Přednáška III.
Exogenní síly klíčová slova: působení exogenních činitelů, stratigrafie, vrstva a souvrství, stratigrafická geologie, strukturní a tektonická geologie.
1
Endogenní a exogenní síly (opakování) • Endogenní (vnitřní) síly vznikají v nitru Země a projevují se například při pochodech vulkanických, diastrofických a jiných pohybech zemské kůry. K endogenní dynamice patří především nauka o vystupování magmatu do zemské kůry a na zemský povrch a o sopečných jevech. • Exogenní (vnější) síly se projevují účinky slunečních paprsků, vody ledu a mrazu, vzduchu a větru a účinky organizmů včetně člověka. Působení těchto činitelů bývá často zesilováno gravitací.
2
• Exogenní (vnější síly) působí na litosféru prostřednictvím vnějších zemských obalů, což jsou biosféra, hydrosféra a atmosféra. Zdroje energie exogenních sil jsou: 1. působení přitažlivých sil mezi Zemí, Sluncem a Měsícem, event. dalšími tělesy - Jupiter (např. slapové jevy - příliv a odliv). 2. působení tepelné a světelné energie Slunce, které způsobuje stálý oběh vody, zvětrávání, pohyb vzduchových mas, změny klimatu a život organismů. 3. gravitace, jejíž projevem je volný pád, eroze, usazování • Působením exogenních sil na litosféru dochází k rozrušování hornin, jejich transportu a následnému nahromadění a sedimentaci (sedimentární cyklus). 3
1. vzájemné působení planet - princip přílivu a odlivu: • Země spolu s Měsícem obíhají okolo společného těžiště. Protože hmotnost Měsíce dosahuje jen 1/81 hmotnosti Země, leží těžiště soustavy Země-Měsíc 4 800 km od středu Země, (uvnitř zemského tělesa). Při oběhu Země kolem tohoto těžiště vzniká odstředivá síla. • Na straně Země obrácené k Měsíci je přitažlivá síla Měsíce větší než odstředivá. Tam vzniká výduť - příliv. Na straně Země odvrácené od Měsíce je větší síla odstředivá, proto i tam nastává příliv. Existují tedy dvě přílivové výdutě na protilehlých stranách Země. Mezi nimi je oblast odlivu. • V každém místě příbojové čáry nastává dvakrát denně příliv a odliv. 4
Obr. 1, 2: Princip slapových sil Obr. 3: Znázornění skokového a hluchého přílivu Zdroj: www./mfweb.wz.cz/ 5
2. působení světelné a tepelné energie Slunce • hlavními projevy působení Slunce jsou: a. globální koloběh vody: • Slunce ohřívá vodu v oceánech - vypařování ve formě vodní páry - v atmosféře nižší teplota způsobí kondenzaci vodní páry a přeměnu do formy oblaků - vzdušné proudy dále ženou oblaka nad zemí - částice vody tvořící oblaky se srážejí a vypadávají z oblohy jako srážky některé srážky padají jako sníh - v teplejším klimatu sníh postupně taje a voda vytváří celoplošný odtok z tajícího sněhu - většina srážek padá zpět do oceánů nebo na pevninu, odkud díky zemské tíži jako povrchová voda odtéká - povrchový odtok a prosakující podzemní voda se hromadí v jezerech a řekách – část srážek se vsakuje do půdy - mělká podzemní voda je vytahována kořeny rostlin a odpařována povrchem listů do atmosféry - část podzemní vody prosakuje hlouběji a obohacuje zvodně – odsud vyvěrá prameny na povrch a opět dotuje moře a oceány. 6
Obr. 4: Schéma globálního koloběhu vody. Zdroj: www.ga.water.usgs.gov
7
