SEDIMENTÁRNÍ CYKLY: CHARAKTERISTIKA, STÁDIA A PŘÍKLADY - ZEMĚPIS - 2026

K usazené cykly se vztahují na soubor stádií, které projdou některých minerálních prvků přítomných v zemi ‚s kůrky. Tyto fáze zahrnují sled transformací tvořících kruhovou časovou řadu, která se opakuje po dlouhou dobu.

Jedná se o biogeochemické cykly, ve kterých k ukládání prvku dochází hlavně v zemské kůře. Mezi minerální prvky, které jsou předmětem sedimentárních cyklů, patří síra, vápník, draslík, fosfor a těžké kovy.

Litologický cyklus. 1 = magma; 2 = krystalizace (chlazení horniny); 3 = vyvřelá hornina; 4 = eroze; 5 = sedimentace; 6 = sedimenty a sedimentární horniny; 7 = tektonika a metamorfismus; 8 = metamorfní hornina; 9 = fúze. Zdroj: Woudloper / Woodwalker

Cyklus začíná vystavením hornin obsahujících tyto prvky hluboko uvnitř kůry na povrch nebo v jeho blízkosti. Tyto horniny jsou poté vystaveny povětrnostním vlivům a podléhají erozním procesům v důsledku působení atmosférických, hydrologických a biologických faktorů.

Erodovaný materiál je transportován vodou, gravitací nebo větrem k pozdější sedimentaci nebo ukládání minerálního materiálu na substrát. Tyto vrstvy sedimentu se hromadí po miliony let a podléhají procesům zhutňování a cementování.

Tímto způsobem dochází k lithifikaci sedimentů, to znamená k jejich přeměně zpět do pevných hornin ve velkých hloubkách. Kromě toho v přechodných fázích sedimentárních cyklů také nastává biologická fáze, která sestává z solubilizace a absorpce živými organismy.

V závislosti na minerálu a okolnostech mohou být absorbovány rostlinami, bakteriemi nebo zvířaty a přecházet do trofických sítí. Poté se minerály vyloučí nebo uvolní smrtí organismu.

vlastnosti

Sedimentární cykly představují jeden ze tří typů biogeochemických cyklů a vyznačují se tím, že hlavní zásobní maticí je litosféra. Tyto cykly mají svou vlastní studijní disciplínu, zvanou sedimentologie.

Čas cyklu

Sedimentární cykly jsou charakterizovány, protože doba potřebná k dokončení různých fází je velmi dlouhá, dokonce měřená v milionech let. Je tomu tak proto, že tyto minerály zůstávají dlouho zabudovány ve skalách ve velkých hloubkách zemské kůry.

Fáze sedimentárních cyklů

Je důležité neztratit ze zřetele, že se nejedná o cyklus, jehož fáze následují přísnou sekvenci. Některé fáze mohou být během procesu zaměněny nebo prezentovány vícekrát.

- Expozice

Horniny vytvořené v určitých hloubkách v zemské kůře jsou vystaveny různým diastrofickým procesům (zlomeninám, záhybům a vyvýšeninám), které je nakonec přivádějí na povrch nebo v jeho blízkosti. Tímto způsobem jsou vystaveni působení faktorů prostředí, ať už edafických, atmosférických, hydrologických nebo biologických.

Diastrofismus je výsledkem konvekčních pohybů zemského pláště. Tyto pohyby také vytvářejí sopečné jevy, které odhalují horniny dramatičtějším způsobem.

- Počasí

Jakmile je hornina exponována, podléhá zvětrávání (rozklad horniny na menší fragmenty), se změnami chemického nebo mineralogického složení nebo bez změn. Počasí je klíčovým faktorem při tvorbě půdy a může být fyzikální, chemické nebo biologické.

Fyzický

V tomto případě faktory, které způsobují lámání hornin, nemění své chemické složení, pouze fyzické proměnné, jako je objem, hustota a velikost. Je to způsobeno různými fyzikálními činiteli, jako je tlak a teplota. V prvním případě je uvolnění tlaku a jeho cvičení příčinou prasknutí hornin.

