Litosféra a desková tektonika
Z0026p Fyzická geografie
Zdeněk Máčka
VZNIK VESMÍRU: big bang
stáří vesmíru: 13,799 ± 0,38 mld. let
ZÁNIK VESMÍRU:
big crunch, heat death (10100 let), big rip (už za 2,8 mld. let?)
Vesmír obsahuje:
viditelnou hmotu (4,9 %), temnou hmotu (25,9 %), temnou energii
(69,2 %)
Vznik prvních hvězd: 550 mil. let po velkém třesku
Stáří Země: 4,57 mld. let
Vznik sluneční soustavy
Terestrické planety (zemského typu)
Mapa reliktního záření
Nejstarší datovaný horninový materiál v zemské kůře
Nejstarší minerál: zirkon (ZrSiO4, oxid zirkoničitý)
Lokalita: Jack Hills, Západní Austrálie
Stáří: 4,375±0,006 mld. let
Způsob určení stáří: radiometrické (U-Pb)
Nejstarší hornina: tonalitová rula Acasta
Lokalita: NW Territory, Kanada (pojmenování podle řeky Acasta)
Stáří: období metamorfózy 3,58–4,031 mld. let, vznik z
granitoidů starých 4,2 mld. let
Způsob určení stáří: radiometrické (U-Pb) datování zirkonů
TVAR
+
VNITŘNÍ STAVBA
ZEMSKÉHO TĚLESA
Jaký je tvar Země tvar?
Země je koule. To ví každý
The Blue Marble (satelit: Terra, sensor: MODIS, zdroj: NASA, http://visibleearth.nasa.gov/)
Je tomu skutečně tak?
Země je elipsoid
Země je geoid
průměrný poloměr = 6 367 km
průměr na rovníku o 43 km větší než na pólu
Rr/Rp = 1,0033
klidná střední hladina moří, které jsou
spojené i pod kontinenty
Rr
Rp
Earth Gravity Model 2008
(EGM 2008)
Besselův, Heyfordův, Krasovského, IAG 1967
WGS 84 (revize v r. 2004)
Proč je vlastně Země kulatá?
21 Lutetia
Phobos
Deimos
Některá tělesa Sluneční soustavy totiž nejsou.
?
Obrázek ukazuje skutečný poměr velikosti
Země a Měsíce
Země je kulatá protože …
… dosáhla stavu hydrostatické
rovnováhy
Vnitřní stavba zemského tělesa
hloubka 5 150 km
Gutenbergova diskontinuita (plášť / jádro)
Mohorovičičova diskontinuita (kůra / plášť)
hloubka 2 900 km
hloubka 5 – 70 km
vnější jádro / vnitřní jádro
Seismický model vnitřní stavby Země
Seismologie: studuje vznik, chování a rychlost šíření
zemětřesných vln
Sesismická energie se šíří formou vln:
– P vlny (podélné, primární)
– S vlny (příčné, sekundární)
Jádro /core/
Složení: Fe + Ni
Teplota: 2800 – 3100 °C
Vnější jádro: polotekuté
Vnitřní jádro (jadérko): pevné
Plášť /mantle/
Složení: tmavé minerály podobné olivínu (silikát Mg a Fe)
Složení lze zkoumat pomocí vývěrů magmatu a xenolitů
Teplota: 1800 – 2800 °C
Tvoří 84 % objemu a 69 % hmotnosti Země
SVRCHNÍ PLÁŠŤ: hloubka Moho – 650 km
složení: minerály olivín, pyroxen, granát, spinel; hornina olivínovec
(peridotit)
Astenosféra: hloubka 60/150 – 250 km
plastická
SPODNÍ PLÁŠŤ: hloubka 650 – 2900 km
složení: silikátové horniny bohaté na Co, Al a Ti
Zemská kůra /Earth crust/
Mocnost: 8 – 40 km (min. 5 km, max. 70 km)
Složení: převážně vyvřelé horniny společně s metamorfity a
sedimenty
 Kontinentální kůra
Průměrná hustota 2700 kg.m-3
Průměrná mocnost 35 km
svrchní felsická vrstva (dříve granitová)
Conradova diskontinuita (může zcela chybět)
spodní mafická vrstva (dříve čedičová)
 Přechodná
 Oceánská kůra
Průměrná hustota 3000 kg.m-3
Průměrná mocnost 7 km
Mocnost kůry v ČESKÉM MASIVU: 35 km
KRATONY: stabilní jádra kontinentů
Stavební části kratonů:
– fundament
– pokryv
Třídění kratonů podle stáří:
– staré – prekambrium (> 541 mil. let)
• štít – starý kraton bez pokryvu
• tabule – starý kraton s vyvinutými
pokryvnými útvary
– mladé – fanerozoikum
Stavba kontinentální kůry
OROGÉNY
Rychlost zdvihu10-20 mm.rok-1
Stáří aktivních orogenních
pásem – kenozoikum (65 mil.
let), zejména mladý terciér,
kvartér
Orogenní zóny Země:
alpsko-himálajská
cirkum-pacifická (ring of fire)
Stavba kontinentální kůry
Kratonní oblasti
Jak víme, co je uvnitř kůry?
