Vznik přírodních skel

Vyšími teplotami je provázen vulkanismus, pád meteoritu, je součástí elektrických výbojů blesků a samozřejmě nastvá při požárech. Podle těchto čtyř možností tak rozeznáváme čtyři základní skupiny přírodních skel - vulkanická, impaktní, fulguritová a porcelanitová. Vulkanická skla vznikají při projevech sopečné činnosti, při explozích nebo výlevech lávy a jsou na Zemi nejčastější. Pohyb žhavé taveniny způsobuje, že hmota tuhne v rozmanitých bizatrních tvarech a příměsi mohou skla různě zbarvovat. Kousky žhavé lávy, vymrštěné při výbuchu, získávají za letu různé tvary - podobně jako tektity, ty ale létají do mnohem větších výšek. Při pádu meteoritu mohou být kousky roztaveného materiálu vynášeny až do nejvyšších pater atmosféry, nebo nad ni, zatímco láva vyletuje z jícnu sopky, tuhne a padá. Její let vzduchem je kratší.

Výlevné procesy se odehrávají na zemském povrchu nebo pod mořskou hladinou. Takto vznikají efuzivní horniny, jejichž horizontální rozměr vždy výrazně převládá nad vertikálním. Na velkých plochách se láva rozlévá doširoka, proudy a příkrovy tvoří rozsáhlá lávová pole o celkové ploše až tisíce čtverečných kilometrů. Síla utuhlé skelné vrstvy může být až 50 metrů. Extruzivní horniny mají oba rozměry přiližně stejné a vznikají na menších plochách, obvykle tvoří kupolovité útvary.

Při výlevných procesech tuhne sklo na kontaktu horké lávy a chladného prostředí. Různá teplota na povrchu a uvnitř lávového proudu vede k zonalitě, charakteristické hlavně pro efuzivní skla. Povrchová skelná vrstva přechází do zóny se sférolity, kulovitými útvary paprsčitě uspořádaných krystalků, obvykle ze živců, cristobalitu nebo křemene. Uvnitř, v oblasti středového lávového proudu, který chladne pomaleji, bývají podmínky vhodné pro krystalizaci. Někdy však ztuhne jako sklo celý lávový proud. Druhotná zonalita vzniká, pokud ztuhne jako sklo, ale v různých formách - na povrchu jako porézní pemza nebo perlit, uprostřed lávového proudu jako kompaktní obsidián.

Při explozivních procesech se láva pohybuje větší rychlostí. Z jícnu sopky vystřeluje vysoko do vzduchu, rychle tuhne a znovu se částečně taví. Sopka vyvrhuje lávu pod tlakem a žhavé kousky při průletu vzduchem získávají kapkovitý, kulovitý, ale také vlasovitý tvar. Vzniká takto například pemza, nebo havajské slzy bohyně Pelé..

Impaktní skla se tvoří při dopadu železitých nebo kamenných meteoritů, vyjímečně i při katastrofickém výbuchu kometového jádra. Možné rozměry výbuchu kometového jádra osvětlila pokusná exploze 50 000kg trinitrotoluenu v Kanandě, při níž se odehrály podobné jevy jako roku 1908 v povodí řeky Tungusky na Sibiři.

Za průletu atmosférou menší meteory obvykle shoří, nebo ztratí svou rychlost. Zbytky pak dopadají na zemský povrch prakticky volným pádem a při tom se nic vyjímečného neděje. Zato větší tělesa, o průměru stovek a ž tisíců kilometrů, proletí atmosféru nezměněnou rychlostí. Při kontaktu se zemským povrchem pak mohou dosahovat rychlostí v rozmezí 12-73 km/s. V jediném okamžiku se tato rychlost, čili energie kinetická, přemění v energii tepelnou. Celý proces trvá neuvěřitelně krátce, od desetin sekundy po desítky sekund. Horniny zemské kůry i impaktního tělese se přitom drtí, taví a vypařují. Teploty se nejčastěji pohybují v rozmezí 2000-3000 °C, ojediněle i 5000°C.To vše může navíc vyvolat tektonické pohyby a následný výlev magmatu.

Meteorit před sebou žene polštář stlačených atmosférických plynů, což znamená, že ještě před dopadem působí tlaková vlna. Její hodnoty se pohybují v rozmezí 10-150 Gpa, to je nesrovnatelně víc než při vulkanických procesech, kde dosahuje hodnot 0,3 - 4 GPa. Tlaková vlna drtí horniny, objevují se charkteristické deformace, například dokonalá štěpnost křemene, výrazná mozaiková stavba krystalů nebo dvojčatění. Dochází k rozrušení krystalové struktury a skla mohou vzniknat v pevném stavu. Proces se nazývá izotopizace a tato takzvaná diaplektická skla mívají tvar původních krystalů a přeměnu může prodělat řada nerostů, křemičitany, živce, křemen, granáty nebo olivín. Šokové přeměny nerostů jsou proto jedním z indikátorů dopadu meteoritu.

Při zahřátí horniny se taví nejprve světlé alkalické živce a nakonec tmavé minerály. Impaktní sklo tak může mít rozmanité chemické složení, obsahovat nedokonalé krystalky, natavená zrna křemíku nebo bublinky, což způsobuje různé optické efekty. Ve sklech se objevují drobné až mikroskopické kuličky a žilky niklového železa i příměsi různých prvků, včetně původních minerálů z meteoritu. Významným prvkem je v tomto ohledu iridium, z něhož lze na impaktní procesy usuzovat. Za extrémě vysokých teplot se však pozemská hornina ve středové oblasti kráteru i meteorit vypaří a mísení prvků nemusí nastat.

