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IGNOU BGYCT-131 Solved Question Paper PDF
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IGNOU BGYCT-131 Previous Year Solved Question Paper in Hindi
प्रश्न 1. निम्नलिखित में से किन्हीं पाँच के उत्तर संक्षेप में लिखिए : (क) एकरूपतावाद (ख) ग्रहाणु परिकल्पना (ग) गोलाभ अपक्षय (घ) गुम्फित जलधारा (ङ) अवनमनी वलन (च) कोणीय वलन (छ) ओफियोलाइट (ज) अंतरा-प्लेट ज्वालामुखीयता
उत्तर.
(क) एकरूपतावाद (Uniformitarianism) एकरूपतावाद एक मौलिक भूवैज्ञानिक सिद्धांत है जिसे जेम्स हटन द्वारा 18वीं शताब्दी में प्रस्तावित किया गया था। इस सिद्धांत का मूलमंत्र है ” वर्तमान भूतकाल की कुंजी है “। इसका तात्पर्य यह है कि जिन भूवैज्ञानिक प्रक्रियाओं (जैसे अपरदन, निक्षेपण, ज्वालामुखी क्रिया) को हम आज देख रहे हैं, वे पृथ्वी के पूरे इतिहास में समान रूप से और समान दर से संचालित होती रही हैं। यह सिद्धांत बताता है कि पृथ्वी का निर्माण धीमी, क्रमिक और निरंतर प्रक्रियाओं के माध्यम से हुआ है, न कि अचानक होने वाली विनाशकारी घटनाओं से। इसने भूविज्ञान को एक आधुनिक विज्ञान के रूप में स्थापित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। (ख) ग्रहाणु परिकल्पना (Planetesimal hypothesis) यह सौर मंडल की उत्पत्ति से संबंधित एक सिद्धांत है, जिसे 20वीं शताब्दी की शुरुआत में चैंबरलिन और मोल्टन द्वारा प्रतिपादित किया गया था। इस परिकल्पना के अनुसार, बहुत समय पहले सूर्य के पास से एक विशाल तारा गुजरा। तारे के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव के कारण सूर्य से सिगार के आकार का गैसीय पदार्थ का एक हिस्सा अलग हो गया। यह पदार्थ सूर्य के चारों ओर परिक्रमा करने लगा और ठंडा होकर छोटे-छोटे ठोस कणों में संघनित हो गया, जिन्हें ग्रहाणु (planetesimals) कहा गया। समय के साथ, ये ग्रहाणु गुरुत्वाकर्षण के कारण आपस में जुड़कर और बड़े होते गए, जिससे अंततः ग्रहों का निर्माण हुआ। (ग) गोलाभ अपक्षय (Spheroidal weathering) यह एक प्रकार का रासायनिक अपक्षय है जो आमतौर पर अच्छी तरह से जुड़ी हुई आग्नेय चट्टानों जैसे ग्रेनाइट और बेसाल्ट में होता है। जब पानी चट्टान के जोड़ों या दरारों में प्रवेश करता है, तो यह कोनों और किनारों पर सतहों की तुलना में अधिक तेजी से रासायनिक अभिक्रिया (जैसे हाइड्रोलिसिस और ऑक्सीकरण) करता है। इस विभेदक अपक्षय के कारण चट्टान के खंडों के कोने गोल हो जाते हैं और प्याज के छिलकों की तरह संकेंद्रित परतें उतरने लगती हैं। इस प्रक्रिया से अंततः गोलाकार या अंडाकार बोल्डर बनते हैं। (घ) गुम्फित जलधारा (Braided channel) गुम्फित जलधारा एक ऐसी नदी या धारा प्रणाली है जिसमें कई छोटी, आपस में जुड़ी हुई धाराएँ होती हैं जो अस्थायी द्वीपों या बार (जिन्हें आईओट्स कहा जाता है) द्वारा अलग होती हैं। यह पैटर्न आमतौर पर उन नदियों में विकसित होता है जिनमें अत्यधिक अवसाद भार (sediment load) , परिवर्तनशील प्रवाह और आसानी से अपरदित होने वाले किनारे होते हैं। जब नदी का वेग कम हो जाता है, तो यह अपने भार का एक हिस्सा जमा कर देती है, जिससे बार बन जाते हैं जो धारा को कई चैनलों में विभाजित कर देते हैं। यह अक्सर पहाड़ी क्षेत्रों, ग्लेशियरों के मुहाने और रेगिस्तानों में देखा जाता है। (ङ) अवनमनी वलन (Plunging fold) एक अवनमनी वलन वह वलन (चाहे अपनति हो या अभिनति) होता है जिसकी हिंज रेखा (hinge line) या अक्ष क्षैतिज न होकर झुकी हुई होती है। इस झुकाव के कोण को अवनमन (plunge) कहा जाता है। भूवैज्ञानिक मानचित्र पर, अवनमनी वलन ‘V’ या ‘U’ आकार के पैटर्न बनाते हैं। अवनमनी अपनति (plunging anticline) में, ‘V’ का सिरा अवनमन की दिशा में इंगित करता है और पुरानी चट्टानें केंद्र में होती हैं। इसके विपरीत, अवनमनी अभिनति (plunging syncline) में, ‘V’ का खुला सिरा अवनमन की दिशा में होता है और सबसे युवा चट्टानें केंद्र में होती हैं। (च) कोणीय वलन (Chevron fold) कोणीय वलन, जिन्हें शेवरॉन वलन भी कहा जाता है, एक विशेष प्रकार के वलन हैं जिनकी विशेषता सीधी भुजाएँ (limbs) और तेज, नुकीले हिंज (hinges) होते हैं। ये वलन एक ज़िग-ज़ैग या ‘V’ आकार का पैटर्न बनाते हैं। ये आम तौर पर पतली स्तरित और अक्षम (incompetent) चट्टानी परतों में संकुचित बलों के तहत बनते हैं, जहाँ परतें मुड़ने के बजाय आसानी से टूट जाती हैं। इन वलनों में भुजाओं के बीच का कोण अपेक्षाकृत स्थिर रहता है। ये अक्सर तीव्र विरूपण वाले क्षेत्रों में पाए जाते हैं। (छ) ओफियोलाइट (Ophiolites) ओफियोलाइट महाद्वीपीय पर्पटी पर स्थापित हुए समुद्रीय पर्पटी (oceanic crust) और ऊपरी मैंटल के टुकड़े हैं। ये प्लेट विवर्तनिकी के लिए महत्वपूर्ण प्रमाण प्रदान करते हैं, जो अतीत के समुद्री बेसिनों के बंद होने का संकेत देते हैं। एक पूर्ण ओफियोलाइट अनुक्रम में नीचे से ऊपर की ओर निम्नलिखित परतें होती हैं:
- ऊपरी मैंटल: पेरिडोटाइट और सर्पेन्टिनाइट।
- निचली पर्पटी: स्तरित गैब्रो।
- ऊपरी पर्पटी: शीटेड डाइक कॉम्प्लेक्स और पिलो बेसाल्ट।
- अवसाद: समुद्री अवसाद जैसे कि चर्ट और शेल।
(ज) अंतरा-प्लेट ज्वालामुखीयता (Intraplate volcanism) यह ज्वालामुखीय गतिविधि है जो टेक्टोनिक प्लेटों की सीमाओं से दूर, प्लेट के आंतरिक भाग में होती है। अधिकांश ज्वालामुखी प्लेट सीमाओं पर होते हैं, लेकिन अंतरा-प्लेट ज्वालामुखी एक अपवाद हैं। इसका सबसे आम कारण हॉटस्पॉट (hotspot) है, जो मैंटल के गहरे हिस्से से उठने वाले अत्यधिक गर्म पदार्थ (मैंटल प्लूम) के स्थिर स्तंभ होते हैं। जैसे ही टेक्टोनिक प्लेट हॉटस्पॉट के ऊपर से गुजरती है, ज्वालामुखियों की एक श्रृंखला बन जाती है, जैसे कि हवाई द्वीप। यह महाद्वीपीय विदर (continental rifting) के प्रारंभिक चरणों में भी हो सकता है। प्रश्न 2. निम्नलिखित में से किन्हीं चार पर संक्षिप्त टिप्पणियाँ लिखिए : (क) वर्णनात्मक खनिज विज्ञान (ख) ज्वालामुखी के उत्पाद (ग) कार्स्ट स्थलाकृति (घ) वलन को पहचानने के मापदण्ड (ङ) समुद्र अधस्तल विस्तारण के प्रमाण (च) पर्वत निर्माण काल
उत्तर.
