Základy petrografie, magmatismus, úložné tvary usazených hornin, metamorfismus Petrografie - obor geologie zabývající se popisem a systematickou klasifikací hornin, zejména pomocí mikroskopického studia - textura (stavba) prostorové uspořádání minerálů v hornině a stupeň vyplnění prostoru (pravidelné všesměrné uspořádání X pravidelné uspořádání) - struktura (sloh) charakteristická velikostí horninových součástí a jejich vývojem - na textuře a struktuře krom mineralogického složení závisí většina fyzikálních a mechanických vlastností hornin (např. pevnost, pružnost, trvanlivost) Přehled hlavních horninotvorných minerálů - horniny z minerálů - minerály chemické sloučeniny, jejichž složení lze zpravidla vyjádřit chemickým vzorcem Prvky grafit (tuha, C) šedočerný, jemně šupinkatý nebo práškový; měkký; žáruvzdorný (např. kelímky pro ocelárny, mazadla, použití v jaderných reaktorech); vznik hlavně přeměnou rostlinných zbytků síra (S) světle žlutá; nejčastěji tvoří krystalické shluky a povlaky v sopečných horninách; také se vyskytuje v sedimentech (v jílech, slínech) a v některých rašelinách Sulfidy pyrit (FeS 2 ) kovový vzhled; v přírodě snadno zvětrává (kyzové/síranové zvětrávání); nevítaná přítomnost v horninách; zvětráváním vznik síranových roztoků -> urychlují rozklad hornin a působní agresivně na beton (síranová agresivita vod) markazit liší se od pyritu krystalograficky; zvětrává zpravidla rychleji než pyrit; vyskytuje se v sedimentech (např. v uhlí) pyrhotin (FeS) magnetický, stejně nepříznivé vlastnosti jako pyrit; výskyt hlavně v diabasech, spilitech a v některých kontaktních rohovcích Chloridy sůl kamenná (NaCl) pouze v usazených horninách, příměs v solných jílech Sírany sádrovec (CaSO 4.2H 2 O) často tvoří povlaky na puklinách hornin, někdy velké krystaly a hnízda v jílovitých nebo slínitých sedimentech; rozpustný ve vodě -> síranová agresivita podzemních vod; vzniká také při kyzovém zvětrávání pyritu za přítomnosti CaCO 3 Uhličitany (karbonáty)
kalcit (CaCO 3 ) dokonale štěpný; v krystalické podobě hlavně v mramorech nebo vyplňuje pukliny hornin, v mikrokrystalické formě ve vápencích a slínech; hojný v usazených horninách biogenního původu; poměrně dobře rozpustný ve vodě Oxidy křemen (SiO 2 ) jeden z nejvýznamnějších minerálů, podstatná součást magmatitů, sedimentů i metamorfitů; čirý, mléčně bělavý, našedlý, nahnědlý (občas do růžova, modra nebo fialova); v horninách skelný vzhled; neštěpný, nerovný lom, tvrdý; nerozpustný ve vodě, nezvětrává (nejstálejší součást hornin); křemen dodává tvrdost, pevnost a trvanlivost, ale zároveň křehkost; při vysoké teplotě (575 C) zvětšuje objem (způsobuje porušování hornin, pozor ve stavebnictví např. u betonu, který má být odolný vysokým teplotám) chalcedon nezřetelně krystalická forma křemene; vznik druhotně rozpadem křemičitanů hematit (Fe 2 O 3 ) krystalická zrnka červené barvy a kovového lesku; často jako rudohnědý pigment dodávající horninám červenou barvu; při zvětrávání se mění v limonit Hydroxidy opál vodnatý SiO 2 ; bezbarvý nebo různobarevný, beztvarý; povlaky nebo výplně v dutinách vyvřelin; vznik většinou druhotně; nevítaná součást kameniva do betonu (alkalicko-silikátová reakce) limonit amorfní; rudohnědý nebo rezavohnědý; vznik rozkladem a zvětráváním minerálů bohatých na železo; způsobuje narezavělé zbarvení hornin Křemičitany (silikáty) skupina živců kromě křemene nejhojnější součást magmatických a metamorfovaných hornin, v sedimentech úlomky nebo zbytky zrnek; obecně světlé nebo bělavě zakalené; dokonale štěpné; dodávají horninám pevnost a příznivou štípatelnost Ø draselné živce KAlSi 3 O 8 ; bělavá, nažloutlá nebo narůžovělá barva; hlavně v kyselých magmatitech (žula, syenit) a v krystalických břidlicích; podstatná součást psamitických sedimentů (hl. arkóz); v mladých magmatitech (např. znělcích) zastupován sanidinem (příměs Na 2 O) Ø sodnovápenaté živce (plagioklasy) plynulá řada s krajními členy albitem (NaAlSi 3 O 8 ) a anortitem (CaAl 2 Si2O 8 ); mívají někdy nazelenalé, namodralé nebo šedé zbarvení; podstatná součást bazických magmatitů a některých krystalických břidlic; zvětrávají snadněji než draselné živce skupina amfibolů řada minerálů, společný sloupečkovitý až vláknitý tvar; světle zelená až tmavozelená barva; dokonale štěpné; hojně v magmatitech a krystalických břidlicích (např. amfibolity); dodávají horninám značnou pevnost a houževnatost; většinou vyšší obsah železa a díky tomu zvětrávají na limonit
