klíčová slova: působení exogenních činitelů, stratigrafie, vrstva a souvrství, stratigrafická geologie, strukturní a tektonická geologie.

Transkript

1 Přednáška III. Exogenní síly klíčová slova: působení exogenních činitelů, stratigrafie, vrstva a souvrství, stratigrafická geologie, strukturní a tektonická geologie. 1

2 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 včetněčlověka. Působení těchto činitelů bývá často zesilováno gravitací. 2

3 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

4 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 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 příbojovéčáry nastává dvakrát denně příliv a odliv. 4

5 Obr. 1, 2: Princip slapových sil Obr. 3: Znázornění skokového a hluchého přílivu Zdroj: 5

6 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

7 Obr. 4: Schéma globálního koloběhu vody. Zdroj: 7

8 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

9 Zvětrávání je způsobeno: vsakující vodou vzduchem střídáním teplot kořeny rostlin mrazem 9

10 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: 10

11 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

12 Obr. 7, 8: Exfoliace a mrazové zvětrávání Zdroj: R. Pokorný 12

13 Obr. 9: Mechanické rozrušování kořeny rostlin Zdroj: 13

14 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

15 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. CaSO 4.nH 2 O - sádrovec), méně jsou rozpustné karbonáty (CaCO 3 vápenec, MgCO 3 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 CaSO 4 + 2H 2 O = = > CaSO 4 *2H 2 O anhydrit sádra 15

16 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 + 3O 2 = = > 2Fe 2 O 3 působení kyselin z anorganických kyselin se uplatňuje zejména kyselina uhličitá (H 2 CO 3 ), která se vytváří rozpouštěním CO 2 ve vodě k působení H 2 CO 3 jsou náchylné zejména vápence, dolomity a mramory výsledkem je vznik krasových jevů chemické zvětrávání je zesilováno působením člověka (emise SO 2 a 16 NO x, kyselé deště)

17 Obr. 10: Princip rozpouštění. Zdroj: 17

18 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 činnostíčlověka 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

19 Eroze probíhá ve třech fázích: 1. uvolňováníčástic 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

20 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 - erozníčinnost suťových proudů, vznikají hluboké rýhy - antropogenní - vzniká v důsledku stavby komunikací, intenzifikace zemědělství, urbanizace, dalších činností (těžba ) 20

21 Obr. 11: Lahar (bahnotok) Zdroj: Obr. 12: Sněhová eroze (lavina) Zdroj: 21

22 Geologickáčinnost 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 horníčásti toku se jedná o balvany, které jsou vlečeny po dně. Ve středníčásti jsou unášeny menšíčástice a rychlost toku se mírní, jedná se o pohyb skokem. Ve spodní části, kde tok je pomalý, unášecí schopnost malá, jsou transportovány již jen nejmenšíčástečky v podobě suspenze. Tvořivá: Projevuje se na změnách morfologie území (údolí, říční terasy) a při vzniku nových usazených - sedimentárních hornin. 22

23 Obr : Příklady vodní eroze (stržová, rýhová a výmolová eroze) (zdroj: VÚMOP Praha, FAO) 23

24 Obr : Lavaka v lateritech Madagaskaru. Vpravo erozní strž Ankarokaroka. Zdroj: R. Pokorný 24

25 Obr. 18: Evorze Zdroj: 25

26 Obr. 19: Abraze Zdroj: 26

27 Obr. 20: Krasový georeliéf tsingy na Madagaskaru Zdroj: R. Pokorný 27

28 Obr. 21: Krasový georeliéf tsingy na Madagaskaru Zdroj: R. Pokorný 28

29 Geologickáčinnost ledovce: Rušivá: Brázdění exarace; odlamování detrakce; obrušování deterze (ledovcová abraze, ledovcové ohlazy). 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

