Geologická činnost ledovců

1. Geologická činnost ledovců

2. Rozdělení ledovců Alpinské (horské) ledovce – relativně malé ledovce v horských údolích Kontinentální ledovce (štítový) –Zaujímají téměř 10 % povrchu. Mocnost ledovce v Grónsku cca 1500 m, v Antarktidě více než 15 km. Dnes pouze Antarktida, Grónsko, větší územní rozšíření v glaciálech (pleistocen). Obr.: Ledovec v Antarktidě

3. Ledovce a hydrogeologický cyklus Pohyb vody v neustálém pohybu. Srážky spadlé na horách nemusí vždy rychle odtéct do moře, někdy mohou být „uskladněny“ na povrchu Země v podobě ledovců. V ledovcích vázáno méně než 2 % vody z celkového obsahu H2O v hydrosféře. Alpinské ledovce – 210 000 km3. Antarktický ledovec cca 800 000 km3. Pokud by roztál Antarktický ledovce - úroveň oceánu by stoupla o 60 až 70 m, došlo by k zatopení značné části pobřežních oblastí (souhrn všech řek na světě by tuto vodu odváděly cca 750 let). Antarktický ledovec představuje největší zásobárnu pitné vody na světě – cca 2/3 celosvětových zásob. V současnosti ledovce zaujímají cca 1/3 plochy rozšíření v dobách ledových (glaciál).

4. Formování hmoty ledu v ledovcích Ledovce se formují v oblastech, kde v zimě napadne více sněhu, než v létě odtaje. Ledovce vznikají hromaděním sněhu, který opakovaným natáváním a mrznutím se mění na firn, z firnu na firnový led a z firnového ledu na led ledovcový. Proces přeměny sněhu na firn se nazývá firnovatění, které se děje především pod vlivem tlaku nadložních vrstev, kdy se mění původní hexagonální struktura krystalů sněhu v důsledku kondenzace vody v blízkosti center krystalů. Tímto se sněhové vločky stávají menší, hustší a zakulacenější za současného zmenšování pórů. Vzduch je vytlačován ven a z původně sypkého sněhu vzniká firn konzistence písčitých zrn. Zvýšením tlaku v důsledku přírůstku dalších vrstev sněhu se firn v podloží mění v led (při mocnosti cca 50 m).

5. Pohyb ledovců Ledovec teče (přestože je tuhý). Pohyb ledovců – 2 typy pohybu: • plastické tečení (mocnost ledovce větší než 50 m). Tento pohyb umožněn molekulární strukturou ledu. Ledovcový led je složen z vrstev molekul ležících nad sebou, vazby mezi vrstvami jsou slabší než uvnitř vrstev. Když tlak překročí hranici pevnosti vazeb mezi vrstvami, začínají se jednotlivé vrstvy vůči sobě pohybovat. - bazální skluz –pohyb celého ledovce po podloží v důsledku tenké vrstvičky vody v kapalném skupenství při bázi tělesa ledovce, která vzniká: - tlakem ledu - v důsledku tření vyvolaného „plastickým“ pohybem - vlastním teplem unikajícím ze Země - teplem uvolňujícím se při mrznutí roztáté vody (latentní teplo) prosakující ze shora

6. Celkový pohyb ledovce kombinace plastického tečení + bazálního skluzu Plastické tečení – v důsledku tření na kontaktu s podložními horninami tento pohyb nejpomalejší při bázi a vzrůstá směrem vzhůru. Bazální skluz – konstantní v celém vertikálním profilu Horní profil ledovce (50 m) – není pod tlakem umožňujícím plastické tečení – zóna zlomů – vzniká v důsledku neschopnosti horní vrstvy plasticky téci, když se ledovec pohybuje přes nepravidelný terén, může být zlomová zóna dále namáhána a vznikají trhliny v ledovci (crevasse).

7. Rychlost pohybu ledovce Podobně jako u vodních toků je v důsledku tření tělesa ledovce s podložními horninami, rychlost pohybu ledovce nerovnoměrná (největší v centru). Rychlost u jednotlivých ledovců může být velmi variabilní. Rychlost se zvyšuje se sklonem svahu, mocností ledovce, množstvím sněhových srážek, hodnotou teploty při bázi, s hladkostí podloží. Některé ledovce pohybující se obvykle normální rychlostí vykazují periody extrémních rychlostí až několika desítek metrů za den (surges), poté opětovně zpomalují na běžnou rychlost pohybu. Příčina: zvýšená rychlost bazálního skluzu v důsledku zvýšeného vztlaku vody pod tělesem ledovce. K tomu může dojít v souvislosti se změnami v systému transportních cest vody podél ledovcového lůžka. Není zcela vyřešeno – teorie, že „surging“ antarktického ledovcového pokryvu může být faktor v inicializaci ledových dob a cyklických změn úrovní hladiny oceánů.

