Sedimentologie karbonátů Literatura: *Tucker, M.E. – Wright, V.P. (1990) Carbonate Sedimentology), Blackwell Oxford *Kukal, Z. (1986): Základy Sedimentologie. Academia, Praha *Hladil (1996) Karbonátová sedimentární tělesa Usazené horniny 1. Základní charakteristika Biochemogenní sedimenty Tvorba pevného materiálu „in situ“ (x klastické sedimenty) Prostředí vzniku: n Vodní prostředí: mořské, sladkovodní n Souš: půdy (kalkrety) Minerály: n Kalcit /CaCO[3]/ n aragonit /CaCO[3]/ n Dolomit /CaMg(CO[3])[2]/ Horniny: n Vápenec: > 50% CaCO[3] (kalcit, aragonit) n Dolomit: > 50% CaMg(CO[3])[2] (minerál dolomit) n Travertin, pěnovec, speleotémy, atd. Vznik: n Biomineralizace CaCO[3] organismy n Přímé chemické srážení n Rekrystalizace (kalcit -> dolomit) Karbonátová ekvilibria na hranici vzduch voda CO[2](g) = CO[2](aq) (1) CO[2](aq) + H[2]O = H[2]CO[3] (2) H[2]CO[3] = H^+ + HCO[3]^- (bikarbonátový anion) (3)^ HCO[3]^- = H^+ + CO[3]^2- (karbonátový anion) (4) Ca^2+ + CO[3]^2- = CaCO[3](s) (kalcit) (5) Rovnovážné konstanty, závislé nepřímo úměrně na teplotě: vzrůst teploty = posun k levé straně rovnováhy (rovnice), pokles teploty = posun k pravé straně rovnice (CO[2]) KCO[2] = ---------- ; pro rovnici (1) pCO[2] CO[2](g) = CO[2](aq) - čím nižší teplota, tím více rozpuštěného vodného CO[2] - čím vyšší teplota, tím méně rozpuštěného vodného CO2 (analogie: sycené limonády :-) ) Ekvilibrium na hranici vzduch oceán, oceány jsou mírně zásadité (pH = 7,9 – 8,1) Karbonátová ekvilibria na hranici vzduch voda CO[2](g) = CO[2](aq) (1) CO[2](aq) + H[2]O = H[2]CO[3] (2) H[2]CO[3] = H^+ + HCO[3]^- (bikarbonátový anion) (3)^ HCO[3]^- = H^+ + CO[3]^2- (karbonátový anion) (4) Ca^2+ + CO[3]^2- = CaCO[3] (s) (5) Rovnovážné konstanty, závislé nepřímo úměrně na teplotě: vzrůst teploty = posun k levé straně rovnováhy (rovnice), pokles teploty = posun k pravé straně rovnice (CO[3]^2-) (H^+) K = ----------------- ; pro (2)(3)(4) (CO[2])(H[2]O) (CO[2])(H2O) (CO[3]^2-) = k ---------------- ; čím více CO[2], tím kyselejší prostředí à rozpouštění CO[3]^2- (H^+) ; čím méně CO[2], tím zásaditější prostředí à precipitace CO[3]^2- Karbonátová ekvilibria na hranici vzduch – voda, vztah mezi koncentracemi komponent a pH Hloubková distribuce karbonátových specií a CO[2] v oceánech Minerály karbonátových hornin: Aragonit: n rombický n biomineralizace, chemické srážení n chemicky nestabilní (metastabilní) -> rekrystalizace na kalcit n Izomorfní příměsi: Sr (stroncianit) Kalcit: n Klencový n chemicky stabilní n Izomorfní příměsi: Mg (magnezit), Mn, Fe Vysokohořečnatý kalcit: * > 4 mol% MgCO[3] * biomineralizace, chemické srážení * chemicky málo stabilní -> rekrystalizace na kalcit Nízkohořečnatý kalcit: [* ]< 4 mol% MgCO[3] * Biomineralizace, chemické srážení * chemicky stabilní Dolomit: [n ]Ca,Mg(CO[3])[2] [n ]rekrystalizace, chemicky stabilní[] Biomineralizace Minerály: produkty metabolismu organismů: n Jednobuněční (Protozoa) n Bezobratlí mnohobuněční n Nižší rostliny *Aragonit *Vysoko-Mg kalcit *Nízko-Mg kalcit Biomineralizace ve fosilním záznamu P = paleozoikum M = mesozoikum C = kenozoikum * Aragonit * Vysoko-Mg kalcit * Nízko-Mg kalcit 2. Hlavní faktory řídící sedimentaci karbonátů *Fyzikálně –chemické parametry prostředí (vody) n Teplota n Zakalení n Salinita *Hloubka vody n Fotická zóna n Kompenzační hloubka karbonátu (CCD) n Kolísání hladiny moře (sekvenční stratigrafie) *Hloubka