úvod
1
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
Hlubší kůra a plášť:
Hloubky ~8‐10 km a vyšší
Vysoké teploty, střední a vysoké omezující tlaky 
• hlavními fyzikálními procesy aktivními zejména v relativně 
vysokoteplotních podmínkách deformace jsou pohyby lineárních a bodových 
defektů v mřížce a difúze v pevném stavu. Ty jsou podstatou velmi účinných 
mechanismů deformace souhrnně nazývaných plasticita krystalů (crystal
plasticity):
‐ dislokační tok (dislocation creep)
‐ difúzní tok (v pevném stavu; (solid‐state) diffusion creep), 
případně se skluzem po hranicích zrn (grain boundary
sliding)
• teplota aktivace těchto mechanismů je různá u různých minerálů, např. 
dislokační tok v kalcitu při ~300°C vs. v olivínu při ~700°C (při běžných 
rychlostech deformace)
2
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
Mřížkové defekty
• bodové a lineární defekty mřížky, běžné ve všech reálných krystalech
• významně změkčují krystaly – usnadňují jejich plastickou deformaci; umožňují 
postupnou deformaci mřížky bez potřeby okamžitého přerušení všech 
meziatomových vazeb v rovině střihu
• tvoří difúzní cesty v mřížce 
Bodové – vakance a intersticiály (vacancies, interstitials)
Lineární (čárové) – hranové a šroubové dislokace (edge and screw dislocations)
3
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
Dislokace, dislokační skluz 
b
video
b
• Burgersův vektor (vektor translace spojené s dislokací; označení „b“)
→ rovina a směr skluzu = kluzný systém; např. (010)[001]
• základní pohyb dislokací v rovině  = dislokační skluz (dislocation glide)
• většina minerálů má několik kluzných systémů 
s různou pevností (critical resolved shear stress, CRSS) 
za různých teplot
• aktivita kluzného systému 
závisí na CRSS (teplotě)
a orientaci krystalu 
4
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
Dislokace
fotografie z TEM a SEM (olivín)
TEM SEM (po oxidaci)
5
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
Dislokace
Vznik dislokací
• model vzniku dislokace jako série dislokačních smyček na nehomogenitách 
krystalu („Frank‐Read source“)
TEM fotografie dislokační 
smyčky v olivínu mezi dvěma 
inkluzemi
Animace Frank‐Readova zdroje z Wikipedie
animace
TEM
6
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• undulózní (= nerovnoměrné) 
zhášení ve zkřížených polarizátorech 
(undulose extinction)
• deformační lamely (= d. pásy, místa 
koncentrace dislokací; deformation
bands, d. lamellae)
• velká hustota dislokací 
Dislokační skluz
Charakteristické mikrostruktury
Deformační lamely v křemeni Undulózní zhášení v křemeni 
Undulózní zhášení v křemeni ‐ animace 
Video‐undulose 7
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• postupný dislokační skluz 
probíhající současně na 
několika kluzných systémech 
zvyšuje dislokační hustotu, 
vede k proplétání dislokací 
(tangling), které brání jejich 
volnému pohybu v kluzné 
rovině
• dochází k deformačnímu 
zpevnění (strain hardening) a 
další aplikované napětí může 
vést až ke křehké deformaci video
„tangling“
Dislokace
Deformační zpevnění jako důsledek interakce dislokací
• takové chování je typické při relativně nízkoteplotní deformaci. 
V metalurgii se tomu říká „tváření za studena“ (cold working) a využívá se ho 
ke zvýšení tvrdosti kovových výrobků.
TEM
8
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
Dislokační tok
Jak uvolnit dislokace: šplh dislokací, zotavení a rekrystalizace
• Za nízkých teplot tedy dislokační skluz mění strukturu krystalu způsobem, 
který brání v dalším pokračování skluzu. 
