Geografia zemskej kôry

Zemské teleso pozostáva z viacerých zemských obalov, z ktorých má každý svoje špecifické chemické a fyzikálne zloženie. Zemská kôra tvorí najvrchnejší, pevný obal Zeme. V pomere k celej Zemi zaberá 1.5% objemu a je to tenký obal zložený z pevných hornín rôzneho pôvodu a veku.

Pôvodne sa ako kôra označovala konvenčne určená oblasť Zeme, siahajúca do hĺbky 10 míľ. Po objavení hladiny veľmi výrazných zmien bola hranica zemskej kôry posunutá do tejto oblasti. Oblasť zmien rýchlosti zvukových vĺn sa označuje ako Mohorovičičova plocha diskontinuity. Táto diskontinuita oddeľuje zemskú kôru od vrchného plášťa. Menej výrazná diskontinuita, tzv. Conradova, oddeľuje granitovú a bazaltovú vrstvu kôry.

Chemické zloženie kôry a zemského plášťa poznáme vďaka priamemu skúmaniu hornín z povrchovej alebo pripovrchovej vrstvy. Podľa medzinárodného programu Vrchný plášť sa uskutočnili hlboké vrty až do vrchného plášťa, pričom prvý super hlboký vrt (1974 - 1985) bol situovaný na Kolskom polostrove.

Zloženie a typy zemskej kôry

Osobitosťou zemskej kôry je, že má iné zloženie na kontinentoch a iné pod oceánmi. Rozdeľuje sa na pevninskú a oceánsku kôru.

Pevninská (kontinentálna) kôra

Pevninská kôra sa zvykne nazývať aj SiAl (podľa latinských názvov najčastejšie sa vyskytujúcich prvkov kremíka a hliníka). Tvorí ju 20 km mocná vrstva hornín, pod ktorou sú sedimenty. Tvorená je prevažne alkalickými kremičitanmi a hlinitokremičitanmi. Z petrologického hľadiska ide prevažne o granity a ich variácie. Na granitovom podklade sa nachádza hrubá pokrývka zvetralín a sedimentárnych hornín (pieskovcov, bridlíc, vápencov a dolomitov).

Sial má hustotu 2,7 gramu na centimeter kubický. Sialické kontinenty vytvorené z ľahších materiálov než je sima plávajú na sime ako ľadovce v mori. Najstaršia pevninská kôra bola objavená v západnej Austrálii - 3,9 mld. rokov, centrálne časti Kanadského a Baltického štítu sú približne rovnako staré. Podstatná časť zemskej kôry sa vytvorila medzi 3,4 a 2,4 mld. rokov v archaiku.

Oceánska kôra

Oceánska kôra (alebo len skrátene oceánska kôra) je spodná časť zemskej kôry. Nachádza sa vo veľkej časti pod hladinou oceánov, prípadne aj niektorých morí. Nazýva sa aj SiMa (kremík a horčík). V oceánskej kôre s mocnosťou 6 - 12 km chýba granitová vrstva, sedimenty nasadajú na vrstvu bazaltov. Oceánska kôra je ťažšia (priemerná hustota sa pohybuje okolo 3,3 kg dm-3) ako kontinentálna kôra a je aj tenšia - priemerná hrúbka je 5 až 10 km.

Je podstatne mladšia (najstaršie oceánske bazalty in situ majú okolo 200 mil. rokov). Oceánska kôra sa neustále vytvára (v stredooceánskych chrbtoch) výstupom a utuhnutím magiem z hranice spodného plášťa. Vďaka tomuto sa morské dno pomaly rozširuje. Naopak, v subdukčných zónach oceánska kôra poklesáva naspäť do plášťa a zaniká.

Rozoznávajú sa dva typy oceánskej kôry, ktoré sú určené rýchlosťou rozpínania na stredooceánskych chrbtoch, ako aj jej tektonickým režimom. Sú to zriedkavejší tzv. hessovský typ (podľa H. Hessa) a častejší penroský typ (podľa mesta Penrose). Oceánska kôra je tvorená vo veľkej miere mafickými horninami a jej povrch je pokrytý hlbokomorskými sedimentami. V menej častom hessovskom type kôry prevažujú ultrabázické plášťové horniny. Pre penroský typ sú typické bazalty a charakteristický ofiolitový komplex.