skupina pyroxenů podobné barvou i tvarem amfibolům (rozdílný úhel štěpnosti); hlavně v bazických magmatitech (např. gabra) a krystalických břidlicích skupina olivínu převážně v bazických magmatitech; zelená barva, drobná izometrická zrnka; není štěpný; v některých čedičích tvoří kulovité shluky; přeměnou olivinických hornin vzniká serpentinit (hadec) skupina turmalínu smolně černé sloupky až jehlice; podélně rýhované; neštěpné; hlavně v kyselých magmatitech a v některých krystalických břidlicích (např. svorech); nesnadno zvětrává skupina granátů převážně načervenalé barvy, krystalky zhruba kulovitého tvaru; velmi tvrdé, křehké, neštěpné; hlavně se vyskytují v metamorfitech; někdy se hromadí v písčitých náplavech (protože nesnadno zvětrávají) skupina slíd společným znakem šupinkovitý nebo lístkovitý tvar; dokonale štěpné; podmiňují snadnou štípatelnost hornin Ø muskovit v kyselých hlubinných a žilných magmatitech a v krystalických břidlicích; světlá slída; prakticky nezvětrává (proto i v sedimentech); v oblastech, kde se vyskytují horniny bohaté na muskovit vznikají přeplavením zvětralin slínaté zeminy se zvláštními vlastnostmi mají malý součinitel vnitřního tření a jsou náchylné na sesouvání Ø biotit nahnědlý; součást magmatitů a krystalických břidlic; snadno zvětrává přičemž vzniká limonit (v sedimentech proto zřídka) skupina jílových minerálů vodnaté hlinité křemičitany; většinou submikroskopické rozměry; některé mají značnou schopnost sorpce bobtnají (silně zvětšují objem při styku s vodou) více na http://departments.fsv.cvut.cz/k135/data/wp-upload/2016/12/hlavnimineraly.pdf Magmatismus - magmatické (vyvřelé) horniny původ v hlubších částech zemské kůry a patrně i ve svrchní části zemského pláště; tvoří se v průběhu magmatických procesů - materiální zdroj silikátová tavenina zemské hmoty, tj. magma; promíšeno přehřátými roztoky a plyny - magmatické pochody vznik a pohyb magmatu, jeho vystupování k zemskému povrchu, jeho fyzikálně chemické změny - při magmatických procesech dochází k recyklaci hmoty - vznik je vázán na vnitřní zdroje tepla - vznik dílčích magmat - štěpením (diferenciací) původně homogenního magmatu díky různým fyzikálně chemickým pochodům při jeho pohybu a postupné krystalizaci - velká část hlubinných magmatických hornin (zejména žuly a diority) částečným nebo úplným přetavením hornin nejrůznějšího původu
- pohyb vzhůru v mechanicky oslabených zónách a hlubokými puklinami v zemské kůře; žulové magma postupně pohlcuje a taví pevné části svého stropu (asimiluje) - rychlost pohybu magmatu nestejná závisí mj. na viskozitě podmíněné chemickým složením a podílem tekutých a plynných složek - čedičová magmata v přívodních kanálech sopek rychlý pohyb - vystupující magma se postupně ochlazuje a tuhne - čím pomaleji se magma ochlazuje, tím dokonaleji krystalizuje Tvary těles magmatických hornin, jejich textury a struktury - podle toho, za jakých podmínek magma utuhlo, dělíme magmatické horniny na: 1) hlubinné horniny zpravidla ve větších hloubkách pod povrchem 2) výlevné horniny magma se rozlévalo a utuhlo na zemském povrchu (na souši nebo na dně velkých vodních pánví, moří a jezer) 3) žilné horniny magma vyplňuje trhliny, pukliny nebo mezivrstevní a břidličné spáry v různých hloubkách pod zemským povrchem - hlubinné vyvřeliny tvoří nejčastěji obrovské masivy (plutony), které se dospodu rozšiřují neznáme jejich podloží (tzv. batolity) nebo velmi mocné intruze např. pánvovitého tvaru (lapolity); většinou známe jen část obnaženého povrchu po denudaci původního nadloží (Obr. 1) Obr. 1 Tvary hlubinných a žilných vyvřelin (šrafovaně vyznačen