21 Metamorfní a povrchová voda Hydrotermální roztoky ale nemusejí mít pouze magmatický původ: často jde o vody původně povrchové, které pronikly do hloubek a ohřály se, anebo o vody metamorfního původu během regionální metamorfózy (viz dále) se totiž voda může uvolňovat chemickými reakcemi z některých minerálů. Původně povrchová ohřátá voda stoupá vzhůru k povrchu a po cestě vyluhuje horniny, jimiž proniká. Takto se voda nabohatí vylouženými látkami a tyto rozpuštěné látky se vysráží jinde v podobě minerálů. Obecně platí, že hydrotermální roztoky obvykle obsahují vodu z dvou i více zdrojů, takže hydrotermální roztok je nejčastěji směsí povrchové a magmatické vody. Souměrná zonální rudní žíla z Příbrami; na okraji hornina (droba), na ni narůstá galenit, střed je vyplněn kalcitem jako nejmladším minerálem. Minerály průběžně vyplňovaly otevírající se puklinu v drobě
22 Vyluhováním hornin a následným vysrážením minerálů se mohou látky koncentrovat v ekonomicky významném množství a vytvořit tak ložisko. Nabohacením z okolních hornin vznikla mnohá ložiska zlata, konkrétně zlatonosné křemenné žíly, které zlato obsahují v podobě velkého množství nepatrných zrníček zarostlých v křemeni. K takovému typu patří i některá česká historická ložiska zlata. Rozpouštěním horninových minerálů a vysrážením nově tvořených vzniká i tak zvané společenství minerálů alpského typu, které popíšeme v kapitole o přeměněných horninách. Hydrotermální žíly Horké hydrotermální roztoky putují po trhlinách, puklinách a zlomech v horninách, a to mnohdy i na značné vzdálenosti. Jak hydrotermální roztoky chladnou, krystalizují z nich postupně různé minerály. Trhlina, puklina či zlom se v důsledku pohybů horninových bloků (popřípadě v důsledku plastických deformací hornin) postupně otevírá a minerály vysrážené z hydrotermálního roztoku otevřený prostor průběžně vyplňují. Takto vzniklé deskovité těleso se nazývá hydrotermální žíla. Rozpraskání hornin a rozšíření trhlin může způsobit i přímo tlak pronikajících roztoků. Pokud se zlom neotevírá a sousední horninové bloky se o sebe vzájemně třou, je jejich kontakt podrcen. Po těchto poréznějších poruchových zónách pronikají hydrotermální roztoky poměrně snadno. Minerály vysrážené z hydrotermálního roztoku původní porušenou horninovou hmotu zčásti zatlačují a zčásti přeměňují. Hydrotermální žíly na podrcených zlomových zónách nebývají tak pravidelné a souvislé jako žíly vzniklé na otevírajících se zlomech a puklinách. Délka hydrotermálních žil může dosáhnout stovek metrů až prvních kilometrů ve vodorovném i svislém směru (u vertikální probíhající žíly), jejich tloušťka (mocnost) se zpravidla pohybuje v centimetrech a metrech, vzácně v desítkách metrů. Nejčastějšími žilnými minerály, tj. minerály tvořícími žilovinu, jsou křemen a uhličitany (kalcit, dolomit, ankerit, siderit), na některých žilách je běžný baryt. V žilovině mohou být zarostlá zrna, vrstvy i větší masy užitkových minerálů rudních a nerudních. Hydrotermální žíly bývaly v minulosti hlavním, velmi koncentrovaným zdrojem všech základních neželezných (barevných) kovů, dnes se ve světě stále rozsáhleji těží jiné typy ložisek, v nichž jsou užitkové minerály více rozptýleny ve větších objemech hornin. Taková ložiska jsou sice méně koncentrovaná, zato ale mnohem větší, než bývají ložiska žilná. V Čechách měla v minulých staletích velkou tradici těžba zlata a stříbrných rud z hydrotermálních žil. Většina hydrotermálních žilných ložisek v Čechách se nachází v rulových horninách. Žíly pronikají rulami zejména v Krušných horách a na Českomoravské vrchovině, což jsou dvě oblasti s historicky významnými ložisky kovů, hlavně stříbra. Na Českomoravské vrchovině se stříbrné doly nacházely v okolí Jihlavy, Havlíčkova Brodu a v Kutné Hoře, v Krušných horách je nejproslulejším ložiskem stříbra Jáchymov. Zlato se dobývalo zejména v pozdním středověku za králů Jana Lucemburského a Karla IV. z křemenných žil v Jílovém u Prahy, u Nového Knína, v Kašperských Horách a jinde. Dutiny hydrotermálních žil byly vždy zdrojem sběratelsky atraktivních ukázek minerálů, u nás jsou proslulé zejména krásné drúzy galenitu, sfaleritu, kalcitu a křemene ze stříbrných a olověných dolů v Příbrami a Stříbře či drúzy barevných krychlových krystalů fluoritu z fluoritových dolů v Běstvině v Železných horách, ve Vrchoslavi u Teplic i z dalších lokalit. Ložiska rozptýlených rud Z hydrotermálních roztoků nemusejí vznikat pouze masivní žíly: látkami nabohacené roztoky, které putují trhlinkami v hornině, mohou svůj obsah vyložit i přímo v hornině, takže poté je
