Zem a tektonické poruchy

Magmatizmus, Zemetrasenie

Zemské teleso pozostáva z viacerých zemských obalov, z ktorých má každý svoje špecifické, chemické a fyzikálne zloženie. Obaly sú zoskupené do troch hlavných sfér čiže vrstiev; zemskej kôry, zemského plášťa a zemského jadra.

Zemská kôra; je povrch je pevný v pomere k celej zemi zaberá 1.5% objemu zeme. Je to tenký obal zložený z pevných hornín rôzneho pôvodu a veku. Ak zemetrasné vlny prechádzajú horninami s odlišnou hustotou, na ich rizhraní sa lámu ako svetlo, keď prechádza cez sklo. Ak narazia na rozhranie pod ostrým uhlom odrazia sa. Vlny zo vzdialených zemetrasení prechádzajú kôrou pod tupými uhlami, zatiaľ čo vlny z blízkych zemetrasení vnikajú do kôry pod ostrými uhlami. Ak teda poznáme uhly, rýchlosť a vzdialenosť, ktorú prekonali zemetrasné vlny, môžeme vypočítať hĺbku a hustotu rôznych obalov Zeme. Chemické zloženie kôry a zemského plášťa poznáme vďaka priamemu skúmaniu hornín z povrchovej, alebo pripovrchovej vrstvy. Vrchná kôra pod kontinentmi sa nazýva sial. Pod oceánmi a pod kontinentálnym sialom leží sima. Sial má hustotu 2,7 gramu na centimeter kubický, sima 2,9 gramu na centimeter kubický. Sialické kontinenty vytvorené z ľahších materiálov, než je sima, plávajú na sime ako ľadovce v mori. Hrúbka Zemskej kôry kolíše od 40 km pod pevninou do 5 km pod oceánmi.

Zemský plášť; O tom čo sa nachádza pod vrchným plásťom vieme iba málo pravdepodobne sa skladá z tenkej, pevnej vrstvy siahajúcej do hĺbky 60- 100 km, a z plastickej vrstvy, astenosféry, ktorá je tvorené roztavenými horninami, hrubej 200 km a nakoniec zo spodnej vrstvy hrubej 700 km.
Zemské Jadro je zložené pravdepodobne zo zliatiny železa a niklu, v hĺbke 5 150 km je rozdelené na vonkajšiu a vnútornú zónu. Predpokladá sa že vrchná zóna je tekutá lebo sa na nej zastavujú priečne (sekundárne)zemetrasné vlny, zatiaľ čo vnútorná zóna je asi pevná, pretože pozdĺžne (primárne)vlny sa v nej pohybujú o niečo rýchlejšie. Kľúč k rozlúšteniu záhady zloženia Zeme predstavujú meteority, ktoré na ňu dopadajú. Sú buď kamenné alebo prevažne železné. Pomer počtu železných k počtu kamenných sa približne rovná pomeru Zemského jadra k plášťu.

Tepelné pomery vo vnútri Zeme; Od povrchu smerom do hĺbky teplota stúpa. Vo vrchnom plášti v hĺbke 50 kilometrov je 800 stupňov, v hĺbke 1000 kilometrov 1 800 stupňov. Teplota spodného plášťa v hĺbke 2 000 km sa odhaduje na 2 250 stupňov, v hĺbke 2 900 km je to až 3 000 stupňov. Na zemský povrch sa teplo dostáva prúdením ( konvekciou ) a vedením ( kondukciov ) pričom prúdenie sa viaže na kvapalné prostredie kým vedenie na pevné.