8. Anatomie ledovců Ledovce neustále získávají a ztrácejí hmotu. Trvalá sněžná hranice – vrstevnice, která odděluje oblasti s trvale vyskytujícím se sněhem od území bez sněhové pokrývky. Regionálně i lokálně variabilní. Zóna akumulace – zde se shromažďují sněhové a ledové hmoty. Leží nad sněhovou hranicí. Zóna ablace – pod sněžnou hranicí, redukce ledovce. Odtávání, výpar, telení ledovců (odlamování ker do mořínebo jezer) Jestliže převládá akumulace, ledovcové čelo postupuje, pokud převládá ablace, ledovce ustupují. Stacionární ledovce – ablace a akumulace v rovnováze. Při porušení rovnováhy nastává pohyb čela ledovce, dokud se nenastolí nová rovnováha.

9. Glaciální eroze Ačkoli dnes mají ledovce jako erozivní činitel limitovanou důležitost, jejich význam je patrný v mnoha částech krajiny, která aktuálně není v dosahu ledovců (pleistocen). Tlak ledovce vytváří typická údolí tvaru U. Dva typy ledovcové eroze: • Odlamování (detrakce) – v důsledku pohybu ledovce dochází k odlamování bloků podložní horniny. Toto se děje mechanicky za přispění změn teploty, kdy dochází k roztávání a následnému mrznutí vody pod ledovcem. Ta se částečně vsakuje do horniny, kde při zmrznutí zvětšuje svůj objem, což vede k roztrhání horniny. Hornina je pak unášena spolu s ledovcem. Takto vznikají úlomky variabilních velikostí. • Ohlazování (abraze) – postupující ledovec se smýká po podložních horninách, které zjemňuje a vyhlazuje. Rozemletý jemnozrnný materiál (jíly) se nazývá horninová mouka, která může být unášena ledovcovou řekou. Když ledovec při bázi obsahuje velké fragmenty vznikají glaciální rýhy, které jsou zaříznuty do skalního podloží. Tento typ eroze se nazývá brázdění (exarace).

10. Obr. Eroze ledovců

11. Obr. Skalní mouka Obr. Exarace – glaciální rýhy

12. Efekt eroze se u kontinentálních a horských ledovců poměrně značně liší. Alpské ledovce – ostrá, angulární topografie. Pohybem dolů ledovce prohlubují údolí a terénní nepravidelnosti, horské strmé kaňony, holé vrcholy hor Pevninské ledovce – změkčují výraz krajiny, nad ledovcový štít vystupují jen nejvyšší vrcholky hor Glaciální eroze je závislá na čtyřech faktorech: • rychlosti pohybu • mocnosti ledu • tvaru, velikosti a tvrdosti fragmentů hornin transportovaných ledovcem • Vlastnostech podložních hornin Obr. Pevninský ledovec Obr. Alpinský ledovec

13. Geomorfologie glaciální krajiny Ledovcová údolí – většinou vznikají v již dříve založených horských (říčních) údolích tvaru V, protože tato údolí jsou vysoko nad erozivní základnou a u vodních toků převládá hloubková eroze. Během glaciace tato úzká, hluboce zařízlá údolí podstupují morfologickou transformaci – narozdíl od řek, ledovcový splaz zaujímá veškerý prostor údolí, které je pohybem ledovce prohlubováno, rozšiřováno a prodlužováno. Glaciální údolí je poměrně rovný příkop s plochým dnem a strmými svahy.

14. Zkrácené ostrohy – ledovec, který není schopen sledovat přesnou dráhu toku, erozní silou odlamuje skalní výběžky v zákrutech toku, které posunuje do údolí. Vznikají útesy trojúhelníkovitého tvaru, které jsou umístěny podél ostrých zákrutů bývalých toků. Visutá údolí - vznikají vlivem menší erozní síle ledovce vyvinutého v bočním údolí (menší mocnost) než má ledovec hlavní, který údolí prohlubuje hlouběji. Po ústupu ledovce vznikají údolí jako relikty ústí „přítokových“ ledovců do hlavního ledovcového splazu.

