Nové poznatky o stavbě Země, globální tektonika •Stavba Země • Pohyby kontinentů • Pohyby litosferických desek
Stavba zemského tělesa - historie • počátek století: v rámci geofyziky - dílčí disciplína: seismologie - studuje rychlost šíření, chování a původ zemětřesných vln • 1906 - objev vnějšího zemského jádra •
(„hluboko uvnitř Země existuje zóna, která se chová jako kapalina“)
• energie uvolněná při zemětřesení se šíří zemským tělesem formou vln - vlny P (podélné, primární) - částice kmitají ve směru šíření vln
- vlny S (příčné, sekundární) - částice se pohybují kolmo na směr šíření vln
• 1909 - chorvatský geolog Mohorovičić objevil v hloubce 35 - 40 km zónu změny rychlosti šíření vln (studoval zemětřesení ve Skopje) • 1914 - Gutenberg - v hloubce 2900 km objevil hranici plášť x jádro • 1953 - australský geofyzik Bullen sestavil seismický model Země
1
Nejhlubší vrty • poloostrov Kola (u města Zapolarnyj) - v roce 1989 dosaženo hloubky 12 262 m • • • • •
1965: rozhodnuto o lokalizaci původní cílová hloubka: 15 km s vrtáním hlubokého vrtu se začalo v roce 1970 v roce 1983 dosaženo hloubky 12 km z technických důvodů muselo být vrtání zastaveno + od hloubky 7 800 m se začal vrtat nový stvol, který v roce 1989 dosáhl hloubky 11 600 m • V roce 1989 vrt dosáhl hloubky 12 262 m a v roce 1992 bylo další vrtání z důvodu složitých podmínek, zejména vysoké teploty, zastaveno
Teplota v nitru Země Zemské jádro - teploty odhadnuté jen o něco málo nižší než na povrchu Slunce • teplota ve středu naší Země - asi 5 500°C (Nature, 30. 9. 1999)
2
Nejhlubší vrty v ČR a blízko hranic • Horní Falc (u města Windischeschenbach) - vrtán v letech 1991-1994 - dosažena hloubka 9 100 m • Vídeňská pánev (S od Vídně) - v 80. letech 20. století; ložiska ropy - dosažena hloubka 8 553 m • ČR - vrt Jablůnka 1 (1982 - hloubka: 6 506 m) světový rekord: důl Vojtěch (1875 - dosaženo 1 km; jáma č. 16 : 1 838 m) Další hluboké vrty: vrty Šaštín 12 (Slovensko), Hanušovice–1, vrt Np–1 (2 156 m) - v letech 1971 až 1972 odvrtán do podloží východočeské křídy u obce Nepasice (10 km od Hradce Králové)
Historie výzkumu oceánské kůry • 1854 - první batymetrická mapa Atlantského oceánu; všechny hloubky změřeny lotováním; do roku 1900 ……18 400 měření • 1873 - Challenger → mapa hlubokomořských sedimentů, salinity a teploty • 1885 - založen oceánografický ústav v Monaku → vydány batymetrické mapy všech oceánů ( 1:10 mil.) • 1957 - 1958 Mezinárodní geofyzikální rok – 1. velký projekt hlubokých vrtů do oceánské zemské kůry: vědecký výzkumný program MOHOLE, cíl: dosažení nejsvrchnější části Mohorovičičovy hranice diskontinuity • 1959 - 1965 UNESCO - výzkum Indického oceánu • 1969 - Challenger II - zařízení pro vrty • 1991 - nejhlubší vrt (504 B) ….. 2 km
3
Moderní metody výzkumu zemského tělesa Seismická tomografie • obdoba lékařské počítačové tomografie • využívá digitální seismogramy k rekonstrukci stavby Země • využívá se principu tomografické rekonstrukce • Princip: rozdílnost času průchodu seismických vln podle typů prostředí • Výsledek: 3D model variací rychlostí v zemském nitru od svrchní kůry po zemský plášť
Zemská kůra • odpovídá staršímu termínu SIAL • mocnost: proměnlivá - kontinentální…30-40 km - oceánská……… 6-15 km maximální:…………………. 80 km • 2 (3) základní typy • 3 vrstvy: sedimentární granitická (žulová) bazaltová (čedičová) • mocnost v ČR (rozdíl Český masiv x Karpaty)
Typy zemské kůry • kontinentální (pevninská) – tvořená sedimentární, granitickou a bazaltovou vrstvou • oceánská – tvořená sedimentární a bazaltovou vrstvou oceánská vrstva: I. s mořskými sedimenty II. bazaltová 3H a 4H III. jurské až eocénní sedimenty + bazické a ultrabazické horniny + metamorfity ve facii zelených břidlic • přechodná – geosynklinální – typická pro geosynklinály + přechodné oblasti mezi kontinenty a oceány - riftogenní – vázaná na mobilní zóny v oceánech