Litosféru tvorí zemská kôra s najvrchnejšou časťou zemského plášťa, ktorá spočíva na vrstve plastických roztavených hornín plášťa - na astenosfére. Je objektom štúdia Geológie. Vrchnú časť litosféry - zemskú kôru z geografického hľadiska študuje litogeografia. Zameriava sa na jej priestorové zloženie, vzťahy k ostatným zložkám krajiny a významom hornín v krajine. Zemská litosféra existuje v dvoch základných typoch: Pevninská litosféra , oceánska litosféra. Pevninská litosféra má hrúbku od 150 do 250 km. Tvorí základ pevnín, je staršia ako oceánska a má zložitú stavbu. Pod usadenými horninami sa nachádza žulová (granilická) čadičová ( bazaltická ) a perodotilová vrstva. Oceánska litosféra vznikla za posledných 200 miliónov rokov. Pod sedimentmi ( usadeninami ) má čadičovú vrstvu a pod ňou rôzne vyvreté a premenené horniny. Chýba tu žulová vrstva. Zemská litosféra nie je súvislá a hlbokými poruchovými pásmami je rozdelená na litosferické dosky.

Roku 1972Arthur Holmes vyslovil predpoklad, že konvenčné prúdy vznikajú z rozdielov teploty. Teória Globálnej tektoniky predpokladá, že konvenčné prúdy sa vyskytujú aj v astenosfére. Teóriu podporujú merania tepelného toku- teploty vyžarovania zo Zeme. Hodnoty teploty sú vyššie pod chrbtami a nižšie pod priekopami. Z toho vyplýva že litosferické dosky sa v horizontálnom smere pohybujú po astenosfére a akoby unášali jednotlivé pevniny a oceánska dná. Litosferické dosky sú ohraničené oceánskymi chrbtami, priekopami a transformnými zlomami, pričom hranice litosferických dosiek sa nie vždy kryjú s obrysmi oceánov a pevnín. Dve litosferické dosky sa môžu navzájom zrážať, približovať, vzďaľovať, podsúvať, čiastočne nasúvať, alebo sunúť vodorovne vedľa seba. Oceánske chrbty vznikajú medzi dvom navzájom sa vzďaľujúcimi sa doskami. Medzera medzi dvoma doskami sa potom zapĺňa magmou, ktorá vystupuje z astenosféry. Takto sa stále viac a viac rozširujú dná oceánov. Rýchlosť rozširovania je síce malá ale nie zanedbateľná. Atlantický oceán sa za rok otvorí o 2 centimetre a dno na východe Tichého oceánu o 10 centimetrov za rok. Transformné zlomy vznikajú tam, kde sa dosky kĺžu jedna popri druhej. Pôvodne súvislý oceánsky chrbát roztrhnú po šírke a posunú od seba.

Jazvy po týchto zlomoch možno pozorovať na vzdialenosť niekoľko tisíc kilometrov. Niekedy vznikajú na kontinentoch ako v prípade zlomu v San Anderas na juhozápade Spojených Štátov Amerických. Oceánske priekopy sú výsledkom stretnutia dvoch dosiek. Keďže objem Zeme sa nemení, objem zaniknutej kôry sa rovná objemu vzniknutej kôry. Oblasti kde vzniká a zaniká zemská litosféra sa vyznačujú intenzívnou sopečnou a zemetrasnou činnosťou - sú dôkazom vnútornej dynamiky Zeme. Na styku litosferických dosiek sa prejavujú veľmi výrazne vnútorné ( endogénne ) procesy, najmä tektonické poruchy, magnetizmus a zemetrasenie.
Tektonické poruchy; ich zdrojom je tepelná energia uvoľňovaná pri rádioaktívnom rozpade a gravitačnom rozrôzňovaní látok vo vnútri zeme. Horniny budujúce horstvá bývajú zvrásnené a porušené zlomami. Vrásy vznikli stlačením a zlomy naťahovaním zemskej kôry. Oba druhy tektonických porúch sú mechanické pohyby vrchnej časti litosféry vyvolané tlakovou, ťahovou alebo gravitačnou silou. Pomáhajú geológom hľadať ložiská nerastných surovín. Napríklad zlomy, ktoré vzniknú nad intrudujúcou žulou umožňujú hydrotermálnym roztokom prenikať do nadložených hornín, kde z nich kryštalizujú rudné nerasty. Po zlomoch, ktoré nevyúsťujú na zemský povrch sa môžu premiestňovať ropa a zemný plyn. Poznatky o tvorbe a zákonitostiach vrás a zlomov majú mimoriadny význam aj v baníctve. Ležaté vrásy a prešmyky často znamenajú že uhoľné sloje sa vo zvislom priereze opakujú; Zlomy porušujú súvislý vodorovný priebeh slojov; vďaka prešmykom možno viackrát jedným vrtom prevŕtať ten istý sloj.