vody n Fotická zóna *Geotektonické prostředí n Přísun klastického materiálu (zakalení vody) n Pohyby litosféry v podloží karbonátů Klima (teplota) a salinita Subtropické pásmo (30 ° s. a j. zem. šířky) Asociace organismů produkujících CaCO3 *CHLOROZOAN (hermatypní koráli, zelené vápnité řasy), t>15°C, salinita: 32-40%o *CHLORALGAL (zelené vápnité řasy) t>15°C, salinita: >40%o, <52%o *FORAMOL (bentické foraminifery, měkkýši, mechovky, červené řasy) t:0-32°C, salinita: 25-35%o Karbonátové „továrny“ Tropical factory (tropické továrny) n precipitation is biotically controlled mostly by autotrophic organisms. Organisms: corals, green algae, foraminifers and molluscs. n warm (more than 20°C) and sunlit waters n high in oxygen n low in nutrients n between 30° north and 30° south of the equator n most widespread today, and is often found fossilised. Cool-water factory (chladnovodní továrny) n cooler waters n higher latitudes than tropical factories n Precipitation is biotically controlled by heterotrophic organisms, sometimes in association with photo-autotrophic organisms such as red algae. n higher amount of nutrients than in tropical factories. Mud-mound factory (továrny kalových kup) n abiotic precipitation and biotically induced precipitation n waters high in nutrients and low in oxygen n known only from the fossil record, especially Paleozoic and Mesozoic. Recentní karbonátové systémy Hloubka moře * Účinná fotická zóna * Vysoká alkalinita a nízké pH * Hloubkový gradient produktivity Hloubkový gradient produktivity: kenozoikum vs. svrchní karbon Základní procesy depozice v karbonátovém prostředí Kolísání hladiny světového oceánu Catch-up systémy „dohánějí“ hladinu Keep-up systémy „drží tempo“ s hladinou Hloubka moře 2: ACD, lyzoklina a CCD * CCD (karbonátová kompenzační hloubka): rychlost rozpouštění > rychlost sedimentace kalcitu * ACD (kompenzační hloubka aragonitu): rychlost rozpouštění > rychlost sedimentace aragonitu * Lyzoklina: rychlost rozpouštění rychle vzrůstá CCD CCD à „sněžná čára“ Tektonický rámec sedimentace Snížený přísun klastického materiálu – n Velká a malá bahamská lavice n Velký bariérový útes n Rudé moře Morfologie karbonátových těles n Lemový šelf (Velký bariérový útes) n Rampa (Žraločí zátoka, Yucatán) n Izolovaná lavice (platforma) (Bahamy) n Epeirická platforma (pouze fosilní příklady, Muschelkalk, Dinant platform) n Potopená platforma (Blake plateau) Typy platforem Lemový šelf n přilehlý k pevnině n plochý povrch (sklon < 0,2°) n hrana šelfu – útesová bariéra, oolitové písčiny n prudký svah (sklon až 40°) -> hluboké moře Floridský šelf: struktura a složení sedimentu Izolovaná platforma: velká bahamská lavice Růst Velké bahamské lavice: progradace klinoforem v seismickém profilu Izolované platformy: Dolomity, trias Karbonátová rampa n přilehlá k pevnině n povrch mírně svažitý do oceánu (sklon < 2°) n bez výrazné hrany Perský záliv, homoklinální rampa Západní Yucatan: distally-steepened ramp Rampy v geologickém záznamu Rampa à lemový šelf Potopená platforma Potopení platformy * The sediment surface leaves the realm of shallow-water carbonate sedimentation altogether and becomes submerged below the euphotic zone (right figure). The onset of drowning is expressed by a change from shallow-water faunas to deeper-water communities in reefs and on lagoonal floors. Buildups truly abandoned by a rising sea are commonly capped by a