GCE A level

1214/01

GEOLOGY - GL4 INTERPRETING THE GEOLOGICALRECORD

A.M. MONDAY, 21 June 2010

2 hours

JD*(S10-1214-01)

ADDITIONAL MATERIALS

In addition to this examination paper, you will need:• the Geological Map Extract (New Cumnock);• a hand-lens or magnifier to study the map (optional);• a calculator;• a protractor.

INSTRUCTIONS TO CANDIDATES

Write your name, centre number and candidate number in the spaces at the top of this page.Answer all questions.Write your answers in the spaces provided in this booklet.

INFORMATION FOR CANDIDATES

The number of marks is given in brackets at the end of each question or part-question.Candidates are reminded that marking will take into account the quality of communication usedin their answers.

Examineronly

Section A

Section B

Total

15

15

15

15

13

13

14

100

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Candidate Name

CandidateNumber

CentreNumber

2

12

14

01

01

(1214-01)

SECTION A

Answer all questions in the space provided.

This section should take approximately 1 hour to complete.

1. Figure 1a shows different tectonic settings for the generation of magma.Figures 1b and 1c are temperature/pressure diagrams showing the geothermal gradient andmelting temperatures for dry (anhydrous) and wet (hydrous) peridotite, obtained bylaboratory experimentation.

Volcano Lava type

A

B

•

•

magma

Location X(dry peridotite)X Location Y

(wet peridotite)Y

mid-oceanridge

volcano A volcano B

0

50

100

150

200

Dep

th (

km)

0

50

100

150

200

Dep

th (k

m)

oceanoceanic crusttrench

partial meltingin risingcolumn

mantle peridotiteshowing convection currents

continentalcrust

Moho

magma

Figure 1a

Figure 1b Figure 1c

500 1000 1500 2000 25000

100

200

300

400

SOLID

MELT

location X

geothermal gradient

Dep

th (

km)

TEMP °C

Melting pointcurve at whichdry (anhydrous)peridotitebegins to melt

500 1000 1500 2000 25000

100

200

300

400

SOLID

MELT

location Y

geothermal gradient

Dep

th (

km)

TEMP °C

Melting pointcurve at whichwet (hydrous)peridotitebegins to melt

(a) Refer to Figure 1a.

State the lava type most likely to be erupted from volcanoes A and B. [2]

2Examiner

only

Source: S236 Geology Book 2, reproduced by permission of The Open University

(1214-01) Turn over.

(b) Refer to Figures 1a and 1b.

(i) Using Figure 1b, give the temperature and describe the probable state of themantle at location X (solid, partially molten or molten). [2]

Mantle temperature at location X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . °C

State of the mantle at location X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Draw a line on Figure 1b to represent dry peridotite rising by convection, fromlocation X (beneath the ocean ridge), and erupting onto the surface at atemperature of 1200°C. [2]

(iii) With reference to Figure 1b, explain how mantle convection may result in thegeneration of magma from dry peridotite beneath ocean ridges. [3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(c) Refer to Figures 1a and 1c.

Location Y is at the same depth as location X but composed of wet peridotite.

Describe the probable origin and effect of the water in the generation of magma fromwet peridotite at location Y. [3]

Origin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(d) Using your knowledge, describe one process by which the composition of magma maychange from its original composition as it rises through the lithosphere at convergent(destructive) margins. [3]

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Total 15 marks

3Examiner

only

12

14

01

03

1214-01)

2. Figure 2a shows the changes in diversity of fauna (Sepkoski’s curves) during the Phanerozoic.

Refer to Figure 2a.

