Dovolujeme si Vás pozvat k návštěvě poněkud netradičního geoparku. Vlastně hodně netradičního. Jde o plastickou geologickou mapu na zahradě ZŠ v Louňovicích pod Blaníkem. Dle mého se fakt povedla, posuďte sami:
Kamenná mapa na zahradě ZŠ
Mapa je volně přístupná a na její tvorbě se podíleli žáci i učitelé školy. Je to takový malý velký geopark, nebo možná velký malý geopark, těžko říci. To slovo malý bych asocioval s absolutní rozměrovou velikostí geoparku a použitých hornin. To slovo velký pak počtem použitých hornin nebo třeba s celkovým dojmem z něj.
Mapa je vyrobena v měřítku 1:50 000, což vzhledem k rozměrům ČR vede k velikosti modelu cca 11 x 6,5m. Je vybavena souřadnicovým systémem JTSK, na který my v geocachingu tolik zvyklí nejsme, ale myslím, že většina z nás se s ním potkala přinejmenším při luštění nějaké mysterky.
Mapa je převýšená. Kdyby byly při její výrobě zachovány výškové poměry odpovídající ostatním dvěma rozměrům, převýšení by na ní bylo pro nás sotva patrné. Takto odpovídá 5 výškových centimetrů na mapě skutečnému převýšení v terénu 100m.
Mapa obsahuje celkem 96 vzorků hornin, které reprezentují hlavní geologické jednotky na území ČR a současně jsou charakteristickými ukázkami vyvřelých, usazených a přeměněných hornin.
Detail kamenné mapy
Ke každému vzorku je zpracována webová stránka se základními údaji (o jakou horninu se jedná, odkud pochází, z čeho se skládá, kdy a jakým způsobem vznikla, jaké má využití). Je možné se na ní dostat skrz webovou adresu nebo na místě díky QR kódům rozmístěných na jednotlivých exponátech.
Mapa dle mého názoru vzhledem ke svému vysokému počtu vzorků nabízí unikátní možnost přímého srovnání vzhledu a struktury hornin, z nichž mnohé nesou totožné jméno a přitom vypadají zcela jinak, případně možnost sledovat na jednom místě, jak vypadá hornina "původní" a jak jiná, z ní metamorfovaná. Šlo by toho zde jistě ukázat mnoho, my se ale budeme věnovat vápenci a horninám s ním "příbuzným".
Vápenec
Co to ten vápenec vlastně je?
Z chemického pohledu jde především o uhličitan vápenatý, určitě nám všem hned naskočí vzorec CaCO3, že. Ten se na složení vápence podílí aspoň z padesáti procent. U čistých vápenců pak tvoří i nad 90%. Zbytek může být leccos, typicky jde ale o dolomit, oxid křemičitý, jíly nebo organické zbytky. Z geologického pohledu pak jde o jednu z nejvýznamnějších sedimentárních hornin.
A jak takový vápenec vzniká?
No, jako různě, no. Ale v zásadě to můžeme rozdělit na tři různé typy či způsoby vzniku:
1. Organogenní vápenec
Tohle je asi ten způsob vzniku, který vyloví v paměti ze školních let prakticky každý. Tímhle způsobem také vznikla drtivá většina vápenců, s nimiž se v běžném životě potkáváme. Je to i jeden z krásných příkladů, jak život sám dokáže přetvářet prostředí kolem sebe. Základem pro vznik vápenců jsou vápník obsahující pozůstatky mořských organismů - např. schránky korálů, lastury nebo drobné pozůstatky řas či planktonu. Všechny tyto pozůstatky klesají na dno a tam se hromadí. Tak jako na následujícím schématu:
Zpracováno s pomocí AI podle https://smamineral.se/en/world-of-lime/the-story-of-lime/
Tenhle proces ve vhodných podmínkách může probíhat fakt dlouho. Tak dlouho, že se postupně sedimentované zbytky živočichů ocitnou pod slušnou vrstvou novějších sedimentů. A když máte nad hlavou tlustou vrstvu horniny, ocitnete se pod pořádným tlakem. Tento tlak je zásadní pro vznik skutečného vápence. Jednotlivé schránky či zbytky živočichů se stlačují a dochází vypuzování vody, která se mezi nimi nacházela. Tlak pak také usnadňuje proces rekrystalizace, kdy se uhličitan vápenatý rozpouští a opětovně krystalizuje, díky tlaku pak je výsledná hornina daleko homogennější a celistvější. V ideálních podmínkách tohle může vést ke zcela homogenní a čisté hornině (např. bez přítomnosti zkamenělin), ale v praxi to samozřejmě vždy takto nevypadá a my pak třeba ty zkameněliny můžeme ve vápenci pozorovat.
