3. přednáška Horniny - horninový cyklus

3. přednáška Horniny - horninový cyklus Horniny - cíl : na základě strukturních a texturních znaků rozlišit hlavní genetické typy hornin, seznámení se s geometrií horninových těles a primárními deformacemi těles a s vlastnostmi hornin (zemin ) , které ovlivňují využití hornin ve stavební praxi hlavně – při zakládání staveb, nebo jako dekorační kámen. Horniny a jejich výskyt dokumentují geologickou historii Země, neboť jsou výsledkem endogenních i exogenních geologických procesů. Horniny vyvřelé vznikají magmatickou činností, která představuje nejdůležitější endogenní proces, díky kterému je naše planeta Země „živá“ a který vyvolává další endogenní pochody jako je metamorfóza, zemětřesení a deformace horninových těles. Horniny magmatické neboli vyvřelé vznikají postupnou krystalizací horninotvorných minerálů z magmatické taveniny, která díky své viskozitě v závislosti na chemismu, obsahu vody, plynných látek a teplotě se protavuje do svého nadloží. Podle místa, kde transport taveniny končí, vznikají horniny hlubinné, která tvoří tělesa velkých rozměrů, u kterých neznáme podloží (batolit), horniny žilné (tělesa deskovitá, která podle pozice vůči okolí se označují jako pravé žíly – nesouhlasně uložená, nebo ložní žíly při souhlasném uložení v sedimentárních komplexech) ) a horniny výlevné - vulkanické ( deskovitá tělesa – vulkanické příkrovy a proudy na povrchu, nebo morfologicky nápadné kužele,kupy,homole). Při explozivní vulkanické činnosti vznikají pyroklastické horniny – tufy (úlomkovité lávové horniny). Velikost magmatických těles a jejich hloubka uložení mají vliv na rychlost ochlazování taveniny, což se odráží ve velikosti zrn - krystalů horninotvorných minerálů a jejich vzájemných vztahů, podle kterých lze jednotlivé typy hornin geneticky zařadit. Krystalizující magma není vystaveno tlaku, a proto jsou vznikající krystaly uspořádány nahodile všesměrně zrnité textury. Ze základních typů hlubinných vyvřelin jsou v kontinentálním typu zemské kůry nejrozšířenější žuly = granity nebo-li horniny žulového typu (převážně světlé horniny křemen, živec,slídy), menší rozšíření mají syenity (horniny podobné žulám, ale neobsahují křemen) – ( podle druhu živců se označují za horniny kyselé). Tmavší hlubinné horniny diorit a gabro (bazická hornina - podle druhu živců), vznikají v hlubších částech zemské kůry, a posléze mohou být tělesa hlubinných obnažena na povrchu (denudace) erozí i tektonickým zdvihem. Krystaly minerálů v hlubinných horninách jsou převážně stejnozrnné, dobře rozeznatelné . Žilné horniny se vyznačují rozdílnou velikostí krystalů a podle typické nestejnozrnné (porfyrické) struktury se nazývají porfyry s přívlastkem tvořeným z názvu příslušné hlubinné horniny ( žulový, syenitový atd.). Výlevné horniny – vulkanity a jejich tufy – tvořené různě velkými úlomky lávy) mají chemickou (mineralogickou) souvislost s hlubinným magmatem a podle toho se přiřazují k hlubinným vyvřelinám. Makroskopicky patrné krystaly jsou uzavřeny v celistvé základní hmotě, která je výsledkem rychlejšího tuhnutí taveniny. Při vyšším obsahu plynů rozpuštěných v magmatu (lávě) vzniká ve výlevných horninách porézní ( někdy až mandlovcovitá) textura . liparit (=ryolit) - výlevná od žulového magmatu trachyt, znělec - výlevné od syenitového magmatu

J. Tourková, katedra geotechniky FSv ČVUT – Geologie pro obor architektura

1

čedič, diabás

- výlevné od gabrového magmatu

Podle typu vyvřelin lze zpětně litosferických desek.

