Orogenéza

Kolízie dvoch kontinentálnych platní a vznik pásmového pohoria

Orogenéza (z novogr. vznik vrchov) správnejšie tektogenéza je pomerne rýchly geologický proces, pri ktorom vznikajú pásmové pohoria (nazývané aj orogénne pásma). Zahŕňa v sebe jednak tektonické procesy, vnútroplatňové skrátenie, zhrubnutie kôry ako aj výzdvih pohorí. Orogenéza vždy súvisí s platňovou tektonikou.

Niekedy je zamieňaná s termínom vrásnenie, čo však je len jedným z procesov, ktoré orogenézu sprevádzajú. Termín orogenéza by mal byť spätý hlavne so štádiom vzniku pozitívneho georeliéfu teda záverečným štádiom vzniku pohorí, zatiaľ čo tektogenéza by mala zahŕňať širší rámec dejov, ktoré jej predchádzali. V súčasnosti však prevláda použitie termínu orogenéza pre celý proces vzniku pohorí.

Orogénne pásma sú zvyčajne dlhé, pásma výrazne deformovaných hornín, ktoré sú bežne zvrásnené a rozkúskované zlomami. Tieto zlomy rozdeľujú horniny na sústavu malých platní (nezamieňať s tektonickými platňami), naukladaných jedna vedľa druhej v rámci pásma. Výška vytvorených štítov korešponduje s hĺbkou „ponorenia“ ich základne. čím je dané pohorie vyššie, tým viac zaklesáva aj masa hornín, nachádzajúca sa pod nimi (napr. Himaláje sú ponorené až do hĺbky 130 km).

Proces tvorby orogénneho pásma trvá aj milióny rokov. Nastáva buď pri zrážke dvoch kontinentálnych platní, pričom horniny sú kolízne deformované a často podrobené metamorfóze alebo sa vyskytuje na styku kontinentálnej a oceánskej platne, kedy však nedochádza ku kolízii (Andy).

Významné orogénne epochy majú aj samostatné pomenovanie (napr. kaledónske, kimeríjske, varíjske, alpínske, atď.)

Termín orogenéza zaviedol Cleveland Abbe ml. v roku 1889. Pojem orogén bol zavedený skôr.

Vznik teórie

Predtým než začali problematikou vzniku pohorí zaoberať vedci, bola v Európskej civilizácii vysvetľovaná prítomnosť pohorí kresťanskými učencami ako dôsledok stvorenia a biblickej potopy. Pohoria boli podobne ako všetko neživé statické a nemenné.

Pojem orogén použili po prvýkrát švajčiarski geológovia Gressly v roku 1840 a Thurmann v roku 1854 slovo orogénny v spojení so vznikom horských výšin, rovnako používali termín horotvorný ktorý rovnako opisoval tieto procesy. Dôležitá z hľadiska ďalšieho rozvoja výskumu bola práca Elie de Beaumonta z roku 1852, v ktorej tvrdil, že všetky horské pásma nie sú rovnakého veku. Vrásnenie považoval za dôsledok chladnutia zemskej kôry. Výskumy ďalších geológov ako boli Hall a Suess (1875) potvrdili význam horizontálnych pohybov hornín. Koncept geosynklinál, alebo tiež počiatočného poklesu zemskej kôry, vytvoril americkí geológovia Hall a Dana. Táto teória sa úspešne rozvíjala až do konca 60. rokov 20. storočia, kedy sa ukázala ako prekonaná.

Medzi ďalšie významné objavy patrili práce Gustava Steinmanna, ktorý rozoznal niekoľko typov pásmových pohorí, vrátane Alpínskeho typu orogenénnych pásiem, charakteristických flyšovými a molasovými sedimentami. Objavil tiež ofiolitové komplexy a tholeitické bazalty. Jeho dielo spolu prácami Bertranda, Eschera a Heima prispelo k objasneniu príkrovov a celkovému prehĺbeniu vedomostí o tvorbe pohorí. Predstava príkrovov naznačovala, že veľký význam pri vzniku pohorí môžu mať aj horizontálne pohyby. Podobne významné boli aj práce Leopolda von Bucha, ktorý analyzoval orogénnu činnosť na základe deformácií hornín, tento princíp sa dodnes používa aj napriek existujúcej metóde rádiometrickej analýzy veku hornín.

