Stavba a složení Země, úvod do endogenní geologie

Stavba a složení Země, úvod do endogenní geologie Přednáška 2

RNDr. Aleš Vaněk, Ph.D. č. dveří: 234, FAPPZ e-mail: [email protected]

1

Stavba a složení Země dělení dle jednotlivých sfér jádro (vnitřní, vnější) plášť (spodní, svrchní) litosféra (část svrchního pláště, zemská kůra) hydrosféra (vodní obal) atmosféra (plynný obal) biosféra (souhrn organismů žijících na Zemi) antroposféra (ovlivněná činností člověka)

2

Stavba a složení Země dělení dle jednotlivých obalů → definováno pomocí seismického studia (založeno na měření průběhu šíření seismických vln zemských tělesem) -

zemská kůra (oceánská, kontinentální)

-

zemský plášť (svrchní, spodní)

-

zemské jádro (vnější, vnitřní)

3

Stavba a složení Země Zemská kůra -

nejsvrchnější pevný obal Země

-

obecně bohatá na litofilní prvky → Na, K, Ca, Si, Al (afinita ke kyslíku + dominantně v silikátech)

-

relativně nízká hustota - cca 2,8 g/cm3 → dominantní minerály kůry – křemen, alumosilikáty (živce, slídy, pyroxeny atd.)

4

Stavba a složení Země Kontinentální kůra -

mocnost cca 20 - 90 km

-

přibližné složení → 69 % SiO2, 14 % Al2O3, 4 % FeO + Fe2O3, 13 % ostatní

-

tvořená svrchní granitovou (kyselá) a spodní bazaltovou vrstvou (bazická) → Conradova diskontinuita - 5-30 km pod povrchem

-

velmi stará, až 4 mld. let → pevninské štíty 5

Stavba a složení Země Oceánská kůra -

mocnost cca 10 - 50 km

-

přibližné složení → 48 % SiO2, 15 % Al2O3, 11 % FeO + Fe2O3, 11 % CaO, 9 % MgO, 6 % ostatní

-

tvořená horninami bazaltového typu (bazické), vrstva granitických hornin chybí → přibližná ρ ~ 3,2 g/cm3

-

výrazně mladší než kůra kontinentální (spodní jura - cca 200 milionů let) 6

Stavba a složení Země Zemský plášť -

tvoří 80 % celkového objemu Země

-

mocnost - spodní hranice 2900 km, horní hranice → Mohorovičičova diskontinuita (Moho plocha) (cca 20-90 km u kontinentální kůry)

-

přibližné složení → 43 % SiO2, 37 % MgO, 12 % FeO + Fe2O3, 3 % CaO, 5 % ostatní → horniny peridotitového typu (pozn.: peridotit - ultrabazický magmatit obsahující > 90 % olivínu, pyroxenu a amfibolu)

7

Stavba a složení Země Svrchní plášť -

mocnost - do hloubky cca 670 km → rozhraní svrchního × spodního pláště

-

v hloubce cca 100 - 150 km přítomna tzv. astenosféra (mocná až 600 km) → definovaná jako vrstva zvýšené plasticity hornin (snížené pevnosti)

-

astenosféra - díky svému plastickému charakteru → schopna konvekčního proudění → příčina pohybu litosférických desek (pozn.: konvekce – pohyb hmoty vyvolaný účinky gravitace na ∆ hustoty) 8

Stavba a složení Země Spodní plášť -

mocnost - od cca 670 km - 2900 km

-

spodní hranice pláště → Guttenbergova diskontinuita → mocnost cca 300 km, velice dynamická přechodová zóna, pravděpodobně obohacena o Ca, Al, Ti v porovnání s Ø pláštěm

-

složení - málo informací (na základě kosmochemických výsledků) → předpoklad přítomnosti vysokotlakých fází typu Fe a MgSiO3, MgO a SiO2 (stišovit) 9

Stavba a složení Země Zemské jádro -

reprezentuje cca ½ průměru Země (cca 16 % = objem) → cca 2900 - 6370 km

-

2x těžší než zemský plášť

-

vysoká ρ → ~ 13 g/cm3

-

přibližné složení → 90 % Fe (ryzí), 8 % Ni, 2 % S, H, O 10

Stavba a složení Země Vnější jádro -

mocnost → cca 2900 km - 5100 km

-

likvidní stav, vysoká teplota (až 7000 K)

Vnitřní jádro -

pravděpodobně podobné chemické složení jako vnější jádro, pevný stav

-

relativní pohyby tekutého vnějšího jádra vůči vnitřnímu → generace magnetického pole Země 11

Stavba a složení Země Rekapitulace

Mohorovičičova d. →→

Guttenbergova d. →→→

12

Základy tektoniky Litosféra -

pevná heterogenní „vrstva“ tvořená zemskou kůrou a nejsvrchnější částí zemského pláště

-

litosféra je tvořená samostatně se pohybujícími jednotkami → litosférické desky

-

3 typy litosférických desek → -

tvořené pouze kontinentální litosférou tvořené pouze oceánskou litosférou smíšeného typu (nejčastější) 13

Základy tektoniky Litosférické desky -

velké → Pacifická, Severoamerická, Jihoamerická, Africká+Somálská, Euroasijská, Indoaustralská, Antarktická (pozn.: Euroasijská – pouze kontinentální litosféra, Pacifická – pouze oceánská litosféra, smíšeného typu – Africká, Severoamerická aj.)

