Zemská kůra je složením nejvzdálenější horninová vrstva Země. Z čeho se skládá zemská kůra? Odpověď na tuto otázku závisí na tom, zda chceme vědět, z jakých chemických prvků, minerálů nebo typů hornin se skládá. Možná to bude překvapivé, ale k popisu přibližně 99 % zemské kůry stačí přibližně tucet chemických prvků, minerálů nebo typů hornin. Tento článek se zabývá těmito opravdu běžnými a možná i některými o něco méně běžnými, ale pozoruhodnými stavebními kameny zemské kůry pod našima nohama.
Obvyklé horniny v zemské kůře. V první řadě vyvřelé horniny: žula, gabro, čedič. Metamorfované horniny ve druhé řadě: gneiss, břidlice, amfibolit. Sedimentární horniny ve třetí řadě: pískovec, břidlice, vápenec.
Tyto údaje se v různých studiích liší, protože to opravdu nemáme jak s jistotou zjistit.
Jedná se o odhad chemického složení zemské kůry na základě našich znalostí relativních podílů různých typů hornin v zemské kůře a jejich průměrného složení.
Naše znalosti jsou s jistotou omezené, protože průměrná tloušťka kontinentální kůry je více než 40 km, ale nemáme možnost odebrat z ní přímé vzorky. Nejhlubší doly dosahují pouze 4 km a nejhlubší vrt je hluboký 12 km.
| Prvků | Hmotnostní procento | Běžných minerálů | Běžných hornin |
|---|---|---|---|
| Kyslík | 46,6 | Křemičitany, oxidy atd. Kyslík je v zemské kůře velmi rozšířený a také velmi reaktivní. Objemově zanedbatelná část všech minerálů kyslík neobsahuje. | Téměř každý běžný typ horniny obsahuje kyslík. Pouze sulfidická rudní tělesa a evaporitová ložiska jsou téměř bez kyslíku, ale objemově jsou poměrně nevýznamná. |
| Křemík | 27,7 | Křemík má svou vlastní velkou skupinu minerálů známou jako silikáty. Více než 90 % zemské kůry je tvořeno silikátovými minerály. Křemík a kyslík jsou dva nejběžnější chemické prvky v zemské kůře, které se navíc mají velmi rády. Čistý oxid křemičitý je známý jako minerál křemen, který tvoří 12 % zemské kůry. Neexistuje jediný běžný nesilikátový minerál, který by obsahoval křemík – křemík se vždy spojuje s kyslíkem. | Silikátové minerály jsou stavebními kameny většiny běžných typů hornin (čedič, žula, břidlice, gneiss, pískovec atd.). Karbonátové horniny (vápenec, dolomitová hornina) a evapority (sádrovec, kamenná sůl) jsou významnými výjimkami. Pokud jsou čisté, křemík neobsahují. Neprůhledné rudní minerály (oxidy a sulfidy) jsou častou minoritní složkou většiny typů hornin. Rovněž neobsahují křemík. |
| Hliník | 8,1 | Velmi rozšířený v silikátových minerálech (živec, jílové minerály, slída). Hydroxidy hliníku (boehmit, diaspor, gibbsit) jsou hospodářsky významné jako rudní minerály hliníku. | Živce jsou velmi rozšířené minerály v zemské kůře, více než polovina (51 %) zemské kůry je tvořena touto skupinou minerálů. Běžné jsou také minerály slídy a jílu, oba tvoří asi 5 % kůry. Z toho vyplývá, že mimořádně rozšířený je také hliník. V silikátových minerálech však obvykle není příliš koncentrovaný. Hliník byl ze silikátových hornin získáván jen velmi zřídka. Bauxit, což je laterit bohatý na hliník, který vznikl ve vlhkých horkých oblastech, obsahuje hydroxidy hliníku a těží se z něj především hliník. Hliník v bauxitu je pozůstatkem chemického zvětrávání silikátových hornin. |