submarine hardground and enveloped by a shale cap or deepwater limestone. An example of a drowned ramp reservoir is the Devonian Onadaga of New York. 3. Petrografie karbonátových hornin Klastické sedimenty 1. sedimentární textury (interpretace hydrodynamických podmínek -> depoziční prostředí) 2. petrografie: provenience, klima Karbonáty 1. petrografie: n Zachování schránek z CaCO3 (paleoekologie, tafonomie) n Vznik materiálu v místě sedimentace – depoziční prostředí 2. sedimentární textury (hydrodynamické podmínky méně důležité) Petrografie (metodika): *Optický (polarizační) mikroskop pro pozorování v procházejícím světle: (výbrusy, acetátové otisky) *Binokulární lupa (nábrusy) *CL mikroskop (výbrusy) *SEM (leptané povrchy, povrchy na čerstvém lomu) Komponenty karbonátových hornin v mikroskopickém měřítku *Zrna n Alochemy *neskeletální alochemy *skeletální alochemy n Terigenní (detritická) zrna *Mikrit (micrite = microcrystalline calcite) *Sparit (sparite = sparry calcite) Mikrit („základní hmota“) * zrna < 4 mikrony (usazování v málo turbulentním prostředí) * Mikrosparit (4 – 15 mikronů) * různý původ n Bioeroze n Mechanický rozpad karbonátových zrn n Rozpad vápnitých řas n Chemické a biochemické srážení (mikritizace) Sparit * Čirý kalcit (aragonit) * Diagenetický původ n Cementace (výplň pórů – kalcit, aragonit) n Rekrystalizace (reorientace krystalových mřížek minerálů – kalcit) n Nahrazování (krystalizace nových minerálů /kalcit/ na místě původních /aragonit, vysoko Mg kalcit, chalcedon, evapority/) Neskeletální alochemy * Ooidy * Pisoidy * Onkoidy * Peloidy * intraklasty Neskeletální alochemy Ooidy * Kortex * radiální nebo koncentrická struktura * laminy (průběžné po celém obvodu * zpravidla < 2 mm * turbuletní prostředí Onkoidy, pisoidy * Kortex * Laminární struktura * Laminy neprůběžné * Zpravidla >2 mm Neskeletální alochemy Peloidy * Nemají vnitřní strukturu (tvořeny mikritem) * pravidelný nebo nepravidelný tvar * Různý původ (mikritizace alochemů, fekální pelety, cyanobakteriální původ) * Zpravidla < 2 mm Intraklasty (agregáty) * Intrabazinální klasty (úlomky hornin ze stejné sedimentační pánve) * Vnitřní struktura se liší od struktury okolí * Jasně vymezené hranice vůči okolní hornině * Nepravidelný tvar * Různá velikost Skeletální alochemy Skeletální alochemy Vápnité řasy * Dasycladaceae (aragonit) Vápnité řasy * Corallinaceae (vysoko-Mg kalcit) Skeletální alochemy Vápnité řasy *Coccolithophorida (nízko-Mg kalcit) Skeletální alochemy Foraminifera *Globorotalia (nízko-Mg kalcit) Skeletální alochemy Foraminifera * Fusulinida (nízko – vysoko Mg kalcit) Foraminifera * Fusulinida (nízko – vysoko Mg kalcit) Skeletální alochemy Vápnité houby (Porifera) * Spikuly (jehlice hub) (nízko – vysoko Mg kalcit) Koráli (Anthozoa) * Favosites (vysoko Mg kalcit ?) Skeletální alochemy Koráli (Anthozoa) *Syringopora (kolonie) (vysoko Mg kalcit ?), aragonit -> (recentní koráli – Scleractinia) Mechovky (Bryozoa) *Fenestrátní mechovka (nízko - vysoko Mg kalcit) Skeletální alochemy brachiopodi * Terebratulida (nízko - vysoko Mg kalcit) mlži (aragonit, nízko - vysoko Mg kalcit) Skeletální alochemy gastropodi (aragonit, nízko - vysoko Mg kalcit) hlavonožci (Cephalopoda) (aragonit) Skeletální alochemy Členovci: trilobiti (nízko Mg kalcit) Členovci: ostrakodi (nízko – vysoko Mg kalcit) Skeletální alochemy Ostnokožci (vysoko Mg kalcit) Radiolárie (SiO[2] – rekrystalizace