Jej zloženie je vo väčšej miere zisťované nepriamo, či už analýzou starých obdukovaných ofiolitov, modelovaním štruktúry na základe analýzy prechodu seizmických vĺn alebo aj z analýzy vzoriek odobratých z morského dna, prípadne z podmorských vrtov.

Vrstvy oceánskej kôry:

• Vrchná vrstva - je tvorená sedimentami, ktoré môžu dosahovať hrúbku až 1 km. Stupeň litifikácie (spevnenia) narastá smerom nadol. Zloženie sedimentov sa mení v závislosti od vzdialenosti sedimentačného prostredia od pevniny. V blízkosti pobrežia prevládajú úlomky kontinentálnej kôry transportované z kontinentálneho šelfu, v oceánskych panvách sú to zvyšky schránok morských živočíchov, či už vápnité alebo kremičité (no aj v tomto prostredí sa nachádzajú vložky vulkanických alebo kontinentálnych prachov, ktoré sem boli transportované turbiditnými prúdmi).
• Stredná vrstva - 1,5 až 2 km hrubá vrstva je tvorená vo vrchnej časti prevažne jemnozrnnými až sklovitými poduškovými bazaltami, pochádzajúcimi z erupcií z riftových zón.
• Spodná vrstva - tzv. hlavná vrstva je približne 5 km hrubá vrstva intruzívnych ultramafík (väčšinou v určitom štádiu metamorfózy) ako sú gabrá a peridotity a hornblendity. V oblasti riftových zón táto vrstva plynule prechádza do vrchného plášťa.

Osobitným prípadom je zloženie oceánskej kôry v subdukčných zónach, kde dochádza k poklesávaniu oceánskej kôry do vrchného plášťa. Pri poklese často dochádza k nazhromaždeniu vrchnej vrstvy sedimentov, takto chaoticky nazhromaždené zmesi sa nazývajú tektonické melanže. Chemické zloženie eruptovaných bazaltov je charakteristické nižším obsahom draslíka a titánu a označujú sa ako MORB (Middle-ocean ridge basalts - bazalty stredooceánskych chrbtov). Magmy, ktoré produkujú horniny takého typu sa nazývajú tholeiitické. Pre stredooceánske bazalty je charakteristický aj vyšší obsah nekompaktabilných a rádioaktívnych prvkov ako niób, tantal, olovo, tórium, urán, lantanoidy a prvky vzácnych zemín.

Horninové zloženie zemskej kôry

Zemská kôra má neobyčajne pestré horninové zloženie a stavbu. Horniny zemskej kôry sú spojené s jej vznikom a vývinom. Ich história je predmetom štúdia mnohých geologických vedných disciplín. V zemskej kôre sú najpočetnejšie zastúpené horniny magmatického pôvodu.

• Magmatické horniny: Patrí sem hlavne:
  • Bazalty: Predstavujú čierne bázické horniny minerálneho a chemického zloženia.
  • Granity (žuly): Pôvod granitov nie je doteraz dostatočne vysvetlený. Podľa hypotéz vznikli kryštalizačnou diferenciáciou bázických magiem.
  • Intermediárne horniny: Majú dvoch najvýznamnejších predstaviteľov - diority a andezity.
• Sedimenty: Predstavujú široký komplex hornín, vzniknutých rozrušením pôvodných hornín, transportom materiálu na iné miesto a jeho usadením. Sedimenty sa delia podľa veľkosti častíc, minerálneho zloženia častíc a výplne, ktorá tmelí častice.
• Metamorfity: Predstavujú rozsiahlu skupinu hornín, ktoré vznikli premenou už existujúcich hornín.

Dynamika zemskej kôry: Platňová tektonika

Litosféru tvorí zemská kôra s najvrchnejšou časťou zemského plášťa, ktorá spočíva na vrstve plastických roztavených hornín plášťa - na astenosfére. Zemský plášť je pod litosférou čiastočne natavený - plastický. Po zemskom plášti sa pohybujú litosférické dosky. Pohyb litosférických dosiek ovplyvňuje prúdenie roztavených hmôt, ktoré spôsobuje vnútorné teplo Zeme. Roku 1972 Arthur Holmes vyslovil predpoklad, že konvenčné prúdy vznikajú z rozdielov teploty. Teória Globálnej tektoniky predpokladá, že konvenčné prúdy sa vyskytujú aj v astenosfére. Teóriu podporujú merania tepelného toku - teploty vyžarovania zo Zeme. Hodnoty teploty sú vyššie pod chrbtami a nižšie pod priekopami.