v geologické historii Země usuzovat na stará rozhraní

Při ochlazování magmatu dochází při tuhnutí ke kontrakci - stlačování hmoty magmatického tělesa, což vyvolává vznik primárních deformací - plochy, které ovlivňují přirozený rozpad hornin – odlučnost (pravidelná - kvádrovitá, nepravidelná - polyedrická, sloupcovitá, kulovitá). Vyvřelé hlubinné horniny spolu s horninami metamorfovanými se začaly jako stavební a dekorační kámen používat později než horniny sedimentární a jejich těžitelnost a opracování souvisí s technickým pokrokem v kamenictví. Naše žuly jsou převážně světle šedých, ( modravých) barev, červenavé žuly jsou převážně ze zahraničí. Tmavší vyvřeliny označované v dekoračním kameni jako syenity (petrograficky syenity, diority, gabra) se u nás vyskytují v ojedinělých tělesech, a proto se používaly výrazně v menší míře, i když jsou z estetického hlediska velmi příjemné. Z dovážených syenitů patří mezi nejznámější šedomodrý hrubě krystalický alkalický syenit – larvikit z Norska viz ukázka v přednášce - živce se vyznačují vysokým leskem s měnou barvy( palác Koruna na Václavském náměstí) . Metamorfované horniny jsou typické pouze pro kontinentální typ zemské kůry, a doprovázejí převážně tělesa hlubinných vyvřelin, se kterými je spojuje místo vzniku – konvergentní a kolizní zóny litosférických desek. A protože metamorfity jsou rovněž tvořeny minerály-krystaly, mají krystalické struktury, ale na rozdíl od vyvřelin jsou minerály usměrněné (textury) často až do ploch (foliace) břidličnatosti, které jsou plochami potenciálního rozpadu hornin . Proto se tyto horniny označují jako krystalické břidlice. Z metamorfovaných hornin se jako dekorační kameny uplatňuje hlavně šedozelený hadec (serpentinit) se světlým žilkováním (Nová scéna ND - dovoz z Kuby). Ortoruly, granulity a migmatity dovážené ze zahraničí jsou v současné době používány na fasádách i v interiérech nových budov (banky), oblíbené jsou pro usměrněné (zvrásněné) textury a velkou barevnost kamene. Fylity, pokrývačské břidlice – tence břidličnaté horniny s hedvábným leskem jsou používané jako obklady nebo střešní krytina. Území, ve kterých se vyskytují krystalické břidlice a hlubinné vyvřeliny jsou označována jako krystalinikum. Usazené horniny – sedimenty se rozdělují dále do tří skupin. Nejrozšířenější jsou sedimenty úlomkovité = klastické. Sedimenty se ukládají ve vrstvách – deskovitá tělesa subhorizontálního uložení o různé mocnosti. Mocnost vrstvy je kolmá vzdálenost mezi horní a dolní hranicí vrstvy (vrstevní spáry) – pravá mocnost. Při výchozu vrstvy na terén můžeme změřit šikmou vzdálenost - nepravá mocnost. V Čechách jsou subhorizontálně uložené sedimenty kvartéru, terciéru , křídy a permokarbonu, starší sedimenty (staropaleozoické a proterozoické) jsou zvrásněné. Vznik klastických sedimentů souvisí s exogenními pochody a to se zvětráváním všech hornin, nacházejících se na povrchu. Výsledný produkt zvětrávání je rozpad původních hornin na jednotlivé horninové částice, takže má charakter zeminy (+ úlomky) , s hloubkou v zemině přibývá množství úlomků zvětralé podložní horniny a pozvolna přechází do zvětralého rozpukaného skalního podkladu. Zvětralina se označuje jako eluvium. Při zakládání na zemině eluviálního původu máme tedy jistotu , že s hloubkou bude mít zemina vždy lepší