| Železo | 5,0 | Železo je v minerálech rozšířeným prvkem. Významné silikátové minerály bohaté na železo jsou pyroxeny, amfiboly, olivín, černá slída biotit, granát atd. Železo je také důležitým prvkem v sedimentárních horninách. Je stejně jako hliník těžko rozpustné a odnášené vodou. Železo je běžné v lateritických půdách a tvoří rezavě zbarvený minerál oxid železa hematit. Hematit je zodpovědný za červené zbarvení mnoha minerálů a typů hornin. Oxid železa magnetit je běžný jako akcesorický minerál v metamorfovaných a vyvřelých horninách. Sulfid železa pyrit je nejběžnějším sulfidickým minerálem. Železo se vyskytuje také v karbonátech (siderit, ankerit), jílových minerálech (glaukonit, chlorit). Železo je silný chromoforický prvek, svým hostitelským minerálům dodává tmavé zbarvení. Proto je většina pyroxenů a amfibolů černá. | Železo je ve skutečnosti jediným nejrozšířenějším chemickým prvkem v celé Zemi, ale většina se ho nachází v jádře. Čedič, gabro, amfibolit, greenschist atd. jsou nejvýznamnější horniny zemské kůry, které obsahují hodně železa. Existuje velké množství typů hornin, které obsahují značné množství železa, ale většina vytěženého železa pochází z metamorfovaných sedimentárních hornin známých jako BIF (banded iron formation). |
| Vápník | 3,6 | Vápník je také velmi rozšířený. Vždy je přítomen v plagioklasových živcích (39 % kůry), ale množství vápníku v nich kolísá. Nejdůležitější pyroxeny a amfiboly (augit a rohovec) obsahují vápník. Vápník se vyskytuje v mnoha dalších silikátových minerálech, jako je granát, epidot, wollastonit, titanit atd. Vápník je součástí kalcitu, který je velmi důležitým minerálem především v sedimentárním prostředí. Běžným minerálem je také fosforečnan vápenatý apatit. Sádrovec je hlavní vypařovací minerál, který je chemicky hydratovaným síranem vápenatým. Fluorid vápenatý je známý jako minerál fluorit. | Vyskytuje se stejně úspěšně ve vyvřelých, sedimentárních i metamorfovaných horninách. Zvláště známým typem horniny obsahující vápník je vápenec. Jeho metamorfovaným ekvivalentem je mramor. Mramor se skládá z kalcitu stejně jako vápenec. Kalcit je pozoruhodný minerál. Existují dokonce i vyvřelé horniny složené z čistého kalcitu. Nazývá se karbonatit, ale ve srovnání s vápencem a mramorem je velmi vzácná. Ve vyvřelých horninách bývá vápník součástí minerálů, jako jsou plagioklasy, pyroxeny a amfiboly. Hlavní metamorfovanou horninou obsahující vápník je amfibolit (metamorfovaný čedič, vápník je hostitelem rohovce a plagioklasu). Další významnou sedimentární horninou obsahující vápník je fosforit (vápník hostí fosfátový minerál apatit). Vápník se také vyskytuje v evaporitech jako minerál sádrovec. |
| Sodík | 2,8 | Sodík je rozšířen v silikátových minerálech. Je důležitou složkou alkalických živců i plagioklasů. Pyroxeny obsahující sodík jsou poměrně vzácné. Sodík je poněkud rozšířenější v amfibolech, ale ne tolik jako vápník. Známým silikátovým minerálem obsahujícím sodík je turmalín. Sodík je důležitou složkou živcových spatoidů, ale jak živcové spatoidy, tak minerály turmalínové skupiny jsou poměrně vzácné. Hlavním minerálem obsahujícím sodík v sedimentárním prostředí je halit (NaCl). | Igneické a metamorfované horniny, které obsahují živec. Velká část sodíku ze zvětralých vyvřelých a metamorfovaných hornin je rozpuštěna v mořské vodě. Kamenná sůl je nejdůležitější sedimentární horninou obsahující sodík. |
