Usadená hornina

Jedno zo základných kritérií pre rozdeľovanie sedimentárnych hornín je založené na základe procesov (mechanizmov), ktorými daná hornina vznikla. Sú to hlavne chemické, fyzikálne a biologické procesy, avšak v prírode väčšinou pôsobia všetky tri faktory spoločne a na usadených horninách sa dajú pozorovať štruktúrne a/alebo textúrne znaky, ktoré boli spôsobené rôznymi mechanizmami. Usadné horniny môžu byť produktom zvetrávania magmatických, metamorfovaných, alebo starších usadených hornín, ktoré sa nachádzali v zemskej kôre, ale tiež usadzovaním a kryštalizáciou z vodných roztokov a ako dôsledky životných prejavov organizmov. Samostatnú kapitolu tvorí napadaný vulkanický materiál, ktorý možno zaradiť ako samostatnú prechodnú kategóriu, tzv. vulkanosedimentárne horniny, najmä ak tvorí prímes v iných typoch usadených hornín[2]. Všeobecne prijatá klasifikácia sedimentárnych hornín rozoznáva tieto hlavné skupiny[3]:

Šikmé zvrstvenie a rozmyv pozorovaný v siliciklastických sedimentoch spodnokarbónskeho súvrstvia Logan v USA.

Siliciklastické sedimenty (alebo úlomkové, klastické sedimenty) vznikli zvetrávacími procesmi z iných hornín (magmatických, premenených aj usadených) a sú tvorené ich úlomkami (klastami), prípadne úlomkami minerálov (hlavne úlomkami kremeňa, vďaka ktorému dostali aj meno). Sú niekedy označované ako druhotné, pretože vznikli zvetrávaním starších hornín[1]. Rozrušené úlomky sú následne prenesené na miesto uloženia fluidnými médiami (voda, vzduch) a neskoršie sú spevnené. Rozdeľujú sa podľa veľkosti jednotlivých zŕn na zlepence, pieskovce, prachovce, ílovce a ich nespevnené ekvivalenty. V prírode je väčšina sedimentov zložená z viacerých veľkostných zložiek, čo sťažuje ich zaradenie[3]. Siliciklastické sedimenty tvoria asi 92 % všetkých sedimentov (80 % pelity, 12 % ostatné frakcie)[1], sú teda jednými z najbežnejších hornín na zemskom povrchu.

Biogénne sedimenty vznikli nahromadením úlomkov z pevných schránok rastlín a živočíchov, premenou odumretých častí tiel organizmov, prípadne vyzrážaním z vodných roztokov za pomoci organizmov (biochemické procesy)[4]. V biogénnych sedimentoch (hlavne vo vápencoch) bývajú často prítomné skameneliny. Presnejšie sa členia na základe prevládajúcej chemickej zložky na karbonáty (vápence a dolomity), fosfáty, silicity, uhlie, ropu a horľavé bridlice. Biogénne horľavé sedimenty sa tiež označujú ako kaustobiolity.

Zvetrané vápencové bralá na Novom Zélande.

Chemické sedimenty vznikajú vyzrážaním z roztokov bez pôsobenia živých organizmov. Sú to hlavne železné a mangánové sedimenty (kde dochádza vplyvom zmeny pH k zmene rozpustnosti železitých, príp. mangánatých iónov) a evapority. Usadené vápence pórovitej textúry, vzniknuté vyzrážaním zo sladkovodných vôd, príp. aj z termálnych prameňov sa nazývajú travertíny. Definovať jasné rozhranie najmä medzi biogénnymi a chemickými sedimentami je často problematické, pretože oba typy procesov spolu súviseli a výrazne sa prelínali.

Vulkanoklastické sedimenty sú úlomkové sedimenty, ktorých vznik je bezprostredne spojený s vulkanickou činnosťou (nie s procesmi zvetrávania). Tento typ hornín je niekedy radený aj medzi vulkanické horniny[5], keďže medzi oboma typmi neexistuje jasné rozhranie. Delia sa na tefru, tufy, ignimbrity a hyaloklastity. Sopečná činnosť ročne vyvrhne na povrch zeme okolo 233 km³ materiálu[1].

K zvyšným sedimentom sa priraďujú rôzne kataklazity (vzniknuté v dôsledku tektonických prejavov) a impaktné brekcie (ktoré vznikli po páde meteoritov). Malé množstvo usadených hornín je tvorené i kozmickým prachom a meteoritmi. Na Zem sa dostane ročne asi 5 - 7 tisíc ton tohto materiálu[1].

Podľa miesta sedimentácie sa usadené horniny rozdeľujú na:

• autochtónne sedimenty (pôvodné sedimenty) - k ich usadeniu došlo v mieste, príp. blízko miesta zvetrania (evapority, vápence, bauxity, pôdy)

Zlepenec (konglomerát) rôzne veľkých obliakov z Death Valley National Park (Kalifornia, USA).

• alochtónne sedimenty (premiestnené sedimenty) - k ich usadeniu došlo po premiestnení z miesta zvetrania na novú pozíciu, pričom boli transportom spravidla prepracované a vytriedené (úlomkové a vulkanoklastické sedimenty)

Podľa veľkosti úlomkov (klastov) sa siliciklastické sedimenty delia na[3]:

• Psefity (obliak, štrk) – veľkosť klastov nad 2 mm
• Psamity (piesok) – veľkosť klastov 2 – 0,063 mm
• Aleurity (prach) – veľkosť klastov 0,063 – 0,004 mm
• Pelity (íl) – veľkosť klastov pod 0,004 mm

Púštna duna Namíbijskej púšte.

