PROBLÉMY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ – HORNINY
2010
Ing. Andrea Sikorová, Ph.D.
1 Problémy životního prostředí - horniny V této kapitole se dozvíte: •
Co je to hornina.
•
Jak se dělí horniny zemské kůry.
•
Jaké jsou chemické změny vyvřelých hornin.
•
Jak se těží nerostné suroviny.
Budete schopni: •
Vysvětlit, jaké jsou negativní dopady těžby nerostných surovin na životní prostředí.
Klíčová slova této kapitoly: Životní prostředí, horniny, těžba. Čas potřebný k prostudování učiva kapitoly: 3 hodiny (teorie) Životní prostředí je složeno z přírodních, umělých a sociálních složek materiálního světa. Složkami životního prostředí je ovzduší, voda, půda, horniny, organismy, ekosystémy a energie.
HORNINY Hornina (neodborně kámen) je heterogenní směs tvořená různými minerály, někdy i organickými složkami, vulkanickým sklem či kombinací těchto komponentů. Výjimku tvoří pouze monominerální horniny, které jsou tvořené pouze jedním minerálem (například hornina mramor je tvořena pouze minerálem kalcitem).1 Horniny zemské kůry se dělí do tří základních skupin2:
1. Vyvřelé 1
Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/Hornina#p.C5.99em.C4.9Bn.C4.9Bn.C3.A9_horniny_.28metamorfovan.C3.A9.29
2
Zdroj: http://petrol.sci.muni.cz/poznavanihornin/horniny.htm
2
2. Sedimentární
3. Metamorfované
VYVŘELÉ HORNINY
Vyvřelé horniny vznikají utuhnutím roztaveného minerálního materiálu v kůře nebo na zemském povrchu. Většina vyvřelých hornin se skládá ze silikátů. Silikáty jsou sloučeniny obsahující především atomy Si a O, dále se vyskytují hlavně v Al, Fe, Ca, Na, K a Mg. Vyvřelé horniny vznikají utuhnutím taveniny označované jako magma. 3
Tab 1 - Nejběžnější vyvřelé horniny skupina
hornina žula diorit
Intruzivní horniny gabro peridotit
minerální složení světlé minerály; křemen, živce, slída světlé minerály; chybí křemen, plagioklas, amfibol tmavé minerály; plagioklas, pyroxen, olivín ultramafická hornina; pyroxen, olivín
(olivínovec)
Extruzivní horniny
rhyolit
žulové složení
andezit
dioritové složení
bazalt (čedič) gabrové složení Zdroj: STRAHLER, A.; STRAHLER, A. Introducing physical geography.2nd. New York: John Wiley & Sons, s. 269, 1999. ISBN 0-471-37293-5.
3
STRAHLER, A.; STRAHLER, A. Introducing physical geography.2nd. New York: John Wiley & Sons, s. 269, 1999. ISBN 0-471-37293-5.
3
Magma tuhnoucí pod povrchem vytváří tzv. hlubinné (intruzivní) vyvřelé horniny. Proces = intruze znamená, že chladnou pomalu a tvoří se velké krystaly. Magma tuhnoucí na zemském povrchu (láva) vytváří tzv. výlevné (extruzivní) vyvřelé horniny. Tento proces je extruze a tvoří se malé krystaly.4
CHEMICKÉ ZMĚNY VYVŘELÝCH HORNIN
Minerální přeměna je soubor pomalých chemických změn které porušují vnitřní strukturu minerálů. Základní typy chemického zvětrávání: 1. Oxidace - rozkladný pochod při kterém minerály reagují s kyslíkem rozpuštěným ve vodě → vznik stabilních oxidů (O + atomy kovových prvků Ca, Mg a Fe). 2. Hydrolýza - rozkladný pochod při kterém silikáty reagují s vodou. 3. Působení kyseliny uhličité - kyselina uhličitá se tvoří ve vodě, kde je rozpuštěný CO2 – zvláště náchylný je uhličitan vápenatý (vápenec). Jedním z produktů minerální přeměny jsou jílové minerály – podstatná složka sedimentárních hornin.5
SEDIMENTÁRNÍ HORNINY
Sedimentární hornina či usazená hornina je hornina, která vznikla přemístěním, usazením a následným zpevněním zvětralých úlomků (tzv. fyzikální proces), či vysrážením z roztoků (tzv. chemický proces) anebo usazením vlivem biologického činitele (biologický proces). Tyto tři procesy v přírodě působí normálně současně a výsledný charakter horniny je určen dominantním procesem, který se na vzniku podílel. Tyto horniny vznikají exogenními procesy na zemském povrchu nebo nehluboko pod ním, a to za běžných, relativně nízkých teplot. Základními procesy vzniku sedimentárních hornin jsou zvětrávání, transport materiálů, sedimentace (usazování) a diageneze, která mimo jiné zahrnuje zpevňování sedimentu.6
4
STRAHLER, A.; STRAHLER, A. Introducing physical geography.2nd. New York: John Wiley & Sons, s. 272, 1999. ISBN 0-471-37293-5. 5 STRAHLER, A.; STRAHLER, A. Introducing physical geography.2nd. New York: John Wiley & Sons, s. 276, 1999. ISBN 0-471-37293-5. 6 Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/Usazen%C3%A9_horniny
4
Klasifikace sedimentárních hornin: 1.