23 celá hornina prostoupena například jemnými žilkami křemene s nepatrnými zrnky chalkopyritu či jiných minerálů. Právě takto vznikají výše zmiňovaná objemná, avšak méně koncentrovaná ložiska rud rozptýlených ve vyvřelých horninách. Typickým příkladem jsou četná, celosvětově velmi významná ložiska měděných rud v porfyrických světlých vyvřelinách (hlavně v granodioritech) v Severní, Střední a Jižní Americe; vznikla v kořenových zónách velkých vulkánů, které byly později z velké části odstraněny erozí, takže původně hluboko uložená ložiska rud se dostala blíže k povrchu. Hlavním rudním minerálem ložisek tohoto typu je chalkopyrit, dalšími jsou molybdenit, bornit a jiné sulfidy. Ze sulfidů se kromě mědi jako vedlejší produkt získává i významné množství zlata a stříbra. Největšími ložisky mědi na světě jsou v současnosti ložiska porfyrových měděných a molybdenových rud Escondida a Chuquicamata v Chile, otevřená a těžená gigantickými povrchovými lomy. Jiným typem ložisek mědi s rozptýleným zrudněním jsou tak zvané mansfeldské břidlice, usazené horniny obsahující drobná zrna bornitu či chalkozínu. Tento typ měděné rudy byl dříve dobýván v Mansfeldu v Německu, v Lubinu v Polsku a v menší míře i u nás v Horní Kalné a Rudníku u Vrchlabí a v Horních Vernéřovicích u Červeného Kostelce. Podobný typ měděného zrudnění, tentokrát v pískovcích, je těžen v oblasti Copperbeltu v Zambii a Kongu-Kinshasa. Ložiska olova a zinku ve vápencích Z hydrotermálních roztoků vznikají také ložiska olova a zinku ve vápencích. Sfalerit a galenit v nich tvoří nepravidelné páskovaně vrstevnaté akumulace. Nejvíce ložisek tohoto typu se nachází v oblasti Tri State (Kansas, Missouri, Oklahoma) v USA, známá jsou také ložiska Bleiberg v Rakousku, Cave del Predil (dříve Raibl) v Itálii, Mežica ve Slovinsku a oblast Olkusz-Bytom v Polsku. Řekli jsme si, jak mohou hydrotermální roztoky částečně přeměnit horninu, jak z nich mohou vykrystalizovat akumulace minerálů v podobě deskovitých těles zvaných hydrotermální žíly, jak mohou vznikat ložiska rud rozptýlených v hornině nebo masivní akumulace rud olova a zinku ve vápencích. Hydrotermální roztoky mohou původní horninu přeměnit k nepoznání o tom pojednáme v kapitole o přeměněných horninách, konkrétně v podkapitole o metasomatóze hornin. Dutiny po plynech ve vulkanitech Kromě vody obsahuje magma také plyny. Za vyšších teplot postupují horké vodné magmatické roztoky a plyny pohromadě jako jedno společné médium, avšak za nižších teplot, ale ještě spíše za nižších tlaků, se voda a plyn od sebe oddělí. V tuhnoucích vulkanických horninách mohou plyny vytvářet oválné dutiny (připomínající bubliny v těstě) o velikosti od několika milimetrů až do několika desítek centimetrů, ve výjimečných případech až prvních metrů. Do těchto oválných dutin po plynech pronikají roztoky, z nichž na stěnách postupně krystalizují drúzy nádherných krystalů kalcitu, zeolitů a dalších minerálů. Složení nově vzniklých minerálů je závislé na okolní hornině, kterou roztoky vyluhovaly. Dutiny mohou být vyplněny buď zčásti to znamená, že krystaly pokrývají stěny dutin, anebo zcela. Pokud jsou takové vulkanity otevřeny lomem nebo jsou přístupné ve skalním výchozu, jsou vyhledávaným cílem sběratelů minerálů. Stará slavná naleziště dutinových zeolitů, zejména stilbitu, skolecitu, heulanditu a chabazitu, jsou na Islandu a na Faerských ostrovech; traduje se, že v tamních vulkanických skalách na mořském pobřeží hnízdí v drúzových dutinách s překrásnými, až několikacentimetrovými krystaly zeolitů mořští ptáci. V ČR je množství nalezišť s dutinovými zeolity ve vulkanických horninách Českého středohoří.