Sedimentačné prostredie ovplyvňujú viaceré parametre; fyzikálne, biologické a chemické. Základným fyzikálnym parametrom, ktorý ovplyvňuje charakter prostredia je typ transportného média. Jednotlivé médiá majú rôznu podobu (rozhodujúcim kritériom je viskozita): ich rozsah je od veľmi riedkych vzdušných suspenzií cez turbiditné a fluidizované prúdy až po zrnotoky, suťotoky a ľadovce. Rozdeľujú sa na[3]:

• riedke prostredia – prevládajúca zložka je tekutá
• polotuhé – prevládajúca zložka zmesi je tuhá
• tuhé – obidve zložky zmesi sú tuhé.

Ďalším dôležitým parametrom (pri morských sedimentoch) je hĺbka sedimentácie. Usadeniny z plytkovodných bazénov sú iné ako hlbokomorské usadeniny, nakoľko hladinové vlnenie plytko uložené sedimenty neustále premiestňuje a prepracúva, čím je dosiahnuté dobré roztriedenie jednotlivých zrnitostných tried. Avšak aj hlbinné sedimenty môžu byť prepracované, čo však býva spôsobené gravitačnými prúdmi. Dôležitým rozlišovacím znakom je prítomnosť hlbinných alebo plytkovodných fosílií.

Teplota vody má tiež podstatný vplyv, pretože sa priamo dotýka rozpustnosti väčšiny minerálov a plynov. Napr. rozpustnosť CO₂ je výrazne ovplyvnená teplotou vody (pri nižšej teplote je vyššia), čo následne ovplyvňuje rozpustnosť CaCO₃ podľa reakcie:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂

Z ostatných fyzikálnych parametrov sú to smer a rýchlosť vetra, intenzita slnečného žiarenia, Coriolisov efekt, rýchlosť prúdenia a efekty reliéfu.

Dolimity vznikajú v sebchách s vysokou salinitou a podmienkami nepriaznivými pre mnohobunkové organizmy

Chemickými parametrami ovplyvňujúcimi sedimentačné prostredie sú:

• Oxidačno-redukčný potenciál (eH) - vyjadruje sa ním stupeň okysličenosti prostredia. Stanovuje sa na základe výskytu určitých minerálov (najčastejšie minerálov železa). Disulfidy železa (pyrit, markazit) signalizujú silne redukčné prostredie, siderit slabo redukčné prostredie a naopak glaukonit a hematit dobre okysličené prostredie.
• pH – určuje kyslosť prostredia, čo výrazne ovplyvňuje rozpustnosť (príp. zrážanie) niektorých minerálov. V geológii sa na rozdiel od chémie za kyslé považujú prostredia s pH < 7, neutrálne pH 7 – 7,8 a alkalické pH > 7,8.
• Salinita – vyjadruje obsah rozpustených solí vo vode (v hm. %). Normálna morská voda má salinitu okolo 3,5 %. Pri spätnej rekonštrukcii prostredia paleobazénov pomáha výskyt určitých minerálov sadrovec, halit, anhydrit určiť, či sa jednalo o sladkovodné, alebo morské prostredie.

Medzi najdôležitejšie biologické parametre patrí ovplyvňovanie sedimentácie biochemickými reakciami, množstvo nahromadených odumretých kmeňov, príp. iného rastlinného materiálu, množstvo nahromadených odumretých tiel živočíchov a nahromadenie ich schránok. Medzi nepriame biologické parametre patria povrch súše (tráva, pôda) a životný štýl suchozemských organizmov (hlavne bylinožravcov).

Sedimentárne fácie sú dôležité z hľadiska správnej interpretácie prostredia. Pod týmto pojmom sa v petrografii usadených hornín rozumie vrstva (alebo súbor vrstiev) sedimentov, ktoré sa ukladali v rovnakých podmienkach[6]. V zjednodušenom ponímaní sa rozumie pod pojmom sedimentárna fácia určité prostredie vzniku usadenej horniny[7]. Medzi základné faktory ovplyvňujúce charakter a rozmiestnenie fácií patria intenzita prínosu úlomkov (klastického materiálu), kolísanie výšky morskej hladiny, biologická aktivita, tektonické prostredie a vulkanizmus.

Vo fosílnych súvrstviach je často pozorovateľná nesúhlasnosť uloženia (diastéma). Táto býva spôsobená napr. odnosom sedimentu eróziou pri zmene sedimentačného režimu a následným pokračovaním usadzovania.

Geologický rez panvou Newark v USA. Panva má charakter halfgrábenu - je výrazne ohraničená jedným poklesovým zlomom.

Sedimentačné bazény (panvy) predstavujú najväčšiu pascu na sedimenty a sú aj miestami s ich najväčšieho nahromadenia. Vznikajú rôznymi mechanizmami. Existuje viacero členení sedimentárnych paniev, niektoré sú vytvorené ložiskovými geológmi, ktorí panvy delia podľa využiteľnosti a výskytu uhľovodíkov. Komplexnejšie členenia boli zavedené v akademickej sfére. V závislosti od tektonického prostredia sa rozdeľujú na bazény divergentných okrajov, kolízne, asociované s transformnými zlomami, vnútrokontinentálne, hybridné a exotické[8]. Môžu mať rôznu hĺbku a veľkosť, od niekoľkých stoviek metrov po niekoľko tisícov kilometrov na morskom dne. História každého bazénu môže byť rozdelená do niekoľkých cyklov, ktoré sú ovplyvňované parametrami (predsedimentárnou tektonikou, usadzovanými sekvenciami hornín a postsedimentárnou tektonikou).