Zvětrávání

*Jak se zemské desky rozcházejí, srážejí, subdukují a posouvají kolem sebe, oceány se otevírají a uzavírají, kontinenty se znovu skládají a zemětřesení, sopky a pohoří ohýbají zemskou kůru. To vše spojuje dva klíčové hráče fyzikální geografie: globální tektonické systémy a klimatické systémy. Zejména prostřednictvím zvětrávání, kdy se horniny rozpadají fyzikálním rozpadem nebo chemickým rozkladem. Proces zvětrávání vlastně odstraňuje oxid uhličitý z atmosféry tím, že ho přeměňuje na chemické sloučeniny zvané uhličitany, které se mohou rozpustit ve vodě a nakonec se přeměnit na horniny. A mladá pohoří jako Himálaj, která vznikla teprve před 40-ti miliony let, se zdají být nadčasová, ale ve skutečnosti rychle zvětrávají a erodují. Což může ovlivnit rovnováhu zemských systémů. Někteří geomorfologové, kteří studují tvary reliéfu a povrchové procesy, jež utvářejí Zemi, se totiž domnívají, že zvětrávání Himálaje v době, kdy poprvé vyrostl - spolu se Skalistými horami a Alpami -, ovlivnilo atmosféru natolik, že se změnilo globální klima. K zarovnávání celých pohoří samozřejmě dochází v průběhu milionů nebo desítek milionů let. Ale i tak můžeme vidět zvětrávání v akci. V časovém měřítku, které jsme schopni pochopit, dodává zvětrávání červenohnědý nádech mému kolu ponechanému venku a rozežírá fasády starých budov. Ale ať se podíváme kamkoli, zvětrávání je prvním zásadním krokem při opotřebovávání krajiny a pomalu, ale jistě formuje Zemi. Jmenuji se Alizé Carrère a toto je Crash Course Geography.*

Jak jsme se dozvěděli před několika díly, topografie Země neboli tvar země vzniká v důsledku celé řady různých procesů - některé vznikají uvnitř Země a jiné na ní. A koloběh hornin - což je neustálý vznik a zánik hornin a minerálů - je poháněn jak těmito vnitřními, neboli endogenními, tak vnějšími, neboli exogenními silami. Mnoho hornin vzniká za vysokých teplot a tlaků hluboko v zemské kůře.   Když jsou pak vystaveny nižším teplotám a tlakům na zemském povrchu a všemu vzduchu, vodě a organismům, začnou se rozpadat. Což je právě součástí životního cyklu hornin. Ačkoli každý ze tří typů hornin má na základě svého vzniku odlišné vlastnosti, všechny horniny se nakonec rozpadnou na jemnější materiál. A právě zde přichází na řadu zvětrávání. Zvětráváním se horniny rozpadají a vznikají rozdrobené materiály nebo sedimenty, které se stávají surovinou pro další horniny a pro vznik půd.   Jedním z důvodů, proč je zvětrávání tak důležité, je tedy to, že je hlavním zdrojem anorganického materiálu v půdě, který vegetace potřebuje ke svému růstu. Nebýt zvětrávání, byl by pevninský povrch Země jen pevným skalním podložím. Jakmile se tyto sedimenty vytvoří, často je vítr, tekoucí voda, led a vlny zvednou a přemístí někam jinam - a pro tento proces máme jiné slovo: eroze. Zvětrávání tedy můžeme chápat jako přípravu horninového materiálu k přemístění a erozi jako situaci, kdy se hornina skutečně přemístí. Obojí tvoří první fázi denudace, což je obecné slovo, které používáme pro všechny procesy, které odnášejí krajinu. I když někdy se zvětralá hornina může pohybovat i bez pomoci erozního činitele, jako je voda.   Stejně jako zvětralým pláštěm nazýváme kousky na vrcholu pevného skalního podloží, které se ještě nepohnuly a mohou zůstat tam, kde jsou. Nebo se může vlivem gravitace plazit, sesouvat, sesouvat nebo stékat dolů, čemuž říkáme pohyb hmoty.

To jsou ty sesuvy půdy, suťové proudy a sesuvy půdy, o kterých slýcháme a které mohou být opravdu nebezpečné a často se stávají titulními zprávami.  Než však dojde k jakémukoli transportu - vlivem gravitace nebo eroze - musí být půda skutečně rozbita jedním ze tří hlavních typů zvětrávání. V podstatě se musíme zamyslet nad tím, jak se mohou horniny lámat. Začněme tedy jen s vodou. Když se voda změní v led, ve skutečnosti zvětší svůj objem o 9 % - tak vám může prasknout vodovodní potrubí, když se pořádně ochladí. Vzroste tlak a [\*hluk praskajícího potrubí\*]. Totéž se děje ve skále. Voda, která se vsákla do pórů v hornině, se při mrznutí rozpíná, zvyšuje napětí a způsobuje prasknutí horniny. Jedná se o mrazové působení, které může odlomit cokoli od malých zrnek až po velké balvany a je důležitým procesem v chladných prostředích, kde jsou běžné cykly zmrazování a rozmrazování.   Úlomky, které vznikají mrazovým působením, mají také zvláštní název. Říkáme mu škrapy a můžeme ho najít na úpatí skal v pohořích, jako jsou Alpy a Skalisté hory. Skály se mohou drolit také v pobřežním a suchém prostředí a v obdobích suchého počasí, kdy dochází k velkému odpařování díky růstu solných krystalů.

