Možný příběh vysokotlakých hornin v Českém masivu
Každý se jistě již někdy pozastavil nad nějakým kusem kamene či skály. Jen málokdo si však položí otázku, co je daný kámen zač a jaký je jeho původ. V geologii si tuto otázku naopak kladou velmi často a vědci vyvíjí nemalé úsilí pro pochopení dějů, které utvářely tvář země, po které zde ve střední Evropě chodíme a kterou využíváme. Tentokrát se tým vědců za přispění doc. Ondreje Lexy z Ústavu petrologie a strukturní geologie Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy zaměřil na ultravysokotlaké horniny v Českém masivu a objasnění jejich původu.
Český masiv je rozsáhlá geologická jednotka na území České republiky, která zaujímá většinu jejího území. Hlavní pro její zformování bylo tzv. variské (hercynské) vrásnění, které probíhalo v období středního devonu až karbonu, tedy před 380–310 mil. lety a bylo mimo jiné významným milníkem při vzniku superkontinentu Pangea. Tehdy se Český masiv nacházel v oblasti střetu dvou kontinentálních desek, při němž docházelo k podsouvání jedné kontinentální desky pod druhou kontinentální desku. Tento proces, běžně nazýván jako kontinentální kolize a subdukce, způsobil vznik oblasti silně metamorfovaných a zvrásněných hornin, tzv. orogen. Ten má obecně v době svého vzniku často na povrchu podobu vysokého pohoří. I při variském vrásnění takové pohoří vzniklo, tzv. variscidy, jejichž součástí byl i Český masiv, i když toto horstvo během dalšího geologického vývoje postupně odstranila eroze a dnes už můžeme pozorovat pouze relikty. V dnešních dobách bychom tento proces mohli hledat např. v Himálajích.
Orogeny bývají geologicky velmi pestré, a Český masiv v tomto netvoří výjimku, ba naopak. Můžeme zde sledovat obrovské spektrum hornin od plutonických komplexů přes široké spektrum výlevných hornin až po metamorfované horniny různého původu i stupně. Výše zmíněná studie zkoumá hlavně oblasti s výskytem ultravysokotlakých hornin, což jsou horniny, které se v průběhu svého vývoje dostaly do podmínek extrémně vysokých tlaků. Tyto oblasti jsou tvořené z granulitů, v některých případech z migmatitů, peridotitů a eklogitů. Peridotity i eklogity jsou oboje horniny, jejichž vznik je s vysokými tlaky běžně spojen, jejich výskyt ve zkoumaných oblastech není nic světoborného. Zato granulity a migmatity jsou běžně spíše než s vysokými tlaky spojovány s vysokými teplotami, což jsou naprosto odlišné podmínky. Naše granulity ale obsahují relikty ultravysokotlakých minerálů jako jsou mikrodiamanty či coesit (vysokotlaká forma křemene). Z toho se dá soudit, hornina před konečnou metamorfózou na granulit či migmatit musela projít opravdu vysokými tlaky.
Na první pohled se na výskytu vysokotlakých minerálů a hornin v subdukčním orogenu nemusí jevit nic zvláštního. Obecně platí, že při subdukci mají tendenci vznikat vysokotlaké horniny, protože subdukující deska si s sebou do hlubin stahuje svůj studený teplotní gradient. Než okolní teplé horniny zvládnou desku ohřát natolik, aby se začala výrazně teplotně metamorfovat či dokonce tavit, zvládne se deska dostat do obrovských hloubek. Cestou už se za přítomného tlaku, který se výrazně navyšuje s každým dalším kilometrem, stihne tlakově metamorfovat.
A i když se tyto vysokotlaké horniny v orogenech vyskytují, jsou obecně vcelku vzácné, protože jejich navrácení na povrch je složitý proces. Navíc tak vysokotlaké minerály jako například diamanty se dají nalézt jen v opravdu specifických oblastech. Nejobyčejnější model kontinentální subdukce je nezahrnuje. Jejich vznik je podmíněný komplexnějšími podmínkami a ději, na jejichž objasnění se stále pracuje. Zdejší studie se pokusila pomocí matematických výpočtů a modelování z velkého spektra již dříve naměřených dat namodelovat situaci, při které by tyto vysokotlaké horniny vznikaly pomocí děje nazývaného translitosferický diapirismus.
O jaký děj se jedná?
Zdroj: původní studie
Výjimečnost kontinentálních subdukcí spočívá v tom, že subdukovaná kůra je kontinentální (a ne oceánská, jak je tomu ve většině dnešních subdukčních zón). Ta je, mimo mnoha dalších specifik, výrazně lehká. Horniny v okolním plášti, kam je subdukovaná deska zavlečena, jsou naopak poměrově mnohem těžší. Horniny kontinentální kůry projdou při zavlečení vysokotlakou přeměnou, která se projevuje vznikem již zmíněných (ultra)vysokotlakých minerálů. I když při této metamorfóze dojde ke ztěžknutí (zvětší se hustota), hornina je stále lehčí než okolní plášť a má v něm tendenci stoupat vzhůru. To způsobuje postupné hromadění těchto hornin pod orogenem v hloubce cca. 100-180 km (obrázek 3, první model). Po dosažení kritického množství tyto horniny začnou stoupat nahoru jako tzv. diapiry, tedy jakési kapsy hmoty (obrázek 3, druhý model). Matematické modelování naznačuje existenci různých způsobů výstupu těchto hornin, převážné podél původního subdukčního rozhraní nebo v centrální (kořenové) části orogenu. V druhém případě horniny při stoupání opustí studený teplotní gradient subdukční zóny a dostanou se do podmínek vysokých teplot v zemském plášti. To znamená, že horniny prochází i teplotní metamorfózou, při jejich nálezu tedy na první pohled nemusí být očividné známky jejich vysokotlakého původu. Když hornina vystoupá dostatečně vysoko, dojde k finální exhumaci (obrázek 3, třetí model).
Takhle řečeno je proces samozřejmě velmi zjednodušený. Přidruženě se u vystupujícího diapiru může odehrávat tavení, míchání lehkých hornin s okolním pláštěm a podobné záležitosti. Jestli k tomu dochází je ovlivněno jak již zmíněnými teplotně tlakovými podmínkami, které vládnou v konkrétním orogenu, tak i délkou daného procesu. V závislosti na vývoji těchto podmínek se může vyskytovat i více jevů v jednom orogenu (což je mimochodem případ i Českého masivu). Obecně se nedá namodelovat jeden prototypní model translitosferického diapirismu, každá jedna změna v parametrech změní i chování diapiru. Není ani nic výjimečného, že při podmínkách v orogenu k diapirismu vůbec nemusí dojít. Proto se také nevyskytuje v běžném modelu subdukce.
Samozřejmě, vždy je v geologii nutné u podobných modelací brát na zřetel, že studovaná jednotka není jediný výsledek orogenního procesu (či jakéhokoliv jiného procesu, vezmeme-li to v širším měřítku). Variscidy v rámci Evropy tvoří rozsáhlé oblasti ve Francii, Británii či Německu, a v ideálním případě by se tyto ultravysokotlaké horniny měly nacházet i na vícero lokalitách, pokud je chceme spojovat s variským vrásněním. Naštěstí se tak děje, studované granulity nejsou jediná tělesa v bývalém pohoří. Je totiž potřeba vždy se na geologii dívat jako na celek, a ne jako na jeden izolovaný děj.
Kristýna Votrubcová
Publikováno:
Pondělí 04.04.2022 11:10
Akce dokumentů