Geologický korespondenční seminář

Geologický korespondenční seminář Přírodovědecké Fakulty Univerzity Karlovy v Praze

2013/14 3. KOLO, ZIMNÍ

OBSAH ÚVOD ................................................................................ 3 ÚLOHA 1 ......................................................................... 4 ÚLOHA 2 ......................................................................... 8 ÚLOHA 3 ......................................................................... 11 ÚLOHA 4 ......................................................................... 15 ÚLOHA 5 ......................................................................... 17 VÝSLEDKY MINULÉHO KOLA .............................. 21 ÚSPĚŠNÍ ŘEŠITELÉ MINULÉHO KOLA ........... 26

-3-

MILÍ STUDENTI, UČITELÉ A PŘÍZNIVCI GEOLOGIE, druhý ročník KAMENOŽROUTA je tu! Přináší pět nových úloh, které opět zvou na výlet do světa geologických věd. Zatají se ti dech, až vstoupíš do tajuplné štoly a budeš pátrat po odpovědích na to, co uvidíš. Vydáš se po stopách starých mistrů a zjistíš, co má společného mineralogie s nástěnnými malbami. Jaké šaty na nich má Panna Marie? Že by nosila batiku? Kdo řešil již první zimní kolo KAMENOŽROUTA, může se těšit na shledání s Ivem, který se snaží ulovit krásnou Karmilu... Jestli se mu to povede, se dočteš na straně 11. Byl jsi v létě na prázdninách či na dovolené? A už teď se ti po ní stýská? KAMENOŽROUT ti přináší prázdninovou atmosféru v úloze „Nevšední vlastnosti všedních minerálů“. Sedimentace, magmatismus, metamorfóza... To jsou termíny z geologického cyklu hornin. Co dělá kamenům vrás(k)y se dočteš v poslední úloze, která tě rozhodně nenechá chladnou/ým. Proč se pustit do řešení úloh? S KAMENOŽROUTEM vstoupíš do světa kamenů, které jsou víc než jen neživá příroda kolem nás. Dozvíš se zajímavosti z různých oborů geologie, a až se příště vydáš do přírody (nebo také třeba do kostela, jak ukáže jedna z úloh), uvidíš víc než jiní. Kde se můžeš dozvědět víc? Další informace o korespondenčním semináři, přednáškách, exkurzích a o všem, co KAMENOŽROUT pořádá, se dočteš na stránkách http://kamenozrout.cuni. cz/. Zapoj se do diskuse, napiš, co se ti líbí a co ne, rádi si přečteme tvoje názory a připomínky. KAMENOŽROUT má také Facebook, pokud chceš mít o všem přehled, stačí označit, že se ti líbí. Neměl jsi čas přijít na některou z již pořádaných přednášek? Podívej se na ni na YouTube, na kanálu „KAMENOŽROUT PřF UK“. Co je nového? Od letošního roku startuje projekt nazvaný Fotokniha. Je to dvojlist se zábavným zadáním, kde se dozvíš různé geologické zajímavosti. Do řešení hádanky je zahrnut např. i úryvek z filmu, knihy či písničky. Druhá strana obsahuje návod na aktivitu pro zpestření hodiny či kroužku geologie pro všechny věkové kategorie. Každý měsíc (kromě letních prázdnin) KAMENOŽROUT přidá jedno zadání. Bude tak vznikat unikátní kniha s geologickou tématikou. Korespondenční seminář KAMENOŽROUT zaštiťuje Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy, sekce Geologie, Ústav geologie a paleontologie. Do jeho tvorby se zapojili studenti i vyučující různých geologických oborů a další příznivci geologie, díky jejichž nadšení KAMENOŽROUT vznikl a pokračuje ve druhém ročníku. Chceš se přihlásit? Na internetových stránkách KAMENOŽROUTa tě příslušný odkaz zavede na registrační formulář na adrese http://www.prirodovedci.cz/. Poté, co si zde vytvoříš účet, se vrať zpět na naše stránky, kde použiješ stejné přihlašovací údaje. Pak už jen stačí stáhnout si zadání úloh. Jak řešit? Odpovědi na otázky sepiš do dokumentu Word (s koncovkou .doc). Pokud má být součástí odpovědi také obrázek nebo fotka, vlož jej přímo do textu (nejlépe ve formátu jpg). Do pravého horního rohu nezapomeň uvést své jméno a příjmení, název a číslo úlohy, kolo a ročník, případně školu, na které studuješ. Odpovědi pak zašli na náš e-mail [email protected]. Termín odevzdání úloh je do konce března 2014. V případě nejasností, dotazů či připomínek nás neváhej kontaktovat na e-mail. Hodně štěstí při řešení úloh přeje KAMENOŽROUT -5-

pojď DRTIT! ÚLOHA 1 : Záhada dusivé štoly Autor: Lukáš Falteisek; kresba Marie Mikšaníková Obor: montanistika, mineralogie Body: 20

O prázdninách jste v jednom horském lese našli polozasypaný vchod do starého dolu. Z otvoru vane chladný a vlhký vzduch, dole teče z trubky trocha chladné vody. S kamarádem jste urychleně sehnali baterky a holiny a vypravili jste se ho prozkoumat. Když jste prolezli dovnitř, ocitli jste se v podzemní chodbě asi 2 m široké a podobně vysoké, která vede kamsi do nitra hory. Jdete a proti vám vane mírný průvan, po chvíli se objevuje mlha. V místě, kde je mlhy nejvíc, zvednete hlavu a uvidíte, že přichází z komína, který vede kamsi nahoru. Minete komín a mlha je pryč, zůstal čistý vzduch a vám se zdá, že se tu taky trochu oteplilo. Jdete pořád dál, najednou si všimnete, že se váš kamarád nějak motá. Z legrace se ho ptáte, co že to pil, on odpovídá, že je přece vzorný a nepije. Vzápětí vám dojde, že se motáte taky. Chvíli jdete podél jednoho boku chodby, pak jste najednou u druhého, a tak se to opakuje. Chcete si o tom udělat poznámku do zápisníku, ale máte roztřesené písmo, které se nevejde na řádek. Přestává se vám to líbit. Sice se oba cítíte jakoby nabuzení jít dál, ale když kamarád hlásí, že chvílemi vidí modré jiskřičky, rozhodnete se radši otočit. Ještě ze zvědavosti vytáhnete z kapsy zapalovač a zkusíte jím škrtnout, ale nehoří ani trochu. Vzápětí si všimnete, že v suti na zemi jsou zajímavé lesklé kameny, tak se sehnete a vyberete si pár lepších kousků. Pak už opravdu jdete ven. Postupně se vám dělá lépe, pod komínem už po motání nejsou ani památky, jenom vás začíná šíleně bolet hlava. Doma jste určili sebrané minerály. Je to pyrit a chalkopyrit. Jeden kousek se vám nezdá, tak do něj ťuknete kladívkem, abyste ho viděli na čerstvém lomu. Po úderu je cítit česnekový pach a váš kamarád správně poznal, že to je arsenopyrit. [1] Co je v nepořádku s ovzduším v důlní chodbě (čili důlními větry), že vám působilo takové potíže? (1) [2] Jaký děj probíhající v podzemí mohl být příčinou této změny ve složení vzduchu? Vzpomeňte si, jaké rudní minerály jste si tam odtud odnesli, a jakým změnám podléhají na vzduchu. (1) [3] Tentokrát vás štola vyhnala, ale pořád se do ní chcete podívat. Nemáte k dispozici žádný dýchací přístroj ani jiné speciální vybavení, tak musíte zkusit, jestli tam někdy půjde vlézt bez pomůcek. Za jakého počasí nebo v jakém ročním období má cenu to zkusit znovu? (1) Když nastalo počasí, které jste uvedli jako odpověď na otázku 3, vypravili jste se na průzkum štoly znovu. Ze začátku vám vane do zad vítr, který má stejné vlastnosti jako venkovní vzduch. Ve štole tentokrát žádná mlha není a stěny jsou suché. Když projdete pod komínem, vítr ustane, v chodbě je obvyklá podzemní teplota a zatím se vám i dobře dýchá. Jdete dál, poznáváte místa, která jste už jednou viděli. Okolo se otepluje jako předtím, ale vzduch je tentokrát dob-

Obr.1 Jdete dál a voda v loužích má podezřele červenou barvu...