24 Vyplněním dutin po plynech ve vulkanitech vznikají také acháty. Při tropickém zvětrávání hornin je uvolňován křemičitý gel, který proniká do oválných dutin a postupně se z něj srážejí vrstvičky různě zbarveného chalcedonu. Křemenné a chalcedonové výplně vulkanických dutin nacházíme po jejich vyvětrání jako achátové pecky. Podobně vznikají geody fialového křemene čili ametystu. Geodami nazýváme duté kulovité a oválné pecky vystlané uvnitř drúzami krystalů; známé jsou zejména velké ametystové geody z jižní Brazílie a z Uruguaye. V ČR se pěkné geody ametystu nacházely na Kozákově u Turnova. Stejná lokalita se proslavila i výskytem zeolitů, zejména heulanditu, v dutinách a na puklinách čediče. Horniny usazené neboli sedimentární (sedimenty) Klastické sedimenty, biosedimenty Usazené horniny jsou tvořeny převážně minerály, které byly původně součástí vyvřelých, přeměněných a starších usazených hornin. Původní horniny musely být nejprve zvětráváním rozrušeny na drobné či větší částice (klasty, úlomky) a uvolněný materiál byl povrchovou vodou, popřípadě větrem či ledem, přemístěn a nakonec usazen v mořích, jezerech a řekách. Větrem či ledem přepravované zvětraliny se usazují i na souši. Po čase bývá takto usazený materiál zpevněn do podoby pevných hornin. Usazené horniny tvořené úlomky starších rozrušených hornin a minerálů označujeme jako sedimenty klastické. Popsaným způsobem vznikají například pískovce, horniny tvořené hlavně drobnými omletými zrny křemene. Zrna křemene mohla být původně součástí kupříkladu žul. Žulová zvětralina byla řekami důkladně opracována a přetříděna. Méně odolné minerály jako živce a slídy se přeměnily na jemný jíl nebo se zcela rozpadly, takže do moře nebo jezera se dostala už jenom opracovaná zrna křemene, která se postupně usazovala na dně. Tlakem dalších a dalších přibývajících vrstev ještě nezpevněného křemenného písku se budoucí pískovec stlačoval a zhutňoval. Při ustupování moře nebo jezera proudily pískovcem vodné roztoky, z nichž se vysrážely minerály jako kaolinit, kalcit, křemen, limonit, glaukonit, illit či chlorit. Vysrážené minerály písková zrna stmelily a zpevnily v kompaktní pískovcovou horninu. Pískovce jsou hlavní horninou české křídové pánve, setkat se s nimi můžeme třeba ve skalách Českého ráje. Pokud je pískovcovým tmelem limonit, mluvíme o železitých pískovcích, které byly kdysi příležitostně těženy jako železná ruda. Vedle pískovců jsou dalšími typickými klastickými sedimenty například slepence, arkózy či droby. Mírně odlišný způsob vzniku mají vápence. Většina vápenců vzniká v teplých mořích usazováním zlomků drobných vápnitých, kalcitových či aragonitových, schránek mořských mikroorganismů nebo úlomků různých lastur. Další vývoj vápence je podobný jako u pískovce: jemné i hrubší úlomky vápnitých schránek jsou stmeleny, zpevněny a celá hornina je často i mírně překrystalována s přibývajícími vrstvami dalšího usazeného materiálu se totiž spodnější vrstvy dostávají do hloubky a tím i do vyšších teplot a tlaků. Masa již pevné vápencové horniny v důsledku pohybů zemských desek rozpraská a pronikají jí roztoky, z nichž na puklinách vápence krystalizují hrubozrnnější formy kalcitu v podobě kalcitových žil. Ve vápencových lomech v Českém krasu bývaly, a čas od času ještě jsou, při těžbě prvohorních vápenců nacházeny pěkné drúzy krystalových mnohostěnů kalcitu, které vykrystalovaly do dutin kalcitových žil. Nejjemnějšími usazeninami jsou jílovce a jílové břidlice. V těch se někdy mohou vysrážet pěkné krystaly pyritu, markazitu, sádrovce, aragonitu a jiných minerálů. Jílové usazeniny jsou plastické díky tomu si uvedené minerály mohou vytvořit dostatečný prostor k růstu. Průhledné a průsvitné deskovité krystaly sádrovce až 30 cm velké se příležitostně nacházely a nacházejí při stavebních a výkopových pracích v různých částech Prahy v jílovitých břidlicích ordovického stáří. Pěkné
25 Kalcit, Koněprusy-lom Čertovy schody, ČR; 5 až 10 cm velké krystaly v rozměrné dutině ve vápenci, srpen 2009 krystaly pyritu a markazitu bývají nalézány v usazeninách v blízkosti uhelných slojí Sokolovské a Mostecké uhelné pánve. Vyrostlice pyritu bývají i v pevnějších usazeninách, jakými jsou vápence nebo jílo-sideritové konkrece; v těchto horninách mohly dobře omezené krystaly pyritu vzniknout díky krystalizačnímu tlaku rostoucího minerálu a rozpouštěcímu účinku přítomné vody, a to v době, kdy sediment nebyl ještě zcela pevný. Jen o něco hrubozrnnější než jílovce jsou prachovce a prachové břidlice. V některých prachovcích v okolí Plzně je hojně rozptýlený jemný pyrit. Takové horniny, nazývané kyzové břidlice, byly zejména v 19. století hojně těženy a byla z nich vyráběna kyselina sírová. Uhlí a ropa Také uhlí je usazenou horninou, i když se neskládá z minerálů v pravém slova smyslu. Uhelné sloje vznikaly v různých epochách vývoje Země, na území dnešní ČR zejména v mladších prvoho-