Roku 1967 Zwart obrátil pozornosť na rozdielne prípady premeny hornín v orogénnych pásmach a rozdelil ich na 3 typy (Alpínske, Hercýnske a Kordillerské). Toto rozdelenie v roku 1979 upravil Pitcher.

Až do začiatku 60. rokov sa tieto objavy sa spájali v teórii geosynklinál, ktorá vysvetľovala kontrakciu zväčša pomocou teórie chladnúcej zeme. Medzi odporcov tejto teórie patrili vedci, ktorí považovali za dôležitejšie skôr vertikálne pohyby kôry (tzv. tafrotektonika), alebo tí, ktorí usudzovali, že príčinou orogenézy je konvexia v astenosfére alebo plášti. Až neskôr ustálila pohľady na vznik pohorí teória platňovej tektoniky. Ukázalo sa, že pásmové pohoria sú v podstate stopy po dávnych zrážkach litosférických platní.

Príčiny a spôsoby vzniku pásmových pohorí

Vznik topograficky pozitívneho georeliéfiu môže byť spôsobený kolíziou a deformáciou litosférických platní alebo vulkanickou aktivitou. Proces vzniku pásmových pohorí je dlhodobý a viacetapový, môže trvať desiatky miliónov rokov a môže spôsobiť vytvorenie pásmových pohorí na miestach, kde bola predtým rovina, alebo morské dno. Vrstvy hornín sú počas tohto procesu výrazne deformované, pričom na mnohých miestach dochádza ich premene. Vrstvy, ktoré pôvodne ležali na dne mora, sa často neraz dostanú do veľkých nadmorských výšok. Napríklad vrchol najvyššieho vrchu na Zemi – Mount Everestu budujú vápence, ktoré pôvodne vznikli v mori. Problematika štúdia pásmových pohorí je preto veľmi obsiahla a pri každom pohorí sa zakladá na stovkách rozsiahlych prác geológov, až na ich základe môže byť postavený celkový obraz pohoria a jeho histórie. Každé pohorie má svoje špecifiká a je svojimi vlastnosťami jedinečné, má však aj mnoho čŕt, ktoré ho spájajú s ostatnými pásmovými pohoriami.

Pásmové pohoria vznikajú na miestach, pôvodných oceánskych priestorov. V takýchto oceánskych panvách existujúcich desiatky miliónov rokov sa môžu nahromadiť veľké hrúbky usadených hornín. V určitom štádiu však v zemskej kôre vzniká napätie, spôsobené približovaním tektonických platní. Kôra oceánov má pri tom tendenciu sa podsúvať pod kontinenty alebo inú mladšiu kôru susedných oceánov (tzv. subdukcia). Pri tom niekedy dochádza i k odliepaniu usadených hornín a ich násunom, napr. v podobe príkrovov. Pohybmi litosférických platní sú podľa dnešných predstáv podmienené najmä tepelným prúdením v zemskom plášti alebo astenosfére. V dôsledku pohybov platní dochádza na niektorých miestach k ich kolízii. Tento proces sa nazýva konvergencia platní a môže mať niekoľko podôb, je to buď kolízia dvoch oceánskych platní, kde vzniká reťazec sopečných ostrovov, ktoré môžu mať i charakter sopečného pohoria, napr. pohoria v Strednej Amerike a Karibiku. Pri zrážke oceánskej a pevninskej platne alebo ostrovného oblúka neseného oceánskou platňou a kontinentu dochádza k vzniku pohorí ako sú Andy. Pri zrážkach dvoch pevninských platní vznikajú najvyššie pohoria ako sú Alpy alebo Himaláje. Tieto tri typy pohorí vznikajú pri kolízii, existujú však i pohoria, ktorých vznik nie je viazaný na kolíziu. Sú to napríklad pásma stredooceánskych chrbtov v oceánoch, napr. Stredoatlantický chrbát. Tiež oceánske ostrovy nad horúcimi škvrnami, napr. Havajské ostrovy. Iné pohoria vznikajú uprostred kontinentov a sú spôsobené výzdvihom okrajov riftových oblastí, napr. vo Východnej Afrike.

