Horniny

*Pevný povrch Země je tvořen nejrůznějšími horninami, od vysokých hor až po štěrk a oblázky podél řek. Některé z nich dokonce vznikají právě teď, když aktivní sopky chrlí lávu, která po dopadu do atmosféry nebo oceánu ztvrdne. Většina zemských hornin je však nesmírně stará. Každá hornina je měňavka, která v průběhu času mění svou podobu a jejíž historie může trvat miliony let. A tady je to, co geologové, horolezci i vaše teta se sbírkou kamenů ve tvaru srdce vědí a co spousta z nás přehlíží: jedna skála není jako každá jiná. Jmenuji se Alizé Carrère a vysílám pořad Crash Course Geography.*

Před 4,5 miliardami let, když se formovala sluneční soustava, Země ztuhla jako vířící mlhovina z prachu a plynu, která se zhroutila pod vlastní gravitací. Jak pak gravitace stále přitahovala různé molekuly, vytvořila Země svůj sféroidní tvar složený z různých vrstev pláště. Ačkoli si někdy myslíme, že je od Země oddělená, atmosféra je ve skutečnosti první a nejlehčí slupkou s vlastním souborem vrstev. Na dně atmosféry začíná být vše pevnější a narážíme na zemskou kůru. V porovnání se zbytkem planety je zemská kůra extrémně tenká a má nízkou hustotu, což znamená, jak pevně jsou molekuly, které něco tvoří, zabaleny. Z částic původního plynu a prachu, které skončily v zemské kůře, se staly minerály neboli anorganické, přirozeně se vyskytující chemické sloučeniny s krystalickou strukturou a horniny, pevné soubory minerálů, které dnes na planetě nacházíme. Na Zemi existují vlastně dva typy zemské kůry: kontinentální a oceánská kůra. Kontinentální kůra tvoří hlavní pevniny na Zemi, které jsou vystaveny atmosféře. Je tvořena světlými a lehkými horninami bohatými na křemík a hliník, díky čemuž je vedle atmosféry nejméně hustou vrstvou, ale ne nejtenčí. Tou by byla oceánská kůra, která tvoří rozsáhlá oceánská dna. Oceánská kůra je tvořena těžkými, tmavě zbarvenými horninami bohatými na železo, které mají také hodně křemíku a hořčíku.

Je hustší než kontinentální kůra, ale její tloušťka je jen několik kilometrů. Pod kůrou se nachází mnohem silnější plášť. Táhne se zhruba 2900 kilometrů a je bohatý na prvky, jako je železo, sloučeniny hořčíku a kombinace křemíku a kyslíku zvané silikáty. Plášť je tak silný, že se jeho hustota skutečně postupně mění, jak se dostáváme hlouběji do nitra Země. Spodní plášť je blíže ke středu, kde je vyšší tlak, takže je hustší, protože je vše více stlačeno k sobě. Poslední vrstvou na naší cestě do středu Země je jádro tvořené železem a niklem. Vnější jádro o tloušťce 2 400 kilometrů je tak horké, že se všechno to železo roztaví a změní na kapalinu. Ale horké, husté vnitřní jádro ze železa o poloměru 960 kilometrů je kvůli obrovskému tlaku stále pevné. Ve středu Země nikdo nebyl, ale vědci studují, jak se seismické vlny ze zemětřesení šíří planetou, aby mohli modelovat zemské nitro. A poznávání toho, jak vypadá Země uvnitř, nám pomáhá dozvědět se o zemětřeseních, sopečných erupcích, o tom, jak vznikly kontinenty, a dokonce i o vzniku samotné planety. Některé prvky se objevují často, ale každá vrstva má odlišné chemické složení a teplotu a každá svým způsobem pomáhá vytvářet horniny a tvary země, které vidíme na povrchu.

