Tuhé zemské teleso

Tuhé zemské teleso Tuhé teleso Zeme je prístupné priamemu ludskému pozorovaniu iba vo velmi obmedzenej miere. Najhlbšie vrty na pevnine dosiahli len okolo 10 km a z morského dna (Arabské more) iba o nieco viac ako jeden kilometer do hlbky. Všetky doterajšie vedomosti o zložení tuhého zemského telesa sa teda získali rozlicnými nepriamymi metódami. Najvýznamnejšie výsledky poskytujú geofyzikálne metódy, najmä analýza siezmických vln. Na jej základe veda dospela k trojdielnemu modelu stavby tuhého zemského telesa, zloženého zo zemskej kôry, zemského plášta a zemského jadra. S rastúcou hlbkou sa v tuhom zemskom telese mení tlak, hustota, gravitacné zrýchlenie, elastické vlastnosti hmoty, viskozita a teplota. Zemská kôra tvorí najvrchnejší obal tuhého zemského telesa. Dolnou hranicou zemskej kôry je Mohorovicicova diskontinuita, pri prechode cez nu sa pozdlžne seizmické vlny skokom zrýchlujú. Svedcí to o vystriedaní menej pružnej látky pružnejšou a hustejšou. Vrstva vrchného plášta, ktorá leží pod zemskou kôrou (substrát), tvorí spolu s nou litosféru. Zloženie ani stavby zemskej kôry nie sú rovnorodé. Zemskú kôru budujú horniny, ktoré sa podla spôsobu vzniku delia na vyvreté (základná zložka zemskej kôry), sedimentárne a metamorfované. Z viacerých typov zemskej kôry je najrozšírenejšia pevninová a oceánska kôra. Zloženie pevninovej kôry je pestrejšie ako oceánskej kôry. Priemerná hrúbka zemskej kôry pod pevninami je 40 km. Tvoria ju tri vrstvy: sedimentárna, žulová a cadicová (oddelená od žulovej Conradovou diskontinuitou). Oceánska kôra má zväcša hrúbku 6-12 km. Najvyššiu vrstvu oceánskej kôry tvoria cerstvé, nespevnené sedimenty, strednú horninu cadicového zloženia, spodná vrstva nie je ešte uspokojivo preskúmaná. K prechodným typom zemskej kôry patrí napr. subkontinentálna a suboceánska kôry, ktorá sa vyskytuje napr. v hlbokomorských priekopách. Stredná hustota zemskej kôry ako celku je 2,8 t/m³, stredná hustota sedimentárnej vrstvy 2,4-2,5, žulovej 2,7 a cadicovej 2,9 t/m³. Na hranici zemskej kôry a zemského plášta sa hustota skokovite zväcšuje z 2,9-3,0 t/m³ na 3,1-3,5 t/m³. Gravitacné zrýchlenie dosahuje v zemskej kôre takmer stále hodnoty blízke 1 Gpa. Teplota v zemskej kôre a vo vrchnom plášti stúpa s hlbkou. Z plášta smerom na povrch vystupuje tepelný tok (niekolkotisícnásobne menší od hodnoty slnecnej energie). Tepelná vodivost hornín je rozdielna. Sedimenty, najmä málo spevnené, majú nízku tepelnú vodivost, kompaktné horniny vysokú. Pre zemskú kôru sa udáva priemerný geotermický stupen 32, co je hlbka, pri ktorej sa zvýši teplota o 1°C. Velkost tepelného toku však podmienuje aj velkost geotermického stupna. V chemickom zložení zemskej kôry prevláda kyslík, ktorý tvorí viac ako polovicu jej objemu, viac ako štvrtinu tvorí kremík, v znacných množstvách je zastúpený hliník, horcík, vápnik., sodík a draslík. V názoroch na zaciatocné štádium vývoja zemskej kôry a jej prvotné zloženie dominujú v súcasnosti dve protichodné hypotézy. Podla jednej prvotná kôra bola bázická, oceánskeho