(क) वर्णनात्मक खनिज विज्ञान (Descriptive Mineralogy) वर्णनात्मक खनिज विज्ञान, खनिज विज्ञान की वह शाखा है जो खनिजों की पहचान और वर्गीकरण के लिए उनके भौतिक और रासायनिक गुणों के व्यवस्थित वर्णन पर केंद्रित है। यह क्षेत्र में और प्रयोगशाला में खनिजों की पहचान करने के लिए एक व्यावहारिक मार्गदर्शिका के रूप में कार्य करता है। खनिजों की पहचान के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रमुख भौतिक गुण निम्नलिखित हैं:
- रंग (Color): खनिज का बाहरी स्वरूप, हालांकि यह अक्सर अविश्वसनीय होता है।
- धारियाँ (Streak): बिना शीशे वाली चीनी मिट्टी की प्लेट पर खनिज को रगड़ने पर बनने वाले पाउडर का रंग।
- चमक (Luster): जिस तरह से खनिज प्रकाश को परावर्तित करता है (जैसे, धात्विक, काचाभ, रेशमी)।
- कठोरता (Hardness): खरोंच का प्रतिरोध करने की क्षमता, जिसे मोह्स कठोरता पैमाने पर 1 से 10 तक मापा जाता है।
- विदलन (Cleavage): खनिज की कमजोर तलों के साथ समतल सतहों पर टूटने की प्रवृत्ति।
- विभंग (Fracture): जब खनिज अनियमित रूप से टूटता है (जैसे, शंखाभ विभंग)।
- विशिष्ट गुरुत्व (Specific Gravity): खनिज के घनत्व का पानी के घनत्व से अनुपात।
- क्रिस्टल रूप (Crystal Form): यदि खनिज स्वतंत्र रूप से विकसित हुआ है तो उसका प्राकृतिक ज्यामितीय आकार।
इन गुणों का अध्ययन करके, भूविज्ञानी विभिन्न खनिजों के बीच अंतर कर सकते हैं और चट्टानों की संरचना को समझ सकते हैं। (ख) ज्वालामुखी के उत्पाद (Products of Volcanism) ज्वालामुखी विस्फोटों से विभिन्न प्रकार के पदार्थ निकलते हैं, जिन्हें तीन मुख्य श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है: लावा प्रवाह, पाइरोक्लास्टिक सामग्री और ज्वालामुखी गैसें।
- लावा प्रवाह (Lava Flows): ये पिघली हुई चट्टानें हैं जो पृथ्वी की सतह पर बहती हैं। लावा की संरचना और तापमान के आधार पर इसके दो मुख्य प्रकार हैं:
- पाहोहो (Pahoehoe): कम श्यानता वाला, गर्म लावा जो चिकनी, रस्सी जैसी सतह बनाता है।
- आ-आ (Aa): अधिक श्यानता वाला, ठंडा लावा जो खुरदरी, खंडित और नुकीली सतह बनाता है।
- पाइरोक्लास्टिक सामग्री (Pyroclastic Materials): ये विस्फोटक विस्फोटों के दौरान हवा में फेंके गए चट्टान के टुकड़े होते हैं। इन्हें आकार के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है:
- राख (Ash): 2 मिमी से कम व्यास वाले बहुत महीन कण।
- लैपिली (Lapilli): 2 से 64 मिमी के बीच के कंकड़ के आकार के टुकड़े।
- बम और ब्लॉक (Bombs and Blocks): 64 मिमी से बड़े टुकड़े। बम तरल अवस्था में बाहर निकलते हैं और हवा में ठंडे होते हैं, जबकि ब्लॉक ठोस अवस्था में ही बाहर निकलते हैं।
- ज्वालामुखी गैसें (Volcanic Gases): मैग्मा में घुली हुई गैसें विस्फोट के दौरान निकलती हैं। इनमें मुख्य रूप से जलवाष्प (H₂O) , कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) , सल्फर डाइऑक्साइड (SO₂) , हाइड्रोजन सल्फाइड (H₂S) और अन्य गैसें शामिल हैं। ये गैसें वायुमंडलीय संरचना और जलवायु को प्रभावित कर सकती हैं।
(ग) कार्स्ट स्थलाकृति (Karst Topography) कार्स्ट स्थलाकृति एक अद्वितीय और विशिष्ट भूदृश्य है जो घुलनशील चट्टानों, मुख्य रूप से चूना पत्थर (limestone) , डोलोमाइट और जिप्सम के पानी द्वारा विघटन से बनता है। “कार्स्ट” नाम स्लोवेनिया के एक क्षेत्र से लिया गया है जहाँ इस तरह की स्थलाकृति का व्यापक अध्ययन किया गया था। कार्स्ट स्थलाकृति की मुख्य विशेषताएँ इस प्रकार हैं:
- सतही विशेषताएँ:
- सिंकहोल (Dolines): सतह पर गोलाकार या अंडाकार गर्त जो भूमिगत गुफाओं की छत के ढहने या सतह के विघटन से बनते हैं।
- विलय गर्त (Uvalas): कई सिंकहोल के आपस में मिल जाने से बने बड़े गर्त।
- पोल्जे (Poljes): बहुत बड़े, समतल तल वाले लम्बे गर्त, जिनकी सीमाएँ खड़ी होती हैं।
- विलुप्त होती धाराएँ (Disappearing Streams): नदियाँ जो सतह पर बहते हुए अचानक एक सिंकहोल में गायब हो जाती हैं और भूमिगत हो जाती हैं।
- भूमिगत विशेषताएँ:
- गुफाएँ और कंदराएँ (Caves and Caverns): भूमिगत जल द्वारा चट्टानों के विघटन से बने बड़े भूमिगत मार्ग।
- स्टैलेक्टाइट और स्टैलेग्माइट (Stalactites and Stalagmites): गुफाओं के भीतर कैल्शियम कार्बोनेट के निक्षेपण से बनी आकृतियाँ। स्टैलेक्टाइट छत से नीचे की ओर बढ़ते हैं, जबकि स्टैलेग्माइट फर्श से ऊपर की ओर बढ़ते हैं।
कार्स्ट क्षेत्रों में सतही जल निकासी खराब होती है क्योंकि अधिकांश पानी भूमिगत चैनलों के माध्यम से बहता है। (घ) वलन को पहचानने के मापदण्ड (Criteria for Recognition of Folds) क्षेत्र में चट्टानों में वलन (folds) की उपस्थिति को पहचानने के लिए भूविज्ञानी कई मानदंडों का उपयोग करते हैं, खासकर जब पूरा वलन एक ही स्थान पर दिखाई न दे रहा हो। मुख्य मापदंड निम्नलिखित हैं:
- संस्तरों का सीधा अवलोकन: सबसे सीधा तरीका चट्टानी संस्तरों को सीधे मुड़ा हुआ देखना है, जैसे कि सड़क के किनारे या किसी खड्ड में।
- संस्तरों की पुनरावृत्ति: भूवैज्ञानिक मानचित्र पर, वलन के कारण संस्तरों का एक सममित पैटर्न में दोहराव होता है। जब आप वलन की अक्ष के पार चलते हैं, तो आपको वही चट्टानी परतें उल्टे क्रम में मिलती हैं।
- नति (Dip) की दिशा में परिवर्तन: एक वलन की अक्ष को पार करते समय संस्तरों की नति की दिशा उलट जाती है। एक अपनति (anticline) में, संस्तर अक्ष से दूर की ओर नत होते हैं, जबकि एक अभिनति (syncline) में, संस्तर अक्ष की ओर नत होते हैं।
- स्थलाकृतिक अभिव्यक्ति: प्रतिरोधी चट्टानी परतों के वलन से अक्सर समानांतर कटक (ridges) और घाटियाँ (valleys) बनती हैं। अपनति कटक बना सकती है और अभिनति घाटी, या इसका उल्टा भी हो सकता है।
- सम्मुखन दिशा संकेतक (Facing/Younging Direction Indicators): तलछटी संरचनाएँ जैसे क्रमिक संस्तरण (graded bedding) , तिर्यक संस्तरण (cross-bedding) , और ऊर्मिका चिह्न (ripple marks) यह निर्धारित करने में मदद करती हैं कि संस्तरों का क्रम सीधा है या उलटा। यह एक अपनति को एक अभिनति से अलग करने के लिए महत्वपूर्ण है, खासकर उन क्षेत्रों में जहाँ चट्टानें अत्यधिक विरूपित हैं। उदाहरण के लिए, एक अपनति के केंद्र में सबसे पुरानी चट्टानें होती हैं, जबकि एक अभिनति के केंद्र में सबसे युवा चट्टानें होती हैं।
