Casti Zeme, tektonické poruchy

Casti Zeme, tektonické poruchy
Zemské teleso pozostáva z viacerých zemských obalov, z ktorých má každý svoje
špecifické, chemické a fyzikálne zloženie. Obaly sú zoskupené do troch hlavných sfér
ciže vrstiev; zemskej kôry, zemského plášta a zemského jadra.
Zemská kôra
je povrch je pevný v pomere k celej zemi zaberá 1.5% objemu zeme. Je to tenký obal
zložený z pevných hornín rôzneho pôvodu a veku. Ak zemetrasné vlny prechádzajú
horninami s odlišnou hustotou, na ich rozhraní sa lámu ako svetlo, ked prechádza cez
sklo. Ak narazia na rozhranie pod ostrým uhlom odrazia sa. Vlny zo vzdialených
zemetrasení prechádzajú kôrou pod tupými uhlami, zatial co vlny z blízkych
zemetrasení vnikajú do kôry pod ostrými uhlami. Ak teda poznáme uhly, rýchlost a
vzdialenost, ktorú prekonali zemetrasné vlny, môžeme vypocítat hlbku a hustotu
rôznych obalov Zeme. Chemické zloženie kôry a zemského plášta poznáme vdaka
priamemu skúmaniu hornín z povrchovej, alebo pripovrchovej vrstvy. Vrchná kôra pod
kontinentmi sa nazýva sial. Pod oceánmi a pod kontinentálnym sialom leží sima. Sial
má hustotu 2,7 gramu na centimeter kubický, sima 2,9 gramu na centimeter kubický.
Sialické kontinenty vytvorené z lahších materiálov, než je sima, plávajú na sime ako
ladovce v mori. Hrúbka Zemskej kôry kolíše od 40 km pod pevninou do 5 km pod
oceánmi.
Zemský plášt
O tom co sa nachádza pod vrchným plástom vieme iba málo pravdepodobne sa skladá
z tenkej, pevnej vrstvy siahajúcej do hlbky 60- 100 km, a z plastickej vrstvy,
astenosféry, ktorá je tvorené roztavenými horninami, hrubej 200 km a nakoniec zo
spodnej vrstvy hrubej 700 km.
Zemské Jadro je zložené pravdepodobne zo zliatiny železa a niklu, v hlbke 5 - 150 km
je rozdelené na vonkajšiu a vnútornú zónu. Predpokladá sa že vrchná zóna je tekutá
lebo sa na nej zastavujú priecne (sekundárne)zemetrasné vlny, zatial co vnútorná zóna
je asi pevná, pretože pozdlžne (primárne)vlny sa v nej pohybujú o nieco rýchlejšie.
Klúc k rozlúšteniu záhady zloženia Zeme predstavujú meteority, ktoré na nu dopadajú.
Sú bud kamenné alebo prevažne železné. Pomer poctu železných k poctu kamenných a
približne rovná pomeru Zemského jadra k pláštu.
Tepelné pomery vo vnútri Zeme
Od povrchu smerom do hlbky teplota stúpa. Vo vrchnom plášti v hlbke 50 kilometrov je
800 stupnov, v hlbke 1000 kilometrov 1 800 stupnov. Teplota spodného plášta v hlbke
2 000 km sa odhaduje na 2 250 stupnov, v hlbke 2 900 km je to až 3 000 stupnov.
Na zemský povrch sa teplo dostáva prúdením (konvekciou) a vedením (kondukciov)
pricom prúdenie sa viaže na kvapalné prostredie kým vedenie na
pevné. Litosféru tvorí zemská kôra s najvrchnejšou castou zemského plášta, ktorá
spocíva na vrstve plastických roztavených hornín plášta - na astenosfére. Je objektom
štúdia Geológie. Vrchnú cast litosféry - zemskú kôru z geografického hladiska študuje
litogeografia. Zameriava sa na jej priestorové
zloženie, vztahy k ostatným zložkám krajiny a významom hornín v krajine. Zemská
litosféra existuje v dvoch základných typoch: Pevninská litosféra, oceánska litosféra.