Hranice medzi litosférickými doskami sú miesta, kde vybuchujú sopky, vzniká zemetrasenie, nastáva vrásnenie a vznikajú pohoria. Litosferické dosky sú ohraničené oceánskymi chrbtami, priekopami a transformnými zlomami, pričom hranice litosférických dosiek sa nie vždy kryjú s obrysmi oceánov a pevnín. Dve litosférické dosky sa môžu navzájom zrážať, približovať, vzďaľovať, podsúvať, čiastočne nasúvať, alebo sunúť vodorovne vedľa seba.

Typy hraníc dosiek

Divergentné (rozchádzajúce sa) hranice - Vznik novej kôry

Oceánska kôra vzniká v riftoch stredooceánskych chrbtov výnosom magmy z vrchného plášťa. Magma na povrchu tuhne a je unášaná pohybom smerom preč od riftovej zóny chrbta. Oceánske chrbty vznikajú medzi dvoma navzájom sa vzďaľujúcimi doskami. Takto sa stále viac a viac rozširujú dná oceánov. Rýchlosť rozširovania je síce malá, ale nie zanedbateľná. Atlantický oceán sa za rok otvorí o 2 centimetre a dno na východe Tichého oceánu o 10 centimetrov za rok. Postupne sa na ňu usadzujú sedimenty a nakoniec je pohltená v subdukčnej zóne hlbokomorských priekop.

Pasívnym pohybom (tzv. spreading) je kôra tlačená ďalej od stredooceánskych chrbtov na obidve strany.

Konvergentné (približujúce sa) hranice - Zánik kôry a vrásnenie

Oceánske priekopy sú výsledkom stretnutia dvoch dosiek. Na pasívnych okrajoch platní oceánska kôra prechádza buď do kôry zmiešaného typu a neskôr do kontinentálnej kôry, alebo zaniká pri subdukcii v hlbokomorských priekopách. Oblasti, kde vzniká a zaniká zemská litosféra, sa vyznačujú intenzívnou sopečnou a zemetrasnou činnosťou - sú dôkazom vnútornej dynamiky Zeme. Keďže objem Zeme sa nemení, objem zaniknutej kôry sa rovná objemu vzniknutej kôry.

Pohyb obrovských dosiek zemskej kôry vyvoláva na ich okrajoch silný tlak. Ak sa dosky približujú, vytláčajú horniny do prevrásnených a zlomami porušených horských pásiem. Horniny budujúce horstvá bývajú zvrásnené a porušené zlomami. Vrásy vznikli stlačením a zlomy naťahovaním zemskej kôry. Oba druhy tektonických porúch sú mechanické pohyby vrchnej časti litosféry vyvolané tlakovou, ťahovou alebo gravitačnou silou.

• Vrásy: Sú zvyčajne dobre vyvinuté v sedimentárnych a metamorfovaných horninách, ale tvoria sa i v abysálnych (v žule a v gabre). Časť vrásy prehnutá nahor sa volá antiklinála a časť prehnutá smerom nadol sa volá sinklinála. Oba tieto vrcholy vrás sú spojené ramenami. Veľkosť vrás môže byť od niekoľkých milimetrov až po niekoľko kilometrov. Veľká a zložitá synklinálna vrása, ktorej ramená sa skladajú z ďalších malých vrás, sa volá Synklinórium a veľká antiklinálna vrása sa volá antiklinórium - také sú napríklad Západné Karpaty.
• Zlomy: Ak sa horniny pod tlakom nemôžu ďalej ohýbať, lámu sa a vzniká zlom. Pri vzájomnom pohybe krýh sa na zlomových plochách vytvárajú ryhy, žliabky, čo umožňuje geológom určiť relatívny pohyb krýh; či sa pohybovali vo vertikálnom smere, či sa pohybovali priamo alebo sa otáčali. Napríklad zlomy, ktoré vzniknú nad intrudujúcou žulou, umožňujú hydrotermálnym roztokom prenikať do nadložených hornín, kde z nich kryštalizujú rudné nerasty. Po zlomoch, ktoré nevyúsťujú na zemský povrch, sa môžu premiestňovať ropa a zemný plyn. Poznatky o tvorbe a zákonitostiach vrás a zlomov majú mimoriadny význam aj v baníctve. Zlomy v zemetrasných oblastiach sa na povrchu prejavujú ako strmé zlomové zrázy, často takmer kolmé steny, či zlomami vymedzené riftové údolia. Zlomy sa často vyskytujú vo zvrásnených oblastiach.