| Draslík | 2,6 | Draslík a sodík jsou chemické i geologické prvky podobné. Draslík je důležitou složkou alkalických živců. Většina alkalických živců obsahuje mnohem více draslíku než sodíku, a proto se často označují jako K-živce. Důležitými silikátovými minerály obsahujícími draslík jsou slídy (5 % kůry). Nejdůležitějšími slídy jsou biotit a muskovit, které oba obsahují draslík. Nejdůležitějším sedimentárním minerálem obsahujícím draslík je sylvit (KCl). | Alkalické živce a slídy jsou běžnou horninou silikátových vyvřelých a metamorfovaných hornin (žuly, gneiss, břidlice atd.). Velká část draslíku ze zvětralých vyvřelých a metamorfovaných hornin je rozpuštěna v mořské vodě. Sylvit není tak častým odpařovačem jako halit (kamenná sůl), protože k vysrážení sylvitu je zapotřebí mnohem větší rychlosti odpařování. |
| Hořčík | 2.1 | Hořčík je velmi rozšířen v plášti pod zemskou kůrou. Nejdůležitějšími minerály obsahujícími Mg jsou zde olivín a pyroxen a tyto minerály jsou také součástí některých hornin zemské kůry, zejména tmavě zbarvených vyvřelých hornin. Amfiboly také obsahují hořčík, ale méně než pyroxeny. Ionty hořčíku jsou velikostí podobné železu, a proto mohou snadno nahradit železo v mřížce minerálů. To je případ olivínu, pyroxenů, amfibolů a dokonce i slíd (flogopit je odrůda biotitu bohatá na Mg). Důležitými minerály bohatými na Mg v metamorfovaných horninách jsou mastek a serpentin. Hořčík se v sedimentárním prostředí vyskytuje především v karbonátech dolomitu a magnezitu. Hodně hořčíku je rozpuštěno v mořské vodě. Hořčík se získává z mořské vody. | Důležitými vyvřelými horninami obsahujícími Mg jsou ultramafické horniny (peridotit, pyroxenit). Horniny, které obsahují hodně pyroxenů, jako čedič a gabro, obsahují Mg také, ale v menší míře. Metamorfované horniny bohaté na Mg jsou serpentinit a mastkové břidlice. Nejvýznamnější sedimentární horninou obsahující Mg je dolomitová hornina, což je bývalý vápenec přeměněný na dolomit průsakem meteorické vody bohaté na Mg do vápence. |
| Ostatní | 1,5 | Dalšími běžnými prvky v zemské kůře jsou titan, vodík, fosfor, mangan, fluor atd. Jejich výskyt je poněkud omezenější, ale všechny jsou důležitými prvky v minerálech a horninách. Vodík je ve skutečnosti mimořádně rozšířenou složkou celé řady minerálů, je však nejlehčím chemickým prvkem, a proto netvoří hmotnostně významnou část zemské kůry. | |
Nejrozšířenější minerály v zemské kůře
Pokud jsou tyto minerály skutečně tak běžné, měli bychom je všichni více než dobře znát. Ano, domnívám se, že ano. I když je neumíme pojmenovat, určitě jsme je viděli. Pro většinu lidí jsou výše zmíněné silikáty tak fádní a všední, že si jich pravděpodobně nevšimneme a nevěnujeme jim pozornost. Níže uvádíme výběr fotografií, na kterých jsou tyto minerály zachyceny ve svém přirozeném prostředí (výchozy a ruční vzorky). Záměrně ukazuji minerály uvnitř hornin, protože takto se vyskytují v zemské kůře. Na krásné vzorky s dokonalými krystalovými plochami je sice hezký pohled, ale v zemské kůře jsou vzácné. Takových krystalů si jako výukového materiálu nevážím. Je velmi nepravděpodobné, že byste je našli sami, a proto nás naučí jen velmi málo.
