Petrologie sedimentárních hornin Literatura: Kukal, Z.: Základy sedimentologie, Academia Praha, 1986 Hsu, K. J. (2004): Physics of Sedimentology Tato prezentace, letní semestr 2008/2009 Úvod •Sedimenty: •72% povrchu souše (bez kvartéru) •99% povrchu dna moří a oceánů •Mohou být užitečné: –nejdůležitější nerudní suroviny –velmi důležitá rudní surovina (menší koncentrace kovů – obrovské objemy) –drtivá většina ložiskových pastí na ropu a zemní plyn –obsahují záznam událostí na Zemi –záznam vývoje života na Zemi •Mohou být i nebezpečné: –absorbují polutanty –Padají, klouzají, sesouvají se a ničí … • na souši … DSC_0095 DSC_0130 trek_vh_kalapattar5 DSC_0172 vapenec2_3 Úvod • vztah sedimentologie k jiným geologickým disciplínám: • •ložisková geologie, •stratigrafie, •paleontologie •mořská geologie, •geochemie, •mineralogie, •petrografie(logie) • Sedimentologie Studuje procesy, které erodují, transportují a ukládají sedimenty Sedimentární petrologie Studuje charakteristiku a původ sedimentárních hornin Stratigrafie Studuje původ, vztahy a rozsah horninových poloh (vrstev), Studuje vrstvy s cílem stanovit pořadí a časový sled událostí v historii Země Časové a prostorové měřítko • •Sedimentologie se soustředí na procesy à menší prostorové a kratší časové měřítko • •Stratigrafie se soustředí na interpretaci toho kde a kdy sedimentární horniny vznikaly à větší prostorové a delší časové měřítko • •Stratigrafický záznam je téměř vždy neúplný v důsledku omezeného potenciálu zachování, který s prodlužujícím se časovým měřítkem klesá Rozšíření usazených hornin na Zemi jílovce pískovce vápence Co usazené horniny zaznamenávají? Magma Vyvřelá hornina Sedimentární (usazená) hornina Metamorfovaná hornina Sediment (usazenina) krystalizace tavení Metamorfóza Litifikace (zpevnění) Zvětrávání Eroze Transport Usazení horninový cyklus rock_cycle Horninový cyklus: horotvorná činnost nebo výzdvih; zvětrávání a eroze; transport, ukládání a diageneze sedimentů; metamorfóza, tavení a tvorba vyvřelýćh hornin; opětovný výzdvih… atd. • zdroj (provenienci) sedimentu • faktory působící při erozi a transportu • prostředí sedimentace • Paleogeografii / tektonické prostředí • diagenezi (co se dělo po ukládání) Co usazené horniny zaznamenávají? Sediment à sedimentární hornina •Transport • • • • •Zaoblení: – vzrůstá se vzdáleností od zdroje •Vytřídění: - vzrůstá se vzdáleností od zdroje •Velikost zrna: - klesá se vzdáleností od zdroje Klíčové okamžiky v dějinách sedimentární geologie OBR_2 img012 ropa •Zákon superpozice (Nicolas Steno, 1669) • •Rozvoj „klasické“ stratigrafie okolo 1800 (lito-, chrono-) • •Uniformitarianismus (“přítomnost je klíčem k minulosti”) (Charles Lyell, 1830), “dnešní procesy jsou základem k interpretaci fosilních produktů “ (uniformitarianismus funguje v mnoha případech, ale ne vždy) • •Princip facií, A. Gressley, pol. 19. století • •Zákon faciálních sukcesí Jonathana Walthera (Waltherův zákon) • •„hlad“ po ropě, ½ 20. století – mikropaleontologie, sed. petrologie • •80. a 90. léta 20. stol., stratigrafické „obrození“(sekvenční stratigrafie) • •DSDP, ODP projekty – Glomar Challenger, Joides Resolution, od 1968 Metody výzkumu usazených hornin, zdroje dat • •Výchozy (zpevněné vs. nezpevněné sedimenty) spras oman1 B-facie4 > • •Vrtná jádra (ruční vs. strojová) ocean4 12_7_1-3 DSC_0046 joides Metody výzkumu usazených hornin, zdroje dat •Karotážní data (např. odporová karotáž, gamakarotáž, neutronová karotáž, spontánní potenciál, dipmetr) sejmout0014 sejmout0010 Metody výzkumu usazených hornin, zdroje dat •Geofyzikální profily (např. reflexní seismické profilování, georadar) Metody výzkumu usazených hornin, zdroje dat Ldam3 SeismicOffshore SS3-16 •MIKROSKOPICKÉ TECHNIKY (výbrusy, leštěné nábrusy) •Optická mikroskopie (polarizační mikroskop) •Katodoluminiscenční mikroskopie (CL mikroskop) •Fluorescenční mikroskopie •Rastrovací elektronová mikroskopie (SEM) •Digitální analýza obrazu •MINERÁLNÍ SLOŽENÍ •RTG difraktometrie •EDX, WDX analýza •GRANULOMETRIE •Laboratorní vibrační sítová analýza (za sucha / za mokra) •Laserová granulometrie •Mikroskopické techniky •CHEMICKÉ SLOŽENÍ •EDX a WDX analýza (elektronová mikrosonda) •Hmotnostní spektrometrie (MS) (např. s laserovou ablací LA ICP MS) •RTG fluorescence •Ramanská spektroskopie •a mnoho dalších Laboratorní metody výzkumu usazených hornin D:\Webove stranky\webovestranky\pracovni_webove_stranky\obrazky\CL_mikroskop2.jpg D:\Webove stranky\webovestranky\pracovni_webove_stranky\obrazky\mikroskopucebna1.jpg 04_09a ooid1 D:\Webove stranky\webovestranky\pracovni_webove_stranky\obrazky\CL_1.jpg D:\Webove stranky\webovestranky\pracovni_webove_stranky\obrazky\fluores-1.jpg • Thermal Ionization Mass Spectrometer (TIMS) From: http://www.es.ucsc.edu/images/vgms_c.jpg Pojmy k osvojení •Procesy vzniku sedimentárních hornin •Zvětrávání •Eroze •Transport •Ukládání • •Sedimentární textury •Sedimentární struktury •Klasifikace sedimentů • •Bioturbace, diageneze •Prostředí sedimentace, • Zvětrávání – •Chemické (chemický rozklad hornin) • •Mechanické (mechanický rozpad hornin při zachování jejich původního chemického složení a snižování velikosti zrna materiálu) – • Součinnost mechanického a chemického zvětrávání • • •Biologické (činností • živých organismů, • živočichů, rostlin) sedim1 CHEMICKÉ ZVĚTRÁVÁNÍ •ROZPOUŠTĚNÍ • •OXIDACE / REDUKCE • •HYDROLÝZA • •HYDRATACE •rozpustnost ve vodě (halit) •polární molekuly vody - na straně vodíku v H2O je kladný náboj, na straně kyslíku v H2O je záporný náboj, rozbití iontové vazby -> roztok • většina minerálů ve vodě nerozpustné • •rozpustnost závislá na pH, čím nižší pH vody, vyšší kyselost roztoku (obsah kationtu H+), tím rozpustnější •obsah kyselin ve vodě - rozklad organické hmoty v půdě, obsah CO2 v atmosféře •rozpouštění karbonátů ve slabých kyselých roztocích • • CaCO3 + 2[H+ + (H2)O] -> Ca2+ + CO2 + 3(H2)O • • kalcit + vodný roztok kyseliny -> iont vápníku (rozpustný) + oxid uhličitý + voda Rozpouštění •Některé minerály jsou rozpustné v kyselé vodě, aniž by po sobě zachovávaly nerozpustný zbytek –Nejhojnějším z nich je kalcit: CaCO3 + H2CO3 = Ca2+ + 2HCO3– –Účinky rozpouštění (a srážení) kalcitu mohou být dramatické. Závrt Speleotémy Krasový terén Tvary krasovění •Exokras –Závrty –Slepá a poloslepá údolí –Škrapy –Ponory a vývěry – – – – •Endokras –Jeskyně a propasti –Speleotémy (sintry, krápníky, stala-gmity, -ktity, -gnáty) D:\Výuka\Prednasky\obecna_geologie\OGE_obrazky\závrt.jpg závrt • D:\Administrativa\Olomouc\Reklama propagace\foto_katedra\DSC_0100.JPG Žlábkové škrapy, vysokohorský kras, Karnské Alpy, Rakousko • Škrapy, tropický kras, Guilin, Jižní Čína D:\Administrativa\Olomouc\Reklama propagace\foto_katedra\skrapy, Guilin, Cina.JPG • Mogoty, tropický kras, Guilin, Jižní Čína D:\Administrativa\Olomouc\Reklama propagace\foto_katedra\tropicky mogotovy kras, Guilin, Cina.JPG • Mogoty, tropický kras, Guilin, Jižní Čína D:\Administrativa\Olomouc\Reklama propagace\foto_katedra\mogotovy kras, Cina.JPG Speleotémy, stalagmity, stalaktity, stalagnáty (Koněpruské jeskyně) D:\Administrativa\Olomouc\Reklama propagace\foto_katedra\jeskyne.JPG Oxidace a redukce •OXIDACE: zvyšování oxidačního čísla /valence/ • •zpravidla kyslík rozpuštěný ve vodě, působí společně s hydrolýzou • •rozklad minerálů obsahujících železo - olivín, pyroxen, amfibol • •konečné produkty - oxidy a hydroxidy železa (hematit, goethit, limonit) • • 4Fe + 3O2 -> 2Fe2O3 • krystalové železo + kyslík -> hematit • • 4Fe2O3 . FeO + O2 –> 6Fe2O3 • (Fe3+) (Fe2+) –> (Fe3+) • •REDUKCE: snižování oxidačního čísla /valence/ • •Např. vznik pyritu redukcí železitého iontu na železnatý ion Hydrolýza • (disociace molekuly + nahrazení kladných iontů v mřížce kladnými produkty disociace) • •Disociace kyseliny hydrogenuhličité: • H2CO3 -> H+ + HCO3- • Kys. hydrogenuhličitá -> vodíkový kation + hydrogenuhličitanový anion • •Hydrolýza ortoklasu: • 2KAlSi3O8 + 2(H+ + HCO3-) + H2O -> Al2Si2O5(OH)4 + 2K+ + 2HCO3- + 4SiO2 • ortoklas + kys. hydrogenuhličitá + voda -> kaolinit + draselný kat. + hydrogenuhličitan. an. + křemíkový gel Hydratace • Příjem molekuly vody • • Fe2O3 + H2O –> 2FeOOH • Hematit + voda –> goethit • Produkty chemického zvětrávání •Minerál podléhající zvětrávání Produkty zvětrávání • •Křemen křemen, rozpuštěný křemík (molekula kyseliny křemičité) •Živce jílové minerály, Ionty Ca, Na, K, rozpuštěný křemík •Muskovit jílové minerály, Ionty Na, K, rozpuštěný křemík, gibsit •Biotit jílové minerály, oxidy železa, K, Mg, Fe, rozpuštěný křemík •Amfiboly oxidy železa, ionty Na, Ca, Fe, Mg, jílové minerály, rozpuštěný • křemík •Pyroxeny oxidy železa, ionty Ca, Fe, Mg, Mn, jílové minerály, rozpuštěný křemík •Olivín oxidy železa, ionty Fe, Mg, rozpuštěný křemík, jílové minerály •Granáty ionty Ca, Mg, Fe, oxidy železa, rozpuštěný křemík •Alumosilikáty jílové minerály, křemík, gibsit •Magnetit hematit, goethit, limonit •Kalcit ionty Ca, ionty HCO3- •Dolomit ionty Ca a