Transformné (posuvné) zlomy

Transformné zlomy vznikajú tam, kde sa dosky kĺžu jedna popri druhej. Pôvodne súvislý oceánsky chrbát roztrhnú po šírke a posunú od seba. Niekedy vznikajú na kontinentoch ako v prípade zlomu v San Andreas na juhozápade Spojených Štátov Amerických.

Geologické procesy spojené so zemskou kôrou

Dynamika zemskej kôry sa prejavuje aj prostredníctvom vulkanizmu a seizmickej aktivity.

Vulkanizmus (Sopečná činnosť)

Vulkanizmus je súbor procesov súvisiacich s magmou. Sopky sú veľkolepým prejavom energie, ktorá sa skrýva vo vnútri Zeme a zároveň jedným z kanálov, ktorými čerpáme vedomosti o vývoji Zeme a o jej vnútre. Práve zásluhou sopiek vznikla veľká časť zemského povrchu. Od povrchu smerom do hĺbky teplota stúpa. Teplota spodného plášťa v hĺbke 2 000 km sa odhaduje na 2 250 stupňov, v hĺbke 2 900 km je to až 3 000 stupňov.

Vrchný plášť Zeme pod kôrou je vlastne tavenina. Ak tlak mierne poklesne, povedzme premiestnením jednej litosférickej dosky, horniny vrchného plášťa sa úplne roztavia, čím vznikne magma. Keďže magma je oveľa ľahšia ako okolité horniny, pomaly stúpa k povrchu často po zlomoch. Vedci predpokladajú, že aj zhluky rádioaktívnych prvkov dokážu vyrobiť dostatok tepla na vznik magmy.

Pozdĺž stredooceánskych chrbtov, kde sa vzďaľujú od seba litosférické dosky a klesá tlak, magma viac-menej sústavne vystupuje na povrch oceánskeho dna a vytvára tak novú kôru. Na niektorých miestach vytvára magma magmatické krby (ohniská). Ak v nich nestuhne, prenikne na povrch, kde sa vyleje ako láva. Na povrch vystupujúca láva sa stane ešte tekutejšou, pretože pri poklese tlaku sa uvoľnia v nej rozpustné plyny a vznikajú v nej bubliny.

Ak je láva viskózna, teda tečie veľmi pomaly, pohltené plyny sa zle uvoľňujú a spôsobujú explózie. Silu explózie, ako aj normálne erupcie, zvyšuje voda, ktorá presakuje magme a ihneď sa mení na paru.

Typy lávy a erupcií

• Ak má láva kyslý charakter, teda obsahuje viac SiO2, pomaly sa pohybuje a tuhne ako vytlačené kopy, homole, ihly.
• Bázické lávy majú menej plynov, vodných pár i SiO2. Sú pohyblivejšie a tvoria lávové prúdy, pokrovy a ploché štítové kužele. Lávové prúdy sa navrstvujú na seba, čím vlastne vzniká sopečný kužeľ - vlastné teleso sopky. Podobne sa do kužeľa navrstvujú sopečné vyvreliny.

Sopky sú rozmiestnené pozdĺž trhlín v zemskom povrchu a pozdĺž stykov dvoch litosférických dosiek. Povestný ohnivý kruh - reťaz sopiek obkľučujúcich Tichý oceán - lemuje okraj Tichooceánskej litosférickej dosky. Najviac sopiek sa nachádza v oceánoch a moriach, lebo oceánska kôra je tenká a magma ju ľahko prerazí. V Tichom oceáne sa nachádza okolo 10 000 sopiek vyšších ako 1000 metrov. Podmorské sopky sú ale zväčša vyhasnuté.