Pevninská litosféra má hrúbku od 150 do 250 km. Tvorí základ pevnín, je staršia ako
oceánska a má zložitú stavbu. Pod usadenými horninami sa nachádza žulová
(granilická) cadicová ( bazaltická ) a perodotilová vrstva. Oceánska litosféra vznikla za
posledných 200 miliónov rokov. Pod sedimentmi ( usadeninami ) má cadicovú vrstvu a
pod nou rôzne
vyvreté a premenené horniny. Chýba tu žulová vrstva. Zemská litosféra nie je súvislá a
hlbokými poruchovými pásmami je rozdelená na litosferické dosky. Roku 1972 Arthur
Holmes vyslovil predpoklad, že konvencné prúdy vznikajú z rozdielov teploty. Teória
Globálnej tektoniky predpokladá, že konvencné 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. Z toho vyplýva že litosferické
dosky sa v horizontálnom smere pohybujú po astenosfére a akoby unášali jednotlivé
pevniny a oceánska
dná. Litosferické dosky sú ohranicené oceánskymi chrbtami, priekopami a
transformnými zlomami, pricom hranice litosferických dosiek sa nie vždy kryjú s
obrysmi oceánov a pevnín. Dve litosferické dosky sa môžu navzájom zrážat,
približovat, vzdalovat, podsúvat, ciastocne nasúvat, alebo sunút vodorovne vedla seba.
Oceánske chrbty vznikajú medzi dvom navzájom sa vzdalujúcimi sa doskami. Medzera
medzi dvoma doskami sa potom zaplna magmou, ktorá vystupuje z astenosféry. Takto
sa stále viac a viac rozširujú dná oceánov. Rýchlost rozširovania je síce malá ale nie
zanedbatelná. Atlantický oceán sa za rok otvorí o 2 centimetre a dno na východe
Tichého oceánu o 10 centimetrov za rok. Transformné zlomy vznikajú tam, kde sa
dosky klžu jedna popri druhej. Pôvodne súvislý oceánsky chrbát roztrhnú po šírke a
posunú od seba. Jazvy po týchto zlomoch možno pozorovat na vzdialenost niekolko
tisíc kilometrov. Niekedy vznikajú na kontinentoch ako v prípade zlomu v San Anderas
na juhozápade Spojených Štátov Amerických. Oceánske priekopy sú výsledkom
stretnutia dvoch dosiek.
Kedže objem Zeme sa nemení, objem zaniknutej kôry sa rovná objemu vzniknutej
kôry. Oblasti kde vzniká a zaniká
zemská litosféra sa vyznacujú intenzívnou sopecnou a zemetrasnou cinnostou - sú
dôkazom vnútornej dynamiky Zeme. Na styku litosferických dosiek sa prejavujú velmi
výrazne vnútorné (endogénne) procesy, najmä tektonické poruchy, magnetizmus a
zemetrasenie. Tektonické poruchy; ich zdrojom je tepelná energia uvolnovaná pri
rádioaktívnom rozpade a gravitacnom rozrôznovaní látok vo vnútri zeme. Horniny
budujúce horstvá bývajú zvrásnené a porušené zlomami. Vrásy vznikli stlacením a
zlomy natahovaním zemskej kôry. Oba druhy tektonických porúch sú mechanické
pohyby vrchnej casti litosféry vyvolané tlakovou, tahovou alebo gravitacnou silou.
Pomáhajú geológom hladat ložiská nerastných surovín. Napríklad zlomy, ktoré vzniknú
nad intrudujúcou žulou umožnujú
hydrotermálnym roztokom prenikat do nadložených hornín, kde z nich kryštalizujú
rudné nerasty. Po zlomoch, ktoré nevyústujú na zemský povrch sa môžu premiestnovat
ropa a zemný plyn. Poznatky o tvorbe a zákonitostiach vrás a zlomov majú mimoriadny
význam aj v baníctve. Ležaté vrásy a prešmyky casto znamenajú že uholné sloje sa vo
zvislom priereze opakujú; Zlomy porušujú súvislý vodorovný priebeh slojov; vdaka
prešmykom možno viackrát jedným vrtom prevrtat ten istý sloj. Vrásy a zlomy sú
zvycajne dobre vyvinuté v sedimentárnych a metamorfovaných horninách, ale tvoria sa
i v abysálnych (v žule a v gabre). Pohyb obrovských dosiek zemskej kôry vyvoláva na
ich okrajoch silný tlak. Ak sa dosky približujú, vytlácajú horniny do prevrásnených a
zlomami porušených horských pásiem. Ak sa dosky vzdalujú, vytvárajú sa medzi nimi
dlhé, zlomami obmedzené zníženiny – rifty. Vrásy; tlak a napätie v zemskej kôre
rozlicne prehýnajú jej vrstvy a okrem iného vytvárajú aj akési vlny nazývané aj vrásy.