2. Chemogenní vápenec
Vápenec může vznikat i přímo vysrážením uhličitanu vápenatého rozpuštěného ve vodě. Kdo někdy nahlédl do nitra varné konvice, tak byl přímým pozorovatelem vzniku takového vápence, on ten vodní kámen většinou je právě hlavně uhličitan vápenatý. A tento proces se může dít i v daleko větším měřítku, pokud máme vodu dostatečně uhličitanem vápenatým nasycenou. Před masivním rozšířením života na Zemi to byl zřejmě hlavní způsob vzniku vápenců.
3. Klastický vápenec
Tohle je takový "druhotný" vápenec. Vzniká stmelením úlomků starších vápenců nebo i přímo schránek živočichů. Logicky pak není příliš uniformní, přinejmenším ve srovnání s jinými druhy vápenců. Na první pohled jsou obvykle rozlišitelné úlomky různých zdrojových hornin či schránek živočichů.
K čemu nám ten vápenec je?
Trošku si tuhle filozofickou otázku o smyslu života zúžíme na hospodářské využití vápence.
Nezúžili jsme si to moc, vápenec nám je a byl i v historii užitečný mnoha způsoby. Koneckonců, v okolí kterého místa se nevyskytuje nějaké lokalita s názvem něco jako "Vápenice". Pokud něco vypíchnout, tak samozřejmě stavebnictví.
Vápenec je důležitý pro výrobu vápna, cementu, některých stavebních kamenů. Může sloužit i jako dekorativní kámen, v cukrovarnictví je zdrojem potřebného CO2. Najdete ho v zubních pastách, v tepelných elektrárnách se používá k odsíření, je struskotvornou přísadou v hutnictví nebo ho můžete třeba sypat na pole, pokud chcete snížit jeho Ph. A tak dále, tohle by mohl být opravdu dlouhý seznam. Samozřejmě ne každý vápenec se hodí na všechno, protože není vápenec jako vápenec, jak se ještě zmíníme níže.
Tohle je vápenec, tohle taky, vůbec to nevypadá stejně...jak je to možné?
Tak předně si musíme uvědomit, že tohle je úplně normální. Není žula jako žula a není pískovec jako pískovec. Jméno prakticky jakékoliv horniny je jen pokus najít ve spojitém světě skutečných hornin nějaké ty diskrétní body. Nějakou skupinu hornin sdružíme třeba kolem názvu vápenec a jinou zase kolem názvu žuly. Mezi dvěma názvy příbuzných hornin pak existuje (spíše nejasná) hranice, takže se nám snadno může stát, že dva konkrétní exempláře různých (příbuzných) hornin k sobě mohou mít blíže než dvě horniny se stejným názvem. Platí to i pro vápenec a můžeme mít výrazné rozdíly jak ve vzhledu tak ve vlastnostech. I přes to ale patří vápence k těm spíše uniformnějším horninám.
Není možné, abychom se zde věnovali všem možným rozdílům mezi vápenci, to by tahle earthka skončila s obtížností přes pět hvězdiček jen za přečtení listingu. Takže zmíníme jen variabilitu v barvě a v pevnosti. V barvě proto, že to je to první, čeho si všimne každý. A pevnost pro změnu proto, že tohle si zase na první dobrou laik (soudě dle ownera této keše) tak úplně neuvědomí. Každý má asi vápenec spojený s nízkou tvrdostí, jde do něj v pohodě rýpat třeba hřebíkem. To je správně, vápenec má na Mohsově stupnici tvrdosti hodnotu 3, což opravdu není moc a dokonce i horniny z něj přeměněné (mramor) zdaleka nedosahují tvrdosti třeba žuly. Naproti tomu v pevnosti (což je odolnost vůči tlaku) vápenec žádným otloukánkem není a spousta vápenců v této disciplíně několikrát předčí běžný beton.
Zbarvení vápence
Čistý vápenec je bílý. Každý kdo psal ve škole na tabuli křídou, tak se s tímto faktem potkal "na vlastní prsty". Ano, křída je jedním z druhů vápence. No a já si třeba z dětství pamatuji jak jsme po skončení stavby rodinného domu bílili stěny hašeným vápnem zbylým ze stavby. Hašené vápno se z vápence vyrábí poměrně jednoduchým procesem, který zřejmě patří k nejstarším chemickým reakcím, jež člověk v historii zvládl. Kdo chce, najde si podrobnosti. Každopádně hašené vápno si z vápence bílou barvu ponechává, v obou případech je tím "barvotvorným" prvkem bílý vápník.
