Periglaciální procesy a tvary reliéfu Martin Ivanov, Ústav geologických věd Př.F MU, Brno Rozsah: Dnes asi 24 % povrchu souše (36,2 mil. km2), na sev. polokouli 22,7 mil. km2). Zhruba 49 % bývalého SSSR a 50 % Kanady, 22,4 % rozlohy Číny. Periglaciální oblast Definice: všechny extraglaciální oblasti s průměrnou roční teplotou vzduch (MAAT) nižší než +3 °C. Základní dělení: •oblasti s převahou mrazových jevů – MAAT je nižší než -2 °C •oblasti kde mrazové jevy působí, ale nemusí převažovat – MAAT mezi -2 °C a +3 °C Permafrost Definice: Nejsvrchnější část litosféry, která má nejméně po dobu dvou let teplotu 0 °C a nižší. permafrost •Mocnost – od několika cm do 1450 m až 1493 m až 440 m až 726 m land-permafrost-romanovsky_fig5 Dělení permafrostu podle teplotního režimu •Epigenetický permafrost – vznik promrzáním hornin často podstatně starších než je samotné promrzání – značná mocnost (např. Jakutsko, povodí Marchy) •Syngenetický permafrost – vznik během promrzání litosféry současně se vznikem nebo nedlouho po uložení sedimentů (ještě před výraznější diagenezí). Obsah ledu v celé mocnosti přibližně stejný, více než v epigenetickém permafrostu. Celková mosnost však výrazně menší než u předešlého typu •souvislý permafrost – dlouhodobě zmrzlá půda se vyskytuje na celém území (více než 80 % plochy) s výjimkou taliků pod většími jezery a řekami. Obvykle se vyskytuje severně od severního polárního kruhu, kde MAAT: -5 až -6 °C •nesouvislý permafrost – území s permafrostem jsou oddělena územími bez permafrostu (30 % až 80 % plochy), MAAT: -3 °C až -4 °C •ostrovní permafrost – pouze ostrůvky permafrostu v krajině (méně než 30 % plochy), kde MAAT: 0 °C až -1 °C Aktivní vrstva – sezónně roztávající nebo zamrzávající vrstva nad permafrostem. Vrstvy, které nerozmrzají - inaktivní •Mocnost aktivní vrstvy – 10 cm, letní teploty pouze mírně nad 0 °C (Ellesmere Island, Kanada); 2,5 m v létě tepleji (Jakutsko), někdy až 5 m (Yellowknife) EllesmereIsland Přímé a nepřímé doklady existence permafrostu Přímé: •epigenetické a syngenetické textury v hloubce pod aktivní vrstvou •pseudomorfózy po ledových klínech, mrazové klíny s výplní eolických písků •kryogenní rozvolnění pevných hornin podél puklin do hloubky 40-60 m pod povrch terénu •deformace původního uložení vrstev (včetně mrazových diapirů) pod aktivní vrstvou Neřímé: •zemní klíny – vznik v činné vrstvě nebo zasahují do permafrostu •kryogenní zvětrávání hornin (kryogenní eluvium) •tříděné polygony, pruhy a kruhy •pleistocenní sedimenty (spraše, sprašové hlíny) • Permafrosttime •spodní pleistocén – málo dokladů, např. mrazové klíny, které jsou pseudomorfózami po ledových klínech + mrazové klíny vyplněné eolickými písky - před Brunhes/Matuyma (Boršice u Buchlovic) •předpoklad ostrovního až nesouvislého permafrostu na většině území v chladných výkyvech, ve vyšších polohách i souvislý permafrost Výskyt permafrostu u nás •střední pleistocén – elsterský i sálský kontinentální ledovec v nejsevernějších částech území, horské ledovce již v rissu (Krkonoše) •doložen souvislý permafrost – pseudomorfózy po ledových klínech. V interglaciálech permafrost zcela roztál v interstadiálech mohl přetrvat permafrost_CR •svrchní pleistocén – ve svrchním pleniglaciálu (OIS 2) mocnost až 50 m, výjimečně až 250 m. MAAT vzduchu o 2 °C až 3 °C nižší než povrch terénu pod sněhem •sv. čát Moravské brány – postkryogenní textury (např. mrazové mikrotrhliny) z hloubky až 220 m (vrt Blahutovice) •v údolních nivách podél řek a v blízkosti teplých minerálních pramenů - taliky peat_plateau_bog_yt Taliky (nezmrzlé horniny uvnitř permafrostu) v blízkosti řeky Yukon. Postkryogenní textury •čockovitá – původní obsah ledu do 10 %, známá ze spraší a sprašových hlín na svazích •čočkovito-páskovitá – původní obsah ledu do 20 % až 30 % - spraše a sprašové hlíny na svazích a na rovných terénech v místech navátí spraší