-6-

rý. Jste na místě, kde jste se minule otočili, jdete dál. Na stěnách Obr. 2 Na jednom místě ze stále přibývá žlutých a oranžových povlaků či nárůstů a průsvitných stěny roste cosi jako azbest bezbarvých jehliček, voda v loužích má podezřele červenou barvu nebo skelná vata. (obr. 1). Na jednom místě ze stěny roste cosi jako azbest nebo skelná vata (obr. 2). Když na to sáhnete, zjistíte, že to je drobivé a vůbec se to nezapichuje do prstů. Minerál vypadá tak lákavě, že kousek ochutnáte. Mezi zuby se drobí, neskřípe jako běžné kameny, trochu se rozpouští a má nahořklou a trochu svíravou chuť. [4] O jaký minerál by se nejspíš mohlo jednat? A který prvek může za jeho nahořklou chuť? (2) Obr. 3 Jeskyňáři rádi dávají krápníkům jména jako Dívčí sen, na tenhle by se to moc nehodilo.

Z jednoho žlutého povlaku jste si naškrábali do pytlíku trochu materiálu na určení. Okolo vás je stále větší teplo a vlhko, teploměr v mobilu už ukazuje 28 °C. Kromě barevných kůr teď jsou kolem vás i tmavě rezavé krápníky vypadající jako brčka, která znáte z jeskyní. Některé jsou porostlé krystaly nějakého minerálu (obr. 3). [5] Který chemický prvek může za rezavou barvu krápníků? Prozradíme, že se tam vysrážel z důlní vody, ale na oplátku chceme vědět, kde se tento prvek ve vodě vzal. (1,5) [6] Bílý minerál na krápníku se také sráží z důlní vody. Dokonce přitom využívá anionty vznikající při procesu, který je zdrojem prvku v otázce 5. Jak se jmenuje bílý minerál a který anion z vody obsahuje? (1,5)

Jdete dál, teplota a vlhkost vzduchu připomínají prádelnu, ale dýchá se vám stále dobře. Najednou před sebou vidíte krápník, který visí ze stropu a teče z něj čůrek vody (obr. 4). Sáhnete na něj a zjistíte, že je měkký a ohebný. Má konzistenci, která ze všeho nejvíc připomíná nudle z nosu. Vzpomínáte si, že jste kdesi četli, že na tvorbě takových krápníků se podílejí bakterie. Taky je vám už dost horko a zapomněli jste si vzít s sebou dostatek vody, a tak byste se z něho napili, ale neradi byste z toho měli zdravotní problémy. [7] Může být voda z takovéhoto krápníku nějak nebezpečná? (1) a) není, bude naopak mnohem čistší než většina povrchových vod b) voda bude jistě obsahovat kyselinu sírovou a poleptala by vás, jakmile byste si jen lízli c) jestliže je krápník tvořený bakteriemi, měli byste jít rychle dál, Obr. 4 Tady se snad vysmrkal než z něj něco chytíte nějaký permoník. d) voda bude patrně obsahovat rozpuštěné těžké kovy a hliník, takže je jedovatá. Nejhorší je, že se to z její chuti nepozná, takže radši ani nezkoušet e) Voda je toxická (Fe, As, Cu, Al) a kyselá, díky své chuti také naprosto nepoživatelná, trochu ochutnat ale můžete Krápník opravdu je tvořený bakteriemi. Jeho základem jsou chemolitotrofní bakterie, které nepotřebují zdroj organických látek a rostou jen z toho, co k nim přiteče v kyselé mineralizované vodě a z látek ve vzduchu.

-7-

[8] Který prvek (o němž už byla řeč) a v jakém oxidačním stupni potřebují dostávat ve vodě? A které dva plyny si berou ze vzduchu (nápověda: z jednoho dělají vodu a z druhého svá těla)? (2) Důlní chodba vede pořád do nitra hor, občas se větví, ale vy sledujete hlavní směr. Připadá vám, že už musíte jít určitě několik kilometrů. Občas je v chodbě tepleji a občas chladněji, všimli jste si, že úseky s vyšší teplotou jsou vždy vyzdobené barevnými nárůsty a krápníky, zatímco v těch chladnějších je holá skála. [9] Souvisí spolu nějak teplota a vzhled chodeb? Pokud ano, napište co nejkonkrétněji, co je zdrojem tepla, které ohřívá důlní prostředí. (1,5) Zvuk vašich kroků se změnil, začal být víc dunivý. Nejdříve koukáte, jestli nestojíte na něčem, co by se mohlo propadnout. Pak posvítíte do dálky před sebe a uvidíte, že tam důlní chodba končí, a dojde vám, že její konec odráží zvuk. Dojdete na konec. Tam je skalní stěna, do které je vyvrtaných několik děr a čouhá z ní ocelová trubka s mohutným šoupětem (obr. 5). Zkusíte s ním otočit. Kupodivu to jde a z trubky začne stříkat mohutný proud vody. Tak to honem zase zavřete a začnete se chystat k návratu. [10] Jak se jmenuje místo, kde končí důlní chodba, protože ji horníci dál už nevyrazili? (1) Obr. 5 Odkud to jen teče? [11] Co se asi skrývalo ve skále, ze které vedla ta trubka se šoupětem? (0,5) a) omylem navrtaný dálkový vodovod (proč asi dál nerazili?) b) průzkumný vrt, který náhodou trefil zvodnělou puklinu ve skále (jste hluboko pod zemí, a tak má pořádný tlak) c) ložisko zemního plynu a ropy (jste boháči!), které svým tlakem vytlačuje vodu z okolí d) větrací potrubí na povrch (do kterého asi trochu napršelo, kdybyste to nechali otevřené, tak za chvíli přestane téct a začne foukat) e) je to naprostá záhada (uvažujete, jestli tam nemůže být tajná vojenská základna nebo něco podobného)

Doma začínáte uvažovat o všem, co jste v dole viděli. Například vám nejde do hlavy, že různé důlní chodby, které odbočovaly nebo křížily tu hlavní, měly úplně rozdílný profil a velikost. Jdete do knihovny a půjčíte si knihu o historii hornictví. Zakrátko je vám jasné, že ty odbočky byly historické chodby, které vznikaly v různých obdobích, a jejich rozdílnost vypovídá o tom, jak se vyvíjela technika dolování. [12] Přiřaďte k obrázkům důlních chodeb správné stáří a popis, jak byly vyraženy: (4) Způsoby ražby: 1. ražba pomocí tunelovacího stroje (často nepřesně zvaného „razicí štít“) 2. vrtání pneumatickým kladivem z ruky a odstřel trhavinou, roznět pomocí doutnáku (obvykle stříleno velmi přehnanou náloží, aby to šlo rychle, na závaly se nehledí) 3. ručně pomocí želízka (v podstatě špičatý majzlík na rukojeti) a mlátku (malá palice, oba nástroje jsou tzv. zkřížená kladívka na hornickém znaku)

-8-

4. vrtání kladivem uloženým v lafetě na vrtacím voze, odstřel trhavinou, roznět elektricky nebo bleskovicí 5. ruční vrtání pomocí vrtáku připomínajícího dláto, kterým havíř otáčel a mlátil do něj kladivem, odstřel černým prachem Obrázky (všechny ve stejném měřítku):

Stáří: I. I. středověk nebo raný novověk II.18. až 19. století III. 50. léta 20. století IV. 60. léta 20. století až současnost (použijte 2x) Po týdnu jste v záhybech batohu našli sáček se vzorkem žlutavého minerálu, který jste na svém výletě odebrali. Trochu vyschl a je teď bledě žlutý a drobivý. Kousek dáte do kyseliny chlorovodíkové, jestli nebude šumět. Nešumí, ale rozpustil se a vznikl žlutý roztok. Zbytek minerálu zkusíte pražit v plechové mističce nad plynovým vařičem. Minerál bublá a vypadá, jako by se tavil, ve skutečnosti ale jen pouští vodu, která se vzápětí začne vařit. Po vypaření vody se zbytek vypraží na šedočervenou křehkou hmotu, která je rozpustná v HCl. [13] Z těchto indicií a informace, že vznikl v silně kyselém prostředí, jde usoudit, jaký minerál to je. Jak se jmenuje? Je pojmenovaný podle jednoho významného hornického města. Jak se jmenuje toto město a ve které je zemi? (2)

