Geometrie a vznik sloupcovité odlučnosti vybraných vulkanitů

Bc. Karel Drahokoupil

Master's thesis

The geometry and origin of columnar jointing in selected volcanic rocks

Abstract:

Odborný výzkum sloupcovité odlučnosti započal při první zmínce o Obrových schodech s destinaci v Severním Irsku. Tento fenomén byl zkoumán po staletí a bylo vymyšleno mnoho teorií popisující jeho vznik. V dnešní době je otázka vzniku sloupcovité odlučnosti již správně pochopena. Tyto sloupce, jež vznikají termální kontrakcí při chladnutí lávy nebo magmatu, popisují termální historii magmatického či lávového tělesa. Pravidelná puklinová síť je formována během chladnutí vulkanického tělesa. Obyčejně můžeme pozorovat více různých tvarů jednotlivých hranolů sloupců jako třeba tetragonální, pentagonální nebo hexagonální. Nicméně nejběžnější je hexagonální tvar. Důvod proč jsou hexagonální sloupce (vypadající jako včelí plástve) nejčastější je ten, že smršťující se trhliny zaujímají nejmenší plochu ku objemu hmoty. Sloupce se tvoří vždy kolmo k chladnoucímu povrchu a puklinový systém se šíří při procesu vychládání od povrchu do centra vulkanického tělesa. Na prasklinách obyčejně vznikají tahové pukliny, označované jako přírůstkové pásy. Pásy jsou nejvýraznějším typem povrchových struktur sloupcovité odlučnosti. Orientace pásů je kolmá na osu sloupců. Iniciační bod ukazuje, kde začíná pás růst. Jeho místo lze odvodit z průběhu pérovité stavby. Ze vztahu mezi pásy na stejné straně sloupce lze určit postupný směr růstu sloupce. Lokalita Vrkoč byla na základě pozorování směrů chladnutí sloupců nově interpretována jako komplex vulkanických hrdel. Jako zvláštní struktury byly rozpoznány protopukliny, které vznikají ještě před vznikem samotné sloupcovité odlučnosti, a kompenzační stupně, které zřejmě vyrovnávají pnutí v místech, kde se mění geometrie sloupce v důsledku změny počtu stěn sloupce.

Abstract:

Columnar jointing has been studied since the first report of Giant´s Couseway in North Ireland. This phenomenon was studied for centuries and many theories tried to explain its origin. The formation of igneous columnar joints is now reasonably understood. These joints, which result from thermal contraction during cooling of magma or lava flow, reflect the thermal history of a rock mass. The symmetric natural fracture network is formed during the cooling of volcanic bodies. Usually, we may observe a variety of columnar shapes in the nature such as quadratic, pentagonal or hexagonal. However, the most common geometry is hexagonal. The reason is that hexagonal honeycomb-like arrangement of contraction cracks would maximize the area-to-fracture-length ratio and minimize the total crack area at the same time relive as much of the thermal stress as possible. The columns always grow perpendicularly to the cooling surface, and the fracture pattern tend to be propagated from the surface towards the center of the volcanic body as it cools. The fractures have usually developed tensile cracks known as growth bands on their surface. The bands are the most significant features on the surface of the column; prolongation of the bands is oriented perpendicularly to the axis of the columns. Initial point showing where the tectonic band began to grow can be found thanks to the geometry of plumose structure. Relationship between two bands on the same column side allows us to determine the direction of gradual cooling. Locality Vrkoč was based on the observation directions cooling columns newly interpreted as a complex volcanic necks. As a special structures where recognized structures, known as protocracks, which arising prior to the creation of columnar jointing, and compensation steps which apparently relax tension in places with changes in the geometry of the columns, e.g. changes in the number of sides of the columns.

Keywords

sloupec/column, sloupcovitá odlučnost/columnar jointing, čedič/basalt, kolonáda/colonnade, vulkanismus/volcanism, pérovitá struktura/feather structure, chladnutí/cooling, puklina/crack

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 5. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 15. 6. 2015
• Supervisor: doc. RNDr. Rostislav Melichar, Dr.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Geology / Geology