Sedimentologie karbonátů 2 Facie a depoziční prostředí * Facie soubor charakteristických znaků sedimentu: n vrstevní poměry (mocnost a tvar vrstev) n hydrodynamické sedimentární textury (zvrstvení, textury na vrstevních plochách) n Paleontologický obsah a tafonomie sedimentu n Struktura horniny (zrnitost, vytřídění, porozita, atd.) Facie Depoziční prostředí Depoziční prostředí Mělkomořská depoziční prostředí n Pobřežní a příbřežní prostředí n Prostředí okraje šelfu n Prostředí přílivově-odlivových plošin (peritidální) n Organické útesy Pobřežní a příbřežní prostředí Střední až vysoká energie vlnění Zpravidla karbonátové rampy * Komplex plážové ostrovní bariéry * Plážová pobřežní plošina Komplex plážové ostrovní bariéry (Rhode Island) Komplex plážové ostrovní bariéry Morfologické prvky: n Plážová ostrovní bariéra n Přílivové kanály n Laguna Výška dmutí > 3m Vysoká produkce karbonátového písku Predispozice topografií podloží Ostrovní bariéra Procesy sedimentace a facie Stratigrafie moderních těles bariérových ostrovů Plážová pobřežní plošina Morfologické prvky: n Hřbety dun n Pláž n Příbřežní plošina (nad bází normálního vlnění – cca 10-15m) Výška dmutí < 3m Vysoká produkce karbonátového písku Procesy sedimentace: n Progradace pobřeží (do nadloží: subtidální sedimenty -> příbřežní plošina -> pláž) Facie: n Grainstone se skeletálními alochemy (mlži, ježovky, koráli, foraminifery, řasy), ooidy, peloidy, mikritizace alochemů n Křížové zvrstvení, horizontální zvrstvení, planární šikmé zvrstvení, primární proudová lineace, asymetrické čeřiny, symetrické čeřiny, n Raná cementace Šelfová sedimentace pod bází normálního vlnění Nízká hydrodynamická energie prostředí Občasné bouřky Procesy sedimentace: Vertikální akrece subtidálních sedimentů, Tropická bouře nad Bahamami Hurikán Chris, 2006 Tempestit, normální gradace, II laminace Tempestit, HCS, HCS Písčitá tělesa okraje šelfu * Morfologické prvky (Velká Bahamská lavice): n písčité valy (0,5 – 1,5 x 12 – 20km) n duny n přílivové kanály (šířka 1 – 3 km, hloubka < 7m) * Vysoká produkce karbonátového písku * Sedimentace závislá na n dmutí, n energii vlnění, n pozici k převládajícím větrům * Procesy sedimentace: n Migrace písčitých valů – směrem na platformu (návětrná strana platformy) n Migrace písčitých valů - směrem do moře (závětrná strana platformy) n Gravitační resedimentace do hlubokého moře Oolitické písky Organické útesy (biohermy) * Rigidní topografická elevace biogenního původu, rezistentní vůči vlnění * Klasifikace podle morfologie : n okrajové (fringing) n skvrnové (patch) n bariérové n Hlubokovodní kupy (knoll) n atoly * Klasifikace podle procesů sedimentace: n Skeletální útesy “Frame-Built“ (s pevnou vápnitou kostrou ze skeletů organismů) n Útesové kupy “Reef Mounds“ (bez pevné vápnité kostry, pasivní zachytávání materiálu organismy) Globální distribuce útesů * The majority of reef building corals are found within tropical and subtropical waters. These typically occur between 300 north and 300 south latitudes. The red dots on this map show the location of major stony coral reefs of the world. Procesy ovlivňující růst útesu *Konstruktivní procesy: růst organismů *Destruktivní procesy: mechanický a biogenní rozpad útesu *Cementace: ve fázi rané diageneze *Sedimentace: procesy eroze, transportu a sedimentace materiálu útesu Konstruktivní procesy Skupiny organismů podílejících se na stavbě útesu * Stavitelé kostry (frame builders) n Šestičetní koráli, řasy, Hydrozoa (recentní) n Šestičetní koráli, Rugosa, Tabulata, Stromatoporoidea, řasy (fosilní) * Povlékači (encrusters) n Řasy, Serpulida, mechovky, koráli * Kontributoři n Řasy (Halimeda) * Ostatní n Cyanobaktérie, řasy Symbióza korálů a zooxanthel Acropora palmata * Kingdom: Animalia Phylum: Cnidaria Class: Anthozoa Order: Scleractinia Family: Acroporidae Genus: Acropora Species: palmata * · Elkhorn coral, like many corals, receive most of their energy and oxygen from symbiotic organisms called zooxanthellae. · Like