b. zvětrávání: • rozpad a rozklad hornin na povrchu zemské kůry vlivem povrchových činitelů. Rozeznáváme zvětrávání fyzikální, mechanické, chemické a biologické. Zvětrávání je rovněž prvním půdotvorným procesem. • zvětrávání závisí na: výchozím složení a struktuře matečné horniny klimatických poměrech (aridní x humidní k.) morfologii terénu (sklon, výškové rozdíly) antropogenních vlivech (kyselé deště, těžba)
8
Zvětrávání je způsobeno:
vsakující vodou vzduchem
střídáním teplot kořeny rostlin
mrazem 9
• zvětrávání lze podle příčiny rozdělit na fyzikální a chemické: a. fyzikální (mechanické) - pochod při kterém se původně masivní hornina drobí na různě velké úlomky, ale nemění se její chemické složení
Obr. 6: Princip mechanického zvětrávání. Zdroj: www.gpc.edu
10
• exfoliace = odlupování slupek či desek horniny podél puklin; pukliny vznikají jako důsledek rozpínání při odlehčení horninového tělesa; cibulovitá stavba horniny • insolace = pochod při kterém vznikají v hornině trhliny v důsledku objemových změn vyvolaných kolísáním teploty • mrazové zvětrávání = pochod při kterém dochází k tříštění horniny tlakem způsobeným růstem ledu (ledových krystalů) v pórech a puklinách • solné zvětrávání = pochod vedoucí k rozpadu horniny tlakem vznikajícím při vysrážení a růstu krystalků solí v pórech a trhlinách horniny • mechanické působení kořenů rostlin 11
Obr. 7, 8: Exfoliace a mrazové zvětrávání Zdroj: R. Pokorný
12
Obr. 9: Mechanické rozrušování kořeny rostlin Zdroj: www.gpc.edu
13
b. chemické – vede k chemickému rozrušení hornin a zároveň ke změně jejich chemického složení (=vznikají nové chemické sloučeniny). Probíhá několika možnými způsoby: - rozpouštěním (hydratací) - hydrolýzou - oxidací - působením kyselin předpoklady chemického zvětrávání: • nerosty se tvořily za odlišných termodynamických podmínek než jaké panují na zemském povrchu → snaha zvětšit objem, „nakypřit“ krystalovou mřížku • nerosty se dostávají do styku s různými sloučeninami
14
hydratace = dipóly vody jsou přitahovány některým svým koncem k elektricky nabitému iontu na povrchu krystalu a vytváří kolem něj hydratační obal → dochází k narušování krystalové mřížky •
nejrozpustnější jsou chloridy (např. NaCl – halit) a sírany (např. CaSO4.nH2O - sádrovec), méně jsou rozpustné karbonáty (CaCO3 – vápenec, MgCO3 – dolomit), nejméně jsou rozpustné silikáty, takřka nerozpustný je křemen a muskovit
hydrolýza = rozklad minerálů vlivem iontů H+ a OH•
vodíkové ionty vytlačují z krystalové mřížky jiné prvky; nejsnáze jsou vytlačovány ze silikátů kationty Na, K, Ca, Fe a Mn
CaSO4 + 2H2O anhydrit
= = > CaSO4*2H2O sádra
15
• •
oxidace = do trhlin v krystalu vniká kyslík, který se váže na ionty krystalové mřížky rychle oxidovány jsou zejména na dvojmocné ionty Fe a Mn (minerály biotit, augit, amfibol, …) oxidačně-hydratační přeměna Fe v primárních minerálech vede ke vzniku nových nerostů s hnědou barvou (např. goetit, limonit) – hnědá barva je indikátorem pokročilosti zvětrávání 4Fe + 3O2
==>
2Fe2O3
působení kyselin • z anorganických kyselin se uplatňuje zejména kyselina uhličitá (H2CO3), která se vytváří rozpouštěním CO2 ve vodě • k působení H2CO3 jsou náchylné zejména vápence, dolomity a mramory → výsledkem je vznik krasových jevů •
chemické zvětrávání je zesilováno působením člověka (emise SO2 a 16 NOx, kyselé deště)
Obr. 10: Princip rozpouštění. Zdroj: www.gpc.edu
17