Jako zde, vysoko v Himálaji, kde je na povrchu nově odhalen velký kus žuly. Přes den se její zrna třpytí na slunci a s příchodem noci se skála propadá do tmy. Na její oblé kupoli se občas vyškrábe koza a hledá chomáč trávy. Zdá se to být docela nevinné, ale vidět zde žulu znamená, že v určitém okamžiku, před dávnými věky, proměňovala povrch sopečná činnost. V zemské kůře a pod povrchem se nachází magma neboli roztavená hornina, která může vychladnout a ztuhnout ve vyvřelou horninu. Vyvřelé horniny tvoří asi 90 % zemské kůry, i když si toho možná nevšimnete, protože jsou často zakryty jinými typy hornin, půdou nebo oceánem. Ve skutečnosti nakonec máme různé typy vyvřelých hornin podle toho, zda se magma ochlazuje nad nebo pod povrchem Země. Když se magma ochlazuje a tuhne pod zemským povrchem, vytváří intruzivní vyvřelé horniny. Žula je intruzivní vyvřelá hornina. Když však magma vyvěrá na povrch, říkáme mu láva a po ochlazení a ztuhnutí se z něj stává extruzivní vyvřelá hornina. V Himálaji nejsou žádné sopky, ale před 60 miliony let v počáteční fázi budování himálajských hor by sopečná činnost, jako je vyvrhování magmatu pod povrch, byla běžná.

Z měření magnetismu hornin, datování rostlinných a živočišných fosilií v horninách a studia změn v pohybu pevniny víme, že himálajská pohoří vznikla, když se srazily indická a euroasijská deska neboli kusy zemské kůry plující nezávisle na sobě nad pláštěm - a tento proces pokračuje dodnes. Asi před 60 miliony let se indická deska nacházela asi 6 400 kilometrů jižně od euroasijské desky. Při jejím pohybu na sever byl pod euroasijskou desku do nitra Země vtažen dávný oceán zvaný moře Tethys. Oceánská kůra a všechny drobné částečky sedimentů, které se dříve nacházely na pobřeží moře, byly také vtaženy dolů, kde se roztavily na magma. Nakonec se magma přesunulo do puklin a trhlin hluboko v nitru Země, kde ztuhlo v naši žulu! Když z ní smeteme trochu hlíny a trávy - a požádáme tu kozu, aby šla dál! -- můžeme si lépe prohlédnout naši horninu a její strukturu. Horniny obsahují minerály, které tvoří krystaly, což je situace, kdy jsou molekuly nebo atomy uspořádány do pravidelného opakujícího se vzoru. Rychlost ochlazování magmatu ovlivňuje krystalizaci a strukturu horniny. Intruzivní horniny, jako je žula, chladnou pomalu, takže mají více času na vytvoření větších krystalů minerálů, a proto žula vypadá hrubozrnně a krystaly můžeme vidět i bez mikroskopu. Magma se také může vyskytovat v různých hloubkách v kůře a plášti - což znamená, že je také vystaveno různým teplotním a tlakovým podmínkám. Těžší minerály hlouběji pod povrchem krystalizují jako první a jsou hustší a tmavší, zatímco minerály, které vznikají blíže k povrchu, jsou méně husté a mají světlejší barvu. Naše žula je tedy felsická, což znamená, že je bohatá na světlé, lehčí minerály, zejména křemík a hliník, a magma, z něhož vznikla, bylo blíže povrchu. Na druhou stranu láva při dopadu na zemský povrch velmi rychle chladne, což omezuje růst krystalů. Extrudované horniny, jako je čedič, nakonec obsahují malé, jednotlivé minerály a jemnozrnnou strukturu, která vypadá mnohem celistvěji. A čedič je mafický, což znamená, že je bohatý na tmavší, těžší minerály, jako jsou sloučeniny hořčíku a železa. I když vznikl z lávy na povrchu, původní magma se nacházelo hluboko v zemské kůře nebo plášti.

Přesto se náš kus žuly nějakým způsobem dostal na povrch. Třeba byl vyzdvižen, když se indická deska posunula dále na sever a Himálaj se zvedl. Na povrchu se horniny musí vyrovnávat s jinými teplotami a tlaky, než kde vznikaly hluboko v zemské kůře. Nemluvě o zvětrávání a erozi nebo rozkladu zemskou atmosférou, vodou a živými organismy. Voda se svou schopností rozpouštět prakticky cokoli může zejména měnit, rozkládat a rozkládat horniny. Jejich kusy pak může vyzvednout a uložit jinde. Jakmile jsou tedy zvětráváním a erozí odstraněny přebytečné horniny a půda, je naše žula vystavena zcela novému povrchovému prostředí. A mohlo by se zdát, že žulový výchoz jen tak sedí a nic nedělá. Ale probíhají zde neviditelné procesy. Třeba tlak je zde na povrchu jiný, takže se vnějších několik centimetrů horniny může rozpínat směrem ven a praskat. Pak se mohou uvolněné vnější vrstvy horniny odlupovat, jako když had svléká kůži. Nebo teplotní rozdíly mohou také způsobit rozpínání nebo smršťování horniny. To vede ke granulární dezintegraci, neboli když se jednotlivá minerální zrna uvolní z horniny. Tak se v průběhu tisíců nebo milionů let kolem paty tohoto žulového balvanu nahromadily tuny malých kousků horninového prachu.