Vrásy a zlomy sú zvyčajne dobre vyvinuté v sedimentárnych a metamorfovaných horninách , ale tvoria sa i v abysálnych (v žule a v gabre). Pohyb obrovských dosiek zemskej kôry vyvoláva na ich okrajoch silný tlak. Ak sa dosky približujú, vytláčajú horniny do prevrásnených a zlomami porušených horských pásiem. Ak sa dosky vzďaľujú, vytvárajú sa medzi nimi dlhé, zlomami obmedzené zníženiny – rifty. Vrásy; tlak a napätie v zemskej kôre rozlične prehýnajú jej vrstvy a okrem iného vytvárajú aj akési vlny nazývané aj vrásy. Časť vrásy prehnutá nahor sa volá antiklinála a časť prehnutá smerom nadol sa volá sinklinála. Oba tieto vrcholy vrás sú spojené ramenami. Veľkosť vrás môže byť od niekoľko milimetrov, až po niekoľko kilometrov. Veľká a zložitá synklinálna vrása ktorej ramená sa skladajú z ďalších malých vrás sa volá Synklinórium a veľká antiklinálna vrása sa volá antiklinórium - také sú napr. Západné Karpaty. Zlomy; ak sa horniny pod tlakom nemôžu ďalej ohýbať lámu sa a vzniká zlom. Ak sa pri tom bloky od seba odďaľujú ide o pokles ( normálny zlom ) ak sú stlačené smerom k sebe nastáva prešmyk ( reverzný zlom ). Pri vzájomnom pohybe krýh sa na zlomových plochách vytvárajú ryhy, žliabky čo umožňuje geológom určiť relatívny pohyb krýh ; či sa pohybovali vo vertikálnom smere, či sa pohybovali priamo alebo sa otáčali. Zlomy v zemetrasných oblastiach sa na povrchu prejavujú ako strmé zlomové zrázy, často takmer kolmé steny, či zlomami vymedzené riftové údolia. Zlomy sa často vyskytujú vo zvrásnených oblastiach. Niektoré zlomy či zlomové pásma vznikajú obnovením pohybov starého a do značných hĺbok zasahujúceho zlomu – to bolo zrejme príčinou ničivého zemetrasenia v Taškente roku 1966.