Při odpařování vody mohou vyrůstat krystaly z minerálů, které byly ve vodě rozpuštěny. Krystaly vyplňují pórové prostory a další mezery v hornině a vyvíjejí tlak, který roztlačuje minerální zrna. Když vypadávají z hornin, jako je pískovec, říkáme tomu zrnitý rozpad. Stejně jako v arizonském Canyon de Chelly najdeme vesnice postavené do skalních stěn, které používala kultura předků Pueblo asi před 1000 lety. Tato skalní obydlí je chránila před přírodními živly i před útoky nepřátel a představovala celou síť vzájemně propojených obydlí a obřadních center umístěných v hlubokých zářezech vytvořených v pískovcových skalách.   Zvětralé výklenky byly částečně vytvořeny růstem krystalů soli. Ať už je tedy hornina zvětrávána růstem krystalů soli nebo působením mrazu - nebo jinými procesy, které nebudeme rozebírat, jako je tepelné zvětrávání, odtěžování a slaňování - když se hornina rozpadá na postupně se zmenšující úlomky, aniž by se měnila chemickými látkami, nazývá se to mechanické zvětrávání. Mechanické zvětrávání nakonec mění pevnou horninu v regolit - což je důležitá spodní vrstva půdních profilů - a také pomáhá našemu dalšímu typu zvětrávání tím, že poskytuje větší plochu pro činnost zvětrávacích procesů. Pojďme si tedy promluvit o tom kole, které jsem přes noc [ehm, možná vlastně na mnoho dní] vynechal. Červenohnědý nádech na něm je způsoben oxidací, což je proces, kdy se některé kovové prvky spojují s kyslíkem a vytvářejí oxidy.  Železo v rámu mého kola se vytahuje ven a vytváří oxid železa neboli rez, což ho oslabuje.

A totéž se děje v horninách. Když se kyslík rozpuštěný ve vodě dostane do kontaktu s železem v hornině, železo se oddělí a oslabí strukturální integritu horniny. Jedná se o formu chemického zvětrávání, ke kterému dochází, když jsou některé nebo všechny minerály v hornině změněny nebo rozloženy činiteli, jako je voda, kyslík, uhlík a další organické kyseliny. K chemickému zvětrávání jsme ve skutečnosti do značné míry přispěli my lidé.   Jako například na sloupech Parthenonu, což je chrám zasvěcený bohyni Athéně, který stojí již více než 2500 let na Akropoli v řeckých Aténách. Nyní je na sloupech černá krusta z oxidu siřičitého, který se uvolňuje do ovzduší při spalování uhlí v elektrárnách, z kouře, spalování ropy a dalších průmyslových procesů. Když se k tomu přidá trochu vlhkosti, oxid siřičitý vytvoří kyselinu sírovou, která způsobuje korozi některých kamenných povrchů. K chemickému zvětrávání však dochází i bez nás.   Voda je univerzální rozpouštědlo - to znamená, že dokáže rozpustit téměř cokoli, co se pak může vstřebat do horniny - takže je při chemickém zvětrávání velmi účinná.  Zejména v kombinaci s oxidem uhličitým, kdy vzniká chemická sloučenina kyselina uhličitá, která rozpouští mnoho minerálů a vytváří uhličitany v procesu zvaném karbonatace.   Je to stejný proces, který dodává perlivým nápojům šmrnc a jiskru... a dokonce vytváří jeskyně. Oxid uhličitý se rozpouští v dešťové vodě a zejména ve vlhkém podnebí dochází ke karbonataci v horninách, jako je vápenec, kde je hlavním minerálem tvořícím horninu kalcit neboli uhličitan vápenatý. Uhličitan vápenatý reaguje s kyselinou uhličitou za vzniku hydrogenuhličitanu vápenatého, který se může ve vodě rozpustit.

