Environmentální archeologie
Kvartér
Jan Horák Ústav pro archeologii UK FF ZS 2015/2016
Environmentální archeologie 7 • Kvartér obecně, definice, charakter • Dějiny bádání – Svět – ČR
• Metody datování • Data – ČR lokality
• Periodizace kvartéru – Základ periodizace
Kvartér • Anthropozoikum, Antropogén, čtvrtohory • Definice – – – –
Člověkem Klimatem Paleomagnetismem Geologicky
• http://www.stratigraphy.org/ – International Comission on Stratigraphy – Quaternary / last 2,7 million years (v. 2010)
• Louis Agassiz • 28. 5. 1807 – 14. 12. 1873
• Glacialismus • Výzkumy v Alpách
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Louis_Agassiz_H6.jpg
• James Murdoch Geikie • 23. 8. 1839 – 1915
• 6 dob ledových – Oblast Velké Británie – Publ. 1894
• Eduard Brückner 29. 7. 1862 – 20. 5. 1927 • Albrecht Penck 25. 9. 1858 – 7. 3. 1945 • • • •
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Albrecht_Penck.jpg
Výzkum v Alpách Kvadriglacialismus Publ. 1909 Později přidali ještě 2
http://apps.uniarchiv.unibe.ch/syscomm/images/rectors/br%C 3%BCckner_eduard.jpg
Výzkum 19. století • Odhalení existence kolísání klimatu • Myšlenka dob ledových – Měnící se počet – 19. / 20. století – 4-6 glaciálů
• Data: – Ledovcové jevy a sedimenty – Fluviální sedimenty – Staré půdy ve spraších
20. století • První půle 20. století – popírání glaciálů jako celoplanetárního fenoménu – nelze poznatky z jedné oblasti (Alpy) vztahovat na oblasti ostatní
• Další doklady: – Geologické – Izotopické – Paleontologické
• Po 2. světové válce – Mořské sedimenty – střídání teplých a studených období – Sprašové série • V. Ložek, J. Kukla – 15 výkyvů
– 60. léta – Čína – až 50 výkyvů
• Vojen Ložek • 26. 7. 1925
http://mollusca.sav.sk/malacology/Lozek.png
• Jiří George Kukla • nar. 1930
http://reinep.files.wordpress.com/2011/05/george-kukla.jpg?w=300
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/39/Loess_landscape_china.jpg
http://www.mikulov.cz/digitalAssets/thumbnail_618_2000_87189_09_priroda_Palavy_JK.jpg
ČR – 19. století a první půle 20. století • Čechy – fluviální a eolické sedimenty, fauna – Antonín Frič – Alfréd Slavík – Jaroslav Petrbok
• Morava – kras, jeskyně, fauna – Jindřich Wankel – Karel Absolon
ČR – druhá půle 20. století • • • • • • • • • • • • • •
Karel Žebera – geologie, archeologie Vojen Ložek - měkkýši Jiří Kukla - geologie Karel Valoch - archeologie Rudolf Musil - paleontologie Jiří Svoboda - archeologie Břetislav Balatka - geomorfologie Jaroslav Sládek - geomorfologie Jaroslav Demek - geomorfologie Tadeáš Czudek - geomorfologie Libuše Smolíková - paleopedologie Eliška Růžičková - geologie Miloš Růžička - geologie Antonín Zeman - geologie
Příčiny klimatických výkyvů • Změny v přísunu energie – Oslunění – 19. a první půle 20. století – Milutin Milanković (1879 – 1958) • Změny oslunění (zde množství dodané energie) pro 65° s.š.za posledních 600 000 let • Změny sklonu zemské osy, precese, změny excentricity zemské dráhy kolem Slunce • Severní polokoule – dostatečná plocha pevnin • Výsledek – 4 výrazná minima oslunění – Odpovídá počtem kvadriglacialismu – Neodpovídá to chronologicky dokladům kvadriglacialismu » Vysvětlováno prodlevou mezi osluněním a reagujícím zaledněním » Jiří Kukla: změny oslunění se plně projevují až s posunem sněžné čáry
Periodické cykly • • • • • • • • • •
