1
Nové poznatky o stavbě Země, globální tektonika
•Stavba Země
• Pohyby kontinentů
• Pohyby litosferických desek
Stavba zemského tělesa - historie
• počátek století: v rámci geofyziky- dílčí disciplína: seismologie- studuje rychlost šíření, chování a původ zemětřesných vln
• 1906 - objev vnějšího zemského jádra • („hluboko uvnitř Země existuje zóna, která se chová jako kapalina“)
• energie uvolněná při zemětřesení se šíří zemským tělesem formou vln
- vlny P (podélné, primární) -částice kmitají ve směru šíření vln
- vlny S (příčné, sekundární) -částice se pohybujíkolmo na směr šíření vln
• 1909 - chorvatský geolog Mohorovičićobjevil v hloubce 35 - 40 km zónu změny rychlosti šíření vln(studoval zemětřesení ve Skopje)
• 1914 - Gutenberg- v hloubce 2900 km objevil hranici
plášť x jádro• 1953 - australský geofyzik Bullen sestavil
seismický model Země
2
Nejhlubší vrty
• poloostrov Kola (u města Zapolarnyj)- v roce 1989 dosaženo hloubky 12 262 m
• 1965:rozhodnuto o lokalizaci• původní cílová hloubka: 15 km• s vrtáním hlubokého vrtu se začalo v roce 1970• v roce 1983 dosaženo hloubky 12 km• z technických důvodů muselo být vrtání zastaveno
+ od hloubky 7 800 m se začal vrtat nový stvol, který v roce 1989 dosáhl hloubky 11 600 m
• V roce 1989 vrt dosáhl hloubky 12 262 ma v roce 1992 bylo další vrtání z důvodu složitých podmínek, zejména vysokéteploty, zastaveno
Teplota v nitru Země
Zemské jádro - teploty odhadnuté jen o něco málo nižší než na povrchu Slunce
• teplota ve středu našíZemě - asi 5 500°C (Nature, 30. 9. 1999)
3
Nejhlubší vrty v ČR a blízko hranic• Horní Falc (u města Windischeschenbach)
- vrtán v letech 1991-1994
- dosažena hloubka 9 100 m• Vídeňská pánev (S od Vídně) - v 80. letech 20. století; ložiska ropy
- dosažena hloubka 8 553 m• ČR - vrt Jablůnka 1 (1982 - hloubka: 6 506 m)
světový rekord: důl Vojtěch (1875 - dosaženo 1 km; jáma č. 16 : 1 838 m)
Další hluboké vrty: vrty Šaštín 12 (Slovensko), Hanušovice–1, vrt Np–1 (2 156 m) - v letech 1971 až 1972 odvrtán do podloží
východočeské křídy u obce Nepasice(10 km od Hradce Králové)
Historie výzkumu oceánské kůry
• 1854 - první batymetrická mapa Atlantského oceánu; všechny hloubky změřeny lotováním;
do roku 1900 ……18 400 měření• 1873 - Challenger→ mapa hlubokomořských sedimentů,
salinity a teploty• 1885 - založen oceánografický ústav v Monaku → vydány
batymetrické mapy všech oceánů ( 1:10 mil.)• 1957 - 1958 Mezinárodní geofyzikální rok – 1. velký projekt
hlubokých vrtů do oceánské zemské kůry: vědecký výzkumný program MOHOLE , cíl: dosažení nejsvrchnější části Mohorovičičovy hranice diskontinuity
• 1959 - 1965 UNESCO - výzkum Indického oceánu• 1969 - Challenger II - zařízení pro vrty• 1991 - nejhlubší vrt (504 B) ….. 2 km
4
Moderní metody výzkumu zemského tělesa
Seismická tomografie• obdoba lékařské počítačové tomografie• využívá digitální seismogramy k
rekonstrukci stavby Země• využívá se principu tomografické
rekonstrukce• Princip: rozdílnost času průchodu
seismických vln podle typů prostředí• Výsledek: 3D model variací rychlostí
v zemském nitru od svrchní kůry po zemský plášť
Zemská kůra
• odpovídá staršímu termínu SIAL• mocnost: proměnlivá - kontinentální…30-40 km
- oceánská……… 6-15 km maximální:…………………. 80 km
• 2 (3) základní typy• 3 vrstvy: sedimentární
granitická (žulová)bazaltová (čedičová)
• mocnost v ČR (rozdíl Český masiv x Karpaty)
Typy zemské kůry
• kontinentální (pevninská)– tvořená sedimentární, granitickou a bazaltovou vrstvou
• oceánská– tvořená sedimentární a bazaltovou vrstvouoceánská vrstva:I. s mořskými sedimentyII. bazaltová 3H a 4HIII. jurské až eocénní sedimenty + bazické a ultrabazické
horniny + metamorfity ve facii zelených břidlic• přechodná– geosynklinální– typická pro geosynklinály +