Konvergencia oceán-oceán

Oceánska kôra vzniká v stredooceánskych chrbtoch. Výlevmi lávy pozdĺž jej osí sa rozširujú oceány. Oceánska kôra je smerom od stredooceánskeho chrbta staršia a ťažšia, pretože je viac presýtená vodou a zaťažená hrubším sedimentárnym pokryvom. V prípade, že konvergencia v litosfére spôsobí napätie na hranici dvoch oceánskych platní, dochádza k podsunutiu staršej oceánskej litosféry pod mladšiu. Proces podsúvania platní je označovaný ako subdukcia. Z ponárajúcej platne uniká voda, ktorá spôsobuje v nadložnej platni alebo v astenosférickom kline parciálne tavenie a vznik magmy, ktorá môže prenikať na povrch a vytvárať reťazec sopečných ostrovov. V oblasti nad subdukčnou zónou sa tvorí tzv. predoblúk, alebo predoblúková panva, za ňou vzniká ostrovný oblúk a ďalej medzi ostrovným oblúkom a najbližším kontinentom zaoblúková panva alebo okrajové more.

Ostrovný oblúk môže prejsť viacerými štádiami vývoja a výrazne vyvinuté ostrovné oblúky ako sú napríklad Japonské ostrovy, môžu dosahovať značné výšky.

Konvergencia oceán – kontinent

Kontinentálna zemská kôra je tvorená horninami prevažne granitoidného charakteru, ktoré sú ľahšie ako horniny oceánskej kôry, v ktorých prevažujú bazalty, a preto sa pri konvergencii takýchto platní ponára oceánska takmer vždy pod pevninskú kôru. Subdukujúca oceánska kôra, vystavená vysokému tlaku a teplote, uvoľňuje vodu a fluidá, ktorými je presýtená. Tie stúpajú nad subdukčnú zónu a spôsobujú natavovanie okolitých hornín. Vzniká nová magma, ktorá má charakter prechodného členu medzi zložením oceánskej a kontinentálnej kôry, nazýva sa intermediárna magma a na povrchu vytvára horniny nazývané andezity. V niektorých prípadoch však môže nad subdukčnou zónou dôjsť i k vzniku granitickej magmy (tzv. I-typ granitoidov).

Takýto typ konvergencie nevyvoláva kompresiu jednej platne druhou, ku kompresii dochádza iba na nadložnej kontinentálnej platni. Takýto typ orogénneho pásma sa nazýva nekolízne. Príkladom pohoria, ktoré vzniklo pri kolízií oceánskej pevninskej kôry sú Skalnaté vrchy, či Andy.

Na okrajoch oceánskych platní sa môžu nachádzať oceánske ostrovné oblúky, ich zrážka s kontinentom vyvolaná subdukciou zaoblúkových panví môže tiež vyvolávať vznik pásmových pohorí, ale menšieho rozsahu (napr. Taiwan, Nová Guinea).

Kontinentálna kolízia

Pre zrážku dvoch kontinentálnych litosférických platní je typické, že nedochádza k takmer žiadnej subdukcii, resp. jej rozsah je nepomerne menší ako v prípade subdukcie oceánskej kôry. Obidve platne sú totiž ľahké, a nemôžu preto celé zanikať v zemskom plášti tak ako oceánska kôra. Po zániku oceánu, ktorý ich pôvodne oddeľoval, však môže dôjsť k násunu jednej platne na druhú. Na mieste, kde sa prekrývajú, je pevninská kôra dvojnásobne hrubá, čo musí bezpodmienečne viesť k vytvoreniu veľmi vysokej, ale aj plošne rozsiahlej horskej stavby, akou je náhorná plošina. Horniny, ktoré sa predtým nachádzali v zmenšujúcom sa sedimentačnom priestore, sú postihnuté pôsobením veľkých síl, ktoré ich môžu zvrásniť, alebo vytlačiť z pôvodného priestoru v podobe príkrovov, pričom môžu byť vynesené do veľkých nadmorských výšok. Obrovský odpor, ktorý si kontinentálne bloky navzájom kladú, má nakoniec za následok zastavenie ich vzájomného pohybu. Horniny, ktoré sa v priebehu týchto dejov pričlenili ku kontinentu, už navždy zostanú súčasťou pevninskej kôry. Orogenéza je preto v podstate nielen vznikom pohorí, ale aj vznikom novej kontinentálnej zemskej kôry.

