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. .