EXOGENNÍ GEOLOGICKÉ PROCESY Exogenní činitelé: voda, led, vítr, dopad meteorického tělesa, gravitace, činnost člověka Exogenní procesy Zvětrávání Krasové jevy Fluviální pochody Eolické pochody Glaciální pochody Fluvioglaciální činnost Periglaciální pochody Svahové pochody Tendence zarovnat zemský povrch • Zdroje energie: sluneční záření zemská gravitace Role zvětrávání • Snižuje soudržnost hornin a zvyšuje permeabilitu • Vytváří geomorfologii oblasti a krajiny • Uvolňuje do roztoku minerály (oxidy Fe, Si, karbonáty) • První krok pro tvorbu půdy Fyzikální (mechanické) zvětrávání 1. Vytváří menší fragmenty, snadnější transport 2. Mnohonásobně zvětšuje plochu pro další fyzikální a chemické zvětrávání Mrazové zvětrávání - horniny obsahují póry a trhliny zmrazování a tavení (+9 % změna objemu u zmrzlé vody) Exfoliace – vlivem odlehčení tlaku nadložních hornin Insolace - horniny nejsou homogenní - změny teploty - chemické a mechanické - rozpad hornin vlivem růstu rostlin - vrtavá a hrabavá činnost živočichů Biologické zvětrávání - Působnost mikroorganismů převládá - Bakterie – rozklad odumřelých těl - vzniku kyselých roztoků - Nitrifikační bakterie - Železité bakterie - rozpad hornin a minerálů vlivem lišejníků, mechy, řasy a houby - řídící je přítomnost vody - rozklad původní horniny na složky stabilní za povrchových podmínek - změna primárních minerálů (křemen, živce) na sekundární (jílové minerály, oxidy Fe, Al) Chemické zvětrávání Hlavní reakce: rozpouštění, hydratace, oxidace/redukce, karbonatizace, hydrolýza Primární minerály Křemen SiO2 Živce KAlSi3O8 Biotit KMg3AlSi3O10(OH)2 Albit NaAlSi3O8 Muskovit KAl3Si3O10(OH)2 Sekundární minerály chemické zvětrávání dominují Al, Si, O Fylosilikáty Vlastnosti prvků důležité v nízko teplotní geochemii Iont - elektricky nabité částice atomární velikosti (atomy, molekuly, někdy také skupiny atomů či molekul) Kationty Anionty Oxianionty Náboj iontu – Z počet kladných/ záporných e nábojů nesených iontem Iontový poloměr – r, velikost iontu v krystalové mřížce Iontový potenciál – Z/r míra pohyblivosti iontu v podmínkách zemského povrchu Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cu2+, Fe3+ Cl-, Br-, F-, I- CO3 2-, SO4 2-, PO4 -3 Oxidace - ztráta elektronů - mění poloměr iontu, mocenství, chemické vlastnosti - Fe je nejčastěji oxidovaný prvek minerálů - způsobuje charakteristické zbarvení zvětralého materiálu - lehce oxidovatelné prvky minerálů: Mn, As, V, Cr, S Redukce - V přírodě méně hojná - Pod hladinou vody, při nepřítomnosti kyslíku - Při rozkladu organické hmoty – rašeliniště, slatiny - Sloučeniny Fe a Mn - Vznik organo-komplexů - pH Eh diagramy - pH pE diagramy Hydrolýza - disociace vody (H+, OH-) - koncentrace H+ roste s teplotou a s množstvím ostatních látek - důležitý mechanizmus rozkladu silikátů - silikát se rozštěpí na kationty + OH = hydrooxidy anionty + H+ = sekundární silikáty - většina uvolněných kationtů je rozpustná v přírodních vodách - podle klimatu se uvolní různé množství kyseliny křemičité, ta se vyloučí nebo odplaví Rozpouštění - klíčový proces zvětrávání - V geologickém čase jsou rozpustné všechny minerály - rozpouštění kalcitu ve vodě (kys. uhličité) v půdách: - rozpouštění vápenců je zásadní pro tvorbu topografie krasu - rozpouštění hydroxidů závisí na pH Iontová výměna Kyselá půda – H+ nahradí