26 rách a ve třetihorách. Tehdejší jezera se zanášela usazeninami a utvářela se rašeliniště s odumírajícími rostlinami i naplavenými rostlinnými zbytky. Poté jezerní pánev v důsledku geologických pohybů poklesla a nahromaděná rostlinná hmota byla překryta mladšími říčními usazeninami, takže mocná vrstva tvořená zbytky rostlin se dostala do větších hloubek, kde byla stlačována přibývajícím nadložím a do jisté míry i zahřívána. Tím došlo k prouhelnění, tedy přeměně rostlinné hmoty v uhlí. Původní objem rostlinné hmoty se přitom mnohonásobně zmenšil. Vrstvu uhlí uloženou v sedimentech nazýváme sloj. Vedle uhlí je další důležitou energetickou surovinou ropa, která je zároveň nepostradatelná k výrobě plastů. Také ropa, stejně jako uhlí, vzniká v prostředí usazených hornin. Výchozí hmotou pro vznik ropy jsou odumřelé mořské planktonní mikroorganismy, které se usazují na mořském dně a stávají se součástí mořských usazenin, v nichž se postupně přeměňují na ropu, jež má schopnost putovat porézními propustnými horninami. Pokud je porézní prostupná hornina (např. pískovec) utěsněna nepropustnou horninou (např. jílovcem), ropa se v propustné hornině hromadí a vzniká ložisko; ropa je přitom rozptýlena v podobě kapiček v pórech mezi zrny minerálů. Chemogenní (vysrážené) sedimenty Vápence mohou vznikat nejenom stmelením vápnitých schránek organismů, ale mohou se vysrážet i přímo z mořské vody. To se děje zejména v tropických oblastech v malých hloubkách v dosahu slunečního světla. Obdobným způsobem vznikají evapority, usazeniny, které se vysrážely z odpařující se mořské vody v lagunách, popřípadě odpařováním jezerních vod. V mořských evaporitových souvrstvích se střídají vrstvy vápenců, dolomitů, halitu, sádrovce, anhydritu a jiných solí. Z evaporitových ložisek se těží většina kuchyňské soli, kterou používáme. Jedno z nejznámějších ložisek halitu se nachází ve Wieliczce u Krakova v Polsku; z tamních solných dolů pocházejí bohaté skupiny velkých krychlí halitu (soli kamenné), které zdobí mnohé muzejní mineralogické sbírky. Významná ložiska halitu jsou například i v Německu a v Rakousku, v ČR není žádné ložisko kuchyňské soli známo. Nevelké evaporitové ložisko je u Opavy, obsahuje ovšem pouze sádrovec. Odpařováním vody v jezerech vznikla ložiska minerálů boru boritanů v Kalifornii (Searles Lake) a ledku (minerál nitronatrit) v poušti Atacama v Chile. Na prostředí usazenin evaporitového typu jsou vázána i mnohá ložiska přírodní ryzí síry. Síra zde vznikla chemickou přeměnou sádrovce za přispění speciálních bakterií. Zejména v 19. století, v době výrazného průmyslového rozvoje, měla velký význam ložiska síry na Sicílii, odkud pocházejí překrásné drúzy sytě žlutých, silně skelně lesklých, dokonale omezených, až 12 cm velkých krystalů tohoto minerálu, jež narůstají na stěny puklin příčných na vrstvy mořských usazenin. Velmi podobné ložisko síry, které je stejně jako ložiska sicilská již vytěžené, se nacházelo u polského Tarnobrzegu, odkud byly rovněž získávány efektní drúzy krystalů přírodní síry. Sedimentárními pochody mohou vznikat také ložiska železných rud. Zdroj železa je v tomto případě ve vulkanických horninách s křemičitany železa a dalších prvků, jako jsou některé amfiboly a pyroxeny. Křemičitany jsou chemickým zvětráváním přeměněny, železo se z nich uvolňuje a v podobě sloučenin migruje; nakonec se může vysrážet a usadit na dně jezera či moře v podobě hematitu, sideritu nebo Fe-chloritu. Sedimentární železné rudy byly u nás těženy především v 19. století na mnoha ložiskách v širokém okolí Berouna, kde tvoří čočkovitá tělesa mezi vrstvami mořských usazenin ordovického stáří (starší prvohory). Jen mírně odlišným typem usazených ložisek železných rud jsou páskované železné rudy. Ty vznikaly už velmi dávno, zhruba před dvěma až třemi miliardami let, na mořském dně vysráže-