-9-

ÚLOHA 2 : Po stopách starých mistrů Autor: Zdeňka Čermáková Obor: mineralogie, analytické metody Body: 22 Na stěnu klášterního kostela dopadaly sloupce slunečního světla, ve kterých se vznášel jemný prach. Venku bylo horko k padnutí, ale uvnitř kostela panovalo příjemné chladno. Mistr unaveně stál na dřevěném lešení a pozoroval vysoké stěny pokryté biblickými výjevy. Nástěnná malba byla již téměř dokončena, scházelo už jen jemnými tahy štětce vymodelovat záhyby na modrém šatu Panny Marie. Všechnu modrou barvu ale už Mistr použil. „Martine, dones rychle další modrou barvu z dílny!“ křikl shora na svého učedníka. Martin se otočil a běžel pro barvu, kterou pro Mistra sám připravoval. Již před několika měsíci pečlivě vybral a nakoupil práškový pigment u místního lékárníka. Slepice měli na dvorku za dílnou, a tak pro výrobu tempery už jen stačilo ráno sebrat dostatek vajec. Tajemství správné přípravy spočívalo v oddělení žloutku od bílku a opatrném propíchnutí žloutku tak, aby se do barvy dostal pouze čistý obsah žloutku. Žloutek se pak třel spolu s pigmentem v misce tak dlouho, až měla barva potřebnou konzistenci. Teď už měl ale Martin barvu připravenou. V rychlosti ji přenesl do misky, kterou měl nejblíže po ruce, a běžel zpět za svým Mistrem. O několik staletí později... Silvie spolu s kolegy vešla do kostela a se zájmem sledovala nádherné nástěnné malby z konce čtrnáctého století, které pokrývaly všechny stěny. Některé už byly časem vybledlé, jiné poškozené pozdějšími nátěry, které byly pečlivě odstraněné restaurátory. Zahleděla se na postavu Panny Marie na boční stěně. Modrá barva jejích šatů přecházela v dolní části do barvy zelené, jako kdyby to byl umělecký záměr (obr. 1). V rámci průzkumu je potřeba odebrat malé vzorky, které pak budou prozkoumány moderními metodami v laboratoři. Jak ale vytipovat vhodná místa odběru? Obr. 1 Nástěnná malba Panny Marie s andělem (foto Janka a David Hradilovi, ALMA laboratoř)

Silvie otevřela tmavý kufřík, ze kterého vytáhla malý přístroj a začala s rychlým měřením prvkového složení různě barevných oblastí nástěnných maleb. Díky lešení se dostala i k vysoko umístěným částem malby. [1] Silvie použila přenosný přístroj, který pro zjištění prvkového složení měřeného místa používá rentgenové paprsky. Věděl/a bys, jak přesně se tento typ analýzy nazývá? (3)

Nejvíce ji ale zaujala postava Panny Marie. Přístroj hlásil přítomnost mědi v modré i zelené části šatu. [2] Napiš, jaký modře zbarvený minerál obsahující měď často používali středověcí Mistři pro své barvy. (2) - 10 -

Kromě mědi se při měření objevovalo i malé množství arsenu. To naznačuje, že použitý minerál byl přírodního původu – při umělé přípravě by se do pigmentu minerály obsahující As nedostaly. [3] Jedno ze známých historických ložisek mědi byla L’ubietová na území dnešního Slovenska, ze kterého mohl pocházet použitý pigment. Vypiš alespoň deset minerálů (včetně jejich krystalové soustavy), které obsahují měď a na tomto ložisku se nalézají. (5) Vyber si z těchto minerálů jeden, zajdi na stránky www.webmineral.com a na nich vyhledej idealizovaný obrázek krystalu daného minerálu. Díky běžící Java aplikaci* je možné tímto krystalem otáčet, měnit jeho barvu, stínování... Vytvoř takto krystal jednobarevný, bez stínování a v natočení, které se ti bude nejvíce líbit, a přilož obrázek spolu s uvedením názvu minerálu k řešení úlohy. (2) Po náročném pracovním dni si Silvie v malém hotelovém pokoji otevřela notebook, spustila program pro zpracování spekter a začala s vyhodnocováním. Po nějaké době si promnula unavené oči a zaostřila na hodiny. Bylo půl jedné. „To už je tak pozdě?“ zamumlala sama pro sebe, zavřela notebook a natáhla se na postel. Chvíli ještě nemohla usnout a tak se jí před očima objevovaly výjevy z klášterního kostela. Do okenních tabulek začal bubnovat déšť a Silvie se pomalu nechala ukolébat ke spánku. Druhý den už Silvie měla přehled o prvkovém složení použitých pigmentů a tak mohla za pomoci kolegů začít s odebíráním vzorků malými skalpely. Všechny vzorky a místo jejich odběru pečlivě označila a nafotila. K večeru už byli v kostele hotovi a tak se Silvie před odjezdem ještě naposledy podívala po nádheře nástěnných maleb. Další práce nastává už v laboratoři. Vašek zalil vybrané vzorky do syntetické pryskyřice a zbrousil je tak, aby byl vidět příčný řez barevnými vrstvami. Když už byl Vašek s broušením spokojen, vzal vzorky nejprve pod světelný mikroskop. „Tak copak tady máme?“ zamumlal Vašek a naklonil se nad mikroskop (obr. 2). Zkušeným okem už dokázal hodně určit a odhadnout o použitých pigmentech, ale vzorky ještě čekala podrobná prvková analýza rastrovacím elektronovým mikroskopem, aby si potvrdil některé ze závěrů. [4] Jistě znáš světelný mikroskop a dokážeš si představit, jakým způsobem pracuje. Co ale takový elektronový mikroskop? Popiš základní princip, na kterém rastrovací elektronový mikroskop funguje (včetně režimů s anglickými zkratkami SE, BSE a analýzy EDS). (4) Jakého užitečného zvětšení je na něm možné běžně dosáhnout (řádově)? Jak se na první pohled liší obrázky ze světelného mikroskopu od těch z elektronové- Obr. 2 Mikrovzorek nástěnné malby – příčný řez barevnými vrstvami (foto Janka Hradilová, ho? (6) ALMA laboratoř)

- 11 -

Do laboratoře dorazila také Silvie. Chvíli pozorovala Vaška při práci, ale po chvíli jí to nedalo: „Vašku, prosím tě, mohl by ses na tyhle vzorky podívat jako první? Zajímal by mě ten barevný přechod na plášti Panny Marie, ještě nikde jsem nic takového neviděla.“ „Jojo, jdu na to, sám jsem na to zvědavý,“ odvětil Vašek. Připevnil vzorky na držák, zasunul je do komory mikroskopu a komoru nechal vyčerpat. Zapnul elektronový svazek a vzorek se objevil na monitoru. „Tak podívej,“ řekl a ukazoval při tom na spektrum, které se začalo vykreslovat. „V modré části pláště je z těžších prvků jenom měď. A tady už máme zelenou část pláště... No vida, měď a chlor!“ nadšeně zahlásil Vašek. „Že by to byla solná koroze?“ řekla Silvie a dál se zamyšleně dívala na monitor. „Tak to bychom to měli dát na rentgen, ať máme jistotu, co tam vzniklo.“ [5] Napiš dva minerály (rombický a trigonální), které mají vzorec Cu2(OH)3Cl** a vznikají často druhotně z jiných minerálů mědi. (1) Jelikož mají stejné prvkové složení, musíme je rozlišit pomocí jejich struktury. Jakou analýzu běžně používanou v geologii bys použil/a, abys je rozeznal/a (a která je běžně nazývána jako „rentgen“)? (1) „Tak už je to jasné,“ volala Silvie na Vaška. „Mám výsledky z rentgenu!“ „Malíř použil na celý plášť Panny Marie modrý ..... (viz odpověď na [2]). Zespodu do malby začala pronikat voda bohatá na chlor, nejspíš kvůli solení blízké silnice, a tak se ve spodní části změnil na zelený ............. a ............. (viz odpověď na [5]). Žádná batika, ale koroze,” s úsměvem dodala Silvie. Záhada byla vyřešena. * Z neznámého důvodu se při otevření stránky s informacemi o minerálech zobrazí hláška o nebezpečnosti Java aplikace. Po konzultaci s IT oddělením zjištěno, že se jedná o chybu, aplikace je bezpečná a pro to, aby správně fungovala, je potřeba zaškrtnout „I accept the risk and want to run this app.“ **V některých zdrojích je trigonální minerál uváděn se vzorcem obsahujícím také Zn.

