Prodn katastrofy a jejich een Pednka 2 Veobecn

Přírodní katastrofy a jejich řešení Přednáška (2) Všeobecné poznatky o Zemi prof. Ing. Pavel Poledňák, Ph. D.

1. VZNIK A VÝVOJ ZEMĚ Vědecké hypotézy o vzniku planet: • hypotézy, které předpokládají žhavý vznik planet, • hypotézy, které předpokládají vznik planet ze studené mezihvězdné hmoty. Exploze supernovy, která dala základ vzniku sluneční soustavy, se odhaduje na 4, 6 mld. roků. Vzniknuté horké plynné mračno se postupně ochlazovalo a kondenzovalo. Uprostřed rotujícího plynově-prachového tělesa diskovitého tvaru vznikl zárodek Slunce – hvězdy, která zabrala z původní mlhoviny asi 90 % látky. Z primitivního a v zásadě homogenního shluku hmoty – prvotní Země se stala živá, tzv. modrá planeta procesem, který nazýváme diferenciace. Jde o vývoj spočívající v diferenciace postupném gravitačním rozvrstvení hmoty do, v zásadě koncentrických vrstev - sfér, které se od sebe liší fyzikálními i chemickými parametry.

1. VZNIK A VÝVOJ ZEMĚ Obr. 1 Postupná diferenciace homogenní primitivní Země (zdroj: http: //geol. jex. cz/menu/vznik-a-vyvoj-zeme)

1. VZNIK A VÝVOJ ZEMĚ Zem patří k vnitřním planetám sluneční soustavy s poměrně velkou hmotností. Je výrazně diferencovaná na: • kůru, • plášť, • vnitřní pevné jádro, • vnější kapalný obal. Nejstarší horniny mají absolutní věk (věk od vzniku geologické formace) víc než 3, 5 mld. roků. Obr. 2 Vznik prvotní atmosféry (zdroj: http: //maritime 2. haifa. ac. il/eng/default. asp)

1. VZNIK A VÝVOJ ZEMĚ Skupina Útvar KVARTÉR (Čtvrtohory) Holocén Absolutní věk (mil. roků) 0 až 2 Horotvorní období Evropě Pleistocén Neogén 25 (druhá etapa) MEZOZOIKUM Paleogén Krieda 70 140 Alpinské (Druhohory) Jura 185 (prvá etapa) PALEOZOIKUM Trias Perm 225 270 Hercynské (Prvohory) Karbon 320 (Variské) Devón 400 Kaledonské Silúr 420 Ordovik 480 Kambrium Algonkium 570 1 100 Asyntské Karelj 1 800 (kadomské) (Starohory) ARCHAIKUM Archaiuk 2 600 (Prahory) Katarchaikum 3 500 TERCIÉR (Třetihory) PROTEROZOIK UM Alpinské

2. STAVBA ZEMĚ V současnosti se používá trojdílný model stavby zemského tělesa: • zemská kůra (SIAL), • zemský plášť (SIMA), • zemské jádro (NIFE).

2. STAVBA ZEMĚ Průřez Země podle Bullena (zdroj Čabalová – Baliak 2001)

2. STAVBA ZEMĚ Vnější jádro: 30, 8 % hmotnosti Země, hloubka 2 890– jádro 5 150 km. Skládá se z horké, elektricky vodivé tekutiny, ve které dochází ke konvekci. Tato vodivá vrstva společně s rotací Země vytváří elektrické pole (tzv. dynamojev) a zároveň i pole magnetické, čímž se kolem Země vytváří ochranný štít – magnetosféra, která nás chrání před kosmickým zářením. Vnější jádro je zároveň zodpovědné za nepatrné výkyvy v rychlosti zemské rotace. Tato vrstva obsahuje nejenom železo (80 %), ale i některé lehčí prvky. Vědci se domnívají, že je složená až z 10 % síry, eventuálně kyslíku, což jsou prvky, které se hojně vyskytují ve vesmíru a velice snadno se rozpouští v roztaveném železe.