counting rings in the trunk of a tree, the age of corals can be determined by examining coral growth rings. Konstruktivní procesy Destruktivní procesy *Vrtavá činnost: řasy, cynobaktérie, Porifera, měkkýši *Hrabavá činnost: sesilní bentos, infauna, u útesových kup *Oškrabování: Gastropoda, Echinodermata Sedimentace Zdroje sedimentu: *Rozrušování vlastního útesu *Rozpad schránek organismů žijících na útesu *Přínos materiálu zvenčí Procesy sedimentace a facie Procesy sedimentace: n Progradace útesu na okraji platformy Facie * Převaha destruktivních procesů na konstruktivními: rozpad útesu n Floatstone, rudstone * Převaha konstruktivních procesů nad destruktivními n Bafflestone (zachycování sedimentu, větevnatí koráli, Amphipora) n Bindstone (převažuje činnost povlékačů – encrusters – řasy, mechovky) n Framestone (převažuje činnost stavitelů kostry – koráli, řasy, stromatoporoidea) Silur, Gotland Silur, Gotland Redwater reef, Alberta, Kanada, sv. devon Capitan Reef, Texas, perm Sedimenty přílivově-odlivových plošin (peritidální sedimenty) Facie peritidálních sedimentů Tepee structures Facie peritidálních sedimentů Pelagické prostředí *Pelagické karbonáty: n > 95% materiálu ze suspenze (spad z vodního sloupce) *Karbonátový materiál biogenního původu - planktonní a nektonní organismy *Eolický materiál (zrnka Q siltové frakce) *Kosmogenní materiál (kosmický prach) *Vulkanogenní materiál (jílové mnerály a zeolity – produkty rozkladu vulkanických hornin oceánské kůry) n < 5% terigenního materiálu *Prostředí vzniku pelagických karbonátů: n Oceánské pánve n potopené karbonátové platformy a aseismické podmořské hřbety n šelfy a intrakratonní pánve Faktory limitující pelagickou karbonátovou sedimentaci * Rozpouštění CaCO[3] v závislosti na hloubce (CCD, lysoklina, ACD) (Obsah CO[2] ve vodě: závislost na teplotě vody, proudění) * Produkce CaCO[3] v přípovrchové zóně oceánů n Klima n Biotické krize a vymírání [ ] * Hydrodynamická energie prostředí u dna (proudění) Pelagické karbonáty Záznam izotopů kyslíku v pelagických mořských sedimentech za posledních 700 tisíc let Resedimentované karbonáty Gravitační transport a sedimentace: topografický gradient (např. svah platformy) Procesy sedimentace a facie Bahnotoky, úlomkotoky Binghamovské plastické látky, soudržné Uvedení do pohybu: překonání prahového napětí – přetížení svahu, zemětřesení, likvefakce (zkapalnění), Ukládání: zpomalení toku (snížení kinetické energie toku) Facie: ostré spodní a svrchní hranice vrstev, inverzní gradace, špatné vytřídění, floatstone, rudstone, hojné intraklasty Turbiditní proudy Newtonovské kapaliny, vyšší hustota v důsledku nasycení sedimentárními částicemi, převažuje turbulentní proudění, Uvedení do pohybu: zemětřesení, zvíření části v důsledku bouřky, převýšení kritického sklonu svahu Ukládání: zpomalení proudu Facie: ostré spodní a svrchní hranice vrstev, normální gradace, Boumova sekvence, grainstone, packstone, wackestone, lime mudstone, cizorodé alochemy Sesuvy, skluzy Elastické pevné látky, turbulentní pohyb, laminární pohyb Ukládání: zmírnění sklonu svahu Facie: zvrásněné a zprohýbané vrstvy pelagických karbonátů (lime mudstone, wackestone s pelagickou faunou), Zrnotoky Nesoudržné, převýšení prahového sklonu svahu, turbulentní pohyb Ukládání: zmírnění sklonu svahu Facie: inverzní gradace, velmi dobré vytřídění, grainstone Turbidity: Boumova sekvence Rychlost proudění vs. velikost zrna Turbidity Resedimentované karbonáty Prostředí sedimentace: * Podmořský vějíř n Vnitřní vějíř (proximální, úlomkotoky, hrubozrnné turbidity, sesuvy, skluzy) n Střední vějíř n Vnější vějíř (distální, jemnozrnné turbidity) Procesy sedimentace: progradace vějíře (do nadloží: distální -> proximální) * Svahový osyp n Svrchní svah (proximální, úlomkotoky, hrubozrnné turbidity, sesuvy, skluzy) n Spodní svah (distální, jemnozrnné turbidity) Procesy sedimentace: progradace osypu (do nadloží: distální -> proximální) Diageneze Soubor fyzikálních, chemických a biologických