomena ­ Once maps of coastlines were available in 1500, scholars  noticed that the continents did fit together ­ As a glacier flows, it collects sediment grains of all sizes; grains protruding from the base of the moving ice carves scratches  called stritations, into the substrate; when ice melts, it leaves  the sediment in a deposit called till, that buries stritations  ­ All southern continents have glacial stritations and tills; proves  Pangaea existed ­ If southern of Pangaea was at south pole, northern of Pangaea  was at the equator; should see deposits of coal from jungle  plant material, reefs from shallow seas of tropical areas, and  salt deposits from evaporating seawater; all these thins were  found to be true ­ Fossils were found in many places; if land was connected,  animals and plants could easily have moved ­ Earth’s dipole intersects the planet at two points, known as the  magnetic poles • Magnetic Declination: The angle between the direction a  compass needle points at a given location and the direction of  true north • Magnetic Inclination: The angle between a magnetic needle free to pivot on a horizontal axis and a horizontal plane parallel to  the Earth’s surface • Paleomagnetism: The record of ancient magnetism preserved in rock ­ Paleomagnetism can develop in many different ways Paleomagnetism Example:  1. Lava (has no crystals) starts to cool and solidify 2. Tiny crystals begin to grow 3. Thermal energy causes tiny magnetic dipole in each crystal to wobble; dipoles of magnetic specks are randomly oriented  and magnetic forces they produce cancel each other out 4. Rock cools, dipoles slow down and align with Earth’s  magnetic field • Paleopole: The supposed position of Earth’s magnetic pole in  the past, with respect to a particular continent • Apparent Polar­Wander Path: A path on the globe along which  a magnetic pole appears to have wandered over time; in fact,  the continents drift, while the magnetic pole stays the same ­ Echo sounding (sonar) works on the same principle that bats  use to navigate; sound pulse is emitted from a ship and travels  to the sea floor; bounces off the sea floor and returns to the  ship ­ Sonar is used to measure the depth of the sea floor Several Important Features of the Ocean Floor: 1 Mid­Ocean Ridges: Underwater “mountains” 5. Abyssal Plains: Broad, flat regions 6. Deep­Ocean Trenches: Elongated troughs 7. Seamount Chains: Isolated submarine mountains 8. Fracture Zones: Narrow bands of vertical cracks ­ Discoveries of important characteristics of the sea­floor crust  led geologists to realize that oceanic crust differs from  continental crust Bathymetric features of the ocean floor that provide clues to  the origin of the crust:  1 Layer of clay sediment and tiny shells of dead plankton too  thin to be there all of Earth’s history 9. Oceanic crust is different from continental crust 10. Heat flow is not the same everywhere in the oceans 11. Earthquakes define distinct belts ­ Henry Hess proposed sea­floor spreading • Sea­Floor Spreading: The gradual widening of an ocean basin  as new oceanic crust forms at a mid­ocean ridge axis and then  moves away from the axis ­ Hess also theorized that old oceanic floor sank back down in  deep­ocean trenches ­ Magnetic field is measured in two parts: Earth’s dipole  produced by the outer core and magnetism produced by near­ surface rocks • Magnetic Anomally: The difference between the expected  strength of the Earth’s magnetic field at a certain location and  the actual measured strength of the field at that location ­ Positive anomalies are places where the field strength is  stronger than expected; negative anomalies are places where  the field is weaker than expected • Marine Magnetic Anomalies: The difference between the  expected strength of the Earth’s magnetic field at a certain  location on the ocean floor and the actual measured strength of  the magnetic field at that location ­ Marine magnetic anomalies are in distinctive, alternating bands  of positive and negative • Magnetic Reversal: The change of the Earth’s magnetic polarity; when a reversal occurs, the field flips from normal to reverse  polarity, or vice versa ­ By noting a rock’s magnetic orientation and how old the rock is,  geologists can make a time table of magnetic reversals ­ A research drilling team called the “Glomar Challenger”  discovered that sediment was progressively thicker the farther  away from the axis of the Mid­Atlantic Ridge ­ In the 1960s and 