-

menší → Karibská, Kokosová, Nazca, Arabská, Filipínská

14

Základy tektoniky Pohyb litosférických desek -

vyvolané konvekčními proudy plastické astenosféry (svrchní plášť)

-

výstupné proudy (ascendentní) → riftové struktury (divergentní rozhraní)

-

sestupné (descendentní) → subdukce, kolize (konvergentní rozhraní) 15

Základy tektoniky Divergentní rozhraní (riftové zóny) -

charakteristické oddalováním litosférických desek

-

zóny vzniku nové oceánské kůry vulkanickou činností → výlevy bazaltových láv (zacelování „jizvy“ způsobené rozšiřováním riftu) (př.: Středoatlantický hřbet)

-

X00 až X0 000 km dlouhé příkopové struktury

-

doprovodný jev → zemětřesení 16

Základy tektoniky Konvergentní rozhraní (subdukce, kolize) -

charakteristické sbíháním litosférických desek

-

tlakové deformace na okrajích sbíhajících se desek

-

subdukce (podsouvání) oceánské desky pod kontinentální → aktivní kontinentální okraj (doprovázeno vrásněním, vulkanickou činností, seismickou aktivitou - př. Andy)

-

subdukce oceánské desky pod oceánskou → ostrovní oblouky (intenzivní vulkanismus a seismická aktivita - př. Japonsko)

-

kolize dvou kontinentální desek (vrásnění, seismická aktivita, vzácně vulkanismus - př. Himaláje, Alpy)

17

Základy tektoniky Rekapitulace

18

Magmatismus

-

pronikání taveniny (magmatu) litosférou na zemský povrch

-

proces se dělí → plutonismus - magma proniká pouze do litosféry, tvoří hlubinná či podpovrchová geologická tělesa vulkanismus - magma proniká na zemský povrch, kde vytváří povrchové útvary 19

Magma

-

silikátová tavenina

-

vzniká v kůře nebo svrchním plášti, jejím utuhnutím vzniká magmatická (vyvřelá) hornina

-

dominantně tvořena roztavenými silikátovými minerály a fluidní fází (vodní pára, další plyny)

-

teplota magmatu → 700 až 1200 ºC 20

Magma Dělení dle obsahu SiO2 -

kyselá (acidní) > 63 % intermediární 52 - 63 % bazická < 52 % ultrabazická < 40 %

SiO2 SiO2 SiO2 SiO2

Teplota krystalizace -

kyselá magmata = viskózní → tuhnou za nižších teplot ~ 800 ºC

-

bazická magmata = málo viskózní (řídká) → 1100 - 1200 ºC 21

Krystalizace magmatu -

v momentě klesající teploty magmatu → selektivní krystalizace minerálů (pozn.: pro každý určitý minerál jsou definovány teplotní a tlakové podmínky jeho vzniku)

-

odčerpáním minerálních látek z magmatu (frakční krystalizace) → složení zbytkové taveniny se mění – diferenciace magmatu

-

minerály krystalizující v prvních fázích tuhnutí magmatu → dostatečný prostor vykrystalizovat – omezeny vlastními krystalovými plochami 22

Krystalizace magmatu Dělení minerálních zrn dle jejich omezení -

zrna idiomorfní → omezena vlastními krystalovými plochami, tj. při rané krystalizace

-

zrna hypidiomorfní → částečně omezena krystalovými plochami

-

zrna alotriomorfní → minerály nemají vlastní krystalové tvary, tj. krystalovaly v prostoru zbylém mezi minerály starší geneze

23

Krystalizace magmatu Sukcese - sled (posloupnost) krystalizace Bowenovo reakční schéma krystalizace výlevné × hlubinné hor. bazalt gabro

andezit dacit ryolit

diorit granodiorit granit

BAZICKÉ

INTERMED. KYSELÉ

24

Energetické zdroje magmatismu

-

teplo uvolňované při rozpadu nestabilních radioaktivních izotopů K, U, Th → hlavní zdroj energie

-

teplo získané během akrece přeměnou potenciální a kinetické energie akretujících částic → primární teplo