(ङ) समुद्र अधस्तल विस्तारण के प्रमाण (Evidences of Sea-floor Spreading) 1960 के दशक में हैरी हेस द्वारा प्रस्तावित समुद्र अधस्तल विस्तारण का सिद्धांत, प्लेट विवर्तनिकी की आधारशिला है। यह बताता है कि मध्य-महासागरीय कटकों (mid-oceanic ridges) पर नया समुद्री तल बनता है और वहाँ से दोनों ओर फैलता है। इस सिद्धांत के समर्थन में कई पुख्ता प्रमाण हैं:
- पुराचुंबकीय धारियाँ (Paleomagnetic Stripes): समुद्री तल पर बेसाल्टिक चट्टानों में चुंबकीय खनिजों का संरेखण पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की दिशा को दर्ज करता है जब वे ठंडे होते हैं। पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र समय-समय पर उलटता रहता है। समुद्री तल के चुंबकीय सर्वेक्षणों से पता चला है कि मध्य-महासागरीय कटक के दोनों ओर सममित (symmetrical) और समानांतर चुंबकीय विसंगतियों (magnetic anomalies) की धारियाँ मौजूद हैं। यह इस बात का प्रमाण है कि कटक पर नया तल बनता है और दोनों तरफ फैलता है।
- समुद्री पर्पटी की आयु: डीप सी ड्रिलिंग प्रोजेक्ट (Deep Sea Drilling Project) के माध्यम से एकत्र किए गए चट्टान के नमूनों से पता चलता है कि मध्य-महासागरीय कटक पर चट्टानें सबसे नई हैं और कटक से दूर जाने पर उनकी आयु लगातार बढ़ती जाती है।
- अवसाद की मोटाई: मध्य-महासागरीय कटक पर अवसाद की परत लगभग अनुपस्थित या बहुत पतली होती है। कटक से दूर जाने पर, जैसे-जैसे पर्पटी पुरानी होती जाती है, उस पर जमा हुए अवसाद की परत मोटी होती जाती है।
- उच्च ऊष्मा प्रवाह: मध्य-महासागरीय कटकों के पास ऊष्मा का प्रवाह (heat flow) सबसे अधिक होता है, क्योंकि यहाँ गर्म मैग्मा सतह के करीब होता है। कटक से दूर जाने पर यह ऊष्मा प्रवाह कम हो जाता है।
- भूकंप और ज्वालामुखी: अधिकांश उथले भूकंप और ज्वालामुखी गतिविधि मध्य-महासागरीय कटकों के साथ-साथ होती है, जो इस क्षेत्र में टेक्टोनिक गतिविधि का संकेत है।
(च) पर्वत निर्माण काल (Mountain Building Periods) पर्वत निर्माण, जिसे पर्वतन (Orogeny) भी कहा जाता है, वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा पृथ्वी की पर्पटी के बड़े हिस्से तीव्र संपीड़न बलों के कारण वलित, भ्रंशित और ऊपर उठकर पर्वत श्रृंखलाओं का निर्माण करते हैं। पृथ्वी के भूवैज्ञानिक इतिहास में कई प्रमुख पर्वत निर्माण काल हुए हैं:
- प्रीकैम्ब्रियन पर्वतन (Precambrian Orogenies): ये सबसे पुराने पर्वत निर्माण की घटनाएँ हैं (4 अरब से 541 मिलियन वर्ष पूर्व)। इनमें ग्रेनविले, एल्गोमन और केनोरन पर्वतन शामिल हैं। इन प्राचीन पर्वतों के अवशेष आज महाद्वीपों के क्रेटोनिक कोर के रूप में मौजूद हैं।
- कैलेडोनियन पर्वतन (Caledonian Orogeny): यह सिलुरियन और डेवोनियन काल (लगभग 490-390 मिलियन वर्ष पूर्व) के दौरान हुआ। यह लॉरेंशिया (उत्तरी अमेरिका) और बाल्टिका (उत्तरी यूरोप) महाद्वीपों के टकराने से हुआ था। इसके परिणामस्वरूप उत्तरी यूरोप (स्कैंडिनेवियाई पर्वत) और ब्रिटिश द्वीपों के साथ-साथ उत्तरी अमेरिका के पूर्वी हिस्से में अपालाचियन पर्वतों का निर्माण हुआ।
- हर्सिनियन (या वारिस्कन) पर्वतन (Hercynian/Variscan Orogeny): यह कार्बोनिफेरस और पर्मियन काल (लगभग 380-280 मिलियन वर्ष पूर्व) में हुआ। यह दक्षिणी महाद्वीपों (गोंडवाना) और उत्तरी महाद्वीपों (लॉरेशिया) के टकराने से हुआ, जिससे पैंजिया नामक विशाल महाद्वीप का निर्माण हुआ। इसके अवशेष मध्य यूरोप (जैसे, जर्मनी के हार्ज़ पर्वत) और उत्तरी अमेरिका के दक्षिणी अपालाचियन में पाए जाते हैं।
- अल्पाइन पर्वतन (Alpine Orogeny): यह सबसे हालिया और अभी भी जारी पर्वत निर्माण काल है, जो क्रीटेशस काल में शुरू हुआ (लगभग 65 मिलियन वर्ष पूर्व से वर्तमान तक)। यह अफ्रीकी, भारतीय और अरेबियन प्लेटों के यूरेशियन प्लेट से टकराने के कारण हुआ है। इस पर्वतन ने आल्प्स, हिमालय, कॉकेसस, एटलस और पाइरेनीस जैसी प्रमुख पर्वत श्रृंखलाओं का निर्माण किया है।
प्रश्न 3. (क) पृथ्वी की निरपेक्ष आयु ज्ञात करने की रेडियोसक्रिय विधियों का विस्तार से वर्णन कीजिए। अथवा (ख) क्लाइनोमीटर कम्पास क्या है? संरचनात्मक अवयवों का मापन कैसे किया जाता है, संक्षिप्त में विवेचना कीजिए।
उत्तर.
(क) पृथ्वी की निरपेक्ष आयु ज्ञात करने की रेडियोसक्रिय विधियों का विस्तार से वर्णन कीजिए।
पृथ्वी की निरपेक्ष आयु, यानी संख्यात्मक वर्षों में उसकी आयु का निर्धारण, 20वीं सदी की सबसे बड़ी वैज्ञानिक उपलब्धियों में से एक है। यह रेडियोमेट्रिक डेटिंग या रेडियोसक्रिय काल-निर्धारण नामक तकनीकों के माध्यम से संभव हुआ है। इन विधियों का मूल सिद्धांत रेडियोधर्मी क्षय की प्रक्रिया पर आधारित है।
सिद्धांत: कुछ रासायनिक तत्वों के अस्थिर समस्थानिक (isotopes), जिन्हें जनक समस्थानिक (Parent Isotopes) कहा जाता है, समय के साथ एक स्थिर दर पर क्षय होकर अन्य तत्वों के समस्थानिकों में बदल जाते हैं, जिन्हें संतति समस्थानिक (Daughter Isotopes) कहा जाता है। इस क्षय की दर को अर्ध-आयु (half-life) के रूप में मापा जाता है, जो वह समय है जिसमें जनक समस्थानिक की आधी मात्रा क्षय होकर संतति समस्थानिक में बदल जाती है। यह दर तापमान, दबाव या रासायनिक वातावरण जैसे बाहरी कारकों से प्रभावित नहीं होती है, जिससे यह एक विश्वसनीय भूवैज्ञानिक घड़ी बन जाती है।
यदि किसी चट्टान या खनिज में जनक और संतति समस्थानिकों की मात्रा को मापा जा सकता है, और जनक समस्थानिक की अर्ध-आयु ज्ञात है, तो उस चट्टान या खनिज के क्रिस्टलीकरण के बाद से बीते समय की गणना की जा सकती है। सूत्र है: t = [ln(Nf/N₀)] / -λ , जहाँ t आयु है, Nf अंतिम जनक समस्थानिक की मात्रा है, N₀ प्रारंभिक मात्रा है, और λ क्षय स्थिरांक है।
प्रमुख रेडियोसक्रिय विधियाँ:
- यूरेनियम-लेड (Uranium-Lead) विधि: यह पृथ्वी और सौर मंडल की आयु निर्धारित करने के लिए सबसे सटीक और विश्वसनीय तरीकों में से एक है। इसमें दो स्वतंत्र क्षय श्रृंखलाओं का उपयोग होता है:
- यूरेनियम-238 (²³⁸U) का लेड-206 (²⁰⁶Pb) में क्षय (अर्ध-आयु: 4.47 अरब वर्ष)।
- यूरेनियम-235 (²³⁵U) का लेड-207 (²⁰⁷Pb) में क्षय (अर्ध-आयु: 704 मिलियन वर्ष)।
यह विधि जिरकॉन (ZrSiO₄) जैसे खनिजों पर बहुत अच्छी तरह से काम करती है, जो अपने क्रिस्टल जालक में यूरेनियम को शामिल करते हैं लेकिन लेड को बाहर कर देते हैं। इसलिए, क्रिस्टलीकरण के समय कोई भी लेड मौजूद नहीं होता, और बाद में पाया गया सारा लेड रेडियोधर्मी क्षय का परिणाम होता है। दो क्षय श्रृंखलाओं का उपयोग परिणामों की आंतरिक स्थिरता की जांच करने की अनुमति देता है, जिसे “कॉनकॉर्डिया-डिस्कॉर्डिया” आरेख पर दर्शाया जाता है।