na kalcit) Sedimentární struktury (analogické klastickým sedimentům) * Velikost zrna n Kalcilutit (karbonát pelitické frakce) n Kalciarenit (karbonát psamitické frakce) n Kalcirudit (karbonát psefitické frakce) * Vytřídění n Míra podobnosti velikostí zrn ve vzorku horniny n Reciproká hodnota standardní odchylky souboru dat velikostí zrn, S[0] = Q[3]/Q[1]½ Kde S[0] = třídění, Q[3] = třetí kvartil (75% nejmenších zrn), Q[1] = první kvartil (25% nejmenších zrn) * Tvar zrn n Forma – (celkový tvar) – izomorfní, tabulkovitý, tyčovitý n Sféricita – jak moc se zrna tvarově blíží kouli n Zaoblení – míra zakřivení hran zrna –> více = angulární, méně = zaoblený n Vizuální odhad * Porozita * Permeabilita Sedimentární struktury velikost zrna (zrnitost) Částice mechanicky unášené kapalinami– sedimentární částice: Křemen, živce, kalcit, aragonit, jílové minerály: (r = 2650 kg/m3) – nejčastější Další: slídy, amfibol, pyroxeny, olivín Wenworthova zrnitostní klasifikace F = -log2d ; d = průměr zrna v mm kontrolována * velikostí klastů generovaných během zvětrávání ve zdrojové oblasti * unášecí, abrazní a třídící schopností transportního média balvany valouny oblázky zrnka velmi hrubozrnný hrubozrnný písek středně zrnitý jemnozrnný velmi jemnozrnný prach (silt) jíl Sedimentární struktury vytřídění Vytřídění: Míra podobnosti velikostí zrn ve vzorku horniny * Kvalitativní odhad * Reciproká hodnota standardní odchylky souboru dat velikostí zrn, S[0] = Q[3]/Q[1]½ Kde S[0] = třídění, Q[3] = třetí kvartil (75% nejmenších zrn), Q[1] = první kvartil (25% nejmenších zrn) Střední velikost zrn Gaussovy křivky, kumulativní křivky Kontrolováno * vytříděním klastů generovaných během zvětrávání ve zdrojové oblasti * abrazní a třídící schopností transportního média (vítr, voda, led) Vytřídění: kvalitativní odhad Sedimentární struktury tvar zrna * Tvar zrna Tvar částic určený : n Krystalizací z magmatu nebo vodného roztoku (tvar krystalů, tabulkový, sloupcovitý, apod.) n Vulkanogenní činností (pyroklastika – lapilli, prach, popel, písek, velmi nepravidelný) n Zvětráváním hornin (nepravidelný tvar – zaoblení, koule, trojosý elipsoid) n Organickou aktivitou (schránky, ooidy, klacíky, apod. – koule, válec, destičkovitý tvar) Porozita (V[pórů] / V[horniny + pórů ]x 100%) * Intergranulární * Intragranulární * Fenestrální * Mezi krystaly * Moldická * Puklinová * Kavernózní * Brekciová * Ve výhrabech * Ve vrtbách Permeabilita n Míra toho, jak rychle může horninou protékat kapalina n Závisí na porozitě, velikosti pórů a propojení pórů Klasifikace karbonátových hornin Kritéria: * Přítomnost / nepřítomnost mikritu (hydrodynamické prostředí sedimentace) * Vytvoření podpůrné struktury zrn / mikritu (poměr mikritu a zrn, tvar zrn – sférická zrna podpůrná kostra při 60%, větevnatá zrna (korály) podpůrná kostra při 20%) * Velikost zrn (není příliš zohledňována, relevantní pouze v případě transportu alochemů) * Klasifikace alochemů (prostředí vzniku sedimentu) Folkova klasifikace (Folk, J.R. 1959) n Sparit / mikrit n Klasifikace alochemů (+/- prostředí sedimentace) n Není zohledněna podpůrná struktura n Není zohledněna velikost zrn Folkova klasifikace (Folk, J.R. 1959) n Sparit / mikrit n Podpůrná struktura (hydrodynamické podmínky) n Klasifikace alochemů (+/- prostředí sedimentace) n Třídění (hydrodynamické podmínky) n Příliš dlouhé názvy hornin Dunhamova klasifikace (Dunham, 