Plagioklas je nejdůležitějším minerálem v zemské kůře. Běžně se vyskytuje v mafických vyvřelých horninách, jako je výše uvedený vzorek diabasu. Bílé podlouhlé fenokrystaly v jemnější bazaltické zemině jsou krystaly plagioklasu. Černé krystaly patří pyroxenu (minerálu augitu). Augit i plagioklas se vyskytují také v jemnozrnné zemské hmotě. Velké krystaly vznikaly pomalu před výronem magmatu a zbytek rychle tuhnul. Plagioklas je tak častý, protože bazaltické horniny a jejich metamorfní ekvivalenty jsou velmi rozšířené. Většina oceánské kůry je tvořena bazaltickými horninami. Vzorek pochází z Tenerife na Kanárských ostrovech. Šířka vzorku 14 cm.
Další vzorek bazaltické horniny, tentokrát však s velkým množstvím olivínu. Olivín (zelený) je hustší než plagioklas a pyroxen (oba jsou přítomny v základní hmotě), a proto klesá na dno lávových proudů, kde se tvoří olivínové kumulativní horniny. Tento vzorek olivínového čediče pochází z Oahu na Havaji. Šířka vzorku 6 cm. 
Jílové minerály jsou příliš malé na to, aby mohly být zobrazeny jednotlivě. I pod světelným mikroskopem uvidíte pouze bahno nebo prach v závislosti na tom, zda jsou tyto minerály mokré nebo suché. Jílové minerály jsou křemičitany, které jsou produkty zvětrávání jiných silikátových minerálů, většinou živců. Snímek byl pořízen v jílovém lomu v Estonsku.
Biotit je jedním ze dvou hlavních slídových minerálů. Druhým je světle zbarvený muskovit. Vzorek pochází z norského města Evje. Šířka vzorku 11 cm.
Nejrozšířenější typy hornin v zemské kůře
Horniny se dělí do tří velkých skupin: vyvřelé, metamorfované a sedimentární horniny. Oceánská kůra je z velké části tvořena čedičovými vyvřelými horninami, které jsou pokryty tenkou vrstvou sedimentů, jež jsou nejtlustší při okrajích pevninských masivů. Kontinentální kůra je mnohem silnější a starší. Kontinentální kůra je také mnohem variabilnější a strukturně velmi složitá. V kontinentální kůře se vyskytují prakticky všechny typy hornin, které člověk zná. Dokonce i meteority, xenolity z pláště a ophiolity (úlomky bývalé oceánské kůry) jsou součástí kontinentální kůry, protože jsme je tam našli.
Zhruba tři čtvrtiny kontinentální kůry pokrývají sedimentární horniny a téměř celou ji pokrývají sypké sedimenty (půda, písek, hlína atd.). S těmito materiály se setkáváme nejčastěji, ale je důležité si uvědomit, že přestože jsou na povrchu tak všudypřítomné, tvoří jen asi 8 % z celkové hmotnosti zemské kůry. Sedimenty po pohřbení konsolidují na sedimentární horniny. Písek se mění na pískovec, vápnité bahno na vápenec, jíl na jílovec. Sedimentární horniny jsou stabilní pouze ve svrchních částech zemské kůry. Vysoký tlak a teplota v hlubších částech je metamorfuje (minerály rekrystalizují) na různé metamorfované horniny. Většina kontinentální kůry je tvořena metamorfovanými horninami. Vulkanické horniny jsou běžné i na povrchu ve vulkanicky aktivních oblastech, ale vyskytují se i hlouběji v kůře jako žulové (většinou) intruze.