- पोटेशियम-आर्गन (Potassium-Argon) विधि: यह विधि पोटेशियम-40 (⁴⁰K) के आर्गन-40 (⁴⁰Ar) में क्षय पर आधारित है, जिसकी अर्ध-आयु 1.25 अरब वर्ष है। पोटेशियम कई चट्टान-निर्माता खनिजों (जैसे फेल्डस्पार, अभ्रक) में आम है। आर्गन एक गैस है, इसलिए यह विधि ज्वालामुखी चट्टानों के लिए विशेष रूप से उपयोगी है। जब लावा ठंडा होता है और क्रिस्टलीकृत होता है, तो पहले से मौजूद कोई भी आर्गन गैस बाहर निकल जाती है, और घड़ी “शून्य” पर सेट हो जाती है। इसके बाद बना आर्गन चट्टान के भीतर फंस जाता है। इस विधि की एक सीमा यह है कि यदि चट्टान को बाद में गर्म किया जाता है, तो कुछ आर्गन निकल सकता है, जिससे आयु कम आ सकती है।
- रूबिडियम-स्ट्रोंशियम (Rubidium-Strontium) विधि: यह विधि रूबिडियम-87 (⁸⁷Rb) के स्ट्रोंशियम-87 (⁸⁷Sr) में क्षय पर आधारित है, जिसकी बहुत लंबी अर्ध-आयु (लगभग 48.8 अरब वर्ष) है। यह इसे बहुत पुरानी स्थलीय और चंद्र चट्टानों की आयु निर्धारित करने के लिए उपयुक्त बनाता है। इस विधि में अक्सर “आइसोक्रॉन” तकनीक का उपयोग किया जाता है, जिसमें एक ही चट्टान के विभिन्न खनिजों का विश्लेषण करके एक अधिक विश्वसनीय आयु प्राप्त की जाती है।
पृथ्वी की आयु का निर्धारण: पृथ्वी की सबसे पुरानी ज्ञात चट्टानें लगभग 4.03 अरब वर्ष पुरानी हैं, और सबसे पुराने खनिज (जिरकॉन क्रिस्टल) लगभग 4.4 अरब वर्ष पुराने हैं। हालांकि, ये पृथ्वी की पूरी आयु का प्रतिनिधित्व नहीं करते क्योंकि प्रारंभिक पृथ्वी की चट्टानें विवर्तनिकी और अपरदन के कारण नष्ट हो गई हैं। इसलिए, पृथ्वी की आयु का सबसे अच्छा अनुमान उल्कापिंडों (meteorites) की आयु से आता है। माना जाता है कि ये उल्कापिंड सौर मंडल के साथ ही बने थे और तब से अपरिवर्तित रहे हैं। यूरेनियम-लेड विधि का उपयोग करके उल्कापिंडों की आयु लगातार 4.54 ± 0.05 अरब वर्ष पाई गई है। यह आयु चंद्र चट्टानों के विश्लेषण से भी समर्थित है, और इसे ही पृथ्वी और सौर मंडल की आयु के रूप में स्वीकार किया जाता है।
(ख) क्लाइनोमीटर कम्पास क्या है? संरचनात्मक अवयवों का मापन कैसे किया जाता है, संक्षिप्त में विवेचना कीजिए।
क्लाइनोमीटर कम्पास , जिसे ब्रंटन कम्पास या भूवैज्ञानिक कम्पास के रूप में भी जाना जाता है, क्षेत्र भूविज्ञान में उपयोग किया जाने वाला एक आवश्यक और बहुमुखी उपकरण है। यह एक ही उपकरण में एक कम्पास (दिशा मापने के लिए) और एक क्लाइनोमीटर (झुकाव कोण मापने के लिए) को जोड़ता है। इसका उपयोग चट्टानों में तलीय और रैखिक संरचनात्मक अवयवों के अभिविन्यास को मापने के लिए किया जाता है।
संरचनात्मक अवयव जिनका मापन किया जाता है:
- तलीय संरचनाएँ (Planar Structures): जैसे संस्तरण तल (bedding planes), भ्रंश तल (fault planes), जोड़ (joints), और कायांतरित चट्टानों में शिस्टोसिटी (schistosity)। इनका अभिविन्यास नतिलंब (Strike) और नति (Dip) द्वारा वर्णित किया जाता है।
- रैखिक संरचनाएँ (Linear Structures): जैसे वलन अक्ष (fold axes), खनिज रेखण (mineral lineations), और दो तलों का प्रतिच्छेदन। इनका अभिविन्यास अवनमन (Plunge) और अवनमन की दिशा (Trend) द्वारा वर्णित किया जाता है।
मापन की प्रक्रिया:
1. नतिलंब (Strike) का मापन:
- परिभाषा: नतिलंब एक काल्पनिक क्षैतिज रेखा की दिशा है जो एक झुके हुए तल (जैसे संस्तरण तल) और एक क्षैतिज तल के प्रतिच्छेदन से बनती है। यह उत्तर से एक दिगंश (azimuth) के रूप में व्यक्त किया जाता है।
- मापन विधि:
- भूविज्ञानी झुके हुए चट्टानी तल पर एक स्थान का पता लगाता है।
- कम्पास के लंबे किनारे को चट्टानी तल के संपर्क में सपाट रखा जाता है, यह सुनिश्चित करते हुए कि कम्पास क्षैतिज है। कम्पास पर लगे बुल-आई लेवल (bull’s-eye level) का उपयोग करके इसे क्षैतिज किया जाता है।
- जब कम्पास का किनारा तल के संपर्क में और पूरी तरह से क्षैतिज होता है, तो यह नतिलंब रेखा को परिभाषित करता है।
- कम्पास की सुई को स्थिर होने दिया जाता है, और फिर सुई के उत्तरी सिरे द्वारा इंगित की गई दिशा को पढ़ा जाता है। यह नतिलंब का मान है (उदाहरण के लिए, N45°E या 045°)।
2. नति (Dip) का मापन:
- परिभाषा: नति उस तल का अधिकतम झुकाव कोण है, जिसे क्षैतिज से मापा जाता है। यह हमेशा नतिलंब के लंबवत होता है। इसमें एक कोण और एक दिशा दोनों होती है।
- मापन विधि:
- नतिलंब की दिशा निर्धारित करने के बाद, नति की दिशा उसकी लंबवत दिशा होती है जिधर तल नीचे की ओर झुका होता है।
- कम्पास को उसकी साइड पर रखा जाता है ताकि उसका किनारा नतिलंब रेखा के लंबवत हो और वह चट्टानी तल पर सपाट टिका हो।
- अब, कम्पास के भीतर लगे क्लाइनोमीटर (clinometer) का उपयोग किया जाता है। क्लाइनोमीटर पर लगे लेवल (tubular spirit level) को समायोजित करके पेंडुलम या सूचक को स्वतंत्र रूप से घूमने दिया जाता है।
- जब लेवल का बुलबुला केंद्र में होता है, तो क्लाइनोमीटर पैमाने पर पेंडुलम द्वारा इंगित कोण को पढ़ा जाता है। यह नति कोण है (उदाहरण के लिए, 30°)।
- पूर्ण माप को नति कोण और नति दिशा के रूप में दर्ज किया जाता है (उदाहरण के लिए, 30° SE)।
3. रैखिक संरचना (अवनमन और उसकी दिशा) का मापन:
- परिभाषा: अवनमन (Plunge) एक रैखिक संरचना का क्षैतिज से झुकाव कोण है, और उसकी दिशा (Trend) उस झुकाव की दिगंशीय दिशा है।
- मापन विधि:
- अवनमन (Plunge): कम्पास के लंबे किनारे को रैखिक विशेषता के समानांतर रखा जाता है। फिर, क्लाइनोमीटर का उपयोग करके झुकाव कोण को ठीक उसी तरह मापा जाता है जैसे नति कोण को मापा जाता है।
- अवनमन की दिशा (Trend): कम्पास को रैखिक विशेषता के ऊपर क्षैतिज स्थिति में रखकर, उस दिशा को मापा जाता है जिस ओर रेखा नीचे की ओर झुक रही है। यह कम्पास द्वारा सामान्य दिशा मापने जैसा ही है।
ये माप भूवैज्ञानिकों को क्षेत्र में चट्टानों की त्रि-आयामी ज्यामिति को समझने, भूवैज्ञानिक मानचित्र और क्रॉस-सेक्शन बनाने और क्षेत्र के विवर्तनिक इतिहास की व्याख्या करने में सक्षम बनाते हैं। प्रश्न 4. (क) (i) भौमजल द्वारा विकसित अपरदन भू-आकृतियों का वर्णन कीजिए। (ii) जैविकी अपक्षय क्या है? अपक्षय के उत्पाद का संक्षिप्त में वर्णन कीजिए। अथवा (ख) पर्वत निर्माण क्या है? पर्वत निर्माण प्रक्रिया की भूसन्नति सिद्धान्त के आधार पर स्वच्छ आरेख की सहायता से विवेचना कीजिए।
उत्तर.