3. gravitace – eroze, sedimentace • lat. erodere = nahlodávat • Je to rozrušování půdního povrchu a přemisťování půdní hmoty především činností: - vody (akvatická) - větru (eolická) - organismů, resp. člověka (biogenní, antropogenní) - dalších faktorů (=gravitace) • Eroze je přirozený jev, který v krajině probíhal vždy, nicméně činností člověka je často jeho působení znásobeno a prohloubeno. V přirozené krajině eroze nepůsobí jen negativně, ale má i pozitivní význam (krajinotvorný činitel, denudace terénu, tvorba půdního profilu v nížinách a stepích…) 18
Eroze probíhá ve třech fázích: 1. uvolňování částic půdní hmoty kinetickou energií dopadajících dešťových kapek nebo kinetickou energií větru (destrukční účinek vody nebo větru na půdní povrch) 2. transport částic (vodou, větrem, příp. ledovci) 3. ukládání materiálu při snížení energie pod úroveň potřebnou k transportu částic
19
Druhy eroze: -vodní - vyvolána vlivem kinetické energie dešťových srážek a mechanickou silou povrchově stékající vody -větrná - rozrušování půdní hmoty kinetickou energií větru -ledovcová - ve velehorách a polárních oblastech, působí ji ledovec vlivem svého stékání, charakteristické jsou morény -sněhová - vzniká pohybem sněhu ve formě lavin při velkých tlacích a rychlostech sněhu -zemní - erozní činnost suťových proudů, vznikají hluboké rýhy - antropogenní - vzniká v důsledku stavby komunikací, intenzifikace zemědělství, urbanizace, dalších činností (těžba…)
20
Obr. 11: Lahar (bahnotok) Zdroj: www.earlham.edu
Obr. 12: Sněhová eroze (lavina) Zdroj: www.cs.umd.edu
21
Geologická činnost vody: • Rušivá: mechanická eroze – koraze; eroze chemická (př. rozpouštění hornin – vápenců) – koroze; vymílání hornin krouživými pohyby – evorze; je-li skalní podklad porušován plošně – abraze •Přenosná: Voda přenáší zvětraliny především prostřednictvím proudící vody. V horní části toku se jedná o balvany, které jsou vlečeny po dně. Ve střední části jsou unášeny menší částice a rychlost toku se mírní, jedná se o pohyb skokem. Ve spodní části, kde tok je pomalý, unášecí schopnost malá, jsou transportovány již jen nejmenší částečky v podobě suspenze. •Tvořivá: Projevuje se na změnách morfologie území (údolí, říční terasy) a při vzniku nových usazených - sedimentárních hornin.
22
Obr. 13 – 15: Příklady vodní eroze (stržová, rýhová a výmolová eroze) (zdroj: VÚMOP Praha, FAO)
23
Obr. 16 – 17: Lavaka v lateritech Madagaskaru. Vpravo erozní strž Ankarokaroka. Zdroj: R. Pokorný
24
Obr. 18: Evorze Zdroj: www.upol.cz
25
Obr. 19: Abraze
Zdroj: www.upol.cz
26
27
Obr. 20: Krasový georeliéf „tsingy“ na Madagaskaru Zdroj: R. Pokorný
28
Obr. 21: Krasový georeliéf „tsingy“ na Madagaskaru Zdroj: R. Pokorný
Geologická činnost ledovce: • Rušivá: Brázdění – exarace; odlamování – detrakce; deterze (ledovcová abraze, ledovcové ohlazy).
obrušování –
•Přenosná: Přenosným činitelem je říční a ledovcový led. Ledové kry plovoucí v řekách obsahují v sobě kameny, úlomky rostlin apod. Vysokohorské ledovce přenáší na povrchu, uvnitř, či na bázi úlomky hornin. Pevninské ledovce, které ve velkém rozsahu pokrývají pevniny, přepravují horninovou drť jen na své spodině. •Tvořivá: Uloženiny ledovcového (glaciálního) původu se nazývají morény a jsou vždy nevytříděné. Skládají se z chaoticky nakupených různě velkých úlomků hornin. Společný název je till a jejich zpevněním vznikají tillity.
