Labské pískovce EarthCache

Váš úkol

Podmínkou pro uznání nálezu je nejen návštěva místa, ale i splnění následujících vzdělávacích úkolů:

1. Zjistěte, jakou barvu mají sloučeniny železa, které vytvářejí kresbu na skále. Přečtěte pečlivě listing a pokuste se na základě barvy určit, jak se jmenuje nerost, který tmelí zdejší pískovce a dává jim charakteristickou barvu. (Železivec není správná odpověď. Zajímá mě mineralogický název toho, co je jeho důležitou součástí. Správná odpověď je jednoslovná. Můžete napsat český nebo mezinárodní název.)

2. Jak se dočtete níže, většina pískovců v oblasti pochází z období turonu. Zamyslete se nad obrázkem a napište mi, co byste museli udělat, kdybyste chtěli vidět pískovce cenomanské. Fantazii se meze nekladou.

Odpovědi na otázky nepište do logu, ale pošlete mi je e-mailem. Nečekejte na moji odpověď a zapište svoji návštěvu rovnou. Pokud se Vám neozvu, považujte to za souhlas. (3. 8. 2015 jsem pozměnil úkoly i listing. Pokud mi pošlete odpověď podle původního zadání, samozřejmě Vám ji uznám.)

Úkoly jsou záměrně koncipované tak, abyste si museli přečíst listing – a trochu se dle pravidel vzdělali ve vědách o Zemi. Jako laik jsem se to snažil napsat tak, aby to bylo i pro ostatní laiky srozumitelné a pochopitelné. Pokud někdo píše, že odpovědi musel složitě hledat na internetu, zřejmě nečetl pozorně. Tedy nezaměstnávejte strejdu Gůgla, zapojte mozek, pořádně se dívejte v terénu a potřebné teoretické informace hledejte o pár řádků níže. Všechno tam najdete. To důležité jsem pro jistotu zvýraznil.

Pokud chcete, můžete se s námi podělit s fotkami z výletu (prosím, nenapovídat správné odpovědi na otázky). Děkuji za Vaše odpovědi, fotografie i za návštěvu.

Your task

For a valid logging of this Earthcache, you must visit the site and fulfill the following tasks:

1. Find out the colour of the rock at the site and try to determine name of an iron mineral which cements the local sandstones and gives them their characteristic colour. (Ferrolite or ironstone is not the right answer. I am interested in its important part. See the text below.)

2. Think about what you can read here. What should you do if you wanted to see the sandstones from the Cenomanian period?

Please, do not write your answers to the log, but send them to me via e-mail. Do not wait for my approval! My silence implies consent.

Thank you for your answers, photos and visit.

Čechy jsou evropskou velmocí pískovcových skalních měst. Ta se nacházejí především v oblasti severních a východních Čech. Pískovcová oblast pak zasahuje i do německého Saska a polského Kladska. Skalní města jsou součástí České křídové tabule. Následující text Vám přiblíží její minulost a vysvětlí vznik charakteristických skalních útvarů. A také Vám poskytne informace potřebné ke správnému vyřešení vzdělávacích úkolů.

Geologická minulost

Oblast dnešních Čech byla v minulosti několikrát zalita mořem. Naposledy se tak stalo v posledním období druhohor, svrchní křídě. Tehdy v důsledku pohybů kontinentálních desek poklesla zeslabená zemská kůra a vytvořila rozsáhlou pánev, která se rozkládala v oblasti zhruba mezi dnešními Drážďanami, Prahou, Brnem a severními hraničními horami. Nejprve se zaplňovala sladkou vodou z řek, později ji pak v důsledku dalších poklesů zalilo mělké moře. Tento jev – zalití pevniny mořem – se označuje jako transgrese.

Voda stékající z pevniny přinášela do této pánve úlomky hornin, které se pak v mohutných vrstvách usazovaly na mořském dně. Tam, kde dnes nacházíme pískovcové skály, se usazoval písek vzniklý obrušováním žul, které tvoří okolní pohoří. Usazování vrstev písku probíhalo především ve třech obdobích svrchní křídy, která označujeme jako cenoman, turon a koniak. Tato období trvala celkem asi 15 milionů let. V následujícím období, santonu, se pánev začala opět zdvihat a moře postupně ustoupilo (regrese), tentokrát již definitivně.

Tím, jak mezi jednotlivými zrnky písku vykrystalizovaly látky, které byly původně rozpuštěny ve vodě, vznikl tmel, který jednotlivá zrnka spojil. Tak byly usazené vrstvy zpevněny a vznikly pískovce.

V následujících obdobích vyzdvižené vrstvy postupně podléhaly erozi, tedy postupnému obrušování vodou a větrem, a následnému odnosu obroušeného materiálu. Pískovcové vrstvy tak jsou od konce křídy až do dnešní doby neustále snižovány. Nejmladší vrstvy pískovce, vzniklé v období koniaku, jsou již většinou nenávratně odneseny. Skály, které můžeme na zemském povrchu vidět dnes, pocházejí z období turonu. Cenomanské vrstvy jsou zatím skryty v hlubinách. (Viz schéma.)