1962) Rozšířená Dunhamova klasifikace (Embry a Klovan, 1974) lime mudstone (Dunham) fossiliferous micrite (Folk) wackestone (Dunham) (sparse) biomicrite (Folk) packstone (Dunham) packed biopelmicrite (Folk) grainstone (Dunham) biopelsparite(1), biosparite(2) (Folk) crystalline (dolomite) (Dunham) Standardní mikrofacie (Flügel 1972, Wilson 1975) *Mikrofacie (24 standardních mikrofacií): kvalitativní soubor znaků horniny pozorovatelných ve výbruse: n klasifikace horniny (zpravidla Dunhamova klasifkace) n popis sedimentárních struktur (velikost a tvar zrna, vytřídění, porozita, atd.) n popis mikrotextur (laminace, gradace) n klasifikace alochemů (ekologické skupiny skeletálních alochemů,neskeletální alochemy, atd) n Mikrofacie: kvalitativní soubor znaků *Faciální pásma (9 standardních pásem) - Interpretace prostředí sedimentace Environmentální význam neskeletálních klastů a textur Standardní mikrofacie - příklady *SMF 3 n lime mudstone a wackestone s mikritickou matrix s pelagickou mikrofaunou (např. radiolárie, globigeriny) nebo makrofaunou (graptoliti, fragmenty tenkostěnných mlžů) n Pánevní, hlubokomořské prostředí s pomalou sedimentací *SMF 15 n Grainstone s dobře vytřídnými ooidy a šikmým zvrstvením n Vysokoenergetické prostředí oolitických písčin na okraji šelfu, pláže a valy na přílivových plošinách Použití mikrofacií: mapování paleoprostředí Použití mikrofacií: mapování paleoprostředí Stratigrafický význam mikrofacií: identifikace cyklů, trendů a událostí na časové ose Semikvantitativní MF analýza *14 mikrofacií *Prostředí od dysoxického prostředí pánve (MF1-4) po svrchní část svahu (MF10-14) *Alochtonní vrstvy vs. „pozadí“ (MF kontrasty) *Progradace, cyklicita Facie a depoziční prostředí * Facie soubor charakteristických znaků sedimentu: n vrstevní poměry (mocnost a tvar vrstev) n hydrodynamické sedimentární textury (zvrstvení, textury na vrstevních plochách) n Paleontologický obsah a tafonomie sedimentu n Struktura horniny (zrnitost, vytřídění, porozita, atd.) Facie Depoziční prostředí Depoziční prostředí Mělkomořská depoziční prostředí n Pobřežní a příbřežní prostředí n Prostředí okraje šelfu n Prostředí přílivově-odlivových plošin (peritidální) n Organické útesy Pobřežní a příbřežní prostředí Střední až vysoká energie vlnění Zpravidla karbonátové rampy * Komplex plážové ostrovní bariéry * Plážová pobřežní plošina Komplex plážové ostrovní bariéry (Rhode Island) Komplex plážové ostrovní bariéry Morfologické prvky: n Plážová ostrovní bariéra n Přílivové kanály n Laguna Výška dmutí > 3m Vysoká produkce karbonátového písku Predispozice topografií podloží Ostrovní bariéra Procesy sedimentace a facie Stratigrafie moderních těles bariérových ostrovů Plážová pobřežní plošina Morfologické prvky: n Hřbety dun n Pláž n Příbřežní plošina (nad bází normálního vlnění – cca 10-15m) Výška dmutí < 3m Vysoká produkce karbonátového písku Procesy sedimentace: n Progradace pobřeží (do nadloží: subtidální sedimenty -> příbřežní plošina -> pláž) Facie: n Grainstone se skeletálními alochemy (mlži, ježovky, koráli, foraminifery, řasy), ooidy, peloidy, mikritizace alochemů n Křížové zvrstvení, horizontální zvrstvení, planární šikmé zvrstvení, primární proudová lineace, asymetrické čeřiny, symetrické čeřiny, n Raná cementace Šelfová sedimentace pod bází normálního vlnění Nízká hydrodynamická energie prostředí Občasné bouřky Procesy sedimentace: Vertikální akrece subtidálních