4
Chemické složení zemského tělesa (v %) Zemská kůra kontinentální oceánská
Zemský plášť
Zemské jádro
43
-
SiO2
69
48
Al2O3
14
15
-
-
Fe2O3 + FeO
4
11
12
90
CaO
-
11
3
-
MgO
-
9
37
-
NiO
-
-
-
8
5
2
100
100
100
ostatní
13
celkem
100
Zemský plášť • odpovídá staršímu termínu SIMA • vrstvy: svrchní (B) → řada nehomogenit střední (C) spodní (D) astenosféra
svrchní
hloubka: 100-150 (max 400) km
33 km 400 km
střední 1 000 km spodní 2 900 km
Zemské jádro • odpovídá staršímu termínu NiFe • poloměr: 3 478 km (tj. více než 1/2 zemského poloměru) • vrstvy: vnější (E) → tekuté (existence prokázána 1906) přechodná zóna (F) - objev 1939 vnitřní (G) = jadérko - objev 1936 • existence kovového jádra → magnetické pole Země
5
Geotektonické hypotézy • výzkum zaměřen na: příčiny látkového složení zemského tělesa + stavba Země + objasnění procesů v ZK • hypotézy - fixistické (neptunisté, plutonisté) - mobilistické Wegenerova teorie kontinentálního driftu Teorie litosferických desek
Kontinentální drift • stěhování kontinentů • hlavní podnět: tvarová podobnost pobřeží • konec 19.století (Suess) - hypotéza: existoval prakontinent Gondwana • 1910 - Wegener - hypotéza: na počátku 2H - prakontinent Pangea důkaz: geologický hypotéza nepřijata renesance v 60. letech 20. století
• Pohyby kontinentů 1H (prvohory) - pouze hypotézy (pokus o rekonstrukce)
od 2H (druhohor) - důkazy
6
kambrium B-Baltika G-Gondwana Ch-Čína L-Laurentia S-Siberia X-jádro Českého masívu
ordovik A-Avalonia
silur A-Avalonia B-Baltika G-Gondwana Ch-Čína K-Kazachstania L-Laurentia S-Siberia X-jádro Českého masívu
devon LR-Laurussia (Severoatlantický kontinent)
karbon
• Gondwana - rotační pohyb + SZ. část - během karbonu srážka s Laurusií (SA kontinentem) kolize ⇒ vrásnění (hercynské horstvo v Evropě) • pozice Českého masivu v rovníkové oblasti
7
perm
• • • •
trend: sbližování kontinentů - kolize ⇒ vznik pohoří vznik jediného kontinentu Pangea oddělena zůstává: JV Asie (spojuje se počátkem 2H)
2H - trias
• • • •
existence Pangey na V - vymezena oceánská oblast Tethydy 1. náznaky budoucího rozpadu Pangey Panthalassa
jura
• rozpad Pangey • Tethyda se rozšiřuje na Z ⇒ rozdělení Pangey (S +J část) • Indie - začíná pohyb k S • oddělení: Evropa x Afrika Evropa x Severní Amerika
8
křída
• rychlý rozpad Gondwany: Afrika x Jižní Amerika Afrika x Madagaskar Indie x Antarktida koncem křídy - kolize s J.okrajem čínské desky (křída - oligocén: rychlost pohybu 100 - 180 mm/rok)
eocén
• 3H - rozšiřuje se Atlantský oceán • eocén - S. část Atlantiku - poklesy • oddělení Austrálie x Antarktida
konec 3H
současnost
9
Teorie litosferických desek = nová globální tektonika - opírá se o: • světový riftový systém • hlubokooceánské příkopy • Wadatiovy-Beniofovy zóny • charakter oceánského dna s pásovými magnetickými anomáliemi • existenci astenosféry - litosféra je rozdělena v řadu desek - rozdíly: složení, stavba, velikost
• vymezení desek Le Pichon (1973) - 6 hlavních desek Galuškin, Ušakov (1978) - 13-ti deskový model v současnosti 14 - 16 deskový • typy desek • rychlost pohybu desek • typy rozhraní: konvergentní divergentní transformní (střižně-zlomové)
10
Litosferické desky
1. Euroasijská 2. Africká 3. Arabská
4. J Americká 5. S Americká 6. Nazca
7. Karibská 8. Kokosová 9. Pacifická
10. Indoaustralská 11. Antarktická 12. Filipínská 13. Skotská 14. Juan de Fuca 15. Somálská
Pohyb desek • pohyb celých desek (drift - pouze kontinentů) • SA deska (západní část Atlantiku + pevninská kůra SA - je i kontinentální drift) • rychlost pohybu (oboustranné): - rychlost rozpínání Středoatlantského hřbetu: 40 mm/rok - Pacifická deska: 80 mm/rok - Indická subdeska (svrchní křída - spodní oligocén): 100 - 180 mm/rok - Euroasijská - Africká - za posledních 9 milionů let se desky přiblížily o 100 km (10 mm/rok)