Cast vrásy prehnutá nahor sa volá antiklinála a cast prehnutá smerom nadol sa volá
sinklinála. Oba tieto vrcholy vrás sú spojené ramenami. Velkost vrás môže byt od
niekolko milimetrov, až po niekolko kilometrov. Velká a zložitá synklinálna vrása ktorej
ramená sa skladajú z dalších malých vrás sa volá Synklinórium a velká antiklinálna
vrása sa volá antiklinórium - také sú napr. Západné Karpaty. Zlomy; ak sa horniny pod
tlakom nemôžu dalej ohýbat lámu sa a vzniká zlom. Ak sa pri tom bloky od seba
oddalujú ide o pokles ( normálny zlom ) ak sú stlacené smerom k sebe nastáva
prešmyk ( reverzný zlom ).
Pri vzájomnom pohybe krýh sa na zlomových plochách vytvárajú ryhy, žliabky co
umožnuje geológom urcit relatívny pohyb krýh ; ci sa pohybovali vo vertikálnom
smere, ci sa pohybovali
priamo alebo sa otácali. Zlomy v zemetrasných oblastiach sa na povrchu prejavujú ako
strmé zlomové zrázy, casto takmer kolmé steny, ci zlomami vymedzené riftové údolia.
Zlomy sa casto vyskytujú vo zvrásnených oblastiach. Niektoré zlomy ci zlomové pásma
vznikajú obnovením pohybov starého a do znacných hlbok zasahujúceho zlomu – to
bolo zrejme prícinou nicivého zemetrasenia v Taškente roku 1966. Magmatizmus – Je
to súbor procesov súvisiacich s magmou. Sopky sú velkolepým prejavom energie ktorá
sa skrýva vo vnútri Zeme a zároven jedným z kanálov ktorými cerpáme vedomosti o
vývoji zeme a o jej vnútre.
Práve zásluhou sopiek vznikla velká cast zemského povrchu. Vrchný plášt Zeme pod
kôrou je vlastne tavenina. Ak tlak mierne poklesne povedzme premiestnením jednej
litosferickej dosky, horniny vrchného plášta sa úplne roztavia cím vznikne magma.
Kedže magma je ovela lahšia ako okolité horniny pomaly stúpa k povrchu casto po
zlomoch. Horniny sa môžu celkom roztavit aj stúpaním teploty. Vedci predpokladajú že
aj zhluky rádioaktívnych prvkov dokážu vyrobit dostatok tepla na vznik magmy. Pozdlž
stredooceánskych chrbtov, kde sa vzdalujú od seba litosferické 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
uvolnia v nej rozpustné plyny a vznikajú v nej bubliny. Mnohé z plynov napr. (
sírovodík a oxid uholnatý ) na vzduchu horia takže teplota v kráteri stúpa a láva sa
stáva ešte tekutejšou. Ak je láva viskózna, teda tecie
velmi pomaly, pohltené plyny sa zle uvolnujú a spôsobujú explózie. Silu explózie, ako
aj normálne erupcie zvyšuje voda, ktorá presakuje magme a ihned sa mení na paru. Ak
má láva kyslý charakter teda obsahuje viac SiO2 pomaly sa pohybuje Tuhne, ako
vytlacené 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 cím vlastne vzniká sopecný kužel– vlastné teleso sopky. Podobne
sa do kužela navrstvujú sopecné vyvreliny. Na vrchole kužela vyústuje sopecný komín
–
sopúch.
Sopky sú rozmiestnené pozdlž trhlín v zemskom povrchu a pozdlž stykov dvoch
litosferických dosiek. Povestný ohnivý kruh – retaz sopiek obklucujúcich Tichý oceán –
lemuje okraj Tichooceánskej litosferickej dosky.
Najviac sopiek sa nachádza v oceánoch a moriach, lebo oceánska kôra je tenká
a magma ju lahko prerazí. V Tichom oceáne sa nachádza okolo 10 000 sopiek vyšších
ako 1000 metrov. Podmorské sopky sú ale zväcša vyhasnuté. Na pevnine, daleko od
okrajov litosferických dosiek, nájdeme len málo sopiek. Dvíhajú sa nad magmatickými
krbmi ako výsledok tepla uvolneného pri rozpade rádioaktívnych prvkov, alebo tepla z
tepelných škvrn v plášti. Na zemi sa nachádza okolo 500 cinných aktívnych sopiek z
nich asi 20-30 sa ozve každý rok. Ak je sopka v pokoji hovoríme o nej že spí, to môže
trvat velmi dlho takže sopka môže byt považovaná za vyhasnutú. Sopky vyvrhujú
taveninu plyny a pevné látky. Najcastejším typom sopiek sú stratovulkány. Sú tvorené
lávou, sopecným materiálom, popolom i pieskom. Plyny, ktoré najcastejšie vystupujú
na povrch pocas sopecnej cinnosti; prevažne dusík, oxid uhlicitý, chlorovodík, vodná
para, oxid uholnatý a sírovodík. Žeravá vyvrelina roztavených hornín sa nazýva láva,
ktorá tuhne na povrchu. Lávové sopky (Island, Havaj) produkujú len lávu. Tekutá láva
sa vylieva z krátera pokojne. V case pokoja sa v kráteri nahromadí voda. Pri náhlej
erupcií vznikajú z týchto jazier bahenné toky, ktoré sa velkou rýchlostou valia po svahu
sopky. Sú ovela nicivejšie ako prúdy lávy. Horšie ako lávové alebo bahenné prúdy sú
však mracná sopecného popola. Môžu spôsobit viac škôd ako láva, lebo prúd zasiahne
väcšie územie. Sopecný popol pozostáva z drobných vyvrhlín v
priemere menších ako 2 milimetre a môže dosiahnut objem až 1 štvorcový kilometer.