- 12 -

ÚLOHA 3 : Ivo prospektorem (dokončení) Autor: Viktor Goliáš Obor: ložisková geologie Body: 30 - 40 Z první části úlohy: Karmila je fakt šťáva! Ivo by ji moc rád sbalil. Proto vymyslel, že najde a připraví použitelnou místní keramickou hlínu, ze které by Karmila mohla jako začínající umělkyně tvořit. Ponořil se do geologických map, vytěžil místní pamětníky a pak vyrazil do terénu, kde našel, co potřeboval. Ze vzorků jílů připravil zkušební tělíska, která právě suší. Náš příběh jsme opustili ve chvíli, kdy Ivo odchází na párty u Davida. To byl zase večírek... au... hlava...! S kým že jsem včera tak dlouho mluvil? ...Aha! Už si vzpomíná! David mu přece představil Jeremiáše, o něco staršího týpka, co má ve městě nezávislou dílnu, kde se také dělá keramika i jiné zajímavé věci a točí se okolo dost místních mladých „umělců“. Jeremiáše si pamatoval už z rockového klubu Asfalt; hrál tam na bubny s místní kapelou „Vypadlí z okna“, ale hlavně se po koncertě hrozně opíjel na baru. Co že to včera pili? Na to snad ani nemyslet... měl by asi víc trénovat, takhle to dál nejde! Ale hlavně spolu dlouho mluvili o keramice, Jeremiáš mu leccos objasnil. A slíbil, že si k němu do dílny může přinést vypálit ty zkušební destičky, zrovna ve středu nakládá pec! Při výpalu keramických surovin dochází k dramatickým změnám chemického složení původních minerálů i k zájemným reakcím jejich chemických složek, či reakcím na hranicích zrn a tvorbě mezizrnné taveniny podle složení hmoty a teploty výpalu. Tomuto procesu říkáme odborně slinování. Bahno se mění v kámen. V případě, že má keramická hmota vyšší podíl taviv (obvykle alkálií jako Na, K, vnesených při výrobě například ve formě živců, ale mohou být přítomny i přírodně), pak ji označujeme jako „lowfire“. To je běžná keramika, která se pálí obvykle mezi 1000 – 1200°C. Při nízkém podílu alkálií pak musíme pálit až na 1250 – 1350°C. To jsou pak hmoty „high-fire“; z nich se vyrábí tvrdá kamenina. Probíhající reakce nejlépe zobrazuje Obr. 1. Termická analýza kaolínu Sedlec 1A metoda zvaná diferenční termická analýza (DTA). Jak jsme si ukázali minule, hlavní složkou plastických keramických hmot jsou jílové minerály. Nejběžnější z nich je kaolinit. - 13 -

[1] Na obr. 1 jsou na DTA křivce kaolinitu vidět celkem tři maxima či minima. Jedno leží na 540°C, druhé okolo 950°C a poslední na 1250°C. K jakým reakcím při těchto teplotách u kaolinitu dochází? Jaké nové fáze vznikají? Popiš slovně! (2) [2] Dokázal bys tyto reakce také zapsat chemickými vzorci? (4) [3] Co znamenají ostatní dvě křivky GTA a DZ? (1) ...pípla smska: To píše Jeremiáš! „Mladej, mas to vypaleny, prijd v patek, bude tu Eliska, vi o tobe. J.“ Ivo se nemůže dočkat. Jak dopadnou jeho zkušební vzorky jílů? Musí myslet skoro neustále na Karmilu... Hned v pátek odpoledne po škole spěchá do Jeremiášovy dílny. V minulé části úlohy jsi připravil zkušební tělíska ze svých vzorků jílů, změřil jejich smrštění při sušení a navázal kontakt na některou z keramických dílen ve svém okolí (nebo máš přístup k větší laboratorní peci). [4] Vypal také své zkušební destičky v keramické peci na běžnou teplotu spolu s jejich ostatními výrobky. (Některé dílny používají „dvoužárovou“ technologii. Nejdříve se výrobky vypálí bez glazury (tzv. „přežah“) na poněkud nižší teplotu, ta by na tvá tělíska měla stačit. Naglazované pak pálí znovu, poněkud výše (tzv. „ostrý výpal“). Některé dílny glazují výrobky surové a pálí jen jednou na „jednožár“. Pak není co řešit.) Poznamenej si, jaká byla teplota výpalu, změř znovu kontrolní rysky na svých tělískách a spočítej smrštění při výpalu, vyjádři v %. Zhodnoť, zda jsou jíly dopálené (dostatečně tvrdé), a charakterizuj změnu jejich barvy před a po výpalu, případně jejich vady (deformace, trhliny apod.) Hodil by se nějaký z nich Karmile? (5) [5] Svá vypálená tělíska zvaž, změř a vypočítej jejich objem. Potom je ponoř do vody a nech nasáknout. Pak je rychle na povrchu osuš a zvaž znovu. Z naměřených údajů vypočítej porozitu své keramiky, také vyjádři v objemových %. (Částečná porozita není na závadu, naopak, výrobky se pak snadno glazují, jak střep vodu odsává! Zda je výrobek porézní, lze orientačně zkusit špičkou jazyka (lepí se). Na závadu je příliš vysoká porozita (hmota se nedopálila) či velmi nízká (hmota je příliš „slinutá“, neboli přepálená, kdy se špatně glazuje, jsou ale i případy dobrých hmot s vysokým slinutím podobné porcelánu, např. DITURVIT, to jsou ale umělé směsi). (3) Crrrr...!!! (Eliška přichází otevřít): „Ahoj Ivo :-) Jeremy tu není, zase sedí v Asfaltu, pojď dál, máš to vypálené.“ (Všiml si, že má Eliška ruce celé umazané od červenice.) Ivo se hned hrne ke stolu, kde jsou vyložené výrobky z pece. Zkoumá svá tělíska: Dvě z nich jsou popraskaná s drobnými puchýři na povrchu. Další vzorek, ten z rokle u potoka, se nedopálil (Ivo nehtem odlomil snadno rožek... škoda, takhle rovnou použitelný nebude...). Ale čtvrtý vzorek vypadal velmi pěkně. Podíval se na číslo: Tohle je přece ten tmavý jíl od řeky! Teď po výpalu byl ale skoro bílý. Poklepal na něj: zvoní, zkusil špičkou jazyka: pěkně saje. Že by? Mezitím Eliška uvařila čaj (do jejich keramického servisu). Ukázal jí vypálená tělíska, potvrdila co si myslel. Jíl od řeky bude to pravé! Eliška sedla opět ke kruhu a začala točit další hrnky. „Promiň, budu mezitím dělat, za čtrnáct dní jedeme do B. prodávat na trh, tak aby bylo co. Jeremy stejně většinu peněz propije, místo aby pomohl...“ Viděl na ní, že je ráda, když si má s kým povídat. Co se mu zmínil Jeremiáš, tak spolu žijí „na divoko“ už pár let. Asi to s tím bohémem nemá lehké... ale pěkná holka to je, asi má i dost zkušeností. Ale..! Je tu přece jen kvůli Karmile! Dlouho si povídali, o keramice, o životě. Musel jí o ní říct: „Áááá, tak Karmila :-) Měl bys z toho jílu něco vytvořit. Pak ji jistě zaujmeš. Poradím ti, co a jak!“ Ten večer odcházel od Elišky až pozdě večer. - 14 -