sedimentů, Tropická bouře nad Bahamami Hurikán Chris, 2006 Tempestit, normální gradace, II laminace Tempestit, HCS, HCS Písčitá tělesa okraje šelfu * Morfologické prvky (Velká Bahamská lavice): n písčité valy (0,5 – 1,5 x 12 – 20km) n duny n přílivové kanály (šířka 1 – 3 km, hloubka < 7m) * Vysoká produkce karbonátového písku * Sedimentace závislá na n dmutí, n energii vlnění, n pozici k převládajícím větrům * Procesy sedimentace: n Migrace písčitých valů – směrem na platformu (návětrná strana platformy) n Migrace písčitých valů - směrem do moře (závětrná strana platformy) n Gravitační resedimentace do hlubokého moře Oolitické písky Organické útesy (biohermy) * Rigidní topografická elevace biogenního původu, rezistentní vůči vlnění * Klasifikace podle morfologie : n okrajové (fringing) n skvrnové (patch) n bariérové n Hlubokovodní kupy (knoll) n atoly * Klasifikace podle procesů sedimentace: n Skeletální útesy “Frame-Built“ (s pevnou vápnitou kostrou ze skeletů organismů) n Útesové kupy “Reef Mounds“ (bez pevné vápnité kostry, pasivní zachytávání materiálu organismy) Globální distribuce útesů * The majority of reef building corals are found within tropical and subtropical waters. These typically occur between 300 north and 300 south latitudes. The red dots on this map show the location of major stony coral reefs of the world. Procesy ovlivňující růst útesu *Konstruktivní procesy: růst organismů *Destruktivní procesy: mechanický a biogenní rozpad útesu *Cementace: ve fázi rané diageneze *Sedimentace: procesy eroze, transportu a sedimentace materiálu útesu Konstruktivní procesy Skupiny organismů podílejících se na stavbě útesu * Stavitelé kostry (frame builders) n Šestičetní koráli, řasy, Hydrozoa (recentní) n Šestičetní koráli, Rugosa, Tabulata, Stromatoporoidea, řasy (fosilní) * Povlékači (encrusters) n Řasy, Serpulida, mechovky, koráli * Kontributoři n Řasy (Halimeda) * Ostatní n Cyanobaktérie, řasy Symbióza korálů a zooxanthel Acropora palmata * Kingdom: Animalia Phylum: Cnidaria Class: Anthozoa Order: Scleractinia Family: Acroporidae Genus: Acropora Species: palmata * · Elkhorn coral, like many corals, receive most of their energy and oxygen from symbiotic organisms called zooxanthellae. · Like counting rings in the trunk of a tree, the age of corals can be determined by examining coral growth rings. Konstruktivní procesy Destruktivní procesy *Vrtavá činnost: řasy, cynobaktérie, Porifera, měkkýši *Hrabavá činnost: sesilní bentos, infauna, u útesových kup *Oškrabování: Gastropoda, Echinodermata Sedimentace Zdroje sedimentu: *Rozrušování vlastního útesu *Rozpad schránek organismů žijících na útesu *Přínos materiálu zvenčí Procesy sedimentace a facie Procesy sedimentace: n Progradace útesu na okraji platformy Facie * Převaha destruktivních procesů na konstruktivními: rozpad útesu n Floatstone, rudstone * Převaha konstruktivních procesů nad destruktivními n Bafflestone (zachycování sedimentu, větevnatí koráli, Amphipora) n Bindstone (převažuje činnost povlékačů – encrusters – řasy, mechovky) n Framestone (převažuje činnost stavitelů kostry – koráli, řasy, stromatoporoidea) Silur, Gotland Silur, Gotland Redwater reef, Alberta, Kanada, sv. devon Capitan Reef, Texas, perm Sedimenty přílivově-odlivových plošin (peritidální sedimenty) Facie peritidálních sedimentů Tepee structures Facie peritidálních sedimentů Pelagické prostředí *Pelagické