1

Nové poznatky o stavbě Země, globální tektonika

•Stavba Země

• Pohyby kontinentů

• Pohyby litosférických 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 Mohorivičićobjevil 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 k m• s vrtáním hlubokého vrtu se začalo v roce 1970• v roce 1983 dosaženo hloubky 12 km• z technických důvodů muselo být vrtání zastaveno a 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 m a v roce 1992 bylo další vrtání z důvodu složitých podmínek, zejména vysoké teploty, zastaveno

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 hluboko do podloží východočeské křídy u obce Nepasice(10 km východně 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

3

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

• 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 geosynsklinály a

přechodné oblasti mezi kontinenty a oceány- riftogenní – vázaná na mobilní zóny v oceánech

4

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 1939vnitřní (G) = jadérko -objev 1936

• existence kovového jádra → magnetické pole Země

5

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

• Pohyby kontinentů

1H (prvohory) - pouze hypotézy

(pokus o rekonstrukce)

od 2H (druhohor) - důkazy

6

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 masivu

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

7

• 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

8

• 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

• 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

9

konec 3H

současnost

Teorie litosferických desek

= nová globální tektonika- opírá se o:• světový riftový systém• hlubokooceánské příkopy• Wadati–Benioff zone***• charakter oceánského dna s pásovými

magnetickými anomáliemi• existenci astenosféry

- litosféra je rozdělena v řadu desek- rozdíly: složení, stavba, velikost

Wadati-Benioffovy zóny• hluboké aktivní seismické oblasti v subdukční zóně

• pohyb podél zóny – příčina ohnisek hlubokých zemětřesení (až d ohloubek 700 km)

• Termín: Hugo Benioff (z California Institute ofTechnology), Kiyoo Wadati (japonská meteorologickáagentura) - nezávisle zóny objevili

Kurily – W-B zóna

10

• 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

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)

cm/rok (dlouhodobý průměr)

Rychlost pohybu litosferických desek

transformní

= horizontální posundivergentní

konvergentní

12

Teorie konvekčního proudění

*trojné body

• dělení litosféry:

- na místem konvekčního proudění: riftové struktury

⇒ rozčlenění litosféry na desky → subdesky1. rift

2. středooceánský hřbet

- vznik nové zemské kůry - středooceánské hřbety

- vytváří globální systém - navzájem propojený

př. Středoatlantský hřbet

Východopacifický hřbet

13

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

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 útesůBarbados 0,4 mm/rokNová Guinea….. 3 mm/rokKarpaty …….do 1,5 mm/rokpoklesy: moravské úvaly….. do 5,3 mm/rok

14

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

Island • středooceánský hřbet

nad hladinou oceánu

• 103 000 km2

Povrch Islandu:

• více než polovina území:

leží v nadmořské výšce

přes 400 metrů

• nejvyšší:

Hvannadalshnúkur (2 119 m n.m.)

Významné sopky:

• Hekla (1 491 m n.m.)

• Askja (1 510 m n.m.)

1963 - SURTSEY

15

Laki• lineární vulkanismus• rok 1783 - v délce 25 km: otevřely se trhliny

+7 měsíců vytékala čedičová láva• většinou výlev do jezera• po utuhnutí:láva pokryla plochu565 km2

• vytvořila lávové poleL = 60 km š = 25 km

• největší vzniklépři 1 erupci

Krafla

• liniové erupce

• vulkán vznikl v 18. století

• poslední erupce:

v letech 1984 a 1990

poslední erupce Krafly: vznik 5 km dlouhé trhliny

Kráter Vití

konvergentní rozhraní

• pohyb desek

• základní fáze:

- přibližování desek -existence geosynklinály

- vrásnění geosynklinály(sedimentů, které ji tvoří)

- subdukce

= podsunutí 1 desky

16

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

oceánská - pevninská

• vždy oceánská pod pevninskou

• vzniká: hlubokooceánský příkop (v místě subdukce)

17

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

18

• 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

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

19

Horká skvrna