do vlhčího prostředí •síťovitá – výrazný kostkovitý rozpad, výskyt v jílovitých sedimentech (např. Mostecko) Kryogenní struktury Zahrnují: •postkryogenní textury •mrazové klíny •kryoturbace zvětralin •kryosegregační projevy Definice: Textury indikující bývalé rozložení podzemního ledu v nezpevněných sedimentech, jakož i obsah a tvar ledové komponenty. Typy postkryogenních textur Mrazové klíny Definice: Obecné označení klínovité struktury vzniklé vyplněním na stejném místě opakující se mrazové kontrakční trhliny buď vodou (ledem) nebo zeminou •vyplnění pískem, štěrkopískem, spraší, fosilní půdou, svahovou hlínou epigenetické syngenetické Ledové klíny: Klínovitý tvar tvořený podzemním ledem s vertikální laminací, vyplňující na daném místě opakující se mrazové kontrakční trhliny zasahující do permafrostu. •indikace permafrostu a prudkých poklesů teplot, šířka až 3 m, hloubka až 10 m (Polsko), někdy až 40, resp. 50 m. Mrazové klíny - rozdělení ice_wedge_VODA Písčité klíny: Klíny s primární výplní eolickým pískem 06_08 Synsedimentární písčitý klín ve spraších, Priobskoe plató, Bijsk, Rusko Mraz_kliny_Popice Kryopedim_Popice Led_klin_2 Písčitý klín vytvořený eolickým písčitým sedimentem v průběhu elsterského zalednění, Broomfield, Essex, Anglie. bild%203 sand%20cast Písčitý klín vytvořený v tillu, ve spodní části prorážející glacifluviální sedimenty. Černé balvany – balvany abradované větrem, Švédsko. Zemní klíny: Klíny s primární výplní půdou (např. fosilními půdami). ice_wedge2 ice_wedge1 Složené mrazové klíny: Klíny s primární výplní půdou (např. fosilními půdami). Schematický diagram stratigrafického výskytu periglaciálních jevů a odvozené klimatické podmínky během posledního studeného cyklu (T°a = průměrná roční teplota; T°jan = průměrná zimní teplota; T°july = průměrná letní teplota). Perigl_jevy_1 Paleoklimatický význam mrazových klínů Ledové klíny v jemnozrnném sedimentu - prům. roč. teplota: -3°C až -4°C, zřejmě se vyskytuje souvislý permafrost. Ledové klíny v píscích a štěrcích - prům. roč. teplota: - 6°C, téměř jistý výskyt souvislého permafrostu. Písčité klíny - prům. roč. teplota: -12°C až -20°C. Půdní klíny - prům. roč. teplota: +1°C (jemnozrnné sedimenty) až -1°C (písky, štěrky). •západní Evropa - převaha ledových klínů + vlhkých eolických facií •východní Evropa - převaha písčitých klínů + suchých eolických facií Mrazové klíny – výskyty v ČR •u nás – hloubka nejčastěji 2-3 m, místy 4 m. Sokolovská pánev – hloubka 5-7 m. Šířka v ČR – od několika cm do 1,5 m, vzácně do 2 m. Polygony_Loucany Fosilní půda (hnědá) Polygony mrazových klínů v Loučanech v Hornomoravském úvalu. •netříděné polygony, většinou průměr 2-5 m, místy 10 m. Výplň – písek, štěrk, půdní sedimenty, spraš. Styk s okolními sedimenty – ostrý, vrstvy ohnuty na kontaktu s klíny směrem dolů mrazovy_klin Mrazový klín ve fluviálních sedimentech, Holešov, Česko •hlavní oblasti výskytu mrazových klínů – křídové sedimenty Čech (okolí Nymburka, Hradce Králové), jižní Morava (Popice, Šakvice, Nové Mlýny, Němčany – největší mrazový klín – šířka nahoře 11,5 m, nejstarší půdy v klínů - předholsteinské) Ice_Polygons_Forming tridene_mraz_polygony a) Tříděné polygony Mrazově tříděné polygony, James Ross Island, Antarctic Peninsula Definice: Polygony s výrazně tříděným materiálem tak, že hrubé úlomky tvoří lem polygonů, jemnější materiál je v jeho středu sorted_nets_nt Tříděné polygony. •velikost – nejčastěji do 10 m, vzácně až 30 m Kryosegregační struktury b) Neříděné polygony Definice: Polygony bez morfologických znaků mrazového třídění materiálu. Typické jsou netříděné polygony pleistocenních mrazových klínů (pseudomorfóz) v pískovnách, štěrkovnách a sprašových odkryvech. ice_wedge_polygons_ntb Ve střední části vyklenuté polygony, materiál je tvořen rašelinami Mraz_kliny_Celakovice Geliflukcí deformované mrazové klíny vyplněné fosilními půdami