kontaktní dvůr) a) před denudací, b) po denudaci (převzato ze Záruba et al., 1972). - menší tělesa hlubinných vyvřelin (v průřezu jen desítky km 2 ) pně - žilné vyvřeliny tvoří více nebo méně pravidelná deskovitá tělesa, tj. žíly (mocnost někdy až několik desítek metrů; někdy nepravidelný, zklikacený průběh, častěji přímočaré) - podpovrchové vyvřeliny tvoří někdy jednoduchá nebo rozvětvená tělesa bochníkovitého tvaru, tj. lakolity, při intruzi lakolitů někdy vyklenutí nadložních souvrství (Obr. 2) - povrchové vyvřeliny utuhly nejčastěji ve tvaru sopečných kuželů a kup nebo se rozlévaly na zemském povrchu i pod mořem v podobě plochých štítů a proudů (Obr. 3)
Obr. 2 Tvary podpovrchových vyvřelin. Znělcový lakolit a) před denudací, b) po denudaci. (převzato ze Záruba et al., 1972). - rychlost ochlazování magmatu vliv na vývoj struktury pomalé chladnutí hlubinných hornin celokrystalická struktura X velmi rychlé ochlazení sklovitá struktura - přítomnost vulkanického skla ve vyvřelých horninách nepříznivě ovlivňuje jejich technické vlastnosti (zvyšují křehkost a zhoršují opracovatelnost) - horniny s vyšším podílem sklovité příměsi mohou způsobovat dodatečné porušení betonu (díky alkalicko-silikátové reakci) Blíže o strukturách a texturách magmatických hornin na http://departments.fsv.cvut.cz/k135/data/wp-upload/2016/12/uvod-dopetrografie.pdf. Rozdělení magmatických hornin a bližší popis jednotlivých horninových typů je uveden na http://departments.fsv.cvut.cz/k135/data/wpupload/2016/12/magmaticke-horniny.pdf. Usazené (sedimentární) horniny Obr. 3 Tvary výlevných vyvřelin submarinní výlevné proudy a) před zvrásněním, b) po zvrásnění, c) po denudaci; 1 jílovité břidlice, ě kontaktně přeměněné břidlice, 3 starší diabasy, 4 keratofyry, 5 mladší diabasy (převzato ze Záruba et al., 1972). - vznikají na zemském povrchu usazováním (sedimentací) za různých podmínek a v různém prostředí rozmanitá povaha - usazování jak na souši, tak i ve vodním prostředí - sedimentární horniny tvoří většinu (3/4) zemského povrchu - důležité znát jejich vlastnosti pro zakládání staveb - matečná hornina pro většinu půd - mnohé sedimentární horniny nerostnými surovinami (uhlí, sůl, vápenec, aj.)
- dle sledu a uložení vrstev poznání geologické minulosti Země - dle způsobu, jak sedimenty vznikají, je dělíme na: 1) úlomkovité (klastické) sedimenty usazení úlomků ze starších rozrušených hornin 2) chemické sedimenty chemickým vyloučením a srážením látek rozpuštěných ve vodě 3) organogenní sedimenty působením organismů nebo z odumřelých zbytků Úložné tvary usazených hornin - významná vlastnost všech sedimentů vrstevnatost - vrstva základní tvar, v němž se usazené horniny vyskytují; vznikla během určitého časového úseku, v němž se ukládal stejný materiál a neměnily se sedimentační podmínky - vrstevní spára při dočasném přerušení sedimentace nebo nastala-li změna v charakteru usazeného materiálu - vrstevní plocha omezení jednotlivých vrstev od sebe (spodní podložní, svrchní nadložní) jejich kolmá vzdálenost = mocnost vrstvy - mocnost vrstev různá je-li nepatrná = vrstvy tence laminované, měří-li 1 až 25 cm = vrstvy deskovité, je-li nad 25 cm = lavice - vykliňování když se vrstva postupně vytrácí (klesá její mocnost), vykliňuje-li se vrstva na všechny strany = čočka - souvrství řada vrstev podobné litologie nad sebou, vyskytuje-li se v souvrství odlišná vrstva = vložka - směr vrstvy dán průsečnicí vodorovné roviny s nakloněnou vrstevní plochou - sklon vrstvy úhel, který svírá přímka největšího sklonu s vodorovnou rovinou Struktury a textury sedimentárních hornin jsou blíže popsány v http://departments.fsv.cvut.cz/k135/data/wp-upload/2016/12/uvod-dopetrografie.pdf. - zvrstvení sedimentu uspořádání částic uvnitř jednotlivých vrstev, které je dáno způsobem sedimentace Ø rovnoběžné s vrstevními plochami paralelní střídání vrstviček poněkud odlišné zrnitosti nebo vlivem různých příměsí; naznačuje klidné sedimentační podmínky (např. jezera) Ø šikmé (diagonální) zvrstvení uklonění dílčích vrstviček uvnitř vrstvy; v písčitých sedimentech ukládáním písčitých zrn vodními proudy ve vrstvičkách ukloněných šikmo k vrstevním plochám; změní-li se směr proudu, ukládají se vrstvičky opačným směrem, tj. křížové zvrstvení (Obr. 4); obojí časté v deltových uloženinách, písčitých sedimentech mělkých moří a říčních terasách Ø gradační zvrstvení u vrstev nejrůznější mocnosti, vzniká při sedimentaci říčních náplavů za velkých vod (vyšší unášivá síla řeky ukládá hrubší splaveniny písky, štěrky, při opadávání vody se usazují postupně jemnější částice)
