V minulém čísle časopisu Wat On Earth jsem se zabýval klasifikací vyvřelých (neboli ohnivých) hornin. V tomto čísle bych se rád věnoval tématu sedimentárních hornin. Jedná se o druhou velkou skupinu hornin, které jsou pro člověka zajímavé, protože nám v minulosti poskytly mnoho nástrojů a dnes nám poskytují většinu kamenných zdrojů a také poskytují (nebo v sobě ukrývají) mnoho energetických minerálů a některé základní minerály s velkým hospodářským významem. Sedimentární horniny jsou významné také proto, že jsou v nich uloženy fosilní záznamy života na planetě Zemi.
Jak jejich název napovídá, sedimentární horniny vznikají z již existujících sedimentů. O dvě čísla zpět jsem v článku VODA NA ZEMI popsal cyklus hornin; jak se horniny rozpadají z ještě starších hornin zvětráváním a erozí. Uvolněná zrna jsou různými mechanismy přenášena nebo transportována na místo, kde se hromadí v sekvencích sedimentů. Existuje mnoho přechodných klidových míst, ale nakonec většina sedimentů končí v mořském usazovacím prostředí. Sedimentární horniny se tedy mohou skládat ze zrn různých velikostí, tvarů a složení, která byla stmelena nebo stlačena a překrystalizována. Jedná se o klastické sedimentární horniny. Další sedimentární horniny mohou vznikat z usazenin vylučovaných chemickými roztoky (chemické precipitáty) nebo z usazenin tvořených zbytky odumřelých organismů (živočichů i rostlin). Tato poslední skupina tvoří sedimentární horniny převážně biologického původu. Postdepoziční změna sedimentu v sedimentární horninu se nazývá diageneze a konečným výsledkem je obvykle litifikace, kdy se původně nezpevněný sediment mění v horninu. Obvyklé jsou dva procesy: zhutňování (při němž dochází ke stlačování sedimentů a vytlačování vody z pórových prostorů mezi zrny) a cementace. Při cementaci se určité minerály (například kalcit, oxidy železa a oxid křemičitý) dostávají prosakující podzemní vodou do pórových prostor. Zde se vysráží a nakonec stmelí zrna dohromady.
Stejně jako v minulém výtisku Watu na Zemi je prostřední strana tohoto čísla věnována ilustraci mnoha z těchto různých typů hornin. Na protější straně je znázorněno několik znaků spojených se sedimentárními horninami.
Po směru hodinových ručiček po celé stránce: vlevo nahoře – fotografie skupiny studentů z Waterloo, kteří zkoumají řez karbonskými vrstvami v Mullaghmore Head v severním Irsku. Řez se skládá ze střídajících se pískovců, jílovců a břidlic. Měkčí břidlice byly snadněji erodovány, zatímco pískovce vystupují jako odolné vrstvy. Diagram vpravo nahoře znázorňuje postavení sedimentárních hornin (2) v horninovém cyklu. Všimněte si, že do mořských sedimentů se přidává zejména vstup z vesmíru. Hned pod diagramem horninového cyklu je schéma znázorňující Wentworthovu klasifikaci z hlediska velikosti zrn a způsobu, jakým sedimenty tvoří různé sedimentární klastické horniny. Porovnejte tento diagram s prvními dvěma sloupci (Sedimenty a Horniny), které tvoří část „Klastické horniny“ středového diagramu. Třetí a nejspodnější diagram znázorňuje některé důležitější sedimentární horniny, které jsou buď chemického, nebo biologického původu. Většina z nich je rovněž znázorněna na středové straně. Spodní fotografie ilustruje Delicate Arch v národním památníku Arches v Utahu. Tato 26 m vysoká a 20 m široká struktura je tvořena pískovcem Entrada svrchnojurského stáří. Vznikla erozí „ploutví“ místní horniny, které byly odříznuty působením větru a mrazu. Hned nahoře je pohled dolů do Niagarské rokle, kde voda z Erijského jezera padá přes okraj silurského dolomitu Lockport na Niagarském srázu. Každá z fotografií ilustruje geomorfologii spojenou se sedimentárními útvary různého stáří.