15. Jezera pater noster – vznikají, když série depresí v ledovcovém údolí jsou zaplněna vodou. Jezera bývají propojena jediným tokem nebo mají společný pramenní systém. Kar – deprese kotlovitého tvaru. Dno je poměrně ploché, 3 strmé stěny jsou ve směru proti svahu, ve směru do údolí je kar otevřený. Kary jsou okrouhlé nebo protáhlé, mají-li půlkruhovitý tvar jsou označovány jako cirky. Vytvořily se v pramenních mísách svahových vodních zdrojů Kary představují nejdůležitější bod ledovcového růstu, neboť je to oblast, kde dochází k akumulaci sněhu a ke tvorbě ledu. Geneze karů - vznikly zřejmě ještě před zaledněním oblasti – mrazové zvětrávání. Karová jezera – vznikají po odtání ledovce.

16. Ledovcové sedlo (col) – vzniká, když dva ledovce jsou situovány na opačných stranách hřebenu a tečou navzájem od sebe. Zadní stěna mezi kary je plošně eliminována (detrakce, mrazové zvětrávání) za současného plošného zvětšování obou karů. Fjordy – dlouhá, úzká a hluboká ledovcová údolí, jež se vytvořila v blízkosti moře a po ústupu ledovců poklesem pevniny se se ponořila pod mořskou hladinu. Geneze není zcela vysvětlena – hloubka převyšuje i 1000 m.

17. Arete a horn – ostré „hřbety“ a „rohy“ mezi dvěma samostatnými ledovci. Oba tyto morfologické jevy vznikají obdobně - rozšiřováním dvou nebo několika karů detrakcí a mrazovým zvětráváním. Hřbety však mohou vzniknout i pohybem dvou ledovců zaplňujících paralelní údolí.

18. Roche moutonnee (ovčí lbi) – vyskytují se více u kontinentálních ledovců. vznikají deterzí při pohybu ledovce tam, kde se vyskytují pně tvrdších hornin. Odolnější skály v podloží ledovce bývají zaobleny a ohlazeny, takže vystupují ze svého okolí jako oblé vyvýšeniny slzovitého tvar protažené ve směru pohybu ledovce. Jemný sklon vznikl abrazí (obrušováním) strmá strana byla ulomena (detrakce). Tohoto jevu je využíváno při zjišťování směru pohybu ledovcového splazu, neboť mírný sklon je vždy na straně odkud se ledovec rozšiřoval.

19. Ledovcové usazeniny Ledovcové usazeniny mají v některých regionech významnou roli na vzhled krajiny. V areálech, které byly v ledových dobách pokryty štítem kontinentálního ledovce jsou většinou podkladní horniny překryty vrstvou glaciálních deposit, které mohou dosahovat mocnosti až stovek metrů. Glacial drift – sumární název pro veškeré sedimenty glaciálního původu. Dělí se na dvě základní skupiny: • Till – materiál přemisťován ledovcem B)Vrstevnaté uloženiny – usazeniny, které byly přemístěny roztátou ledovcovou vodou

20. Geomorfologické prvky tvarované z tillů Na rozdíl od vody a větru ledovce nemohou transportovaný materiál třídit dle velikosti. Ledovcové usazeniny (tilly) nejsou utříděny – směs částí rozličných velikostí. Erratické (bludné) kameny – transportovány na značnou vzdálenost (500 někdy i více než 1000 km). Jejich petrografické složení odlišné od hornin skalního podkladu. Velikost může být od štěrku až po obrovské balvany.

21. Morény – kamenné valy vzniklé ledovcovou činností. Jsou tvořeny převážně ze špatně utříděného materiálu, který se skládá z jílovitých materiálů až po balvany. Moréna může být buď ledovcem stále transportována nebo již uložena v oblasti, do které ledovec zasahoval. Čelní (koncová) moréna – vyvíjí se u kontinentálních i alpínských ledovců. Všechen materiál svrchních, vnitřních i spodních morén je nesen ke konci ledovce, kde se hromadí jako val obklopující podkovitě čelo ledovcového splazu. Pro vývoj čelní morény je třeba, aby čelo ledovce bylo po určitou dobu na jednom místě (stacionární ledovec). Jak ledovec taje, ukládají se tilly a čelní moréna roste. Při couvání ledovce se se odkrývá podloží splazu za valem čelní morény (pokud nedojde k protržení – jezera). Ústupové morény – ledovec se několikrát na delší dobu zastavil - Vznik koncových morén za sebou. Spodní (základní) moréna - představuje sedimentační pokryv v podloží ledovce, tvořený materiálem různého složení i původu, který ledovec transportuje. Kameny posunované ledovcem jsou postupně zbavovány hran a jsou zaoblovány (souvky – jejich povrch hladký, ale s rýhami).