karbonáty: n > 95% materiálu ze suspenze (spad z vodního sloupce) *Karbonátový materiál biogenního původu - planktonní a nektonní organismy *Eolický materiál (zrnka Q siltové frakce) *Kosmogenní materiál (kosmický prach) *Vulkanogenní materiál (jílové mnerály a zeolity – produkty rozkladu vulkanických hornin oceánské kůry) n < 5% terigenního materiálu *Prostředí vzniku pelagických karbonátů: n Oceánské pánve n potopené karbonátové platformy a aseismické podmořské hřbety n šelfy a intrakratonní pánve Faktory limitující pelagickou karbonátovou sedimentaci * Rozpouštění CaCO[3] v závislosti na hloubce (CCD, lysoklina, ACD) (Obsah CO[2] ve vodě: závislost na teplotě vody, proudění) * Produkce CaCO[3] v přípovrchové zóně oceánů n Klima n Biotické krize a vymírání [ ] * Hydrodynamická energie prostředí u dna (proudění) Pelagické karbonáty Záznam izotopů kyslíku v pelagických mořských sedimentech za posledních 700 tisíc let Resedimentované karbonáty Gravitační transport a sedimentace: topografický gradient (např. svah platformy) Procesy sedimentace a facie Bahnotoky, úlomkotoky Binghamovské plastické látky, soudržné Uvedení do pohybu: překonání prahového napětí – přetížení svahu, zemětřesení, likvefakce (zkapalnění), Ukládání: zpomalení toku (snížení kinetické energie toku) Facie: ostré spodní a svrchní hranice vrstev, inverzní gradace, špatné vytřídění, floatstone, rudstone, hojné intraklasty Turbiditní proudy Newtonovské kapaliny, vyšší hustota v důsledku nasycení sedimentárními částicemi, převažuje turbulentní proudění, Uvedení do pohybu: zemětřesení, zvíření části v důsledku bouřky, převýšení kritického sklonu svahu Ukládání: zpomalení proudu Facie: ostré spodní a svrchní hranice vrstev, normální gradace, Boumova sekvence, grainstone, packstone, wackestone, lime mudstone, cizorodé alochemy Sesuvy, skluzy Elastické pevné látky, turbulentní pohyb, laminární pohyb Ukládání: zmírnění sklonu svahu Facie: zvrásněné a zprohýbané vrstvy pelagických karbonátů (lime mudstone, wackestone s pelagickou faunou), Zrnotoky Nesoudržné, převýšení prahového sklonu svahu, turbulentní pohyb Ukládání: zmírnění sklonu svahu Facie: inverzní gradace, velmi dobré vytřídění, grainstone Turbidity: Boumova sekvence Rychlost proudění vs. velikost zrna Turbidity Resedimentované karbonáty Prostředí sedimentace: * Podmořský vějíř n Vnitřní vějíř (proximální, úlomkotoky, hrubozrnné turbidity, sesuvy, skluzy) n Střední vějíř n Vnější vějíř (distální, jemnozrnné turbidity) Procesy sedimentace: progradace vějíře (do nadloží: distální -> proximální) * Svahový osyp n Svrchní svah (proximální, úlomkotoky, hrubozrnné turbidity, sesuvy, skluzy) n Spodní svah (distální, jemnozrnné turbidity) Procesy sedimentace: progradace osypu (do nadloží: distální -> proximální) Diageneze Soubor fyzikálních, chemických a biologických procesů, které vedou k přeměně sedimentu na sedimentární horninu Diageneze může pokračovat i po zpevnění horniny a měnit její strukturu a mineralogické složení Diageneze vzniká, pokud se minerály sedimentu v důsledku změny podmínek nebo chemismu stanou chemicky nestabilní (hranice mezi zrny a vodou nebo vzduchem –změna chemismu, měna tlaku, změna teploty) Procesy směřující k ustanovení chemické rovnováhy: Nestabilní minerály (aragonit, high-Mg kalcit) -> stabilní minerály (low-Mg kalcit, dolomit) Cílem systému je dosáhnout stabilního ekvilibria * Diagenetické procesy: n