2. STAVBA ZEMĚ Vnitřní jádro (jadérko): 1, 7 % hmotnosti Země, hloubka 5150– 6370 km. Vnitřní jádro je pevné, od pláště ho dělí roztavené vnější jádro. Předpokládá se, že pevné jádro se vytvořilo jako důsledek tuhnutí za vysokého tlaku, protože teplota, která uvnitř panuje, dosahuje asi 4 700 °C. Tento jev pozorujeme také u kapalin; kapalina tuhne, jakmile klesá teplota nebo vzroste tlak. Zemský plášť pláš se rozkládá do hloubky 2 900 km. Zabírá až 84% objemu a 69% hmoty Země a je tvořen poměrně těžkými křemičitanovými minerály, některé jsou velmi podobné těm, které známe ze zemské kůry. Informace o plášti se získává převážně z úlomku tzv. xenolitů a analýzy seizmických vln. Hustota je v rozmezí 4600 až 5500 kg. m-3.

2. STAVBA ZEMĚ Spodní plášť: 49, 2 % hmotnosti Země, hloubka 650– 2890 km. Spodní plášť je složen hlavně z křemíku, magnesia a kyslíku, dále obsahuje i trochu železa, kalcia a hliníku. Předpokládá se, že se Země skládá z podobných prvků jako Slunce a meteority. Vrchní plášť: 10, 3 % hmotnosti Země, hloubka 10– 400 km. Xenolity pochází převážně ze svrchních vrstev vrchního pláště a objevují na erodovaných horských hřebenech nebo převážně pak při vulkanických výbuších. Mezi nejvýznamnější minerály, které byly takto objeveny, patří olivíny, pyroxen (Mg, Fe), Si. O 3 atd. Astenosféra: 7, 5 % hmotnosti Země, hloubka 60– 250 km. Přechodová vrstva je původem čedičové magma, ale dále obsahuje i vápník, hliník, granát, což je horninotvorný minerál. Tato vrstva se velice snadno rozpouští a vytváří bazalt. Je to vrstva, která umožňuje pohyb litosférických desek a občas jako magma stoupá do vrstev ležících nad touto vrstvou.

2. STAVBA ZEMĚ Zemská kůra je velmi tenký, vrchní obal Země. Tvoří míň než 1 % objemu a 0, 5 % hmoty Země. Zemská kůra jako celek vznikla v průběhu dlouhého vývoje diferenciací ze zemského pláště. Podle mocnosti a složení rozlišujeme kůru: • kontinentální, – horní vrstva sedimentární, – střední vrstva granitová, – spodní vrstva bazaltová • oceánskou, • přechodnou. Mezi dva základní typy počítáme kontinentální a oceánskou zemskou kůru, liší se nejen mocností, ale i složením a hustotou. Jednotlivé litosférické desky se pohybují po plastickém podkladu – astenosféře (stoupají, klesají a pohybují se do stran).

2. STAVBA ZEMĚ Kontinentální kůra je část zemské kůry, která buduje kontinenty, šelfy až po úpatí kontinentálního svahu v oceánech. Mocnost této vrstvy je v rozmezí od 25 do 70 km, průměrně 40 km. Horní vrstva sedimentární sedimentárn má průměrnou mocnost 2 až 4 km, někdy chybí nebo přesahuje i 10 km. Rychlost šíření podélných seizmických vln je 1, 5 až 5, 0 km. s-1. Střední granitová vrstva se skládá z kyselých vyvřelých a vrs metamorfovaných hornin. Průměrná mocnost je 10 až 20 km, rychlost šíření podélných seizmických vln je 5, 8 až 6, 0 km. s-1, hustota 2 500 až 2 700 kg. m-3. Spodní bazaltová část je tvořená především bazickými magmatitmi a metamorfitmi. Její mocnost kolísá, nejmenší je na starých platformách – asi 15 km, největší v mladých horských pásmech, v Himalájích až 50 km. Rychlost šíření podélných seizmických vln je 6, 0 až 7, 4 km. s-1, hustota 2 800 až 3 300 kg. m-3.