Magmatizmus – Je to súbor procesov súvisiacich s magmou. Sopky sú veľkolepým prejavom energie ktorá sa skrýva vo vnútri Zeme a zároveň jedným z kanálov ktorými čerpáme vedomosti o vývoji zeme a o jej vnútre. Práve zásluhou sopiek vznikla veľká časť zemského povrchu. Vrchný plášť Zeme pod kôrou je vlastne tavenina. Ak tlak mierne poklesne povedzme premiestnením jednej litosferickej dosky, horniny vrchného plášťa sa úplne roztavia čím vznikne magma. Keďže magma je oveľa ľahšia ako okolité horniny pomaly stúpa k povrchu často po zlomoch. Horniny sa môžu celkom roztaviť aj stúpaním teploty. Vedci predpokladajú že aj zhluky rádioaktívnych prvkov dokážu vyrobiť dostatok tepla na vznik magmy. Pozdĺž stredooceánskych chrbtov, kde sa vzďaľujú od seba litosferické dosky a klesá tlak, magma viac menej sústavne vystupuje na povrch oceánskeho dna a vytvára tak novú kôru. Na niektorých miestach vytvára magma magmatické krby ( ohniská ). Ak v nich nestuhne prenikne na povrch, kde sa vyleje ako láva. Na povrch vystupujúca láva sa stane ešte tekutejšou pretože pri poklese tlaku sa uvoľnia v nej rozpustné plyny a vznikajú v nej bubliny. Mnohé z plynov napr. ( sírovodík a oxid uhoľnatý ) na vzduchu horia takže teplota v kráteri stúpa a láva sa stáva ešte tekutejšou. Ak je láva viskózna, teda tečie veľmi pomaly, pohltené plyny sa zle uvoľňujú a spôsobujú explózie. Silu explózie , ako aj normálne erupcie zvyšuje voda, ktorá presakuje magme a ihneď sa mení na paru. Ak má láva kyslý charakter teda obsahuje viac SiO2 pomaly sa pohybuje Tuhne, ako vytlačené kopy, homole, ihly. Bázické lávy majú menej plynov, vodných pár i SiO2. Sú pohyblivejšie a tvoria lávové prúdy, pokrovy a ploché štítové kužele. Lávové prúdy sa navrstvujú na seba čím vlastne vzniká sopečný kužeľ– vlastné teleso sopky. Podobne sa do kužeľa navrstvujú sopečné vyvreliny. Na vrchole kužeľa vyúsťuje sopečný komín – sopúch.
Sopky sú rozmiestnené pozdĺž trhlín v zemskom povrchu a pozdĺž stykov dvoch litosferických dosiek. Povestný ohnivý kruh – reťaz sopiek obkľučujúcich Tichý oceán – lemuje okraj Tichooceánskej litosferickej dosky. Najviac sopiek sa nachádza v oceánoch a moriach, lebo oceánska kôra je tenká a magma ju ľahko prerazí. V Tichom oceáne sa nachádza okolo 10 000 sopiek vyšších ako 1000 metrov. Podmorské sopky sú ale zväčša vyhasnuté. Na pevnine, ďaleko od okrajov litosferických dosiek, nájdeme len málo sopiek. Dvíhajú sa nad magmatickými krbmi ako výsledok tepla uvoľneného pri rozpade rádioaktívnych prvkov, alebo tepla z tepelných škvŕn v plášti. Na zemi sa nachádza okolo 500 činných aktívnych sopiek z nich asi 20-30 sa ozve každý rok. Ak je sopka v pokoji hovoríme o nej že spí, to môže trvať veľmi dlho takže sopka môže byť považovaná za vyhasnutú. Sopky vyvrhujú taveninu plyny a pevné látky. Najčastejším typom sopiek sú stratovulkány. Sú tvorené lávou, sopečným materiálom, popolom i pieskom. Plyny, ktoré najčastejšie vystupujú na povrch počas sopečnej činnosti; prevažne dusík, oxid uhličitý, chlorovodík, vodná para, oxid uhoľnatý a sírovodík. Žeravá vyvrelina roztavených hornín sa nazýva láva, ktorá tuhne na povrchu. Lávové sopky (Island, Havaj ) produkujú len lávu. Tekutá láva sa vylieva z krátera pokojne. V čase pokoja sa v kráteri nahromadí voda. Pri náhlej erupcií vznikajú z týchto jazier bahenné toky, ktoré sa veľkou rýchlosťou valia po svahu sopky. Sú oveľa ničivejšie ako prúdy lávy. Horšie ako lávové alebo bahenné prúdy sú však mračná sopečného popola. Môžu spôsobiť viac škôd ako láva, lebo prúd zasiahne väčšie územie. Sopečný popol pozostáva z drobných vyvrhlín v priemere menších ako 2 milimetre a môže dosiahnuť objem až 1 štvorcový kilometer. Pevné látky vyletujú z krátera ako bomby. Nahromadením sypkého sopečného materiálu rôznej veľkosti vznikajú nasypané( explózne ) sopky napr. Fudžisan v Japonsku. Sopky sa rozdeľujú aj podľa spôsobu výbuchov. Puklinová ( lineárna ) erupcia uvoľňuje najbázickejšiu a najtekutejšiu lávu. Pri havajských erupciách menej tekutá láva strieka ako fontána a vytvára ploché kužele. Charakterizujú ju čadičové lávové prúdy, často sprevádzané ohnivými, lávovými fontánami, keď 1 300 stupňová láva vystrekuje až do výšky 300 metrov. Ak sa vystrekujúca láva prevalí cez okraj ďalej steká po svahu až kým nestuhne. Vulkánsky typ vyvrhuje kusy pevnej lávy ktoré potom spolu s popolom tvoria nad sopkou oblak v tvare karfiolu. Strombolský typ pravidelne chrlí žeravú hmotu. Žeravé oblaky peelejského typu sa kotúľajú po svahoch sopky a všetko spaľujú. V pliniovskej erupcií sa and kráterom stĺp pary plynov a popola.