Středová rozkládací strana: Pochopení sedimentárních hornin je poměrně jednoduché, protože se týkají materiálů, se kterými se denně setkáváme. Nahoře je panoramatický pohled na jednu z nejpozoruhodnějších expozic sedimentárních hornin na světě, v horních patrech Velkého kaňonu. Prakticky všechny horniny, které zde můžete vidět, jsou horizontální pískovce, vápence a břidlice usazené v průběhu asi 250 milionů let v mořích prvohor. Stejná moře obývali jinde obří trilobiti, kteří jsou ilustrováni v jiném článku v tomto čísle.
Přesuneme-li se na prostřední stránce níže, pokusil jsem se znázornit většinu běžných typů hornin. Několik jich je „exotičtějších“, ale i ty jsou důležité. Tabulka je rozdělena do tří oddílů, které se týkají klastických, chemicky vysrážených a biologických sedimentárních hornin. Levý blok se skládá z dvojitého sloupce. První sloupec znázorňuje příklady daného typu sedimentů (viz zpětně schéma 2 na předchozí straně) a druhý sloupec jejich litifikované ekvivalenty. Úhlové klasty (úlomky hornin) obvykle pocházejí z mrazového drolení. Úlomky necestovaly daleko a obvykle se pohybují pod vlivem gravitace, padají z hor a hromadí se jako hromady sutí nebo talové kužely na úpatí svahů. Jejich protějšky se nacházejí v horninovém typu známém jako brekcie. Když se zapojí činitelé eroze a dojde k transportu, zejména vodou, hranaté klasty se obrušují a vytvářejí zaoblené balvany nebo dlažební kostky. Tento horninový ekvivalent se nazývá konglomerát. Transport na dlouhé vzdálenosti postupně zmenšuje velikost klastů přes granule až na částice velikosti písku. Horninovým ekvivalentem je pískovec. Ty jsou často tmeleny různými minerály, kalcitem, oxidy železa nebo křemenem. Pískovec pak získává sekundární deskriptor, například „vápnitý pískovec“ nebo „železitý pískovec“. Pískovec je obvykle tvořen zrny oxidu křemičitého. Pokud jsou tato zrna stmelena oxidem křemičitým, vzniká jiný název – kvarcit (viz obrázek pískovce vpravo). Jedním z typů hornin, který není zobrazen, je arkóza – pískovec, jehož více než 25 % horniny tvoří živec. Takové horniny obvykle vznikají v horském, relativně suchém prostředí. Suché proto, že se klasty příliš nerozpadly (v horkých a vlhkých podmínkách živec často snadno zvětrává). Úhlový charakter zrn naznačuje, že transport nebyl tak významný.
Pokud však sediment pokračuje v transportu, velikost zrn se ještě dále zmenšuje a vznikají naplaveniny. Velikost částic nyní dosahuje bodu, kdy mohou být snadno transportovány větrem i vodou. Do této kategorie spadá větrem transportovaný sediment, který se hromadí jako spraš. Typ horniny, známý jako spraš, je tvořen velmi jemným křemenem, slídou a dalšími různými minerály a je litizovaným ekvivalentem spraše. A konečně nejjemnější frakcí v klastickém velikostním rozmezí je jíl. Tyto úlomky jsou tak drobné, že zůstávají dlouho v suspenzi a obvykle se usazují až poté, co se spojí do větších částic. Když se nahromadí, je tento typ litizované horniny známý jako břidlice. Vysoce organické ekvivalenty mohou tvořit velmi černé břidlice s výrazným „olejovým“ nebo „petrolejovým“ zápachem, protože jsou velmi bohaté na uhlík a aromatické sloučeniny. Tvoří fosiliferní a „ropné břidlice“, které mohou být budoucími zdroji ropy.
