Pohyby a deformace v zemské kůře

Pohyby a deformace v zemské kůře - zemská kůra stále v pohybu důsledek pochodů v hlubších sférách Země tektonické pohyby - tektonické deformace deformace vrstev a bloků v důsledku tektonických pohybů - tektonické pohyby relativně pomalé (několik mm až cm/rok) doba vzniku velkých tektonických struktur několik miliónů let - dva druhy tektonických pohybů: 1) epeirogenetické (pevninotvorné) pohyby relativně pomalé; pokles a výzdvih větších částí zemské kůry (vedly k mořským transgresím či regresím) 2) orogenetické (horotvorné) pohyby poměrně rychlejší; silné pohyby mající za následek deformace zemské kůry (vč. vrásnění) Epeirogenetické pohyby - projev pozvolných radiálních pohybů zemské kůry - důkazem je např. dobře dokumentovaný postupný výzdvih Skandinávie, cca 1 cm/rok výzdvih začal s ústupem kontinentálního ledovce po poslední době ledové (cca 7tis. až 8tis. let) tání ledovce způsobilo odlehčení zemské kůry, což porušilo izostatickou rovnováhu - izostáze tendence udržet hydrostatickou rovnováhu mezi jednotlivými různě těžkými krami zemské kůry (proto kontinentální kůra tvořena lehčími horninami má vyšší mocnost než kůra oceánská, Obr. 1) Obr. 1. Rozdíl mocnosti kontinentální a oceánské kůry (převzato z Jakeš, 1984). - rozsáhlé mořské transgrese a regrese známy z poměrně tektonicky stabilních bloků, z tzv. tabulí nebo platforem vznik vodorovně uložených mořských či jezerních sedimentů - důkaz transgrese ukládání pobřežních hrubozrnných úlomkovitých sedimentů na starý pevninský podklad; postupně přecházejí do jemnozrnných sedimentů X regrese se naopak projevuje postupným hrubnutím sedimentů

Kontinentální drift - pohyb litosférických desek po plastické astenosféře (Obr. 2) - hybnou složkou konvekční proudy (Obr. 3) důvodem rozdíl v hustotě a teplotě plášťových hmot (obdobně jako ohřev vody v hrnci) Obr. 2 Kontinentální drift dle A. Wegenera (převzato z Jakeš, 1984).

Obr. 3 Schéma znázorňující konvekční pohyb v zemském plášti (převzato z http://geologie.vsb.cz/jelinek/tc-lit-desky.htm). - litosférické desky bloky zemské kůry a rigidní části svrchního pláště - litosférické desky jsou vymezeny na zemském povrchu rozhraním (Obr. 4, 5): a) divergentním b) konvergentním c) transformním Obr. 4 Typy litosférických rozhraní a) divergentní, b) konvergentní, c) transformní. Obr. 5 Pohyb litosférických desek s vyznačením směru pohybu a jednotlivých kontinentů.

- hranice tektonických desek výskyt intenzivní seismické činnosti a vulkanismu (Obr. 6); surovinové anomálie Obr. 6 Vyznačené typy rozhraní - oranžově divergentní r.; modře konvergentní; červené body sopky. Divergentní rozhraní - středooceánský hřbet (Obr. 7, 8) místo, kde dochází k rozestupu litosférických desek; je lemován transformními zlomy (zde dochází k zemětřesení); celková délka středooceánských hřbetů je cca 65tis. km; tvoří jakési hlubokomořské pohoří (až do výše 3 km); Island zcela unikátní místo, kde středooceánský hřbet vystupuje nad hladinu (rychlost rozpínání je zde cca 2 cm/rok) - kontinentální rift počáteční stádium vývoje oceánu v důsledku rozdělení kontinentu; projevuje se jako pás hlubokých tektonických zlomů doprovázených sopečnou činností (Obr. 9, 10)

Obr. 7 Schématický řez středooceánským hřbetem (převzato z http://geologie.vsb.cz/jelinek/tc-litdesky.htm. Obr. 8 Reliéf Země s průběhem Středoatlantského hřbetu. Obr. 9 Průběh Východoafrického riftu.