Mg, ionty HCO3- •Železité karbonáty (siderit, ankerit) ionty Ca, Mg, Fe, oxidy železa, ionty HCO3- Goldrichovo schéma •Chemicky nestabilní minerály (ostatní) •Chemicky stabilní minerály (křemen, muskovit) sedim5 Chemické zvětrávání: uhlíkový cyklus sedim9 •Produkce: • odplynění pláště, zvětrávání karbonátů, dýchání, spalování fosilních paliv, spalování a rozklad biomasy • •Spotřeba: • Sedimentace karbonátů,fotosyntéza, dýchání, pohřbení biomasy, zvětrávání granitu, rozpouštění CO2 v mořské vodě • Globální ochlazení? • carpe_diem … nebo oteplení ?? • positivum_globalniho_oteplovani MECHANICKÉ ZVĚTRÁVÁNÍ • • Mrazové zvětrávání –opakovaný cyklus mrznutí (zvětšování objemu o 9%) a tání (snižování objemu) vody • • Teplotní výkyvy –teplotní výkyvy > 30 stupňů Celsia, bez přítomnosti vody - různé koeficienty tepelné roztažnosti u různých minerálů, problém s laboratorním potvrzením • • Odtížení horninových komplexů (EXFOLIACE) –vyvřelé horniny - odstranění tíhy nadloží vede k roztažení horniny a odlučování, viz situace v nově ražených důlních chodbách – –Abraze (koraze, eroze) –Obrušování hornin dynamikou nějakého média (voda, vzduch, led), které obsahuje pevné částice • sedim3 sedim2 Exfoliace Mechanické zvětrávání 05_06 Solné zvětrávání • evaporace a srážení solí na povrchu a těsně pod povrchem porézních hornin (pískovce) • • morfologické tvary: –Voštiny –tafoni • DSC_1419 Voštiny Pískovce, svrchní karbon Canning Basin Západní Austrálie • DSC_0101 Tafoni, skalní město Pulčín-Hradisko, východní Morava Produkty mechanického a chemického zvětrávání •Litické (horninové) fragmenty (granit, bazalt, rula, atd.) •Rozpuštěné ionty (vápník, draslík, sodík, atd.) •Sekundární minerály (hematit, goethit, atd.) •Jílové minerály (illit, kaolinit, montmorillonit, atd.) •Reziduální minerály (křemen, ortoklas, muskovit, atd.) Biologické zvětrávání •kořeny rostlin, •vrtavá a hrabavá činnost živočichů, •rozklad odumřelých těl - chemické reakce za vzniku kyselých roztoků, •činnost člověka sedim4 Regolit, půda •půda - pokryv litosféry, který umožňuje růst rostlin •složení - úlomky hornin a minerálů, organická hmota (humus), voda, vzduch •průměrné složení dobré úrodné půdy: sedim6 Tvorba půd •Povrch zvětrávání: vrstevnatá struktura: –Celistvé horniny úplně dole –Maximálně zvětralé horniny úplně nahoře –Vyluhované ionty putují dolů s pohybem podzemní vody –Znovu se srážejí: voda směřuje k chemickému ekvilibriu •Půdní profil. uChemicky a mechanicky zvětralá hornina, která nebyla oderodována nebo odnesena pryč a zůstává na místě se stává půdou Tvorba půd •Mineralogie a mocnost půdních vrstev je závislá na zdrojových horninách, klimatu (teplota a srážky), a stáří. •Kterou z následujících půd byste obdělávali nejraději ? (žádnou !) • ChernozemA Holocenní černozem, oblast Kursk, Rusko • Tropická půda, Chiang Mai, Thajsko DSC_0479 mechanické odstraňování materiálů prostřednictvím nějakého hybného média •Hybná média: • •Gravitace • •Dešťová a skapová voda • •Tekoucí voda • •Led(ovec) • •Vítr • •Moře • • •SELEKTIVNÍ EROZE • Eroze: •Gravitace • •gradient (sklon) svahu, horské oblasti x nížiny, podmořské oblasti • •Morfologické tvary •Svahové osypy a suťové (dejekční) kužele •Sesuvy •Skluzy •Rotace bloků •Hákování vrstev • • Eroze a transport vlivem gravitace, Svahová eroze: dejekční kužely, sesuvy • OGE_0023 Suťové osypy - kamenitá suť převaha mechanické eroze /zvětrávání/ nad chemickým zvětráváním horské, aridní, chladné oblasti OGE_0020 hory_zapletal Svahové osypy, Severní vápencové Alpy, Rakousko • DSC_0129 Svahové osypy,údolí Tamar, Julské Alpy, Slovinsko • DSC_0525 Suťové kužele, Rio Mendoza, Andy, Argentina Sesuvy - významný podíl jílovité frakce (jemnozrnné horniny) - důležitá úloha chemického zvětrávání - humidní oblasti • OGE_0024 Sesuv • OGE_0025 • D:\Obrázky_soukromé\2009\Thajsko_2009\thajsko-ond-1\DSC_0816.JPG Recentní sesuv, ostrov Ko Samui, Thajsko • Recentní sesuv, Santa Tecla, Salvador OGE_0003 OGE_0002 Hákování vrstev OGE_0021 • DSC_0003 Hákování vrstev, lom Svobodné Heřmanice, Nízký eseník DSC_0017 Doklad pro rotaci bloků v jeskyni, Suťový dóm, Javoříčské jeskyně •Dešťové srážky, měkké materiály, půdní eroze (antropogenní monokultury) • •Morfologické tvary •Zemní pyramidy •Skalní hřiby •Ronové rýhy • • Eroze a transport vlivem skapové vody, OGE_0027 Ronové rýhy, údolí Rio Mendoza, Argentina DSC_0463 Eroze a transport tekoucí vodou, Hjustromova křivka Proudění o dané rychlosti může nést všechny nesoudržné částice menší než kritická velikost; Rychlost proudění klesá s klesajícím sklonem svahu od pohoří k nížinám, sedimenty se proto vyvíjejí od špatně vytříděných, hrubozrnných sedimentů k dobře vytříděným a jemnozrnným sedimentům s rostoucí vzdáleností od zdroje. •Tekoucí voda, erozní energie závislá na sklonu podloží (spád), spádová křivka a množství a velikosti tramsportovaného sedimentu (sediment load) • •Typy eroze a morfologické tvary • •hloubková eroze (říční terasy, údolí typu V) •zpětná eroze (vodopády, údolí typu V) •boční eroze (meandry, říční terasy) •Evorze (obří hrnce) Eroze a transport tekoucí vodou (říční eroze) Spádová křivka řeky • OGE_0028 Zpětná eroze Hloubková eroze Boční eroze Zpětná eroze uÚstup niagarských vodopádů o cca 300 m za cca 150 let OGE_0031 OGE_0032 Zpětná eroze: pirátství řek • OGE_0030 Zpětná eroze Boční eroze •Meandrující řeka •Vznik opuštěných meandrů (mrtvých ramen) OGE_0029 Hloubková eroze: Epigenetické a antecedentní údolí •Epigenetické údolí –Tektonická stavba předchází hloubkovou erozi –Eroze nezávislá na tektonické stavbě podloží OGE_0036 OGE_0035 uAntecedentní údolí –Současná hloubková eroze a tektonický výzdvih podloží –Tektonický výzdvid určuje míru hloubkové eroze Boční + hloubková eroze: vznik říčních teras •Starší terasy leží ve vyšších nadmořských výškách než mladší terasy •Datování teras: výpočet rychlosti hloubkové eroze OGE_0037 DSC_0024 DSC_0019 Údolí typu V, hloubková eroze, pohoří Jebel Akhdar, Omán • Meandrující řeka s jezery mrtvých ramen OGE_0041 oxbow lake Říční terasy, boční a hloubková eroze řeky river_terrace • Říční terasa, Rio Mendoza DSC_0644 •Led(ovec) • •Kontinentální ledovce •Horské (údolní) ledovce •Úpatní (piedmontní) ledovce • •Morfologické erozní tvary: •glaciální rýhy •ledovcový kar •údolí tvaru U •horn •Fjord • • • •Depoziční tvary: morény • • Eroze a transport ledem OGE_0010 Eroze a transport ledem OGE_0012 Kontinentální ledovec (ledovcový štít) • Úpatní (piedmontní) ledovec, Aljaška piedmont glacier_bylot_island_glacier_Alaska Horský ledovec • OGE_0011 OGE_0016 Horský (údolní ledovec) –Glaciální rýhování (striace) –boční morény –Terminální morény u Rychlost pohybu Rhonského ledovce • OGE_0013 ledovce_grosglockner2 Ledovcový splaz, Franz-Josef Strasse, oblast Grossglockner, Vysoké Taury, Rakousko trek_vh_kalapattar5 Boční morény ledovce Khumbu, N.P. Sagarmatha, Nepál • Boční a terminální moréna, horský ledovec terminal moraine_bylot_island_valley_large Údolí tvaru U visutá údolí • OGE_0017 visuta_udoli • DSC_0012 Údolí tvaru U, Tamar, Julské Alpy Ledovcový kar Aréte Horn • matterhorn OGE_0014 •Vítr • •větrná eroze - koraze (obrušování), deflace (odnos) • •Častá selektivní eroze • •morfologické tvary: –hrance –viklany –pouštní dlažba • •Depoziční tvary: •Čeřiny, duny, ergy Eroze větrem eroze deflace Koraze Selektivní eroze Vznik hranců a viklanů • OGE_0018 OGE_0019 • DSC_0210 DSC_0139 Duny, Wahiba Sands, Omán ® Ondra Bábek •Mořská eroze • •abraze - činnost příboje • •transgrese, regrese - eroze podložních hornin • •morfologické tvary: –abrazní srub –abrazní plošina • •Depoziční tvary: –Kosy, kosinky –liman • Eroze činností moře OGE_0043 Kosa a liman • OGE_0044 OGE_0045 • 022_22 Abrazní srub a plošina, oblast Etretat, Normandie ® Ondra Bábek •Tvary abraze •Etretat, Normandie 043_43 ® Ondra Bábek uAbrazní srub a plošina SELEKTIVNÍ EROZE • OGE_0033 •Selektivní eroze ve zvrstvených horninách OGE_0034 •Kuesta, Hřebeč, Moravská Třebová usazovaci_nadrze_u_nove_vsi •Svědecké hory, Monument valley panoMONVALLEY •Stolová hora, Ostaš, východní Čechy ostas -stolova hora • DSC_1429 Kuesty, stolové hory a svědecké hory, Canning Basin Západní Austrálie Sedimentární částice (zrna) v přírodě •Částice mechanicky unášené kapalinami– sedimentární částice: • • Křemen, živce, kalcit, aragonit, jílové minerály: (r = 2650 kg/m3) – nejčastější • Další: slídy, amfibol, pyroxeny, olivín • •Faktory, které ovlivňují uvedení částice do pohybu: • • Tvar částic určený : –Krystalizací z magmatu nebo vodného roztoku (tvar krystalů, tabulkový, sloupcovitý, apod.) –Vulkanogenní činností (pyroklastika – lapilli, prach, popel, písek, velmi nepravidelný) –Zvětráváním hornin (nepravidelný tvar – zaoblení, koule, trojosý elipsoid) –Organickou aktivitou (schránky, ooidy, klacíky, apod. – koule, válec, destičkovitý tvar) • • Velikost částic • • Vytřídění částic obrazek0001 obrazek0002 a)Ooidy (CaCO3) b)B) částice pemzy (pyroklastika) c)Fragmenty vápnité řasy