(a) (i) State the total number of faunal families at the end of the Cambrian. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) State the most abundant Phanerozoic fauna (‘Cambrian’, ‘Palaeozoic’ or‘Modern’ fauna) that existed during the Devonian. [1]

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(iii) Describe the changes in relative abundance of Phanerozoic faunas between theend-Devonian and end-Cretaceous (K/T) mass extinction events. [3]

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(b) (i) Using Figure 2a, calculate the percentage of faunal families that became extinctduring the end-Permian mass extinction (P/T). Show your working. [2]

Percentage of families extinct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .%

Figure 2a

800

700

600

500

400

300

200

100

0Precambrian Cambrian Ordovician Silurian Devonian Carboniferous Permian JurassicTriassic Cretaceous Cenozoic

Phanerozoic

Num

ber

of f

auna

l fam

ilies

in th

e fo

ssil

reco

rd

‘Cambrian’fauna ‘Palaeozoic’

fauna

‘Modern’ fauna

End-Ordovicianextinction

End-Devonianextinction End-Permian

(P/T) extinction

End-Cretaceous(K/T) extinction

Total number of faunalfamilies

4Examiner

only

Source: Milsom & Rigby – “Fossils at a Glance” (2009)

(ii) From your knowledge, describe one possible mechanism for the end-Permian(P/T) mass extinction. [3]

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(c) Figure 2b and Figure 2c show sketches of the diversity within typical ‘Cambrian’ and‘Modern’ faunas (in Figure 2a) based on fossil evidence.

(i) With reference to Figure 2b and Figure 2c, describe two differences in the modesof life of ‘Cambrian’ and ‘Modern’ fauna which help explain the greater diversityduring the Phanerozoic. [2]

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Some Cambrian fossil formations (e.g. Burgess Shale) have recorded higherdiversity of faunas than in Figure 2b. Explain the factors that may lead to anunderestimation of the true diversity of fauna in the Cambrian. [3]

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Total 15 marks

Figure 2b

‘Cambrian’ fauna ‘Modern’ fauna

Figure 2c

5Examiner

only

Turn over.

Source: Milsom & Rigby – “Fossils at a Glance” (2009)

12

14

01

05

1214-01)

3. Figure 3 is a partly completed block diagram of a plunging fold cut by a dip slip fault and adyke.

Figure 3

(a) (i) Complete the table below to describe the fold elements of the major fold. [3]

Fold element

Fold type

Description

•

Symmetry Symmetrical - limbs the same length

Orientation (strike) of the axial plane trace •

Direction of plunge of fold axis •

N

dip-slipfault

dolerite dyke

sandstone

shale layer

Keyminor folds within shale

(ii) Describe how the following two characteristics of the minor folds within the shalediffer from the fold in the sandstone. [2]

Wavelength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Symmetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6Examiner

only

(1214-01) Turn over.

(iii) Account for the difference in the way the shale and sandstone have responded tostress during folding. [3]

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(b) Complete Figure 3, to the north of the fault outcrop, by sketching, on the top surface

(i) the outcrop of the dyke, [1]

(ii) the probable outcrop of the shale. [2]

(c) A student concluded that:

1. the fault and fold were both formed

• by compressional stresses,• during the same crustal shortening event;

2. the dyke formed

• after the folding,• before the faulting.

Evaluate these statements explaining the evidence for your conclusions. [4]

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Total 15 marks

7Examiner

only

12

14

01

05

(1214-01)

4. Figure 4a is a palaeogeographical map of the late Carboniferous showing the generaldistribution of the continents and climatic zones.

Refer to Figure 4a.

(a) (i) Describe the global distribution of continents during the late Carboniferous. [2]

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(ii) Explain how the global distribution of continents may have influenced thedevelopment of ice sheets at both poles (icehouse conditions) in theCarboniferous.

[2]

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(iii) Describe two characteristics of ancient glacial deposits that provide evidence oficehouse conditions in the Carboniferous. [2]

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Source: adapted from 2000, PALEOMAP project

Figure 4a

8Examiner

only

1214-01 Turn over.

(b) Figure 4b shows a generalised section of Carboniferous coal measure cyclothems,consisting of repeated cycles of sedimentation ending in a coal seam.

