Pukliny a žily
Takmer na každom odkryve môžeme pozorovať pukliny. V niektorých dobre odkrytých oblastiach sa vyskytujú dokonca puklinové systémy, ktorých prítomnosť často oslabuje horniny. Podávajú nám informácie o napätí, ktoré v horninách pôsobilo v čase ich vzniku a spolu s ostatnými štruktúrami pomáhajú vytvoriť model tektonického vývoja študovaného územia.
Pukliny (foto 1) sú tenké predĺžené planárne štruktúry podobné zlomom, ktoré prenikajú do horniny a nevykazujú žiadny alebo len malý (v mnohých prípadoch sotva viditeľný) strižný posun. Často sú označované ako ostré diskontinuity, čo znamená, že sú dobre rozlíšiteľné v makro aj mikro mierke. Z hľadiska geometrie rozlišujeme pri puklinách dve steny, ktoré sú oddelené maximálne niekoľko centimetrov, pri niektorých dlhých puklinách je vzdialenosť medzi stenami obyčajne niekoľko milimetrov. V skutočnosti je jednou z najdôležitejších charakteristík puklín minimálny posun alebo rozšírenie, ktoré sa v priebehu štruktúry môžu meniť vzhľadom na ich dĺžku. Dĺžka pukliny môže byť od milimetra až po stovky metrov. Naproti tomu, šírka pukliny je ťažko merateľná, pretože je väčšinou malá a variabilná v celom svojom priebehu. Okrem toho je časté, že pukliny sa po vytvorení znova uzavrú. Extenzné pukliny, ktoré majú väčšiu vzdialenosť medzi stenami sa označujú ako praskliny. Rozdiel medzi puklinami a prasklinami nie je presne definovaný. Ak sú takéto štruktúry vyplnené sekundárnymi minerálmi, označujeme ich žily. Ak bola puklina (žila) vyplnená sekundárnymi minerálmi počas svojho vzniku, je veľmi pravdepodobné, že si zachovala svoju pôvodnú šírku.
Klasifikácia puklín
Podľa geometrickej charakteristiky a celkového rozmiestnenia puklín v priestore rozlišujeme pukliny systematické – rovné, paralelné a opakujúce sa s viac či menej konštantným odstupom a pukliny nesystematické – nepravidelné vzhľadom na geometriu, orientáciu a medzery. Pukliny s podobnou orientáciou a morfológiou definujú spoločný súbor. Ak sa v horninách objavujú dva alebo viaceré súbory puklín, hovoríme o puklinovom systéme (obr. 1). V rámci puklinového systému môžeme sledovať: orientáciu, hustotu a prepojenosť. Pri štúdiu puklín sledujeme ako sú orientované k určitému systému alebo štruktúram (zlomom, vrásam). Na základe takéhoto vzájomného vzťahu je možné určiť vznik danej pukliny. Orientáciu puklín veľmi jednoducho znázorníme pomocou tektonogramu. Hustotu puklín označujeme ako puklinatosť. Ide o mieru porušenia horniny puklinami. Štúdiom hustoty puklinovej siete môžeme charakterizovať vlastnosti horniny ako sú tvar a veľkosť blokov, ktoré by mohli byť vylomené. Prepojenosť puklín má význam hlavne v hydrogeológii. Je to vlastnosť všetkých puklín v hornine, ktorá závisí od ich otvorenosti.
Obr. 1: Puklinový systém: a) systematické pukliny, b) nesystematické pukliny
Na základe vzniku a morfológie profilu rozdeľujeme pukliny na (obr. 2):
- extenzné (ťahové) – plocha pukliny je kolmá na smer hlavného napätia σ3, preto sa dajú použiť na orientáciu paleonapäťového poľa. Majú drsný a nepravidelný povrch, často s perovitou alebo lastúrnatou morfológiou. Celistvá puklina sa smerom na okraj rozdeľuje na menšie puklinky, ktoré sa často stáčajú a pomaly vyznievajú. Ich orientácia závisí od litológie hornín.