Pri zrážke kontinentov vzniká na podložnej platni aj takzvaná okrajová panva predpolia, je to ohnutá oblasť, ktorá vzniká v dôsledku pôsobenia hmôt nadložnej platne. Táto panva sa vypĺňa hlavne usadenými horninami, ktoré pochádzajú z dvíhajúceho sa pohoria. Príkladom pohorí, ktoré vznikli kolíziou kontinentov, sú Himaláje, Ural, Alpy či Karpaty.

Extenzné štádium

Už prvých geológov, ktorí skúmali pohoria, zaujalo, že medzi horninami vyzdvihnutými do veľkých výšok sa nachádza neobyčajne veľké množstvo morských sedimentov. Hrúbka týchto vrstiev 8 – 10-krát prevyšovala hrúbky usadených hornín, ktoré sa usadili v rovnakom období na stabilných platformách. Z toho sa usudzuje, že na miestach, kde sa teraz nachádzajú pohoria, v obdobiach predchádzajúcich výzdvihu zemská kôra intenzívne poklesávala, toto poklesávanie je spojené so stenčovaním kôry, tzv. extenziou. Oblasti dnešných pásmových pohorí boli pôvodne miestom, kde vznikli často veľmi komplikované panvy oceánskeho typu. Tie sa intenzívne vypĺňali sedimentami, ktoré sa ukladali najčastejšie na okrajoch týchto panví (na šelfoch), pretože množstvo z nich bolo dopravené riekami, alebo vznikalo z odumretých organizmov, ktorým sa najviac darilo v plytšej vode. Približovanie kontinentov má za následok ukončenie extenzie a začiatok konvergencie. Oceánske dno sa podsúva pod približujúci sa kontinent, ale časť sedimentov, ktorá na ňom leží, sa môže zachovať, pričom vzniká tzv. akrečný klin. Oceánske panvy sú tak v dôsledku konvergentného pohybu platní celkom stlačené a deformované.

Orogénne štádium

Po zániku oceánskych priestorov dochádza ku kolízií kontinentálnych blokov. Hlavná etapa tejto zmeny je nazývaná orogenéza. Deformácia prebieha skracovaním, vznikom násunových zlomov a vrásnením. Celé vrstvy hornín sú stláčané do vrás, či ďalších štruktúr. Pozdĺž zlomov, vznikajúcich v dôsledku pôsobenia mocných síl, dochádza k prešmykom a vzniku smerných pohybov či príkrovov. Pri rozsiahlej kontinentálnej kolízií dochádza k rôzne veľkému nasunutiu jednej kontinentálnej platne na druhú. Hlbšie pochované horniny podliehajú metamorfóze, ktorá môže hraničiť až s anatexiou, natavovaním pohltených hornín, čo môže mať za následok až prieniky granitoidnej magmy, ktorá tuhne v hĺbkach vo forme plutónov. Na orogenéze sa teda podieľa mnoho faktorov a dejov, ktorých podiel nie je na všetkých miestach rovnaký.

Poorogénne štádium

Po skončení kontinentálnej kolízie je kôra v oblasti orogénu zhrubnutá. Tento stav je však energeticky nevýhodný a prevažne kremenno-živcové horniny vo väčších hĺbkach sa začínajú roztekať. Orogén tak môže prejsť do štádia gravitačného kolapsu, často s tvorbou veľkých extenzných zlomov. Modelom takéhoto rozpadu je metamordný kôrový komplex.