Takže stejně jako oxidace oslabila rám mého kola, karbonatace oslabuje vápenec. A když jsou celé oblasti tvořeny vápencem - a je jich hodně, protože na Zemi je hodně vápence - vzniká krasová topografie, v níž se objevují jeskyně. Slovo kras pochází z názvu krasové plošiny ve Slovinsku, kde byla tato zvláštní krajina poprvé popsána. Krasové scenérie se však nacházejí také v jižní Číně, Japonsku, Portoriku, na Kubě a na poloostrově Yucatán a také v amerických státech Kentucky, Indiana, Nové Mexiko a Florida. V krasové oblasti se povrchové toky odvádějí do podzemí otvory ve skalách, které vznikají karbonatací, a tak vznikají mizející potoky a suchá údolí. Mohou zde vznikat strmé boční rokle s dutinami zvanými závrty, které se často katastrofálně propadají. Když se dutiny ve skále zvětší natolik, že do nich člověk může vstoupit a prozkoumat je, stávají se oficiálně jeskyněmi. A pokud jsou tvořeny vápencovou horninou, říkáme jim jeskyně roztokové, které obvykle vznikají mezi dvěma různými horninami, například vápencem a břidlicí. Když vstupujeme do roztokové jeskyně, abychom se vydali na spelunking nebo průzkum jeskyní, vstupujeme do podzemního světa, který existuje pouze díky chemickému zvětrávání. Můžeme vidět sedimenty z ledovců smíšené s kostmi mrtvých zvířat nebo dokonce lidí. A pokud budeme mít štěstí, můžeme vidět artefakty, jako jsou keramické střepy a hroty oštěpů z neolitu, doby bronzové nebo železné. O kousek dál možná vejdeme do zhruba dómovité komory, která je dostatečně velká na to, aby se do ní vešla vysoká budova, a kterou pravděpodobně vyhloubila tající voda proudící jeskyní na konci poslední doby ledové. Dále se ocitneme v užší chodbě a uvidíme krásné a jemné útvary zvané krápníky, které vyrůstají ze stropu.   Obvykle jsou tvořeny uhličitanem vápenatým, který zvětral a poté byl podzemní vodou po kapkách odnášen a usazován ze stropů a stěn jeskyně. Podobně vypadající usazeniny vyrůstající ze dna jsou stalagmity.

V závislosti na tom, jak rychle voda odkapává, kolik minerálů voda obsahuje a jaká je atmosféra v jeskyni, mohou vypadat spíše jako sloupy nebo kužely. A tam, kde se stalaktit spojuje se stalagmitem, vzniká sloup. Mnoho stalaktitů, stalagmitů a sloupů se zbarvuje do krásných barev, protože oxidací dochází k oxidaci železa a manganu. Při pohybu jeskyní není divoká scenérie jediným rozdílem, kterého si všimneme oproti povrchu.   Jeskyně jsou také jedinečným biotopem s křehkými, samostatnými ekosystémy s jednoduchými potravními řetězci a odlišným klimatem. Například bakterie zde dole mohou syntetizovat anorganické prvky v naprosté tmě - na rozdíl od rostlin na povrchu - a produkovat organické sloučeniny, které živí další jeskynní život, jako jsou řasy, drobní bezobratlí, slizcí salamandři, ryby a NETOPÝŘI! Jeskyně mohou být jen jedinou chodbou dlouhou několik metrů nebo velkým několikaúrovňovým rozsáhlým bludištěm.   Mamutí jeskyně v Kentucky v USA je nejdelší jeskyní na světě s více než 640 kilometry zmapovaných podzemních dutin a chodeb.   A odhaduje se, že na celém světě leží devadesát procent možných jeskyní neobjevených. Což by nemuselo být úplně špatné, protože jeskynní turistika vážně ovlivňuje tato nadpozemská místa, jejichž zvětrávání trvalo miliony let. Když se tedy vynoříme z prohlídky jeskyní, musíme se mít na pozoru. Jako například dávat pozor, abychom bez rozsáhlé dekontaminace nebo dokonce vůbec nepoužili své vybavení znovu v jiných jeskyních, abychom zabránili šíření syndromu bílého nosu, plísňového onemocnění, které v Severní Americe zabíjí netopýry. A konečně působením živočichů a rostlin dochází k biologickému zvětrávání, které napomáhá mechanickému i chemickému zvětrávání.

Jako ta dospívající dívka v Harbinu z třetího dílu, která si při běhání málem vyvrtla kotník o obrubník. Mohlo to být tím, že obrubník byl nerovný, protože kořeny stromů vyvíjely tlak, který chodníky nadzvedával. Jiné organismy se zavrtávají do hornin a bakterie, řasy, houby a lišejníky mohou chemicky měnit minerály v horninách. Když odumřelé lišejníky zanechají na skalách tmavé skvrny, mohou tato místa absorbovat více tepelného záření než světlejší hornina, což podporuje zvětrávání. A nesmíme zapomenout ani na nás lidi, kteří jsme skalní podloží obnažili stavbou lomů, dolů, silnic a železnic. A naše zemědělské postupy v průběhu historie výrazně změnily půdu a zvětrávací procesy v mnoha regionech. Zvětrávání je složitý jev a neexistují pevná pravidla, jak budou různé horniny zvětrávat v různých klimatických podmínkách, protože výsledky mohou ovlivnit i drobné rozdíly v jejich vlastnostech a množství dostupné vlhkosti. Samotné zvětrávání však nefunguje samo o sobě a závisí na dalších procesech, které transportují sedimenty a obnažují čerstvé horniny. Na svahu jsou procesy zvětrávání, transportu a eroze do značné míry vzájemně závislé a tvoří jeden jednotný systém utvářející Zemi.