• Za vyšších teplot se aktivují mechanismy, které umožňují volnější pohyb 
dislokací a snižují jejich hustotu:
‐ Šplh dislokací
‐ Zotavení (je umožněno především šplhem)
‐ Dynamická rekrystalizace (může přímo souviset se zotavením)
• Efektivní součinností skluzu a těchto mechanismů umožňuje pohyb 
dislokací velké deformace bez deformačního zpevnění – dislokační tok 
(V metalurgii obdoba „tváření za tepla“, hot working) 
• Zotavení a rekrystalizace mají charakteristické mikrostrukturní projevy a 
můžeme je tak poměrně snadno indentifikovat ve výbrusech hornin
9
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• šplh dislokací (dislocation climb) – pohyb dislokací napříč kluznými 
rovinami
• Je umožněn difúzním pohybem bodových defektů
• Rychlost šplhu (rychlost difúze bodových defektů) je silně přímo úměrná 
teplotě
Šplh dislokací
Obdobně to funguje při vzájemném 
vyhýbání se dislokací…
10
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• zotavení (recovery) – soubor samovolně fungujících mechanismů 
snižování hustoty dislokací uvnitř krystalu (→ redukce volné energie 
dislokací)
Zotavení
• anihilace dislokací 
s opačným znaménkem 
• šplh dislokací
• organizace dislokací do 
nízkoenergetických 
uspořádání ‐ dislokačních stěn
→ subzrna
11
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
Zotavení
Příklady subzrn („polygonizace“)
• subzrna – domény se vzájemnou 
misorientací několika stupňů (<10°) 
• hranice subzrn mají mnohem nižší 
energii než hranice zrn 
→ jiné fyzikální vlastnos  
Subzrna v křemeni 
(„šachovnicová struktura“) Subzrna v křemeni
Subzrna v olivínu
Video‐subgrains 12
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• vznik nových zrn, který vede k minimalizaci energie spojené s existencí 
mnoha defektů a/nebo s velkou hustotou hranic zrn (malou velikostí zrn) 
Staré deformované zrno s vysokou dislokační hustotou 
→ nové zrno s nízkou dislokační hustotou.
• Principiálně 2 typy rekrystalizace:
‐ Rekrystalizace rotací subzrn (subgrain rotation, SGR)
‐ rekrystalizace migrací hranic zrn (grain boundary migration, GBM)
V režimu GBM ještě vyčleňován typ se specifickou mikrostrtukturou:
‐ grain boundary bulging („vyboulování“ hranic zrn)
Dynamická rekrystalizace
13
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• rotační rekrystalizace (SGR) –
rotace subzrn přidáváním 
dalších dislokací do hranic subzrn, 
přímé pokračování vzniku 
dislokačních stěn při zotavení
→ nové hranice zrn
Experimentálně deformovaný NaNO3. Skupiny malých zrn 
s krystalografickou orientací blízkou původním větším 
zrnům, přechody do subzrn. (max γ=1).
• různé konvence pro definici 
hranice zrn, obvykle min. 
misorientace mřížky 5‐10°
Dynamická rekrystalizace
Rotace subzrn
• charakteristický znak rotační 
rekrystalizace: postupné 
zvětšování misorientace
původní zrno → subzrno → nové 
rekrystalované zrno
14
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• migrační rekrystalizace (GBM) ‐ migrace hranic zrn na značné 
vzdálenosti difúzí částic mezi sousedními zrny (pohyb atomů na velmi krátké 
vzdálenosti)
• konzumace zrn s vysokou dislokační hustotou jinými zrny (zvětšení vnitřní 
volné energie spojené s hranicí zrn na úkor snížení vnitřní volné energie dislokací)
Dynamická rekrystalizace
Migrace hranic zrn 
TEM TEM
15
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
Bulging v přirozeně deformovaném plagioklasu
Dynamická rekrystalizace
Grain boundary bulging
• vyklenutí hranic zrn s malou vlnovou délkou
• typický pro nižší teploty/vyšší napětí 
Bulging v přirozeně deformovaném křemeni
16
Video‐dynamic_OCP
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
video
Dynamická rekrystalizace
Vysokoteplotní migrace hranic zrn 
• při vyšších teplotách výrazná migrace hranic zrn na velké vzdálenosti
• nerovné až složitě lalokovité (lobate) hranice zrn 
GBM v Norcamphoru s etanolem
17
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
Dynamická rekrystalizace
Teplotní závislost režimu rekrystalizace v křemeni 
18
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
Dynamická rekrystalizace v křemeni
Bulging
deformační lamely (SZ‐JV), hranice subzrn a pásy nových malých 
rekrystalovaných zrn vzniklých bulgingem
19
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
Rotační rekrystalizace v křemeni. Subzrna a nová zrna s malou misorientací.