V sobotu nemohl Ivo dospat. Měl vše rozmyšlené. Brzy ráno popadl krumpáč, lopatku a pytel a vyrazil k řece. Na břehu odkopal celý profil; šel mnohem hlouběji než minule. Tmavého jílu byl skoro metr, pod ním ještě krémově žlutý jíl a těsně nad hladinou pak písek s úlomky zvětralých opuk. Asi nějaký „kvartér“, myslí si Ivo. Tady bylo nějaké jezírko bohaté organikou, že je jíl tak tmavý... a pak se řeka znovu do sedimentu zařízla. (Profil si raději vyfotil a zakreslil.) Dám na jistotu, žlutý jíl už teď zkoušet nebudu. Nakopal a naložil celý pytel tmavě šedého jílu. Byl hrudkovitý, ale pěkně plastický, když ho Ivo roztlačil mezi prsty. Pěkně se cestou domů pronesl, musel hodně myslet na Karmilu, aby to vydržel. Doma vzal dvě plastová vědra. Jíl do jednoho nasypal, zalil vodou a míchal. Rozplavit moc dobře nešel, Ivo musel počkat do druhého dne. To už bylo lepší! Z jílu udělal břečku, pár minut počkal, až sednou hrubší částice. Pak břečku přelil do druhého vědra. Další den už jíl sedl. Ivo vybral vodu hrnkem (ta se zároveň i odpařovala z povrchu). Opakoval vybírání vody několik dní, až byla břečka už dost hustá, že nešla skoro míchat. Pak vzal pár hrstí křemenného písku, jak mu poradila Eliška, a zamíchal ho do jílu. Jíl pak postupně vysoušel, až dostal hmotu těstovité konzistence. Konečně! (Ivo mezitím nelenil a u Elišky po večerech trochu okoukl modelování, očka, špachtličky a jiné užitečnosti.) Ivo právě upravil a zušlechtil surový jíl plavením, kdy odstranil heterogenní příměsi, které by mohly dále vadit při výpalu hmoty. Již v této podobě by byla hmota použitelná, hlavně na tenkostěnné výrobky (například pro točení na kruhu). V silnější stěně však vzniká při sušení i výpalu pnutí; výrobek by se nejspíše roztrhal. Pro takové účely se přidává do jemnozrnné hmoty tzv. ostřivo, na jehož hranách se pnutí eliminuje. Stačí křemenný písek, jako použil Ivo. Lepší je ale použít drcený šamot (pálený „lupek“). [6] Podle výsledků bodů [4] a [5] vyber nejlepší ze svých jílů. Nakopej technicky použitelné množství svého jílu a uprav ho pro použití v keramické výrobě. Vykopaný profil si samozřejmě vyfoť a zakresli do svého zápisníku. Plavení není nutné ve všech případech, někdy stačí jíl mírně rozmočit a zpracovat hnětením a stloukáním, průmyslové hmoty se obvykle ještě melou. Závadou jsou vzduchové bubliny a větší částice, zejm. karbonáty. Plavené hmoty jsou jistě lepší (a jdou snadno naostřit). V případě, že ti vyšly všechny vzorky nedopálené (jíly jsou spíše žáruvzdorné s vysokým podílem kaolinitu), pak můžeš přimíchat při plavení 15 – 20 hmotnostních % mletého draselného živce, fonolitu či jiného taviva. Tak můžeš snížit slinovací teplotu hmoty na použitelnou úroveň. V tom případě je ale nutné vypálit z upravené hmoty nové zkušební tělísko, jestli jsi se „trefil“. Svoji hmotu můžeš modifikovat v podstatě jakkoli, ale nejlépe, když najdeš v přírodě jíl, který by byl použitý přímo, nebo jen naostřený. Ostřiva se přidává okolo 20 %, ale můžeš i více. Pálený drcený lupek i další přídavky seženeš snadno, i v malém balení, v obchodě s keramickými potřebami. Vyrob nejméně 2 kilogramy použitelné keramické hmoty, která by se líbila Karmile. Popiš svůj postup úpravy přírodního jílu a výroby keramické hmoty. Svoji keramickou hmotu vyfoť a zvaž. (5 - 10)

- 15 -

Druhý den odpoledne Ivo opět zvoní u Elišky. Vyložil velkou hroudu tmavé keramické hmoty z igelitové tašky. V tom se v dílně objevil Jeremiáš: „Ahoj mladej, jdeš se mnou do Asfaltu?“ „...Ne ...dnes asi ne, rád bych ještě něco zkusil se svojí hlínou...“ „Tak jak myslíš, ty „umělče“...“ Jeremiáš zmizel. (ještě by se mohl začít víc vyptávat, nebo mu dokonce mohl překazit schůzku s Karmilou..!) Eliška: „Už jsi se rozhodl, co pro Karmilu vyrobíš?“ (Ivo kroutí hlavou.) „Tak vymodeluj třeba ruku, ta je lehká a rychlá!“ Ivo strunou ukrojil kus své hmoty (ale ne moc, aby zbylo i pro Karmilu!) a začal modelovat. Ještě že tam byla Eliška a poradila mu. Nakonec ohnul prsty v dramatickém gestu. „No vidíš! Docela pěkná!“ Ještě vysušit a vypálit... Za pár dní bylo hotovo. Ruka se mu docela povedla, skoro bílá. Sice v zápěstí trochu praskla, ale cítil, že má co tolik potřeboval. Teď jen aby se líbila i Karmile! [7] Ze své keramické hmoty také vytvoř nějaký výrobek. Zespodu svůj výrobek signuj. Vysuš ho a vypal v keramické peci! (Suš raději pomalu, aby ti výrobek nepraskl!) Fantazii se meze nekladou. Můžeš ho nechat po výpalu surový, ovšem můžeš své dílo také dále zušlechtit povrchovou úpravou (zatírané Fe, Mn oxidy, glazury aj.) Poradí ti jistě zkušenější keramici. Ovšem nejlépe, když bude mít tvé umělecké dílo tématický vztah ke geologii. Jakou (uměleckou) techniku jsi použil k jeho tvorbě? Svůj výrobek vyfoť! (10 – 15) Plác...!!! Pleskl hroudou hlíny o přestávce o lavici. (Vzal si kus asi jako pěst coby vzorek.) Hlavně aby ji to upoutalo! ...Chvilku nic, ale už stojí Karmila před ním..! „Co to je?“ „...Nóó, to je jíl od řeky, dělám z něj u Jeremiáše...“ „Ty chodíš do dílny k Jeremymu?“ skoro mu skočila do řeči (hurá!). Ivo nemohl nevidět záblesk zájmu v jejích očích..! (Karmilu to v DDM už pěkně sr.... a o Jeremyho dílně už lecos slyšela!) Vzala deformovanou tmavou jílovou kouli z lavice a začala ji mezi dlaněmi zpracovávat... Uááá! Tohle jsem už jednou viděl..! „Můžu ti tu hmotu ukázat, pálí se do bíla... v Jeremyho dílně..!“ S Eliškou už vše mezitím dohodl (má pro něj pochopení!). Ve středu navečer může vzít Karmilu do dílny. Jeremiáš bude určitě zase pryč... a Eliška slíbila, že se nenápadně vytratí. (Ještě koupit tu láhev vína..!) .......................... (Ivova keramická ruka stojí na stole v Jeremyho dílně, přichází Ivo s Karmilou): „...To je tvoje?“ přitočila se k němu Karmila a vzala ho za ruku... dívala se na ni. ...!!!!! Pak se mu zadívala do očí. Vyschlo mu v krku... jde na věc tak tvrdě!?! Ivo váhal jen chviličku... opravdu... ........................... Ten večer se už více k Ivově keramické hlíně nedostali. Užili si spolu ale ještě hodně radosti, než ji Karmila celou zpracovala. KONEC ? Jak bude náš příběh pokračovat? Co až hlína Ivovi dojde? Bude muset zpracovat pro Karmilu ještě další várku keramické hmoty? Nebo se radši začne věnovat hlouběji technologii zpracování keramických surovin při studiu na vysoké škole? A co Eliška a alkoholik Jeremiáš? Co tvoje jíly? A tvůj výrobek? Už jsi ho ukázal Karmile?