Obr. 10 Schématický řez kontinentálním riftem, vývoj oceánu (převzato z http://geologie.vsb.cz/jelinek/tc-lit-desky.htm). Konvergentní rozhraní - místo přibližování dvou litosférických desek - dochází zde k zániku litosféry za doprovodu intenzivní zemětřesné a vulkanické činnosti - tři typy rozhraní: 1) podsouvání (subdukce) oceánské desky pod kontinentální (Obr. 11a) 2) podsouvání (subdukce) oceánské desky pod oceánskou (Obr. 11b) vznik ostrovních oblouků 3) kolize dvou kontinentálních desek (Obr. 11c) vznik pásemných horstev Obr. 11 Schéma konvergentních rozhraní a) styk oceánská/kontinentální deska, b) styk oceánská/oceánská deska, c) styk kontinentální/kontinentální deska (převzato z http://geologie.vsb.cz/jelinek/tc-lit-desky.htm).

- subdukce desek (Obr. 12, 13, 14) intenzivní zemětřesná a vulkanická činnost Obr. 12 Schéma čelní části subdukční zóny (převzato z http://geologie.vsb.cz/jelinek/tc-lit-desky.htm). Obr. 13 Schéma subdukční zóny s anomálií teplotního gradientu s průběhem izoterm (převzato z http://geologie.vsb.cz/jelinek/tc-lit-desky.htm).

Obr. 14 Schéma znázorňující pozice hypocenter zemětřesení v subdukční zóně. - kolize desek nejčastěji se vyvine, když je při subdukci pohlcena celá oceánská deska, jež je pasivně spojena s druhým kontinentem (Obr. 15); příkladem kolize Indické a Euroasijské desky (vyvrásnění Hymaláje) Obr. 15 Schéma znázorňující postup kolize dvou kontinentů: a) přibližování kontinentů a uzavírání sedimentačního prostoru, b) ústup oceánu a vyvrásnění sedimentů uložených mezi kontinenty, c) vyklenutí horstva, vytvoření příkrovové stavby (převzato z http://geologie.vsb.cz/jelinek/tc-lit-desky.htm). Transformní rozhraní - prokluz desek vůči sobě (Obr. 16) - na středooceánských hřbetech příčně přerušují a odsazují průběh (kompenzace rozdílné rychlosti rozpínání)

Obr. 16 Schéma zobrazující transfromní zónu porušující oceánský hřbet (převzato z http://geologie.vsb.cz/jelinek/tc-lit-desky.htm). - rychlost pohybu litosférických desek lze dokumentovat pomocí geodetických měření nebo na základě symetrie magnetických anomálií divergence - dalšími důkazy pohybu litosférických desek jsou GPS a satelitní pozorování, radiometrická pozorování (Obr. 17), seismická pozorování, paleontologické důkazy (Obr. 18), morfologie povrchu Země Obr. 17 Pohled na dno Atlantského oceánu s vyznačením absolutního stáří čedičových hornin. Na obě strany od hřbetu se symetricky vyskytují starší a starší horniny. - hot spots (horké skvrny) dokumentují absolutní pohyb litosférických desek; jedná se o místa vzestupu konvekčních proudů, kdy dojde k vyklenutí litosféry a jejímu protavení; vznikají tak sopečné ostrovy (např. Havajské ostrovy), které jsou řazeny za sebou ve směru pohybu litosférické desky (Obr. 19)