(क) (i) भौमजल द्वारा विकसित अपरदन भू-आकृतियों का वर्णन कीजिए।
भौमजल, या भूमिगत जल, एक शक्तिशाली भूवैज्ञानिक कारक है जो विशेष रूप से घुलनशील चट्टानों जैसे चूना पत्थर, डोलोमाइट और जिप्सम वाले क्षेत्रों में अपरदन भू-आकृतियों का निर्माण करता है। वर्षा का जल वायुमंडल से कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित कर एक कमजोर कार्बोनिक एसिड बनाता है, जो इन चट्टानों को धीरे-धीरे घोलता है। इस प्रक्रिया से विकसित भूदृश्य को कार्स्ट स्थलाकृति कहा जाता है। भौमजल द्वारा विकसित मुख्य अपरदनात्मक भू-आकृतियाँ निम्नलिखित हैं:
सतही अपरदनात्मक भू-आकृतियाँ:
- लैपीज (Lapies): ये घुलनशील चट्टानों की सतह पर विकसित होने वाली छोटी-छोटी, नुकीली और अनियमित खांचे और कटकों का एक नेटवर्क हैं। ये वर्षा जल के बहने और चट्टान को घोलने से बनते हैं।
- सिंकहोल (Sinkholes/Dolines): ये सतह पर पाए जाने वाले सबसे आम कार्स्ट फीचर हैं। ये गोलाकार या कीप के आकार के गर्त होते हैं जो दो तरीकों से बन सकते हैं: (1) सतह के नीचे की चट्टान के घुलने से सतह का धीरे-धीरे धंसना, या (2) भूमिगत गुफा की छत का अचानक ढह जाना।
- विलय गर्त (Uvalas): जब कई आस-पास के सिंकहोल बढ़ते-बढ़ते आपस में मिल जाते हैं, तो वे एक बड़े, अनियमित आकार के गर्त का निर्माण करते हैं जिसे यूवाला कहा जाता है।
- पोल्जे (Poljes): ये कार्स्ट क्षेत्रों में सबसे बड़ी अपरदनात्मक भू-आकृतियाँ हैं। ये बड़े, समतल तल वाले और खड़ी दीवारों वाले लम्बे गर्त होते हैं। इनका तल अक्सर जलोढ़ मिट्टी से ढका होता है और मौसमी झीलें बन सकती हैं।
- विलुप्त होती धाराएँ (Disappearing Streams): वे नदियाँ या धाराएँ जो सतह पर बहते हुए अचानक एक सिंकहोल या दरार में गायब हो जाती हैं और भूमिगत जल प्रणाली का हिस्सा बन जाती हैं।
भूमिगत अपरदनात्मक भू-आकृतियाँ:
- गुफाएँ और कंदराएँ (Caves and Caverns): भूमिगत जल चट्टानों के जोड़ों और दरारों के माध्यम से रिसता है और उन्हें चौड़ा करके विशाल भूमिगत मार्ग, कक्ष और नेटवर्क बनाता है। एक गुफा एक प्राकृतिक भूमिगत खोखला स्थान है, जबकि कंदरा एक बहुत बड़ी गुफा या कई जुड़ी हुई गुफाओं का एक नेटवर्क है। इन संरचनाओं का निर्माण पूरी तरह से चट्टान के विघटन के कारण होता है।
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि गुफाओं के भीतर पाई जाने वाली संरचनाएं जैसे स्टैलेक्टाइट और स्टैलेग्माइट निक्षेपात्मक भू-आकृतियाँ हैं, जबकि गुफा स्वयं एक अपरदनात्मक भू-आकृति है।
(क) (ii) जैविकी अपक्षय क्या है? अपक्षय के उत्पाद का संक्षिप्त में वर्णन कीजिए।
जैविकी अपक्षय (Biological Weathering): जैविकी अपक्षय वह प्रक्रिया है जिसमें जीवित जीव-जंतु और पौधे चट्टानों के भौतिक और रासायनिक विघटन में योगदान करते हैं। यह भौतिक और रासायनिक अपक्षय दोनों के साथ मिलकर काम करता है। इसके मुख्य रूप इस प्रकार हैं:
- पौधों की क्रिया: पौधों की जड़ें चट्टानों की दरारों में घुस जाती हैं। जैसे-जैसे जड़ें मोटी होती हैं, वे एक कील की तरह काम करती हैं और चट्टान पर भारी दबाव डालती हैं, जिससे दरारें चौड़ी हो जाती हैं और चट्टान टूट जाती है। इस प्रक्रिया को ‘रूट वेजिंग’ (root wedging) कहा जाता है।
- जानवरों की क्रिया: बिल बनाने वाले जानवर जैसे खरगोश, दीमक और केंचुए चट्टानों और मिट्टी को खोदते हैं, जिससे नई चट्टानी सतहें पानी और हवा के संपर्क में आती हैं। यह आगे के अपक्षय को तेज करता है।
- सूक्ष्मजीवों की क्रिया: लाइकेन, शैवाल और कवक जैसे सूक्ष्मजीव चट्टानों की सतह पर उगते हैं। वे ऐसे रसायन (जैसे कार्बनिक अम्ल और चेलेटिंग एजेंट) उत्पन्न करते हैं जो चट्टान के खनिजों को घोलते हैं और रासायनिक अपक्षय का कारण बनते हैं। यह चट्टान को कमजोर करता है और उसे विघटन के लिए और अधिक संवेदनशील बनाता है।
अपक्षय के उत्पाद (Products of Weathering): अपक्षय की प्रक्रिया चट्टानों को तोड़कर और बदलकर विभिन्न उत्पाद बनाती है। मुख्य उत्पाद हैं:
- रेगोलिथ (Regolith): यह अपक्षय का सबसे महत्वपूर्ण उत्पाद है। रेगोलिथ ठोस आधारशैल (bedrock) के ऊपर स्थित ढीले, असंपिंडित और विषम सामग्री की परत है। इसमें विभिन्न आकारों के चट्टान के टुकड़े, अपक्षय के दौरान बने नए खनिज (जैसे मिट्टी के खनिज) और मूल चट्टान के प्रतिरोधी खनिजों के अवशेष शामिल होते हैं।
- मृदा (Soil): मृदा रेगोलिथ का ऊपरी हिस्सा है जिसमें जैविक पदार्थ (ह्यूमस) भी मिला होता है। यह पौधों के विकास का समर्थन करने में सक्षम है। मृदा का निर्माण अपक्षय और जैविक गतिविधियों की एक जटिल परस्पर क्रिया है। रेगोलिथ मृदा के लिए पैतृक पदार्थ (parent material) के रूप में कार्य करता है।
- घुलनशील आयन (Soluble Ions): रासायनिक अपक्षय के दौरान, कुछ खनिज पानी में घुल जाते हैं और आयनों (जैसे Ca²⁺, K⁺, Na⁺) के रूप में अलग हो जाते हैं। ये आयन भूमिगत जल और नदियों द्वारा बहाकर झीलों और महासागरों में ले जाए जाते हैं, जहाँ वे समुद्री जीवन के लिए पोषक तत्व प्रदान करते हैं या रासायनिक तलछटी चट्टानों के रूप में जमा हो जाते हैं।
(ख) पर्वत निर्माण क्या है? पर्वत निर्माण प्रक्रिया की भूसन्नति सिद्धान्त के आधार पर स्वच्छ आरेख की सहायता से विवेचना कीजिए।
पर्वत निर्माण (Mountain Building): पर्वत निर्माण, जिसे तकनीकी रूप से पर्वतन (Orogenesis) कहा जाता है, उन भूवैज्ञानिक प्रक्रियाओं का एक जटिल समूह है जिनके द्वारा पृथ्वी की पर्पटी के बड़े क्षेत्रों में तीव्र वलन, भ्रंशन, कायांतरण और ज्वालामुखी गतिविधि होती है, जिसके परिणामस्वरूप विशाल और लम्बी पर्वत श्रृंखलाओं का निर्माण होता है। यह प्रक्रिया मुख्य रूप से टेक्टोनिक प्लेटों के अभिसरण (convergent) किनारों पर होती है।
भूसन्नति सिद्धान्त (Geosynclinal Theory): प्लेट विवर्तनिकी के विकास से पहले, पर्वत निर्माण की व्याख्या के लिए भूसन्नति सिद्धान्त सबसे प्रमुख मॉडल था। इसे 19वीं शताब्दी के अंत और 20वीं शताब्दी की शुरुआत में जेम्स हॉल और जेम्स डाना जैसे भूवैज्ञानिकों द्वारा विकसित किया गया था। यद्यपि अब इसे प्लेट विवर्तनिकी द्वारा काफी हद तक प्रतिस्थापित कर दिया गया है, लेकिन इसके कई अवलोकन और अवधारणाएँ अभी भी मूल्यवान हैं, विशेष रूप से महाद्वीपीय किनारों पर मोटे तलछटी अनुक्रमों के विकास को समझने में।
भूसन्नति सिद्धांत के अनुसार, पर्वत निर्माण की प्रक्रिया तीन मुख्य चरणों में होती है:
1. भूसन्नति चरण (Lithogenesis – तलछट जमाव):
- इस चरण में, महाद्वीप के किनारे एक लंबी, चौड़ी और उथली समुद्री गर्त, जिसे भूसन्नति (Geosyncline) कहा जाता है, का निर्माण होता है।
- यह गर्त धीरे-धीरे धंसती है, और साथ ही साथ आस-पास की भूमि (जिसे अग्रभूमि या Craton कहा जाता है) से अपरदित होकर लाए गए हजारों मीटर मोटे तलछट (रेत, कीचड़, चूना पत्थर) इसमें जमा होते जाते हैं।
- तलछट के भार के कारण गर्त का तल लगातार नीचे धंसता रहता है, जिससे और अधिक तलछट जमा होने की जगह बनती है।
2. पर्वतन चरण (Orogenesis – पर्वत निर्माण):
- यह सिद्धांत का सबसे महत्वपूर्ण और विवादास्पद चरण है। इस चरण में, भूसन्नति पर पार्श्व (lateral) से तीव्र संपीड़न बल कार्य करते हैं। (इस बल का स्रोत सिद्धांत में स्पष्ट रूप से नहीं बताया गया था)।
- इन बलों के कारण, भूसन्नति में जमा हुए नरम और कमजोर तलछटी संस्तर मुड़कर वलित (folded) और टूटकर भ्रंशित (faulted) हो जाते हैं।
- अत्यधिक दबाव और तापमान के कारण, गहरे दबे हुए तलछट कायांतरित (metamorphosed) होकर स्लेट, शिस्ट और नीस जैसी चट्टानों में बदल जाते हैं।
- अक्सर, इस प्रक्रिया में मैग्मा का निर्माण और अंतर्वेधन (intrusion) भी होता है, जिससे ग्रेनाइट जैसे प्लूटोनिक चट्टानों का निर्माण होता है।
- इन सभी प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, तलछटी ढेर संकुचित, मोटा और ऊपर की ओर उठकर एक विशाल वलित पर्वत श्रृंखला का निर्माण करता है।
3. ग्लिप्टोजेनेसिस चरण (Gliptogenesis – अपरदन):
- पर्वत श्रृंखला के उत्थान के बाद, अपरदन के कारक (नदियाँ, ग्लेशियर, हवा) सक्रिय हो जाते हैं और पर्वतों को काटना और घिसना शुरू कर देते हैं।
- ऊपरी भार के हटने से, समस्थितिक समायोजन (isostatic adjustment) के कारण पर्वत की जड़ें धीरे-धीरे ऊपर उठती रहती हैं।
- यह चक्र लाखों वर्षों तक चलता रहता है जब तक कि पर्वत श्रृंखला घिसकर लगभग समतल मैदान (peneplain) में नहीं बदल जाती।
आरेख:
[आरेख में तीन चरण दिखाए जाने चाहिए: 1. एक गर्त (भूसन्नति) जिसमें महाद्वीप से तलछट जमा हो रहे हैं। 2. पार्श्व से संपीड़न बल (तीरों द्वारा दिखाया गया) जो तलछट को मोड़कर और ऊपर उठाकर एक पर्वत श्रृंखला बना रहा है। 3. एक नवनिर्मित पर्वत श्रृंखला जिसे नदियाँ काट रही हैं।]