Glaciál – cca 100 000 let (spíše tradiční údaj, lépe porovnat s OIS MIS) Interglaciál – cca 10 000 let (spíše tradiční údaj, lépe porovnat s OIS MIS) Stadiál – chladný výkyv v rámci glaciálu – sudé OIS/MIS Interstadiál – teplý výkyv v rámci glaciálu – liché OIS/MIS 40 000 let – cyklus rozložení tepla mezi hlavní klimatické pásy 23 000 let – množství tepla dodaného konkrétnímu pásu Dansgaard-Oeschgerovy oscilace – cca 1500 let Bondův cyklus – cca 1500 let – obdoba DO v rámci holocénu Roční cyklus Denní cyklus
Obecné procesy ovlivňující klima • Změny oslunění (potažmo osa, excentricita, precese) • Oceánská termohalinní cirkulace (dryas např.) • Tektonika – Pokles oceánského hřbetu mezi Grónskem a Islandem • Více teplé vody na sever • Větší srážky • Růst ledovců
– Antarktida posunující se na pól
Metody datace •
Absolutní – – –
•
Relativní – – – – – –
–
•
Izotopové metody Biologické – dendrochronologie Sedimentární - varvy Stratigrafie Analýza zvětrávacích mikrotvarů (morény např.) Archeologie Paleontologie Paleobotanika Fosilizace kostí – s časem klesá obsah organiky, stoupá obsah fluoru – silně ovlivněno tafonomickými procesy a podmínkami Stratigrafické markery
Referenční křivky – – – – –
18O/16O
Obsah kyslíku ve vodě Pa/Th Dendrochronologie Paleomagnetismus
Metody datace • Izotopové a luminiscenční – Fyzikální principy působící na atomy konkrétního izotopu prvku – Vliv fyzikálních procesů na krystalovou mřížku minerálů – Metody absolutního datování
14C – radiokarbonová metoda • Willard F. Libby, 50.léta 20. století • 14C : 12C • Atmosféra = 99% 12C : 1% 13C : 0,0000000001% 14C • Atmosféra – živý organismus – mrtvý organismus = konec obnovování poměru C z atmosféry – rozpad 14C a pokles jeho obsahu • Předpoklad: stálost koncentrace 14C v atmosféře 14 6C
𝑟𝑜𝑧𝑝𝑎𝑑 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜𝑛𝑢
14 − • 7N + 𝑒 + 𝜈𝑒 • Poločas rozpadu = 5730 ± 40 let • Metody: – Konvenční – počítá aktivitu – vyzařování energie (klesá se vzrůstajícím stářím – hůře měřitelná) – vzorky alespoň gramy – AMS – počítá přímo atomy – vzorek mg
14C – radiokarbonová metoda • Časové rozpětí: – Desítky let až desítky tisíc let – Staré vzorky – nízká aktivita vyzařování – hůře měřitelné konvenční metodou – Spodní hranice cca 40 000 – 70 000 let
• Datovaný materiál – Organický materiál • Původem z jednoho organismu • Celkový půdní uhlík bez ohledu na konkrétní organismus – předpoklad komunikace půdy s atmosférou
14C - kritika • Nutnost vyloučení kontaminace • Nutnost vhodného nosiče – celulóza ze dřeva, kolagen z kostí apod. • Nestálost koncentrace 14C v atmosféře – Sluneční aktivitou, geomagnetickým polem, geochemickými cykly – Narušuje základní předpoklad – Zjištěno již v 50 . Letech 20. století • Nesoulad mezi 14C a dendrochronologií • Kalibrace = porovnání datace s jinou metodou
235U
• 3 rozpady – – –
235U
→234U (poločas r. 250 000 let) 235U →230Th (poločas r. 75 000 let) 235U →231Pa (poločas r. 32 000 let)
• Rozpětí tisíce až statisíce let (cca 600 000) • Datovaný materiál – uran hojný ve vápnitých materiálech • Schránky živočichů • Koráli • Jeskynní vápnité sedimenty
40K, 40Ar
• 40K →40Ar (poločas r. 1,25 mld. let) • Poměr 40Ar a 39Ar • Časové rozpětí: – Desítky tisíc let a výše
• Datovaný materiál: – Vzorky horniny
210Pb
•
210Pb
→ (210Bi → 210Po)→206Pb (poločas r. 22,26 roku) • Měření aktivity olova i mezistupňů • Časový rozptyl: – Staletí (max. cca 200 let do minulosti)
• Datovaný materiál: – Sedimenty jezer a moří
OSL, TL, ESR • Přirozená radioaktivita emituje z atomů elektrony zachytávající se v krystalové mřížce – – – –
Jejich počet s časem stoupá Po zahřátí se elektrony s mřížky uvolňují zpět a vyzařují při tom energii Metody tuto E počítají Metoda měří nikoliv stáří materiálu, ale dobu od posledního resetu (ozáření, zahřátí apod.)