Obr. 18 Schéma znázorňující rozšíření vybraných živočišných a rostlinných druhů v minulosti na Zemi (převzato z http://geologie.vsb.cz/jelinek/tc-lit-desky.htm). Obr. 19 Schéma vzniku horké skvrny a následných vulkanických ostrovů (převzato z http://geologie.vsb.cz/jelinek/tc-lit-desky.htm). Tektonické poruchy - deformace změny v původním objemu a tvaru geologických těles; vznik druhotných struktur (např. ohyb vrstev, vrása, zlom) - postihují zpravidla velké celé velké oblasti a jsou spjaty s tektonickými příčinami - z hlediska mechanického vývoje lze rozeznat: 1) poruchy beze zlomu (tj. plastická deformace) bez přerušen souvislosti; deformace vrásového typu; patří sem ohyby, flexury a vrásy 2) poruchy se zlomem (tj. křehká deformace) porušena souvislost vrstev nebo jiného geologického tělesa; patří sem břidličnatost, puklinatost, zlomy aj.

Poruchy beze zlomu - poruchy vrásového typu - některé horniny se chovají v přírodním stavu jako plastické hmoty působením tlaku trvalá změna tvaru, příp. objemu - při překročení meze pevnosti nastává křehká deformace - v zemské kůře ovlivnění především všesměrným (hydrostatickým) tlakem, jeho velikost roste s hloubkou - přítomnost vodních roztoků zvyšuje za stálého všesměrného tlaku a teploty schopnost plastické deformace - geologický čas - významným faktor - bezzlomové deformace vznikají zejména při tektonických pochodech v hlubších částech zemské kůry - ohyb více nebo méně výrazná změna polohy vrstvy v prostoru - flexura jednoduché kolenovité prohnutí vrstev; vrstvy mají před prohybem i za ním zhruba stejný směr a úklon (Obr. 20); nejčastější v horizontálních nebo plošně ukloněných vrstvách; střední rameno flexury bývá ztenčené (vytažené) a přechází postupně ve zlom (Obr. 21) Obr. 20 Flexury: a) radiální, b) tangenciální (převzato ze Záruba et al., 1972). Obr. 21 a) až c) Přechod radiální flexury ve zlom, d až f) vznik podobné struktury poklesovým zlomem (převzato ze Záruba et al., 1972). - vrása nejčastější formou poruchy beze zlomu; deformace vrstev připomínající zřasenou látku; skládá se z vypuklé části antiklinály a části vyduté synklinály (Obr. 22); zpravidla se každá tato část považuje za samostatnou strukturní jednotku (vrásu); jednotlivé části vrás jsou popsány

na obrázku 22; tvarová klasifikace vrás je založena na poloze osní plochy, osy, ramen vrásy a na velikosti úhlu, který svírají (Obr. 23) Obr. 22 Vrása (terminologie) (převzato ze Záruba et al., 1972). Obr. 23 Typy vrás (převzato ze Záruba et al., 1972).

- antiklinoria a synklinoria složitá soustava vrás; obrovské vrásy dosahující velikosti až desítek km, jejichž ramena bývají detailně zvrásněna a případně porušena zlomy (např. synklinoriium Barrandienu) - brachyantiklinála a brachysynklinála průběh vrásových os není vždy na delší vzdálenost přímočarý, někdy má osa vrásy vypuklý nebo vydutý průběh vznik krátce protažené klenbovitého nebo mísovitého útvaru uzavřeného ze všech stran; v jádru brachyantiklinály vystupují nejstarší vrstvy, v jádru brachysynklinály nejmlaší - dóm široká brachyantiklinála - disharmonické (diskordantní) vrásnění - tence vrstvená souvrství se vrásní dokonaleji; při střídání souvrství s různou mocností vrstev se vrásní mechanicky odlišné soubory každý svým způsobem (Obr. 24), tj. vrásnitelnost souvrství záleží na petrografické povaze hornin a na mocnosti vrstev Obr. 24 Disharmonické vrásnění: a) v silurských vápencích u Karlštejna podmíněné přítomností jílovitých vložek mezi vápencovými vrstvami, b) v antracitové pánvi v Pensylvánii podmíněné nestejnou mocností vrstev (převzato ze Záruba et al., 1972). - vrásy mají nejrůznější velikost např. v dobře vrásnitelných horninách (svory, fylity aj.) jsou jemné vrásky mikroskopických rozměrů, ale vedle toho i vrásy centimetrových až stametrových rozměrů - vznik vrás podmíněn hlavně působením horizontálních (tangenciálních) tlaků nebo tangenciálních složek napětí jiného směru (např. v oblasti pásemných pohoří) - vrásové struktury mohou být i netektonického původu (např. ukládání vrstev sedimentu na nerovném skalním podkladu, Obr. 25) Obr. 25 Vznik netektonických vrás a) nerovností podloží, b) přítomností pevného čočkovitého tělesa v plastickém souvrství (převzato ze Záruba et al., 1972). - vrásové deformace mohou vznikat i shrnováním mladých, plastických sedimentů na svazích velkých vodních pánví nebo na nerovném mořském dně; podobné jevy mohou vznikat také sesuvnými pohyby (Obr. 26)