29
Obr. 22: Rušivá činnost ledovce
Zdroj: www.geol_bonn.de
30
Obr. 23: Ledovcové ohlazy v Mlynické dolině, Tatry 31
Zdroj: R. Pokorný
Obr. 24: Ledovcové údolí – trog. Mlynická dolina, Tatry Zdroj: R. Pokorný
32
Moréna: • geomorfologický útvar vznikající při pohybu ledovce • je tvořena tilly, případně tillity • rozlišujeme čelní (přední), boční, střední, spodní (bazální) a koncové (terminální) morény
33
Obr. 27 - 28: Čelní moréna, Vyšné Wahlenbergovo pleso, Tatry Zdroj: R. Pokorný
34
Geologická činnost větru: • Rušivá: Odvívání - deflace; obrušování větrem - větrná koraze (větrná abraze). •Přenosná: Transport hmot větrem narozdíl od vody je více nežli gravitací podmíněna silou větru. Ta je mnohem menší než síla vody, proto jsou větrem dopravovány jen drobné prachové úlomky hornin. Větší fragmenty jsou posunovány nebo kutáleny po zemském povrchu jen při velmi silném větrném proudění. •Tvořivá: Větrné (eolické) uloženiny jsou zpravidla jemnozrnné. Typickým představitelem jsou duny. Písečné uloženiny mají diagonální nebo křížové zvrstvení. Jemný nerostný prach se ukládá samostatně a dále než písek a nazývá se spraš.
35
Obr. 29: Písečné přesypy (barchany) v Turkmenistánu Zdroj: www.horydoly.cz
Obr. 30: Písečné duny, severní Tunisko Zdroj: R. Pokorný
36
Stratigrafie (stratigrafická geologie)
37
• geologická vědní disciplína, která studuje zejména sledy sedimentárních vrstev jejich vztahy a stáří - zajišťuje časoprostorové zhodnocení geologických objektů. • Úkolem stratigrafie je také stanovovat stratigrafické jednotky pro určitá území, do kterých se jednotlivé vrstevní sledy zařazují. Tyto jednotky jsou vymezeny prostorem, na který jsou omezeny a jejich časovým rozsahem - stratigrafická jednotka je tedy časoprostorová. • Každá jednotka by měla mít svůj typový profil - stratotyp. • Stratigrafické jednotky mohou být povrchové (jsou místa kde vystupují na povrch) nebo podpovrchové (tyto jednotky na povrch nevystupují a jako jejich standard se bere vrt). • Stratigrafická geologie se dělí na dílčí podobory:
38
• Litostratigrafie - zkoumá litologické (makroskopicky pozorovatelné znaky hornin) znaky a na jejich základě stanovuje litostratigrafické jednotky. Member A
Formation A
Member B Member C
Group A
Member D
Formation B
Member E Member F
Formation C
Member G Member H Member I Member J
Supergroup
Formation D
Member K Member L Member M Member N
Group B Formation E
Member O Member P Member Q Member R
Formation F
Member S Member T
Nadskupina | Skupina | Formace | Souvrství | Vrstva 39
Obr. 31: Princip litostratigrafie na příkladě jižní Anglie Zdroj: www.bgs.ac.uk
Obr. 32: Litostratigrafický profil v lokalitě Grand Canyon Zdroj: www.bgs.ac.uk
40
• Biostratigrafie - řadí vrstevní sledy do jednotek na základě výskytu tzv. vůdčích zkamenělin - ty musí být kosmopolitní (rozšířené po celém světě), snadno určitelné, hojné a musí mít krátký časový rozsah).
Trichophycus pedum
Obr. 32: Biostratigrafická data na příkladě hranice kambrium/ordovik, resp. prekambrium/kambrium 41
Zdroj: www.geology.buffalo.edu
Obr. 33: Biostratigrafické schéma na příkladě foraminifer rodu Robulus Zdroj: http://www.winona.edu
42
• Chronostratigrafie - zkoumá a řadí horninové jednotky na základě jejich relativního stáří. Je tedy také vztažena k horninovým jednotkám narozdíl od geochronologie, která vymezuje etapy ve vývoji Země v "absolutním" čase.