rodu Halimeda d)Fragmenty vápnité řasy rodu Lithothamnium e)Drcené schránky plžů a mlžů f)Vytříděné schránky mlže rodu Cerastoderma Transportní média Kapaliny v přírodě •Faktory, které ovlivňující uvedení částice do pohybu: • • Hustota: ovlivňuje množství a velikost transportovaných částic a rychlost, jakou se částice usazují • • Dynamická viskozita: schopnost látky téci / rezistence látky na změnu jejího tvaru • •Kapaliny v přírodě: • • Vzduch (r = 12,2 kg/m3), dynamická viskozita (h) vzrůstá se vzrůstající teplotou • • Voda (r = 1000 kg/m3, r = 1025 kg/m3), dynamická viskozita (h) klesá s vzrůstající teplotou • • Magma (r = 2700 = 3100 kg/m3), viskozita (h) závislá na složení, obsahu vody Kapaliny v přírodě • Kapaliny • Faktory, které ovlivňující uvedení částice do pohybu: hustota a dynamická viskozita • • Vzduch (r = 12,2 kg/m3), dynamická viskozita (h) vzrůstá se vzrůstající teplotou • • Voda (r = 1000 kg/m3, r = 1025 kg/m3), dynamická viskozita (h) klesá s vzrůstající teplotou • • Magma (r = 2700 = 3100 kg/m3), viskozita (h) závislá na složení, obsahu vody Vlastnosti kapalin • •HUSTOTA ρ = m / v • – = mass / unit volume of fluid (g / cm3) • air = 1.3 kg / m3 – water = 1000 kg / m3 (1 g / cm3) • •Fluid Density affects amount and size of particles transported and the rate at which they settle out. • • •VISKOZITA μ = τ / du/dy • • ratio of shear stress (τ = stress per unit area) to the rate of deformation caused by the shear stress (du/dy) (= Dynamic Viscosity) • • measure of substance's ability to flow or its resistance to changing its shape. Fyzikální principy transportu: laminární proudění mezi 2 paralelními deskami •Smykové napětí (smyková síla na jednotku plochy) je lineárně úměrné rychlostnímu gradientu dU/dy - smykové rychlosti • dU • t = h-------- • dy • •kde h = dynamická viskozita •newtonovská kapalina •(běžná směs voda-sediment, •např. v řekách), • • dU • t = tcr + h-------- • dy • •kde tcr= mezní (kritické) • smykové napětí •binghamovská plastická látka •(bahnotoky, lahary) newtonian Fyzikální principy transportu hraniční vrstva (boundary layer) • • HRANIČNÍ VSTVY • Hraniční vrstva: zóna zpomalení kapaliny v blízkosti kontaktu s pevnou látkou, se kterou je kapalina v relativním pohybu • • Hraniční vrstvy v newtonovských kapalinách –rotující Země –odstředivá síla: v = mrr2, m = hmotnost částice, r = poloměr, r = úhlová rychlost –koriolisova síla: F = 2mrUsinQ, U = rychlost částice, Q = zeměpisná šířka (0 na rovníku, max. na pólu) –přímočarý pohyb na rovné desce (laboratorní modelování) – • U(y) y x proudnice Reynoldsovo číslo: laminární vs. turbulentní proudění • - přímočarý pohyb na rovné desce (laboratorní modelování) – • smykové napětí hraniční vrstvy: • n • t0 = 0,332 r U (-----) kde U = rychlost, x = vzdálenost, • Ux r = hustota, n = kinematická viskozita • • Ux / n Reynoldsovo číslo (Re): poměr inertních sil k viskózním silám v hraniční vrstvě • Přechod od laminárního k turbulentnímu proudění, Re = cca 105, v závislosti na vzdálenosti, viskozitě, rychlosti proudění laminar_turbulent rUx Re = ------ n Soubor:Los Angeles attack sub 2.jpg Laminární proudění Turbulentníproudění Laminární vs. turbulentní tok fig_03-01 LAMINAR FLOW TURBULENT FLOW P&S, Fig. 3.1 REYNOLDSOVO Č. 4_2 Laminární tok, Re < 0.1 Laminární tok s drobnými víry, Re ~ 1-40 Přechod laminární / turbulentní tok, Re ~ 40 - 120 Particle moving through Fluid: Separace toku • V hraniční vrstvě částice kapaliny, které jsou nejblíže podloží (dnu) nebo přímo na dně, mají nejnižší kinetickou energii • Tyto částice budou silně ovlivněny při změně rychlosti toku (zpomalení, zrychlení) nebo v místě změny sklonu dna • • Zpomalení / ohyb dna směrem dolů -> tyto částice se zastaví nebo se dokonce začnou pohybovat zpět, nahromaděná kapalina nutí hlavní tok téci výše ode dna a vyvine se zpětný proud – separace proudu • • Proudnice se oddělí ode dna • Hraniční vrstva v binghamovských kapalinách •Debris flow (úlomkotok): •Smykové napětí na dolní hraniční vrstvě •oblast smykového toku (smykové napětí > 0) •oblast rigidního toku (smykové napětí = 0) debris_flow Uvedení částic do pohybu •Mechanismy uvádění částic do vznosu • •strhávání částic z nesoudržného podloží (nezpevněný písek) –smykové napětí na prahu pohybu (tcr) stoupá se stoupajícím hustotním rozdílem částica a vody, průměrem (velikostí) částice D1, poměrem průměrů D0/D1 a volnou vzdáleností (s) –stálé (laminární proudění), nestálé turbulentní proudění • uvedeni_do_pohybu FDcosa = (FG – FL)sina FD = síla ve smyku FG = tíha částice FL = vztlak částice ponořené v kapalině vztlaková a smyková síla •Smyk acts parallel to bed = shear stress on grain •Vztlak Bernouilli effect of flow over projecting grains, causes pressure decrease above grain (as for plane wing) • • • • • • •Particle motion when: – Lift + Drag > Gravity •When lifted into fluid, flow becomes symmetrical around grain, and lift component is eliminated Tok vztlak Gravitace smyk Výsledná síla kapaliny fig_03-02 Smyk Uvedení částice do pohybu Hjulströmova křivka • Rychlost proudění vody vs. velikost zrna hsu0004 Uvedení částic do pohybu •Mechanismy uvádění částic do vznosu • •strhávání částic ze soudržného (kohezního) podloží (jíl, pevné horniny) • KORAZE • •Laminární proudění • vs. •Turbulentní proudění koraze Uvedení částice do vznosu fig_03-03 P&S, Fig. 3.3 Přídnový transport Transport v suspenzi Voda v otevřených kanálech: Froudovo číslo •V případě zanedbatelné hloubky kanálu vzhledem k šířce • hw •t0 = rg (----------) sinb kde r = hustota, b = sklon svahu • 2h + w h = hloubka, w = šířka kanálu • •substitucemi -> při výpočtu smykového napětí a rychlosti: • 8g ½ •U = (----rS) kde f = Darcy-Weisbachův koeficient • f tření, S = sklon, r = hydraulický poloměr • • U •Fr = -------- Froudovo číslo (Fr), poměr inertních sil ke gravitačním • gh silám během toku • channel Froudovo číslo •Fr = 1; kritický tok • •Fr < 1; subkritický tok, povrchové vlny mohou cestovat, tlumit se nebo mizet směrem po proudu i proti proudu • •Fr > 1; superkritický tok, příkré, stabilní povrchové vlny o trvalé amplitudě, rychlost proudění je vyšší než rychlost vln • •Režim toku s volným povrchem: • •subkritický laminární - řeky •subkritický turbulentní – většina řek •superkritický laminární – toky tenkého filmu kapaliny na povrchu pevné látky •superkritický turbulentní froude_number Superkritický tok Figure 2 - A common example of an hydraulic jump is the roughly circular stationary wave that forms around the central stream of water. The jump is at the transition between the point where the circle appears still and where the turbulence is visible. Laminární tok Turbulentní tok Froudovo číslo rychlý vs. klidný tok v = rychlost D = hloubka g = gravitační zrychlení Fr = v / √ gD Rychlý tok Fr ~ 1.0 = hydraulický skok Klidný tok Klidný vs. rychlý tok GIBLING 69 MARTIN 19 MARTIN 104 Spodní proudový režim Fr < 1.0 Svrchní proudový režim Fr > 1.0 Sedimentární textury: síla proudění (smykové napětí . u) vs. velikost zrna •DUNY: –Čeřiny –Megačeřiny • •LAMINÁRNÍ • ZVRSTVENÍ • •ANTIDUNY hsu0005 Rychlost částice klesající ke dnu: Stokesův zákon • • 1 rs - rf •u = ---- ----------- g D2 • 18 h • •u = rychlost usazování •rs = hustota pevné částice •rf = hustota kapaliny •g = gravitační zrychlení •D = průměr částice •h = dynamická viskozita hsu0001 STOKESÚV ZÁKON Průměr zrna (μ) Čas (pád 1 m) V (cm/sec) 60 5 mins 0.223 30 30 mins 0.0558 8 7 hrs, 48 mins 0.00349 2 5 days, 6 hrs 0.000217 0.5 89 days 0.000013 PROBLÉM: jak dosáhnou jílová zrna dna oceánu Jak se usazují jíly ? Flokulací Van der Waal’s forces Electrolytes (salinity) Turbulence Fecal pellets Turbiditními proudy hyperpycnal flow FLOCCULATION: FUNDY MARTIN 143 MARTIN 144 Dynamická a kinematická viskozita vody v jednotkách SI: Temperature - t - (oC) Dynamic Viscosity - µ - (N s/m2) x 10-3 Kinematic Viscosity - ν - (m2/s) x 10-6 0 1.787 1.787 5 1.519 1.519 10 1.307 1.307 20 1.002 1.004 30 0.798 0.801 40 0.653 0.658 50 0.547 0.553 60 0.467 0.475 70 0.404 0.413 80 0.355 0.365 90 0.315 0.326 100 0.282 0.294 Vlnění, klasifikace vln •Povrchové vlny •(hladina kapalin na styku s plynem: voda – vzduch) –větrné vlny (perioda do 20 s) –přílivové vlny (perioda 12 nebo 24 hodin) –kapilární vlny (perioda 0,1 s) • •poměr h/L0 (hloubka dna / vlnová délka) –krátké (hlubokovodní) vlny h/L0 > 25 větrné vlny –střední vlny 0,25 > h/L0 > 25 –dlouhé (mělkovodní) vlny 0,025 > h/L0 přílivová vlna • •Interní vlny •Vlny na styku dvou kapalin s různou hustotou a viskozitou (termoklina) • wave_propagation Rychlost větru a výška vln na volném moři vetrna_stupnice Vlny reálné a ideální •Reálné vlny •Spektra vlna o různých vlnových délkách, periodách a výškách – statistické zpracování –Význačná vlnová výška H1/3 –Význačná vlnová perioda T1/3 •Průměrná výška a perioda jedné třetiny všech vln s nejvyšší výškou a periodou • •Ideální vlny •Airyho vlny (sinusoidní profil) • • • • •Stokesovy vlny (trochoidní