Pevné látky vyletujú z krátera ako bomby. Nahromadením sypkého sopecného
materiálu rôznej velkosti vznikajú nasypané (explózne) sopky napr. Fudžisan v
Japonsku. Sopky sa rozdelujú aj podla spôsobu výbuchov. Puklinová (lineárna) erupcia
uvolnuje najbázickejšiu a najtekutejšiu lávu. Pri havajských erupciách menej tekutá
láva strieka ako fontána a vytvára ploché kužele. Charakterizujú ju cadicové lávové
prúdy, casto sprevádzané ohnivými, lávovými fontánami, ked 1 300 stupnová láva
vystrekuje až do výšky 300 metrov. Ak sa vystrekujúca láva prevalí cez okraj dalej
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. Žeravé oblaky peelejského typu sa kotúlajú po svahoch
sopky a všetko spalujú. V pliniovskej erupcií sa and kráterom stlp pary plynov a
popola. V istom zmysle fungujú sopky ako bezpecnostné ventily v Zemskej kôre. Cím je
záklopka ventilu pevnejšia tým väcšia bude erupcia.
Za najväcšiu sopecnú katastrofu sa považuje výbuch indonézskej sopky Tambora roku
1615: tisícky ludí zahynuli priamo pri výbuchu a 82 000 ludí skonalo na rozlicné
choroby a hladomor, ktoré nastali po výbuchu. Neobývaný indonézsky ostrov Rakata
(Krakatoa) bol mohutným výbuchom roku 1883 takmer celý znicený. V druhom tisícrocí
pred naším letopoctom sa odohrala na ostrove Théra sopecná erupcia, ktorá mala
katastrofálny dopad na obyvatelstvo Kréty a
pravdepodobne spôsobila zánik vyspelej mínojskej kultúry. Podnietila aj vznik legendy
o ostrove Atlantída. Sopecným erupciám nemožno zabránit ale možno ich aspon v
niektorých prípadoch predvídat. Predpovede sa opierajú o pozorovanie malých
zemetrasení, ktoré sprevádzajú výstup magmy, a sledovanie deformácie pôdy a
výronov plynov a pár z kráteru. Sprievodnou cinnostou horotvornej cinnosti a
magmatizmu sú zemetrasenia.
Zemetrasenie
je to náhle uvolnenie energie, ktoré sa prejavuje chvením Zeme a jej otrasmi. Túto
energiu vyvolávajú stlacené alebo rozpínané tektonické dosky, co sa lámu a posúvajú
pozdlž zlomov–nazývame ho tektonické zemetrasenie. Malé otrasy v okolí aktívnej
sopky môže spôsobit láva predierajúca sa z hlbky na povrchu–sopecné zemetrasenie.
Najzriedkavejšie sú rútivé zemetrasenia, ktoré vznikajú repadávaním stropov
podzemných dutín. Podla odhadu vedcov sa za rok odohrá na Zemi asi milión
zemetrasení, ale
väcšina je taká slabá, že prebehne bez pozorovania. Ozaj silné a pustošivé
zemetrasenia sa vyskytujú raz za dva týždne. Väcšina naštastie na dne oceánov, takže
nezaprícinujú žiadne škody. Existujú aj hlbkové zemetrasenia ktorých prícinu
nepoznáme a ich ohnisko je až v hlbke 700 kilometrov.
Seizmické vlny a ich meranie - horniny sú rozložené pozdlž zlomu, aby sa klzali popri
sebe, ale bráni im v tom trenie. Tým sa hromadí energia v podobe pružného napätia.