Druhý dvousloupcový blok znázorňuje horniny, které jsou tvořeny chemickými usazeninami. Takové horniny vznikají tam, kde se materiál v roztoku dostává na místo, nejčastěji do mořské pánve nebo jezera v pouštní oblasti, kde se vypařuje voda. Roztoky určitých iontů se vysrážejí a vytvářejí horniny bohaté na vápník, hořčík, oxid křemičitý, sodík a (v minulosti spíše) železo. Některé z nich jsou znázorněny, počínaje srážkami bohatými na vápník. Důležitým příkladem jsou vápence. Všechny vápence snadno šumí při použití zředěné (10% roztok) kyseliny chlorovodíkové, protože kyselina reaguje s uhličitanem vápenatým. Zobrazený příklad je šedý, jemnozrnný vápenec s bílými žilkami kalcitu, které jím procházejí. V teplých tropických vodách se může hojný vápník v roztoku v mořské vodě vystavené silnému proudění vysrážet kolem drobných úlomků mušlí. Ty mohou tvořit oolitické vápence, kdy se na malých zrnech uhličitanu vápenatého soustředně ukládají vrstvy kalcitu kolem jádra.
Doloston, hornina tvořená vápníkem a hořčíkem, je úzce příbuzný vápenci obvykle s tím, že hořčík z mořské vody nahrazuje velkou část původního obsahu vápníku v již existujícím vápenci. Kyselá reakce je pomalejší. Dolostony lze spatřit v blízkosti Waterloo v určitých skalních sekvencích podél výchozu Niagarského srázu. Travertin a tuf (silná kyselá reakce) jsou chemicky vysrážené horniny vzniklé z uhličitanu vápenatého. Travertin je obvykle hustý a páskovaný, zatímco tuf je houbovitější. Travertin (ve formě speleotém) se nejčastěji vyskytuje v jeskynních usazeninách, zejména v působivých útvarech známých jako kapkovec, flowstone, stalaktity, stalagmity, heliktity a sloupy.
Ve vápencích a dolostonech lze často vidět vrstvy nebo konkrece složené z křemene. Jedná se o vrstvy křídy nebo, v případě křídy, křemene. Křemence se používají již od paleolitu, přičemž v archeologické literatuře z východní Anglie jsou popsána známá místa hromadné výroby hrotů kopí, škrabadel, hrotů šípů a sad nástrojů. Donedávna se používaly také ve střelných zbraních (křemenné zámky pušek) a při stavbě budov, kde je tento typ horniny běžný. Črty z vápencových a dolomitových ložisek podél Niagarského srázu byly používány paleoindiánskými lovci karibu, mastodontů a mamutů v jihozápadním Ontariu. Křemence i břidlice mají obvykle šedou barvu (i když se může pohybovat od téměř bílé přes buff až po téměř černou nebo dokonce červenou) a štěpí se rovným až mírně konchozním lomem. Společné mají to, že je mohou tvarovat zruční výrobci nástrojů a že si po dlouhou dobu zachovají neuvěřitelně ostré ostří.
Sádrovec je chemická sraženina (hydratovaný síran vápenatý), která se často vyskytuje v vrstvách břidlice, což je typ horniny s převahou vápníku a jílu. Ložiska marlů s obsahem sádrovce a kamenné soli se původně usazovala v oblastech s vysokým výparem, které byly zaplavovány mořskými vodami. Takové oblasti dnes můžeme vidět podél některých částí subtropického Perského zálivu. Kamenná sůl (tvořená téměř výhradně chloridem sodným) je důležitým hospodářským minerálem. V Ontariu se vyskytuje v okolí Windsoru a na severu až po Goderich (viz WAT ON EARTH 14 (2) Spring 2001). Ložiska soli se nacházejí také v přímořských provinciích a také v západní Kanadě. V západokanadských solných sekvencích dominuje další hospodářsky významná, červeně a bíle zbarvená sůl bohatá na draslík, známá jako sylvit. Posledním horninovým typem znázorněným v této skupině je červeně a šedě zbarvený sedimentární železitý kámen, běžný v oblasti kolem horního jezera Superior. K těmto ložiskům existuje rozsáhlá literatura (Blatt et al., 1980), ale obecně jsou prekambrického stáří a jejich stáří se obvykle pohybuje mezi 2600 a 1800 miliony let. Některá jsou podstatně starší a několik malých ložisek je mladších. Vyznačují se tenkými a tlustými pruhy střídajících se jaspisových (červený chert) a magnetitem a hematitem bohatých železitých vrstev. S cheritovými horizonty se mohou střídat i jiné formy železa. Jedná se o hospodářsky významné horniny, které jsou zdrojem velkých ložisek železa na obou stranách kanadsko-americké hranice.