v Praze-Čakovicích, Čechy. c) Tříděné pruhy Definice: Paralelní pruhy ostrohranných úlomků na mírných svazích s tříděným vzhledem. Střídání pruhů s většími a menšími úlomky protažených ve směru největšího sklonu svahu d) Netříděné pruhy •velikost – od 1m do okolo 30 m, vzácně až 100 m •pruhy ostrohranných úlomků bez znaků mrazového třídění •pseudomorfózy - vznik odtáním ledu a vyplněním původního tvaru materiálem napadaným do klínů shora a ze stran Kryosegregační struktury – výskyty v ČR •v ČR nejlépe vyvinuty tříděné polygony a pruhy – zpravidla v nejvyšších partiích horských oblastí •Krkonoše – tříděné polygony – Luční hora (1555 m), Studniční hora (1554 m), Obří hřeben (1436 m). Velikost polygonů – 1 až 2 m, maximálně 6 m •Tříděné pruhy – na svazích sklonu 6° až 12° - typicky vyvinuty na jv. a sz. svahu Luční hory (1555 m) Krkonoše •Hrubý Jeseník – tříděné polygony – Břidličná hora (1358 m), Petrovy kameny (1448 m). Jádra polygonů jsou vyklenutá, tam, kde svah má sklon větší než 5° - kamenné pruhy (Břidličná hora) Jeseníky Tvorba kryosegregačních struktur – do počátku atlantiku (holocén) Netříděné pruhy. non_sorted_stripes_nt ice_wedge_polygons_nt Ve střední části nevyklenuté polygony ledových klínů (vpředu), vyklenuté (vzadu), pingo (zcela vzadu), Yukon Kryoturbační struktury ve fluviálních sedimentech, mladší dryas, NL . Kryoturbace_1 Kryoturbace 1) izolované vrásy malých amplitud a velkých vlnových délek 2) pravidelné, symetrické, dobře vyvinuté s amplitudou 0,6-2 m 3) typ 2, avšak v malém měřítku 4) struktury kapkovité nebo v podobě diapirů 5) nahoru injektovaný sediment, vznik polygonálních půd 6) nepravidelné deformační struktury Kryoturbace_2 Klasifikace kryoturbačních struktur podle jejich tvaru. Kryoturbace Definice: Deformace původního uložení sedimentů nebo zvětralin vzniklá při střídavém zamrzání a tání vody v činné vrstvě. •v terénech o sklonu do 2°, vznik především v heterogenních materiálech Kryot_Stran_skala •nejčastěji do hloubky 2 m až 2,5 m – ve všech typech nezpevněných sedimentů různého stáří i geneze Kryoturbace – výskyty v ČR •Podkrušnohorské pánve - Mostecká pánev – deformace terasových štěrků Ohře a terciérních jílů, Žitavská pánev – deformace uhelných slojí (mrazové diapiry), Sokolovská pánev (Vintířov) – mrazové diapiry 18 m vysoké •na Moravě – deformace terasových štěrků a písků a povrchu podložních miocenních sedimentů (Bělotín – Hranice) involuce Involuce ve fluviálních sedimentech, Sojovice, Česko Kryot_Lovosice Kryoturbace fluviálních sedimentů, Yukon. cryoturbation_yt http://seis.natsci.csulb.edu/bperry/Mass%20Wasting/Slides.htm http://images.google.com/imgres?imgurl=http://http://www.uni-jena.de/Eccursion_route.html www.indiana.edu uregina.ca/~sauchyn/ geog323/periglacial.html http://www.agu.org/pubs/sample_articles/cr/2002JE001864/2.shtml http://sis.agr.gc.ca/cansis/taxa/landscape/ground/yukon.html http://www.hi.is/~oi/Siberia http://sis.agr.gc.ca/cansis/taxa/landscape/ground www.gvc.gu.se/.../ Dosebacka/doesebacka.htm http://www.crrel.usace.army.mil/permafrosttunnel/1g3g_Wedge_Formation.htm Nyvlt, D. – použity některé fotografie. Vraný, D. – použity některé fotografie. Použitá literatura Czudek, T., 2005: Vývoj reliéfu krajiny České republiky v kvartéru. – 1-238, Moraské zemské muzeum. Brno Karásek, J., 2001: Základy obecné geomorfologie. - 1-216. Učební texty, PřF MU, Brno. Kukal, Z., 1986: Základy sedimentologie. - 1-466. Academia, Praha. Lowe, J. J., 1997: Reconstructing Quaternary Environment. - 1-446. Prentice Hall, Harlow, Essex. Ložek, V., 1973: Příroda ve čtvrtohorách. - 1-372. Academia, Praha. Růžičková, E., Růžička, M., 1998: Základní klasifikace svahových sedimentů. – Zprávy o geologických výzkumech v r. 1997, 158-161. Růžičková, E., Růžička, M., 1998: Strukturní a texturní znaky svahových sedimentů. – Zprávy o geologických výzkumech v r. 1997, 161-163.