2

mechanické vlastnosti, mocnost eluvia může, ale být velmi proměnlivá, neboť matečná hornina skalního podkladu se nemusí v území vyskytovat ve stejné hloubce (k intenzivnějšímu zvětrávání do větších hloubek dochází v tektonicky porušených pásmech) . Přemístěním zvětralin různými transportními médii dochází posléze k sedimentaci a vzniku nezpevněného úlomkovitého sedimentu. Transport zvětralin způsobuje erozi zemského povrchu (odírání-vymýlání) a tím se podílí na morfologii terénu. Jednotlivá transportní média a délka transportu mají vliv na opracování přenášených částic a jejich velikost. Význam má i odolnost úlomku - složení hornin. Podle prostorového uložení sedimentů a charakteru sedimentu pak lze usuzovat na typ transportu. Svahové - deluviální (nověji koluviální) sedimenty – přenos gravitací na krátkou vzdálenost, tvar úlomků je neopracovaný a jeho tvar je ovlivněn rozpadem matečné horniny ( ploché, střípkovité, polyedrické úlomky) Zrnitostně se podobají eluviu, a proto je často jejich odlišení nesnadné, usuzuje se na ně z morfologie terénu. Proměnlivá mocnost i zrnitostní přechody jsou pro ně typické.U těchto sedimentů, pokud nejsou jílovité, se předpokládá dobrá průlinová až mezerovitá ( u úlomkovitých sutí) propustnost, HPV = hladina podzemní vody výrazně kolísá v závislosti na srážkách. Při zemních pracích v těchto zeminách je nutné posuzovat stabilitu svahu. Transport ve vodním prostředí – potoční, říční (fluviální) dále jezerní a mořské sedimenty. Je přenášen materiál od kamenů (v horní části toku, kde je velký spád) a drobných úlomků, písčitých zrn a dále až jílovitá suzpenze. Opracovaný materiál – valoun ( = štěrk) je jasným dokladem vodního transportu. Podle hornin, které tvoří valouny lze usuzovat na geologickou stavbu – horniny, které se nacházejí v povodí toku. Ve vodním toku dochází k vychylování proudnice v závislosti na příčném řezu koryta a podle toho dochází k postupnému vymýlání (erozi) vnějších (nárazových) břehů a ukládání – sedimentaci na vnitřních (nánosových) březích a jejich posun ve směru boční eroze toku. Při běžném průtoku dochází k ukládání štěrků na dně a v dolní části (jesepního) - nánosového břehu, písky se ukládají v jeho horní části vrstevního sledu. Akumulace materiálu v plochém území nánosového břehu vytvoří horizontálně uložené těleso, označuje se jako terasa. Během vývoje říčního koryta dochází k jeho překládání, zahlubování (vodní eroze) toku v závislosti na průtočném množství a spádu (změn hladiny moře) a tento jeho vývoj dokumentují terasové stupně - zachované v různých nadmořských výškách nad stávajícím údolí toku.V údolních terasách našich řek jsou při jejich bázi hrubozrnné štěrky přecházející do nadloží do štěrkopísků a písků, v nejsvrchnější části terasy jsou uloženy jemnozrnné jílovitopísčité holocenní sedimenty – povodňové hlíny. Sedimenty údolní terasy (údolní niva) jsou propustné, zvodněné, hladina podzemní vody je v hydraulické souvislosti s vodou v toku. Při povodních dochází k chaotické sedimentaci, zrnitostní složení fluviálních sedimentů tak může být plošně i vertikálně velmi proměnlivé (štěrk, písek, prach a jíl), a proto při zakládání staveb na (fluviálních) sedimentech - údolní terasy je třeba počítat kromě vysoké hladiny podzemní vody i se složitějšími úložnými poměry. Mocnost fluviálních sedimentů u českých toků se pohybuje převážně v jednotkách metrů, až max. 20 m, u řeky Moravy až 60 m.