30 Obr. 22: Rušiváčinnost ledovce Zdroj: 30

31 Obr. 23: Ledovcové ohlazy v Mlynické dolině, Tatry Zdroj: R. Pokorný 31

32 Obr. 24: Ledovcové údolí trog. Mlynická dolina, Tatry Zdroj: R. Pokorný 32

33 Moréna: geomorfologický útvar vznikající při pohybu ledovce je tvořena tilly, případně tillity rozlišujeme čelní (přední), boční, střední, spodní (bazální) a koncové (terminální) morény 33

34 Obr : Čelní moréna, Vyšné Wahlenbergovo pleso, Tatry Zdroj: R. Pokorný 34

35 Geologickáčinnost 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

36 Obr. 29: Písečné přesypy (barchany) v Turkmenistánu Zdroj: Obr. 30: Písečné duny, severní Tunisko Zdroj: R. Pokorný 36

37 Stratigrafie (stratigrafická geologie) 37

38 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

39 Litostratigrafie - zkoumá litologické (makroskopicky pozorovatelné znaky hornin) znaky a na jejich základě stanovuje litostratigrafické jednotky. Supergroup Group A Group B Formation A Formation B Formation C Formation D Formation E Formation F Member A Member B Member C Member D Member E Member F Member G Member H Member I Member J Member K Member L Member M Member N Member O Member P Member Q Member R Member S Nadskupina Skupina Formace Souvrství Vrstva 39 Member T

40 Obr. 31: Princip litostratigrafie na příkladě jižní Anglie Zdroj: Obr. 32: Litostratigrafický profil v lokalitě Grand Canyon Zdroj: 40

41 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 Zdroj: 41

42 Obr. 33: Biostratigrafické schéma na příkladě foraminifer rodu Robulus Zdroj: 42

43 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

44 Obr. 35, 36: Generalizované schéma relativního stáří hornin Zdroj: 44

45 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 Zdroj: 45

46 Obr. 39: Mezinárodní stratotyp silur/devon na lokalitě Klonk u Suchomast Zdroj: 46

47 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

48 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

49 Obr. 40: Mocnost vrstev Zdroj: 49

50 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

51 Obr. 41, 42: Konkordantní a diskordantní uložení vrstev Zdroj: 51

52 Obr. 43: Úhlová diskordance Zdroj: 52

53 Obr. 44: Úhlová diskordance Zdroj: 53

54 Obr. 45, 46: Úhlová diskordance Zdroj: 54

55 Obr. 47: Stratigrafický hiát Zdroj: 55

56 Obr. 48: Stratigrafický hiát Zdroj: 56

57 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

58 1. Princip primární horizontality sedimentární horniny vždy vznikaly v podobě horizontálních vrstev 58

59 2. Princip superpozice vrstvy uložené nejníže jsou nejstarší Youngest Strata Oldest Strata 59

60 3. Zákon horizontální kontinuity v rámci témže sedimentární pánve lze sledovat průběh vrstev 60

61 4. Zákon pravé a levé strany zlomu obě strany mají totožný průběh, jen vůči sobě vertikálně posunutý 61

62 5. Princip inkluzí inkluze pochází vždy z materiálu starší vrstvy, navíc vypovídají o změně sedimentačních podmínek 62

63 6. Princip stejných zkamenělin a evoluční sukcese každá vrstva obsahuje specifické fosilie, rozlišitelné na obdobných lokalitách téhož stáří 63

64 7. Waltherův zákon koncept sedimentárních facií vypovídá o mořských transgresích a regresích 64

65 Mořská transgrese = hladina moře stoupá Mořská regrese = hladina moře klesá Facie Vápenec Břidlice Prachovec Pískovec Útes Laguna Mělký šelf Pláž Prostředí 65

66 Mořská transgrese Waltherův zákon 66

67 Mořská regrese Waltherův zákon 67

68 68

69 Stratigrafie k čemu to všechno??? 69

70 Korelace sedimentárních vrstev na příkladě Colorado Plateau 70

71 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

72 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

73 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

74 Obr. 70: Vznik poklesu z flexury Zdroj: 74

75 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: 75

76 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: 76