Dvíhajú sa nad magmatickými krbmi ako výsledok tepla uvoľneného pri rozpade rádioaktívnych prvkov, alebo tepla z tepelných škvŕn v plášti. Na Zemi sa nachádza okolo 500 činných aktívnych sopiek, z nich asi 20-30 sa ozve každý rok. Ak je sopka v pokoji, hovoríme o nej, že spí, to môže trvať veľmi dlho, takže sopka môže byť považovaná za vyhasnutú.

Sopky vyvrhujú taveninu, plyny a pevné látky. Sú tvorené lávou, sopečným materiálom, popolom i pieskom. Medzi plyny, ktoré najčastejšie vystupujú na povrch počas sopečnej činnosti, patria prevažne dusík, oxid uhličitý, chlorovodík, vodná para, oxid uhoľnatý a sírovodík. Žeravá vyvrelina roztavených hornín sa nazýva láva, ktorá tuhne na povrchu.

Produkty sopečnej činnosti

• Lávové sopky (Island, Havaj) produkujú len lávu. Tekutá láva sa vylieva z krátera pokojne. V čase pokoja sa v kráteri nahromadí voda.
• Sopečný popol: Mračná sopečného popola sú oveľa ničivejšie ako prúdy lávy alebo bahenné prúdy. Môžu spôsobiť viac škôd, lebo prúd zasiahne väčšie územie. Sopečný popol pozostáva z drobných vyvrhlín v priemere menších ako 2 milimetre a môže dosiahnuť objem až 1 štvorcový kilometer.
• Pevné látky: Vyletujú z krátera ako bomby. Nahromadením sypkého sopečného materiálu rôznej veľkosti vznikajú nasypané (explózne) sopky, napríklad Fudžisan v Japonsku.

Rozdelenie sopiek podľa výbuchov

• Puklinová (lineárna) erupcia: Uvoľňuje najbázickejšiu a najtekutejšiu lávu. Charakterizujú ju čadičové lávové prúdy, často sprevádzané ohnivými, lávovými fontánami, keď 1300-stupňová láva vystrekuje až do výšky 300 metrov. Ak sa vystrekujúca láva prevalí cez okraj, ďalej steká po svahu, až kým nestuhne.
• Vulkánsky typ: Vyvrhuje kusy pevnej lávy, ktoré potom spolu s popolom tvoria nad sopkou oblak v tvare karfiolu.
• Strombolský typ: Pravidelne chrlí žeravú hmotu.
• Peelejský typ: Žeravé oblaky peelejského typu sa kotúľajú po svahoch sopky a všetko spaľujú.

V istom zmysle fungujú sopky ako bezpečnostné ventily v Zemskej kôre. Čím je záklopka ventilu pevnejšia, tým väčšia bude erupcia. Za najväčšiu sopečnú katastrofu sa považuje výbuch indonézskej sopky Tambora roku 1815: tisícky ľudí zahynuli priamo pri výbuchu a 82 000 ľudí skonalo na rozličné choroby a hladomor, ktoré nastali po výbuchu. V druhom tisícročí pred naším letopočtom sa odohrala na ostrove Théra sopečná erupcia, ktorá mala katastrofálny dopad na obyvateľstvo Kréty a pravdepodobne spôsobila zánik vyspelej mínojskej kultúry. Podnietila aj vznik legendy o ostrove Atlantída.

Sopečným erupciám nemožno zabrániť, ale možno ich aspoň v niektorých prípadoch predvídať. Predpovede sa opierajú o pozorovanie malých zemetrasení, ktoré sprevádzajú výstup magmy, a sledovanie deformácie pôdy a výronov plynov a pár z kráteru.

Seizmická aktivita (Zemetrasenia)

Zemetrasenie je náhle uvoľnenie energie, ktoré sa prejavuje chvením Zeme a jej otrasmi. Túto energiu vyvolávajú stlačené alebo rozpínané tektonické dosky, čo sa lámu a posúvajú pozdĺž zlomov - nazývame ho tektonické zemetrasenie.