Počasí. Zdroj: Prince Roy, Taipei

Například když se skály vynoří z hloubky kůry, uvolňují tlak, expandují a praskají. Soli akumulované v prasklinách také vyvíjejí tlak při rekrystalizaci a prohloubení zlomenin.

Kromě toho denní nebo sezónní změny teploty způsobují cykly expanze a kontrakce, které nakonec rozbijí horniny.

Chemie

To mění chemické složení hornin v procesu rozpadu, protože působí chemická činidla. Mezi tyto chemické látky patří kyslík, vodní pára a oxid uhličitý.

Způsobují různé chemické reakce, které ovlivňují soudržnost horniny a transformují ji, včetně oxidace, hydratace, karbonace a rozpouštění.

Biologický

Biologická činidla působí kombinací fyzikálních a chemických faktorů, mezi něž patří tlak, tření a další. Zatímco jako chemická činidla jsou vylučovány kyseliny, louhy a další látky.

Například rostliny jsou velmi účinnými povětrnostními činiteli, které svými kořeny rozbíjí horniny. Je to díky fyzickému působení radikálního růstu a sekrecím, které vydávají.

- Eroze

Eroze působí jak přímo na skále, tak na produkty povětrnosti, včetně vytvořené půdy. Na druhé straně zahrnuje transport erodovaného materiálu, přičemž stejným erodujícím činidlem je dopravní prostředek a může to být jak vítr, tak voda.

Eroze. Zdroj: Carl Wycoff

Gravitační eroze je také zaznamenána, když dochází k přemísťování materiálu a opotřebení na strmých svazích. Při erozivním procesu je materiál fragmentován na ještě menší minerální částice, které jsou náchylné k transportu na velké vzdálenosti.

Vítr

Erosivní působení větru je vyvoláváno jak tažením, tak opotřebením, které zase unáší částice na jiné povrchy.

Voda

Vodní eroze působí jak fyzickým působením dopadu dešťové vody nebo povrchových proudů, tak chemickým působením. Extrémním příkladem erozivního účinku srážek je kyselý déšť, zejména na vápenatých skalách.

- Doprava

Minerální částice jsou transportovány látkami, jako je voda, vítr nebo gravitace na velké vzdálenosti. Je důležité vzít v úvahu, že každý dopravní prostředek má definovanou nosnost, pokud jde o velikost a množství částic.

Těžištěm se mohou pohybovat i velké, i mírně zvětralé skály, zatímco vítr nese velmi malé částice. Kromě toho prostředí určuje vzdálenost, protože gravitace přenáší velké kameny na krátké vzdálenosti, zatímco vítr přemísťuje malé částice na obrovské vzdálenosti.

Voda může přepravovat širokou škálu částic, včetně velkých hornin. Toto činidlo může nést částice krátké nebo extrémně velké vzdálenosti, v závislosti na průtoku.

- Sedimentace a akumulace

Spočívá v depozici přepravovaného materiálu v důsledku snížení rychlosti dopravního prostředku a gravitace. V tomto smyslu může dojít k fluviální, přílivové nebo seismické sedimentaci.

Sedimentace. Zdroj: Calogerogalati

Protože reliéf Země sestává z gradientu, který přechází z maximálních výšek do mořského dna, dochází k největší sedimentaci. Postupem času se vrstvy sedimentu vytvářejí jeden na druhém.

- Solubilizace, absorpce a biologické uvolňování

Jakmile dojde ke zvětrávání skalnatého materiálu, je možné rozpuštění uvolněných minerálů a jejich absorpce živými bytostmi. Tuto absorpci mohou provádět rostliny, bakterie nebo dokonce přímo zvířata.

Rostliny konzumují bylinožravci a tito masožravci a všichni rozkladači, přičemž minerály se stávají součástí trofických sítí. Stejně tak existují bakterie a houby, které přímo absorbují minerály a dokonce i zvířata, jako jsou papoušky, které konzumují hlínu.