27 Přehled základních typů sedimentárních hornin Hornina Prostředí vzniku Složení Vzhled aj. charakteristika jílovec, jílová břidlice jezera, moře jílové minerály světle žlutý, žlutošedý, šedý, jemně vrstevnatý, rozpadavý prachovec, prachová břidlice moře, jezera křemen, jílové minerály jemností zrn mezi jílem a pískem, šedohnědý, často jemně vrstevnatý pískovec mělká moře, jezera, řeky křemen, jílové minerály velikost zrn 0,06 2 mm, světle žlutý, rezavě žlutý, bílý, měkký arkóza jezera a moře, řeky křemen, živec krátký transport zrn, zrna minerálů málo opracovaná, různě velká a různého druhu droba moře úlomky hornin, jílové minerály, živec, křemen šedá, šedohnědá hornina, krátký transport zrn, málo vytříděný materiál, ostrohranná, málo opracovaná zrna slepenec (konglomerát) řeky, ledovce křemen, horniny obsahuje valouny hornin a křemene, tmel křemenný a uhličitanový; zpevněný štěrk křemenec mělká moře, jezera křemen bílý, nažloutlý, našedlý, celistvý, pevný; zrna křemenného písku jsou tmelena křemitým tmelem vápenec moře kalcit dolomit moře dolomit, kalcit bílý, šedý až černý (vlivem organických látek) i načervenalý (příměs hematitu), vrstevnatý jemnozrnný až středně zrnitý, světle šedý až bílý; vzniká hlavně dolomitizací vápenců slínovec moře jílové minerály, kalcit přechod mezi vápencem a jílovcem opuka moře jílové minerály, kalcit, křemen, opál bílá, žlutavá, lehce lasturnatý lom; písčitý slínovec obsahující biogenní SiO 2 ze schránek organismů buližník (lydit) moře křemen šedočerný až černý, celistvý, tvrdý travertin teplé i studené prameny kalcit bělošedý, žlutý až žlutohnědý, pórovitý; sladkovodní vápenec ním z mořské vody. V těchto pradávných dobách ještě chyběl v atmosféře Země kyslík a jedinou formou života byly jednobuněčné sinice v mořích. Téměř všechen kyslík, který tyto sinice fotosyntézou vyprodukovaly, byl spotřebován na výrobu hematitu, oxidu železitého Fe 2 O 3. Železo bylo v hojné míře rozpuštěno v mořské vodě. Až poté, co bylo veškeré železo z mořské vody uloženo v podobě páskovaných železných rud, přestala jejich tvorba a v atmosféře začal stoupat obsah kyslíku. Dnes jsou ložiska páskovaných železných rud hlavním světovým zdrojem železa a jejich zásoby jsou tak obrovské, že lidstvu bez problémů vystačí po další tisíce let. Těží se zejména na Ukrajině (Krivoj Rog), v Brazílii, Austrálii, Číně, Indii, Kanadě a USA. Páskované železné rudy jsou tvořeny několik milimetrů až centimetrů mocnými rovnoběžnými pásky, respektive vrstvičkami jemnozrnného červeného hematitu nebo černého magnetitu v šedých křemencích.
28 Zvláštním případem usazených hornin jsou buližníky, horniny tvořené převážně jemnozrnným křemenem, jenž je šedě až černě zbarven uhlíkem. Buližníky vznikaly na mořském dně srážením gelu kyseliny křemičité za přispění kolonií mikroorganismů, přičemž kyselina křemičitá měla původ v horkých podmořských pramenech spjatých s vulkanickou činností. Buližníky v podobě odolných skalních hřbetů vystupují v krajině na mnoha místech na severním okraji Prahy a v okolí, u Kladna, na západ od Berouna a v okolí Plzně a Klatov. Velký ekonomický význam mají usazená ložiska fosforečnanů (fosforitů). Nejčastěji jsou tvořena různými typy apatitu a vznikla na dně teplých, životem oplývajících moří nahromaděním fosforečnanových schránek a kosterních pozůstatků odumřelých živočichů a jejich výkalů. Prouděním vody byl tento lehký materiál splaven a nahromaděn do lokálních proláklin, pohřben mladšími usazeninami a později při kompakci v pevnou horninu mírně přeměněn (překrystalován) na čočkovitá tělesa tvořená převážně minerály ze skupiny apatitu. Fosforečnany mohly též prostřednictvím roztoků sedimentem putovat a vysrážet se v něm v podobě kulovitých apatitových konkrecí. Fosfority jsou hlavní surovinou pro výrobu sloučenin fosforu a fosforečných hnojiv. Horniny přeměněné neboli metamorfované (metamorfity) Metamorfované horniny vznikají přeměnou vyvřelých, usazených a starších přeměněných hornin, a to obvykle za zvýšených teplot a tlaků. Horniny mohou během geologických procesů měnit svoji polohu v zemské kůře, například sedimenty se v důsledku pohybů zemských desek a horotvorných pochodů dostanou do hlubších částí zemské kůry a přizpůsobují se změněným tlakům a teplotám přeměňují se. V hornině dochází k překrystalování minerálů a ke vzniku minerálů nových. Regionálně metamorfované horniny Nejrozšířenější z metamorfitů jsou regionálně metamorfované horniny. V ČR zaujímají rozsáhlá území v jižních a jihozápadních Čechách, na západní Moravě, v Krušných horách, v Hrubém Jeseníku a jinde. Při regionální metamorfóze se horniny horotvornými pochody dostávají do větších hloubek, prohřívají se a jsou stlačovány. Horotvornými pochody bývají vyvrásněna vysoká horstva. Jak se hory zvyšují a jejich objem narůstá, mohou se horniny v jejich jádrech či kořenech dostat do tak velkých hloubek (čili do takových teplot a tlaků přibývajícího nadloží), že dojde k jejich nejprve částečnému a poté úplnému roztavení. Takto vzniklá tavenina pak v nitru hor po miliony let chladne a tuhne, až vykrystalizuje v podobě žulového plutonu. Ten během chladnutí předává