22. Laterální moréna (u Alpínského typu) – útvar, který vzniká na okrajích postupujícího ledovce. Okolní horniny jsou obrušovány ledovcem, který získaný materiál částečně přenáší. Dalším zdrojem materiálu jsou sesuvy. Když led roztaje, transportované akumulace jsou uloženy poblíž údolních svahů. Střední moréna (u Alpínského typu) – vzniká při sloučení dvou ledovců z boční morény. Tilly nesené při okrajích obou ledovců se sdružují a vytváří tmavý pruh uvnitř nového tělesa ledovce (důkaz o pohybu ledovce).

23. Střední moréna a výzkum minerálů V zaledněných oblastech málo možností pro odběr vzorků (nepřístupnost). Nahrazuje se sběrem hornin ze středních morén, které obsahují reprezentativní vzorky materiálu ze stěn údolních skal. Povrch ledovce – laminární pohyb – materiál se nemísí, takže lze poznat odkud pochází. Předběžný průzkum, pokud se objeví např. kovy – následuje podrobný průzkum,.

24. Drumliny – asymetrické, slzovité útvary vysoké 15 až 50 m, dlouhé až 1 km, Strmá strana se nachází na straně odkud ledovec postupoval, jemnější sklon je situována ve směru pohybu ledovcového splazu. Většinou jsou soustředěny v tzv. dramlinových polích, kde může koexistovat až 10 000 drumlin. Vznik není zcela vyjasněn, byly však utvářeny v zónách plastického tečení v aktivním ledovci. Má se za to, že vznik mnoha drumlinů souvisí s postupem ledovce přes starší depositovaný drift a přetvarování uloženého materiálu.

25. Geomorfologické prvky tvořené z vrstevnatého driftu Tyto ledovcové uloženiny jsou vytříděny podle velikosti a váhy součástí - na sedimentaci se podílí ledovcová voda. Většinou sestává z uloženin písku a štěrku, protože jemnější části jsou unášeny jako suspenze („horninová mouka“)daleko od čela ledovce prostřednictvím ledovcové řeky. Písky a štěrky ledovcového původu jsou často těženy pro stavebnictví. Výplavová planina (outwash plaine) Zároveň s formováním koncové morény dochází vodou z odtávajícího ledovce k vyplavování neutříděného materiálu ze vznikajícího hřbetu morény do předpolí. Voda z roztátého ledu, přesycená suspendovaným materiálem, když opouští pole ledovcového splazu, přitéká do realtivně ploché krajiny, kde rychle ztrácí rychlost, což vede k poměrně masivní sedimentaci.

26. Provazové řeky – vznikají rychlou sedimentací v předpolí řeky způsobenou prudkým snížením spádu glaciální řeky po opuštění prostoru ledovcového splazu. Takto vzniká poměrně široká formace ledovcových naplavenin v předpolí čelních morén u mnoha ledovců.

27. Kotle – terénní deprese v prostoru výplavové pláně, které jsou zahloubeny v uloženinách tillů. Vznikají tehdy, když z ustupujícího ledovce se odlamují bloky ledu, které se hromadí v nánosech výplavové planiny a mohou v nich být zcela nebo částečně pohřbeny. Pozdějším roztátím vznikají nálevkovité dolíky z dobře vrstevnatého a vytříděného materiálu. Vyjímečně mají velikost až 10 km, hloubka činí cca 50 m. Často jsou zaplněny vodou.

28. Depozita na kontaktu s ledem Když tání ledovce se sníží k určitému bodu, zmenší se průtok ledovcové vody v glaciálních tocích a ledová kra uvízne v určitém místě. Pohybující se voda přináší sedimenty, které se hromadí při bázi stagnujícího kusu ledu. Po odtání kry zůstane na reliefu sediment ve formě kopců, teras a hřbetů. Kame – kopečky s příkrými svahy. Jsou to vlastně tělesa depozit sedimentující ledovcovou vodou před uvízlou krou nebo v případě depresí na jejím hořejším povrchu. Kameové terasy – v údolích, terasy se tvoří podél boků údolí. Jedná se většinou o úzké formace tvořící se mezi tělesem ledovce a stěnou údolí. Eskery – úzké hřbety písků a štěrků v šířce až 100 m. Jejich délka může převyšovat i 100 km. Vznikly sedimentací roztáté vody v podledovcových (subglaciálních) řekách.