25

Magmatické horniny Dělení dle pozice tuhnutí -

hlubinné (plutonické) → tuhnou pomalu několik kilometrů pod povrchem, typické všesměrnou hrubozrnnou strukturou (př.: granit, gabro)

granit

26

Magmatické horniny Dělení dle pozice tuhnutí -

žilné (podpovrchové) → tuhnou rychleji a nehluboko pod povrchem, tvoří zpravidla deskovitá tělesa, struktura typická přítomností vyrostlicemi minerálů (velké idiomorfní krystaly) → porfyrická struktura (př. žulový porfyr, pegmatit)

žulový porfyr

27

Magmatické horniny Dělení dle pozice tuhnutí -

výlevné (vulkanické) → vylévají se a tuhnou na zemském povrchu, typické jemnozrnné až sklovité struktury → důsledek prudkého ochlazení (př.: bazalt, andezit, ryolit)

andezit

28

Tělesa magmatických hornin

-

velikost a tvar dán fyzikálně-chemickými vlastnostmi magmatu → dominantně viskozitou

-

viskóznější (kyselá) magmata obvykle tuhnou ve větších hloubkách (cca 5-30 km) → plutony, batholity atd.

-

méně viskózní (bazická) magmata - často prorážejí na zemský povrch → sopky, kupy, stratovulkány aj.

29

Hlubinná (plutonická) tělesa Hlavní typy -

batholit → rozsáhlá (až tisíce km2) magmatická tělesa plutonických hornin, nejčastěji kruhovitý tvar, většinou složena z kyselých hornin (granitoidů), vždy vázaná na orogenní pásma

-

pluton → hlubinné těleso magmatického původu, definované jako část batholitu

-

lakolit → magmatické těleso dómovitého tvaru, vzniklé intruzí magmat do vodorovných či mírně ukloněných vrstev

-

lopolit → menší magmatické těleso pánvovitého tvaru 30

Žilná tělesa Žíly -

vznikají utuhnutím magmatu v puklinách nebo vrstevních spárách při jeho výstupu k zemskému povrchu

-

dle vztahu žil k okolnímu prostředí → -

žíly pravé → protínají okolní horniny diskordantně (nesouhlasně)

-

žíly ložní → uložené konkordantně (souhlasně) s okolním horninovým prostředím

31

Hlubinná (plutonická) + žilná tělesa Rekapitulace

32

Přehled hlubinných hornin

Hlubinné horniny s křemenem → granitoidy -

granit granodiorit křemenný diorit

-

struktura → granitická nebo porfyrická textura → všesměrná

33

Přehled hlubinných hornin granit -

vyznačuje se převahou K-živce nad plagioklasem ze světlých minerálů dále přítomen křemen, muskovit z tmavých minerálů → zejména biotit, řidčeji amfibol ojediněle granity s turmalínem a granátem

34

Přehled hlubinných hornin granodiorit -

nejrozšířenější plutonit na zemském povrchu granodiorit × granit → převaha plagioklasů nad K-živci z tmavých minerálů → biotit, amfibol

35

Přehled hlubinných hornin křemenný diorit -

tvořen křemenem a plagioklasem (andezín) z tmavých minerálů → biotit, amfibol, pyroxen obvykle tvoří součást větších granitoidních těles

36

Přehled hlubinných hornin

Hlubinné horniny bez křemene -

syenit diorit gabro

-

struktura → gabrově zrnitá, porfyrická textura → všesměrná

37

Přehled hlubinných hornin syenit -

tvořen K-živci (ortoklas, mikroklin), plagioklasy ve velmi malém množství z tmavých minerálů → amfibol, biotit, méně častý je pyroxen

38

Přehled hlubinných hornin diorit -

ze světlých minerálů zastoupeny výhradně plagioklasy z tmavých minerálů → amfibol, pyroxen, biotit → méně častý vzhled → světlejší než gabro, „pepř a sůl“

39

Přehled hlubinných hornin gabro -

velmi tmavé → dominantně amfiboly, pyroxeny, olivín → zelenavá b. světlé minerály → bazické plagioklasy (např. anortit)

40

Přehled žilných hornin

Žilné horniny s křemenem -

žulový porfyr aplit pegmatit

-

struktura → porfyrická, ofitická textura → všesměrná, fluidální

41

Přehled žilných hornin žulový porfyr -

ze světlých minerálů → křemen, živce (K-živce převládají nad plagioklasy) z tmavých minerálů → vzácně amfiboly, pyroxeny, biotit

42

Přehled žilných hornin aplit -

ze světlých minerálů → křemen, K-živce, plagioklasy z tmavých minerálů → biotit, turmalín (velmi jemně rozptýleny)

43

Přehled žilných hornin pegmatit -

základní mineralogie → křemen, živce, slídy specifické minerály → turmalín, beryl, zirkon, fosfáty (i drahokamové odrůdy)

44

Přehled žilných hornin

Žilné horniny bez křemene -

syenitový porfyr dioritový porfyrit gabrový porfyrit lamprofyry

-

nepodstatně rozšířeny na území ČR

45