teplo okolním horninám, tím je zahřívá a horniny se vlivem tepla přeměňují. Plutonický magmatismus provází horotvorné pochody velmi často a plutony na sobě mívají plášť tvořený regionálně metamorfovanými horninami. Vlivem zvýšených teplot dochází v hornině k překrystalování minerálů a minerály spolu také mohou reagovat, takže vznikají minerály nové a staré zanikají. Prostředníkem chemických reakcí je voda, která se v malé míře uvolňuje ze struktur některých minerálů a nachází se mezi zrny minerálů; lze říci, že hornina se jaksi potí, zůstává ovšem jako celek v pevném stavu, nejvýše se stává mírně plastickou. Zrna minerálů se zvětšují a vlivem orientovaného tlaku rostou přednostně jedním směrem, protahují se a tvoří pásky, takže výsledná hornina je uspořádána do vrstviček, jimž říkáme foliace; jde se o jakousi metamorfní vrstevnatost nebo metamorfní břidličnatost. Ta je charakteristická pro všechny tak zvané krystalické břidlice, k nimž patří zejména fylity, svory a ruly. V příčném řezu přes foliaci můžeme pozorovat páskování metamorfovaných hornin, zvláště dobře u rul,
29 v nichž se mohou střídat světlejší a tmavší pásky minerálů. Pro svory je typická přítomnost velkého množství dobře viditelných šupinek světlé slídy uspořádaných do rovnoběžných vrstviček. Fylity se často štípou na tenké destičky, takže některé bývaly v minulosti využívány jako pokrývačské břidlice. Již jsme naznačili, že překročí-li teplota při metamorfóze kritickou mez, začne se hornina částečně tavit. Tak vznikají migmatity, horniny charakteristické tím, že jsou tvořeny světlými pásky z křemene a živce a tmavými pásky s převahou slíd. Fylity, svory, ruly a migmatity mají společný původ: vznikají přeměnou břidlic a drob, které patří mezi nejrozšířenější mořské usazeniny. Jsou-li tyto mořské usazeniny zahřáty a stlačeny, vznikají z nich nejprve fylity a z nich pak s přibývající teplotou a tlakem postupně svory, ruly a nakonec migmatity. Pokud se migmatity zcela roztaví, poskytují žulové magma. Vyrostlice (porfyroblasty) v metamorfitech V regionálně metamorfovaných horninách mohou vznikat minerály, které v usazeninách a vyvřelinách nevznikají, např. kyanit, sillimanit a staurolit. Jsou pro ně charakteristické také cordierit, granát či andalusit. Kyanit, staurolit, almandin a andalusit mohou vytvářet až několikacentimetrové, krystalovými plochami dobře omezené krystaly, jež jsou vyhledávány sběrateli. U nás nacházíme pěkné ukázky almandinu a staurolitu například ve svorech v okolí Sobotína, Petrova nad Desnou, v širším okolí Keprníku a jinde v Jeseníkách. Vyrostlice krystalů rostou během regionální metamorfózy na úkor okolních minerálů. Původní minerály se rozpouštějí a tím vytvářejí prostor pro nově krystalované minerály, jež vznikají reakcí rozpuštěných komponent. Nově rostoucí krystaly tak získávají dostatečný prostor, aby se mohly omezit dobře vyvinutými krystalovými plochami; vytvářejí si jej také tlakem růstu, jímž své okolí mechanicky deformují. Velké a dobře omezené krystaly v metamorfitech bývají zcela obklopeny drobněji vykrystalizovanou základní hmotou a pro sběratele nebývá snadné je z horniny alespoň zčásti vyprostit tak, aby se mohli těšit jejich krásou. Sekreční čočky a žíly Během regionální metamorfózy se z hornin uvolňují roztoky, které putují horninou a na příhodných místech z nich krystalizují minerály. Tak vznikají žilky a čočky vypoceného, tak zvaného sekrečního křemene (popřípadě i živce), časté zejména v pararulách. V sekrečních křemenných čočkách mohou být zarostlé vyrostlice rutilu, jako je tomu třeba v okolí Soběslavi nebo poblíž Golčova Jeníkova, jindy v nich bývají tabulky kyanitu, například v okolí Bečova nad Teplou, na Pancíři na Šumavě nebo u Frymburku při břehu nádrže Lipno. Pokud jsou sekreční čočky složeny z velkých jedinců křemene a živce, připomínají pegmatitové žíly, zvláště když ještě navíc obsahují sloupečky skorylu, jako je tomu například u Golčova Jeníkova. V některých případech obsahují sekreční čočky křemene také zlato; v historických dobách bylo takové ložisko zlata těženo na Zlatém Chlumu u Jeseníku. Společenství minerálů žil alpského typu V regionálně metamorfovaných horninách (ale i ve vyvřelinách) nalézáme charakteristické společenství minerálů, kterému podle klasických výskytů v Alpách říkáme alpská parageneze či žíly alpského typu. Během vrásnění metamorfovaných hornin a při chladnutí vyvřelin vznikají praskliny a trhliny, jež se dalšími pohyby více či méně otevírají. V hornině se mezi zrny minerálů nachází malé množství vody, která je otevírajícími se trhlinami vlastně nasáta a poté jimi pomalu protéká. Voda předtím horninu do určité míry vyluhovala, takže obsahuje rozpuštěné látky,