kationt v minerálu Alkalická půda - kationt nahradí H+ v minerálu - Ionty z roztoku nahradí ionty ze struktury minerálu – nejčastěji v jílových minerálech. - Isomorfní substituce = záměna iontů mřížky (Si4+ , Al3+) jinými ionty bez její změny - CEC - AEC Fylosilikáty - důležitá součást zvětralin, půd a sedimentů - sorpční schopnosti, výměna kationtů – měřítkem sorpce je CEC - expandují - zastoupení reprezentuje stupeň chemického zvětrávání a složení matečné horniny - poměr SiO2: Al2O3 odráží míru odnosu kyseliny křemičité z prostředí - velikost pod 1 mikron Jílové minerály Vliv prostředí na typ vznikajícího jílového minerálu Živec Zásadité prostředí (Ca2+, Mg2+) Slabě kyselé prostředí (K+) Kyselé prostředí (H+) montmorilonit illit kaolinit (neexpanduje) Podnebí Množství srážek Teplota - určuje zda bude chemické nebo mechanické zvětrávání, rychlost a hloubku zvětrávání, nejdůležitější parametr při tvorbě půdy Faktory ovlivňující zvětrávání - tvorbu půdy Pedosféra - půdní obal Země, který vznikl (zvětráváním). - na kontaktu s litosférou, kryosférou, atmosférou, hydrosférou, biosférou a socioekonomickou sférou, tyto podmiňují pochody v pedosféře vedoucí k vertikální a horizontální diferenciaci. Pedologie - cíl objasnit genezi půd a charakterizovat její vlastnosti, stanovit klasifikační systém, zpracovat rozšíření půdních jednotek na zemském povrchu a určit možnosti hospodářského využití půd. Regolit – vrstva minerálů a hornin vzniklá mechanickým rozpadem hornin, jen nepatrný vliv chemického zvětrávání; jsou časté v oblastech s aridním nebo semiaridním klimatem. Půda – akumulace sypkého materiálu vzniklého na zemském povrchu mechanickým i chemickým zvětráváním hornin (i přemístěných) obsahuje různě velkou příměs humusu – organické hmoty. - vzniká půdotvorným procesem vyvolaným půdotvornými činiteli. ,Základní složky  pevná anorganická složka (minerály, horniny)  pevná organická hmota (humus) - zdroj živin pro rostliny, zvyšuje schopnost půdy zadržovat vodu  kapalná složka (půdní voda)  plynná složka (kyslík, oxid uhličitý, dusík a ostatní plyny)  živá složka (především mikrobiální, edafón = půdní organismy „krtek“) Hlavní půdotvorní činitelé Matečná hornina - složením ovlivňuje zásobu živin a chemické složení půdy, vliv na barvu a zrnitost půdy. residuální půdy, vyvinuté na podloží, transportované půdy, vyvinuté na nezpevněném sedimentu Čas – čím déle se půda tvoří tím je mocnější a nejsou rozlišitelné znaky matečné horniny Rostliny a živočichové – určují množství organické hmoty vstupující do půdy Živé organismy – mikroorganismy rozkládají organické látky Podzemní voda – umožňuje redukční procesy a pohyb složek půdní hmoty Reliéf území – nadmořská výška, sklon a expozice svahů ovlivňují vlhkost a teplotu půdy -------- erozi Člověk – svými zásahy reguluje průběh půdotvorného procesu Půdní profil vertikální řez půdou a jejím podložím, rozeznáváme polohy neboli půdní horizonty Platí pro humidní oblasti V semiaridních až aridních je nejvýše horizont iluviální a pod ním leží horizont eluviální, neboť v těchto podmínkách půdní roztoky stoupají vzhůru, k povrchu, kde ukládají vyloužený materiál (vznik různých kůr). Oi – zbytky rostlin, většinou nerozložené Oa – částečně rozložená OH A – eluviální horizont tmavě zbarvený horizont, minerály, humus až 30 %, vysoká biologická