Vápence nicméně můžeme v přírodě nalézt nejen v barvě bílé, ale i šedé, okrové, hnědě až červené, může být i téměř černý. Toto je způsobeno kombinací několika faktorů, ale nakonec jde vždy o to, že reálný vápenec není čistým uhličitanem vápenatým, ale obsahuje příměsi, které určují jeho finální barvu.
3 různě zbarvené vápence z kamenné mapy
- Příměsi v hornině
- Železo a jeho sloučeniny
- oxidy a hydroxidy železa, vznikají při sedimentaci v oxidačními prostředí
- způsobují červené, růžové, hnědé a žluté zbarvení
- Organická hmota
- ve vápenci zůstávají drobné zbytky organismů nebo organický kal
- způsobuje tmavě šedou až černou barvu vápence
- typické pro vápence vzniklé v klidnějším a hlubším mořském prostředí s nízkou přítomností kyslíku
- Jílovité a křemité přímesi
- způsobují šedou, nazelenalou nebo hnědavou barvu vápence
- často u vápenců vzniklých poblíž pevniny
- Sedimentační prostředí
- Oxidační x redukční prostředí - přístup nebo naopak absence kyslíku je často určujícím faktorem pro složení příměsí vápence.
- oxidační (kyslíkaté) - světlé, žluté, červené vápence
- redukční (bezkyslíkaté)- tmavé, šedé až černé vápence
- Hloubka moří
- mělká a dobře provzdušněná moře vedou ke vzniku světlejších vápenců
- hlubší a klidnější prostředí vedou ke vzniku tmavších vápenců díky přítomnosti organické hmoty
- Geologické stáří
- chemické složení moří a přítomný typ organismů se v průběhu času měnil
- různá geologická období tak typicky produkují různě zbarvený vápenec, můžeme pozorovat rozdíly např. mezi vápenci devonskými nebo jurskými
Pevnost vápence
Již jsme výše zmínili, že pevnost neboli odolnost proti tlaku je u vápence přinejmenším srovnatelná a u některých vápenců i násobně vyšší než u běžného betonu. Není to vlastnost, kterou bych považoval za intuitivní. Zároveň je ale třeba si uvědomit, že tato vlastnost automaticky neznamená, že by vápenec byl náhradou betonu při konstrukčním stavebním použití, a to i když odhlédneme od toho, že v takovém případě by byla ještě vhodnější běžná žula, která má pevnost ještě vyšší a navíc je výrazně odolnější vůči zvětrávání. Je to dáno zejména tím, že vlastnosti betonu lze "vylepšovat" a navíc jsou tyto vlastnosti předvídatelnější a "homogennější", tj. je tu menší variabilita mezi jednotlivými částmi materiálu. Z těch vylepšení betonu je asi na místě především zmínit železobeton, kdy přítomnost oceli v betonu výrazně zvyšuje odolnost zejména v tahu.
Hlavní faktory ovlivňující pevnost vápence jsou
- Pórovitost – čím větší póry, tím nižší pevnost
- Zrnitost – jemnozrnné bývají pevnější než hrubozrnné
- Cementace/ krystalizace – rekrystalizované horniny jsou pevnější
- Příměsi (jíly, slídy) – snižují pevnost
- Zvětrání a trhliny – výrazně oslabují horninu
Vápence lze členit na mnoho nejrůznějších kategorií, záleží na tom, jaké hledisko upřednostňujete a jak moc podrobnou škálu chcete mít. Jedno z možných (a v žádném případě ne úplných) členění nabízíme níže. Považujeme ho za dostatečné pro ilustraci různorodosti vápence (nejen) z pohledu pevnosti.
1. Kompaktní (krystalický) vápenec
Zde může být maličko diskutabilní, jestli sem tato hornina vůbec patří. Jde totiž už o horninu spíše metamorfovanou vzniklou rekrystalizací vápenců za vysokých tlaků a hodnot. Taky se jí může říkat mramor, to je pojem, který také zná prakticky každý. Já jsem se ji nicméně rozhodl zařadit, koneckonců to "vápenec" ve jméně má.
Pevnost v tlaku: cca 100–250 MPa.
Vlastnosti: Je velmi hutný, s nízkou pórovitostí.