- Litifikace

Cyklus je ukončen lithifikační fází, tj. Vytvořením nové horniny. K tomu dochází, když se minerály usazují a vytvářejí následné vrstvy, které se hromadí a vyvíjejí obrovský tlak.

Vrstvy hlouběji v kůře jsou zhutněny a cementovány za vzniku pevné horniny a tyto vrstvy budou opět podrobeny diastrofickým procesům.

Zhutnění

Produkt tlaku vyvíjeného vrstvami sedimentu, které se hromadí v po sobě následujících fázích sedimentace, jsou spodní vrstvy zhutněny. To znamená, že póry nebo prostory, které existují mezi částicemi sedimentu, jsou zmenšeny nebo zmizí.

Cementace

Tento proces spočívá v ukládání cementových látek mezi částicemi. Tyto látky, jako je kalcit, oxidy, oxid křemičitý a další, krystalizují a cementují materiál do pevné horniny.

Příklady sedimentárních cyklů

- Cyklus sedimentární síry

Síra je základní složkou některých aminokyselin, jako je cystin a methionin, jakož i vitaminů, jako je thiamin a biotin. Jeho sedimentární cyklus zahrnuje plynnou fázi.

Tento minerál vstupuje do cyklu v důsledku zvětrávání hornin (břidlice a dalších sedimentárních hornin), rozkladu organické hmoty, sopečné činnosti a průmyslových přínosů. Zdrojem síry v cyklu jsou také těžba, těžba ropy a spalování fosilních paliv.

Formy síry v těchto případech jsou sírany (S04) a sirovodík (H2S); sírany jsou jak v půdě, tak rozpuštěny ve vodě. Sírany jsou absorbovány a asimilovány rostlinami přes jejich kořeny a přecházejí do trofických sítí.

Když organismy umírají, působí bakterie, houby a další rozkladače a uvolňují síru ve formě plynného sirovodíku, který přechází do atmosféry. Sirovodík se rychle oxiduje smícháním s kyslíkem za vzniku síranů, které se vysrážejí na zem.

Sírové bakterie

Anaerobní bakterie působí v bažinovém kalu a obecně v rozkladu organické hmoty. Tyto procesy SO4 vytvářejí plynný H2S, který se uvolňuje do atmosféry.

Kyselý déšť

Vzniká v důsledku prekurzorů, jako je H2S, emitovaných do atmosféry průmyslem, bakteriemi síry a sopečnými erupcemi. Tyto prekurzory reagují s vodní parou a vytvářejí S04, který se poté vysráží.

- Sedimentární cyklus vápníku

Vápník se nachází v sedimentárních horninách vytvořených na mořském dně a jezerním dně díky příspěvkům organismů opatřených vápenatými skořápkami. Podobně se ve vodě vyskytuje volný ionizovaný vápník, jako v oceánech v hloubkách větších než 4 500 m, kde se uhličitan vápenatý rozpustí.

Horniny bohaté na vápník, jako je vápenec, dolomit a fluorit, jsou zvětralé a uvolňují vápník. Dešťová voda rozpouští atmosférický CO2, což vede k kyselině uhličité, která usnadňuje rozpouštění vápencových hornin a uvolňuje HCO 3– a Ca 2+.

Vápník v těchto chemických formách je přenášen dešťovou vodou do řek, jezer a oceánů. Jedná se o nejhojnější kation v půdě, ze kterého ji rostliny absorbují, zatímco zvířata to berou z rostlin nebo se přímo rozpustí ve vodě.

Vápník je nezbytnou součástí skořápek, exoskeletů, kostí a zubů, takže když zemře, je znovu začleněn do životního prostředí. V případě oceánů a jezer sedimentuje na dně a procesy litifikace vytvářejí nové vápenaté horniny.

- Sedimentární draslíkový cyklus

Draslík je základním prvkem buněčného metabolismu, protože hraje významnou roli v osmotické regulaci a fotosyntéze. Draslík je součástí minerálů v půdě a horninách, protože jílovité půdy bohaté na tento minerál.