- skluzové textury sesuvnými pohyby nezpevněných sedimentů na svazích sedimentačního prostoru pod hladinou vody - nerovnosti vrstevních ploch hlavně v mělkých vodách při pobřeží, kdy docházelo k dočasnému vynořování nezpevněných sedimentů nad hladinu (hieroglyfy na spodních plochách pískovcových vrstev nerovnosti původního bahnitého dna, např. ve flyšovém souvrství) - čeřiny pohybem vln při pobřeží - facie souhrn vlastností sedimentu, které vyplývají z geografické povahy místa vzniku a podmínek usazování; dle geografického místa vzniku (Obr. 4) např. pobřežní, hlubokomřská, jezerní facie; dle petrografického vývoje např. pískovcová, jílovitá, vápencová facie apod. Obr. 4 Vývoj sedimentů, příklad faciální změny sedimentace (převzato ze Záruba et al., 1972). Souhlasné a nesouhlasné uložení vrstev - v geologické minulosti opakované záplavy pevniny mořem, tj. transgrese a jeho ústup, tj. regrese - souhlasné (konkordantní) uložení vrstev usazené sedimenty bez přerušení v rovnoběžných vrstvách - stratigrafický hiát při vynoření dna sedimentačního přerušení sedimentace, vynořené vrstvy zpravidla částečně erodovány (Obr. 5) Obr. 5 Vysvětlení stratigrafického hiátu a) v souvrství jsou vyvinuty všechny vrstvy A až E, b) během usazování vrstvy C byla sedimentace v tomto souvrství přerušena, proto vrstva C není vyvinuta (převzato ze Záruba et al., 1972). - nesouhlasné (diskordantní) uložení vrstev v období přerušení sedimentace došlo ke zvrásnění a erozi uložených vrstev (Obr. 6)
Obr. 6 Diskordance a) diskordantní uložení vrstev (úhlová diskordance), b) zdánlivá konkordance (skrytá diskordance) (převzato ze Záruba et al., 1972). Blíže o vzniku, dělení a vlastnostech sedimentárních hornin na http://departments.fsv.cvut.cz/k135/data/wp-upload/2016/12/sedimentarnihorniny.pdf. Přeměněné (metamorfované) horniny - mimořádně silná přeměna hornin probíhá hluboko pod povrchem při poklesávání celých oblastí zemské kůry - mění se minerální složení, textura i struktura původních hornin Metamorfismus - přeměna hornin v zemské kůře, účinkem vnitřních (endogenních) činitelů, zejména zemského tepla, vnitřních tlaků, magmatu a chemického působení vodných roztoků, přehřátých par a plynů - někdy nezměněné chemické složení, někdy ano - převážně ve větší hloubce, v úrovni spodních částí sedimentárního patra a v granitovém patru zemské kůry - Podle rozsahu a intenzity metamorfózy dělíme: 1) kontaktní metamorfóza (dotyková) nejčastěji v sedimentárních horninách na styku a v okolí magmatických těles 2) dislokační metamorfóza (mechanická) vázána jen na některé geologické struktury, zejména poruchová (dislokační) pásma, na tektonické styky různých geologických jednotek, okraje intruzivních masivů, apod. převážně tlakového a pohybového rázu, horniny přeměněny hlavně mechanicky 3) šoková metamorfóza náhlou změnou teploty, tlaku nebo obojího (např. dopad meteoritu) 4) regionální metamorfóza postihuje velké oblasti; společný účinek zvýšené teploty a vysokých tlaků a velmi často chemickou aktivitou horkých vodných roztoků, plynů a par - krystalické břidlice = produkt regionální metamorfózy, vyznačují se krystalickou strukturou a více nebo méně břidličnatou texturou Textury a struktury metamorfovaných hornin jsou blíže popsány v http://departments.fsv.cvut.cz/k135/data/wp-upload/2016/12/uvod-dopetrografie.pdf.
Rozdělení, nerostné složení a vlastnosti metamorfovaných hornin je blíže popsáno v http://departments.fsv.cvut.cz/k135/data/wp-upload/2016/12/metamorfovanehorniny.pdf.