typu, podla druhej sialická, kontinentálneho typu. Vo vývoji zemskej kôry sa rozlišuje viac období. Vyclenujú sa napr. staršie tektonické a metamorfné etapy (predkambrické), okrem toho vývoj kôry v období konciacom sa prvohorami sa líšil od nasledujúcej druhohorno-tretohornej etapy. Zemský plášt tvorí v podloží zemskej kôry vrstvu, ktorá sa rozprestiera do hlbky 2800-2900 km, kde obaluje zemské jadro. Vnútorná stavba zemského plášta je nerovnorodá, rozoznáva sa spodný a vrchný, resp. spodný, stredný a vrchný plášt. Až novšie výskumy odhalili, že v plášti jestvuje viac zón so zmenami v rýchlosti seizmických vln, z coho sa usudzuje ne zložitejšiu stavbu. Hustota s pribúdajúcou hlbkou stále vzrastá: v spodnej casti vrchného plášta dosahuje hodnoty 3,6 t/m³, v hlbke okolo 1000 km hodnoty 4,5 t/m³ a pri hranici s jadrom 5,6 t/m³. V celej hrúbke zemského plášta sa hodnoty tlaku s rastúcou hlbkou stále zvyšuje. V hlbkach okolo 400 km ja tlak 13,5 Gpa, 1000 km 38,7 Gpa, 2000 km 86,7 Gpa. Pri prepocte hodnôt teploty s rastúcou hlbkou nemožno vychádzat z hodnôt geotermického stupna. Pod kontinentálnymi platformami sa udávajú teploty 500 (700)°C-700 (900) °C, v hlbke okolo 100 km sa predpokladá okolo 1500 °C a v hlbke 1000 km asi 2700 °C. Do vrchného sa lokalizujú hypocentrá zemetrasení (do hlbky 700 km), co indikuje znacnú tuhost materiálu. Zemský plášt pozostáva prevažne z tažkých materiálov, bohatých na horcík a železo, ktoré majú zlúceniny s oxidom kremicitým (kremicitany). Pôsobením velmi vysokého tlaku sa v spodnej casti zemského plášta kremicitany pravdepodobne rozkladajú na oxidy. Materiál zemského plášta by bol roztopený, nebyt vysokého tlaku, vplyvom ktorého sa celý plášt nachádza v tuhom, kryštalickom stave, azda s výnimkou astenosféry (plastickej vrstvy pod litosférou), kde teplota blízka teplote topenia úcinkuje silnejšie ako tlak. Predpokladá sa, že hmota sa tu nachádza v amorfnom, alebo ciastocne roztopenom stave. Zemské jadro je najvnútornejšia cast zemského telesa, nachádza sa v hlbkach pod 2800 (2900) km. Geofyzikálne sa zistila existencia prechodnej zóny medzi jadrom a zemským pláštom, ktorý ho obaluje. Delí sa na vonkajšie a vnútorné jadro. Hustota na hranici zemského jadra skokom rastie až na 10 t/m³ a potom postupne na hodnoty okolo 12,5 t/m³ v centre jadra. Hodnoty gravitacného zrýchlenia zacínajú od hranice zemského jadra postupne klesat až k nulovej hodnote v jeho centre. Tlak stúpa na hranici jadra na 136 GPa a v centre dosahuje 361 GPa. Podla odhadov by sa teploty vo vnútornom jadre mali pohybovat okolo 5000°C- 6000°C. Predpokladá sa, že zemské jadro pozostáva zo železo-niklovej taveniny. Podla iných názorov je jadro kremicitanové, zložením sa podobá na nediferencované chondrity. Vo vonkajšom jadre sa hmota nachádza v tekutom (roztopenom) stave. Svedcí o tom fakt, že priecne seizmické vlny, ktoré sa nešíria v tekutinách, tadialto neprechádzajú. S tekutým vonkajším jadrom súvisí jestvovanie magnetického pola Zeme. Vnútorné jadro sa pokladá za rigidné. Dynamika zemskej kôry. Hmota