1970s, new studies defined the meaning of a  plate, defined the types of plate boundaries, constrained plate  motions to earthquakes and volcanoes, showed how plate  interactions can explain mountain belts and seamount chains,  and outlined the history of past plate motions • Lithosphere Plates: Many distinct pieces of the lithosphere  separated from one another by breaks • Plate Boundaries: The borders between lithosphere plates ­ Because of plate tectonics, the map of Earth’s surface  constantly changes ­ By looking at a map of earthquake locations, geologists can find plate boundaries • Active Margin: A continental margin that coincides with a plate  boundary • Passive Margin: A continental margin that is not a plate  boundary • Divergent Boundary: A boundary at which two lithosphere plates move apart from each other; they are marked by mid­ocean  ridges • Convergent Boundary: A boundary at which two plates move  toward each other so that one plate sinks (subducts) beneath  the other; only oceanic lithosphere can subduct  • Transform Boundary: A boundary at which one plate slips past  another laterally ­ At a divergent plate, new oceanic lithosphere forms as the  plates spread apart ­ As sea­floor spreading takes place, hot asthenosphere rises  beneath the ridge and begins to melt, and molten rock (magma) begins to form ­ Magma rises to either solidify as wall­like sheets called dikes or spills out of underwater volcanoes to form blobs called pillows • Black Smokers: Clouds of suspended materials formed where  hot water spews out of a vent along a mid­ocean ridge; the  dissolved sulfide components of the hot water instantly  precipitate when the water mixes with seawater and cools ­ As soon as it forms, new oceanic crust moves away from the  ridge axis, causing more magma to rise • Subduction: The process by which one oceanic plate bends and sinks down into the asthenosphere beneath the other plate ­ Once oceanic lithosphere has aged at least 10 million years, it  becomes more dense and thus can sink if given the opportunity ­ The subjecting plate grinds along the remaining plate, causing  large earthquakes • Watadi­Benioff Zone: A sloping band of seismicity defined by  intermediate­ and deep­focus earthquakes that occur in the  down­going slab of convergent plate boundary  • Accretionary Prism: A wedge­shaped mass of sediment and  rock scraped off the top of a downing plate and accreted onto  the overriding plate at a convergent plate margin • Volcanic Arc: A curving chain of active volcanoes formed  adjacent to a convergent plate boundary ­ If the volcanic arc forms where an oceanic plate subducts  beneath continental lithosphere, the resulting chain of  volcanoes grows on the continent and forms a continental  volcanic arc; if the volcanic arc grows where one oceanic plate  subducts beneath another oceanic plate, the resulting  volcanoes form a chain of islands known as a volcanic island  arc ­ Mid­ocean ridges are not long, uninterrupted lines, but rather  consist of short segment that appear to be offset laterally from  each other by narrow belts • Fracture Zone: A narrow band of vertical fractures in the ocean  floor; fracture zones lie roughly at right angles to mid­ocean  ridges, and the actively slipping part of a fracture zone is a  transform fault • Triple Junction: A point where three lithosphere plate  boundaries intersect • Hot­Spot Volcano: An isolated volcano not caused by  movement at a plate boundary, but rather the melting of a  mantle plume • Mantle Plume: A column of very hot rock rising up through the  mantle • Hot­Spot Track: A chain of now­dead volcanoes transported off  the hot spot by the movement of a lithosphere plate • Rifting: When a continent splits and separates into two  continents • Collision: The process of two buoyant pieces of lithosphere  converging and squashing together • Continental Rift: A linear belt along which continental  lithosphere stretches and pulls apart ­ Nearer the surface of the continent, stretching causes the rock  to break and faults to form ­ As continental lithosphere thins, hot asthenosphere rises  beneath the rift and starts to melt; eruption of the molten rock  produces volcanoes along the rift ­ If rifting continues for a long enough time, the continent breaks  into two, a new mid­ocean ridge forms, and sea­floor spreading  begins ­ Collision is the process in which two buoyant pieces of  lithosphere converge and squeeze together ­ At first, scientists thought