Obr. 34: Chronostratigrafický blokdiagram pro K/T sedimenty s. pobřeží Aljašky Zdroj: strata.geol.sc.edu
43
Obr. 35, 36: Generalizované schéma relativního stáří hornin Zdroj: http://www.winona.edu 44
• Magnetostratigrafie- měří polaritu magnetického pole Země uchovanou v horninách (polarita magnetického pole se v určitých časových úsecích měnila).
Obr. 37, 38: Magnetostratigrafická tabulka pro poslední 4 mld let 45
Zdroj: www.brevard.edu
Obr. 39: Mezinárodní stratotyp silur/devon na lokalitě Klonk u Suchomast Zdroj: www.paleo.gweb.cz
46
• Stratigrafie pracuje především se sedimentárními horninami a v rámci nich s jednotlivými vrstvami. • Vrstva - plošně rozlehlé deskovité těleso vzniklé ukládáním stejného materiálu za neměnných sedimentačních podmínek v určitém čase.
• Při definování sedimentárních hornin hovoříme o jejich vrstevnatosti a zvrstvení: • Vrstevnatost – vlastnost typická především pro sedimenty, charakterizuje jejich ukládání ve vrstvách. • Zvrstvení - charakter vrstevnatosti, rozlišujeme z. rovnoběžné, šikmé, křížové gradační.
47
• Každá vrstva je omezena dvěma vrstevními plochami, spodní neboli podložní a svrchní neboli nadložní (též stropovou) plochou. • Síla vrstvy se v geologii nazývá mocnost, což je kolmá vzdálenost mezi vrstevními plochami. < 1 cm laminovaná 1 - 25 cm deskovitá 25 cm lavicovitá • proplástek - tenká vrstva jalové horniny uprostřed užitkové suroviny • směr vrstvy vrstevní plochou
průsečnice vodorovné roviny s ukloněnou
• sklon vrstvy - úhel svírající spádnice s vodorovnou rovinou 48
Obr. 40: Mocnost vrstev Zdroj: www.geotech.fce.vutbr.cz
49
• Mezery, jež teoreticky předpokládáme mezi jednotlivými vrstvami se nazývají vrstevními spárami. Leží-li nad sebou řada vrstev stejné petrografické povahy, tvoří tyto vrstvy dohromady tzv. souvrství. • Pořadí vrstev, jak souvrství za sebou následuje, se nazývá vrstevní sled. • Souvrství bývají od sebe oddělena buď tak, že vrstvy jednoho souvrství plynule přecházejí do druhého nebo je mezi nimi ostré rozhraní. Plynulý předěl se označuje jako uložení konkordantní. Pokud je mezi souvrstvími zjevná ostrá hranice, jde o diskordantní uložení. To vzniká v případě, že dojde k přerušení sedimentace. - úhlová diskordance - hiát 50
Obr. 41, 42: Konkordantní a diskordantní uložení vrstev 51
Zdroj: www.geotech.fce.vutbr.cz
Obr. 43: Úhlová diskordance Zdroj: http://www.winona.edu 52
Obr. 44: Úhlová diskordance Zdroj: http://www.winona.edu
53
Obr. 45, 46: Úhlová diskordance Zdroj: http://www.winona.edu
54
Obr. 47: Stratigrafický hiát Zdroj: http://www.winona.edu 55
Obr. 48: Stratigrafický hiát Zdroj: http://www.winona.edu 56
Stratigrafické zákony (principy) Pro ukládání jednotlivých vrstev platí : 1. Princip primární horizontality 2. Zákon superpozice (navrstvení) 3. Zákon horizontální kontinuity 4. Zákon pravé a levé strany zlomu 5. Princip inkluzí 6. Princip stejných zkamenělin a evoluční sukcese 7. Waltherův zákon
57
1. Princip primární horizontality sedimentární horniny vždy vznikaly v podobě horizontálních vrstev
58
2. Princip superpozice vrstvy uložené nejníže jsou nejstarší
Youngest Strata
59 Oldest Strata
3. Zákon horizontální kontinuity v rámci témže sedimentární pánve lze sledovat průběh vrstev
60
4. Zákon pravé a levé strany zlomu obě strany mají totožný průběh, jen vůči sobě vertikálně posunutý
61
5. Princip inkluzí inkluze pochází vždy z materiálu starší vrstvy, navíc vypovídají o změně sedimentačních podmínek
62
6. Princip stejných zkamenělin a evoluční sukcese každá vrstva obsahuje specifické fosilie, rozlišitelné na obdobných lokalitách téhož stáří
63
7. Waltherův zákon koncept sedimentárních facií vypovídá o mořských transgresích a regresích
64
Mořská transgrese = hladina moře stoupá Mořská regrese = hladina moře klesá Facie Vápenec
Útes
Břidlice
Prachovec
Laguna
Mělký šelf
Pískovec
Pláž
Prostředí 65
Mořská transgrese
Waltherův zákon 66
Mořská regrese
Waltherův zákon
67
68
Stratigrafie – k čemu to všechno???