29. Obr. Kame Obr. Esker

30. Geomrfologické tvary ledovcové krajiny

31. Glaciální teorie a ledové doby Agassis: Princip uniformismu – z dnešních projevů ledovce odvodil genezi starších ledovcových útvarů Ve starších čtvrtohorách (pleistocen) byl povrch Země zaledněn mnohem více než dnes. Během ledových dob zanechal ledovec stopy na téměř 30 % povrchu: 10 mil km2 v Americe, 5 mil. km2 v Evropě, 4 mil. km2 Sibiř). Plocha zalednění severní polokoule byla asi dvakrát větší než jižní hemisféry (Antarktida je obklopena mořem). Ledová doba začala před 2 až 3 miliony let (pleistocen). Pleistocen je často užíván jako synonymum pro dobu ledovou, i když nezahrnuje všechno zalednění. Zalednění Antarktidy se zřejmě formovalo již před 14 mil. let. Ledové doby i v prakambriu (před 2 miliardami let, před 600 milionů let), v paleozoiku (před 250 miliony let) . Alpské zalednění Glaciály: günz (G), mindel (M), riss (R), würm (W) Interglaciály : G-M, M-R, R-W Německo: elster, saal, visel Severní Amerika: glaciály – Nebraskan, Kansan, Illinoian, Wisconsin

32. Druhotné efekty zalednění: • s postupem a regresí ledovců spojena migrace zvířat a rostlin. Vymírání druhů • změny toků řek • po roztátí ledových štítů dochází odlehčení a k vyzdvižení území (Labrador, Skandinavie) • změny úrovní hladin moří a oceánů. Dnes je v ledu vázáno 25 milionů km3 vody, v dobách ledových 70 mil. km3 (hladina byla o 130 m níže). Anglie byla spojena s Evropou • změny v hydrologickém cyklu. V dobách ledových byly v dnešních aridních a semiaridních oblastech všech kontinentů nižší teploty, což vedlo k nižšímu výparu – vznik dešťových (pluviálních) jezer

33. Příčiny zalednění Teorie vzniku zalednění by měly odpovědět na dvě otázky: • Co zapříčinilo pokles teplot • Co zapříčinilo střídání dob ledových a meziledových pozorovaných v pleistocenu Teorie pohybu tektonických desek Protože ledovce se za dnešních podmínek formují jen na pevnině v určitých výškách, je možné, že doby ledové na kontinentech byly spjaty s posunem kontinentů do polárních oblastí. Ledovcové útvary v současné Africe, Australii, Jižní Americe a Indii ukazují, že tyto dnes tropické regiony zažívaly koncem paleozoika (před 250 mil. let) dobu ledovou. Nejsou důkazy, že by v této době byla zaledněna i Evropa a Severní Amerika. Zalednění odpovídá zeměpisným šířkám kontinentů v tehdejším superkontinentu Pangea. Je předpokládáno, že během geologické minulosti litosférické desky se vzájemně pohybují a pohybem mění i zeměpisnou polohu vůči rovníkům a pólům. Pohyby desek jsou velmi pomalé, mohou vysvětlit otázku vzniku doby ledové, ale ne poměrně rychlé střídání glaciálů a interglaciálů během pleistocenu.

34. Teorie založené na klimatických změnách v důsledku pohybů Země ve sluneční soustavě Jugoslávský vědec Milutin Milankovič vypracoval matematický model vztahu množství energie přicházejících ze Slunce a změn klimatu. K modelu byly použity následující elementy: • Tvar zemské oběžné dráhy kolem Slunce (excentricita) • Sklon zemské osy (obligita) • Pohyb zemské osy (precese) Matematickým modelem byl učiněn závěr, že posuzované faktory nemohly způsobit významné změny v celkovém množství energie dopadající na Zemi, ale jejich změny mohou mít dopady na posuny klimatu v průběhu jednotlivých ročních obdobích. Závěrem: měkčí zima ve vyšších nadmořských výškách přináší celkově více sněhových srážek, zatímco chladnější léta mají za následek nižší stupeň odtávání ledu – posun ledovce – doba ledová. Tato teorie byla nejdříve všeobecně přijímána, pak odmítnuta, na základě nových výzkumů získala novou oporu.

35. Výzkum klimaticky citlivých organismů v hlubokomořských sedimentech vedl k sestrojení časového měřítka klimatických změn, které relativně přesně korelují se závěry astronomických výpočtů dle změn excentricity, obligity a precese. Bylo zjištěno, že změny v klimatu za několik posledních stovek tísíců let zjištěné na bázi výzkumu sedimentů odpovídají změnám v geometrii zemské dráhy. Závěrem: změny v geometrii zemské dráhy jsou základní příčinou rozvoje kvartérních ledových dob. Teorie kontinentálního driftu umožňuje vysvětlit vznik neperiodických ledových dob v geologické minulosti, astronomická teorie M. Milankoviče podává vysvětlení rychlých střídání glaciálů a interglaciálních obdobích pleistocenu.