11
subdukce Severoamerické desky (20 mm/rok) Karibská deska
Subdukce Kokosové (až 120 mm/rok, dlouhodobě 50 mm/rok)
Rychlost pohybu litosferických desek
cm/rok (dlouhodobý průměr)
transformní = horizontální posun
divergentní
konvergentní
12
termální expanze dómovité vyklenutí dóm se zhroutí vznikne rift (3 větve) 3. = tzv. aulakogen - poklesává
konvekční proudění - buňky
rift příkop
Teorie konvekčního proudění *trojné body
• dělení litosféry: - na místem konvekčního proudění: riftové struktury ⇒ rozčlenění litosféry na desky → subdesky 1. rift 2. středooceánský hřbet - vznik nové zemské kůry - středooceánské hřbety - vytváří globální systém - navzájem propojený př. Středoatlantský hřbet Východopacifický hřbet
13
divergentní rozhraní klpolsk laklopo klaksla kslaksl kaklsas klaklas asasasa sasasas asasasa sa
vznik riftové zóny
nad místem konvekční buňky
Základní tvary • prolom • příkopová propadlina • podél hlubinných zlomů: rifty (délka více než 100 km) rift Mrtvého moře (š = 5 - 20 km) rift Rudého moře (š = 200 - 400 km) Bajkalský Východoafrický Rýnský Levantský - řeka Jordán + Mrtvé moře
14
Rychlost pohybů • horizontálních (v riftech) Island … 10 - 20 mm/rok Východoafrický rift (v Etiopii)….12 mm/rok • vertikálních - např. podle výšky datovaných teras nad mořskou hladinou nebo podle výšky zdvižení korálových útesů
Barbados 0,4 mm/rok Nová Guinea….. 3 mm/rok Karpaty …….do 1,5 mm/rok poklesy: moravské úvaly….. do 5,3 mm/rok
Východoafrický rift klask klksl klklk lklkl klklk lklkl klklk lklkl klklk lklkl klklk l
Středooceánské hřbety Středooceánské hřbety - existence potvrzena v 60. letech - celková délka > 60 000 km - 15,3 % dna světového oceánu - výška 1 - 4 km - šířka 300 - 2 000 km 3 základní části: 1. svahy 2 . vrcholové valy s okrajovými valy riftových údolí 3. riftová údolí (hloubka 1,5 - 2 km, š = 25 - 40 km
15
Island • středooceánský hřbet nad hladinou oceánu • 103 000 km2
trojný bod - Galapágy kokosová
pacifická Nazca
16
konvergentní rozhraní • pohyb desek • základní fáze: - přibližování desek existence geosynklinály - vrásnění geosynklinály (sedimentů, které ji tvoří) - subdukce = podsunutí 1 desky
typy konvergentního rozhraní Podle charakteru přibližujících se desek: • oceánská oceánská • oceánská pevninská • pevninská pevninská
oceánská - oceánská • subdukce 1 desky • v zóně subdukce: - hlubokooceánský příkop - sopečná činnost
příklad: Aleuty
podmořská sopečné souostroví
17
oceánská - pevninská • vždy oceánská pod pevninskou • vzniká: hlubokooceánský příkop (v místě subdukce)
• na okraji pevninské: vrásové pohoří (např. Andy) - vliv polohy jádra kontinentu
štíty a platformy
18
Platformy a štíty Štíty - jádra kontinentů (9 základních) kanadský (laurentinský) guayanský brazilský africký antarktický
indický australský baltský aldanský
- oblasti dlouhodobého pomalého zdvihu Platformy - fundament + sedimentární pokryv - staré (kratony) mladé (fundament od svrch. proterozoika) - tabule - anteklízy a syneklízy
pevninská - pevninská • kolize dvou mocných kontinentálních desek • vznik příkrovů • nasunutí ker desek na sebe
alpsko-himálajská kolizní zóna
• kolize fragmentů Gondwany s Eurasií • rozsáhlé sedimentační pánve • kolize od mezozoika, hlavní fáze paleogén (někde až do současnosti) • 3 kolizní segmenty: africký, perský, himálajsko-tibetský
19
Africká kolize Africká x Euroasijská (turecká) deska Evropa - k východu se zvětšuje seismika a rychlost konvergence Malá Asie - odsun k západu, aktivní násun Taurského oblouku - intenzivní seismika: Severoanatolský zlom (1 200 km, posun 85 km)
střižně-zlomové rozhraní • zlom San Andreas Severoamerická deska Pacifická deska
20
Horká skvrna
21