Procesy zvětrávání uvolňují ve vodě rozpustné draselné ionty, které mohou být absorbovány kořeny rostlin. Lidé také přidávají draslík do půdy jako součást postupů hnojení plodin.

Přes zeleninu je draslík distribuován v trofických sítích a poté se rozkladem vrací do půdy.

- Sedimentární fosforový cyklus

Hlavní zásoby fosforu jsou v mořských sedimentech, půdách, fosfátových horninách a guano (exkrementy mořských ptáků). Jeho sedimentární cyklus začíná fosfátovými horninami, které při počasí a erodování uvolňují fosfáty.

Podobně lidé začleňují do půdy další množství fosforu aplikací hnojiv nebo hnojiv. Sloučeniny fosforu jsou spolu se zbytkem sedimentů přenášeny deštěm do vodních proudů a odtud do oceánu.

Tyto sloučeniny částečně sedimentují a další část je začleněna do mořských potravinových sítí. K jedné ze smyček cyklu dochází, když je fosfor rozpuštěný v mořské vodě konzumován fytoplanktonem, to zase rybami.

Ryby jsou pak konzumovány mořskými ptáky, jejichž exkrementy obsahují velké množství fosforu (guano). Guano se používá jako organické hnojivo k poskytování fosforu plodinám.

Fosfor, který zůstává v mořském sedimentu, podléhá lithifikačním procesům a vytváří nové fosfátové horniny.

- Sedimentární cyklus těžkých kovů

Mezi těžké kovy patří některé, které plní životně důležité funkce, jako je železo, a další, které se mohou stát toxickými, jako je rtuť. Mezi těžkými kovy je více než 50 prvků, jako je arsen, molybden, nikl, zinek, měď a chrom.

Některé, jako železo, jsou hojné, ale většina z těchto prvků se nachází v relativně malém množství. Na druhou stranu se v biologické fázi svého sedimentárního cyklu mohou hromadit v živých tkáních (bioakumulace).

V tomto případě, protože není snadné s nimi nakládat, se jejich akumulace zvyšuje v potravinových řetězcích, což způsobuje vážné zdravotní problémy.

Prameny

Těžké kovy pocházejí z přírodních zdrojů díky povětrnostním vlivům hornin a erozi půdy. Významné jsou také antropické příspěvky prostřednictvím průmyslových emisí, spalování fosilních paliv a elektronického odpadu.

Obecný sedimentární cyklus

Obecně se těžké kovy řídí sedimentárním cyklem, který začíná od jejich hlavního zdroje, kterým je litosféra, a prochází atmosférou, hydrosférou a biosférou. Zvětralé procesy uvolňují těžké kovy do země a odtud mohou znečišťovat vodu nebo vniknout do atmosféry prachem foukaným větrem.

Sopečná činnost také přispívá k emisím těžkých kovů do atmosféry a déšť je přenáší ze vzduchu na zem a odtud do vodních útvarů. Meziprodukty vytvářejí v cyklu smyčky v důsledku výše uvedených lidských činností a vstupu těžkých kovů do potravinářských sítí.

Reference

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Encyklopedie ekologie a environmentálního managementu.
2. Christopher R. and Fielding, CR (1993). Přehled nedávného výzkumu fluviální sedimentologie. Sedimentární geologie.
3. Margalef, R. (1974). Ekologie. Vydání Omega.
4. Márquez, A., García, O., Senior, W., Martínez, G., González, A. a Fermín. I. (2012). Těžké kovy v povrchových sedimentech řeky Orinoco ve Venezuele. Bulletin oceánografického ústavu Venezuely.
5. Miller, G. a TYLER, JR (1992). Ekologie a životní prostředí. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
6. Rovira-Sanroque, JV (2016). Kontaminace těžkými kovy v sedimentech řeky Jarama a její bioassimilace Tubificids (Annelida: Oligochaeta, Tubificidae). Disertační práce. Fakulta biologických věd, Univerzita Complutense v Madridu.
7. Odum, EP a Warrett, GW (2006). Základy ekologie. Páté vydání. Thomson.