Neživá příroda 2 Cvičení 5 Metamorfóza, diastrofizmus 1 Horninový cyklus 2 Plutonické horniny Vulkanické horniny ZVĚTRÁVÁNÍ VZNIK TAVENINY METAMORFNÍ PROCESY Sedimentární horniny Metamorfované horniny VÝZDVIH K POVRCHU POKLES DO HLOUBKY Metamorfní procesy Metamorfóza = komplex fyzikálně-chemických změn v litosféře. Výchozí horniny se mění v pevném stavu. Hranice mezi metamorfózou a magmatismem není ostrá, záleží na teplotách, tlacích a složení konkrétní části litosféry. Hraničním jevem je migmatitizace. Stejně tak není ostrá hranice mezi diagenetickými pochody v sedimentech a nejnižšími stupni metamorfózy (anchimetamorfóza). 3 Metamorfní činitelé – teplota Teplota urychluje většinu chemických reakcí, ovlivňuje stupeň rekrystalizace a definuje vznik konkrétních minerálních asociací. Metamorfní procesy probíhají v určitém teplotním intervalu, který velmi přibližně můžeme stanovit na 300-700 °C. 4 Horní hranici metamorfózy definuje začínající tavení horniny. Tato teplota kolísá v závislosti na tlaku, složení horniny a především obsahu roztoků (např. vody). Metamorfní procesy definují metamorfní činitelé, jejich působením vzniká pestrá škála metamorfních podmínek. Metamorfní činitelé – tlak Orientovaný tlak (stres) vzniká v důsledku tektonických procesů a působí v určitém směru. Působení orientovaného tlaku se projevuje na stavebních znacích metamorfovaných hornin (foliace a lineace). Orientovaný tlak zvyšuje rozpustnost minerálů, podporuje drcení zrn a tím podporuje rekrystalizaci celé horniny. Všesměrný (litostatický) tlak je tlak nadložních hornin. Jeho velikost vzrůstá směrem do hloubky asi o 25 až 30 MPa na každý kilometr. 5 1 bar = 0,1 MPa 1 bar = 0,98 atm 100 MPa = 1 kbar V 10 km pod povrchem: 250 MPa = 2,5 kbar Metamorfní činitelé – fluida a roztoky V horninovém masivu jsou běžně přítomny chemické látky v podobě fluid. Největší objemy tvoří voda a oxid uhličitý, ale lokálně mohou mít význam i jiné, jako F, Cl, B, P nebo N. Přítomnost fluidních roztoků v hornině významně urychluje metamorfní reakce a přeměny. 6 Metamorfní činitelé – čas Metamorfní procesy jsou velmi dlouhodobé události. Metamorfóza probíhá desítky miliónů let a většina chemických reakcí je pozvolná. Také změny ostatních metamorfních činitelů, zejména teploty a tlaku, probíhají velmi pomalu. V kratších časových horizontech může probíhat kontaktní metamorfóza a velmi krátké trvání mají některé typy šokové metamorfózy. 7 Typy metamorfních procesů Progresivní (prográdní) metamorfóza Následná metamorfní událost probíhá za intenzivnější metamorfních podmínek, takže na horninách se účinky zvýšených teplot a tlaků projeví výrazněji. 8 Retrográdní metamorfóza (diaftoréza) Pokud dojde k výstupu horniny do vyšších pater litosféry, může proběhnout mladší metamorfóza za nižších P-T podmínek. Hornina vykazuje nižší stupeň metamorfózy. Horniny, které prodělaly více metamorfních událostí, označujeme obecně jako polymorfně metamorfované. Kontaktní metamorfóza Kontaktní metamorfóza probíhá na rozhraní horkých magmatických těles a jejich pláště. Teplota kolísá od 500 °C do 900 °C. Plášť magmatického tělesa postižený procesy kontaktní metamorfózy se označuje jako kontaktní aureola nebo kontaktní dvůr. 9 Speciálním typem je kaustická metamorfóza (pyrometamorfóza). Metasomatóza Metasomatóza je specifický typ metamorfózy, kdy vznik metamorfované horniny je podmíněn přínosem chemických látek z okolí. Často bývá tento proces spojen se závěrečnou etapou vývoje magmatické taveniny. V horninovém prostředí se roztoky pohybují: • puklinami v hornině • mezi jednotlivými minerálními zrny • krystalovou mřížkou minerálů. 10 Metasomatické procesy mohou probíhat vlivem přínosu kapalných roztoků (hydrotermální metasomatóza) nebo plynné fáze (pneumatolytická metasomatóza). Pokud roztoky pochází ze samotné přeměňované horniny, používá se označení autometasomatóza. Regionální metamorfóza I Regionální metamorfóza reprezentuje procesy přeměny hornin v rozsáhlých oblastech litosféry. Regionální metamorfóza štítů a platforem je metamorfózou v konsolidované části kontinentální litosféry, která prošla více metamorfními událostmi. 