Třetí blok snímků tvoří běžné sedimentární horniny, které mají výraznou biologickou složku. Jak jsem se zmínil při diskusi o vyvřelých horninách, příroda nesnáší „rozdělování“ a některé z těchto „krabic“ překračují hranice. Mořská voda však obsahuje velké množství uhličitanu vápenatého, který se nejen sráží za vzniku chemických sedimentárních hornin, ale je také využíván organismy, které budují karbonátové schránky. Po jejich odumření mohou schránky tvořit obrovské nánosy skořápkového detritu, který se často zachovává jako „skořápkový vápenec“. To je dnes vidět v podobě coquiny (tvořené téměř výhradně úplnými nebo rozbitými chlopněmi mořských mělkovodních pelecypodů, Coquina). V minulosti nebyli mlži tak běžní jako dnes. Ilustrace „Shelly Limestone“ ukazuje brachiopody v devonském karbonátovém bahně z oblasti Arkona v jihozápadním Ontariu. Krinoidní vápence (nejsou zobrazeny), jsou tvořeny úlomky stébel krinoidů (Echinodermata) a tvoří shelly-detritové pásy v některých horninách podél Niagarského srázu. Koráli, tvoření pozůstatky nesčetných bilionů polypů vylučujících uhličitany, tvoří mohutné usazeniny dnes jako ve Velkém bariérovém útesu i ve vzdálenější geologické minulosti. Mnoho vrtů zaměřených na těžbu ropy a zemního plynu v jižním Ontariu (i jinde) je zaměřeno na malé plošné útesy korálů a společenstev řas, kde pórovitost uvnitř a mezi zkamenělými organismy umožnila hromadění těchto energetických minerálů. Křída je obzvláště čistý vápenec a zředěná kyselina chlorovodíková aplikovaná na tento typ horniny vyvolává mimořádně prudkou reakci. Křída původně vznikla jako maz z mořského dna a byla tvořena zbytky bilionů organismů foraminifer, známých jako kokolity. Vedle snímku křídy jsou uvedeny snímky z elektronového skenování, přičemž centrální, krémově zbarvený organismus, představuje příklad moderních vápenatých foraminifer zvaných Globigerina.