- strižné – vznikajú strihom s orientáciou v rovine maximálneho strižného napätia. Na povrchu sú väčšinou rovné a hladké. Presekávajú horniny bez zmeny orientácie. Často vytvárajú konjugované systémy s uhlom 60° a viac. Na niektorých plochách možno vidieť znaky malého strižného posunu. Jednou z príčin vzniku strižných puklín je reaktivácia strihu v inak orientovanej rovine, teda v rovine, ktorá už nie je kolmá na σ3. Takto vytvorené sekundárne pukliny oslabujú celú štruktúru a sú náchylné k ďalšej reaktivácii.
- hybridné – pukliny, ktoré majú znaky extenzie aj strižného pohybu.
Obr. 2: Rozdelenie puklín: a) extenzné pukliny, b) strižné pukliny
Vznik puklín
Pukliny vo všeobecnosti vznikajú ako reakcia na napätie z tektonických procesov, tlaku nadložia alebo teplotných zmien. Keďže nadložie spôsobuje v horninách zvyšovanie kompresného napätia, vytvárajú sa pukliny ľahšie vo vrchnej kôre. Skutočné ťahové napätie sa dá očakávať len vo veľmi malých hĺbkach, zvyčajne menej ako niekoľko sto metrov pod povrchom. V takýchto podmienkach vznikajú najčastejšie extenzné praskliny.
Určité množstvo puklín však vzniká aj hlbšie v zemskej kôre. Ich vznik je podmienený zvýšeným tlakom fluid, ktoré presahujú tlakové napätie. K tejto situácii dochádza pri pochovávaní sedimentov. Vplyvom tiaže nadložia horniny strácajú pórovitosť a je z nich vytlačovaná voda. Ak voda nemá dostatočný priestor na únik, vytvorí tlak, ktorý bude pôsobiť proti tlaku nadložia. Takto vzniknuté pukliny sa označujú ako hydrofraktúry. Môžu vznikať v akejkoľvek hĺbke.
Ďalší typ puklín vzniká pri exhumácii nadložia. Po odstránení časti litostatického tlaku, čiže pri znížení vertikálneho napätia vzniknú exfoliačné pukliny pozdĺž existujúcich rovinných štruktúr ako sú vrstevnatosť alebo kliváž. Ich orientácia je takmer paralelná s osou σ3.
Ďalším dôsledkom exhumácie je ochladzovanie a termálna kontrakcia plutónov. Ak sa horúce magmatické teleso dostane do vyššej časti kôry, vzniká pravidelný súbor puklín. K chladnutiu telesa a kryštalizácii dochádza postupne, smerom do vnútra plutónu. Hornina zaznamená zmenu teploty a vytvorí sa diferenciálne napätie ako odozva na rozdielne teploty telesa. Vznik puklín je dôsledkom relaxácie pri tzv. termálnom strese. Takéto pukliny bývajú často vyplnené a vznikajú z nich pegmatitové žily.
V dôsledku zvýšeného diferenciálneho napätia pri rýchlom ochladzovaní dochádza v magmatických horninách k zmršťovaniu vo všetkých smeroch vo vodorovnej rovine. Výsledkom sú viac-menej šesťhranné štruktúry označované ako stĺpcovitá odlučnosť (foto 2). Vytvárajú sa v hornej časti magmatického telesa a propagujú smerom dole, do miest pomalšieho chladnutia. Ide o systém puklín, ktoré sú orientované kolmo k povrchu chladnúceho telesa. Ich povrch je často priečne ryhovaný, čo naznačuje postupnú propagáciu pri ich vzniku. Stĺpcovitá odlučnosť sa väčšinou neprenáša do okolitých hornín. Podobným spôsobom, teda v dôsledku extenzného zmršťovania vznikajú pri vysychaní sedimentárnych hornín bahenné praskliny.