aktivita, hrubozrnější B – iluviální horizont zóna akumulace jílových minerálů, navýšení obsahu vody C – rozpadlá matečná hornina, minimum organické hmoty D – nedotčená matečná hornina Fyzikální vlastnosti půdy Textura (zrnitost) - velikost převládajících pevných částic, rozlišujeme půdní druhy: a) Jílovité – převaha částic pod 0,01 mm b) Hlinité – nejvhodnější pro zemědělství c) Písčité – částice 0,1 - 2 mm d) Kamenité – nad 2 mm (skelet) Struktura (sloh) - schopnost půdních částic spojovat se v hrudky (agregáty) tmelivé látky (jílovité materiály, kalcit, humus), vliv na úrodnost Pórovitost - závisí na zrnitosti a struktuře, (existence edafonu, proniká voda a vzduch) Chemické složení - půdní reakce – pH půdy - dán chemickými vlastnostmi matečné horniny půdy: kyselé (pH pod 7) - vlhčí oblasti neutrální (pH kolem 7) zásadité (pH nad 7) - Daná přítomností a aktivitou H+ iontů Hlavní pufrační mechanismy půd: • Uhličitan vápenatý (pH 8,6 – 6,2), rozpouštění CaCO3 • Silikáty (pH > 5), zvětrávání primárních silikátů • Humus a jílová frakce (pH 5–4,2), kationtová výměna, snížení obsahu bazických kationtů (Ca +, Na +, Mg +, K +) výměnou za kyselé kationty (Al 3+, H+, Fe 3+ ) • Obsah Al (pH 4,2-3,8), rozpouštění hydratovaných oxidů Al v půdě • Obsah Al a Fe (pH 3,8–3,2) • Obsah Fe (pH < 3,2) Hlavní skupiny půdních minerálů Oxidy Si: Křemen, opál Al - hydroxidy a oxyhydroxidy: Gibsit, bayerit, nordstranit – Al(OH)3 Boemit, diaspor – AlOOH Fe - hydroxidy a oxyhydroxidy Geothit, lepidokrokit – FeOOH Hematiti, magnetit – Fe2O3 Ferrihydrit Mn - hydroxidy a oxyhydroxidy Birnesit, hollandit Fosforečnany Apatity Uhličitany Kalcit, dolomit, aragonit Magnezit, natrit Sírany Halovce Sulfidy Alumosilikáty Živce, slídy Jílové minerály Půdní typy - jednotka Morfogenetického klasifikačního systému půd ČSSR. podle stejných diagnostických horizontů. Československá klasifikace obsahuje 21 půdních typů. • Půdy iniciální – malé stáří, pouze horizont A Litozem, Regozem • Půdy melanické – výrazný humusový horizont Ranker – silikátová hornina, svahovina Rendzina - karbonátová a silikátovokarbonátová zvětralina Pararendzina - silikátovo-karbonátové a karbonátovo-silikátové svahové zvětraliny Půdní typy • Půdy molické - intenzivní hromadění OH – humifikace, vznik molického A-horizontu, v podmínkách neprosakuje až periodicky prosakuje černozem, černice, smonice • Půdy hnědé – proces hnědnutí, zvětrávání půdního materiálu in situ, uvolňování železa z primárních minerálů a k tvorbě sekundárních minerálů kambizem, andozem • Půdy illimerické – šedozem, hnědozem, luvizem Půdy podzolové – horské polohy, vlhké a chladné klima, substrát - žuly, ruly, svory, piskovce apod., extrémní podzolizace- vznik nepropustné stmelené vrstvy pískovce - tzv ortštejn podzol Půdní typy ELUVIACE - vyplavování, ochuzování, přemisťování do spodních částí půdního profilu, vznik E-horizontů illimerizace – posun jílu podzolizace – posun oxidů Al a Fe, organ. látek • Půdy hydromorfní - dočasné nebo trvalé povrchové zamokření, zvýšená hladina podzemní vody, či úplné zatopení půdního profilu vodou. pseudoglej, glej, organozem • Půdy nivní – vznikající v dočasně zaplavovaných údolních nivách fluvizem OGLEJENÍ - při periodickém převlhčení povrchovou vodou, střídání redukčních a oxidačních pochodů, tvorba Fe-Mn konkrecí, znaků