profil) • • • •Solitérní vlny • Airyho vlny •Rychlost šíření vlny • g • c2 = ----- tanh (kh) h = hloubka vody, k = 2p/L, g = gravitační zrychlení • k L = vlnová délka •Rychlost postupu vln: roste s hloubkou h (klesá s klesající hloubkou), •Maximální horizontální orbitální rychlost • pH •Umax = ------------- kde H = amplituda vlny, h = hloubka, T = perioda, k = 2p/L • T sinh(kh) • •Báze vlnění: orbitální rychlost klesá rychle s hloubkou, při hloubkách L/2 (báze vlnění) je zhruba 4% orbitální rychlosti na povrchu wave_types Příliv a odliv •Denní příliv: mělkovodní vlna • (h/L < 0,025) • •Rychlost: c = 0,1 – 0,6 m/s • •Vlnová délka: extrémně velká • •Průměr orbity: cca 10 km, rotační proud • tidal_wave Hustotní proudy •Vzniká při vtoku kapaliny o určité hustotě do jiné kapaliny o jiné hustotě • • –hyperpyknický proud (r1>r2) (underflow) –mesopyknický proud –hypopyknický proud (r1= duny až několik stovek m • •Eolické duny, barchany, příčné duny •jednosměrné větrné proudění •eroze na návětrné straně a sedimentace na závětrné straně •migrace po směru proudění • •Iniciace: •Místní nerovnosti na granulárním povrchu v podmínkách proudění newtonovské kapaliny •Zpomalení a separace proudu na závětrné straně • dune_antidune Antiduny •Jednosměrné vodní proudění s volným povrchem – ve fázi s povrchovým prouděním kapaliny • •Stacionární (nemigrují) nebo migrují proti směru proudění • •Sedimentace na návětrné straně, eroze na závětrné straně • •L <= 10m • dune_antidune Soustavy dun (čeřin) •Dělení podle úhlu vertikální akrece (rychlosti sedimentace) •Superkritické : úhel vertikální akrece (šplhání) > sklon náběhové hrany •Subkritické : úhel vertikální akrece (šplhání) < sklon náběhové hrany • • crossbedding4 Šikmé zvrstvení: soustavy čeřin (dun) •Šikmé zvrstvení: laminy /\ k vrstevním plochám •Dělení podle tvaru mateřského vrstevního tvaru (dun, čeřiny) •Planární •Výmolové • crossbedding3 crossbedding6 Symetrické (vlnové) čeřiny •Protisměrná oscilace vodních částeček v důsledku vlnění na hladině • crossbedding5 wave_types Šikmé zvrstvení: geneze cbeds1 cbeds2 Proudové čeřiny • DSC_0136 čeřiny • foto_crossbedding3 foto_crossbedding • skenovat0001 • P6270261 • skenovat0007 foto_D-facie2 ooid_bar_recent Vlnové čeřiny • P6270242 • foto_crossbedding2 • zvrstvení • DSC_0071 Textury na vrstevních plochách •zachovalé vrstevní tvary •čeřiny • •proudové textury •Jazykovitý tvar, spodní plochy vrstev, výlitky, směr proudění •Turbulentní proudění, eroze nezpevněného podloží, vyplnění nadložním sedimentem • •vlečné rýhy •Spodní plochy vrstev, výlitky, směr proudění • •bahenní praskliny •Vysoušení jemnozrnného sedimentu •rychlé odvodnění sedimentu pod hladinou • •otisky dešťových kapek • •Biogenní textury (bioglyfy) • • • Čeřiny (ripple marks) ripple1 ripple2 Nesoudržný sediment Zpevněná hornina • P6270239 Proudové stopy • proudové_stopy DSC_0215 Vlečné rýhy mechano5 bounce_casts Prod marks („rýpance“) mechano6 skenovat0010 bounce_casts Bahenní praskliny • 0002 mud_cracks • Textury vzniklé únikem vody ze sedimentu •Miskovité textury •Pilířové textury •Písčité vulkány •Tepee textury dish_structures textur0001 • P6230643 • P6230649 •Sand volcanoes (písčité vulkány) Tee-pee struktury • peritidal2 Konvolutní zvrstvení •Plastická deformace jemnozrnných granulárních směsí vlivem smykového napětí kapaliny proudící nad vrstvou (nejčastěji hyperpyknický turbiditní proud) –postdepoziční –syndepoziční textur0002 textur0003 • P6230646 Biogenní textury bioglyfy skenovat0009 skenovat0003 Biogenní textury • textur0004 Dinosaur footprint in limestone dino footprint Různé • skenovat0008 Sedimentární petrografie sedimentární struktury • Struktura – vztahy mezi zrny, zpravidla mikroskopické měřítko • •Velikost zrna •Tvar zrna •Vytřídění •Porozita •Permeabilita • • Velikost zrna (zrnitost) •Wenworthova zrnitostní klasifikace •F = -log2d ; d = průměr zrna v mm • •Velikost a hustota 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 • • • velikostni_klasifikace Texture oblázky zrnka velmi hrubozrnný hrubozrnný písek středně zrnitý jemnozrnný velmi jemnozrnný prach (silt) jíl • • • Zjednodušená Wenworthova klasifikace Vytřídění • •Kvalitativní odhad • • Gaussovy křivky, kumulativní křivky • • •vytřídění a velikost klastů generovaných během zvětrávání ve zdrojové oblasti •abrazní a třídící schopností transportního média (vítr, voda, led) • • image4 image3 image2 (2) Stupeň vytřídění Vytřídění: Míra podobnosti velikostí zrn ve vzorku horniny Vytřídění: kvalitativní odhad vytrideni Velmi dobře vytříděný Dobře vytříděný Mírně vytříděný Špatně vytříděný Velmi špatně vytříděný Tvar zrna •Tvar zrna je určený : –Krystalizací z magmatu nebo vodného roztoku (tvar krystalů, tabulkový, sloupcovitý, apod.) –Vulkanogenní činností (pyroklastika – lapilli, prach, popel, písek, velmi nepravidelný) –Zvětráváním hornin (nepravidelný tvar – zaoblení, koule, trojosý elipsoid) –Organickou aktivitou (schránky, ooidy, klacíky, apod. – koule, válec, destičkovitý tvar) • zaobleni tvar_zrna Forma – (celkový tvar) – izomorfní, tabulkovitý, tyčovitý Sféricita – jak moc se zrna tvarově blíží kouli Zaoblení – míra zakřivení hran zrna –> více = angulární, méně = zaoblený Vizuální odhad Povrchová mikrostruktura ► (3) Zaoblení nebo ostrohrannost je funkcí délky transportu 220 sedimentary rocks texture 1121SedimentChars Struktury sedimentu http://www.gly.uga.edu/railsback/1121SedimentLithification.jpeg Porozita a permeabilita • Porozita –Objem prostor vyplněných plynem nebo kapalinou (pórů) vůči celkovému objemu horniny –Intergranulární –intragranulární –puklinová –Kavernózní –Moldická –interkrystalinní –Brekciovitá –atd. • • Permeabilita –Míra toho, jak rychle může horninou protékat kapalina –Závisí na porozitě, velikosti pórů a propojení pórů • • • porosity Klasifikace sedimentů • Typy materiálu v sedimentárních horninách • •Fragmenty (klasty) převážně silikátových minerálů a hornin (zpravidla derivované z oblastí mimo depoziční pánev) –Stabilní minerály • křemen, jílové minerály – kaolinit, smektit, illit, karbonáty (kalcit, dolomit), chalcedon, zirkon, muskovit, hematit –Nestabilní minerály • živce, chlorit, biotit, aragonit, magnetit, ilmenit, granát, titanit, epidot –Litické fragment • úlomky jiných hornin • •Chemické a biochemické precipitáty, (zpravidla vytvořeny uvnitř sedimentační pánve) –kalcit, aragonit, dolomit, opál, chalcedon, křemen, halit, sádrovec, anhydrit, goethit, apatit – •Alochemy – fragmenty (klasty) dříve vytvořených precipitátů, fosílie, ooidy, organický materiál, fragmenty chemických a biochemických precipitátů (zpravidla vytvořeny uvnitř depoziční pánve) –kalcit, aragonit, dolomit, opál, chalcedon, křemen, halit, sádrovec, anhydrit, goethit, apatit Klasifikace sedimentů podle materiálu • Klastické –siliciklastické (skupina S, siliciklastika) –vulkanoklastické • • Chemogenní nebo cementační (skupina P, precipitáty) • • Biogenní nebo organogenní –skupina A, alochemické horniny –kaustobiolity • 2-1 Klastické sedimenty •Psefity • •Psamity • •Aleurity • •Pelity • Klasifikace klastických sedimentů podle převládající velikosti částic Velikost částic Petrografické označení Vulkanoklastika Vápence Reziduální horniny latinské řecké české Nad 256 mm psefit rudit štěrk balvanitý vulkanické balvany a bloky, blokové a balvanové tufy, kalcirudit úlomková rezidua 64-256 hrubozrnný vulkanické kameny a aglomerátové tufy 8-64 střednozrnný lapilli, lapiltové tufy štěrková rezidua 2-8 drobnozrnný lapilli, lapiltové tufy 1-2 mm psamit arenit písek velmi hrubozrnný pískový tuf, vulkanický písek kalciarenit písková rezidua 0,5-1 hrubozrnný 0,25-0,5 střednozrnný 0,125-0,25 jemnozrnný 0,062-0,125 velmi jemnozrnný 0,004-0,062 alenrit lutit prach vulkanický popel, popelový tuf, sopečný prach kalcilutit jílová rezidua > 0,004 pelit jíl velmi jemný vulkanický popel, sopečný jíl Detrital sedimentary rocks- classified by grain size differences 07_06A 07_04B 07_02 07_07A Conglomerate Breccia Sandstone Shale All these rocks have clastic textures – the rocks are composed of particles (fragments) that are cemented together Psefity •Základní charakteristika •> 50% (nezpevněné) / 25% (zpevněné) / 10% (zpevněné) klastů > 2 mm v a-ose •Konglomeráty (zaoblené), brekcie (nezaoblené klasty) • •Klasifikace podle zpevnění •zpevněné – slepenec, brekcie •nezpevněné – štěrk • •Klasifikace podle podílu klastů > 2 mm a matrix < 2 mm •s podpůrnou strukturou klastů > 50% klastů (> 2 mm) •s podpůrnou strukturou matrix > 50% matrix (< 2 mm) • •Klasifkace podle složení klastů > 2 mm •monomiktní – (převaha klastů stabilních hornin nebo minerálů > 2 mm– křemen, kvarcit, silicit) – adjektivum „křemenný“ •polymiktní (= petromiktní) – (> 10% klastů nestabilních materiálů – hornin > 2 mm) • •Klasifkace podle velikosti •drobnozrnný (2-10mm) •střednozrnný (10-50mm) •hrubozrnný (50-250mm) •balvanitý (> 250mm) • sed_petrol0009 Brekcie •Brekcie jsou zpevněné horniny ze skupiny psefitových