• Předpoklad – konstantního ozařování v čase – Znalosti míry tohoto ozařování
• Metody rozlišeny způsobem a technologií počítání energie • Časové rozpětí: – Stovky let až miliony let
• Datovaný materiál: – Zrna křemene a živce, vápnité části organismů (schránky měkkýšů, zubní sklovina)
dendrochronologie • Letokruhy – Klima, fyziologický vliv, mechanický vliv – Odlišnost podmínek se projevuje různě – nejčastěji tloušťka – Jarní dřevo • Světlé, řidší
– Letní dřevo • Tmavé, hustší
• Nutno mít dostatečný počet letokruhů (40)
dendrochronologie • Jehličnany – Výrazné letní – Výrazný rozdíl mezi jarním a letním
• Listnaté kruhovitě pórovité dřevo – Výrazné jarní – Čím letokruh tlustší, tím letní výraznější – Dub, jasan, akát, jilm
• Listnaté polokruhovitě pórovité dřevo – Hranice mezi jarním a letním méně výrazná – Třešeň, ořešák
• Listnaté roztroušeně pórovité dřevo – Bez výrazného rozlišení jarního a letního – Buk, habr, bříza, olše, topol, lípa
Varvy • Prostředí klidné stojaté vody, sedimentace ze suspenze • Tmavé – Jemná frakce, mikroorganismy, pyl
• Světlé – Hrubší frakce, méně organiky
Stratigrafické metody
Sedimentární markery • Marker – jakákoliv vrstva či charakter vrstvy umožňující relativně datovat nespojité sedimentární záznamy v různých lokalitách – Sedimentární s.s. – Paleopedologické – Geochemické – magnetické – Biologické – archeologické
Biostratigrafie • Palynologie, paleobotanika, paleontologie etc. • Přesnost závisí na: – Časovém měřítku • Čím starší, tím hrubší
– Datovacím prostředku • Taxony s rychlým fylogenetickým vývojem
Referenční křivky • Milankovićova křivka – Vypočtená, nezpracovává změřená data
• OIS / MIS – teplota mořské vody – Poměr 18O a 16O měnící se s teplotou vody – Schránky dírkovců (CaCO3) v mořských sedimentech
• Ne vždy se dají dobře provázat se sedimenty kontinentálními
– Lichá čísla – teplý výkyv, sudá čísla – studený výkyv – V rámci Q 103 výkyvů, 104. výkyv již před Q – Kontinuální křivka – mořské sedimenty lepším archivem než kontinentální
• Změny výšky mořské hladiny – Datováním korálů – Efektivní cca pro posledních 18 000 let
• Vývoj teploty vzduchu – Obsah kyslíku a deuteria – Ledovcové vrty (Grónsko, Antarktis)
• Varvy, dendrochronologie
Data • Sedimenty samotné • Obsah sedimentů • Geomorfologie – např. erozní terasy, vertikální posun tvarů pobřeží (útesy), vertikální změny v jeskynních systémech
Říční terasy a uloženiny • •
Vltava, Labe, Morava, Bečva, Berounka, Ohře významné terasy Bečvy, které jsou však pozměněny neovulkanismem (podobně Rýn), které by jinak umožňovaly provázání různých systémů periodizace kvartéru – severoevropského a alpského • umožňují provazovat vývoj různých oblastí • Střední pleistocén: – Čílec u Nymburku – Pátek u Loun – Račiněves pod Řípem
• Terasy pod sprašemi – Praha Sedlec – Brno Červený kopec
• Zářez D5 u Berouna – Nad horní hranou kaňonů fluviální sedimenty v jedné úrovni z dlouhých období • Nejsou vertikálně rozlišeny a nelze je využít pro morfostratigrafický výzkum
http://geologie.vsb.cz/reg_geol_cr/11_obr/11_14_sed_kvarteru_271.pnghttp://geologie.vsb.cz/reg_geol_cr/11_obr/11_14_sed_kvarteru_271.png
