Sedimentární petrologie

Sedimentární horniny (sedimenty/usazeniny) jsou snad tím nejdůležitějším klíčem k poznání historie naší planety. Narozdíl od ostatních hornin se v nich totiž nalézá nejlépe zachovaný klíč k pochopení dávné minulosti a to zejména té týkající se života - fosilie (zkameněliny). Z jednoduchých principů, kdy např. předpokládáme, že horniny v nadloží jsou mladší než horniny v podloží, pak lze snadno usuzovat na relativní stáří jednotlivých vrstev sedimentů a tedy i fosilií v nich. Věda, která tyto principy spojuje a snaží se kousek po kousku doložit historii naší planety, se nazývá stratigrafie. Zde v sedimentární petrologii se budeme věnovat zejména způsobům klasifikace (rozdělení a pojmenovávání) sedimentárních hornin a podíváme se také na některé důležité termíny, které se v petrologii používají pro popis sedimentárních hornin.

 

Předně bych chtěl upozornit, že způsobů klasifikace sedimentárních hornin je celá řada a my se zde průběžně a jen velmi stručně seznámíme s nejpoužívanějšími způsoby klasifikace hornin (všechny hranice jsou víceméně umělé, protože příroda žádné hranice nerozlišuje). V sedimentární petrologii uznáváme tři základní typy hornin a to sedimenty klastické, chemogenní a organogenní. Začneme skupinou klastických sedimentů.

 
 

Klastické sedimenty vznikají erozí, transportem a následnou depozicí (uložením). Erozi si můžeme snadno představit jako rozpad např. magmatických hornin vlivem zvětrávání, kdy jsou horniny, které vznikly v zemském nitru, vystaveny podmínkám na zemském povrchu. Hornina je pravidelně vystavována změnám teplot, vlhkosti, oxidaci, větru, vodě.. a dříve nebo později se začne rozpadat. Drobné úlomky se pak pomocí větru, vody nebo třeba pouhé gravitace přemístí a shlukují v místech k tomu příhodných (např. v nížinách, na hladině jezer nebo na vnitřních okrajích říčních meandrů). Po určité době se nám zde takto naakumuluje nezanedbatelné množství úlomků hornin z okolí, které společně tvoří nezpevněný klastický sediment.

 

Zdánlivě nejjednodušší klasifikace nezpevněných klastických sedimentů je podle velikosti zrn. Rozlišujeme čtyři základní frakce a to jíly (<0,004 mm), prachy (0,004-0,063 mm), písky (0,063-2 mm) a štěrky (>2 mm). Pouhým okem však rozdíl mezi prachem a jílem nepoznáme a obvykle si s pouhým označením "prach" nebo "štěrk" stejně nevystačíme, protože v sedimentu bývá často přítomna i značná část další frakce. Takže sedimenty označujeme např.: písčitý štěrk s vložkami jílu. Pokud jsou sedimenty zpevněné, jsou jednotlivé frakce nazývány takto: jílovec, prachovec, pískovec a slepenec.

 

Ke zpevnění klastických hornin pak dochází při diagenezi. Jde o proces spojený s pohřbíváním sedimentů, kdy novější sedimenty postupně překrývají ty starší, na které působí tlak hornin v nadloží. Dochází k nevratným změnám stavby sedimentu (zejména k jeho zpevnění, změně textury a struktury). Termín struktura ukazuje hlavně na velikost minerálních zrn a jejich tvar. Tyto znaky lze nejlépe studovat v mikroskopech.

 

V souvislosti se strukturou sedimentů je také můžeme dělit na psefity, psamity, aleurity a pelity. V podsatě jde o totéž dělení, jaké jsme měli na začátku (dle velikosti zrna). Psefity odpovídají štěrkům a slepencům, psamity pískům a pískovcům (arkózám a drobám), aleurity prachům a prachovcům a pelity jílů a jílovcům. Řekl bych, že toto rozdělení, ač zní složitě, je mnohem jednodušší. Dovoluje nám totiž pojmenovat jakékoli sedimenty bez toho, aniž bychom znali jejich minerální složení. Zahrnuje tedy např. zpevněné sedimenty jako jsou křemenec, arkóza a droba pod jeden termín - psamity.

 

Tím bychom kapitolu struktur sedimentárních hornin uzavřeli. Nyní se pojďme podívat na druhou stranu mince - textury. Texturou pak myslíme znaky pozorovatelné i pouhým okem a můžeme je tedy využít přímo v terénu. Typickým příkladem textur u sedimentárních hornin je vrstevnatost. Dále sem patří nerovnosti vrstev (čeřiny, bahenní praskliny..), rytmičnost (cykličnost), ale i barva, orientace částic, zvrstvení (gradační, šikmé..) nebo třeba stylolity (tlakové švy). Podle mocnosti vrstev lze sedimentům přiřadit i texturu lavicovitou (více než 25 cm), deskovitou (25-1 cm) nebo laminární (méně než 1 cm).