Další blok čtyř snímků (od rašeliny po antracit) ilustruje další energetický nerost – uhlí. Uhlí vzniká akumulací vegetace za anaerobních podmínek. Detrit se tvoří v bažinách nebo lagunách a vytváří vodou nasycený organický podklad rašeliny. Postupem času a zhutněním od nadložních sedimentů se z rašeliny uvolňuje voda a další těkavé látky. Obsah vlhkosti klesá, obsah uhlíku stoupá a rašelina se mění na hnědé uhlí nebo lignit. Jedná se o uhlí nízké kvality, často s vysokým obsahem síry, které není vhodné pro přepravu na dlouhé vzdálenosti a podléhá samovznícení. Tvoří typy uhlí, které se vyskytují v jihovýchodním Saskatchewanu a v mnoha uhelných oblastech východního Německa. Při dalším hutnění a namáhání se obsah uhlíku dále zvyšuje, ztrácí se více těkavých látek, zvyšuje se potenciální energetický výkon a vzniká matné až lesklé uhlí známé jako černé uhlí. Toto uhlí je vynikající pro výrobu páry a bylo dominantním uhlím, které pohánělo první století průmyslové revoluce ve Velké Británii. V západních kanadských provinciích a v bývalých těžebních oblastech Nového Brunšviku a Nového Skotska se těžilo černé uhlí. Obvykle se používá pro metalurgické suroviny a využívá se při výrobě elektrické energie. Nejvyšším stupněm uhlí jako energetického nerostu je antracit, tvrdé lesklé uhlí, které se obtížně spaluje, pokud není rozdrceno. Toto uhlí se těží v Pensylvánii a používá se při výrobě elektrické energie jako surovina ve směsi s černým uhlím. Změny, které provázejí úbytek těkavých látek, nárůst obsahu uhlíku a zvýšení tepelného výkonu, se popisují jako změna hodnosti uhlí.
Na posledních dvou obrázcích jsou znázorněny břidlicové horniny, které mají vysoký obsah organických látek, ale nejsou definovány jako uhlí. Fosilní břidlice mohou obsahovat hojné zkameněliny (zejména rostlinné materiály, ale mohou obsahovat i jiné, například amonity). Naftové břidlice (například ty, které se nacházejí v pásu od Bowmanville východně od Toronta až po oblast Collingwood poblíž Owen Sound v Ontariu) obsahují hojné zkameněliny trilobitů a dalších ordovických živočichů. Taková ložiska, i když nemusí být nutně stejného stáří, se nacházejí v mnoha částech světa a mohou být v budoucnu zdrojem energie nebo petrochemických surovin.
Strana následující po prostřední straně obsahuje ilustrace několika témat uvedených ve výše uvedených popisech sedimentárních hornin.
Vrchní řada, zleva doprava. Všechny jsou příklady chemicky usazeného křemene: Ruční sekerka vyrobená z křemene, Swanscombe, Kent, Velká Británie; Křemenná konkrece (hrbolatá bílá konkrece) zvětrávající z měkčí křídové matrice; Tři chertové hroty typu Clovis z lokality Brophey u Parkhillu, Ontario. Největší má délku 10 cm.
Centrální řada, zleva doprava: Velký stalagmit (pozn. „g“ vyrůstá ze země) složený z dripstonu (chemicky vysrážené usazeniny uhličitanu vápenatého); stalaktit (pozn. „c“ vyrůstá ze stropu jeskyně), z jehož špičky se chystá odkapávat světlem nabitá vápenatá voda; zvláštní, zkroucená, stalaktitická forma dripstonu známá jako heliktit, rovněž z uhličitanu vápenatého. Všimněte si, že místy dokonce roste vzhůru!
Dolní řada, zleva doprava; vug (dutina) s křemenem vystýlajícím střed dutiny ve vápenci; některé velmi velké chemicky srážené konkrece v Moeraki, Jižní ostrov, NZ; mechovité dendrity. Jedná se o manganové precipitáty na vápenci, které nemají žádnou souvislost s organickými porosty.
Alan V. Morgan
Nový průzkum kanadské Arktidy
Ronald E. Seavoy
Tato nová kniha je velmi čtivým dobrodružným průzkumem kanadské Arktidy. Autor pracoval v roce 1960 jako průzkumný geolog pro společnost International Nickel Company. Kniha popisuje nové průzkumné techniky, které se začaly zkoušet v polovině 50. let 20. století. Průzkumný tým Ronalda Seavoye používal v létě tohoto roku letadla, vrtulníky a geofyziku. Bylo objeveno zlaté rudní ložisko Lupin. Kniha také seznamuje čtenáře s některými zajímavými přírodními jevy, s nimiž se během průzkumu setkal.
Maloobchodní cena 17,95 kanadských dolarů
Nakladatelství Hancock house
www.hancockhouse.com
objednávky:
[email protected]
.