- 16 -

ÚLOHA 4 : Nevšední vlastnosti všedních minerálů Autor: František Laufek Obor: mineralogie Body: 20 „Tak jsem nám vybrala dovolenou,“ zmínila se Eva jen tak mezi řečí Tomášovi. „A kam to bude?“ usmál se na ni. „Do Maroka. Podívej na ty krásné pláže! Přírodu mají nádhernou a města taky nejsou k zahození,“ podsouvala Tomášovi leták od cestovní kanceláře.

„Hmm, to vůbec nevypadá špatně,“ spokojeně zabručel. „Ukaž,“ vzal si od Evy leták a začetl se. Obloha je bez mráčku, slunce příjemně hřeje a je slyšet šumění Středozemního moře. Eva s Tomášem leží na dece pod slunečníkem a odpočívají po osvěžující koupeli. „Je tady krásně,“ ospale zívl Tomáš. „Jen ta voda kdyby nebyla tak slaná. Pálí mě z ní oči,“ postěžovala si Eva. [1] Napiš, jak se jmenuje minerál, který se významně podílí na salinitě mořské vody. (0,5) [2] Vysvětli, proč mořská voda obsahuje právě tento minerál rozpuštěný v tak dominantním množství. (2) „Já už se začínám trochu nudit,“ prohodil Tomáš. „Jo, mě už to ležení taky nebaví,“ řekla Eva a otočila se na dece k Tomášovi. „Mohli bychom se třeba projít na místní súk. Vím, že tě nakupování moc nebaví, ale mohli bychom narazit na nějaký pěkný suvenýr. A aspoň se trochu projdeme,“ usmála se na něj. O chvíli později se už Eva s Tomášem proplétali úzkými uličkami centra města. Vzduchem se nesou aromatické vůně, obchodníci je hlučně lákají do svých obchodů a Tomáš odmítl už několik nabídek velkého stáda velbloudů za svoji světlovlasou přítelkyni. Už mu z toho všeho začínala hučet hlava, když náhle v malé uličce spatřil obchod s minerály. Ve výloze září velké čiré krystaly ve tvaru šestibokých hranolů. „To je nádhera,“ vydechla Eva. „Nevidím tu ale žádný popisek, nevíš, co je to za minerál?“ obrátila se tázavě na Tomáše. „To je křišťál, tedy odrůda obyčejného křemene. I když žádný křemen není tak docela obyčejný. Díky němu teď třeba vím, že je přesně 16:34,“ odpověděl Tomáš s pohledem upřeným na své digitální hodinky. [3] Která vlastnost křemene se používá v digitálních hodinkách? (2) [4] Věděl/a bys, u jakých krystalů (z hlediska symetrie) se tento jev může vyskytovat? (3) [5] Křemen není jediný minerál, který se může pochlubit touto vlastností. Napiš minerál obsahující bór, u kterého se tento jev také projevuje. (1) - 17 -

„Křišťál samozřejmě znám,“ odvětila Eva. „Tenhle krystal je tak krásně čirý, že vypadá jako sklo,“ řekla a naklonila se k výloze, aby si minerál blíž prohlédla. „Křemenné sklo je ale něco úplně jiného,“ ozval se Tomáš. [6] Jak se liší křemen a křemenné sklo? (2) „Podívej, tady je napsáno tridymit, SiO2,“ podivuje se Eva a ukazuje na drobné bílé krystalky za sklem. „To je zvláštní, myslela jsem, že krystalický SiO2 je vždycky jen křemen.“ „Ale kdepak,“ usmál se Tomáš a ponořil se do odborného výkladu. [7] Jak se nazývá schopnost látek (minerálů) krystalovat ve více krystalových strukturách? (1) [8] Znáš nějaké další příklady minerálů, které mají stejné chemické složení, ale rozdílnou krystalovou strukturu? Které faktory ovlivňují vznik konkrétního krystalu? (4) „Podívej, tohle jsou krásné exempláře,“ nadšeně říká Tomáš a ukazuje Evě tenké světlé lupínky v další výloze. „To je slída. Tahle je světlá, tak to bude asi muskovit. Slídy mají dokonalou štěpnost, vytváří někdy i velké destičkovité krystaly,“ vysvětluje Tomáš. [9] Co způsobuje dokonalou štěpnost slíd? Podle které krystalové plochy jsou slídy štěpné? (2,5) [10] Znáš nějaké jiné minerály s dokonalou štěpností? Může mít křemen také dokonalou štěpnost? (2) „Ty víš o těch minerálech snad úplně všechno,“ obdivně podotkla Eva a zamyšleně se dívala do výlohy. „Až se vrátíme, budu si o nich muset taky něco přečíst.“ V tom už se ale ozvalo halekání obchodníka: „Pojďte, pojďte, nejlepší zboží široko daleko, nakupte, nebudete litovat, podívejte se na tyto krásné krystaly...“

- 18 -

ÚLOHA 5 : Metamorfóza Autor: Emílie Pilátová Obor: petrologie Body: 20

„Změna je život,“ říká se. V geologii je sice pramálo objektů zájmu živých, přesto se dokážou měnit, a to přímo fantasticky. Normálně uložená vrstva se v průběhu vrásnění přemění na vrásu, kdysi obávaná sopka vyhasne a stane se z ní zvětráváním mizející hromada kamení, nudně černý čedič, který tvořil oceánskou kůru, se v subdukční zóně změní na krásně barevnou horninu. Člověk se domnívá, že zná mechanismus těchto procesů, ale že se to ve skutečnosti opravdu děje, pomaličku, neustále, to si lze jen těžko představit. Pojďme se zaměřit na ten poslední příklad – na čedič oceánské kůry. Metodika k řešení otázek: z uvedených možností a – d je pouze jedna odpověď správná. U dvou otázek je však správných odpovědí více; otázka je zodpovězena dobře pouze v případě, že jsou vybrány všechny správné odpovědi. Má-li se označit odpověď jako pravdivá nebo nepravdivá, jsou hodnocené jednotlivé možnosti zvlášť. [1] Jaké je jeho minerální složení? (1) a) plagioklas, pyroxen, olivín, Fe-Ti oxidy b) křemen, pyroxen, olivín, Fe-Ti oxidy c) křemen, plagioklas, pyroxen, amfibol, olivín, Fe-Ti oxidy d) plagioklas, amfibol, olivín, Fe-Ti oxidy Představme si teď tyto 3 situace: A) Situace „subdukce“: čedič oceánské kůry je vtažen do subdukční zóny do velké hloubky. Tlak se rapidně zvyšuje, oceánská kůra je ale stará, relativně chladná, přírůstek teploty je tedy nízký. [2] Kde na Zemi k této situaci může reálně docházet? (1) a) na Islandu b) pod západním pobřežím Severní Ameriky c) na Středoatlantickém hřbetu d) ve Východoafrické propadlině B) Situace „kontaktní aureola“: starší čedičové těleso je protnuto mladou magmatickou žílou. Na kontaktu dochází k velmi vysokému nárůstu teploty, tlak se ale nikterak dramaticky nemění. Otázka má více správných odpovědí. [3] Kde na Zemi k této situaci může reálně docházet? (1) a) b) c) d)

na Islandu pod západním pobřežím Severní Ameriky pod horninovou masou Himalájí ve Východoafrické propadlině