30 z nichž na stěnách otevřených trhlin a prasklin krystalizují minerály, jež je buď částečně, nebo zcela vyplní. Vyluhování okolních hornin je pro alpské žíly charakteristické a druhová pestrost společenství nově vzniklých minerálů je na složení okolních hornin zcela závislá. Minerály alpských žil bývají často vyvinuté v podobě atraktivních ukázek, takže jsou oblíbeným cílem sběratelů. Mezi typické minerály alpských žil patří křemen, albit, epidot, chlorit, prehnit, titanit, anatas, brookit, zoisit a řada dalších. V ČR se minerály alpského společenství vyskytují například v amfibolitovém lomu v Libodřicích u Kolína, kde lze nalézt prehnit, analcim, axinit a další minerály, nebo v rovněž amfibolitovém lomu v Markovicích nedaleko Čáslavi, kde lze objevit hlavně prehnit, analcim, laumontit a titanit. Proslulé jsou nálezy krásných sloupcovitých krystalů epidotu u Sobotína na Šumpersku, patřící mezi nejhezčí svého druhu na světě. Zajímavé ukázky minerálů pocházejí také z lomu v Krásném u Šumperka. Kontaktní metamorfóza Dalším typem metamorfózy je kontaktní metamorfóza. K té dochází po průniku vyvřelých hornin na jejich kontaktu s okolním. Typickým příkladem je proniknutí žuly do vápenců, po němž dochází k prohřátí vápence a k jeho rekrystalizaci, případně i k látkové výměně mezi chladnoucím žulovým magmatem a vápencem; vznikají minerály kontaktních rohovců (u nás někdy nazývaných erlany) nebo kontaktních skarnů, zejména vápenatý granát grosulár a dále vesuvian a wollastonit. Dobře omezené krystaly grosuláru a jejich drúzy se vyskytovaly u Žulové a Vápenné v Rychlebských horách, sběratelsky atraktivní ukázky vesuvianu například v Hazlově u Chebu. Masivní vzorky vláknitého wollastonitu se příležitostně objevovaly při těžbě kamene v lomu Na Marjánce u Stříbrné Skalice, kde byly součástí několikametrových kontaktně přeměněných útržků vápence v žule. Jiným příkladem kontaktně metamorfovaných hornin jsou plodové břidlice. Vznikají kontaktní metamorfózou jílovců a tvoří se v nich minerály andalusit a cordierit, jež mohou vytvářet i větší zrna, která se podobají jakýmsi plodům v hornině. Plodové břidlice a kontaktní rohovce s drobnými, nicméně okem viditelnými krystaly andalusitu a cordieritu nacházíme například v okolí Tehova u Říčan; přeměněny byly teplem žulového magmatu říčanské žuly, která je nejsevernějším výběžkem středočeského plutonu. Jiným případem kontaktní metamorfózy je vznik porcelanitů vypálením jílovitých hornin v blízkosti hořících uhelných slojí nebo tepelným účinkem magmatu. Metasomatóza Zvláštním typem metamorfózy je metasomatóza: jde o přeměnu hornin roztoky a plyny, které pronikají mezi zrny minerálů a reagují s nimi za vzniku nových minerálů. Tímto způsobem může být hornina přeměněna do té míry, že ztratí svůj původní vzhled. Metasomatózou vápenců, dolomitů a slínů mohou vznikat skarny, horniny tvořené obvykle převážně granátem (andraditem či grosulárem) a pyroxenem (hedenbergitem nebo diopsidem). Některé skarny obsahují vtroušená zrna magnetitu, takže sloužily jako železné rudy, u nás například ve Vlastějovicích nad Sázavou nebo na Zlatém kopci u Božího Daru v Krušných horách. Jiné skarny obsahují scheelit, takže mohou být zdrojem wolframu. Skarn se scheelitem byl u nás pokusně těžen u Malého Boru poblíž Horažďovic. Některé skarny mají kontaktně metamorfní původ, což znamená, že sousedí se žulami nebo jsou v nich uzavřeny, jiné mají původ spíše regionálně metamorfní a tvoří čočky v rulách či jiných regionálně metamorfovaných horninách. Zatímco kontaktní skarny byly přeměněny látkami pocházejícími ze sousední žuly, regionálně metamorfní skarny si zachovávají celkové chemické
31 složení původní horniny, kterou mohly být například páskované železné rudy (regionálně metamorfní skarny je pochopitelně nutno klasifikovat jako horniny regionálně metamorfované, nikoliv metasomatické). Působením hořčíkem bohatých roztoků na zrna kalcitu ve vápencích vznikají dolomity tento proces nazýváme dolomitizace. Hořčík potřebný na vznik dolomitických hornin se uvolnil z montmorillonitu při jeho přeměně na illit během slabé přeměny a zpevnění jílových usazenin, případně může pocházet přímo z mořské vody. Metasomatózou vápenců vznikla i některá ložiska magnesitu a sideritu. Přeměnou peridotitů vznikají hadce neboli serpentinity: horké roztoky přeměňují původní olivín na serpentin. Na hadce bývají vázána ložiska niklu, chromu, platiny a chrysotilového asbestu. Ložiska rud v metamorfitech V metamorfovaných horninách se mohou nacházet ložiska rud železa i barevných kovů. Na