सीमाएं: भूसन्नति सिद्धांत की सबसे बड़ी कमजोरी यह थी कि यह उन विशाल संपीड़न बलों के स्रोत की व्याख्या नहीं कर सका जो पर्वतों को ऊपर उठाते हैं। प्लेट विवर्तनिकी के सिद्धांत ने इस कमी को दूर किया, यह बताते हुए कि ये बल महाद्वीपीय प्लेटों के टकराने से उत्पन्न होते हैं। इस प्रकार, आधुनिक समझ में, भूसन्नतियाँ अनिवार्य रूप से निष्क्रिय महाद्वीपीय मार्जिन हैं जो बाद में प्लेट टकराव के कारण पर्वतन से गुजरती हैं।
IGNOU BGYCT-131 Previous Year Solved Question Paper in English
Q1. Briefly answer any five of the following: (a) Uniformitarianism (b) Planetesimal hypothesis (c) Spheroidal weathering (d) Braided channel (e) Plunging fold (f) Chevron fold (g) Ophiolites (h) Intraplate volcanism
Ans.
(a) Uniformitarianism Uniformitarianism is a fundamental geological principle proposed by James Hutton in the 18th century. Its core tenet is that ” the present is the key to the past “. This means that the geological processes we observe today—such as erosion, deposition, and volcanic activity—have operated in the same manner and at similar rates throughout Earth’s history. The principle suggests that Earth was shaped by slow, gradual, and continuous processes, rather than by sudden, catastrophic events. It played a crucial role in establishing geology as a modern science.
(b) Planetesimal hypothesis This is a theory concerning the origin of the solar system, proposed by Chamberlin and Moulton in the early 20th century. According to this hypothesis, a massive star passed close to our sun long ago. The gravitational pull of the passing star drew a cigar-shaped filament of gaseous material from the sun. This material began to orbit the sun and, as it cooled, condensed into small solid particles called planetesimals . Over time, these planetesimals accreted, or stuck together, due to gravity, gradually forming larger bodies that eventually became the planets.
(c) Spheroidal weathering This is a form of chemical weathering that typically occurs in well-jointed igneous rocks like granite and basalt. When water penetrates the joints or fractures in the rock, it attacks the corners and edges more rapidly than the flat faces due to the greater surface area. This differential weathering causes the corners of the rock blocks to become rounded, and concentric layers begin to peel off, a process called exfoliation. This process eventually results in the formation of spherical or oblong boulders.
(d) Braided channel A braided channel is a type of stream or river system consisting of a network of multiple, small, and interconnected channels separated by temporary islands or bars (called eyots). This pattern typically develops in rivers with a high sediment load , variable discharge, and easily erodible banks. When the river’s velocity decreases, it deposits part of its load, forming bars that split the flow into multiple channels. This is often seen in mountainous regions, at the snout of glaciers, and in deserts.
(e) Plunging fold A plunging fold is a fold (either an anticline or a syncline) in which the hinge line or axis is not horizontal but is tilted or inclined. The angle of this inclination with respect to the horizontal is called the plunge . On a geologic map, plunging folds create ‘V’ or ‘U’ shaped outcrop patterns. In a plunging anticline, the ‘V’ points in the direction of the plunge, with the oldest rocks in the core. Conversely, in a plunging syncline, the open end of the ‘V’ faces the direction of plunge, with the youngest rocks in the core.
(f) Chevron fold Chevron folds are a special type of fold characterized by straight limbs and sharp, narrow hinges. They form a zigzag or ‘V’-shaped pattern. They typically form under compressive forces in thinly bedded and incompetent rock layers, where the layers tend to kink rather than bend smoothly. The angle between the limbs (the inter-limb angle) is relatively constant. They are often found in zones of intense deformation.
(g) Ophiolites Ophiolites are fragments of oceanic crust and the underlying upper mantle that have been uplifted and emplaced onto continental crust. They provide crucial evidence for plate tectonics, indicating the closure of former ocean basins. A complete ophiolite sequence, from bottom to top, consists of:
- Upper Mantle: Peridotites and serpentinites.
- Lower Crust: Layered gabbros.
- Upper Crust: A sheeted dike complex and pillow basalts.
- Sediments: Overlying marine sediments like chert and shale.
(h) Intraplate volcanism This refers to volcanic activity that occurs within the interior of a tectonic plate, far from the plate boundaries. While most volcanism is concentrated at plate margins, intraplate volcanoes are an exception. The most common cause is a hotspot , a stationary plume of exceptionally hot material rising from deep within the mantle (a mantle plume). As a tectonic plate moves over the hotspot, a chain of volcanoes is formed, such as the Hawaiian Islands. It can also occur during the initial stages of continental rifting.
Q2. Write short notes on any four of the following: (a) Descriptive mineralogy (b) Products of volcanism (c) Karst topography (d) Criteria for recognition of folds (e) Evidences of sea-floor spreading (f) Mountain building periods
Ans.
(a) Descriptive Mineralogy Descriptive mineralogy is the branch of mineralogy that focuses on the systematic description of the physical and chemical properties of minerals for the purpose of identification and classification. It serves as the practical guide for identifying minerals in the field and laboratory. The key physical properties used for mineral identification are:
- Color: The external appearance of the mineral, although it is often an unreliable property.
- Streak: The color of the mineral’s powder, obtained by rubbing it on an unglazed porcelain plate.
- Luster: The way a mineral reflects light (e.g., metallic, vitreous, silky).
- Hardness: The mineral’s resistance to scratching, measured on the Mohs scale of hardness from 1 to 10.
- Cleavage: The tendency of a mineral to break along planes of weakness, producing flat surfaces.
- Fracture: The way a mineral breaks when it does not have cleavage (e.g., conchoidal fracture).
- Specific Gravity: The ratio of the mineral’s density to the density of water.
- Crystal Form: The natural geometric shape of a mineral if it has grown unimpeded.
By studying these properties, geologists can differentiate between various minerals and understand the composition of rocks.
(b) Products of Volcanism Volcanic eruptions release a variety of materials, which can be classified into three main categories: lava flows, pyroclastic materials, and volcanic gases.
- Lava Flows: These are molten rock that flows onto the Earth’s surface. There are two main types, depending on the lava’s composition and temperature:
- Pahoehoe: A hot, low-viscosity lava that forms a smooth, rope-like surface.
- Aa: A cooler, higher-viscosity lava that forms a rough, blocky, and jagged surface.
- Pyroclastic Materials: These are fragments of rock ejected into the air during explosive eruptions. They are classified by size:
- Ash: Very fine particles less than 2 mm in diameter.
- Lapilli: Pebble-sized fragments between 2 and 64 mm.