přechodné oblasti mezi kontinenty a oceány- riftogenní – vázaná na mobilní zóny v oceánech
5
Chemické složení zemského tělesa (v %)Zemská kůra Zemský Zemské
kontinentální oceánská plášť jádro
SiO2 69 48 43 -
Al 2O3 14 15 - -
Fe2O3 + FeO 4 11 12 90
CaO - 11 3 -
MgO - 9 37 -
NiO - - - 8
ostatní 13 5 2
celkem 100 100 100 100
Zemský plášť
• odpovídá staršímu termínu SIMA• vrstvy: svrchní (B) → řada nehomogenit
střední (C)spodní (D)
33 kmsvrchní
400 km
1 000 km
2 900 km
střední
spodní
astenosférahloubka:
100-150 (max 400) km
Zemské jádro
• odpovídá staršímu termínu NiFe• poloměr: 3 478 km
(tj. více než 1/2 zemského poloměru)• vrstvy: vnější (E) → tekuté(existence prokázána 1906)
přechodná zóna (F) -objev 1939
vnitřní (G) = jadérko -objev 1936
• existence kovového jádra → magnetické pole Země
6
Geotektonické hypotézy
• výzkum zaměřen na: příčiny látkového složenízemského tělesa + stavba Země + objasněníprocesů v ZK
• hypotézy - fixistické (neptunisté, plutonisté)
- mobilistické
Wegenerova teorie kontinentálního driftu
Teorie litosferických desek
Kontinentální drift
• stěhování kontinentů
• hlavní podnět: tvarová podobnost pobřeží
• konec 19.století (Suess) - hypotéza:
existoval prakontinent Gondwana
• 1910 - Wegener - hypotéza:
na počátku 2H - prakontinent Pangea
důkaz: geologický
hypotéza nepřijata
renesance v 60. letech 20. století
• Pohyby kontinentů
1H (prvohory) - pouze hypotézy
(pokus o rekonstrukce)
od 2H (druhohor) - důkazy
7
kambriumB-Baltika
G-Gondwana
Ch-Čína
L-Laurentia
S-Siberia
X-jádro
Českého masívu
ordovikA-Avalonia
silurA-AvaloniaB-BaltikaG-GondwanaCh-ČínaK-KazachstaniaL-LaurentiaS-SiberiaX-jádroČeského masívu
devonLR-Laurussia(Severoatlantický kontinent)
• Gondwana - rotační pohyb + SZ. část - během karbonu srážka s Laurusií (SA kontinentem)
kolize ⇒ vrásnění (hercynské horstvo v Evropě)
• pozice Českého masivu v rovníkové oblasti
karbon
8
• trend: sbližování kontinentů - kolize• ⇒⇒⇒⇒ vznik pohoří• vznik jediného kontinentu Pangea• oddělena zůstává: JV Asie (spojuje se počátkem 2H)
perm
• existence Pangey• na V - vymezena oceánská oblast Tethydy• 1. náznaky budoucího rozpadu Pangey• Panthalassa
2H - trias
• rozpad Pangey• Tethyda se rozšiřuje na Z
⇒ rozdělení Pangey (S +J část)• Indie - začíná pohyb k S• oddělení: Evropa x Afrika
Evropa x Severní Amerika
jura
9
• rychlý rozpad Gondwany: Afrika x Jižní AmerikaAfrika x MadagaskarIndie x Antarktida
koncem křídy - kolize s J.okrajem čínské desky(křída - oligocén: rychlost pohybu 100 - 180 mm/rok)
křída
• 3H - rozšiřuje se Atlantský oceán• eocén - S. část Atlantiku - poklesy• oddělení Austrálie x Antarktida
eocén
konec 3H
současnost
10
Teorie litosferických desek
= nová globální tektonika- opírá se o:• světový riftový systém• hlubokooceánské příkopy• Wadatiovy-Beniofovy zóny• charakter oceánského dna s pásovými
magnetickými anomáliemi• existenci astenosféry
- litosféra je rozdělena v řadu desek- rozdíly: složení, stavba, velikost
• vymezení desekLe Pichon (1973) - 6 hlavních desekGaluškin, Ušakov (1978) - 13-ti deskový modelv současnosti 14 - 16 deskový
• typy desek• rychlost pohybu desek• typy rozhraní: konvergentní
divergentnítransformní (střižně-zlomové)
11
Litosferické desky
1. Euroasijská 4. J Americká 7. Karibská2. Africká 5. S Americká 8. Kokosová3. Arabská 6. Nazca 9. Pacifická
10. Indoaustralská11. Antarktická12. Filipínská13. Skotská14. Juan de Fuca15. Somálská
Pohyb desek
• pohyb celých desek (drift - pouze kontinentů)
• SA deska (západníčást Atlantiku + pevninská kůra SA - je i kontinentální drift)
• rychlost pohybu (oboustranné):
- rychlost rozpínání Středoatlantského hřbetu: 40 mm/rok
- Pacifická deska: 80 mm/rok
- Indická subdeska (svrchní křída - spodní oligocén):