všetkých geosfér Zeme je v pohybe a podlieha ustavicným zmenám. Rýchlost a formy pohybu v atmosfére a hydrosfére sa podstatne líšia od foriem pohybu vnútri zemskej kôry a na jej povrchu. Rozoznávajú sa dve velké skupiny všetkých týchto procesov: endogénne procesy (vnútorné) sú výsledkom energie Zeme, exogénne procesy (vonkajšie) majú základný energetický zdroj v slnecnom žiarení dopadajúcom na zemský povrch. Endogénne procesy sa uskutocnujú najmä v hlbších geosférach tuhého zemského telesa. V spodných zónach zemskej kôry a vo vrchných castiach zemského plášta a zrejme aj v ovela hlbších castiach tuhého zemského telesa sa premiestnujú obrovské množstvá hmoty, ktorá sa rozpína a stláca, nastávajú fázové premeny a migrácia chemických prvkov. Tieto procesy podmienujú hlbinnú diferenciáciu hmoty, najlahšie komponenty sa koncentrujú vo vrchných a najtažšie vo spodných geosférach. Zemská sféra sa zväcša pokladá za výsledok diferenciacných procesov a všeobecne sa usudzuje, že hydrosféra a atmosféra sú výsledkom diferenciácie a degazácie zemského plášta. Hlbinné endogénne procesy vyvolávajú vertikálne a horizontálne premiestnovanie a deformácie jednotlivých castí zemskej kôry. Vyzdvihnutie najvyšších pohorí až do výšok nad 8 km, zvrásnenie a rozlámanie hornín na mnohých miestach svedcia o velkej intenzite endogénnych síl, ktoré prevyšujú všetky výdobytky modernej techniky, ako aj energiu uvolnenú pri jadrových výbuchoch. Pohyby v zemskej kôre a scasti vo vrchnom plášti vyvolané endogénnymi cinitelmi sa oznacujú ako tektonické. K najcastejším tektonickým deformáciám zemskej kôry patria zlomy, horizontálne posuny a vrásy. V tesnej spojitosti s tektonickými procesmi prebiehajú aj vulkanické procesy. Najmä hlbinné zlomy majú velmi významnú úlohu pri výstupe magmy do zemskej kôry a pri intrúziách všeobecne. V súvislosti s tektonickými deformáciami a intúziami magmy nastáva aj premena hornín (metamorfóza), mení sa mineralogické zloženie a štruktúra hornín vplyvom zvýšeného tlaku a teploty. Väcšina bádatelov hladá zdroj tektonických procesov v zemskom vnútri; podla postoja k základným druhom pohybov sa rozlišujú fixistické a mobilistické teórie. Výnimkou sú zástancovia kozmogeologickej školy, ktorí vidia príciny v kozme, v rotácii planét a v ich vzájomnej prítažlivosti a opierajú sa o nedoložené predpoklady, že kozmický pohyb vykazuje zmeny a odchýlky, ktoré vyvolávajú v Zemi napätia. Vnútornú energiu kladú až na druhé miesto. Exogénne procesy sa odohrávajú na zemskom povrchu. Ich hlavnými cinitelmi sú prúdiaca voda, dážd, ladovce, morské prúdy, živé organizmy a i. Úcinky exogénnych procesov sa prejavujú predovšetkým v rozklade a rozpade hornín ležiacich na zemskom povrchu alebo v najvyšších castiach zemskej kôry, ako aj v ich odnose a v usadzovaní. Exogénne procesy prebiehajú velmi pomaly, ale vytrvalo. Hlavné štruktúrne jednotky zemskej kôry a reliéf. Zemská kôry je jedinou geosférou tuhého zemského telesa, aspon ciastocne dostupnou priamemu ludskému bádaniu. Štruktúru pevninovej kôry, pravda, lepšie poznáme