Dynamická rekrystalizace v křemeni
Rotace subzrn
20
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
Dynamická rekrystalizace v křemeni
Vysokoteplotní rekrystalizace migrací hranic zrn
Nepravidelné laločnaté hranice zrn s velkou misorientací. Větší zrna.
21
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
Dynamická rekrystalizace v křemeni
Běžná kombinace rotační a 
migrační rekrystalizace
Video‐křemen
22
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
přítomnost jiné minerální fáze lokálně blokuje migraci 
hranic zrn (pinning)
Dynamická rekrystalizace
Další příklady
migrační rekrystalizace dvojčatných lamel 
v kalcitu
23
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• Při nižších teplotách a/nebo vyšším 
diferenciálním napětí dochází k přednostní 
rekrystalizaci na malá zrna na okrajích 
větších zrn → porfyroklasty s pláštěm 
rekrystalovaných zrn (mantled
porphyroclasts, core‐and‐mantle structures)
• Agregát menších rekrystalovaných zrn se 
deformuje snáze než porfyroklast (grain‐size
sensitive deformation) → pokračující střižná 
deformace horniny vede k roztažení 
rekrystalovaných domén do foliace („křídla“ 
lemovaných porfyroklastů, wings)
• Podobná struktura, ale jiný mechanismus 
než krystalizace z roztoku v tlakových 
stínech!
24
Dynamická rekrystalizace a vznik porfyroklastů
křemen
živec
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
video
25
Porfyroklasty a asymetrické lemy
• asymetrické struktury okolo porfyroklastů
jsou dobrým indikátorem kinematiky střihu 
(viz R. Melichar)
Porfyroklast K‐živce s pláštěm rekrystalovaných zrn v matrix křemene
↑ Laboratorní deformace 
agregátu s porfyroklastem
(kafr v oktachlorpropanu)
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• Postupnou rekrystalizací a přibýváním podílu malých rekrystalovaných zrn 
vzniká mylonit a hornina získává páskovaný vzhled – jednotlivé pásky 
v malém měřítku reprezentují původní zrna (skupiny zrn)
Mylonit – hornina vzniklá výraznou duktilní střižnou deformací s podstatnou 
rolí dynamické rekrystalizace, spojenou s redukcí velikosti zrn oproti 
protolitu.  
26
Vznik mylonitu (mylonitizace)
mylonit a ultramylonitprotomylonitpův. hornina
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček) 27
Mylonitizace granitu
ultramylonit s porfyroklasty živců ultramylonit bez porfyroklastů
mylonitprotomylonit
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• i po odeznění vnějšího napětí na horninu vážou dislokace a hranice zrn 
vnitřní volnou energii, která je samovolně redukována, pokud fungují 
mechanismy, které to umožňují – obdobně jako u dynamického zotavení a 
rekrystalizace (tedy závislost na teplotě)
• statické zotavení (zcela obdobné dynamickému) a statická rekrystalizace 
– růst zrn a napřimování hranic zrn → odstraňování zrn s vysokou 
dislokační hustotou a redukce hranic zrn
(V metalurgii tyto procesy probíhají při zahřátí kovu na vysokou teplotu nad 
30% teploty tání – „žíhání“, annealing.)
• struktura spěje ke stavu s velkými zrny bez vnitřní deformace, jejichž 
hranice jsou rovné a setkávají se ve 120° trojných bodech – polygonální
struktura
Tohoto ideálního stavu nemusí být vždy dosaženo.
28
Statické zotavení a rekrystalizace
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
video
29
Statická rekrystalizace
Příklady #1: mat./fyz. model a laboratorní experiment
oktachlorpropan
oktachlorpropan (dynamicky rekrystalovaný)
video
Ostwaldovo zrání v pivní pěně
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček) 30
Statická rekrystalizace
Příklady #2: horniny
kalcit v mramoru křemen
amfibol v amfibolitu
↑ Firn a led 
v různých hloubkách ledovce
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• přítomnost jiné minerální fáze může blokovat migraci hranic zrn (pinning)
31
Statická rekrystalizace
Omezení růstu jinými fázemi
Statická rekrystalizace křemene 
v hornině s pásky živce
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• energie hranice zrna je závislá na jeho orientaci vzhledem k mřížce krystalu 
– v různých minerálech různým způsobem
• z tohoto důvodu někdy může dojít při statické rekrystalizaci k 
nestejnoměrnému růstu, abnormal (exaggerated) grain growth. 