plate tectonics was caused by the  plates simply floating on the asthenosphere ­ Convection is involved in plate motions because plates where  deeper, hotter asthenosphere is rising and places where  shallower, colder asthenosphere is sinking causing plates to  speed up or slow down • Ridge­Push Force: A process in which gravity causes the  elevated lithosphere at a mid­ocean ridge axis to push on the  lithosphere that lies farther from the axis, making it move away • Slab­Pull Force: The force that downing plates (or slabs) apply  to oceanic lithosphere at a convergent margin • Relative Plate Velocity: The movement of one lithosphere plate  with respect to another • Absolute Plate Velocity: The movement of a plate relative to a  fixed point in the mantle • Global Positioning System (GPS): A satellite system people can use to measure rates of movement of the Earth’s crust relative  to one another, or simply to locate their position on Earth’s  surface Chapter Summary ­ Alfred Wegner proposed the continents had once been joined  together to form a single huge supercontinent (Pangaea) and  had subsequently drifted apart; this idea is the continental drift  hypothesis ­ Wegner drew from several different sources of data to support  his hypothesis: 1 The correlation of the coastlines 12. The distribution of late Paleozoic glaciers 13. The distribution of late Paleozoic climate belts 14. The distribution of fossil species 15. Correlation of distinct rock assemblages now on opposite  sides of the ocean ­ Rocks retain a record of the Earth’s magnetic field that existed  at the time the rocks formed; this record is called  paleomagnetism; by measuring paleomagnetism in successive  older rocks, geologists discovered apparent polar­wander paths ­ Apparent polar­wander paths are different for different  continents, because continents move with respect to each  other, while the Earth’s magnetic poles remain roughly fixed ­ Around 1960, Harry Hess proposed the hypothesis of sea­floor  spreading; according to this hypothesis, new sea floor forms at  mid­ocean ridges, then spreads symmetrically away from the  ridge axis; eventually, the ocean floor sinks back into the  mantle at deep­ocean trenches ­ Geologists documented that the Earth’s magnetic field reverses polarity every now and then; the record of reversals is called  the magnetic­reversal chronology ­ A proof of sea­floor spreading came from the interpretation of  marine magnetic anomalies and from drilling studies which  prove that sea floor gets progressively older away from a mid­ ocean ridge ­ The lithosphere is broken into discreet plates that move relative to each other; continental drift and sea­floor spreading are  manifestations of plate movement  ­ Most earthquakes and volcanoes occur along plate boundaries; the interiors of plates remain relatively rigid and intact  ­ There are three types of plate boundaries: divergent,  convergent, and transform; they are distinguished from each  other by the movement the plate on one side of the boundary  makes relative to the plate on the other side ­ Divergent boundaries are marked by mid­ocean ridges; at  divergent boundaries, sea­floor spreading produces new  oceanic lithosphere ­ Convergent boundaries are marked by deep­ocean trenches  and volcanic arcs; at convergent boundaries, oceanic  lithosphere subducts beneath an overriding plate ­ Transform boundaries are marked by large faults at which one  plate slides sideways past another; no new plate forms and no  old plate is consumed at a transform boundary ­ Triple junctions are points where three plate boundaries  intersect ­ Hot spots are places where volcanism occurs at an isolated  volcano; as a plate moves over the hot spot, the volcano moves off and dies, and a new volcano forms over the hot spot; hot  spot may be caused by mantle plumes ­ A large continent can split into two smaller ones by the process  of rifting; during rifting, continental lithosphere stretches and  thins; if it finally breaks apart, a new mid­ocean ridge forms and sea­floor spreading begins ­ Convergent plate boundaries cease to exist when a buoyant  piece of crust (a continent or an island arc) moves into the  subduction zone; when that happens, collusion occurs ­ Ridge­push force and slab­pull force contribute to driving plate  motions; plates move at a rate of about 1 to 15 cm per year;  modern satellite measurements can detect these motions


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