Pískovce

Pískovce jsou zpevněné, úlomkovité, usazené horniny, tvořené zrnky písku, tedy úlomky hornin o velikosti 0,06 až 2 milimetry. Mezi nimi převládají zrnka tvořená křemenem – krystalickým oxidem křemičitým. Jednotlivé úlomky jsou spojeny hmotou, tmelem, který může mít různé chemické složení. Fyzikálněchemické vlastnosti tmele pak určují typ pískovce. Na nich mimo jiné závisí i pevnost horniny a odolnost vůči zvětrávání.

Jak vznikají skalní města

Skalní města jsou soustavy skalních bloků, které jsou od sebe odděleny hlubokými škvírami a kaňonovitými údolími. Své pojmenování dostala podle toho, že připomínají skutečná města s domy a ulicemi.
Podmínkou vzniku skalního města je dostatečná masa horniny, v tomto případě pískovce. Ten musí být dostatečně soudržný, aby se vzniklé skalní bloky nehroutily. Dále je důležité, aby horninový masiv byl vyvýšený nad svým okolím a měla k němu přístup voda. To znamená, že pískovec nesmí být pokryt souvislou vrstvou půdy. Za těchto podmínek voda proniká do skulin, kde v zimě zamrzá. Protože led při zmrznutí zvětšuje svůj objem, vzniká velký tlak, který způsobuje pukání a oddělování jednotlivých bloků. Tento jev nazýváme mrazovým zvětráváním. Tím je hornina více obnažena a vystavena erozi. Voda a vítr přenášejí uvolněná zrnka písku a další částice, které povrch skály mechanicky obrušují. Proces vzniku a také zániku skalního města je pozvolný a trvá stovky tisíc až miliony let. Současná podoba skalních měst je vlastně také dočasným stavem.

Uvedené podmínky se v nedávné geologické minulosti vyskytly současně jen na několika málo místech světa. Proto jsou naše skalní města unikátem nejen v evropském, ale i v celosvětovém měřítku. Jinde v Evropě pískovcová skalní města nenajdeme. (Ale třeba na Slovensku jsou skalní města zbudovaná v jiných typech hornin.) Vyskytují se v pouštích například v Alžírsku nebo v americkém Utahu. A protože vznikla v odlišných klimatických podmínkách, než jaké panují ve střední Evropě, vypadají poněkud jinak, než jak jsme zvyklí.

Pískovcové bloky byly postupně uloženy ve vrstvách, které jsou obvykle spojeny tmelem různé pevnosti. To způsobuje, že vrstvy podléhají erozi různě rychle, a tak vzniká charakteristický povrch skal a mnohdy také bizarní útvary jako skalní brány či pokličky a skalní hřiby.

Železivce

V Labských pískovcích často najdeme pískovce s vysokým obsahem železa. Tmel obsahuje jistou sloučeninu železa, která dává pískovci určité zabarvení – zjistit barvu a mineralogický název této látky je Vaším úkolem. Průnik sloučenin železa do pískovcových vrstev pravděpodobně souvisí s tektonickou činností, která tyto vrstvy v minulosti narušila.

Pískovce obsahující železo řadíme do skupiny hornin, které souhrnně označujeme jako železivce neboli ferolity. Jedná se o různé usazeniny, které ve svém tmelu obsahují velký podíl sloučenin železa a slouží často jako železné rudy. Rudolfův kámen, ke kterému Vás souřadnice této zeměkeše zavedou, je patrně největším železivcem v oblasti. Pokud se rozhodnete vylézt nahoru, nejenže budete odměněni pěkným výhledem, ale můžete si na skále prohlédnout různé kresby vytvořené oxidem železa.

Oxidy a hydroxidy železa se díky své chemické a barevné stálosti využívají jako barevné pigmenty. Jsou součástí nátěrových hmot. Díky své neškodnosti a zdravotní nezávadnosti se také využívají jako barviva ve farmacii, kosmetice a potravinářství – tam se můžete setkat s kódem E 172. Pomocí těchto pigmentů můžeme získat celou škálu barev od černé přes hnědou, červenou, oranžovou až po žlutou. Závisí na poměru železnatých (dvojmocné železo) a železitých (trojmocné železo) složek a obsahu vody:
Černou barvu má minerál wüstit, chemicky oxid železnatý (FeO), nebo magnetit (česky magnetovec), což je směsný oxid železnato-železitý (Fe₃O₄).
Oxid železitý bývá hydratovaný a obsahuje proměnlivé množství vody (Fe₂O₃.nH₂O). Čím více vody ve své struktuře obsahuje, tím je světlejší. Bezvodý oxid železitý je tmavě hnědočervený. Nazývá se hematit (česky krevel).
Vodu obsahuje minerál limonit (česky hnědel). Pokud je vody méně, jeho barva je oranžová. S přibývajícím množstvím vody se barva stává okrovou až žlutou.