ako štruktúru oceánskej kôry. Najstaršie zo základných štruktúrnych jednotiek zemskej kôry sú staré platformy, pozostávajúce zo zvrásneného a metamorfovaného základu (fundament tvorený horninami starších ako vrchné proterozoikum) a zo sedimentovaného obalu rôznej hrúbky. Okrem starých platforiem jestvujú aj platformy mladé. Miesta, na ktorých vystupuje fundament platforiem na velkých rozlohách na povrch, sú štíty. Platformy sú konsolidované casti zemskej kôry, vyznacujú sa stálou hrúbkou, nízkou amplitúdou reliéfu, stálymi prejavmi vrásnenia, seizmicity a vulkanizmu. Na miestach, kde platformy prechádzajú ku geosynklinálam, sú prechodné štruktúry. Prechod môže byt ostrý, sprevádzajú ho hlbinné zlomy, alebo môže mat napr. vrásovo-zlomový charakter. Geosynklinálne zvrásnené pásma majú lineárny priebeh, ich dlžka je casto mnoho tisíc kilometrov, reliéf má velkú amplitúdu, horniny sú intenzívne zvrásnené. Sú to oblasti seizmicky aj vulkanicky vysokoaktívne. Epiplatformové orogénne oblasti sú pásma druhorodej orogenézy na platformách. Vulkanické pohoria tvoria pásma široké 100-200 km a dlhé niekolko tisíc kilometrov. Úcinky endogénnych a exogénnych procesov na zemský povrch sú v podstate protichodné. Endogénne procesy, najmä tektonické, podmienujú predovšetkým vznik výrazných nerovností, od ktorých závisí napr. aj rozloženie pevnín a morí. Exogénne procesy rozclenujú vyzdvihnuté casti povrchu a v konecnom dôsledku zarovnávajú nerovnosti zaprícinené endogénnymi procesmi. Výsledkom spolocného pôsobenia endogénnych a exogénnych procesov na zemskom povrchu je súhrn tvarov nazývaný reliéf. Pri prevahe endogénneho cinitela vznikajú najmä velké formy zemského povrchu morfoštruktúry, ako horské pásma, panvy, nížiny ap. Ak pri modelácii prevláda exogénny cinitel, vznikajú menšie formy, morfoskulptúry, napr. morény, pieskové presypy, riecne terasy. Najvýraznejšími prvkami v súcasnom reliéfe pevnín sú rovinoplatformové a horské oblasti. Rovinoplatformové oblasti zahrnajú rovinné casti starých i mladých platforiem a zaberajú asi 64% rozlohy kontinentov. Prevládajú medzi nimi rovinné povrchy štruktúrneho pôvodu. Tvoria ich takmer horizontálne ležiace vrstvy sedimentovaných hornín. Tieto oblasti sú istom zmysle symetricky rozložené; na severnej pologuli je to oblast severoamerická, východoamerická a sibírska, na južnej pologuli juhoamerická (brazílska), africko-arabská a austrálska. V rámci platformových rovín sa vyskytujú jednotlivé nížiny aj vysociny, plošiny a vysoko vyzdvihnuté masívy. Celkove však je výšková amplitúda povrchu asi 10- až 20-násobne menšia ako v horských oblastiach. Vyskytujú sa roviny v malej nadmorskej výške (100-300m) i vo väcšej (400-1000m), vyzdvihnuté neotektonickými pohybmi. Horské oblasti zaberajú asi 36% rozlohy kontinentov. Rozlišujú sa mladé, resp. epigeosynklinálne horské systémy, ktoré vznikli vyvrásnením geosynklinál mladých orogenetických zón (pohoria na juhu Eurázie, na západe Severnej a Južnej Ameriky), a epiplatformové horské systémy, ktoré sa vytvorili na mieste starých zarovnaných