sedimentů. Velikost úlomků (klastů) je větší než 2 mm. Valouny, z nichž zpevněním (diagenezí) brekcie vznikaly, neprodělaly žádný nebo jen minimální transport, a proto jsou ostrohranné. • •Brekcie lze rozdělit podle geneze na endogenní a exogenní. –endogennÍ brekcie : vulkanické (také lávové nebo intruzívní) brekcie a dislokační, vznikající při tektonických procesech. –Exogenní brekcie se dále dělí podle vzniku do čtyř skupin: •vzniklé mechanickými procesy na souši – brekcie vytvářejí zpevněné skalní sutě, pouštní rezidua apod.; •vzniklé mechanickými procesy ve vodním prostředí např. při podmořské erozi, skluzu, příboji apod.; •vzniklé fyzikálně-mechanickými procesy např. v krasových oblastech nebo při rozpouštění na solných ložiskách; •vzniklé biogenními procesy, při nichž se brekcie vytvářejí např. stmelením úlomků kostí. • •Podle mineralogického složení klastů –Monomiktní brekcie je tvořená úlomky pouze jediného minerálu nebo horniny a lze ji v tomto případě přesněji pojmenovat – např. vápencová nebo dolomitová brekcie. –Oligomiktní brekcie: skládá se ze dvou sobě blízkých typů klastů (např. křemen a křemenem bohaté horniny) –Polymiktní (petromiktní) - tvořená rozmanitými úlomky minerálů a hornin (3, 4 i více typů klastů) – •Podle podílu klastů nad 2 mm –s valounovou podpůrnou strukturou –s podpůrnou strukturou matrix Brekcie breccia Konglomeráty (slepence) •Konglomeráty: úlomky prodělaly delší transport, a tak jsou subangulární až oválné. • •Řada slepenec – pískovec •ŠTĚRK : slepenec -50- písčitý slepenec -25- valounový pískovec -10- pískovec : PÍSEK • •Základní hmota (matrix) konglomerátů mohou tvořit také psamitické, aleuritické i pelitické součásti. Matrix má nejčastěji povahu pískovců, arkóz a drob, ale může obsahovat také tmel (např. křemičitý, karbonátový aj.). • •Dělení podle mineralogického složení klastů •Monomiktní •oligomiktní •Polymiktní (petromiktní) • •Klasifikace podle podílu klastů > 2 mm a matrix < 2 mm –s podpůrnou strukturou klastů > 50% klastů (> 2 mm) –s podpůrnou strukturou matrix > 50% matrix (< 2 mm) • •Značný význam ve stratigrafii mají tzv. bazální slepence, spočívající na bázi transgresivní sedimentární série a jsou podkladem série dalších sedimentů. Pomocí nich je možné určit relativní stáří hornin. conglomerate Regionální rozšíření •Konglomeráty se nacházejí např. v brdském a příbramském kambriu, namuru ostravsko-karvinského revíru, bazálních polohách moravského devonu, v barrandienském kambriu a ordoviku, v Podkrkonoší, u českého Brodu, v moravském kulmu. Psamity •Základní charakteristika •0,063 – 2 mm •> 50% / 25% / 10% klastů > 0,063 mm v a-ose • •Řada psamit - pelit • •PÍSEK : pískovec -50%- jílovitý pískovec -25- písčitý jílovec -10- jílovec (jílovitá břidlice) : JÍL • • •Hlavní komponenty: •klasty (> 0,063 mm), křemen, živce, horninové fragmenty •matrix (< 0,063 mm), •cement (precipitát, výplň pórů) • •Klasifikace podle zpevnění •zpevněné- pískovce •nezpevněné – písky • •Klasifikace podle velikosti zrna •jemnozrnné (> 10%: 0,063 – 0,25) •středně zrnité (> 10%: 0,25 – 0,5) •hrubozrnné (> 10%: 0,5 – 2,0) Psamity •Klasifikace podle složení klastů •pískovec •arkóza •droba • •trojúhelníkový diagram (Kukal 1985) –křemen + stabilní zrna –živce + nestabilní minerály –matrix (< 0,063 mm) • • Křemenný pískovec • arkózový pískovec • drobovitý pískovec • arkóza • droba • • sed_petrol0010 Pískovec •Pískovec •zpevněný psamitický sediment. • •> 80% stabilních klastů v psamitické frakci –Křemen –Úlomky stabilních hornin (rohovce, silicity, křemenné žíly) • •< 20% nestabilních úlomků v psamitické frakci –Živce –Biotit –Muskovit –chlorit –těžké minerály –úlomky nestabilních hornin • •do 20% aleuropelitického materiálu (lutitu) –jílové minerály –Chlorit –sericit –prachová příměs křemene a živcových zrn • •Cement (tmel) –Křemitý –Karbonátový –železitý • Droba •Droba •zpevněný psamitický sediment. • •> 20% nestabilních úlomků v psamitické frakci –Sedimenty –Metamorfika –Magmatity –Živce –Biotit –Muskovit –chlorit –těžké minerály. • •do 20% aleuropelitického materiálu (lutitu) –jílové minerály –Chlorit –sericit –prachová příměs křemene a živcových zrn droby Arkóza •Arkóza •zpevněný psamitický sediment. • •> 20% nestabilních úlomků v psamitické frakci –živce –Kydelé magmatity –ruly –chlorit –muskovit –Muskovit –biotit –těžké minerály. • •do 10 % psefitické frakce • •do 20% aleuropelitického materiálu (lutitu) –jílové minerály –Chlorit –sericit –prachová příměs křemene a živcových zrn • •Cement (tmel) –Křemen –Karbonáty –Oxy/hydroxidy Fe – Chemické složení psamitů petro-20019 1. Křemenný pískovec 3. Arkóza 6. Litická droba Modální složení psamitů petro-20016 1. Křemenný pískovec 3. Živcový arenit (arkóza) 6. Litická droba Geotektonická provenience pískovců • petro-20017 petro-20018 Chemické složení drob Regionální rozšíření pískovců Pískovce jsou v České republice běžnou sedimentární horninou. Rozšířené jsou v české křídě – např. v Českosaském Švýcarsku, Českém Ráji, Teplických a Adršpašských skalách, kde vytváří známá skalní města. Tyto pískovce jsou charakteristické dobrou vytříděností a přítomností kaolinitu v matrix. Pokud obsahují navíc glaukonit, získává hornina zelenou barvu (s rostoucím množstvím je zelená sytější). V podkrkonošském a českobrodském permokarbonu jsou pískovce často hnědočerveně zbarveny hematitem. Pískovce karpatského flyše mají barvu světle šedou nebo slabě nazelenalou. Psamity: provenience •Klasifikace podle složení klastů • •trojúhelníkový diagram (matrix je ignorována) –Křemen (Q) --- živce (F) --- fragmenty nestabilních hornin (L) • •provenience •trojúhelníkový diagram QFL • Tektonické prostředí zdroje, –Kraton –Přechodný kontinentální zdroj –Recyklovaný orogén –Magmatický oblouk (arc) –rychlý výzdvih (basement uplift) psamity_evapority0001 psamity_evapority0002 psamity_evapority0003 psamity_evapority0004 Pelity •Základní charakteristika •> 75% / 90% jílové frakce • •Jílovce (claystone) sedimenty pouze jílové frakce •Kalovce (mudstone) směs sedimentů jílové a prachové frakce • • Prach (> 0,004 mm) prachovec • Kal kalovec (jílovec, mudstone) • • • Jíl (< 0,004 mm) břidlice (laminovaná nebo štěpná) • • Jíl (< 0,004 mm) jílovec (claystone) • •Složení •Jílové minerály (> 50%), křemen (Æ 20%), živce (< 10%), karbonáty (< 10%), oxidy Fe (< 3%), ostatní minerály (< 3%), organické látky (< 1%) Minerální složení jílů a jílovců • petro-20013 Chemické složení jílů a jílovců • petro-20014 Vztah mezi barvou, obsahem organických látek a oxidačním stavem železa v jílovcích • petro-20015 Vulkanoklastické horniny •vulkanoklastika (tefra) jsou tvořena vulkanickými usazeninami, které se dělí: –podle složení (ryolitová, bazaltová, andezitová apod. tefra), –podle zrnitosti, jak je uvedeno v tabulce. Klasifikace vulkanoklastických sedimentů podle převládající velikosti částic Velikost částic Petrografické označení Vulkanoklastika Vápence Reziduální horniny latinské řecké české Nad 256 mm psefit rudit štěrk balvanitý vulkanické balvany a bloky, blokové a balvanové tufy, kalcirudit úlomková rezidua 64-256 hrubozrnný vulkanické kameny a aglomerátové tufy 8-64 střednozrnný lapilli, lapiltové tufy štěrková rezidua 2-8 drobnozrnný lapilli, lapiltové tufy 1-2 mm psamit arenit písek velmi hrubozrnný pískový tuf, vulkanický písek kalciarenit písková rezidua 0,5-1 hrubozrnný 0,25-0,5 střednozrnný 0,125-0,25 jemnozrnný 0,062-0,125 velmi jemnozrnný 0,004-0,062 alenrit lutit prach vulkanický popel, popelový tuf, sopečný prach kalcilutit jílová rezidua > 0,004 pelit jíl velmi jemný vulkanický popel, sopečný jíl Vulkanické (pyroklastické) horniny podle ČSN 12670 Průměrná velikost klastů v mm Pyroklasty Tufity (smíšený pyroklastický a epiklastický materiál) Epiklasty (vulkanického nebo jiného původu) 64 sopečný aglomerát, aglutinát, pyroklastická brekcie. tufitický slepenec, tufitická brekcie slepenec, brekcie 2 lapillový tuf 1/16 1/256 hrubý popelový tuf jemný tufitický pískovec tufitický prachovec pískovec (s tufovou příměsí) prachovec (s tuf. příměsí) tufitický jílovec, tufitická břidlice jílovec, břidlice Množství pyroklastického materiálu 75 až 100 % 25 až 75 % 0 až 25 % Chemogenní (cementační) sedimenty •Horniny vytvořené převážně vysrážením z roztoků. •Ality - přemístěné laterity. Mají podstatný obsah hydroxidů aluminia (böhmit, diaspor, gibbsit a kaolinit, goethit, hematit). Častý je vysoký obsah železa a niklu, • •Manganolity jsou tvořeny oxidy manganu (pyroluzit, psilomelan, hydroxidy (manganit) a karbonáty (oligonit). Mangan podle redoxpotenciálu může být v oxidované formě Mn4+. Manganolity vznikají v současných mořích (tzv. manganové konkrece, obsahující významnou příměs dalších kovů (Fe, V). • •Ferolity jsou tvořeny minerály železa oxidy (magnetit, hematit), hydroxidy (limonit, goethit), silikáty (chamozit, thuringit, glaukonit), karbonáty (siderit) a sulfidy (pyrit, markazit, melnikovit). Vznikají jednak vysrážením z vody v jezerech a mořích (železo pochází ze zvětralin z pevniny nebo z podmořského zvětrávání – halmyrolyzy). Typické jsou ooidy a fosfátové konkrece., jednak z podmořské vulkanické aktivity (typ Lahn-Dill). Podle minerálů se rozlišují: •ferolity hydroxidů a oxidů železa. V ordoviku barrandienu vznikaly v mělkovodních podmínkách při podmořském bazickém vulkanismu. Označují se lokálními názvy jako skleněnka nebo lotrinská mineta. •ferolity sideritové v souvislých polohách s příměsí jílů (barrandien) nebo jako čočky v beskydské křídě (tzv. pelosiderity) •ferolity jaspilitové, vznikaly v důsledku odlišných podmínek (hlavně atmosférických) v prekambrických formacích. Střídají se v nich vrstvičky hematitu a magnetitu s vrstvičkami křemene (tzv. formace BIF). • •Fosfority obsahují zvýšený obsah fosforu zpravidla ve formě apatitu. Vznik: •vysrážením z mořské vody: v hlubinné studené vodě může být rozpuštěno až 3x více fosforu než v teplé vodě šelfů, kde se za pomoci bakterií vysráží buď jako konkrece nebo i souvislé polohy •akumulací guána (ptačího trusu, zejména v jeskyních). •vyluhováním do podložních sedimentů z ploch různého původu. • Klasifikace chemogenních (cementačních) sedimentů •Silicity jsou tvořeny převážně minerály SiO2 (křemen, cristobalit, chalcedon, opál). Vznikají: •nahromaděním schránek a jiných částí živočichů a rostlin (organogenní) rozsivek (diatomity, křemelina), radiolarií (radiolarity) nebo hub (spongility), smíšené (např. spongodiatomity) •chemicky vysrážené: z horkých roztoků - geyzírit a stiriolit (z vodních kapek rozstřikovaných kolem gejzírů), jaspilit vysrážený z podmořských horkých pramenů tzv. kuřáků (černé břidlice), ze studených vod se vysráží limnokvarcit •vzniklé z relativního přebytku SiO2 při diagenezi: rohovec (hornstone, flint, chert) tvořící hlízy a čočky nejčastěji v karbonátech •neurčitého původu jsou siliciem bohaté horniny, v nichž jsou jak radiolarie tak i známky vysrážení při vulkanické činnosti (souvislost se spility): buližníky (s radiolariemi), menilitové rohovce (s radiolariemi a diatomaceami). • •Evapority vznikají chemickým vysrážením při odpařování mořské nebo jezerní vody a mají zákonitý sled: •1 fáze: vypadává dolomit a aragonit •2 fáze: vypadávají sulfáty vápníku (anhydrit, sádrovec) při koncentraci zvýšené 3,35x. •3 fáze: vypadává halit (koncentrace zvýšená 10 - 60r) – hornina je označována jako sůl kamenná (obr. 6.12.). •vypadávají chloridy a sulfáty K, Mg (sylvín, karnalit) při koncentraci 60x více než v původní mořské vodě •Podle složení vody mohou se vysrážet při odpařování i další evapority: •– Glauberova sůl Na2SO4.10H2O •– natrit Na2CO3 •– chilský ledek (dusičnan sodný Na2NO3) •– síra – chemickou redukcí síranů bakteriemi Klasifikace chemogenních (cementačních) sedimentů Mělkomořská pánev s vysokou rychlostí odparu (evaporace) – Mexický záliv, Perský záliv, terciérní Středozemní moře, Rudé moře Sekvence srážení minerálů při vzrůstajícím odparu: kalcit, sádrovec, halit Evaporite minerals 07_13 Evapority Sádrovec Halit Evaporace mořské vody: 1)kalcit 2)sádrovec 3)anhydrit 4)halit (95% odpar) 5)sylvín 6)Další vzácné minerály Dolomit se tvoří sekundárně reakcí Mg+2 s kalcitem Evaporace vody v kontinentálním prostředí: Borax & boráty Nitráty Solný diapir Síra: produced by sulfate reducing bacteria which consume the oxygen in gypsum or anhydrite salt dome psamity_evapority0005 petro0002 petro0001 Chemické složení silicitů (rohovců) petro-20025 Biogenní (organogenní, alochemické) sedimenty • Základní komponenty: • •Alochemy: –skeletální zrna: vápnité schránky organismů a jejich fragmenty, karbonátové objekty organismy vysrážené (řasy) –neskeletální zrna: chemogenně nebo chemobiogenně vysrážená zrna, •povlékaná zrna: ooidy a pisoidy, onkoidy, •peloidy: fekální pelety, peloidy, •polyagregátová zrna: lumps, grapestones •Extraklasty • •Matrix –mikrit, menší než 4 mikrony, původ do určité míry zastřený - rozrušování zelených řas, bioeroze karbonátového materiálu převážně rybami, chemogenní srážení • •Sparit (včetně cementu) 07_09A 07_11 Travertin Coquina křída vápenec peloid1 ooid1 brachio1 brachio1 gastropod1 trilobi1 coral1 Folkova klasifikace (Folk, J.R. 1959) §Sparit / mikrit §Klasifikace alochemů (+/- prostředí sedimentace) ► §Není zohledněna podpůrná struktura §Není zohledněna velikost zrn folk1 Folkova klasifikace (Folk, J.R. 1959) §Sparit / mikrit §Podpůrná struktura (hydrodynamické podmínky) §Klasifikace alochemů (+/- prostředí sedimentace) §Třídění (hydrodynamické podmínky) §Příliš dlouhé názvy hornin ► folk2 Dunhamova klasifikace (Dunham, 1962) dunham1 §Sparit / mikrit §Podpůrná struktura (hydrodynamické podmínky) §Přehlednost §Klasifikace alochemů Modální složení karbonátů petro-20024 Distribuce skeletálních zrn ve fanerozoiku (skupiny biomineralizujících organismů) petro-20022 Distribuce útesových karbonátů ve fanerozoiku petro-20021 Sedimentační prostředí karbonátů odvozené z petrografie (mikrofacie) petro-20023 karbonátové horniny kontinentální •travertin – vzniká vysrážením z horkých pramenů (též vřídlovec a hrachovec) • •jezerní křída – vzniká vysrážením ze stojatých vod • •pěnovec – vzniká vysrážením na potocích Klasifikace karbonátů podle převládající velikosti částic Velikost částic Petrografické označení Vulkanoklastika Vápence Reziduální horniny latinské řecké české Nad 256 mm psefit rudit štěrk balvanitý vulkanické balvany a bloky, blokové a balvanové tufy, kalcirudit úlomková rezidua 64-256 hrubozrnný vulkanické kameny a aglomerátové tufy 8-64 střednozrnný lapilli, lapiltové tufy štěrková rezidua 2-8 drobnozrnný lapilli, lapiltové tufy 1-2 mm psamit arenit písek velmi hrubozrnný pískový tuf, vulkanický písek kalciarenit písková rezidua 0,5-1 hrubozrnný 0,25-0,5 střednozrnný 0,125-0,25 jemnozrnný 0,062-0,125 velmi jemnozrnný 0,004-0,062 alenrit lutit prach vulkanický popel, popelový tuf, sopečný prach kalcilutit jílová rezidua > 0,004 pelit jíl velmi jemný vulkanický popel, sopečný jíl Kaustobiolity •Kaustobiolity jsou usazeniny tvořené organickými sloučeninami, které vznikají z rostlin (fytogenní) – humózní či uhelná řada, nebo ze živočichů (zoogenní) – bituminózní (živočišná řada). • •Kaustobiolity uhelné řady –Nahromadění uhlíku závislé na rozšíření rostlin v určitých geologických obdobích (karbon, terciér) a na vodním režimu. Rašeliny vznikají v místech rozšíření mechu rašeliníku za přínosu spodní vody buď jako vrchovištní (s výrazným klenutím v centrální části, většinou v horských podmínkách – Krušné Hory), nebo jako slatinná (jižní Čechy). Z bílkovin vzniká kvašením hnilokal (sapropel), zpevněný sapropel je sapropelit. Sapropelity s jílovou příměsí jsou hořlavé břidlice. • •Hnědé uhlí má vyšší obsah uhlíku, vzniká v redukčním prostředí. Je-li tvořeno listy, pletivem apod. označuje se jako liptobiotit, jsou-li materiálem cévné rostliny jde o humit. Takové hnědé uhlí se označuje jako lignit. Hnědé uhlí vzniklo hlavně ze smrků. • •Černé uhlí má vysoký obsah uhlíku, odlišné stopové prvky, protože vzniklo z pralesů obrovitých přesliček a plavuní, většinou v tropickém klimatu. • •Při zvýšeném prouhelnění a zpevnění vzniká z černého uhlí antracit. Dalšími odrůdami jsou svíčková uhlí (kenel), která vznikla z akumulací spór, boghed z řas a šungit, nejstarší známé uhlí z proterozoika baltického štítu. Z jantaru vzniká kukersit. Kaustobiolity •Kaustobiolity bitumenové (živičné) řady • –Bituminózní řadu tvoří živice, které vznikly převážně ze živočichů. Nelze vyloučit anorganický původ některých živic (např. jako relikt metanového obalu Země, který existoval v ranných stádiích jejího vývoje), ale organický původ je doložen např. při ústí Orinoka, kde vznikají bitumeny z organického materiálu přinášeného řekou v mělkém silně protepleném moři. • •Rozlišují se živice: • •a) plynné – zemní plyn • •b) kapalné – ropa. Ropa je směs kapalných, plynných a pevných uhlovodíků. Velmi lehká ropa je bohatá těkavými uhlovodíky (benzinem), v lehké ropě převládají parafinové uhlovodíky, v těžké naftenické a ve velmi těžké aromatické uhlovodíky. • •c) pevné – zemní vosk, ozokerit, asfalt a pevný asfaltit • Další klasifikace • Klasifikace podle zdroje materiálu – –Extrabazinální sedimenty (siliciklastika) – –Intrabazinální sedimenty (karbonáty, evapority, silicity, organolity) – – • Genetické klasifikace – –Konturity (sedimenty uložené nebo přepracované konturovými proudy) – –Turbidity (sedimenty uložené turbiditními proudy) – –Tempestity (sedimenty uložené během velkých bouří) – –Tidality (sedimenty tvořené v příbřežní zóně ovlivňované slapovými jevy) – –Inundity (sedimenty usazované vlivem střídání povodňoého a normálního stavu řek) Genetická klasifikace sedimentů Název Definice Mechanismus sedimentace Prostředí Hlavní diagnostické znaky Gravitity (debrity) Sled sedimentů usazených převážně jakýmikoli gravitačními proudy Sedimentace z gravitačních proudů se střídá s pomalou sedimentací ze suspenze Obvykle hlubší pánev Homogenity Homogenní vrstvy