Figure 4b

(i) Using the evidence from Figure 4b, describe the changes in energy anddepositional environment within the cyclothem indicated. [3]

Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(ii) Mark a cross (+C) on the map (Figure 4a) to show the most likely location of adepositional environment and climate suitable for the accumulation of coal. [2]

(iii) Explain how repeated coal cyclothems may reflect global changes in • size of continental ice sheets• sea level changes • variations in Earth’s orbit

during the Carboniferous. [4]

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Total 15 marks

The change insedimentation within eachcyclothem is interpreted asa change in the energy andenvironment of deposition.

Source: Adapted fromwww.kgs.ku.edu/Publications/Bulletins/102_1/gifs/fig2.gif

9Examiner

only

(1214-01)

SECTION B

Questions 5-7 relate to the British Geological Survey 1:50 000 geological map extract from theNew Cumnock (Solid) Sheet.

Answer all questions in the spaces provided.

This section should take approximately 1 hour to complete.

5. (a) Refer to the Geological Map.

(i) State the angle of dip of the inclined strata within the Kirkcolm Formation(KKF), shown by the dip symbol close to grid reference (GR) 760167. [1]

Dip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . degrees

(ii) Describe the measurements that must have been made at this locality so that thedip symbol could be plotted. You may wish to use an annotated diagram(s). [3]

(b) The Southern Upland Fault (grid square 7518) has been active since the EarlyPalaeozoic and has a long history of reactivation into the Tertiary. Complete Table 5 todescribe the main fault characteristics shown by map evidence alone. [3]

Fault characteristics on geological map

Dip direction and angle (degrees)

Southern Upland Fault

NW at approximately 85°

Strike directions •

Downthrow direction •

Fault type •

10Examiner

only

Table 5

(1214-01) Turn over.

(c) The granodiorite (GD - grid square 7718) is part of a large igneous pluton.

(i) State the maximum and minimum width of outcrop of the metamorphic aureolesouth of gridline 18. Give your answer in metres (m). [2]

(iii) Give one other possible explanation for the variation in outcrop width of themetamorphic aureole. [2]

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Total 13 marks

11Examiner

only

Maximum

Minimum

Metamorphic aureole outcrop width (m)

•

•

(ii) Draw an annotated diagram(s) to explain how the width of outcrop of themetamorphic aureole may reflect a variation in the dip of the contact between thepluton and the country rock. [2]

(1214-01)

6. Figure 6a shows a vertical cliff section through a Siluro-Devonian conglomerate (cg), typicalof those within the Auchtitench Formation (AUC), grid square 7016.

Figure 6a

(a) (i) Describe the evidence from Figure 6a that suggests these conglomerates weredeposited by flash floods. [3]

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(ii) With reference to the cross-section (P-Q), describe and suggest an explanation forthe variation in thickness of the conglomerates (cg) within the AuchtitenchFormation (AUC), north of the Southern Upland Fault. [2]

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12Examiner

only

The pebbles show animbrication – a sedimentarystructure in which pebblesare stacked-up on top ofeach other and alignedroughly parallel to thecurrent that deposited them.The pebbles dip upstream,in the opposite directionfrom which thepalaeocurrent was flowing.

1214-01 Turn over.

(b) Table 6 shows the result of an analysis of 144 pebble orientations typical of theAuchtitench conglomerates (cg). Figure 6b is a partly completed rose diagram ofpalaeocurrent directions associated with these data.

Figure 6b

(i) Complete the rose diagram (Figure 6b) to show the palaeocurrent directionstypical of this conglomerate. [3]

(ii) Describe the variations in palaeocurrent directions shown by the completedFigure 6b. [2]

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(iii) Figure 6a represents the most typical palaeocurrent direction. Estimate theprobable direction in which the camera (Figure 6a) was pointed. [1]

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(c) Explain how the Southern Upland Fault may have influenced palaeocurrent directionsduring the deposition of Siluro-Devonian sediments. [2]

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Total 13 marks

13Examiner

only

DirectionTotalpebbles

N48

NE25

E

10SE3

S

8SW0

W15

NW

35

Table 6

1214-01)

7. Figure 7 is part of the Geological Map (Box A) showing the boundaries of the existingGlenmuckloch Opencast Coal site. Two extensions to this pit were proposed in 2007 foropencast development: the Samsiston and Knowe sites.