Všetky vyššie spomínané pukliny zaraďujeme do skupiny litogenetických puklín. Veľmi dôležitou podmienkou pre vznik puklín je nízke diferenciálne napätie, inak dôjde k vzniku strižných fraktúr.
Okrem ťahového a strižného napätia môžu pukliny vznikať aj v kompresnom režime. Jednoduchým príkladom je vznik vrásy ohýbaním, teda pôsobením laterálneho tlaku. Otváranie puklín je viazané na vonkajší oblúk vrstvy, paralelne so zámkom vrásy a kolmo na smer skracovania.Vznik a charakter puklín závisia práve od veľkosti a tvaru zámku vrásy.
Podobne ako pre zlomy, aj vznik pukliny môžeme znázorniť Mohrovou obálkou (obr. 3). Vo všeobecnosti je zaužívané zapisovať extenzné napätie naľavo od nuly (záporné hodnoty hlavných napätí). Z toho vyplýva, že extenzné pukliny budú znázornené na negatívnej strane grafu. Na rovnakej strane sa tiež nachádzajú hybridné pukliny, ktoré vykazujú minimálnu zložku strižného posunu. Pukliny, ktoré vznikajú strihom sa nachádzajú v pravom poli diagramu. Vznikajú blízko zemského povrchu pôsobením relatívne nízkeho strižného napätia a preto tam nedochádza výraznému pohybu. Keď je však hornina pochovaná hlbšie v zemskej kôre, na vznik pukliny je potrebné vytvoriť vnútorný pretlak fluidami, ktorý bude pôsobiť proti tiaži nadložia a bude posúvať kružnicu smerom do negatívnej časti diagramu.
Obr. 3: Mohrov diagram rozdelenia puklín
Žily
Žily (foto 3) sú pukliny alebo dutiny, ktoré boli vyplnené sekundárnymi minerálmi. Tieto minerály sa vyzrážajú v otvorenom priestore z fluíd nachádzajúcich sa v horninovom prostredí. Ak sú extenzné pukliny vypĺňané počas svojho vzniku označujeme ich ako synkinematické žily. Poskytujú nám informácie o kinematike deformácie, pri ktorej vznikali. Z geometrického hľadiska majú synkinematické žily rôzne tvary, ale štatisticky predstavujú hrubšie a kratšie štruktúry ako sú bežné pukliny. Tieto žily môžu vznikať aj hlboko v litosfére ako reakcia na pretlak fluid pri zvýšenom tlaku, ale najčastejšie sa spájajú s podmienkami vo vrchnej kôre. Sekundárna minerálna výplň môže byť tvorená kremeňom, kalcitom, epidotom alebo chloritom.
Ak sú minerály, ktoré v žile vykryštalizovali nepravidelné a náhodne orientované, hovoríme o blokovej žilnej textúre (foto 4). Takáto štruktúra vzniká v dutinách a viac rozšírených fraktúrach. Ďalší typ textúry je textúra predĺžených blokov. Vzniká vtedy, keď predĺžené kryštály minerálov rastú vedľa seba smerom do stredu. Najdlhšia os kryštálu je kolmá na stenu pukliny. Posledným typom je vláknitá textúra (foto 5), pri ktorej nedochádza k nukleácii nových zŕn. Výplň tvoria minerálne vlákna s extrémne vysokým pomerom dĺžky a relatívne konštantnej hrúbky.
Druhú skupinu žíl tvoria pukliny a dutiny vznikajúce iba vo vrchnej zemskej kôre. Boli otvorené skôr ako sa do ich blízkosti dostali minerálmi nasýtené fluidá. Ich výplň veľmi často tvoria zaujímavé rudy, polodrahokamy alebo dokonca minerály drahokamovej hodnoty. Tieto žily nám však neposkytujú informácie o svojom vzniku.