- Bombs and Blocks: Fragments larger than 64 mm. Bombs are ejected as liquid and cool in the air, while blocks are ejected as solid pieces.
- Volcanic Gases: Gases dissolved in magma are released during an eruption. The most common are water vapor (H₂O) , carbon dioxide (CO₂) , sulfur dioxide (SO₂) , hydrogen sulfide (H₂S), and others. These gases can influence atmospheric composition and climate.
(c) Karst Topography Karst topography is a unique and distinctive landscape that is formed by the dissolution of soluble rocks, primarily limestone , dolomite, and gypsum, by groundwater. The name “Karst” comes from a region in Slovenia where such topography is extensively studied. The main features of karst topography are:
- Surface Features:
- Sinkholes (Dolines): Circular or elliptical depressions on the surface, formed by the collapse of an underground cave’s roof or by dissolution at the surface.
- Uvalas: Large depressions formed by the coalescence of several sinkholes.
- Poljes: Very large, flat-floored, elongated depressions with steep sides.
- Disappearing Streams: Rivers that flow on the surface and abruptly vanish into a sinkhole to become part of the underground drainage system.
- Subsurface Features:
- Caves and Caverns: Extensive underground passages formed by the dissolution of rock by groundwater.
- Stalactites and Stalagmites: Depositional features within caves formed from calcium carbonate. Stalactites hang from the ceiling, while stalagmites grow up from the floor.
Karst regions are characterized by poor surface drainage as most of the water flows through underground channels.
(d) Criteria for Recognition of Folds Geologists use several criteria to recognize the presence of folds in rocks in the field, especially when the entire fold is not visible in a single outcrop. The main criteria are:
- Direct Observation: The most direct method is to see the folded strata directly in a large outcrop, such as a road cut or a quarry wall.
- Repetition of Strata: On a geologic map, folds cause a symmetrical repetition of rock layers. As one traverses across the fold axis, the same sequence of rock units is encountered in reverse order.
- Reversal of Dip Direction: The direction of dip of the beds reverses as one crosses the axis of a fold. In an anticline, the beds dip away from the axis, while in a syncline, the beds dip towards the axis.
- Topographic Expression: Folding of resistant rock layers often results in a series of parallel ridges and valleys. Anticlines may form ridges and synclines valleys, or vice-versa (inverted topography).
- Use of Facing/Younging Direction Indicators: Sedimentary structures like graded bedding , cross-bedding , and ripple marks help determine whether a sequence of beds is upright or overturned. This is crucial for distinguishing an anticline from a syncline, especially in highly deformed regions. For instance, an anticline has the oldest rocks at its core, whereas a syncline has the youngest.
(e) Evidences of Sea-floor Spreading The theory of sea-floor spreading, proposed by Harry Hess in the 1960s, is a cornerstone of plate tectonics. It states that new oceanic crust is formed at mid-oceanic ridges and spreads outwards. There is a wealth of evidence supporting this theory:
- Paleomagnetic Stripes: The alignment of magnetic minerals in the basaltic rocks of the ocean floor records the direction of Earth’s magnetic field as they cool. The Earth’s magnetic field has reversed its polarity periodically. Magnetic surveys of the ocean floor revealed symmetrical and parallel stripes of magnetic anomalies on either side of mid-oceanic ridges. This is direct proof of new floor being created at the ridge and spreading sideways.
- Age of the Oceanic Crust: Rock samples collected by the Deep Sea Drilling Project show that the rocks at the mid-oceanic ridge are the youngest, and their age progressively increases with distance away from the ridge.
- Sediment Thickness: The layer of sediment on the ocean floor is almost absent or very thin at the mid-oceanic ridge. The thickness of the sediment layer increases away from the ridge, as the older crust has had more time to accumulate sediment.
- High Heat Flow: Heat flow from the Earth’s interior is highest at the mid-oceanic ridges, where hot magma is close to the surface, and it decreases with distance from the ridge.
- Earthquakes and Volcanoes: Most shallow earthquakes and volcanic activity are concentrated along the mid-oceanic ridges, indicating tectonic activity in this zone.
(f) Mountain Building Periods Mountain building, also known as Orogeny , is the process by which large sections of the Earth’s crust are intensely folded, faulted, and uplifted to form mountain ranges. There have been several major mountain-building periods in Earth’s geologic history:
- Precambrian Orogenies: These are the oldest orogenic events (from 4 billion to 541 million years ago). They include the Grenville, Algoman, and Kenoran orogenies. The remnants of these ancient mountains now form the stable cratonic cores of the continents.
- Caledonian Orogeny: This occurred during the Silurian and Devonian periods (approx. 490-390 million years ago). It was caused by the collision of the continents of Laurentia (North America) and Baltica (Northern Europe). It resulted in mountains in Northern Europe (Scandinavian Mountains), the British Isles, and the northern part of the Appalachians in eastern North America.
- Hercynian (or Variscan) Orogeny: This took place in the Carboniferous and Permian periods (approx. 380-280 million years ago). It was caused by the collision of the southern continents (Gondwana) with the northern continents (Laurussia), leading to the formation of the supercontinent Pangaea. Its remnants are found in central Europe (e.g., Harz Mountains of Germany) and the southern Appalachians of North America.
- Alpine Orogeny: This is the most recent and still ongoing orogeny, which began in the Cretaceous Period (from about 65 million years ago to the present). It is caused by the collision of the African, Indian, and Arabian plates with the Eurasian plate. This orogeny has formed major mountain ranges such as the Alps, Himalayas, Caucasus, Atlas, and Pyrenees.
Q3. (a) Discuss in detail the radioactive methods used to determine absolute age of the Earth. Or (b) What is a clinometer compass? Briefly explain how structural elements are measured.
Ans.
(a) Discuss in detail the radioactive methods used to determine absolute age of the Earth.
Determining the absolute age of the Earth, its age in numerical years, is one of the great scientific achievements of the 20th century. This has been made possible through techniques known as radiometric dating . The fundamental principle of these methods is based on the process of radioactive decay.
The Principle: Unstable isotopes of certain chemical elements, known as Parent Isotopes , decay at a constant, predictable rate over time to become stable isotopes of other elements, known as Daughter Isotopes . The rate of this decay is measured in terms of half-life , which is the time it takes for half of the parent isotopes in a sample to decay into daughter isotopes. This rate is not affected by external factors like temperature, pressure, or chemical environment, making it a reliable geological clock.
If the amount of parent and daughter isotopes in a rock or mineral can be measured, and the half-life of the parent isotope is known, the time that has passed since the rock or mineral “closed” (i.e., crystallized) can be calculated. The formula is: t = [ln(Nf/N₀)] / -λ , where t is the age, Nf is the final amount of parent isotope, N₀ is the initial amount, and λ is the decay constant.
Major Radiometric Dating Methods:
- Uranium-Lead (U-Pb) Method: This is one of the most accurate and reliable methods for dating the Earth and solar system. It utilizes two independent decay series:
- Decay of Uranium-238 (²³⁸U) to Lead-206 (²⁰⁶Pb) (Half-life: 4.47 billion years).
- Decay of Uranium-235 (²³⁵U) to Lead-207 (²⁰⁷Pb) (Half-life: 704 million years).
This method works exceptionally well on minerals like zircon (ZrSiO₄), which incorporates uranium into its crystal lattice but excludes lead upon crystallization. Therefore, any lead found later is a product of radioactive decay. The use of two decay series allows for an internal consistency check of the results, plotted on a “Concordia-Discordia” diagram.
- Potassium-Argon (K-Ar) Method: This method is based on the decay of Potassium-40 (⁴⁰K) to Argon-40 (⁴⁰Ar), with a half-life of 1.25 billion years. Potassium is common in many rock-forming minerals (e.g., feldspar, mica). As Argon is a gas, this method is particularly useful for dating volcanic rocks. When lava cools and crystallizes, any pre-existing argon gas escapes, and the clock is “reset” to zero. The argon produced subsequently is trapped within the rock. A limitation is that if the rock is later heated, some argon may escape, yielding a younger age.
- Rubidium-Strontium (Rb-Sr) Method: This method is based on the decay of Rubidium-87 (⁸⁷Rb) to Strontium-87 (⁸⁷Sr), which has a very long half-life of about 48.8 billion years. This makes it suitable for dating very old terrestrial and lunar rocks. The method often employs the “isochron” technique, which involves analyzing different minerals from the same rock to obtain a more reliable age.
Determining the Age of the Earth: The oldest known rocks on Earth are about 4.03 billion years old, and the oldest minerals (zircon crystals) are about 4.4 billion years old. However, these do not represent the full age of the Earth because the planet’s initial crust has been destroyed by tectonics and erosion. Therefore, the best estimate for the age of the Earth comes from dating meteorites . These are believed to have formed at the same time as the solar system and have remained unchanged since. Using the U-Pb method, meteorites consistently yield an age of 4.54 ± 0.05 billion years . This age is also supported by the analysis of lunar rocks and is the accepted age for both the Earth and the solar system.
(b) What is a clinometer compass? Briefly explain how structural elements are measured.