- 19 -

C) Situace „kontinentální orogenní oblast“: čedičové těleso, které bylo součástí kontinentální kůry, bylo v důsledku kolize dvou litosférických desek podrobeno orogennímu procesu. Pod vznikajícím horstvem je jednak vysoký tlak, ale také vysoká teplota. Otázka má více správných odpovědí. [4] Kde na Zemi k této situaci může reálně docházet? (2) a) pod Alpami b) pod Andami c) pod horninovou masou Himalájí d) pod pohořím Hakkóda [5] Prohlédni si teplotně-tlakový (neboli pT) diagram na obr. 1. Co je možné o výše uvedených situacích říci? (3) a) šipka č. 1 vystihuje situaci „subdukce“, šipka č. 2 vystihuje situaci „kontaktní aureola“ a šipka č. 3 vystihuje situaci „kontinentální orogenní oblast“ b) šipka č. 1 vystihuje situaci „kontinentální orogenní oblast“, šipka č. 2 vystihuje situaci „kontaktní aureola“ a šipka č. 3 vystihuje situaci „subdukce“ c) šipka č. 1 vystihuje situaci „subdukce“, šipka č. 2 vystihuje situaci „kontinentální orogenní oblast“ a šipka č. 3 vystihuje situaci „kontaktní aureola“ Je-li čedič podroben změně tlaku a teploty, dochází v něm ke změně minerální asociace. Některé minerály již nejsou v nových pT podmínkách stabilní a přeměňují se na takové, které naopak stabilní jsou. Podle toho, v jakém prostředí je čedič přeměňován, vzniká nové společenství minerálů, neboli metamorfní minerální asociace. Čedič se mění na jinou, metamorfovanou horninu. Schematický a zjednodušený pT diagram na Obr. 2 ukazuje tzv. metamorfní facie, skupiny hornin o chemickém složení čediče, které se při p řeměně za určitých teplotnětlakových podmínek vyznačují stejnými minerály. [6] Jak se nazývají základní metamorfní facie, označené v pT diagramu na obr. 2 označené čísly 1-6? (2)

Obr. 1 Teplotně-tlakový diagram

Obr. 2 Teplotně-tlakový diagram – metamorfní facie

- 20 -

[7] Následující tvrzení označ jako pravdivá (ano), nebo nepravdivá (ne): (4) a) b) c) d) e) f) g)

je-li čedič přeměněn v podmínkách 600°C a 6 kbar, vznikne z něj amfibolit ANO/NE je-li čedič přeměněn v podmínkách 600°C a 16 kbar, vznikne z něj eklogit ANO/NE čedič může být při kontaktní metamorfóze přeměněn v eklogit ANO/NE granulit je hornina, k jejímuž vzniku dochází především v subdukčních zónách ANO/NE zelené břidlice se označují jako „zelené“ z toho důvodu, že první amfibol, který vzniká, má složení aktinolitu, který má zelenou barvuzelené břidlice se označují jako „zelené“ z toho důvodu, že první amfibol, který zaniká, má složení aktinolitu, který má zelenou barvu ANO/NE v eklogitové facii je stabilní plagioklas ANO/NE v granulitové facii je stabilní granát a aktinolit ANO/NE

PT diagram na obr. 2 je modrými čarami rozdělen na tři pole. Tato pole se nazývají „divariantní“, protože dokud se nacházíme v poli, lze měnit jak teplotu, tak tlak, a minerální asociace se nemění. Čáry, které pole oddělují, se nazývají „univariantní křivky“ – chceme-li dosáhnout neměnného minerálního složení, můžeme libovolně měnit pouze jednu z veličin. Bod, ve kterém se křivky protínají, se nazývá „invariantní bod“. Zde nelze měnit žádnou veličinu. Pole vystihují stabilitu jednotlivých polymorfních modifikací Al2SiO5. Na univariantní křivce se vyskytují vždy obě sousedící modifikace Al2SiO5 a na invariantním bodu dokonce všechny tři. [8] Následující tvrzení označ jako pravdivá (ano), nebo nepravdivá (ne): (5) a) b) c) d) e)

v hornině se může při teplotě 500°C a tlaku 7 kbar vytvořit současně andalusit a kyanit ANO/NE sillimanit vzniká z polymorfních modifikací Al2SiO5 za nejnižších teplot ANO/NE vznikla-li hornina v subdukční zóně, obsahuje z polymorfních modifikací Al2SiO5 právě kyanit ANO/NE v přírodě je velmi pravděpodobný vznik hliníkem bohaté horniny, která obsahuje všechny tři polymorfní modifikace Al2SiO5 ANO/NE obsahuje-li granulit kyanit, můžu z toho usuzovat na vznik za vysokých tlaků ANO/NE

[9] Tlak je v uvedených diagramech vyjádřen jednotkou kbar. Jaké hloubce v kůře a kolika pascalům odpovídá tlak 9 kbar? (1) a) b) c) d)

9 kbar = 900 000 Pa, hloubka 30 km 9 kbar = 90 000 Pa, hloubka 3 km 9 kbar = 9 000 Pa, hloubka 130 km 9 kbar = 900 Pa, hloubka 13 km

- 21 -

výsledky minulého kola

ÚLOHA 1 [1] Ne. Diamant má anizotropii tvrdosti, nejtvrdší je ve směrech paralelně ke stěnám oktaedru, měkčí ve směrech paralelně ke stěnám krychle a nejměkčí ve směrech paralelně ke stěnám dodekaedru. To také umožňuje broušení diamantu diamantem. (2) [2] Index lomu diamantu je 2,417. Ve srovnání s jinými minerály je vysoký a spolu s vhodným briliantovým výbrusem umožňuje mnohonásobný odraz a disperzi dopadajícího světla v kameni. To způsobuje charakteristický „oheň“, tedy barevné odlesky vycházející z broušeného diamantu, které jsou obzvlášť patrné při nasvícení bodovým osvětlením. (2) [3] Ano, diamant je možné zničit – spálením za vzniku CO2 (je možné uznat i rozbití – diamanty jsou sice extrémně tvrdé, ale zároveň křehké a štěpné). (2) [4] Diamant může mít následující barvy: čirou, žlutou, oranžovou, růžovou, červenou, fialovou, modrou, zelenou, hnědou, šedou, černou. Dusík způsobuje žlutou, bór modrou barvu. (3,75) [5] Největší ložisko diamantů v Austrálii proslavené produkcí klenotnických růžových diamantů se jmenuje Argyle. Diamanty se dobývají z lamproitu; nejtypičtější horninou obsahující diamant jsou však kimberlity, které se nacházejí na většině známých ložisek těžených v primární hornině. (3) [6] Diamant krystalizuje v kubické (krychlové) soustavě. Jeho nejčastějším krystalovým tvarem je oktaedr (osmistěn). (2) Druhá část otázky měla znít: „Který krystalový tvar se u diamantu objevuje nejčastěji?“ Proto je odpověď na tuto otázku uznána jako správná všem řešitelům. [7] Diamanty vznikají za vysokých teplot a tlaků. Nejtypičtější oblast vzniku jsou tzv. kratony (štíty), což je označení pro velmi staré a mocné oblasti pevninské kůry, které v hloubce nad 140 km takové podmínky umožňují. (1) [8] Vzhledem ke složení horniny, ve které se diamanty nacházejí, může být spolu s diamantem z červeně zbarvených granátů přítomný pouze pyrop (hořčíkem bohatý člen granátové řady). Protože je pyrop jediným červeným granátem vyskytujícím se v diamantonosné hornině, je také jediným, který může zarůstat do diamantů v podobě inkluzí. (4)

- 22 -

ÚLOHA 2 1–

H; 2 – B; 3 – E; 4 – G; 5 – I; 6 – C; 7 – A; 8 – D; 9 – J; 10 – F.