oglejení do hloubky ubývá GLEJOVÝ PROCES - při trvale zvýšené hladině podzemní vody, redukce sloučenin Fe a Mn v anaerobních podmínkách (šedomodrá barva), zvýšení obsahu organických látek, rozklad primárních minerálů (zajílení), znaků glejového procesu do hloubky přibývá • Půdy salinické – zasolování, slancovanie, solodizácia). solončak, slanec • Půdy antropické –přetvořené za účelem zlepšení půdních vlastností nebo za účelem jejich udržení, uměle vytvořené půdy kultizem SALINIZACE - vynášení lehce rozpustných solí (SO4 2-, CO3 2-, Cl-, atd.) vzlínáním silně mineralizované podzemní vody v aridnějším klimatu SOLONCOVÁNÍ - vymývání solí z povrchových vrstev a jejich akumulace ve spodní části profilu zonálnost půd Zonální půdy - půdy, jejichž geneze a dynamika je dána především působením bioklimatických činitelů. Zonální půdy vznikly na normálních, tj. zrnitostně a chemicky neextrémních substrátech, bez vlivu podzemní nebo povrchové vody způsobující nadbytečnou vlhkost půdy. Jedná se např. o černozemě, kambizemě či luvisoly. Intrazonálními půdami rozumíme ty půdy, jejichž geneze a dynamika je podstatně ovlivněna jinými činiteli než bioklimatickými, tj. především extrémním charakterem substrátů (vápence, hadce) a nadměrnou vlhkostí. I přesto jsou intrazonální půdy do určité míry závislé na klimatu. Azonální půdy jsou nevyvinuté nebo velmi málo vyvinuté půdy, které se vyskytují v různých bioklimatických zónách na mladých půdotvorných substrátech (např. holocenních fluviálních sedimentech, dunách, recentním materiálu suťových či murových kuželů). Takovéto půdy zveme souhrnně aluviony (patří sem např. fluvizemě, gleje a pseudogleje). HUMIFIKACE - v různé míře probíhá ve všech půdách mikrobiální a chemické procesy přeměny organických zbytků v humus ILUVIACE - obohacování (opak eluviace), dochází k hromadění eluviovaných látek Půdotvorné procesy Stáří půd recentní (vyvinuly se působením přibližně stejné kombinace půdotvorných činitelů, kteří působí i v současnosti), reliktní (vyvíjely se v klimatických podmínkách odlišných od současných, ale v současnosti nejsou izolovány od vlivů vnějších činitelů, tzn. že leží na povrchu a nejsou přikryty žádnými sedimenty) fosilní neboli pohřbené (půdy překryté nejčastěji eolickými sedimenty, v důsledku čehož jsou izolovány od současných pedogenetických procesů probíhajících na povrchu); Magmatické: karbonatity Sedimentární: karbonáty (vápence, dolomity, křída) síranové a chloridové evapority (sádrovec, kamenná sůl, anhydrit, síra aj.) (křemenné pískovce) Metamorfní: mramory (kvarcity) SPELEOGENEZE Krasové horniny Přítomnost cizích iontů (Na+, K+, Cl- aj.) zřetelně sníží aktivitu Ca2+, HCO3 = zvýší rozpustnost kalcitu. Atkinsonův paradox Čím víc je voda nasycená, tím méně času je korozivní (Např. rozdíl halit/kalcit) Rozpouštění kalcitu Druhotné krasové minerály jsou minerály sedimentů v krasových depresích. Podle původu je dělíme na: Autochtonní: vznikají z komponent libovolného původu v jeskynním prostředí (aragonit, sádrovec, opál) Paraautochtonní: přesedimentované z původní hor. (sintr). kalcit, halit, ankerit. Žilný kalcit není krasový minerál. Alochtonní: transportovány do krasového území z nekrasu. Alochtonní je zde každý minerál, který je dostatečně odolný pro transport vodní nebo eolickou cestou. Původ minerálů krasových hornin