Typy zemetrasení

• Tektonické zemetrasenia: Najčastejší typ, spôsobený pohybom litosférických dosiek. Horniny sú rozložené pozdĺž zlomu, aby sa kĺzali popri sebe, ale bráni im v tom trenie. Tým sa hromadí energia v podobe pružného napätia. Keď napätie prekročí kritický bod, prekoná odpor trenia a horniny na zlome sa pohnú, prasknú. Nahromadená energia sa uvoľní a vyvolá zemetrasenie. Pružné napätie môže prekročiť kritický bod aj v horninových vrásach, takže sa pretrhnú a vznikne zlom.
• Sopečné zemetrasenia: Malé otrasy v okolí aktívnej sopky môže spôsobiť láva predierajúca sa z hĺbky na povrch.
• Rútivé zemetrasenia: Najzriedkavejšie, vznikajú prepadávaním stropov podzemných dutín.

Podľa odhadu vedcov sa za rok odohrá na Zemi asi milión zemetrasení, ale väčšina je taká slabá, že prebehne bez pozorovania. Ozaj silné a pustošivé zemetrasenia sa vyskytujú raz za dva týždne. Väčšina, našťastie, na dne oceánov, takže nezapríčiňujú žiadne škody.

Seizmické vlny a ich meranie

Keď zemetrasné vlny prechádzajú horninami s odlišnou hustotou, na ich rozhraní sa lámu ako svetlo, keď prechádza cez sklo. Ak narazia na rozhranie pod ostrým uhlom, odrazia sa. Vlny zo vzdialených zemetrasení prechádzajú kôrou pod tupými uhlami, zatiaľ čo vlny z blízkych zemetrasení vnikajú do kôry pod ostrými uhlami.

• Pozdĺžne vlny: Vyvolávajú v horninovom prostredí, cez ktoré prechádzajú, chvenie častíc v smere svojho šírenia. Šíria sa 1,7-krát rýchlejšie ako priečne, preto ich seizmografy na seizmických staniciach zaznamenajú ako prvé.
• Priečne vlny: Vyvolávajú chvenie častíc kolmo na smer svojho šírenia. Zaznamenávajú sa sekundárne.
• Dlhé (povrchové) vlny: Tretí typ vĺn, práve ony vyvolávajú ničivé otrasy.

Otrasy 2. stupňa človek prakticky nepocíti, kým 7. stupeň je spodnou hranicou zemetrasení s ničivými následkami.

Následky a predpovedanie zemetrasení

Zemetrasenia sa smutne preslávili pustošivými následkami, ktoré spôsobili otrasy zeme, ale aj obrovské prílivové vlny zvané Tsunami. Vyvolávajú ich seizmické otrasy dna morí či oceánov. Dĺžka Tsunami dosahuje až 200 km, rýchlosť na voľnej hladine je až 800 km/h. Ak vlny narazia na mierne stúpajúce pobrežie, spomalia sa, zato však narastú do výšky.

Zemetrasenie na západnej Sicílii roku 1968 načisto zničilo väčšinu budov v meste Gibellina a okolitých dedinách a vyžiadalo si 224 ľudských životov. Tí, čo prežili, sa ocitli uprostred zrúcaných stavieb. Pri silnom zemetrasení najviac ohrozujú obyvateľov padajúce múry budov. Zničené inžinierske siete sa menia na semeniská rozličných chorôb a nákaz.

Na meranie porušenosti sa používajú aj sklonomery. Informácie z meracích zariadení umiestnených pozdĺž seizmoaktívneho zlomu zaznamenávajú družice, ktoré ich odosielajú do riadiacich centier. Vedci preto vedia zistiť aj veľmi malé pohyby Zeme a značiť miesta, kde sa hromadí pružné napätie v horninách. Iná metóda sa zakladá na meraní obsahu vody v horninách; keď na horniny pôsobí tlak, zväčšujú sa v nich póry, takže nasávajú viac vody.

V roku 1960 v meste Denver, štátu Colorado v USA, bola do vrtu napumpovaná odpadová voda, čo vyvolalo rad menších neničivých zemetrasení. Vtedy sa ujala myšlienka urobiť hlboké vrty pozdĺž seizmického zlomu a napumpovať do nich vodu, a uvoľniť tak napätie v horninách niekoľkými slabšími neničivými otrasmi. Človek tým môže predísť ničivému otrasu, ovládnuť nebezpečné sily. Aby však vedel, kde presne treba zasiahnuť, musí vedieť, kde presne sa chystá Zem otriasť. Nebezpečenstvo zemetrasení však možno do istej miery znížiť aj vhodnými opatreniami.

tags: #zemska #kora #geografia