severní Moravě byla především v 19. století intenzivně těžena metamorfní ložiska železných rud v okolí Uničova. Původně šlo o sedimentární železné rudy usazené během starších prvohor na mořském dně z podmořských vulkanických vývěrů. Později prošla tato ložiska regionální metamorfózou, takže vznikly výrazně páskované železné rudy s magnetitem. Takový vulkanosedimentární původ mají patrně i rudy mědi, zinku a olova na ložisku Zlaté Hory v Jeseníkách anebo rudy mědi na ložisku Tisová u Kraslic v Krušných horách; také tyto rudy se původně usadily na mořském dně v podobě jemnozrnného kalu pocházejícího z horkých vývěrů a pozdějšími geologickými pochody byly výrazně přepracovány do podoby masivních páskovaných rud. Uvedené kovy mají původ v podmořských vulkanických horninách. Ve vulkanicky aktivních oblastech mořského dna byla do hlubin nasáta mořská voda, která se ohřála, rozpustila některé horninové součástky a posléze vychrlila na mořské dno svůj obsah v podobě jemných zrn pyritu, sfaleritu, chalkopyritu a dalších minerálů. Při vzniku metamorfovaného vulkanosedimentárního ložiska se tedy postupně uplatnily hned čtyři procesy: vulkanický, hydrotermální, sedimentární a metamorfní. Mezi největší světová vulkanosedimentární a posléze metamorfovaná ložiska olova a zinku patří Broken Hill a Mount Isa v Austrálii. Šoková metamorfóza Extrémním případem metamorfózy je impaktní čili šoková metamorfóza, způsobená dopadem meteoritu na zemský povrch. Produktem šokové metamorfózy jsou kromě jiného i všem dobře známé vltavíny, jež jsou vlastně přetavenými prachovitými jílovci. Zvětrávání a zvětraliny Na zemském povrchu se horniny mechanicky rozpadají (nejvíce změnami teploty) a chemicky rozkládají (zejména působením povrchové vody). Zrna minerálů se z horniny uvolňují, chemicky méně odolné minerály se mění na jiné (například živce se přeměňují na jílové minerály), popřípadě se minerály zcela rozpouštějí a rozpuštěné látky putují v roztocích. Při chemických přeměnách minerálů i jejich zániku rozpouštěním je zásadním činitelem voda. Nejdůležitějším produktem zvětrávání je půda (zvětraliny jsou anorganickým základem pro vznik půd), která má obrovský význam pro existenci všeho živého na Zemi. Tvořena je především velmi jemnými zrny těch nejběžnějších minerálů, jako jsou jílové minerály, křemen a živce, a organickými látkami.
32 Přehled základních typů metamorfovaných hornin Hornina Původní hornina Způsob metamorfózy Složení Vzhled fylit jílovec, prachovec regionální, slabá sericit/muskovit, křemen, albit, chlorit, biotit břidličnatý, šedý, jemně zrnitý, hedvábně lesklý svor jílovec, prachovec regionální, střední slída (hlavně muskovit, ale i biotit), křemen; plagioklas, granát, staurolit, kyanit jemně až středně zrnitý, výrazná břidličnatost je dána rovnoběžným uspořádáním lupenů slíd pararula jílovec, prachovec regionální, silná křemen, plagioklas; biotit, sillimanit; cordierit světle (křemen a živce) a tmavě (slídy) páskovaná, břidličnatá migmatit jílovec, prachovec regionální, velmi silná natavení křemen, plagioklas, biotit, sillimanit, kyanit, granát střídání světlých a tmavých pásků kvarcit pískovec, křemenec regionální křemen; muskovit, biotit celistvý, kompaktní; žlutavý, šedavý či hnědavý mramor (krystalický vápenec) vápenec regionální kalcit, dolomit zřetelně krystalický, obvykle bílý, ale i různě zbarvený ortorula žula regionální křemen, plagioklas, K-živec, muskovit, biotit zřetelně páskovaná, spíše světlá, často se zaoblenými oky živců granulit ryolit, žula, jílové usazeniny regionální, velmi silná křemen, plagioklas, K-živec, granát; kyanit, pyroxen jemnozrnný, světlý, někdy páskovaný amfibolit čedič regionální, středně silná plagioklas, amfi bol; granát černý, černozelený, páskovaný až břidličnatý eklogit čedič regionální, velmi silná pyroxen, granát; kyanit zelený až hnědý, zřetelně krystalický serpentinit (hadec) peridotit hydratace olivínu serpentin, pyrop, pyroxen, brucit, magnetit, chromit černý, šedý, zelený, celistvý, matný skvrnité a plodové břidlice jílovce, prachovce kontaktní, slabá biotit, muskovit, živec, křemen; cordierit, andalusit skvrny a plody cordieritu a andalusitu (chiastolitu) kontaktní rohovec jílovce, prachovce kontaktní, střední až silná cordierit, andalusit, biotit; muskovit šedočerný, celistvý, houževnatý erlan (vápenatosilikátový rohovec) vápence, slínovce kontaktní nebo regionální kalcit, grosulár, diopsid, amfi bol světlý, houževnatý skarn vápenec, dolomit, slínovec roztoky s Fe a Si zatlačily původní minerály andradit, hedenbergit; kalcit, wollastonit, amfi bol černý, hnědočervený, celistvý, páskovaný, tvrdý