Klastické (úlomkovité)
2.
Chemické
3.
Organické
Klastické sedimentární horniny
Hlavní skupiny klastických sedimentárních hornin se rozlišují podle zrnitosti částic, které je tvoří: psefitické (> 2 mm), psamitické (0,1 – 2 mm), aleuritické (0,01 – 0,1 mm), pelitické (< 0,01). Tab 2 – Hlavní skupiny klastických sedimentárních hornin skupina
psefity
psamity
aleurity
pelity
hornina
složení
štěrky
sypké, zrna o velikosti >2mm
slepence
stmelená zaoblená štěrková zrna
brekcie
stmelená ostrohranná štěrková zrna
písky
sypké, zrnitostní frakce písek
pískovce
stmelená písková zrna
křemence
silicifikované pískovce a prachovce
arkózy
vysoký obsah zrn živců
droby
jílovitý tmel, obsah jílu > 25%
spraše
křemitý prach, obsah CaCO3
prachovce
stmelené prachové částice
jíly
nesoudržné, zrnitostní frakce jíl
jílovce
stmelený jílovitý materiál
jílovité břidlice
jíl, štěpnost na tenké destičky
Zdroj: STRAHLER, A.; STRAHLER, A. Introducing physical geography.2nd. New York: John Wiley & Sons, s. 276, 1999. ISBN 0-471-37293-5.
5
Chemické sedimentární horniny
Chemické sedimenty se ukládají vysrážením ze slaných roztoků v mořské vodě nebo na pevnině ve slaných jezerech. Největší koncentraci mají slané roztoky tam, kde voda je mělká a je tam trvalý a intenzivní výpar.
Tab 3 – Hlavní skupiny chemických sedimentárních hornin hornina
složení
vápenec
uhličitan vápenatý - CaCO3
dolomit
uhličitan Ca a Mg - CaMg(CO3)2
rohovec
mikrokrystalická forma křemene
evapority
halit (NaCl), anhydrit (CaSO4), sádrovec (CaSO4.2H2O)
Zdroj: STRAHLER, A.; STRAHLER, A. Introducing physical geography.2nd. New York: John Wiley & Sons, 1999. ISBN 0-471-37293-5.
Organické sedimentární horniny
KAUSTOBIOLITY jsou hořlavé biolity, které se dělí na skupinu uhlí a skupinu živic a to podle hmot, ze kterých vznikly. ŽIVICE se považují za organogenní (zoogenní) horniny.
Tab 4 – Kaustobiolity skupina
kaustobiolity rašelina
uhelná řada
černé a hnědé uhlí antracit ropa
živičná řada
zemní plyn zemní vosk asfalt
Zdroj: STRAHLER, A.; STRAHLER, A. Introducing physical geography.2nd. New York: John Wiley & Sons, 1999. ISBN 0-471-37293-5.
6
Ropa a zemní plyn jsou minerální paliva. Zemní plyn a ropa zpravidla vyplňují póry různých hornin (a jsou tedy spíše jejich součástkami).
METAMORFOVANÉ HORNINY
Metamorfóza je proces kterým se horniny v zemské kůře pod úrovní zóny zvětrávání přizpůsobují stavbou a minerálním složením odlišným chemicko-fyzikálním podmínkám.
Tab 5 – Hlavní zástupci metamorfovaných hornin hornina fylit
svor
charakteristika vznik z jílovitých břidlic, slabá metamorfóza, štěpný na destičky, vznik silnou metamorfózou jílovitých břidlic, foliace = důsledek působení střižných napětí
kvarcit
pískovec metamorfně zpevněný oxidem křemičitým
mramor
rekrystalizované vápence a dolomity
rula – ortorula, pararula silně metamorfované vyvřeliny nebo klastické sedimenty Zdroj: STRAHLER, A.; STRAHLER, A. Introducing physical geography.2nd. New York: John Wiley & Sons, 1999. ISBN 0-471-37293-5.