Fossil-rich layers in a sedimentary rock
Dobře patrná laminární vrstevnatost v nezpevněných píscích miocénního stáří.
Dobře je patrná i nerovnost vrstev (čeřiny), zejma ve spodní části snímku.
Některé vrstvy jsou velmi bohaté na úlomky zkamenělých schránek.
Skoronice u Kyjova.

 

 

 
 
Typickým příkladem textury sedimentárních hornin je vrstevnatost. Dále sem patří nerovnosti vrstev (čeřiny, bahenní praskliny..), rytmičnost (cykličnost), ale i barva, orientace částic, zvrstvení, tlakové švy nebo třeba gradac
Conglomerate, compacted sedimentConglomerate, compacted sedimentFossil-rich layers in a sedimentary rockZ

Zpevněné klastické sedimenty můžeme dále charakterizovat dle podpůrné struktury. Pokud více než 50% objemu horniny tvoří valouny, pak o hornině řekneme, že má podpůrnou strukturu klastů. Pokud více než 50% objemu horniny tvoří pojivo, pak o ní řekneme, že má podpůrnou strukturu matrix.  Jako matrix označujeme pojivo ve zpevněných klastických sedimentech, které vzniklo společně s horninou. Jako cement nebo tmel bychom pak označili pojivo vzniklé až sekundárně (jsou tedy mladší, než klasty). Ten bývá buď křemitý, karbonátový nebo železitý. V případě, kdy si nejsme jisti, zda jde o matrix nebo cement/tmel, můžeme použít termín pojivo. 

Conglomerate, compacted sediment

Příklad zpevněného klastického sedimentu s podpůrnou strukturou matrix
Zpevněná hornina se zaoblenými klasty (>2mm) se nazývá slepenec (konglomerát). 
V případě ostrohraných úlomků (krátký transport) by se jednalo o tzv. brekcii.
Brno, Červený kopec.

 

 

 

 

Tím bychom uzavřeli kapitolu klastických sedimentů, které vznikají erozí, transportem a depozicí (dále sem patří ještě sedimenty vulkanoklastické, ale těmi se zde zatím zabývat nebudeme). Po sedimentech klastických následují sedimenty chemogenní. Chemogenní sedimenty (precipitáty) vznikají srážením z roztoku a dělíme je do šesti skupin podle chemismu převažujících minerálů (opět umělé hranice). Jsou to ality, manganolity, ferolity, fosfority, silicity a evapority. Věnovat se jim zde nyní nebudeme (uvedu jen některé příklady). 

 

 

Fossil gastropod in travertine

Travertin z Moravského krasu s fosiliemi scuhozemských, plicnatých plžů.
Jde o jedny z nejmladších hornin vůbec a někdy obsahují fosilie.
Travertiny vznikají srážením v hydrotermálních roztocích.

 

 

 

 

 

Echinoidea spine fossil in baltic chert

Silicit (rohovec) ze Skandinávie s prvohorními fosiliemi ostnů ježovek.
Byly přineseny ledovci a poté splaveny řekami v kvartéru zejména na jižní Moravě.
 
 
 
 
 
 

Sedimenty organogenní (autochtonní/cementační), vznikají při činnosti organismů nebo při činnostech s životem spojených. Většinou bývají uváděny společně s chemogenními sedimenty jako sedimenty neklastické (některé horniny bychom mohli zařadit do obou skupin - znovu opakuji, že jsou tyto hranice umělé a příroda se podle nich neřídí.). Řadíme sem zejména karbonáty a kaustobiolity. Mezi typické organogenní sedimenty patří vápence. Tyto karbonáty vznikají akumulací schránek živočichů na mořském dně. Téměř vždy v nich, i pouhým okem, můžeme najít fosilie.

 
Crinoid limestone (detail)
Krinoidový vápenec složený z velké části z článků lilijic.
V horní části je dobře vidět osten ježovky.
Brno, Stránská skála.
 
 
 
 
 
 

Oolitic limestone

Oolitický vápenec - příklad centrické (konkrétně pak oolitické) struktury.
Někdy je tato struktura vidět i pouhým okem.
Pálava.
 
 
 

Sedimenty kvartérní (tedy z období čtvrtohor) klasifikujeme zejména podle způsobu uložení. Rozlišujeme např. sedimenty fluviální (uložené tekoucí vodou) uložení nebo eolické (uložené působením větru).

Článek shrnuje základní znaky sedimentárních hornin. 

Identifikací konkrétních hornin se budeme dále zabývat.

Později přibude více fotografií hornin z terénu a také z polarizačního mikroskopu.