Použití: nosné konstrukce, obklady, lomový kámen.
2. Jemnozrnný mikritický vápenec
Ten mikrit v názvu, to je vlastně jemnozrnný vápencový kal. Vápenec pak vzniká spíše v hlubokomořském a klidném prostředí prostřednictvím usazování kalu.
Pevnost v tlaku: cca 80–150 MPa.
Vlastnosti: Vysoká pevnost, dobrá opracovatelnost, relativně homogenní.
Použití: stavební kámen, sochařství.
3. Bioklastický vápenec (skořápkový)
Bioklastický vápenec je vápenec obsahující bioklast - tedy úlomky fosilních organismů. Je to tedy ten druh vápence, v němž je vysoká šance na objevení zkamenělin.
Pevnost v tlaku: cca 40–100 MPa.
Vlastnosti: nerovnoměrná struktura.
Použití: běžné stavebnictví.
4. Oolitický vápenec
Oolitický vápenec je tvořen malými kulovitými zrny o velikosti do 2mm (ooidy). Tyto ooidy mají obal z uhličitanu vápenatého, uvnitř se pak může nalézat třeba zrnko písku nebo úlomek skořápky. Je příkladem chemogenně vzniklého vápence.
Pevnost v tlaku: cca 30–80 MPa.
Vlastnosti: vyšší pórovitost.
Použití: architektura, dekorativní kámen.
5. Křídový vápenec (křída)
Křídový vápenec je v podstatě takový "nedospělý" vápenec. Je mladší než většina ostatních vápenců a tlak ho nestihl přeměnit ve skutečně pevnou horninu.
Pevnost v tlaku: cca 5–20 MPa.
Vlastnosti: velmi jemný, porézní, snadno se drolí.
Použití: cement, vápno.
6. Marlovitý vápenec (jílovitý)
Jak název napovídá, jde o přechodovou horninu, něco mezi vápencem a jílem. Nicméně hlavní složkou stále zůstává uhličitan vápenatý (75-90%), zbytek jsou jílovité minerály.
Pevnost v tlaku: cca 10–40 MPa.
Vlastnosti: obsah jílu výrazně snižuje pevnost, citlivý na vodu.
Použití: spíše surovina než konstrukční kámen.
Vápence na kamenné mapě
Vápenců zde můžeme vidět docela dost.
Můžeme vidět vápence různých barev.
Můžeme vidět zástupce vápenců z různých skupin zmíněných v listingu.
Můžeme vidět zástupce vápenců z různých geologických období.
Můžeme vidět zástupce vápenců vzniklých ve stejném období a na téměř stejném místě, ale v prostředí hlubokovodním a mělkovodním.
Jednotlivé vápence zde nebudeme podrobně popisovat. Údaje k nim si každý může vyhledat na místě nebo doma na webových stránkách kamenné mapy. Podrobněji si je pak prohlédnete při plnění úkolů této keše. Podáváme zde tedy jen víceméně seznam objektů našeho zájmu:
Vápence
Kámen č.6 - Vápenec ze Štramberka (okres Nový Jičín)
Kámen č.32 - Bituminózní vápenec z Radotína
Kámen č.33 - Biodetritický vápenc z Radotína
Kámen č.34 - Mikritový vápenec z Radotína
Kámen č.35 - Mikritový vápenec (dvorecko-prokopský) z Radotína
Kámen č.36 - Biodetritický vápenec z Loděnice
Kámen č.54 - Vápenec mikritový s rohovci z Podhorního Újezdu (okres Jičín)
Kámen č.86 - Vápenec vilémovický hlubokovodní z Mokré (okres Brno venkov)
Kámen č.87 - Vápenec vilémovický mělkovodní z Mokré (okres Brno venkov)
Kámen č.92 - Vápencová brekcie z Kotouče u Štramberka (okres Nový Jičín)
a take
přeměněné vápence (mramory):
Kámen č.1 – Krystalický vápenec z Velké Hydčice (okres Klatovy)
Kámen č.68 – Krystalický vápenec z Lipové (okres Jeseník)
Informace na plotě
Zdroje a odkazy k dalšímu studiu
https://geomapa.lounovicepodblanikem.cz/
https://atlas.horniny.sci.muni.cz/sedimentarni/vapenec.html
https://smamineral.se/en/world-of-lime/the-story-of-lime/
https://www.wikipedia.org/
https://ocw.mit.edu/courses/12-110-sedimentary-geology-spring-2007/b66608c6883c8d1512c36e49504f8b7a_ch5.pdf