Tektity jsou kyselá přírodní skla nepravidelného, většinou zaobleného tvaru s vysokým bodem tání. Vyskytují se na takzvaných pádových polích, nejvýš 10m pod zemským povrchem. Jejich vývoj způsobují jen velké meteority a jen v místech, kde jsou kyselejší horniny. Bazalty vhodným prostředím nejsou. Při dopadu menších meteoritů vznikají pouze impaktní skla.

Sloupec horké atmosféry při pádu kosmického tělesa taveninu vynese do vyšších oblastí atmosféry a kapky roztaveného skla padají z výšky na zem. Tavenina je tvarována pohybem do kapiček, elipsoidů, disků, válečků a dalších tvarů a povrch získává charakteristickou členitou texturu. Při pádu z tak obrovské výšky se může již ztuhlý tektit druhotně na okrajích rozžhavit, tím se rozčlení na jádro a lem, které se někdy od sebe oddělí a lze je nalézt samostatně - tvary jsou až neuvěřitelně dokonalé, jádro s lemem vypadá jako miniaturka létajícího talíře a pokud se oddělí, lem má tvar krásného pravidelného kroužku

Příčinou vzniku porcelanitů je oheň. V přírodě k tomu může dojít při samovznícení rostlinných materiálů, za vhodných geologických podmínek i při lesních požárech. Jde o to, aby se procesu účastnil vhodný výchozí materiál a vyvinula správně vysoká teplota. Pro vývoj přírodního skla je daleko lepší prostředí v podzemí, kde je materiálu dostatek. Tam dochází k požárům v sedimentech rostlinného původu, například naftonosné břidlice nebo uhlí. Požár v uhelných dolech sice nemusí být stoprocentně přírodního původu, ale procesy odpovídají přírodním a výsledky jsou obdobné. Horninu může natavit i žhavé magma, které nateče do podzemní dutiny.

Při podzemních požárech se hornina tedy roztaví a ztuhne v podobě přírodnícho skla, ale není tu místo pro pohyb žhavé hmoty, jako je tomu u skel vulkanických a impaktních. Tak se nemůže třídit podle tíhy nebo složení jako žhavé magma, ani nezískává žádné zvláštní tvary jako tektity nebo láva létající vzduchem. Hornina se jen nataví, zchladne a změní se v porcelanit, kompaktní jemnozrnou horninu s lasturnatým lomem. Ten často uchovává v barvách původní členitost výchozí horniny či obsahuje zbytky původních minerálů.

Výše teploty, délka jejího působení a doba chladnutí jsou případ od případu různé a mohou rozdílně účinkovat i v jednom místě, takže porcelanity mívají opravdu velmi rozmanité kresby, včetně jasných a sytých odstínů. Leštěné čínské porcelanity se prodávají často jako takzvané obrázkové kameny. Cenu určuje především věrohodnost takového obrázku, nejčastěji to bývají krajinky. Jako dekorativní prvek lze porcelanit vyuížt i v surovém stavu, neupravený. U nás se vyskytuje v oblastech, kde se těží uhlí.

Fulguritová skla jsou nejrychleji vznikající přírodní skla na Zemi. Vysoká teplota při úderu blesku do země odpaří materíál v místě přímého průchodu výboje, okolní horninu roztaví a vše se ihned zchladí. Podle odhadů vše ptoběhne během 1ms a v okruhu 2cm kolem dráhy blesku se teplota pohybuje kolem 3000°C.

Sklo, které takto vznikne, se nazývá fulgurity, čili bleskovce. Mají specifický tvar - blesk při úderu doslova vypálí v hornině kanálek, který získá po ztuhnutí sklovitou konzistenci a je obalený přitavenými zbytky původní horniny. Vrstvička skla nebývá příliš silná, protože obě fáze vzniku - natavení i ztuhnutí proběhnou ve velmi krátkém čase.

Podle typu se dělí fulgurity na dvě skupiny - pískové a horninové. Pískové jsou chemicky jednodušší, výchozím materiálem je písek s vysokým obsahem křemíku. Složení horninových fulguritů je kolísavé, byla nalezena v andezitu, granitu, rohovci, nefelinitu i v dolomitickém mramoru. Oproti původní hornině jsou ale vždy o něco bohatší na SiO2. To je dáno tím, že při úderu blesku dochází k velmi vysoké teplotě, méně odolné složky se snáze odpaří a odolnější křemík přetrvá.

Fulgurity byly připraveny i uměle elektrickými výboji v písku. Spontánně mohou takto vznikat, dojde-li výbojům vysokého napětí u drátů spadlých na zem. Jde o proces podobný, jako při úderu blesku. Protože tu ale hraje roli činnost člověka, nazývají se takto vzniklá skla pseudofulgurity.

Zvláštní vlastnosti přírodních skel člověk ocenil už v době kamenné. I když dnes nepotřebujeme obsidiánová škrabátka a hroty oštěpů, existuje řada příležitosti, při nichž přírodní skla vykonají dobrou službu. O tom, k čemu je lze využít, si povíme něco v příštím díle.