TĚŽBA NEROSTNÝCH SUROVIN A JEJÍ VLIV NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
Horninové prostředí je narušováno kontinuálně přirozenými přírodními pochody – zvětrávání, eroze, přemisťování hmot. Tyto procesy jsou, ale součástí dynamické rovnováhy na zemském povrchu. Vstoupí-li do těchto procesů člověk, může svojí činností přispět k narušení horninového prostředí.7 Potřeba nerostných surovin vyvstala ve velmi raném období lidské historie, prakticky v okamžiku, kdy se člověk naučil opracovávat kámen na jednoduché nástroje. Následovalo zpracování hlíny a jílů na jednoduchou keramiku a první zpracování kovů. Vzestup spotřeby nerostných surovin nastal při průmyslové revoluci v 18. století a od té doby se již nezastavil. Představíme-li si běžný den průměrného člověka, jsou nerostné 7
Zdroj: http://kurz.geologie.sci.muni.cz/kapitola6.htm [citováno: 2008-12-08]
7
suroviny hlavní součást jeho života. Při snídani si nalijeme do sklenice (křemitý písek) kávu a na talířku (jílová surovina pro porcelán) si dáme základní potraviny (jejich výroba je spojena s těžbou nezbytných hnojiv). Čteme noviny (jílové plnidlo) a oblékáme se (syntetická vlákna, ropa) a cestujeme do práce (auta se vyrábějí z kovů a ropy, silnice ropa a kamenivo).8
Dopady těžby nerostných surovin na životní prostředí
Těžba a zpracování nerostných surovin je prakticky vždy proces, který ovlivňuje okolní prostředí a to během těžby a často i po jejím ukončení. Prvním krokem před vlastní těžbou je průzkum ložiska. Obvykle probíhá detailní geologické mapování, odběr vzorků z povrchu i vrtnými pracemi, výkopy rýh a šachtic. Tato fáze otvírání ložiska má obvykle minimální vliv na okolní životní prostředí. Vlastní těžba a zpracování ložiska má obvykle velmi nepříznivý vliv na krajinu, vodní zdroje, ovzduší i biosféru. Připojit se mohou i okolnosti, které nepříznivě ovlivňují obyvatelstvo a jeho majetek.9
Negativní vlivy jsou zásadně ovlivněny způsobem těžby – povrchovým nebo hlubinným dobýváním. Každý ze způsobů má své výhody a nevýhodu, rozhodnutí o použití daného způsobu se odvíjí od ekonomické a geologické situace na ložisku. Povrchová těžba nerostných surovin je podstatně levnější, technicky méně náročná a rychlejší. Bohužel, obvykle přináší mnohem větší ekologická rizika a zásah do krajiny. Hlubinná těžba je obdobně devastující procesem jako těžba povrchová. Je technicky více náročná a obvykle podstatně dražší. Rozfárání horninového prostředí způsobuje zavalování důlních prostor, oživení tektonických poruch a významný zásah do vodního režimu. Čerpání důlních vod může měnit kvalitu i vydatnost podzemních zdrojů, může dojít i ke zničení zdrojů termálních a minerálních vod.10
Negativní dopady: destrukce horninového prostředí, změny tlaků a napětí v horninovém prostředí, narušení hydrogeologických poměrů při těžbě, 8
Zdroj: http://kurz.geologie.sci.muni.cz/kapitola6.htm [citováno: 2008-12-08] Zdroj: http://kurz.geologie.sci.muni.cz/kapitola6.htm [citováno: 2008-12-08] 10 Zdroj: http://kurz.geologie.sci.muni.cz/kapitola6.htm [citováno: 2008-12-08] 9
8
devastace a deformace povrchu krajiny, vytváření nových krajinných prvků, ztráta zemědělsky využitelné půdy.
Jednou z možností k opětovnému využití poškozených ploch v krajině je proces nazývaný rekultivace.
Rekultivační práce potom zahrnují: •
likvidace těžební činnosti,
•
terénní úpravy krajiny,
•
půdní meliorace vedoucí ke zlepšení půdních vlastností,
•
technická opatření k zabránění kontaminace okolních půd a vod,
•
technická stabilizace svahů,
•
výstavba případných komunikací.
Otázky 1) Jak se dělí horniny zemské kůry? 2) Znáš nějakou sedimentární horninu? 3) Z čeho se skládá mramor? 4) Proč těžíme nerostné suroviny? 5) Znáš nějaké způsoby těžby a jaké jsou jejich výhody a nevýhody?
Použité zdroje [1]
STRAHLER, A.; STRAHLER, A. Introducing physical geography. 2nd. New York: John Wiley & Sons, 1999. ISBN 0-471-37293-5.
[2]
URL:
[3]
URL: < http://petrol.sci.muni.cz/poznavanihornin/horniny.htm>
[4]
URL: < http://cs.wikipedia.org/wiki/Usazen%C3%A9_horniny >
[5]
URL: < http://kurz.geologie.sci.muni.cz/kapitola6.htm [citováno: 2008-12-08]>
9