V istom zmysle fungujú sopky ako bezpečnostné ventily v Zemskej kôre. Čím je záklopka ventilu pevnejšia tým väčšia bude erupcia. Za najväčšiu sopečnú katastrofu sa považuje výbuch indonézskej sopky Tambora roku 1615: tisícky ľudí zahynuli priamo pri výbuchu a 82 000 ľudí skonalo na rozličné choroby a hladomor, ktoré nastali po výbuchu. Neobývaný indonézsky ostrov Rakata ( Krakatoa ) bol mohutným výbuchom roku 1883 takmer celý zničený. V druhom tisícročí pred naším letopočtom sa odohrala na ostrove Théra sopečná erupcia, ktorá mala katastrofálny dopad na obyvateľstvo Kréty a pravdepodobne spôsobila zánik vyspelej mínojskej kultúry. Podnietila aj vznik legendy o ostrove Atlantída. Sopečným erupciám nemožno zabrániť ale možno ich aspoň v niektorých prípadoch predvídať. Predpovede sa opierajú o pozorovanie malých zemetrasení, ktoré sprevádzajú výstup magmy, a sledovanie deformácie pôdy a výronov plynov a pár z kráteru.

Sprievodnou činnosťou horotvornej činnosti a magmatizmu sú zemetrasenia.

Zemetrasenie; je to náhle uvoľnenie energie, ktoré sa prejavuje chvením Zeme a jej otrasmi. Túto energiu vyvolávajú stlačené alebo rozpínané tektonické dosky, čo sa lámu a posúvajú pozdĺž zlomov–nazývame ho tektonické zemetrasenie. Malé otrasy v okolí aktívnej sopky môže spôsobiť láva predierajúca sa z hĺbky na povrchu–sopečné zemetrasenie. Najzriedkavejšie sú rútivé zemetrasenia, ktoré vznikajú prepadávaním stropov podzemných dutín. Podľa odhadu vedcov sa za rok odohrá na Zemi asi milión zemetrasení, ale väčšina je taká slabá, že prebehne bez pozorovania. Ozaj silné a pustošivé zemetrasenia sa vyskytujú raz za dva týždne. Väčšina našťastie na dne oceánov, takže nezapríčiňujú žiadne škody. Existujú aj hĺbkové zemetrasenia ktorých príčinu nepoznáme a ich ohnisko je až v hĺbke 700 kilometrov.
Seizmické vlny a ich meranie - horniny sú rozložené pozdĺž zlomu, aby sa kĺzali popri sebe, ale bráni im v tom trenie. Tým sa hromadí energia v podobe pružného napätia. Keď napätie prekročí kritický bod, prekoná odpor trenia a horniny na zlome sa pohnú, prasknú. Nahromadená energia sa uvoľní a vyvolá zemetrasenie.
Pružné napätie môže prekročiť kritický bod aj v horninových vrásach, takže sa pretrhnú a vznikne zlom. Seizmické zemetrasné vlny sa šíria z ohnísk všetkými smermi, podobne ako zvukové vlny pri výstrele z pušky. Existujú dva hlavné typy seizmických vĺn; pozdĺžne a priečne. Pozdĺžne vlny vyvolávajú v horninovom prostredí cez ktoré prechádzajú, chvenie častíc v smer svojho šírenie. Priečne vlny vyvolávajú chvenie častíc kolmo na smer svojho šírenia. Pozdĺžne vlny sa šíria 1,7 krát rýchlejšie ako priečne, preto ich seizmografy na seizmických staniciach zaznamenajú ako prvé. Seizmológovia, ktorý skúmajú zemetrasné javy nazývajú tieto vlny primárne. Priečne zase sekundárne. Napokon rozoznávajú ešte tretí typ vĺn dlhé vlny ( long wave ) alebo povrchové vlny. Práve ony vyvolávajú ničivé otrasy. Veľkosť zemetrasenia sa meria Richterovou stupnicou v ktorej každá jednotka zodpovedá 30 násobku zemetrasnej energie predchádzajúcej jednotky. Otrasy 2.