Syntaxiálne a antitaxiálne žily
Ako sme už spomínali, pri vzniku extenzných puklín môže dôjsť k ich synkinematickému vypĺňaniu sekundárnymi minerálmi. Ak rastú predĺžené kryštály zo steny žily smerom do stredu ich najstaršia časť je najbližšie k stene pukliny. Takéto žily označujeme ako syntaxiálne žily. Ak je otváranie pukliny rýchlejšie ako kryštalizácia minerálov, je možné vidieť ich kryštálové plochy. V opačnom prípade dochádza k ich zrastaniu a v žile pozorujeme stredovú čiaru, ktorá odráža pôvodnú geometriu pukliny. Keďže rýchlosť rastu minerálov nemusí byť rovnomerná pozdĺž celej pukliny a ani na jednotlivých stenách, stredová línia je umiestnená mimo stred žily. V extrémnych prípadoch rastú minerály v žilách len z jedného smeru. Minerálna výplň syntaxiálnej žily bude rovnakého zloženia a optickej orientácie ako jej steny. To znamená, že fluidá vznikli tlakovým rozpúšťaním alebo nasýtením z hornín, v ktorých sa táto žila vytvorí. Ak sú steny pukliny budované karbonátovou horninou, minerálna výplň žily bude kalcit. Syntaxiálne žily môžu byť výsledkom jednej alebo viacerých tektonických udalostí. Pri opakovanej frakturácii dochádza k rozširovaniu žily, ktorá ešte nebola úplne vyplnená. Ak sa v priestore nachádzali dutinky alebo rast kryštálov nebol dostatočne rýchly, k novému otváraniu dochádza práve na tomto oslabenom mieste. V takomto prípade, ak sú v hornine stále prítomné fluidá, rast kryštálov pokračuje a proces označujeme ako hojenie alebo vyhojovanie puklín.
Pri opakovanom popraskaní syntaxiálnej žily, ktorá už bola uzavretá rastom kryštálov z oboch strán a vznikom stredovej línie, môžu vznikať strečingové žily. Nová trhlina sa vytvorí v týchto zrastených kryštáloch, ktoré sa deformáciou buď natiahnu alebo ich rast bude pokračovať. Okraje takýchto kryštálov sú nepravidelné (zúbkované), čo je spôsobené rozdielmi v hrúbkach pri roztrhnutí a opätovnom narastaní. Opakované popraskanie a vznik strečingových žíl je možné aj na nových, predtým nepoškodených miestach vo vnútri žily alebo v stene horniny.
Pre antitaxiálne žily je charakteristická výplň vláknitými minerálmi (foto 5), ktoré sa štruktúrou a vznikom výrazne líšia od predchádzajúcich typov. Výplň takejto žily rastie od stredovej línie smerom k stenám, teda oproti syntaxiálnym žilám. Stredová línia je takmer vždy zachovaná v strede žily, preto sú antitaxiálne žily takmer vždy symetrické. Ako sme spomínali, vláknitá výplň žily rastie smerom zo stredu k okrajom žily. To znamená, že materiál stredovej línie bol vytvorený v čase počiatočnej fázy vzniku pukliny. Je vytvorený z nevláknitého materiálu. Veľkosť vlákien, ktoré vyrastajú z jeho okrajov závisia od veľkosti jeho zrna. Vytvorené vlákna sú hladké a po celej svojej dĺžke vykazujú viac-menej rovnaký tvar. Sú typické pre nízky až stredný stupeň metamorfózy.
Okrem vyššie popísaných extenzných žíl môžeme v horninách nájsť zóny, kde sú žily usporiadané vo vzájomnom rovnobežnom smere, šikmo k povrchu. Takéto usporiadanie sa označuje ako en echelon (obr. 4a, foto 6) a vzniká strižnou deformáciou. Orientácia týchto žíl nám naznačuje, či vznikli koaxiálnou deformáciou alebo jednoduchým strihom (obr. 4b). Pri deformácii jednoduchým strihom je maximálny smer rozťahovania orientovaný pod uhlom 45° voči strižnej zóne, čo spôsobí rovnakú orientáciu smeru vznikajúcich žíl.
Obr. 4: Vznik žíl: a) čistý strih, b) jednoduchý strih