3

Vznik vátých – eolických sedimentů je spjat s klimatem, kdy absence srážek způsobí ztrátu vegetačního pokryvu (aridní klima nebo ochlazení planety v období jejího částečného zalednění). Malé unášecí síle odpovídá zrnitost transportovaných části - jemný stejnozrnný písek až prach. Spraš – prachovitá zemina tvořená křemenným prachem , cca 10 % jílu a s pojivem CaCO3 , který je typický pro spraš a ovlivňuje její vlastnosti .Váté sedimenty jsou kypré, a proto silně stlačitelné, prosedavé. Transportem ledovcovým tělesem dochází k odstranění zvětralin (balvany – až hlína) a k jejich následnému ukládání jako např. čelní nebo boční moréna – glacigenní (ledovcové sedimenty. Proto mohou být ledovcové sedimenty značně zrnitostně nevytříděné jak ve vertikálním tak i v horizontálním směru, což je z hlediska zakládání nepříznivé (nestejnoměrné sedání, únosnost). Ledovcovými toky pak vznikají glacifluviální sedimenty. Antropogenní sedimenty – jejich vznik souvisí jednak s těžbou nerostných surovin, u povrchového způsobu dobývání nerostných surovin je přesun hmot (hlušiny – skrývky) největší ( vznik výsypek). Dále jsou to zemní práce ve stavebnictví (stavební jámy, liniové stavby – zvláště dopravní stavby. Často se s těmito sedimenty označenými v geologických mapách jako navážky stavaři setkávají v městské zástavbě. Rozpoznání antropogenních sedimentů od běžných sedimentů je důležité při návrhu zakládání nové stavby. Kritéria. která k tomuto účelu lze využít : - morfologii terénu posoudit s topografickým mapovým podkladem ( i starším), - složení materiálu může být geologicky odlišné od stávajících geologických poměrů - pokud je shodné, pak může obsahovat „ věci“ , které tam nepatří (cihlu, sklo...) - navezený materiál má odlišné (chaotické) uložení od přirozeného způsobu ukládání - navezený materiál může mít jiné mechanické vlastnosti ( např.je nakypřený) - (změna ve vegetaci) Zpevňování klastických sedimentů se označuje jako diageneze. Tlak nadložních sedimentů způsobuje stlačení – kompakci ....... důležitou roli kromě toho hraje i geologický čas. Proto kvartérní sedimenty nejsou zpevněné ! příklady nejčastějších zpevněných sedimentů : pískovce – stmelení křemenných pískových zrn arkósa - písková zrna jsou tvořena převážně živcem (=živcový pískovec) křemence pískovce velmi jemnozrnné až celistvé díky typu tmele, který obalil písková zrna ( velmi křehké) – v Praze dříve používány na dlažbu -kočičí hlavy opuka jílovitý sediment s CaCO3 = slínovec a s velkou příměsí prachových a písčitých zrn Opuka je jedním z nejrozšířenějších stavebních materiálů období románského a gotického. Přesto, že je známá svojí malou odolností proti zvětrávání, byla v některých oblastech používaná ve stavbách ještě v první polovině 20. století. Vedle změn teploty a vlhkosti prostředí, vodorozpustných solí a polutantů ze vzduchu její trvanlivost ovlivňují i pojiva malt a omítek, se kterými je v bezprostředním kontaktu v konstrukci stavby. Pevnost a trvanlivost klastických sedimentů je ovlivněna složením tmele, který spojil jednotlivé horninové částice. Mineralogické složení tmele , popřípadě i klastická příměs rozhoduje o barvě těchto sedimentů. Pískovce byly využity hlavně při v období vrcholné gotiky spolu s arkózou, dále i v sochařství. Písčité slínovce – opuky byly dříve používány jako stavební kámen (románské období), dnes se opuka používá i pro obklady.


4

jílovec a jílová břidlice – celistvé horniny s výraznými plochami vrstevnatosti, úlomkovitě a střípkovitě rozpadavé nemají ve stavebnictví uplatnění. Sedimenty skládající se z organické hmoty – sedimenty organogenního původu jsou u nás zastoupeny hlavně vápenci. Jejich barevnost způsobená různými příměsi v sedimentačním prostoru (od brekciovitých , žilkovaných po celistvé struktury) byla využita hlavně u barokních staveb a později byly pak střídměji použity pro vnitřní výzdobu novorenesančních a secesních staveb.Vápenec jako dekorační kámen bývá označován jako mramor, což z hlediska jeho geneze je nepřesné ( mramor = krystalický vápenec je metamorfovaná hornina, rovněž hojně využívaná jako dekorační kámen). Stejně tak je jako mramor často označován i kámen umělý, imitace mramorů jsou tak věrohodné, že jejich rozlišení je pro neodborníka velmi obtížné. Sediment světlé barvy vysrážený z minerálních podzemních vod na bázi karbonátů (travertin) má charakteristické usměrnění s výskytem dutinek– páskovanou dutinatou texturu, a proto je tento dekorační kámen vhodnější do interiérů. Přesto jeho venkovní použití bylo u nás dosti časté (Městská knihovna a Filosofická fakulta UK v Praze). Páskovanou texturu zvýrazňuje často okrové zbarvení – interiér Fakulty TVS UK (zlatý travertin z Běšeňové u Ružomberka). Jestliže máte pocit, že těch odborných termínů je moc, klikněte http://www.geology.cz/aplikace/encyklopedie/term.pl a zadejte název termínu.