http://bigbloger.lidovky.cz/blog/12889/192175/terasy.jpg http://scientica.cz/dvdpg/obr/big/3_19,5big.jpg
Říční sedimenty - nivy • Pleistocénní dochované jen výjimečně • Polabí • Český kras – Suchomastský potok – Stříbrný potok – Březnice u Srbska
• Tiché údolí pod Úněticemi • Velké toky – nasedají na erodované svrchnopleistocénní terasy • Menší toky – často kontinuální vývoj od konce glaciálu po celý holocén
Sprašové série • • •
Vytvoření půdy na spraši neodpovídá celému interglaciálu – i tato teplá období se skládala z menších klimatických výkyvů, na něž vývoj půd reagoval Mohou obsahovat i hiáty Vytvářel se vždy celý komplex půd – pedokomplexy – –
• • • •
Počet PK záleží na zachování, oblasti, stupni poznání- ve střední Evropě cca 12 Ložkovo schéma glaciálního cyklu
Společně pokrývají celý pleistocén: Stranzendorf, Krems a. d. Donau, Brno – Červený kopec Další: Praha – Sedlec (Riss), Dolní Věstonice, Malín u Kutné Hory, Dolní Kounice, Modřice, Předmostí u Přerova, Dolní Věstonice, Sedlec u Mikulova
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/28/%C4%8Cerven%C3%BD_kopec.JPG
• Červený kopec, Brno
Paleopedologie • • • •
Fosilní půdy – pohřbené Polycyklické půdy – pedogeneze vícekrát Polygenetické půdy – více různých pedogenezí Reliktní půdy – vznik za jiných podmínek než dnes, nicméně stále procesy probíhají – vzniká polygenetická půda
• Změny klimatu – na stejném substrátu vznikaly různé půdy, měnil se charakter půd
http://www.geology.cz/aplikace/fotoarchiv/sobr.php?r=700&id=9661 http://www.geology.cz/aplikace/fotoarchiv/sobr.php?r=700&id=9650
• Praha - Sedlec
paleopedologie • Spodní pleistocén – Rotlehm, Braunlehm • Hlinité substráty • Silně zvětralá, načervenalá, nažloutlá • Cromer / Mindel a starší
– Terrae calcis – z karbonátů • Terra rosa – načervenalá, vznik patrně na konci terciéru • Terra fusca – nažloutlá, vznik v interglaciálech • Zvětralé, odvápněné, jílovité, sytě zbarvené – B horizont, A horizont slabý • Hlavně přemístěné, tj. půdní sediment • Blízké luvisolům, kambisolům, rendzinám
paleopedologie • Svrchní pleistocén – Černosoly (step, nižší srážky), kambisoly a luvisoly (les, vyšší srážky), rendziny – Výjimečně i starší (černozem v superpozici s braunlehmem ve sprašovém profilu k.ú. Čejkovice, Hodonín) – Parahnědozem = hnědozem-luvizem
Terra fusca
.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/60/Terra_fusca.jpg
https://bodenkunde.unihohenheim.de/uploads/RTEmagicC_K4TerraFusca_01.jpg.jpg
Pleiner – Rybová et al. 1978: Pravěké dějiny Čech. Praha. Strana 71.
Svahoviny • například geliflukční sedimenty, které u nás nalezneme například v Ralské pahorkatině, ač se v menší míře vyskytují na většině území České republiky • Obecně: oblasti s dynamickým reliéfem • Český kras, Moravský kras – – – –
Značná tvorba materiálu Vhodné prostory pro ukládání eolických sedimentů Vhodné pro uchování měkkýšů Dynamický reliéf – výrazná tvorba svahovin
Svahoviny • • • •
Ctiněves Kurovice u Tlumačova IV. sluj na Chlumu u Srbska Stránská skála Brno
Chlupáč et al. 2011:Geologická minulost České republiky. Praha.