Důležitými sedimenty jsou písek, jíl, bahno (vlhká směs jílu a jemného písku) a vápnité bahno. Široce rozšířenými sedimentárními horninami jsou vápence (2 % objemu kůry), pískovce (1,7 %), jílovce (4,2 %), které jsou litifikovanými verzemi již zmíněných sypkých sedimentů. Důležité jsou i chemické sedimenty jako halit a sádrovec, ale jejich celkový objem je zjevně menší než 1 % kůry. Důležitými vyvřelými horninami jsou granit, granodiorit, gabro, čedič, diorit, andezit atd. Je velmi obtížné říci, jaký je procentuální podíl těchto hornin. Významné metamorfované horniny jsou metamorfované ekvivalenty široce rozšířených sedimentárních a vyvřelých hornin. Běžnými metamorfovanými horninami jsou břidlice (metamorfovaný jílovec), břidlice (met. jílovec, vyšší stupeň než břidlice) kvarcit (met. pískovec), mramor (met. vápenec), gnejs (met. vyvřelá hornina nebo sedimentární hornina), amfibolit (met. čedič).
Sedimenty a sedimentární horniny
Většina karbonátových hornin byla kdysi karbonátovým bahnem na mořském dně. Toto bahno je tvořeno drobnými karbonátovými schránkami foraminifer, kokolithoforů, plžů atd. Tento vzorek je korálový písek z Bermud, který se skládá z kousků korálových útesů a foramových testů. Šířka pohledu 32 mm.
Pískovec je litifikovaný písek. Tento vzorek písku je dunový písek z pouště Gobi v Mongolsku. Šířka pohledu 10 mm.
Vápence se obvykle skládají z vápnitých zbytků mořských živých forem. Někdy jsou dostatečně velké, aby byly vidět pouhým okem. Zde je zkamenělý vápenec z Estonska (ordovik) se zkamenělinami trilobitů, brachiopodů, mechovek aj. Šířka vzorku je 16 cm.
Gypsum je odpařovací minerál. Evapority jsou ve vodě rozpustné chemické sedimenty, které krystalizují z koncentrované (vysoce slané) mořské vody v lagunách. Obrázek pořízený na Kypru.
Pískovec je litifikovaný písek. Červenavá barva je způsobena jemným práškem hematitu (oxidu železa), který pokrývá křemenná zrna tvořící většinu sedimentu. Výchoz devonského pískovce v Estonsku.
Vápenec je ve většině případů zlitizované vápnité bahno. Výchoz silurského vápence v Saaremaa v Estonsku.
Bahno (alternativní názvy jsou břidlice, jílovec a argilit) je zlitizované bahno. Výchoz ve Skotsku. Kladivo pro měřítko. Bahnité horniny jsou nejběžnější sedimentární horniny.
Bahnité horniny vznikají ve většině případů při rychlém pohybu podmořské laviny bahnité vody po kontinentálním svahu. Takovému proudění sedimentů se říká zákalový proud. Turbiditní sekvence se obvykle skládá z mnoha střídajících se vrstev slínovců (velmi jemných pískovců) a bahna. Jíl se usazuje rychleji než jílové minerály, a proto je každý proud složen ze dvou různých vrstev (může jich být i více). Zde je obrázek tmavě zbarveného slínovce a pod ním světlého jílovce. Tyto vzorky pocházejí ze zákalového proudu ze Španělska. Vzorky pocházejí z jednoho výchozu, ale nebyly tam vedle sebe. Šířka vzorků je asi 20 cm.
Výstupek turbiditu v Maroku. Sedimentární sekvence tohoto typu byly dříve známy jako flyš. Tento termín se dnes používá jen zřídka, protože vysvětlení, jak flyš vzniká, je již zjevně zastaralé. Býval nedílnou součástí geosynklinální teorie, která se snažila vysvětlit proces stavby pohoří, než jsme pochopili, že existuje mnohem lepší vysvětlení známé jako desková tektonika.