Ked napätie prekrocí kritický bod, prekoná odpor trenia a horniny na zlome sa pohnú,
prasknú. Nahromadená energia sa uvolní a vyvolá
zemetrasenie. Pružné napätie môže prekrocit kritický bod aj v horninových vrásach,
takže sa pretrhnú a vznikne zlom. Seizmické zemetrasné vlny sa šíria z ohnísk
všetkými smermi, podobne ako zvukové vlny pri výstrele z pušky. Existujú dva hlavné
typy seizmických vln; pozdlžne a priecne. Pozdlžne vlny vyvolávajú v horninovom
prostredí cez ktoré prechádzajú, chvenie castíc v smer svojho šírenie. Priecne vlny
vyvolávajú chvenie castíc kolmo na smer svojho šírenia. Pozdlžne vlny sa šíria 1,7 krát
rýchlejšie ako priecne, preto ich seizmografy na seizmických staniciach zaznamenajú
ako prvé. Seizmológovia, ktorý skúmajú zemetrasné javy nazývajú tieto vlny primárne.
Priecne zase sekundárne.
Napokon rozoznávajú ešte tretí typ vln dlhé vlny (long wave) alebo povrchové vlny.
Práve ony vyvolávajú nicivé otrasy. Velkost zemetrasenia sa meria Richterovou
stupnicou v ktorej každá jednotka zodpovedá 30 násobku zemetrasnej energie
predchádzajúcej jednotky. Otrasy 2. Stupna clovek prakticky nepocíti, kým 7 stupen je
spodnou hranicou zemetrasení s nicivými následkami. Zemetrasenia sa smutne
preslávili pustošivými následkami, ktoré spôsobili otrasy zeme ale aj obrovské prílivové
vlny zvané Tsunami. Vyvolávajú ich seizmické otrasy dna morí ci oceánov. Dlžka
Tsunami dosahuje až 200 km, rýchlost na volnej hladine je až 800!
Km/h. Ak vlny narazia na mierne stúpajúce pobrežie, spomalia sa zato však narastú do
výšky. More najprv ustúpi ale potom sa vráti spät v sériách 15- 30 metrov vysokých
vln, ktoré prenikajú daleko do vnútrozemia. Zemetrasenie na západnej Sicílií roku 1968
nacisto znicilo väcšinu budov v meste Gibellina a okolitých dedinách a vyžiadalo si 224
ludských životov. Tí co prežili sa ocitli uprostred zrúcaných stavieb. Pri silnom
zemetrasení najviac ohrozujú obyvatelov padajúce múry budov. Znicené inžinierske
siete sa menia semeniská rozlicných chorôb a nákaz. Najnicivejšie zemetrasenia od
roku 1965 sa odohrali : 1970 Peru (66 794 ludských životov) 1976 Guatemala (viac
ako 16 000 obetí) Cína (viac ako 100 000 obetí) V polovici 60. Rokov v meste Denver
štátu Colorado v USA bola do vrtu napumpovaná odpadová voda co vyvolalo rad
menších nenicivých zemetrasení. Vtedy sa ujala myšlienka urobit hlboké vrty pozdlž
seizmického zlomu a napumpovat do nich vodu, a uvolnit tak napätie v horninách
niekolkými slabšími nenicivými otrasmi. Clovek tým môže predíst nicivému otrasu,
ovládnut nebezpecné sily. Aby však vedel kde presne treba zasiahnut musí vediet kde
presne sa chystá zem otriast. Tesne pred zemetrasením je zem na jednej strane zlomu
pružne deformovaná, co možno geodeticky merat teodolitom alebo laserovým lúcom.
Na meranie porušenosti sa používajú aj sklonomery. Informácie z meracích zariadení
umiestnených pozdlž seizmoaktívneho zlomu zaznamenávajú družice, ktoré ich
odosielajú do riadiacich centier. Vedci preto vedia zistit aj velmi malé pohyby zeme, a
znacit miesta kde sa hromadí pružné napätie v horninách. Iná metóda sa zakladá na
meraní obsahu vody v horninách; ked na horniny pôsobí tlak zväcšujú sa v nich póry,
takže nasávajú viac vody. Kedže podzemné vody sa
zúcastnujú na vzniku zemetrasení, je velmi dôležité poznat hladinu podzemnej vody v
oblasti náchylnej na otrasy.
Nebezpecenstvo zemetrasení však možno do istej miery znížit aj vhodnými
opatreniami. Napríklad velké budovy v oblastiach ohrozenými zemetraseniami by sa
mali stavat na železobetónových
“pltiach“ ktoré by pri prechode zemetrasných vln doslova plávali, a ulice by mali byt
dostatocne široké v pomere k výškam budov, Mnoho ludí zahynulo pod troskami budov
ktoré s zrútili do ulíc.