POVRCHOVÉ DOLY
• Bingham Canyon Mine (Utah, USA)
měď, 1,2 km, šířka jámy 4 km
HLUBINNÉ DOLY
• Savuka Mine (JAR)
zlato, 3 774 m
• Příbram – Březové hory
polymetalické rudy, důl Vojtěch (jáma č. 16), 1 838 m
V r. 1875 dosaženo vůbec poprvé na světě hloubky 1 000 m
• Zbýšov
černé uhlí, důl Jindřich II, 1 485 m
VRTY
• poloostrov Kola (město Zapolarnyj, Rusko), vrt SG3, hloubka 12 262 m (r. 1992)
• ČR (vrt Jablůnka 1)
hloubka 6 506 m (r. 1982)
Litosféra
Svislý řez litosférou
Conradova diskontinuita
PERIDOTIT
GABRO
BASALT
GRANULIT
GRANIT
Litosféra
Členění litosféry do desek
VELKÉ DESKY VYBRANÉ
MALÉ DESKY
Eurasijská Nazca
Africká Kokosová
Indická Filipínská
Australská Arabská
Pacifická Juan de Fuca
Severoamerická Karibská
Jihoamerická Scotia
Antarktická
Velké desky: 8
Malé desky: 15
Rekapitulace – koncentrická stavba zemského tělesa
Hloubka (km) Hustota (g/cm3) Teplota (°C)
Kůra 0 - 35 2,7 / 3,0
Litosféra 0 - 60
Astenosféra 100 - 700 1 400
Plášť 35 – 2 900 3,4 – 5,6 1 800 – 2 800
Vnější jádro 2 900 - 5150 9,9 – 12,2 2 800 – 3 100
Vnitřní jádro 5 150 – 6 400 12,8 – 13,1
DĚJE PROBÍHAJÍCÍ V LITOSFÉŘE
Příčiny pohybu litosférických desek
Plášťová konvekce
Radiogenní teplo vznikající
rozpadem radioaktivních izotopů
238U, 235U, 232Th, 40K
Mechanizmy pohybu desek:
• bazální tření
• gravitační skluz (sliding)
• ridge push
• nasávání desky (trench suction)
Rychlost pohybu litosférických desek
Průměrná rychlost pohybu desek = 10 cm.rok-1
Typy deskových rozhraní
Konvergentní: desky se přibližují
Divergentní: desky se vzdalují
Transformní: desky se pohybují podél sebe
KONVERGENTNÍ ROZHRANÍ
• podsouvání (subdukce)
– oceánské kůry pod kontinentální → vznik pásemného
pohoří při okraji kontinentu (např. subdukce desky Nazca
pod Jihoamerickou desku, Andy)
– oceánské kůry pod oceánskou → vznik ostrovního
oblouku (např. subdukce pacifické desky pod Filipínskou,
souostroví Mariany)
• kolize
– střet dvou desek s kontinentální kůrou (nedochází k
podsouvání) → vznik pásemného pohoří (např. kolize
Africké a Eurasijské desky, Alpy; kolize Indické a Eurasijské desky,
Himálaj)
SUBDUKCE:
oceánská kůra pod oceánskou
oceánská kůra pod kontinentální
KOLIZE:
kontinent s ostrovním obloukem
kontinent s kontinentem
typy SUBDUKCE a KOLIZE
Subdukce ocánské kůry pod kontinentální
Terány /terranes/
Terán = geologická jednotka s příbuznými horninami a společným
vývojem, horizontálně přesunutá do svojí současné pozice
Terány jsou součástí kontinentální nebo přechodné kůry
PŘÍKLAD:
Terány – západní pobřeží S. Ameriky
Složení teránů z. pobřeží S. Ameriky:
ostrovní oblouky
sedimenty mořského dna
útržky oceánské kůry
+
kratonní horniny
Kolize dvou desek s kontinentální kůrou
B (Benioff) subdukce: tisíce km oceánské kůry;
podsouvání hustších hornin
A (Ampferer) subdukce: několik málo stovek
km; podsouvání nebo přesunování méně
hustých hornin
Rozdělení
pevninské kůry
DIVERGENTNÍ ROZHRANÍ
rift (středooceánský hřbet)
oceánské pánve (abysální roviny,
hloubka ± 5000 m)
pevnina → šelf → svah → úpatí
Vznik nového
oceánu
Posun desek podél
transformního zlomu může
vyvolat odsunutí vodních toků
(offset drainage)
TRANSFORMNÍ ROZHRANÍ
zlom San Andreas
rozhraní Pacifické a Severoamerické
desky
Typy kontinentálních okrajů
Pasivní kontinentální okraje
Od počátku mesozoika tektonicky a
vulkanicky neaktivní
Aktivní kontinentální okraje
Od mesozoika intenzivní
tektonická a vulkanická aktivita,
orogeneze
Wilsonův cyklus
Průměrná rychlost pohybu desek = 10 cm.rok-1 → délka trvání
cyklu = cca 500 mil. let
8 až 10 cyklů během historie Země
Současnost: ½ cyklu – počátek rozpadu superkontinentu Pangea
před 200 mil. lety
Rekonstrukce uspořádání kontinentů
Počátek rozpadu superkontinentu
Pangea před 215 mil. lety
před 825–750 mil. lety
rozpad kontinentu
RODINIA
před 608 mil. lety z části
fragmetů Rodinie vzniká
GONDWANA
před 336 mil. lety vzniká
PANGEA kolizí
kontinentů Gondwana,
Laurasia a Siberia