32
Statická rekrystalizace
Abnormální růst zrn
video
v horninách to ale není úplně běžné…
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• bodové defekty mřížky: vakance, intersticiály,  
substituenty 
• vysoká teplota umožňuje difúzní pohyb vakancí
(viz výše) a pokud je blízká teplotě tání, tato 
difúze může představovat dominantní 
mechanismus deformace => difúzní tok
• Pohyb částic se odehrává uvnitř krystalu 
(Nabaro‐Herring creep) nebo podél hranic zrn 
(Coble creep) – rychlost deformace je tak závislá 
na velikosti zrn (grain size sensitive)
• V jemnozrnných agregátech může kombinací 
difúzních mechanismů a skluzu po hranicích zrn 
výrazně poklesnout pevnost a materiál získá 
vlastnosti Newtonovské tekutiny –
superplasticita (→ velké deformace bez 
podstatné změny mikrostruktury)
33
Bodové defekty a difúzní tok
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• identifikace podle mikrostruktury je problematická. Superplasticky
deformovaný agregát křemene by vypadal zhruba takhle: 
34
Difúzní tok
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
Vznik tvarové a mřížkové přednostní orientace
Při různých mechanismech deformace
TVAROVÁ           MŘÍŽKOVÁ
‐ pasivní rotace anizometrických zrn  + +/‐
‐ křehká deformace  ‐/+ ‐
‐ dislokační kluz  + +
‐ dvojčatění + +
‐ difúzní tok  + ‐
‐ SGR rekrystalizace  ‐/+ ‐
‐ GBM rekrystalizace ‐ ‐
‐ superplastický tok ‐ ‐
35
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• teplotní závislost nástupu plastické deformace (příp. různých mechanismů 
rekrystalizace) v různých minerálech může být využita pro odhad teploty 
deformace. 
‐ trend posunu 
hranice v důsledku 
zvýšení rychlosti 
deformace
36
Plastická deformace vs. mineralogie a teplota
Mikrostruktura jako termometr
‐ oblast plastické 
deformace krystalů
(ale závislost také na 
obsahu fluid, rychlosti 
deformace …)
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• vyšší diferenciální napě  → vyšší hustota dislokací 
ρ – disl. hustota
α, m – konstanty
b – Burgersův vektor
σ – napětí
µ – střiž. modul 
37
Hustota dislokací vs. napětí
Hustota dislokací jako piezometr
Příklad kvantifikace:
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček)
• diferenciální napě  → dislokační hustota → velikost dynamicky 
rekrystalovaných zrn
38
Rekrystalizace vs. napětí
Velikost rekrystalovaných zrn jako piezometr
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček) 39
Deformace v různých podmínkách
Variace mechanismů a související petrografie podle toho, jestli při deformaci teplota umožnila 
dostatečně účinné zotavení, tak jak bylo vyžadováno rychlostí deformace.
zotavení, funkce teploty →
rychlost deformace →
Winter 2010 
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček) 40
Proč vlastně záleží na mechanismu deformace?
• mechanismus deformace → pevnost (max. diferenciální napětí při dané 
rychlosti deformace; obor reologie – pevnost duktilně deformovaných materiálů 
v různých podmínkách)
Mapy deformačních mechanismů: různé mechanismy a tedy různá reologie 
v různých podmínkách (vztahy teplota – napětí ‐ rychlost deformace – velikost zrna –
deformační mechanismus)
obecně Olivín, T=1700K
(skluz dislokací)
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+IV, Špaček) 41
Proč vlastně záleží na mechanismu deformace?
• různá pevnost hornin v různých úrovních litosféry → Co všechno litosféra 
vydrží? Kde se bude přednostně deformovat? Kde vznikají zemětřesení?...
Dále s R. Melicharem: kinematické indikátory
42