Takže když se nad vrcholem hory shromáždí mraky a začne vytrvalý déšť, mohou být tato malá minerální zrnka spláchnuta do potoka a nakonec mohou být během povodně vyvržena podél břehů koryta. Nebo se odrazí spolu s vodou a doputují až k místu, kde se řeka vlévá do moře a zrnka se stanou součástí oceánského dna. Taková zrnka jsou sedimenty. Staletí monzunů a půdní eroze pokryla dno Bengálského zálivu až 20 kilometry sedimentů z Himálaje. Část našeho žulového balvanu tedy ve skutečnosti leží na dně oceánu. Kdybychom mohli rozříznout všechny sedimenty ležící na dně Bengálského zálivu, pravděpodobně bychom viděli vodorovné vrstvy nebo vrstvy z různých dob, kdy se usazovalo velké množství sedimentů. Postupem času se vlivem tlaku způsobeného tíhou materiálu nad nimi sedimenty zhutňují, tmelí a přeměňují v sedimentární horniny, na kterých jsou stále patrné některé původní vrstvy. Sedimentární hornina, jako je pískovec, je tedy tvořena stmelenými částicemi křemene a dalších minerálů o velikosti písku. Má velmi dobře viditelná zrna, spoustu drobných otvorů a je odolná vůči zvětrávání. Jiné sedimentární horniny, například vápenec, vznikají při klesání zbytků organismů, jako jsou měkkýši, korály a plankton, na dno oceánu. Uhlí je další z organických sedimentárních hornin, která vzniká, když se v bažinatém prostředí po miliony let hromadí a zhutňuje organická hmota.

Na dně dávného moře Tethys, které zaniklo asi před 20 miliony let, by se sedimentární horniny vytvořily ze sedimentů, které přinesly řeky. Jak se však indická deska posouvala na sever, mezera mezi indickou a euroasijskou deskou se zužovala. Když se desky srazily a vznikl Himálaj, sedimenty na mořském dně se stlačily a zmačkaly. Kromě toho, že byly horniny stlačeny a zmačkány, musely také projít intenzivními změnami teploty a tlaku. Všechny tyto děje způsobují, že stávající horniny procházejí metamorfismem a mění se na zcela nový typ hornin. Všechny minerály z původní horniny překrystalizují, aniž by se musely roztavit na roztavenou horninu. Nové metamorfované horniny jsou obvykle tvrdší, kompaktnější a odolnější vůči zvětrávání. Pokud by se tedy nějaký sediment z našeho kusu žuly dostal pod hladinu moře Tethys, pravděpodobně by se změnil na gneiss. Gneiss má střídavě pruhy světlých a tmavých minerálů a může vzniknout z různých hornin. Je také velmi tvrdý a odolný vůči zvětrávání a erozi. Náš žulový balvan tedy začal svůj život jako vyvřelá hornina. Ale jak se kusy odlamovaly, mohly se zhutnit v sedimentární horninu nebo se změnit v metamorfovanou horninu.

Vypadá to, jako by tu ležel celou věčnost, ale horniny, jako je náš kus žuly, se v rámci koloběhu hornin po miliony let neustále mění z jednoho typu horniny na jiný. Příběh naší žuly však není příběhem všech hornin. Existuje mnoho cest, kterými se cyklus ubírá. Například vyvřelé horniny mohou přeskočit roli sedimentárních hornin a přejít přímo k metamorfovaným horninám. Nebo dokonce znovu roztavit a překrystalizovat a vytvořit novou vyvřelou horninu. Ať už se šplháte po 3000 stop vysokém žulovém monolitu, nebo kopete do kamínku na silnici, každý kus horniny má svůj příběh, který může být starý miliony let a který do kamene vyryly procesy na povrchu i v hlubinách Země. Příště si povíme příběhy jiného druhu měňavek: kontinentů a toho, jak desková tektonika vytvořila Zemi, jak ji známe dnes.