2 – strukturní hřbet: hornina č. 27 všude tvoří vyvýšeniny, je tedy odolná vůči zvětrávání; směr hřbetu souhlasí s hlavními směry vrstev v celé zmapované oblasti (2+2) 3 – 2ložní žíla: č. 23 se ve vrstevním sledu několikrát opakuje, nejde tedy o vykliňující se vrstvy sedimentů (2+2) 4 – vyvýšenina se strmými úbočími tvořená vodorovně usazenými vrstvami – stolová hora (2+2) 5 – nejvýše položené usazeniny zobrazené na mapě, šrafa typická pro štěrky, leží vysoko nad dnešní úrovní řeky; kvartérní být nemohou, nebyly by v mapě vůbec zobrazeny (2+2) 6 – synklinála: v její ose jsou mladší vrstvy (nižší číslo) než na bocích (2+2) 7 – číslo čočkovitého neprůběžného tělesa je vyšší než číslo nadložní vrstvy, není to tedy ložní žíla (2+2) 8 – rovina těsně nad hladinou dnešní řeky (2+2) 9 – přesmyk je značen čarou se zoubky, příčný zlom běžnou černou čárou (2+2) 10 – jiné křížení žil na mapě ani nenajdeme (2+2) 11 – sklony vrstev v okolí kontroly směřují k ose synklinály (kterou jinak než podle sklonů vrstev v mapě ani nerozeznáme) (2+2)

- 23 -

ÚLOHA 3 [1] V ordoviku (paleozoikum); přibližně před 485,4 až 443,4 milióny lety. (1) [2] Kontinenty: 1, Siberia (Sibérie); 2, Laurentia (Laurencie); 3, Baltica (Baltika); 4, Avalonia (Avalónie); 5, Gondwana (Gondvana). Gondwana byla tvořena Afrikou, Jižní Amerikou, Austrálií, Antarktidou, Indií, jihovýchodní Asií (Čína a Indonésie), Arábií, jihovýchodem USA (Florida) a částmi jižní a západní Evropy (Itálie, Španělsko, část Francie, část Německa, většina ČR). (7,5) [3] Selenopelts – Gondwana; Isotelus – Laurentia. (2) [4] Graptoliti. Třída Graptolithina (stratigrafický rozsah kambrium až karbon), řád Graptoloidea (stratigrafický rozsah ordovik až devon). Patří do kmene polostrunatci (Hemichordata). Jejich blízcí příbuzní jsou recentní křídložábří (Pterobranchia). Jsou to důležité indexové fosílie (vůdčí zkameněliny – důležité pro stratigrafii); indexové fosílie musí splňovat tato kritéria (a graptoliti je splňují): 1) co největší, nejlépe celosvětové rozšíření; 2) krátká doba existence druhu; 3) musí být hojné ve fosilním záznamu; 4) musí být snadno určitelné. (7) [5] Diamiktity, nacházejí se v kosovském souvrství svrchního ordoviku barrandienu. (4) [6] Velká pětka: konec ordoviku, svrchní devon, hranice perm-trias, konec triasu, hranice křída-terciér. Největší bylo vymírání na hranici perm-trias. Ordovické vymírání zasáhlo především tyto skupiny: trilobiti, koráli, ramenonožci, graptoliti, ostnokožci, konodonti, ostrakodi, akritarcha a chitinozoa. (6)

ÚLOHA 4 [1] Safír, spinel, smaragd, rubín, rubelit, akvamarín. (3) [2] Rubín je odrůda korundu. (1) [3] Neplatí, je to rubelit. (1) [4] Diamantu; safír je odrůda korundu, s tvrdostí 9 podle Mohse, nic tvrdšího než diamant tedy tehdy k dispozici neměli. (2) [5] Podle výběru. (1) [6] Podle výběru. (2) [7] Podle výběru. (2) [8] Podle výběru. (1) [9] Kubická zirkonie (stačí zirkonie). (1) [10] Zirkon. (0,5)

- 24 -

[11] Minerál obsahuje při svém vzniku U, neobsahuje Pb; postupem času se různé izotopy U rozpadají na různé izotopy Pb; různých izotopů uranu ubývá různě rychle; různých izotopů olova přibývá různě rychle; protože známe poločas rozpadu různých izotopů uranu na různé izotopy olova, můžeme po změření koncentrace těchto izotopů jasně říci, jak dlouho k rozpadu dochází. (1,5) [12] Zirkon je zděděný a je tedy starší než hornina – jeho stáří toho o stáří pískovce moc neříká, maximálně to, že sediment není starší, než je stáří zirkonu, pravděpodobně je o hodně mladší. (1) [13] Žula je stejně stará jako zirkon. (1) [14] Ano, tento zirkon je zděděný; pochází z mnohem starší horniny, která byla přetavena, ale jádro zirkonu zůstalo zachováno. (2) [15] Protože vydrží – nerozbije se a ani se chemicky nemění – tj. zachovává poměry izotopů U a Pb – proto se dá jeho datováním nebo přítomností říct něco o stáří horniny nebo o její historii: čerstvě vykrystalizovaný zirkon určuje stáří magmatické horniny; zirkon v sedimentu říká, že sediment vznikl z něčeho, co bylo pravděpodobně stejně staré, jako prastarý zirkon; starý zirkon v magmatické hornině zase vypovídá o tom, že hornina vznikla přetavením něčeho staršího. (2) Křížovka (3,5)

ÚLOHA 5 [1] Z výsledků elektronové mikroskopie a chemické analýzy vyplývá, že se pravděpodobně jedná o běžný chondrit. (2) [2] Železo meteorického původu obsahuje řadu příměsí a vytváří slitiny s podílem Ni. Obě fáze lze rozlišit leptáním naleštěných meteorických želez zředěnou kyselinou dusičnou. Slitina 1: kamacit (4 – 7,5 % Ni) Slitina 2: taenit (13 – 37 % Ni) (2,25) [3] Složení olivínu: 25 mol. % fayalitu. Složení ortopyroxenu: 21 mol. % forsteritu. Po znázornění v diagramu, kde je forsterit přítomen v ortopyroxenu a fayalit v olivínu, lze vzorek neznámého meteoritu určit jako chondrit typu „L“ (na základě obsahu ryzího Fe+FeS vs. FeO) – tj. větší stupeň oxidace. (5,25)

- 25 -

Chemická klasifikace fayalitu x forsteritu obyčejných chondritů:

[4], [5] Rovnice izochrony: 187

Os/188Os= 0, 0785 187Re/188Os + 0, 0956

Koeficient determinace R2= 1 Iniciální poměr 187Os/188Os = 0,0956. (4,25) Stáří meteoritu: t = 4,536.109 let. (5,25) [6] Rhenium a osmium je zřejmě koncentrováno v sulfidech. Studium železných meteoritů umožňuje získat velice přesné představy o podmínkách vzniku a vývoje planetek v geologické minulosti. Většina známých meteoritů odvozuje svůj původ z planetek hlavního pásu situovaného mezi planetami Mars a Jupiter. Železné meteority jsou složeny zejména z Fe-Ni slitiny s malými stopami uhlíku, síry a fosforu.

- 26 -

Vznikly oddělením a ochlazením roztaveného kovu od méně hustých silikátů a vykazují tak různé stupně tavení uvnitř původního tělesa. Takto jsou dokladovány změny, k nimž došlo v původním tělese, od něhož byly pravděpodobně odlomeny nebo odděleny nárazem, který mohl stát na počátku celé řady následných změn. Nové počítačové modely naznačují, že typické železné meteority, o nichž se předpokládalo, že vznikly za Marsem, byly možná vytvořené blíže Slunci, ze stejného materiálu jako vnitřní planety (ČAS, 2006). To znamená, že některé železné meteority mohou poskytnout informace o původním materiálu „prvotní Země“. (4) [7] Minerální složení prozrazuje, že se jedná o achondrit (úlomky křemičitanových kůr asteroidů, které se rozpadly po vzájemné srážce). Achondrit zřejmě pochází z „měsíčního moře“. To usuzujeme ze stáří meteoritu, které se přibližně shoduje se vznikem měsíčních moří. Negativní Eu anomálie může svědčit a frakcionaci plagioklasu. Zápornou hodnotu εNd lze vysvětlit parciálním tavením materiálu se složením CHUR. Tavení mohlo být způsobeno např. impaktem. (4,25)

louskejte SE MNOU dál!

- 27 -

a kdo zabodoval v letním kole?

1. Jan kulhánek 2. Alžběta Šrůtková 3. Vojtěch kovář

gratulace!!!

- 29 -

g”eV âV

_V[ daìæ_ì[æ”òVæZeV] \`cVda`_UV_ê_”Y`dV^Z_ˆòV SfU`faòZ[ReZ\VdefUZf XV`]`XZT\ÂTY`S`có_Rf\ SVkaòZ[”^RT”TYk\`fæV\¹ * * PODROBNÉ INFORMACE NALEZNETE NA Yeea\R^V_`kc`feTf_ZTk

KAMENOŽROUT © 2013