Stavba a složení Země, úvod do endogenní geologie

Transkript

1 Stavba a složení Země, úvod do endogenní geologie Přednáška 2 RNDr. Aleš Vaněk, Ph.D. č. dveří: 234, FAPPZ vaneka@af.czu.cz 1

2 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

3 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

4 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/cm 3 dominantní minerály kůry křemen, alumosilikáty (živce, slídy, pyroxeny atd.) 4

5 Stavba a složení Země Kontinentální kůra - mocnost cca km - přibližné složení 69 % SiO 2, 14 % Al 2 O 3, 4 % FeO + Fe 2 O 3, 13 % ostatní - tvořená svrchní granitovou (kyselá) a spodní bazaltovou vrstvou (bazická) Conradova diskontinuita km pod povrchem - velmi stará, až 4 mld. let pevninské štíty 5

6 Stavba a složení Země Oceánská kůra - mocnost cca km - přibližné složení 48 % SiO 2, 15 % Al 2 O 3, 11 % FeO + Fe 2 O 3, 11 % CaO, 9 % MgO, 6 % ostatní - tvořená horninami bazaltového typu (bazické), vrstva granitických hornin chybí přibližnáρ~3,2 g/cm 3 - výrazně mladší než kůra kontinentální (spodní jura - cca 200 milionů let) 6

7 Stavba a složení Země Zemský plášť - tvoří 80 % celkového objemu Země - mocnost - spodní hranice 2900 km, horní hranice Mohorovičičova diskontinuita (Moho plocha) (cca km u kontinentální kůry) - přibližné složení 43 % SiO 2, 37 % MgO, 12 % FeO + Fe 2 O 3, 3 % CaO, 5 % ostatní horniny peridotitového typu (pozn.: peridotit - ultrabazický magmatit obsahující > 90 % olivínu, pyroxenu a amfibolu) 7

8 Stavba a složení Země Svrchní plášť - mocnost - do hloubky cca 670 km rozhraní svrchního spodního pláště - v hloubce cca 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

9 Stavba a složení Země Spodní plášť - mocnost - od cca 670 km 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 MgSiO 3, MgO a SiO 2 (stišovit) 9

10 Stavba a složení Země Zemské jádro - reprezentuje cca ½ průměru Země (cca 16 % = objem) cca km - 2x těžší než zemský plášť - vysokáρ ~13 g/cm 3 - přibližné složení 90 % Fe (ryzí), 8 % Ni, 2 % S, H, O 10

11 Stavba a složení Země Vnější jádro - mocnost cca 2900 km 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

12 Stavba a složení Země Rekapitulace Mohorovičičova d. Guttenbergova d. 12

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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

18 Základy tektoniky Rekapitulace 18

19 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

20 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

21 Magma Dělení dle obsahu SiO 2 - kyselá (acidní) > 63 % SiO 2 - intermediární % SiO 2 - bazická < 52 % SiO 2 - ultrabazická < 40 % SiO 2 Teplota krystalizace - kyselá magmata = viskózní tuhnou za nižších teplot ~ 800 ºC - bazická magmata = málo viskózní (řídká) ºC 21

22 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

23 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

24 Krystalizace magmatu Sukcese - sled (posloupnost) krystalizace Bowenovo reakční schéma krystalizace výlevné hlubinné hor. bazalt gabro BAZICKÉ andezit dacit ryolit diorit granodiorit granit INTERMED. KYSELÉ 24

25 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

26 Magmatické horniny Dělení dle pozice tuhnutí - hlubinné (plutonické) tuhnou pomalu několik kilometrů pod povrchem, typické všesměrnou hrubozrnnou strukturou (př.: granit, gabro) granit 26

27 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

28 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

29 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

30 Hlubinná (plutonická) tělesa Hlavní typy - batholit rozsáhlá (až tisíce km 2 ) 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

31 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

32 Hlubinná (plutonická) + žilná tělesa Rekapitulace 32

33 Přehled hlubinných hornin Hlubinné horniny s křemenem granitoidy - granit - granodiorit - křemenný diorit - struktura granitická nebo porfyrická - textura všesměrná 33

34 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

35 Přehled hlubinných hornin granodiorit - nejrozšířenější plutonit na zemském povrchu - granodiorit granit převaha plagioklasů nad K-živci - z tmavých minerálů biotit, amfibol 35

36 Přehled hlubinných hornin křemenný diorit - tvořen křemenem a plagioklasem (andezín) - z tmavých minerálů biotit, amfibol, pyroxen - obvykle tvoří součást větších granitoidních těles 36

37 Přehled hlubinných hornin Hlubinné horniny bez křemene - syenit - diorit - gabro - struktura gabrově zrnitá, porfyrická - textura všesměrná 37

38 Přehled hlubinných hornin syenit - tvořen K-živci (ortoklas, mikroklin), plagioklasy ve velmi malém množství - z tmavých minerálů amfibol, biotit, méně častý je pyroxen 38

39 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

40 Přehled hlubinných hornin gabro - velmi tmavé dominantně amfiboly, pyroxeny, olivín zelenavá b. - světlé minerály bazické plagioklasy (např. anortit) 40

41 Přehled žilných hornin Žilné horniny s křemenem - žulový porfyr - aplit - pegmatit - struktura porfyrická, ofitická - textura všesměrná, fluidální 41

42 Přehled žilných hornin žulový porfyr - ze světlých minerálů křemen, živce (K-živce převládají nad plagioklasy) - z tmavých minerálů vzácně amfiboly, pyroxeny, biotit 42

43 Přehled žilných hornin aplit - ze světlých minerálů křemen, K-živce, plagioklasy - z tmavých minerálů biotit, turmalín (velmi jemně rozptýleny) 43

44 Přehled žilných hornin pegmatit - základní mineralogie křemen, živce, slídy - specifické minerály turmalín, beryl, zirkon, fosfáty (i drahokamové odrůdy) 44

45 Přehled žilných hornin Žilné horniny bez křemene - syenitový porfyr - dioritový porfyrit - gabrový porfyrit - lamprofyry - nepodstatně rozšířeny na území ČR 45