procesů, které vedou k přeměně sedimentu na sedimentární horninu Diageneze může pokračovat i po zpevnění horniny a měnit její strukturu a mineralogické složení Diageneze vzniká, pokud se minerály sedimentu v důsledku změny podmínek nebo chemismu stanou chemicky nestabilní (hranice mezi zrny a vodou nebo vzduchem –změna chemismu, měna tlaku, změna teploty) Procesy směřující k ustanovení chemické rovnováhy: Nestabilní minerály (aragonit, high-Mg kalcit) -> stabilní minerály (low-Mg kalcit, dolomit) Cílem systému je dosáhnout stabilního ekvilibria * Diagenetické procesy: n Kompakce n Rekrystalizace n Rozpouštění (včetně tlakového) n Cementace (tmelení) n Nahrazování (+ neomorfismus) n Bioturbace Diagenetické procesy Kompakce n Zvýšení tlaku nadloží n Snížení porozity n Faktory, které ovlivňují možnou míru kompakce - velikost zrna, tvar zrna, zaoblení, třídění, původní porozita, objem fluid v pórech *Mechanická kompakce (necementované horniny) *Chemická kompakce (rozpouštění, cementované horniny) Rozpouštění Rozpouštění n Podsycení pórových fluid vzhledem k okolním minerálům, nestabilní minerály n Zvýšená teplota, tlak n Tlakové rozpouštění – v místě maximálního kontaktu – krystalizace v místě menšího tlaku Cementace n Krystalizace nových minerálů z roztoků v pórech horniny – křemen, kalcit, hematit, aragonit, sádrovec, dolomit, n Snižování porozity, zpevňování Podmínky n Průchod fluid póry, přesycení fluid vůči cementačnímu minerálu n Absence kinetických faktorů zabraňujících cementaci Mikrobiální mikritizace Chemické leptání substrátu mikroorganismy Výplň leptaných dutin mikritem mikritické obálky, úplné nahrazení zrna Substrát: skeletální alochemy (echinodermata, mollusca), ooidy Vrtavé mIkroorganismy: (vápnité houby /Cliona/, endolitické řasy, aktérie) Autigeneze n Krystalizace nových minerálů mimo póry v sedimentu – zpravidla nahrazení n křemen, živce, jíly, zeolity, kalcit, hematit, aragonit, sádrovec, dolomit, fosfáty (apatit) n Snižování porozity, zpevňování Nahrazování n Nové minerály krystalizují na místě původních minerálů n Neomorfismus – nové zrno je stejné fáze jako původní (sejný minerál) n Pseudomorfismus – nové zrno napodobuje vnější tvar původního zrna n Alomorfismus – nový minerál o jiném tvaru nahrazuje původní minerál Dolomit, opál, křemen, illit Bioturbace n Zvíření sedimentu v důsledku činnosti živých organismů n Při povrchu sedimentu n Někdy doprovodná cementace Fáze diageneze *Raná diageneze (eogeneze) *Středí fáze diageneze (mesogeneze) *Pozdní diageneze (telogeneze) *Mělká diageneze (shallow-water) *Diageneze pohřbením (burial) Fluida při diagenezi Fluida přítomna v každém sedimentu Funkce fluid n Srážení cementů n Tvorba autigenních a náhražkových minerálů n Rozpouštění změna složení fluid během diageneze Typy fluid n syndepoziční (voda) n meteorická fluida (sladká voda) n mořská voda n dehydratační rozklad minerálů – další voda n metan n uhlovodíky Diagenetická prostředí Procesy: cementace, mikritizace, Typy cementu: aragonitové (vějířový, jehlicový) High-Mg kalcit (blokový izometrický) Hardground: zpomalení sedimentace, diageneze v přípovrchové zóně sedimentu, mikritizace, bioturbace Beachrock (peritidální karbonáty): cementované sedimenty pláží, vrtání, mikritické a jehlicovité cementy, Nodulární textura (karbonáty s obsahem mikritu a vyšším obsahem nečistot /pelity/) Procesy: rozpouštění, cementace, Typy cementu: Mikritové, low-Mg kalcit, meniskové Kalkrety: V půdních horizontech, Mikritické – mikrosparitické cementy, výplň pórů nebo nahrazování Různá morfologie Dolomitizace Nahrazování CaCO[3] dolomitem 2CaCO[3] + Mg^2+ ß  CaMg(CO[3])[2] + Ca^2+ CaCO[3] + Mg^2+ + CO[3]^2- ß  CaMg(CO[3])[2] Zdroj Mg^2+: mořská voda, jíly obohacené o Mg^2+ Procesy dolomitizace: n Cementace (vzácně) n Nahrazování Modely dolomitizace Míšení mořských a terigenních podzemních vod Mg z mořské vody Terigenní voda: hybný mechanismus, pumpuje dolomitizující fluida horninou * Nahrazování dolomitu low-Mg kalcitem