Igneické horniny
Igneické horniny se klasifikují podle obsahu křemene. Horniny, které obsahují hodně oxidu křemičitého, mají obvykle světlou barvu. Nejdůležitějšími minerály jsou živce a křemen. Tyto horniny se označují jako flyšové horniny (živec + křemen). Mezi běžné felsické horniny patří žula a ryolit. Mafické horniny mají nízký obsah oxidu křemičitého, ale relativně vysoký obsah hořčíku a železa. Jsou tmavě zbarvené a nazývají se mafické horniny (hořčík + železo). Avšak bez ohledu na to, zda jsou felsické nebo mafické, obsahují tyto horniny vždy mnohem více křemíku než hořčíku nebo železa. Důležitými minerály v mafických horninách jsou pyroxen, plagioklas a někdy také olivín nebo amfibol. Existují také horniny středního složení (diorit a andezit).
Igneické horniny se dále dělí na intruzivní (plutonické) a extruzivní (vulkanické). Intruzivní horniny jsou hrubozrnné a extruzivní horniny jemnozrnné. Žula, diorit a gabro jsou intruzivní horniny. Ryolit, andezit a čedič jsou vulkanické horniny. Felsické horniny jsou mnohem viskóznější, a proto poměrně zřídka vyrážejí na povrch. Obvykle tuhnou jako intruzivní horniny. Proto je žula velmi běžným typem horniny, zatímco ryolit není vzácný, ale není nikde tak rozšířený jako žula. Jinak je tomu u mafických hornin. Bazaltové magma je méně viskózní a relativně snadno vytéká na povrch. Čedič je velmi rozšířeným typem horniny, zejména ve svrchní části oceánské kůry. Andezit je někde uprostřed. Je to docela běžný typ horniny spojený s vulkanismem v subdukční zóně, ale není tak rozšířený jako čedič.
Mimochodem, průměrné složení kontinentální kůry je složení andezitu. Proto se domníváme, že nám napovídá, jak kontinentální kůra vznikla. Právě vulkanismus v subdukční zóně vytváří lávu středního složení, která je méně hustá než bazaltové horniny oceánské kůry, a proto se nemůže ponořit zpět do pláště. Kontinentální kůra tedy není recyklována dopravním pásem oceánské kůry a může se postupem času jen zvětšovat a zvětšovat.
Rhyolit je vulkanický ekvivalent žuly. Vzorek ze Skotska má šířku 8 cm.
Gabro je mafická intruzivní hornina. Vzorek z Kypru (z troodoského ophiolitu, který představuje bývalou oceánskou kůru) je široký 7 cm.
Bazalt je vulkanický ekvivalent gabra. Vzorek ze Severního Irska má šířku 8 cm.
Andezit je běžná vulkanická hornina, která je svým složením na pomezí mafických a felsických hornin. Bílý minerál je plagioklas. Šířka vzorku ze Santorini je 7 cm.
Metamorfní horniny
Tento typ horniny byl kdysi pískovec, ale pohřbil se tak hluboko, že se křemenná zrna spojila a vytvořila tvrdou metamorfovanou horninu známou jako kvarcit. Vzorek pochází z Irska.
Mramor je metamorfovaný vápenec. Je složen z kalcitu. Výchoz se nachází v Karélii v Rusku.
Schist je silně zvrásněná metamorfovaná hornina, pravděpodobně metamorfovaný slínovec. Fotografie pořízená ve Skotsku.
Ruční vzorek břidlice ze Španělska. Šířka vzorku 9 cm.
Chloritová břidlice je metamorfovaná mafická vyvřelá hornina, která je bohatá na železo obsahující zelený listový silikátový minerál chlorit, který dává hornině štěpnost. Šířka vzorku 13 cm.
Gneiss je velmi běžná metamorfovaná hornina. Snad až jedna pětina zemské kůry je tvořena gneissickými horninami. Karélie, Rusko. Tento vzorek má složení běžného granitu: růžový K-živec, šedý křemen a černý biotit. Šířka vzorku 11 cm.
Další čtení
.