11 Regionální metamorfóza oceánská dna je přeměnou bazických hornin za přítomnosti značného množství roztoků při nízké teplotě a tlaku. Regionální metamorfóza II 12 Regionální metamorfóza v orogenních oblastech probíhá zpravidla za středních až vyšších tlaků a je doprovázena intenzivními tektonickými událostmi a magmatickou činností. Poklesová metamorfóza nebo také metamorfóza pohřbených sedimentů probíhá v sedimentačních bazénech vyplněných mocnými sledy sedimentárních a vulkanických hornin. Regionální metamorfóza okrajů litosféry probíhá v subdukčních zónách při vysokém tlaku a relativně nízké teplotě. Šoková metamorfóza Vzniká při dopadu meteoritů na zemský povrch. Časový interval působení je velmi krátký, nicméně působící teplota a tlak jsou enormní. 13 Diastrofické procesy Horniny jsou v zemské kůře a zemském plášti ovlivněny tektonickými silami, které je v určitém časovém horizontu přetváří. Takto vzniklé geologické struktury pak označíme jako tektonické nebo diastrofické. Obor, který se těmito procesy zabývá, se označuje jako tektonická (nebo strukturní) geologie. Míra přetvoření geologických struktur může být různá. Od mírné deformace původního tvaru až k porušení spojitosti výchozí struktury. Z toho se také odvozuje základní rozdělení tektonických struktur na spojité (př. vrásy) a nespojité (př. zlomy). 14 Spojité neperiodické struktury Základním typem je lokální, neopakující se ohyb vrstvy – flexura. Tvoří dvojitý kolenovitý ohyb strukturní plochy. Nejčastěji vzniká jako odraz zlomových pohybů v jejím podloží. 15 Strukturní terasa je obdobou souklonné flexury a projevuje se lokálním snížením velikosti úklonu vrstev. Kopule (dóm) vytváří vypouklé (konvexní), okrouhlé až oválné vyklenutí vrstevní plochy s jedním vrcholem. Vzniká jako odraz vertikálních pohybů podložních hmot. Mísa je konkávní, okrouhlé až oválné prohnutí strukturní plochy, proces vzniku je obdobný jako u kopule. Spojité periodické struktury I Hlavním strukturním tvarem je vrása představující esovité nebo sinusoidové prohnutí strukturní plochy, které se periodicky opakuje. Horní půlvlna se označuje jako antiklinála, spodní půlvlna je synklinála. Vrstvy v jádře antiklinály jsou starší než na jejím povrchu, v synklinále je tomu obráceně. Při komplikovanější deformaci nebo při nejasnosti stáří vrstev se používá obecnějších pojmů antiforma a synforma. 16 Spojité periodické struktury II Podle úklonu osní plochy od horizontální roviny a podle polohy středního ramena vrásy, rozlišujeme vrásy na: A. přímé (svislá osní plocha) B. šikmé (osní plocha nakloněná, střední rameno nepřekocené) C. překocené (osní plocha nakloněná, střední rameno v poloze překocené) D. překocené izoklinální E. ležaté (osní plocha subhorizontální nebo horizontální, střední rameno překocené) F. ponořené (osní plocha se noří pod horizont, část antiklinály se stává synformou). 17 Nespojité struktury I Pukliny jsou běžným porušením soudržnosti hornin a vyskytují se ve více systémech. Každý takový systém je definován svým směrem a sklonem a představuje soubor stejnocenných, přibližně paralelních puklin. Nově vzniklý povrch označujeme jako stěny puklin nebo puklinové plochy. 18 Nespojité struktury II Ve zlomových strukturách představuje porušení spojitosti zlom, který původní strukturu rozděluje na dvě zlomové kry, které jsou vzájemně posunuty. Pukliny bez výraznějšího posunu, ale se značnou směrnou délkou, hloubkovým dosahem nebo velkou šířkou zlomové spáry se také označují jako zlomy. 19 Nespojité struktury III Pokud se nadložní zlomová kra přemístila po úklonu zlomové plochy směrem dolů vůči kře podložní, hovoříme o poklesovém zlomu – poklesu. Pokud se nadložní kra přemístila proti úklonu zlomové plochy směrem nahoru, zlom je označen jako přesmyk. Vzájemný posun ker rovnoběžně se zlomovou linií označujeme jako horizontální posun. 20 Nespojité struktury IV Příkrovy patří ke zlomovým strukturám. Pojmem příkrov označujeme proces, při kterém je nadložní kra daleko přesunuta přes kru podložní a zároveň se tak označuje přesunované geologické těleso. Tělo příkrovu je v dané oblasti cizorodé, označuje se tedy jako alochton, zatímco jeho tektonické podloží je autochton. Z hlediska geneze rozlišujeme příkrovy kerné a vrásové. 21