sedimentů uložené jediným sedimentačním pochodem Uložení gravitačním proudem vyvolaným tsunami Hlubší deprese Homogenní vrstva vápenatého kalu ostře oddělená od podloží a nadloží Inundity Sledy sedimentů, usazení vlivem střídání povodňového a normálního stavu řek Povodně zanášejí do pánve hrubší detrit Menší hloubky, v okruhu vlivu ústí řek Pozvolné přechody mezi vrstvami hrubozrnnějších sedimentů, diaturbace Konturity Sledy sedimentů uložené nebo přepracované konturovými proudy Uložení konturovými proudy nebo přepracování původních turbiditů Nejčastější hloubky 1000-3000 m, pevninské úpatí Malá mocnost vrstev, dobře vytříděné jemnozrnné pískovce, laminy těžkých minerálů Periodity Rytmicky se střídající druhy sedimentů, vertikální změny vázány na stejné časové úseky Střídání podmíněno pravidelnými oscilacemi klimatu Mělké moře i hluboké pánve s pravidelnou pomalejší sedimentací Pravidelnost ve střídání sedimentů Tempestity Sledy sedimentů uložené pod vlivem anomálních katastrofických událostí jako hurikánů Zvířené masy sedimentů, uložení suspenze na místě nebo níže po svahu Nejčastěji v hloubkách 30-100 m Hřbítkové zvrstvení, ostrá spodní hranice vrstev pískovců, bioturbovaná svrchní část Tidality Sedimentární sledy tvořící se v okruhu působnosti přílivového a odlivového proudu Působení výčasových proudů, periodické vysychání dna Přílivová plošina, supralitorál, litorál i sublitorál Mázdřité zvrstvení, protisměrné šikmé zvrstvení, jílovité útržky Turbidity Sled sedimentů usazených převážně turbidními proudy Sedimentace z turbidních proudů se střídá s pomalou sedimentací ze suspenze Většinou hlubší pánve, pevninské úpatí i abysální rovina, někdy i mělké pánve i jezera Gradace, ostrá spodní hranice, Boumova sekvence 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) • • Cílem systému je dosáhnout stabilního ekvilibria • •Diagenetické procesy: –Kompakce –Rekrystalizace –Rozpouštění (včetně tlakového) –Cementace (tmelení) –Nahrazování (metasomatické změny) –Bioturbace Diagenetické procesy • Kompakce –Zvýšení tlaku nadloží –Snížení porozity –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) • • Rekrystalizace –Reorientace krystalovýc mřížek minerálů (chemismus se nemění) –Tlak, teplota, fluidní fáze –Obecně zvyšování velikostí zrna – snížení povrchu zrn – snížení povrchové volné energie – ekvilibrium • Kompakce Clay rich sediments 50 – 60% water 10 – 20% water Compaction Consolidation Pressure squeezes out pore water Granular sediments - Sands Reduction in voids through particle re-arrangement Further void reduction by pressure dissolution – produces a locked sand Sand Vertical stress Volume of voids Clay Rekrystalizace Sandstone e.g. quartzite Mineral grains forming sand increase in size due to crystallisation around the grains of the same mineral. For example if mineral grains are quartz then more quartz grows around original grains End product has crystalline texture Sand Diagenetické procesy • Rozpouštění –Podsycení pórových fluid vzhledem k okolním minerálům, nestabilní minerály –Zvýšená teplota, tlak –Tlakové rozpouštění – v místě maximálního kontaktu – krystalizace v místě menšího tlaku • • Cementace –Krystalizace nových minerálů z roztoků v pórech horniny – křemen, kalcit, hematit, aragonit, sádrovec, dolomit, –Snižování porozity, zpevňování – Podmínky –Průchod fluid póry, přesycení fluid vůči cementačnímu minerálu –Absence kinetických faktorů zabraňujících cementaci – • Autigeneze –Krystalizace nových minerálů mimo póry v sedimentu – zpravidla nahrazení –křemen, živce, jíly, zeolity, kalcit, hematit, aragonit, sádrovec, dolomit, fosfáty (apatit) –Snižování porozity, zpevňování chalk1 Rozpouštění Mixed carbonate and quartz sand Quartz sand + particle re-arrangement Dissolution of carbonate grains Cementace ØIron oxide ØCalcium Carbonate ØClay minerals ØSilica Cemented sand = sandstone Sand Diagenetické procesy • Nahrazování –Nové minerály krystalizují na místě původních minerálů –Neomorfismus – nové zrno je stejné fáze jako původní (sejný minerál) –Pseudomorfismus – nové zrno napodobuje vnější tvar původního zrna –Alomorfismus – nový minerál o jiném tvaru nahrazuje původní minerál • dolomitizace v karbonátech, • silifikace v lutitech, • fosfatizace, • sideritizace. • •Látková migrace se uplatňuje i při fosilizaci zkamenělin, která je významnou součástí litifikačních procesů. • • Bioturbace –Zvíření sedimentu v důsledku činnosti živých organismů –Při povrchu sedimentu –Někdy doprovodná cementace Prouhelnění (karbonifikace) Postup prouhelnění se zpravidla dělí na několik stádií, které jsou však samostatné, vzhledem k tomu, že jsou závislé i na výchozím materiálu: •Stádium tlení, trouchnivění a hnití •Stádium rašelinění při němž bílkoviny kvasí na hnilokal (sapropel). Důležitými podmínkami jsou tlak nadloží, teplota a dostatek vody •Stádium hnědouhelné probíhá v redukčním prostředí a je charakterizováno relativním zvyšováním obsahu uhlíku v důsledku ochuzení o kyslík a vodík •Stádium černého uhlí s dalším zvýšením obsahu uhlíku. V dalších stádiích se podílejí metamorfní podmínky. Vzniká antracit a grafit, tvořený čistým uhlíkem. Zatím není jasné, zda i v podmínkách litosféry vzniká nejvyšší stádium – diamant, spíše však jde o proces probíhající v přírodě jen v plášti. Při prouhelnění dochází v organických akumulacích ke vzniku huminových kyselin. Klesá obsah vody, kyslíku a dusíku (uvolňovaných z uhlovodíku) a proto se zvyšuje podíl uhlíku. Výrazná je frakcionace izotopů H, C, N, O, S, při čemž se lehčí izotopy výrazně koncentrují. Např. poměr 12C/13C se proti atmosférickému poměru zvyšuje o 1 – 2 % a opakováním může dosáhnout až 90 %. Diagenetické procesy Fáze diageneze •Raná diageneze (eogeneze) • •Středí fáze diageneze (mesogeneze) • •Pozdní diageneze (telogeneze) • • •Mělká diageneze (shallow-water) • •Diageneze pohřbením (burial) Diagenetická historie horniny •Sekvence diagenetických procesů, jim odpovídající mineralogie a fáze diageneze sed_petrol0020 Diagenetická historie horniny •relativní datování diagenetických fází a událostí petro-20001 Fluida při diagenezi • Fluida přítomna v každém sedimentu • • Funkce fluid –Srážení cementů –Tvorba autigenních a náhražkových minerálů –Rozpouštění • • změna složení fluid během diageneze • • Typy fluid –syndepoziční (voda) –meteorická fluida (sladká voda) –mořská voda –dehydratační rozklad minerálů – další voda –metan –uhlovodíky Diageneze psamitických a psefitických klastických sedimentů • Porozita a kompakce ekonomické hledisko – ropa a zemní plyn –snižování porozity, deformace plastických litických zrn (droby), porozita (po uložení cca 40%), po diagenezi mnohem méně, minimum cca 3% • • Bioturbace – místy hojná • • Rekrystalizace • • Rozpouštění –snižování porozity nebo zvyšování sekundární porozity –Změna minerálního a chemického složení horniny –Stabilní minerály (křemen) à nestabilní minerály (živce) • • Autigeneze –Fylosilikáty, chlorit, živce, zeolity • • Cementace –Křemen, kalcit, živce, dolomit, illit, kaolinit, hematit • • Typy cementu: –Vláknité –Mikritické –Izometrické zrnité (equant) Diageneze pelitických hornin • Minerální složení: –Illit, smektit, kaolinit, chlorit, křemen, živce, kalcit • • Bioturbace: –eogeneze, velmi hojná • • Porozita a kompakce: –uspořádání tabulkovitých zrn kolmo k tlaku nadloží, značná kompakce • • Autigeneze, nahrazování, rozpouštění, rekrystalizace, cementace –Nahrazování smektitu illitem závislá na teplotě („krystalinita illitu“) – „termometr“ –Nahrazování kaolinitu jinými fylosilikáty (dickit) –Rozpouštění a nahrazování živců –Rozpouštění a narazování kalcitu a dolomitu –Snížení obsahu organického uhlíku Diageneze karbonátů •Procesy směřující k ustanovení chemické rovnováhy: •Nestabilní minerály (aragonit, high-Mg kalcit) -> stabilní minerály (low-Mg kalcit, dolomit) • •Procesy: –Cementace –mikrobiální mikritizace –Neomorfismus –Rozpouštění –kompakce (+ tlakové rozpouštění) –dolomitizace •Prostředí diageneze: –Mořské –Meteorické –Hluboké pohřbení (burial) • • Cementace •Výplň pórů minerálními fázemi • •Cementační minerály: •Běžně: Aragonit, kalcit, dolomit, •Méně často: Ankerit, siderit, kaolinit, Q, anhydrit, sádrovec, halit • •Původ iontů ve fluidech: •z mořské vody •z rozpuštěné horniny • •Morfologie cementu (tvar krystalových individuí): • Jehlicovitý, izometrický (equant), mikritový • •Geometrie cementu (uspořádání krystalů v prostoru): • Izopachový, meniskový, polygonální, syntaxiální • • Cementy: izopachový, blokový (vlevo), meniskový (vpravo) diageneze0002 diageneze0001 Syntaxiální cement diageneze0003 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) • • Neomorfismus Změna velikosti zrna a změna chemismu zrn ►Agradace: zvětšování velikosti zrna (mikrit -> mikrosparit) ►Kalcitizace: nahrazení aragonitu kalcitem Rozpouštění •Nestabilní minerály: aragonit, high-Mg kalcit • Kompakce Snižování celkového objemu horniny (včetně pórů) §Rozpouštění na kontaktu