69
Korelace sedimentárních vrstev 70 na příkladě Colorado Plateau
Tektonika • Vrstvy při sedimentaci se zpravidla ukládají vodorovně. • Napětími a tlaky v zemské kůře dochází k různému deformování vrstev, jako je zvlnění, zprohýbání, rozpukání a přetržení. • Tyto změny nazýváme poruchami neboli dislokacemi v širším slova smyslu. Těmito dislokacemi se stává stavba zemské kůry velmi složitou. • Tektonika, neboli tektonická geologie, je odvětví všeobecné geologie, které se zabývá popisem těchto poruch a snaží se vysvětlit příčinu jejich vzniku. • Poruchy (dislokace) vznikly v kůře zemské dvěma druhy sil. Tangenciálními, jež se projevují postranním stlačením vrstev, a silami radiálními, které působí ve smyslu zemské přitažlivosti. 71
V praxi mohou nastat dva základní případy: a. vrstva je deformována tak, že se její souvislost nepřeruší, což se děje různým zvlněním nebo zprohýbáním vrstvy. Nastává deformace plastická. b. souvislost vrstev přerušena je narušena tím, že ve vrstvách vznikají pukliny, podle nichž nastávají pohyby. Vrstvy pak bývají přetrženy – vzniká deformace rupturní (zlomová). • Horstva a údolí jsou tvořena oběma typy deformací. Nejvíce patrné jsou v sedimentárních horninách. Mohou se však tvořit i v hlubinných horninách, např. v žule a gabru. • Tangenciální síly, které přesunovaly celé vrstevní soubory podle vodorovných, nebo mírně skloněných dislokačních ploch, často na značnou vzdálenost, daly vzniknout mohutným příkrovům (Alpy).
72
Obr. 36. Poruchy zemské kůry a. radiální: - plastické: 1 ohyb (flexura), - rupturní: 2 pokles, 3 příkopová propadlina (prolom), 4 hrásť
b. tangenciální: - plastické: vrása: 5 přímá, 6 šikmá, 7 překocená, 8 ležatá, 9 ponořená, - rupturní: Přesmyk a pokles: 10 kerný, 11 vrásový, 12 vrásový příkrov
73
Obr. 70: Vznik poklesu z flexury Zdroj: www.geotech.fce.vutbr.cz 74
• Základní deformací plastického charakteru je vrása. Na vráse je možné definovat její délku, nahoru vyklenutou část antiklinálu a sedlovitě prohnutou část synklinálu.
Obr. 71: Popis vrásy Zdroj: www.geotech.fce.vutbr.cz
75
• Základní deformací rupturního charakteru je pokles a přesmyk. Při poklesu se nadložní kra pohybuje po úklonu zlomové plochy, při přesmyku se nadložní kra pohybuje proti úklonu zlomové plochy.
Obr. 72, 73: Pokles, přesmyk Zdroj: www.geotech.fce.vutbr.cz
76