2. STAVBA ZEMĚ Oceánská kůra je část zemské kůry, která se nachází kůra pod oceány. Má menší mocnost než pevninská kůra, zpravidla 5 až 10 km. Skládá se z tenčí sedimentární a především z bazaltové vrstvy. Význačné pro oceánskou kůru je, že absentuje granitová vrstva. Oceánská kůra vznikla parciálním tavením z horního pláště a představuje primitivnější typ kůry. Zemská kůra a nejvyšší část zemského pláště tvoří litosféru, která na kontinentech dosahuje tloušťky 100 litosféru až 150 km a pod oceány tloušťku do 100 km. Je rozdělená do litosférických dosek, které se horizontálně pohybují.

3. POHYBY A TVAR ZEMĚ Země vykonává tři základné pohyby: • pohyb okolo Slunce, • otáčení okolo vlastní osy, • precesní a nutační pohyb. Pohyb Země okolo Slunce je po eliptické dráze vzdálené od Slunce 147 až 152 mil. km. Rychlost oběhu Země cca 30 km. s -1. Doba jednoho oběhu je jeden hvězdný rok (365 a ¼ dne). Výsledkem je střídání ročních období a vznik základných klimatických pásem na povrchu Země.

3. POHYBY A TVAR ZEMĚ ZE Precesní a nutační pohyb. Orientace osy rotace v důsledku pohy přitažlivosti Slunce se mění. Zemská osa rotuje pomalu po pomyslné kuželové ploše, která svírá s normálou k rovině zemské oběžné dráhy úhel 23, 5 o. Ve chvíli, kdy není osa Země svislá a tedy její směr se neshoduje s gravitační silou, začne se osa Země otáčet kolem svislé osy a opisuje plášť kužele. Tento pohyb je označován jako precese. Takový pohyb můžeme dobře pozorovat právě precese u káči. Nutace je precesi nadřazena, avšak nutační elipsa je v Nutace porovnání s precesní mnohem menší. Hlavní příčinou nutace je Měsíc. Jeho eliptická oběžná dráha je oproti ekliptice skloněna asi o 5, 1°, a proto se neustále mění velikost a směr jeho gravitační síly. Výstupný uzel trajektorie Měsíce se posouvá zpětně a za každých 18, 6 let opíše úhel 360°.

3. POHYBY A TVAR ZEMĚ 3. POHYBY A TVAR ZE Zemská precese (zdroj: http: //www. greier-greiner. at/hc/praezession. htm)

3. POHYBY A TVAR ZEMĚ 3. POHYBY A TVAR ZE Zemská precese. Pohyb zemské osy (zdroj: http: //www. greier-greiner. at/hc/praezession. htm)

3. POHYBY A TVAR ZEMĚ 3. POHYBY A TVAR ZE Dnes se používají následující základní údaje o referenční ploše Země: • průměrná delší poloosa na rovníku 6 378, 160 km, • průměrná kratší poloosa na pólu 6 376, 755 km, • povrch 510, 106 km 2, • hmotnost 5 977. 1021 kg, • průměrná hustota 5 517 kg. m-3, • zploštění 1/298, 25.

4. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI ZEMĚ Základnými fyzikálními vlastnostmi Země jsou: • gravitace, • tlak a hustota, • magnetizmus, • teplota. Gravitace Země je daná součtem zemského gravitačního pole a pole odstředivých sil vznikajících vlivem rotace Země. Její intenzita se měří zrychlením volně padajícího tělesa. Gravitační zrychlení na povrchu Země není konstantní. Největší je na pólech – 9, 832 m. s-2, nejmenší na rovníku – 9, 780 m. s-2. Tlak je vyvolaný především hmotností nadložního sloupce hornin a je podmíněný gravitačním zrychlením. Vnitrozemský tlak se zvětšuje s hloubkou a v jádře stoupá až na 4, 0. 105 MPa.

4. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI ZEMĚ Hustota je poměr hmotnosti látky k jej objemu bez ohledu na její stav. Hustotu Země výrazně ovlivňuje tlak. Se vzrůstajícím tlakem se hustota zvyšuje. Střední hustota zemské kůry se pohybuje v rozmezí 2 700 až 2 800 kg. m-3. Střední hustota Země je 5 520 kg. m-3. Hustota zemského jádra se odhaduje v rozmezí 8 000 až 12 000 kg. m 3. Magnetizmus. Země se chová jako permanentní magnet. Silové účinky zemského magnetizmu se projevují v geomagnetickém poli, které má kladný jižný a záporný severní pól. Magnetické póly Země nejsou totožné se zeměpisnými póly a jsou v ustavičném pohybu. V současnosti je jižní magnetický pól v arktické oblasti Severní Ameriky a severní je na jižní polokouli v Antarktidě. Geomagnetická osa je nejkratší spojnici geomagnetických pólů, nevede přes střed Země a s osou zemské rotace svírá úhel přibližně 11, 5 o. Magnetická deklinace je odchylka směru magnetického poledníku a zemského poledníku v daném místě (může byť západní a východní).

4. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI ZEMĚ Magnetická deklinace

4. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI ZEMĚ Teplotu Země podle původu rozlišujeme: • vnější, • vlastní (vnitřní). Nejvýznačnějším vnějším zdrojem je tepelná energie slunečního záření, která se ve většině odráží do okolního prostoru. Asi 23% sluneční energie se spotřebuje na vypařování vody do atmosféry a jen okolo 20% energie slunečního záření tepelně ovlivňuje nejvyšší části zemské kůry. Kolísání denní teploty se projevuje do hloubky 1, 5 až 2 m, roční pak do hloubky asi 20 až 30 m.

4. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI ZEMĚ Geotermický stupeň udává rychlost nárůstu teploty a v Evropě je to 33 m. o. C-1. Geotermický gradient je převrácená hodnota geotermického stupně a vyjadřuje zvýšení teploty v st. C na 100 m hloubky. Hodnoty geotermického stupně a geotermického gradientu jsou závislé na geologickém složení i tektonické a vulkanické aktivity. Teplota stoupa nejrychleji v zemské kůře, potom pomaleji. Na rozhraní mezi zemskou kůrou a zemským pláštěm se předpokládá teplota 500 až 1 000 o C, na hranici se zemským jádrem dosahuje až 4 000 o C.

5. HORNINY Vnější pevný obal Země tvoří pevné a nezpevněné horniny, které obsahují určité seskupení minerálů. Horniny a minerály jsou základní složkou zemské kůry. Minerál - anorganická přírodnina, která vykazuje specifické chemické složení a charakteristickou atomární stavbu; většina minerálů má krystalickou vnitřní stavbu, Hornina - soubor minerálů v tuhém stavu; horniny se vzájemně liší minerálním složením, fyzikálními vlastnostmi a stářím, Většina hornin se skládá ze dvou a více minerálů; horniny tvořené výhradně jedním minerálem = monominerální horniny.

5. HORNINY Horniny podle způsobu vzniku rozdělujeme na: • vyvřelé (magmatické), • usazené (sedimentární), • přeměněné (metamorfované). Vyvřelé horniny vznikají krystalizací přirozené silikátové taveniny – magmatu. Jejich složení a vzhled závisí na chemickém složení magmatu a na podmínkách, při kterých magma tuhla (zejména na rychlosti jejího ochlazování). Z hlediska vzniku jsou to horniny primární. Usazené horniny vznikají z produktů zvětrávání už existujících hornin, které zůstávají na místě rozrušení, nebo různými transportačními procesy jsou odnášené (voda, vítr apod. ) a na jiném místě sedimentované. Vzhledem na způsob vzniku jde o sekundární horniny. Přeměněné horniny vznikají přeměnou existujících vyvřelých, usazených nebo už dříve přeměněných hornin. Jsou to horniny, které po svém vzniku podlehli přeměnám za endogenních podmínek, v rámci kterých se přizpůsobovaly změněným fyzikálním, někdy i chemickým podmínkám. Vzhledem na způsob vzniku jde o sekundární horniny.

5. HORNINY Horninový cyklus - koloběh hornin v zemském nitru a na povrchu Země

5. HORNINY Rozdělení vyvřelých hornin

5. HORNINY Hlavní typy sedimentačních prostředí

5. HORNINY Vznik různých typů přeměněných hornin v závislosti na hloubce jejich zanoření