100 - 180 mm/rok
- Euroasijská - Africká - za posledních 9 milionů let se desky přiblížily o 100 km (10 mm/rok)
12
Subdukce Kokosové (až 120 mm/rok, dlouhodobě 50 mm/rok)
subdukce Severoamerickédesky (20 mm/rok)
Karibskádeska
cm/rok (dlouhodobý průměr)
Rychlost pohybu litosferických desek
transformní
= horizontální posundivergentní
konvergentní
13
konvekční proudění - buňky
příkop
rift
termální expanzedómovité vyklenutídóm se zhroutívznikne rift (3 větve)
3. = tzv. aulakogen- poklesává
Teorie konvekčního proudění
*trojné body
• dělení litosféry:
- na místem konvekčního proudění: riftové struktury
⇒ rozčlenění litosféry na desky → subdesky
1. rift
2. středooceánský hřbet
- vznik nové zemské kůry - středooceánské hřbety
- vytváří globální systém - navzájem propojený
př. Středoatlantský hřbet
Východopacifický hřbet
14
divergentní rozhraní
vznik riftové zóny
nad místem
konvekční buňky
klpolsklaklopoklakslakslakslkaklsasklaklasasasasasasasasasasasasa
Základní tvary
• prolom• příkopová propadlina• podél hlubinných zlomů: rifty (délka více než 100 km)
rift Mrtvého moře (š = 5 - 20 km)rift Rudého moře (š = 200 - 400 km)
BajkalskýVýchodoafrickýRýnskýLevantský -řeka Jordán + Mrtvé moře
15
Rychlost pohybů
• horizontálních (v riftech)Island … 10 - 20 mm/rokVýchodoafrický rift (v Etiopii)….12 mm/rok
• vertikálních- např. podle výšky datovaných teras nad mořskou
hladinou nebo podle výšky zdvižení korálových útesů
Barbados 0,4 mm/rokNová Guinea….. 3 mm/rokKarpaty …….do 1,5 mm/rokpoklesy: moravské úvaly….. do 5,3 mm/rok
Východoafrický rift
klaskklkslklklklklklklklklklklklklklklklklklklklklklklkl
Středooceánské hřbetyStředooceánské hřbety - existence potvrzena v 60. letech- celková délka > 60 000 km- 15,3 % dna světového oceánu- výška 1 - 4 km- šířka 300 - 2 000 km3 základníčásti:
1. svahy2 . vrcholové valy s okrajovými valy riftových údolí3. riftová údolí (hloubka 1,5 - 2 km, š = 25 - 40 km
16
Island • středooceánský hřbet
nad hladinou oceánu
• 103 000 km2
trojný bod - Galapágy
kokosová
Nazca
pacifická
17
konvergentní rozhraní
• pohyb desek
• základní fáze:
- přibližování desek -existence geosynklinály
- vrásnění geosynklinály(sedimentů, které ji tvoří)
- subdukce
= podsunutí 1 desky
typy konvergentního rozhraní
Podle charakteru přibližujících se desek:
• oceánská oceánská
• oceánská pevninská
• pevninská pevninská
oceánská - oceánská
• subdukce 1 desky
• v zóně subdukce:
- hlubokooceánský příkop
- sopečnáčinnost
podmořská
sopečné souostroví
příklad: Aleuty
18
oceánská - pevninská
• vždy oceánská pod pevninskou
• vzniká: hlubokooceánský příkop (v místě subdukce)
• na okraji pevninské: vrásové pohoří (např. Andy)
- vliv polohy jádra kontinentu
štíty a platformy
19
Platformy a štíty
Štíty- jádra kontinentů (9 základních)
kanadský (laurentinský) indickýguayanský australskýbrazilský baltskýafrický aldanskýantarktický
- oblasti dlouhodobého pomalého zdvihuPlatformy- fundament + sedimentární pokryv- staré (kratony) mladé(fundament od svrch. proterozoika)
- tabule- anteklízy a syneklízy
pevninská - pevninská
• kolize dvou mocných kontinentálních desek
• vznik příkrovů
• nasunutí ker desek na sebe
• kolize fragmentů Gondwany s Eurasií
• rozsáhlé sedimentační pánve
• kolize od mezozoika, hlavní fáze paleogén
(někde až do současnosti)
• 3 kolizní segmenty: africký, perský, himálajsko-tibetský
alpsko-himálajská kolizní zóna
20
Africká kolizeAfrická x Euroasijská (turecká) deska
Evropa
- k východu se zvětšuje seismika
a rychlost konvergence
Malá Asie
- odsun k západu, aktivní násun Taurského oblouku
- intenzivní seismika: Severoanatolský zlom (1 200 km, posun 85 km)
střižně-zlomové rozhraní
• zlom San Andreas
Severoamerická
deska
Pacifickádeska
21
Horká skvrna