Stupňa človek prakticky nepocíti, kým 7 stupeň je spodnou hranicou zemetrasení s ničivými následkami. Zemetrasenia sa smutne preslávili pustošivými následkami, ktoré spôsobili otrasy zeme ale aj obrovské prílivové vlny zvané Tsunami. Vyvolávajú ich seizmické otrasy dna morí či oceánov. Dĺžka Tsunami dosahuje až 200 km, rýchlosť na voľnej hladine je až 800! Km/h. Ak vlny narazia na mierne stúpajúce pobrežie, spomalia sa zato však narastú do výšky. More najprv ustúpi ale potom sa vráti späť v sériách 15- 30 metrov vysokých vĺn, ktoré prenikajú ďaleko do vnútrozemia. Zemetrasenie na západnej Sicílií roku 1968 načisto zničilo väčšinu budov v meste Gibellina a okolitých dedinách a vyžiadalo si 224 ľudských životov. Tí čo prežili sa ocitli uprostred zrúcaných stavieb. Pri silnom zemetrasení najviac ohrozujú obyvateľov padajúce múry budov. Zničené inžinierske siete sa menia semeniská rozličných chorôb a nákaz. Najničivejšie zemetrasenia od roku 1965 sa odohrali : 1970 Peru ( 66 794 ľudských životov ) 1976 Guatemala ( viac ako 16 000 obetí ) Čína ( viac ako 100 000 obetí )

V polovici 60. Rokov v meste Denver štátu Colorado v USA bola do vrtu napumpovaná odpadová voda čo vyvolalo rad menších neničivých zemetrasení. Vtedy sa ujala myšlienka urobiť hlboké vrty pozdĺž seizmického zlomu a napumpovať do nich vodu, a uvoľniť tak napätie v horninách niekoľkými slabšími neničivými otrasmi. Človek tým môže predísť ničivému otrasu, ovládnuť nebezpečné sily. Aby však vedel kde presne treba zasiahnuť musí vedieť kde presne sa chystá zem otriasť. Tesne pred zemetrasením je zem na jednej strane zlomu pružne deformovaná, čo možno geodeticky merať teodolitom alebo laserovým lúčom. Na meranie porušenosti sa používajú aj sklonomery. Informácie z meracích zariadení umiestnených pozdĺž seizmoaktívneho zlomu zaznamenávajú družice, ktoré ich odosielajú do riadiacich centier. Vedci preto vedia zistiť aj veľmi malé pohyby zeme, a značiť miesta kde sa hromadí pružné napätie v horninách. Iná metóda sa zakladá na meraní obsahu vody v horninách; keď na horniny pôsobí tlak zväčšujú sa v nich póry, takže nasávajú viac vody. Keďže podzemné vody sa zúčastňujú na vzniku zemetrasení, je veľmi dôležité poznať hladinu podzemnej vody v oblasti náchylnej na otrasy. Nebezpečenstvo zemetrasení však možno do istej miery znížiť aj vhodnými opatreniami. Napríklad veľké budovy v oblastiach ohrozenými zemetraseniami by sa mali stavať na železobetónových “pltiach“ ktoré by pri prechode zemetrasných vĺn doslova plávali, a ulice by mali byť dostatočne široké v pomere k výškam budov, Mnoho ľudí zahynulo pod troskami budov ktoré s zrútili do ulíc.