Kompakce n Rekrystalizace n Rozpouštění (včetně tlakového) n Cementace (tmelení) n Nahrazování (+ neomorfismus) n Bioturbace Diagenetické procesy Kompakce n Zvýšení tlaku nadloží n Snížení porozity n Faktory, které ovlivňují možnou míru kompakce - velikost zrna, tvar zrna, zaoblení, třídění, původní porozita, objem fluid v pórech *Mechanická kompakce (necementované horniny) *Chemická kompakce (rozpouštění, cementované horniny) Rozpouštění Rozpouštění n Podsycení pórových fluid vzhledem k okolním minerálům, nestabilní minerály n Zvýšená teplota, tlak n Tlakové rozpouštění – v místě maximálního kontaktu – krystalizace v místě menšího tlaku Cementace n Krystalizace nových minerálů z roztoků v pórech horniny – křemen, kalcit, hematit, aragonit, sádrovec, dolomit, n Snižování porozity, zpevňování Podmínky n Průchod fluid póry, přesycení fluid vůči cementačnímu minerálu n Absence kinetických faktorů zabraňujících cementaci Mikrobiální mikritizace Chemické leptání substrátu mikroorganismy Výplň leptaných dutin mikritem mikritické obálky, úplné nahrazení zrna Substrát: skeletální alochemy (echinodermata, mollusca), ooidy Vrtavé mIkroorganismy: (vápnité houby /Cliona/, endolitické řasy, aktérie) Autigeneze n Krystalizace nových minerálů mimo póry v sedimentu – zpravidla nahrazení n křemen, živce, jíly, zeolity, kalcit, hematit, aragonit, sádrovec, dolomit, fosfáty (apatit) n Snižování porozity, zpevňování Nahrazování n Nové minerály krystalizují na místě původních minerálů n Neomorfismus – nové zrno je stejné fáze jako původní (sejný minerál) n Pseudomorfismus – nové zrno napodobuje vnější tvar původního zrna n Alomorfismus – nový minerál o jiném tvaru nahrazuje původní minerál Dolomit, opál, křemen, illit Bioturbace n Zvíření sedimentu v důsledku činnosti živých organismů n Při povrchu sedimentu n Někdy doprovodná cementace Fáze diageneze *Raná diageneze (eogeneze) *Středí fáze diageneze (mesogeneze) *Pozdní diageneze (telogeneze) *Mělká diageneze (shallow-water) *Diageneze pohřbením (burial) Fluida při diagenezi Fluida přítomna v každém sedimentu Funkce fluid n Srážení cementů n Tvorba autigenních a náhražkových minerálů n Rozpouštění změna složení fluid během diageneze Typy fluid n syndepoziční (voda) n meteorická fluida (sladká voda) n mořská voda n dehydratační rozklad minerálů – další voda n metan n uhlovodíky Diagenetická prostředí Procesy: cementace, mikritizace, Typy cementu: aragonitové (vějířový, jehlicový) High-Mg kalcit (blokový izometrický) Hardground: zpomalení sedimentace, diageneze v přípovrchové zóně sedimentu, mikritizace, bioturbace Beachrock (peritidální karbonáty): cementované sedimenty pláží, vrtání, mikritické a jehlicovité cementy, Nodulární textura (karbonáty s obsahem mikritu a vyšším obsahem nečistot /pelity/) Procesy: rozpouštění, cementace, Typy cementu: Mikritové, low-Mg kalcit, meniskové Kalkrety: V půdních horizontech, Mikritické – mikrosparitické cementy, výplň pórů nebo nahrazování Různá morfologie Dolomitizace Nahrazování CaCO[3] dolomitem 2CaCO[3] + Mg^2+ ß  CaMg(CO[3])[2] + Ca^2+ CaCO[3] + Mg^2+ + CO[3]^2- ß  CaMg(CO[3])[2] Zdroj Mg^2+: mořská voda, jíly obohacené o Mg^2+ Procesy dolomitizace: n Cementace (vzácně) n Nahrazování Modely dolomitizace Míšení mořských a terigenních podzemních vod Mg z mořské vody Terigenní voda: hybný mechanismus, pumpuje dolomitizující fluida horninou * Nahrazování dolomitu low-Mg kalcitem