Obr. 26 Vrásové deformace způsobené shrnováním nezpevněných sedimentů; profil hnědouhelnou slojí u Milžan na Kadaňsku (podle J. Rybáře), 1 vulkanické horniny, 2 - podložní jíly, 3 uhelná sloj, 4 vypálené jíly, 5 soliflukční uloženiny, 6 spraš (převzato ze Záruba et al., 1972). - hákování vrstev způsobeno plíživým pohybem svahových sutí v jejich nadloží - pohybující se kontinentální ledovec způsobil rovněž poměrně silné zvrásnění v plastických horninách Poruchy se zlomem - pokud napětí překročí mez pevnosti dojde k porušení původní spojitosti geologických těles - pukliny nedošlo k významnějšímu pohybu oddělených ker (bloků) X zlomy došlo k vzájemnému relativnímu posunu sousedních bloků - příčiny poruch se zlomem tlaková, tahová nebo střižná napětí; často místní povahy a nemusí být shodná se silami, které působily při tektonickém vývoji velké oblasti - pukliny: základní znaky: směr, úklon, délka, šířka, tvar a morfologie puklinové plochy, popř. výplň pukliny délka puklin různá, obtížné určení délky (pozorování v odkryvech) někdy přímočaré, někdy zohýbané často se větví nebo tvoří zpeřené tvary sevřené tlakové pukliny mohou být velmi nenápadné působením vody se časem rozšiřují a horniny podél navětrávají tím jsou pukliny zřetelnější rozevřené pukliny mnohdy šířky až několika metrů, s žilnou nebo jinou výplní (horninová drť aj.) jílové povlaky snižují tření na puklinách, zvyšují nebezpečí pohybu po puklinách puklinový systém tvořen puklinami přibližně stejného směru a sklonu; důležitá je zde hustota puklin netektonické pukliny např. plochy dělitelnosti v magmatických horninách vzniklé kontrakcí magmatu při jeho ochlazování = plochy odlučnosti (!)