A clinometer compass , also known as a Brunton compass or a geological compass, is an essential and versatile tool used in field geology. It combines a compass (for measuring direction) and a clinometer (for measuring angle of inclination) into a single instrument. It is used to measure the orientation of planar and linear structural elements in rocks.
Structural Elements Measured:
- Planar Structures: Such as bedding planes, fault planes, joints, and schistosity in metamorphic rocks. Their orientation is described by Strike and Dip .
- Linear Structures: Such as fold axes, mineral lineations, and the intersection of two planes. Their orientation is described by Plunge and Trend .
Measurement Procedure:
1. Measuring Strike:
- Definition: Strike is the direction of a horizontal line formed by the intersection of a tilted plane (like a bedding plane) with a horizontal plane. It is expressed as an azimuth from North.
- Measurement Method:
- The geologist finds a spot on the dipping rock plane.
- The long edge of the compass is placed flat in contact with the rock plane, ensuring the compass itself is horizontal. This is achieved by using the bull’s-eye level on the compass.
- When the compass edge is in contact with the plane and perfectly horizontal, it defines the strike line.
- The compass needle is allowed to settle, and the bearing indicated by the north end of the needle is read. This is the strike value (e.g., N45°E or 045°).
2. Measuring Dip:
- Definition: Dip is the maximum angle of inclination of the plane, measured from the horizontal. It is always perpendicular to the strike. It has both an angle and a direction.
- Measurement Method:
- After determining the strike, the dip direction is the perpendicular direction in which the plane is inclined downwards.
- The compass is turned on its side so its edge is perpendicular to the strike line and rests flat on the rock plane.
- The clinometer within the compass is now used. A lever is adjusted to allow the pendulum or pointer to swing freely.
- When the bubble in the clinometer’s level (tubular spirit level) is centered, the angle indicated by the pendulum on the clinometer scale is read. This is the dip angle (e.g., 30°).
- The full measurement is recorded as the dip angle and dip direction (e.g., 30° SE).
3. Measuring a Linear Structure (Plunge and Trend):
- Definition: Plunge is the angle of inclination of a linear feature from the horizontal, and its Trend is the azimuth direction of that inclination.
- Measurement Method:
- Plunge: The long edge of the compass is placed parallel to the linear feature. The angle of inclination is then measured using the clinometer in the same way as the dip angle.
- Trend: Holding the compass horizontally over the linear feature, the direction in which the line is pointing downwards is measured. This is the same as taking a standard compass bearing.
These measurements enable geologists to understand the three-dimensional geometry of rocks in the field, construct geologic maps and cross-sections, and interpret the tectonic history of the region.
Q4. (a) (i) Discuss the erosional landforms developed by underground water. (ii) What is biological weathering? Briefly explain the products of weathering. Or (b) What is mountain building? Discuss the mountain building process based on geosynclinal theory with neat diagrams.
Ans.
(a) (i) Discuss the erosional landforms developed by underground water.
Underground water, or groundwater, is a powerful geological agent that creates erosional landforms, particularly in regions with soluble rocks like limestone, dolomite, and gypsum. Rainwater absorbs carbon dioxide from the atmosphere to form a weak carbonic acid, which slowly dissolves these rocks. The resulting landscape is called karst topography . The main erosional landforms developed by groundwater are as follows:
Surface Erosional Landforms:
- Lapies: These are a network of small, sharp, and irregular grooves and ridges that develop on the surface of soluble rocks. They are formed by rainwater running off and dissolving the rock.
- Sinkholes (Dolines): These are the most common karst features found on the surface. They are circular or funnel-shaped depressions that can form in two ways: (1) by the slow subsidence of the surface as the rock underneath dissolves, or (2) by the sudden collapse of the roof of an underground cave.
- Uvalas: When several nearby sinkholes grow and merge, they form a larger, irregularly shaped depression called a uvala.
- Poljes: These are the largest erosional features in karst regions. They are large, flat-floored, and steep-sided elongated depressions. Their floor is often covered with alluvium and may host seasonal lakes.
- Disappearing Streams: These are rivers or streams that flow on the surface and abruptly disappear into a sinkhole or fissure, becoming part of the underground water system.
Subsurface Erosional Landforms:
- Caves and Caverns: Groundwater seeps through joints and fractures in rocks, widening them to create vast underground passages, chambers, and networks. A cave is a natural underground hollow, while a cavern is a very large cave or a network of several connected caves. The formation of these structures is entirely due to the dissolution of the rock.
It is important to note that features found within caves, such as stalactites and stalagmites, are depositional landforms, whereas the cave itself is an erosional landform.
(a) (ii) What is biological weathering? Briefly explain the products of weathering.
Biological Weathering: Biological weathering is the process by which living organisms contribute to the physical and chemical breakdown of rocks. It works in conjunction with both physical and chemical weathering. Its main forms are:
- Action of Plants: Plant roots penetrate cracks in rocks. As the roots grow thicker, they act like a wedge, exerting immense pressure on the rock, widening the cracks and causing the rock to break apart. This process is known as ‘root wedging’ .
- Action of Animals: Burrowing animals like rabbits, termites, and earthworms dig through rock and soil, exposing new rock surfaces to air and water. This accelerates further weathering.
- Action of Microorganisms: Microorganisms like lichens, algae, and fungi grow on rock surfaces. They produce chemicals (such as organic acids and chelating agents) that dissolve the minerals in the rock, causing chemical weathering. This weakens the rock and makes it more susceptible to disintegration.
Products of Weathering: The process of weathering breaks down and alters rocks, creating various products. The main products are:
- Regolith: This is the most significant product of weathering. Regolith is the layer of loose, unconsolidated, and heterogeneous material that covers the solid bedrock. It consists of rock fragments of various sizes, new minerals formed during weathering (like clay minerals), and residues of resistant minerals from the original rock.
- Soil: Soil is the upper part of the regolith that also contains organic matter (humus). It is capable of supporting plant growth. Soil formation is a complex interplay of weathering and biological activity. The regolith serves as the parent material for soil.
- Soluble Ions: During chemical weathering, some minerals dissolve in water and are carried away as ions (e.g., Ca²⁺, K⁺, Na⁺). These ions are transported by groundwater and rivers to lakes and oceans, where they provide nutrients for marine life or are precipitated as chemical sedimentary rocks.
(b) What is mountain building? Discuss the mountain building process based on geosynclinal theory with neat diagrams.
Mountain Building: Mountain building, technically known as Orogenesis , is a complex set of geological processes by which large areas of the Earth’s crust undergo intense folding, faulting, metamorphism, and igneous activity, resulting in the formation of vast and elongated mountain ranges. This process primarily occurs at the convergent margins of tectonic plates.
Geosynclinal Theory: Before the development of plate tectonics, the geosynclinal theory was the most prominent model to explain mountain building. It was developed in the late 19th and early 20th centuries by geologists like James Hall and James Dana. Although it has now been largely superseded by plate tectonics, many of its observations and concepts are still valuable, particularly in understanding the development of thick sedimentary sequences at continental margins.
According to the geosynclinal theory, the process of mountain building occurs in three main stages:
1. Geosynclinal Stage (Lithogenesis – Sedimentation):
- In this stage, a long, wide, and shallow marine trough, called a Geosyncline , forms along the margin of a continent.
- This trough gradually subsides while simultaneously being filled with thousands of meters of thick sediments (sand, mud, limestone) eroded from the adjacent landmass (called a foreland or craton ).
- The weight of the sediments causes the floor of the trough to sink continuously, creating more space for further sediment accumulation.
2. Orogenic Stage (Orogenesis – Mountain Formation):
- This is the most critical and controversial stage of the theory. In this stage, the geosyncline is subjected to intense lateral compressional forces. (The source of this force was not clearly explained by the theory).
- Due to these forces, the soft and weak sedimentary layers in the geosyncline are buckled into folds and fractured by faults .
- Due to extreme pressure and temperature, the deeply buried sediments are metamorphosed into rocks like slate, schist, and gneiss.
- Often, this process is also accompanied by the generation and intrusion of magma, forming granitic plutons.
- As a result of all these processes, the sedimentary pile is compressed, thickened, and uplifted to form a massive folded mountain range.
3. Gliptogenesis Stage (Erosion):
- After the mountain range is uplifted, agents of erosion (rivers, glaciers, wind) become active and start to carve and wear down the mountains.
- As the overlying load is removed, the mountain roots slowly rise due to isostatic adjustment.
- This cycle continues for millions of years until the mountain range is worn down to a nearly flat plain (peneplain).
Diagram:
[A diagram should show three stages: 1. A trough (geosyncline) accumulating sediments from a continent. 2. Compressional forces (shown by arrows) from the sides, folding and uplifting the sediments into a mountain range. 3. A newly formed mountain range being eroded by rivers.]
Limitations: The biggest weakness of the geosynclinal theory was its inability to explain the source of the immense compressional forces that uplift the mountains. The theory of plate tectonics filled this gap, explaining that these forces are generated by the collision of continental plates. Thus, in the modern understanding, geosynclines are essentially the passive continental margins that subsequently undergo orogenesis due to plate collision.
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