14Examiner

only

(fDT)

GR 698131

Proposed Samsistonopencast extension siteExcavation depths of 35 m(above current water table)are estimated and theremoval of 395 000 tonnesof coal from the LowerCoal Measure Swallowcraigcoals (SC). The general dipis 20 degrees to the South.

Proposed Knowe opencastextension siteExcavation depths of 90 m(below current water table)are estimated and theremoval of 325 000 tonnesof coal from three MiddleCoal Measure seams,dipping approximately 5degrees East.

Figure 7

Refer to the Geological Map, Figure 7 and generalised Geological Column.

(a) State the rock type (fDT) and name the geological feature that controls the northernboundary of the Glenmuckloch Opencast site. [2]

Rock type (fDT) Geological feature

• •

N

15

14

13

15

14

13

69 70 71

69 70 71

Existing Glenmuckloch Opencast Coal site

15Examiner

only

(b) (i) Complete Table 7 below to indicate the order of superposition of the three coalsfirst encountered during the proposed mining operations beneath the Knowe site.

[2]

Dipdirection

East

Average angleof dip

(degrees)

5 degrees

Name of coal seam Relative age ofcoal seam

youngest

oldest

•

•

•

Table 7

(ii) The generalised Geological Column shows three coal seams within the Lower CoalMeasures (LCMS). Explain why the Kirkconnel Splint coal (KSP), as seen atGR 698131, would not be expected beneath the Samsiston site. [2]

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(iii) Suggest two geological factors that may affect the accuracy of coal reserveestimates and excavation depths beneath the two proposed sites. [2]

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(c) Using the information given and your knowledge, identify the possible environmentalissues associated with the further extraction of coal resources from the GlenmucklochOpencast site. [6]

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Turn over.

(1214-01)

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Total 14 marks

16Examiner

only

DJ*(S10-1214-01A)

GCE A level

1214/01-A

GEOLOGY - GL4Geological Map Extract

A.M. MONDAY, 21 June 2010

69 71 73 75 76 77 78 7968 70 72 74

69 71 7368 70 72 74

20

18

16

14

12

19

17

15

13

20

18

16

19

17

WJEC 1214/01-A ADVANCED GEOLOGY GL4 JUNE 2010Extract from New Cumnock (Solid) 1:50 000 (1cm to 500m)

P

Q

75 76 77 78 79

14

12

15

13

Box A

Q

P

Reproduced by permission of the Director British Geological Survey

c NERC All rights reserved

GEOLOGICAL CROSS-SECTION SHOWING THE GENERAL RELATIONS OF ROCKS ALONG THE LINE P-Q

Scale 1:50 000

SouthernUplandFault

GENERALISED GEOLOGICAL COLUMNof CARBONIFEROUS STRATA SOUTH WEST

of the SOUTHERN UPLAND FAULT(Carboniferous strata to the NW omitted for clarity)

Scale 1:3 000 (1cm to 30m)

GENERALISED GEOLOGICAL COLUMNof SILURO-DEVONIAN STRATA NORTH WEST

of the SOUTHERN UPLAND FAULT

Scale 1:10 000 (1cm to 100m)

Granodiorite(a type of Granite)

conglomerate

conglomerate

Key to Symbols

ORDOVICIAN of the SOUTHERN UPLANDS

conglomerate

(TAC)

(CRE)

(CAC)

(TIC)

(DAU)

(SPA)

(SC)

KIRKCOLM FORMATION (KKF)

(KSP)

AUCHTITENCH FORMATION (AUC)