- kliváž (břidličnatost): pravidelný a hustý systém paralelních štěpných ploch, které dělí horninu v destičky (Obr. 27) nejčastěji v jemnozrnných, slabě nebo silněji metamorfovaných a zvrásněných sedimentech (např. jílovité břidlice, fylity) často zastírá původní vrstevbnatost plošky kliváže sečou více méně šikmo nebo kolmo hranice petrografické nehomogenity, které odpovídají původní vrstevnatosti (např. hranice jílových a prachových nebo písčitých vrstviček) vznik zpravidla tlakem, který způsobil také zvrásnění horniny v nestejnorodých souvrstvích bývá kliváž vyvinuta jen v jemnozrnných polohách Obr. 27 Osní kliváž (podle L. U. de Sittera): a) projevuje se jen v břidličnatých polohách mezi pískovcovými lavicemi, b) druhotná břidličnatost (převzato ze Záruba et al., 1972). - zlomy: posun horniny po puklinové ploše nápadné stopy na puklinových plochách vyhlazené plochy (tektonické ohlazy nebo zrcadla) nebo systémy rýh, jenž naznačují směr pohybu sousední kry (tektonické rýhování) horniny na zlomech často drceny tvoří pásma tektonických brekcií a mylonitů směr zlomu ve vztahu ke směru hlavního napětí jež způsobilo deformaci horniny většina tahového nebo střižného původu úklon zlomových ploch je různý zlomové linie projev zlomové dislokace na zemském povrchu, u regionálně významných zlomů délky až několika set km zlomová pásma systém přibližně paralelních poruch, které se často větví (např. labský zlom) podélné zlomy probíhají zhruba rovnoběžně s delším rozměrem dané geologické jednotky příčné zlomy kolmé na výše uvedený rozměr diagonální zlomy probíhají kose k podélným zlomům a mají většinou příkré úklony na obrázku 28 jsou znázorněny typy zlomů podle směru pohybu ker vůči sobě

vrásové přesmyky a nasunutí vyvíjí se z překocených nebo ležatých vrás tektonickým ztenčením jejich středního ramena, které bývá postupně redukováno a přechází ve zlom (typické pro příkrovové pohoří, Obr. 29) Obr. 28 Zlomy: a) pokles, b) přesmyk, c) horizontální posun, d) zlom smíšeného typu (poklesový posun) (převzato ze Záruba et al., 1972). Obr. 29 Přesmyky: a), b), c) vrásový, vzniklý přetržením středního ramena překocené vrásy; d), e) f) kerný, vzniklý přesunutím kry nad zlomem (vlečení vrstvy na zlomu) (převzato ze Záruba et al., 1972). Složité tektonické struktury - stupňovité zlomy opakováním poklesových poruch po zhruba paralelních zlomech (Obr. 30), - tektonický příkop omezen po obou stranách protáhlými poklesovými poli (např. Podkrušnohorská pánev, Obr. 30) - brázda úzký a dlouhý tektonický příkop (např. Boskovická brázda) - tektonická hrásť opak příkopu; střední kra má nejvyšší polohu - příkrovy mohutné ležaté vrásy (tj. vrásové příkrovy) nebo kerná nasunutí obrovských rozměrů (tj. střižné příkrovy); působením mohutných tangenciálních tlaků

Obr. 30 Složité tektonické struktury: a) stupňové zlomy, b) tektonický příkop (prolom), c) tektonická hrásť (převzato ze Záruba et al., 1972). Praktický význam výzkumu tektonických poruch - přítomnost velkých zlomů nebo prudce nakloněných vrstev se projevuje často náhlými změnami reliéfu krajiny - někdy na zlomových liniích vyvěrají prameny nebo se objevují vlhká místa - v pokleslých částech tektonických příkopů se tvoří jezerní pánve apod. - stabilita svahu zářezů, stavebních jam i stabilita povrchu terénu může záviset někdy na úklonu vrstev a puklinatosti (sesouvání po nakloněných puklinách a vrstevních spárách) - nestejnorodost základové půdy v důsledku tektonického porušení - přítoky vod po zlomových zónách komplikují hydrogeologické poměry staveniště - pravidelné systémy puklin usnadňují těžbu - velice důležitý strukturně geologický a tektonický průzkum při projektování tunelových a vodních staveb - intenzita tektonického porušení rozhoduje často o propustnosti základů i rozsahu těsnících (injektážních) prací - významné zdroje podzemní vody často vázány na synklinální oblasti tvořenými propustnými souvrstvími - ložiska ropy a zemního plynu vázána na často na velké tektonické deformace Použitá literatura: Jakeš P. (1984): Planeta Země, Praha, 416 str. http://geologie.vsb.cz/jelinek/tc-lit-desky.htm Záruba Q., Vachtl J., Pokorný M. (1972): Základy geologie a petrografie pro stavební fakulty, Praha, 386 str.