oblastí rozlicného veku v dôsledku omladenia pri neotektonických pohyboch zemskej kôry (napr. Tan-šan, Kchun-lun, pohoria južnej Sibíri, Skalnaté vrchy a i.). Epiplatformové horské systémy majú ovela väcšiu rozlohu ako epigeosynklinálne, co je dôsledkom obrovského rozšírenia epiplatformovej orogenézy pocas neotektonickej etapy vývoja zemskej kôry. Detailnejšia tvárnost rovinovoplatformových i horských morfoštruktúr pochádza od exogénnych procesov. Najvýznamnejším cinitelom pri formovaní morfoskulptúry sú stále a obcasné vodné toky. Výsledkom ich cinností sú najrozšírenejšie reliéfne tvary: riecne erózne a akumulacné formy, casté sú aj ladovcové formy, výsledky ladovcovej modelácie dnešných i niekdajších ladovcov, potom formy eolické, periglaciálne, krasové a i. Clenenie oceánov zo štruktúrneho aspektu je predovšetkým výsledkom pozorovaní podmorského reliéfu. K základným štruktúrnym jednotkám oceánskeho dna patria rozsiahle, pomerne rovné oceánske platformy (hlbokomorské roviny a plošiny). Vyznacujú sa slabými prejavmi vulkanizmu a nízkou seizmicitou. Ich protikladom sú riftové zóny, ktoré sa tahajú cez všetky oceány. Sprevádzajú ich stredooceánske chrbty, tvoriace v priereze hrebenový val. Stredooceánske chrbty charakterizuje intenzívna sopecná cinnost a seizmicita. Riftové zóny možno pokladat za ekvivalent geosynklinál. V súcasnom reliéfe oceánskeho dna sa rozlišuje predovšetkým oblast zaplaveného okraja pevnín, zóna ostrovných oblúkov alebo prechodná oblast, podmorské panvy a stredooceánske chrbty. Zaplavené okraje kontinentov (asi 14% ich povrchu) zahrnajú predovšetkým celý kontinentálny prah, svah, stupen, ako aj kontinentálne úpätie až do hlbok 2500-6000m. Na niektorých miestach medzi kontinentom a oceánskymi panvami sa rozprestiera ešte prechodná zóna znacnej šírky, v ktorej sa rýchle striedajú vyzdvihnuté a hlboko vklesnuté casti dna. Typickými prvkami reliéfu sú tu oblúky súostroví, kotliny okrajových morí, ako aj hlbokomorské priekopy. Hlavnými reliéfnymi prvkami vlastných oceánskych paniev ( asi 41%) sú hlbokomorské roviny, oznacované aj ako oceánske platformy. Z rovinných priestranstiev oceánskeho dna sa dvíhajú pocetné izolované podmorské vrchy. Významným prvkom podvodného reliéfu sú dalej stredooceánske chrbty ( asi 10%), ktorých celková dlžka je viac ako 60 000 km. Každý zo stredooceánskych chrbtov má svoje pokracovanie v pevninovej kôre. Morfoskulptúrne formy sa na dne oceánov tvoria pod vplyvom brehových abrázno-akumulacných procesov, cinnostou prúdov ap. Dnešná koncepcia vývoja oceánov a pevnín vychádza z hypotézy novej globálnej tektoniky, v ktorej majú významnú úlohu pojmy ako kontinentálny drift, známy už z Wegenerovej hypotézy, rozpínanie oceánskeho dna a tektonika litosferických blokov (dosák). Podla jej predstáv vrchná cast Zeme (litosféra), tvorená zemskou kôrou a castou vrchného plášta, sa pohybuje po podložnej, plastickej astenosfére; je rozdelená na bloky, ktoré sa od seba vzdalujú, narážajú na seba, alebo sa pohybujú pozdlž seba. Súcastami blokov sú pevniny a oceány. .