sem

Horniny se mohou skládat z: - minerálů – krystalů - horniny krystalické (vyvřelé a metamorfované) Je důležité rozlišení úlomku a krystalu , neboť oba mohou mít ostré hrany, krystaly jednotlivých minerálů mají charakteristické tvary, lesk, štěpnost. Mineralogická pestrost hornin a různé zbarvení horninotvorných minerálů způsobují barevnou pestrost každého typu horniny, a proto jen podle barvy nelze určovat horniny. Hlavní petrografické rozlišení hornin je podle nejvíce zastoupených minerálů hlavní minerály (např. křemen, živec, slída = žula, živec, slída = syenit) vedlejší minerály (určují druh horniny)

:

- u úlomků - sedimenty klastické a pyroklastické horniny je pro jejich zařazení kromě mineralogického zastoupení důležitá absolutní velikost úlomků (písčité, prachovité ) - u organické hmoty - sedimenty organogenní pak chemické složení hmoty Minerály jsou převážně látky krystalické, jejichž krystalová (strukturní) mřížka určuje fyzikální a optické vlastnosti minerálu a její typ závisí na tlaku a teplotě při krystalizaci. Během geologické historie (4,6 mld. let) dochází k opakované recyklaci hornin viz obr. v přednášce. Určování hornin musí vycházet z velikosti a tvaru krystalů (struktury zrnité : krystalické, stejnozrnné - nestejnozrnné), úlomků (struktury zrnité : úlomkovité) a z uspořádání horninových částic (textury neusměrněné, usměrněné), pak je možné horninu geneticky zařadit mezi vyvřeliny (hlubinné, žilné výlevné) nebo metamorfované a pak podle hlavních minerálů ji dát název.


5

Jsou-li horninové částice úlomky horniny se zařadí do sedimentů klastických a dále podle absolutní velikosti do příslušné skupiny. Nejsou-li horninové částice makroskopicky patrné – struktura je celistvá a pro další její zařazení je třeba mít již více geologických znalostí. Postup zařazení horniny do genetické skupiny – viz přednáška Naše území je geologicky velmi dobře prozkoumané, máme k dispozici geologické mapy celého našeho území min. v měř. 1 : 50 000, většina území je zmapována i v měř. 1 : 25 000, a proto zjištění hornin v zájmovém území je velice snadné,pokud byla mapa vydána tiskem viz katalog map na http://www.geology.cz/extranet/sluzby/vydavatelstvi/mapy . Nebo se můžete dostat na přístupné mapové informace na : http://www.geology.cz/extranet/geodata/mapserver doporučená literatura o dekoračním kamenu : Praha kamenná – přírodní kameny v pražských stavbách a uměleckých dílech - kol. autorů, vydalo Národní divadlo 1996, Kámen v architektuře – B. Syrový a kol. ,SNTL 1984), Člověk a kámen- kol. autorů, ČSAV 1989, Kámen ve službách civilizace - M. Kužvart ,ČSAV 1990, časopis Kámen (www. revuekamen.cz ) Pokud jsou horniny složeny ze stejně tvrdých částic dají se leštit (žuly,syenity, porfyry,diabásy hadce, mramory). U nestejně tvrdých částic lze nejhladší plochy dosáhnou jen broušením (droby, pískovce, opuky, trachty, ryolity). Měkké horniny dovolují tvarovat povrch členitěji, ale je třeba brát ohled na jejich mechanické vlastnosti a jejich umístění (exteriér, interiér). Obecně méně odolné proti povětrnostním vlivům a městské atmosféře jsou sedimenty, zvláště vápnité pískovce a opuky, u kterých úprava povrchu pemrlicí způsobuje vznik jemných trhlinek, které následně snižují odolnost povrchu proti korozi. U opuky k její destrukci přispívá její kombinace s kovem. Způsob těžby a doba těžby má vliv na trvanlivost měkkých kamenů.


6

3. přednáška Horniny - horninový cyklus

Recommend Documents