Pri výzvihu pohorí vyčnieva nad povrch zeme iba zlomok horninových masívov, oveľa väčšie masy hornín tvoria koreňové časti pohorí. Tieto hlboko ponorené časti nadnášajú pohorie podobne ako ľadovec, plávajúci v mori. Výzvih pohoria je relatívne pomalý proces, trvajúci rádovo milióny rokov. Horniny, ktoré sa vo väčšej nadmorskej výške nachádzajú v sťažených podmienkach, sú rozrušované eróziou, preto sú dnešné najvyššie časti pohorí iba zvyškami skutočného objemu hornín, ktorý už bol odnesený. Masy hornín v koreňovej zóne majú v dôsledku svojej vyššej teploty tendenciu stúpať, umožňuje to aj postupná erózia, ktorá odnáša horniny z ich nadložia. Výzvih pohoria sa však zastaví, pretože podobne ako erózia rozrušuje horniny na povrchu, teplo zemského plášťa postupne spôsobuje natavovanie koreňovej zóny. Tento proces geológovia nazývajú izostatické vyrovnávanie. Tak nakoniec z vysokých pohorí zostanú len obnažené najhlbšie časti takzvané kratogény, zväčša tvorené granitmi, či silne premenenými horninami. Príkladom kratogénov sú najstaršie časti zemskej kôry, najbližší je Český masív.

Prehľad významných orogénnych cyklov v histórii Zeme

Schéma Takonského vrásnenia (súčasti kaledónskeho vrásnenia)

Nemecký geológ Hans Stille porovnával veky orogénnych pohybov vo viacerých častiach sveta a dospel k záveru, že existujú isté orogénne cykly, ktoré možno deliť na orogénne fázy. Stille predpokladal, že tieto sa udiali synchrónne po celej Zemi. Dnes je známe, že staré orogeny sú prejavmi platňovo tektonických pohybov, ktoré namusia mať globálny charakter. Jeho nomenklatúra orogénnych cyklov sa však výrazne nezmenila a dodnes sa s obmenami používa.

• grenvillské vrásnenie (1 300 - 980 mil. r., neskoré mezoproterozoikum): vznik Rodinie, stopy v horninách Severnej Karolíny, Newfoundlandu a Škótska.
• as(s)yntské (=kadomské) vrásnenie (750 - 530 mil. r., neoproterozoikum) zrážka viacerých ostrovných oblúkov, koniec formovania prekambrického kryštalinika Európy
• kaledónske vrásnenie (500 – 390 mil. r., ordovik až začiatok devónu): zrážka Laurentie s Baltikou, vznik severnej časti Apalačských vrchov, vznik pohorí na Britských ostrovoch a v Škandinávii.
• hercýnske (=varíske) vrásnenie v širšom zmysle (devón až perm):
  • hercýnske (=varíske) vrásnenie v užšom zmysle (390 – 250 mil. r., devón až karbón): zrážka Eurameriky s Gondwanou, vznik južnej časti Apalačských vrchov, Mesety a hercýnskych pohorí v Európe.
  • altajské vrásnenie (okolo 300 mil. r., karbón a perm): zrážka Kazachstanie so Sibírou, vznik pohoria Altaj.
  • uralské vrásnenie (280 mil. r., perm): zrážka Sibíri s Pangeou v oblasti Baltiky, Uralu.
• alpínske (=alpsko-himalájske) vrásnenie v širšom zmysle:
  • kimérske vrásnenie (od 240/200 do 138 mil. r., trias a jura [prípadne až do cca 50 mil. r.]): zrážka Kimérie s Lauráziou, ktorú v tej dobe tvorila (Eurázijská platňa, Ázia) a hory Strednej Ázie.
  • alpínske (=alpsko-himalájske) vrásnenie v užšom zmysle (od 130 mil. r. dodnes, krieda až dnešok [prípadne až od cca 50 mil. r. dodnes]): zrážka Afriky, Arábie a Indickej platne s Eurázijskou platňou. Vzniklo pohorie Atlas, Sierra Nevada, Pyreneje, stredomorské ostrovy, Apeniny, Alpy, Karpaty, pohoria na Balkáne (Dináre, Stará planina a Helenidy) a v Anatólii, ďalej vysoké pohoria Kaukaz, Pamír, Himaláje. Staršie masívy, ktoré vznikli už pri predošlom hercýnskom a kimmerskom vrásnení, boli na niektorých miestach (napr. v Krkonošiach) vyzdvihnuté do výšky až v dôsledku zlomov sprevádzajúcich alpínske vrásnenie.

Referencie

Použitá literatúra

• Rechwalder, P. a Jablonský, J. (2003) Všeobecná geológia 2. Bratislava, Univerzita Komenského ISBN 80-223-1664-4 s. 486 - 499

Pozri aj

• Alpínske vrásnenie

Portál vied o Zemi Astronomický portál Portál slnečná sústava