zrn v necementovaných sedimentech §Tlakové rozpouštění v cementovaných sedimentech (tlakové švy - stylolity) chalk1 diageneze0004 Dolomitizace a dedolomitizace •Nahrazování CaCO3 dolomitem • • 2CaCO3 + Mg2+ ß à CaMg(CO3)2 + Ca2+ • • CaCO3 + Mg2+ + CO32- ß à CaMg(CO3)2 • • Zdroj Mg2+: mořská voda, jíly obohacené o Mg2+ • •Procesy dolomitizace: –Cementace (vzácně) –Nahrazování • Míra nasycení kalcitu a dolomitu ve směsi sladké a mořské vody (% mořské vody) • sed_petrol0019 • diageneze0005 diageneze0006 Modely dolomitizace Evaporační dolomitizace Aridní prostředí (sebchy, solná jezera) Kapilární vzlínání podzemní vody v důsledku odpařování vody Míšení mořských a terigenních nasycených vod Dolomitizace v zóně míšení Míšení mořských a sladkých podzemních vod Mořská voda: zdroj Mg Sladká voda umožňuje pohyb směsi, pumpuje fluida horninou Dolomitizace v důsledku pohřbení Ztráta vody kompakcí z jílových hornin a migrace fluid nasycených Mg Dolomitizace vápenců okraje šelfu sed_petrol0017 sed_petrol0018 Facie a depoziční prostředí • FACIE: soubor charakteristických znaků sedimentu: –sedimentární textury (vrstevnatost, zvrstvení, textury na vrstevních plochách) a sedimentární struktury (zrnitost, vytřídění, zaoblení) -> hydrodynamické podmínky ukládání – směr, rychlost proudění, laminární / turbulentní proudění, vlnění, příliv, atd. –minerální složení sedimentu (zdrojová oblast sedimentu, podmínky diageneze) –paleontologický obsah a (ekologie, funkční morfologie fosílií) –tafonomie (podmínky zachování fosílií po odumření) Facie ooid_bar_recent carbonate_handspecimen oman1 oman2 oman4 oman3 facies4 A = facie písků (plážové prostředí) B = facie jílů (hlubší mořské prostředí) C = facie vápenců (mořské prostředí mimo dosah klastického materiálu z kontinentu) Depoziční prostředí přecházejí jedno do druhého a totéž dělají i facie. V horninovém záznamu mluvíme o faciální změně facies Faciální změna, transgrese a regrese T R Waltherův zákon faciální sukcese „facie, které vznikají v daném časovém okamžiku vedle sebe, jsou ve vertikálním profilu viditelné nad sebou“ Umožňuje studovat časoprostorové vztahy mezi faciemi Spolupůsobení dvou procesů: •laterální posun procesů sedimentace (např. rozšiřování říčních meandrů, překládání říčních koryt, posun pouštních dun) které vedou ke vzniku facií, •nepřerušované vertikální ukládání facií. facies2 Retrogradace / progradace (ústup facií) (postup facií) Transgresivní sekvence Hlubokovodnější facie v nadloží mělkovodních facií. Regresivní sekvence Mělkovodní facie v nadloží hlubokovodnějších facií regressn transgn Transgresivní a regresivní sekvence Sedimentační prostředí Geografický prostor, který je charakterizován specifickou kombinací exogenních geologických procesů •Reliéf, topografie •Typ, množství vody, hloubka vody •Procesy transportu a sedimentace •Biologická aktivita Interpretace ze souborů facií Sedimentační prostředí sedim8 sedim7 přílivové plošiny bariérové ostrovy Aluviální vějíř eolické prostředí lakustrinní prostředí fluviální prostředí pelagické prostředí pobřežní prostředí říční delta šelf podmořský vějíř Kontinentální prostředí •fluviální (říční) meandrující řeka • divočící řeka • aluviální vějíř •eolické aluviální vějíř • erg • sprašové •glaciální subglaciální • englaciální • pro- (peri-)glaciální • glacilakustrinní/glacimarinní •lakustrinní otevřené systémy • uzavřené systémy •sesuvná (sesuvy) • •jeskynní • • •Klasifikace sedimentačních prostředí petro-20002 Fluviální prostředí: dělení podle spádové křivky •Aluviální vějíře •Divočící řeky •Meandrující řeky •Říční delty fluvial0002 •úpatí horských pásem • •Aluviální kužely •značný sklon povrchu •povrch pokryt sítí koryt říčních toků •hrubozrnné, špatně vytříděné a chemicky nezralé klastické sedimenty • •sedimentace z vodních toků •dobře vytříděné štěrky a písky •výmolové šikmé zvrstvení •čeřinovým zvrstvením •sedimentace z gravitačních toků •úlomkotoky a bahnotoky •netříděné směsi balvanů, štěrku, písku a jílu. • •okrajové poklesové zlomy •obrovské mocnosti sedimentu (10 km i více). fluvial0007 Aluviální vějíř • petro-20004 ALLUVIAL FANS Meandrující řeka •Zákruty (meandry) •odchylující síla zemské rotace - Coriolisova síla •rozšiřovány boční erozí - odstředivou silou vody • •morfolgické tvary a facie •říční koryto - ukládání reziduálních štěrků •jesepní val - písky s šikmým zvrstvením – • laterální akrece •niva někdy s močály • silt, jíl, organické zbytky (záplavy • vertikální akrece. • •Migrace meandrů •nahoru zjemňující cykly F:\2009_03_11\IMG_0001.jpg Mrtvé rameno (Oxbow lake) Mrtvá ramena Glacigenní prostředí F:\2009_03_11\IMG_0005.jpg Horské ledovce – eroze Kontinentální ledovce. Subglaciální prostředí: bazální moréna boční moréna terminální moréna souvky (eratika), till (sedimenty morén), tillity – zpevněné tilly Proglaciální prostředí: odtok tavných vod zvrstvené štěrky a písky Glacilakustrinní prostředí jedmozrnné sezónně laminované sedimentů – varvity sezónní odtávání ledovce v zimě: jemnozrnnější laminy s množstvím organického materiálu v létě: laminy hrubozrnnějšího materiálu uvolňovaného při tavení ledovce Glacimarinní prostředí: Kry odtržené z ledovce, plovoucí na hladině, uvolňují odtáváním valouny a balvany, které padají ke dnu - dropstony Přechodná prostředí •pobřežní deltaické delta • •estuarinní estuárie • laguna • solné marše • •Litorální – plážové plážové • peritidální (přílivové plošiny) • ostrovní bariéry • Delta F:\2009_03_11\IMG_0006.jpg Procesy •zpomalení až zastavení proudu řek •akumulace sedimentu Morfologie •Deltová platforma Hrubozrnná klastika, štěrky – písky, šikmé zvrstvení, meandrující řeka, organické zbytky, močály •Svah delty Silt, jíly, marinní – brakická fauna •prodelta Jíly, marinní fauna, turbidity • •Progradace delty: Regresivní sekvence Progradující delta •PROGRADUJÍCÍ DELTA • •V případě, že hladina moře zůstává ve stejné pozici, musí být materiál nepřetržitě přinášený řekou ukládán stále dále a dále směrem do moře, a delta prograduje. Ve vertikálním sledu progradující delty se objevuje nahoru hrubnoucí sled od bazálních jílů prodelty, siltů a jílů deltového svahu až k pískům, siltům, jílovcům a uhlonosným sedimentům deltové platformy. Nahoru hrubnoucí cykly se vertikálním průřezu často opakují, což je způsobeno plynulým poklesáváním delty v důsledku přetížení přinášeným sedimentem. delta0005 sed_struktury_rybnik2 Pobřeží •Báze vlnění •Báze bouřkového vlnění delta0003 delta0004 Bariérové ostrovy • Morfologie •Ostrov: vzniká akumulací písků mořskými proudy běžícími podél pobřeží •Zóna mezi ostrovem a pevninou je zalita vodou : laguna • jemnozrnný materiál: jsou od vysokoenergetického prostředí pláží chráněny komplexem ostrovů. • • Facie: •Břehy ostrovů : písčité sedimenty, šikmé zvrstvení, čeřinové zvrstvení •V centrální části ostrova : eolické písky (duny). •Laguny : jíly a písčité jíly • brakické, nebo hypersalinní -> evapority. • •Progradace ostrovní bariéry: •Regresivní sekvence F:\2009_03_11\IMG_0007.jpg Marinní prostředí •šelf s převahou bouřkové činnosti • s převahou přílivo-odlivové činnosti • •karbonátový útes útes • předútesové prostředí • zaútesové prostředí • •kontinentální svah a úpatí podmořský vějíř • kontinentální svah • •Pelagické prostředí abysální rovina / dno pánve • podmořské plató • Marinní prostředí F:\2009_03_11\IMG_0008.jpg Šelfy •šelfy s převažujícím vlivem dmutí (Severní moře) • • písčité hřbety - rovnoběžně s přílivovými a odlivovými proudy • tříděné písky, šikmé zvrstvení • •šelfy s převažujícím vlivem bouřkové činnosti. • • bouřkové resedimentované vrstvy – tempestity • silné tropické bouře, • voda o vysoké energii eroduje již jednou usazený sediment, zvíří jej do suspenze a opětovně ukládá. • erozní výmoly na bázi vrstev • gradační zvrstvení • hřbítkovité zvrstvení neboli HCS (hummocky cross stratification – speciální typ vlnových čeřin) • • Tempestity se dělí na proximální a distální. Distální tempestity se ukládají v hloubkách 30 až 100 nebo i více metrů. F:\2009_03_11\IMG_0009.jpg Karbonátová sedimentace: útesy • petro-20009 • petro-20023 Hlavní skupiny producentů CaCO3 ve fanerozoiku • petro-20022 • petro-20022 Podmořský vějíř •Prostředí sedimentace: •Podmořský vějíř –Vnitřní vějíř (proximální, úlomkotoky, hrubozrnné turbidity, sesuvy, skluzy) –Střední vějíř –Vnější vějíř (distální, jemnozrnné turbidity) – –Procesy sedimentace: –progradace vějíře (do nadloží: distální -> proximální) – –Turbidity: Boumova sekvence submarine_fan • petro-20012 Pelagické prostředí •Pelagické sedimenty: –> 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) –< 5% terigenního materiálu • •Prostředí vzniku pelagických sedimentů: –oceánské pánve –Podmořské plató a aseismické podmořské hřbety –šelfy a intrakratonní pánve • •Rozpouštění CaCO3 v závislosti na hloubce (CCD, lysoklina, ACD) • (Obsah CO2 ve vodě: závislost na teplotě vody, proudění) – •Hydrodynamická energie prostředí u dna (proudění) – – Lyzoklina a CCD OBR20