Všimněte si na Rudolfově kameni barevných kreseb pískovce a pokuste se na základě uvedených informací správně přiřadit jméno minerálu, který tuto barvu skále propůjčuje. Nenechte se zmást „špínou“ na povrchu skály. Spíše si všímejte míst, kde je skála čerstvě obnažená.

Bohemia (the western part Czechia) is a European superpower in sandstone rocky cities. They are situated predominantly in the northern and eastern Bohemia region. The sandstone region overreaches also to to German Saxony and Polish Klodzko. The rocky cities are a part of the Bohemian Cretaceous Platform. The following listing shows its history and explains the formation of rocky cities.

Geological past

The region of contemporary Bohemia was several times overflowed by the sea in the past. For the last time, it became in the Upper Cretaceous era. An attenuated earth crust subsided in consequence of the movement of continental plates. A wide-spread basin was formed among today's Dresden, Prague, Brno and the northern frontier mountain ranges. Initially it was filled by sweet water from rivers, later it continued subsiding and was overflowed by a shallow sea. The process of overflowing is called trangression.

Water flowing from the firm land brought a small fragments of rocks which were embedded in thick layers on the sea floor. In places where sandstone rocks can be found today, sand originating in granites forming neighbouring mountains was embedded. That proceeded predominantly in three periods of Upper Cretaceous: Cenomanian, Turonian and Coniacian. It took cca 15 million years. In the next period, Santonian, the basin was elevated and the sea definitely receded (regression).

Substances originally dissolved in water crystallized among grains of sand and formed rock cement that joined individual grains together. Thus, the layers of sand sediments were consolidated into sandstone rocks.

In the following periods, the elevated layer underwent erosion, i.e. gradual abrasion by wind and water, and subsequent denudation. The layers of sandstone have been permanently reduced since the end of Cretaceous. The youngest layers, originating in Coniacian, have been carried away. The rocks we can see today originate in Turonian. And the Cenomanian layers are still hidden in depths. (See the scheme.)

Sandstones

Sandstones are consolidated, fragmental (clastic), sedimentary rocks formed by grains of sand, i.e. fragments in size of 0,06 až 2 milimeters. Quartz (crystallic silicon dioxide) grains prevail. Individual grains are agglutinated by cement which can have various chemical composition. Physico-chemical properties of the cement determine the type of sandstone and its rigidity and resistance against weathering.

The formation of rock cities

Rock cities are arrangements of rock blocks which are separated by deep chinks and canyon-shaped valleys. They remain real cities with houses and streets. A condition of the formation of a rock city is sufficient mass of a rock. It must be cohesive enough in order that rock blocks would not collaps. The rock massif must be elevated over its surroundings and must not be covered by a continuos layer of soil. Water runs into chinks and cracks in rocks. It freezes in winter, enlarges its volume during solidification and causes pressure which breaks and tears the rocks. This process is called frost weathering.

Thus, the rocks are more denuded and exposed to erosion.
Water and wind transport liberated grains of sand and other particles which skive the surface of the rocks. The process of formation and destruction is slow and gradual and takes hundred thousands and millions of years. The contemporary shape of the rock cities is temporary.

The mentioned conditions occured in the recent geological past at only few places of the world. This is why the Bohemian sanstone rock cities are unique not only in Europe, but in the whole world. They can’t be seen in another European area. They occur in deserts of Algeria (Africa) or Utah (USA). As they have been formed under different climatic conditions, their appearance is also different from those in central Europe.

The individual layers of sandstone are joined by cement with various resistance. It causes the fact that the rapidness of erosion also varies. This results in the characteristic rock surface and bizzare formations, such as gates and capstones.

Ironstones

Sandstones with a high percentage of iron can be found in the Elbe Sandstone Mountains. Their cement contains a certain iron substance, which gives a colour to the rock. Penetration of iron compounds into snadstone layers is probably connected with tectonic activity which disrupted the layers.

Ironic sandstones are classified as a part of group of sedimentary rocks called ironstones or ferrolites. The cement of these rocks is rich in iron compounds. The Rudolf Stone (Rudolfuv kámen), which is situated near the given coordinates, is probably the biggest ironstone in the region. If you decide to climb on it, not only you will be rewarded by marvelous outlook, but you can also see varoius contours formed by an iron mineral.

Iron oxides and hydroxides are used as pigment colorants. They are very stable, non-toxic and safe. They are used in paints and coatings as well as pharmaceutical and cosmetic products and also in foods (E 172). They offer a colour scale from black, brown and red to orange and yellow. The colour depends on the proportion of ferrous (Fe^II) and ferric (Fe^III) compounds and the water content (hydratation):
Mineral wüstite, chemially ferrous oxide (FeO), or magnetite, which is ferrous-ferric oxide (Fe₃O₄), is black.
Ferric oxide is often hydrated and contains variable amount of water (Fe₂O₃.nH₂O). The more water it contains, the lighter its colour is. Anhydrous ferric oxide (contains no water) is dark brownish-red. It is called hematite.
Mineral limonite contains water (it is hydrated). Lower water content gives orange colour. Fully hydrated limonite is yellow.