Ledovcové uloženiny • Morény horských ledovců – Šumava, Krkonoše, Hrubý Jeseník, Králický Sněžník, Beskydy
• Morény kontinentálního zalednění – Elster: v Podještědí, Frýdlantský a Šluknovský výběžek – Saale: Opavsko, Ostravsko, Osoblažsko, Moravská brána – Mocnost desítky metrů, výjimečně 150 m
Další pozůstatky ledovcové činnosti • například ledovcem modelovaný terén • periglaciální zóna: – Mechanické zvětrávání, sedimentace, permafrost – Sedimentace • • • •
Polabí Podkrušnohorské pánve České Středohoří Pražská a Kladenská plošina, Křivoklátská a Hořovická pahorkatina • Plzeňská plošina • Moravské úvaly – případná korelace alpského a severoevropského systému
Jezerní sedimenty • • • • • •
Význam pro holocén Význam pro chronologii - varvy Přezletice: spodní/střední pleistocén, slínité a pěnovcové sedimenty Únětice: slínité sedimenty spodního pleistocénu Stonavské jezero (Ostravsko) Holocén: – – – – –
Jezero Švarcenberk v třeboňské pánvi Komořanské jezero v mostecké pánvi Čejčské a Kobylské jezero Ledovcová jezera (Šumava, Krkonoše) Mrtvá ramena v nivách (Polabí, Pomoraví apod.)
• Soos – Jezerní diatomity
www.oldmaps.geolab.cz
• Komořanské jezero
Rašeliniště • Horská rašeliniště: – Šumava, Krkonoše, Krušné hory
• Nížinné slatiny: – Polabí, Třeboňsko
Uloženiny v krasových oblastech • Půdy i sutě • Obsahují pozůstatky fauny, flóry i archeologické nálezy • Sintry a krápníky – sedimentaci lze počítat s přesností na rok – sedimentace navíc respektuje teplou a chladnou část roku
– Jeskynní uloženiny • Moravský kras • Český kras
Nivní sedimenty • Vytvářely se především v holocénu, pravděpodobně k jejich vzniku přispěla lidská činnost v krajině • Výhody – Sedimentace z velké oblasti – Možnost provázání stratigrafie na velké vzdálenosti
• Nevýhody – Dynamika – Resedimentace – Hiáty
Sladkovodní vápence • • • •
Travertin = pramenný vápenec Pěnovec = na úpatí svahů a na svazích Pěnitec = pod abri a ve vstupech jeskyní Sintr = vápenec vytvořený v podzemí
• Obecně vznikají hlavně ve vlhčím a teplejším klimatu – tedy interglaciály
travertiny • Pevné – pouze pleistocénní • Morava: – Kokory, Tučín, Želatovice, Radslavice
• Čechy – Karlovy Vary
• Slovensko – stále aktivní – Gánovce, Horka u Popradu, Sivá Brada, Dudince
http://www.treking.cz/regiony/ganovce5.jpg
• Gánovce
http://www.treking.cz/regiony/siva-brada3.jpg
• Sivá Brada
pěnovce • Pleistocénní většinou nedochované • Čechy pleistocénní: – Únětice pod Holým vrchem
• Holocénní: – Svatý Jan pod Skalou – Koda – Mrsklesy (České středohoří)
Výplně krasových dutin • Vápnité zásadité prostředí – Uchování kostí, schránek měkkýšů apod.
• 3 facie – Vnitrojeskynní – Vchod jeskyní • Nejlépe obráží klimatický vývoj
– Povrchové deprese, pukliny, komíny apod.
• Český a Moravský kras
Kvartér vývoj • 1,8 Ma – Inverze magnetického pole 1,77 Ma – Výrazné ochlazení klimatu – Rychlejší a výraznější oscilace klimatu
• 2,58 Ma – – – – – – – – –
Výrazná inverze magnetického pole (Gauss/Matuyama) Ochlazení a vysušení klimatu Počátek ukládání spraší Zvýšení tektonické činnosti + vulkanismus Počátek vývoje systému říčních teras Pokles hladiny moří Ochlazení moří Počátek vývoje permafrostu a zalednění Vznik nových typů sedimentů a zvětralin
Periodizace - základ • Klima • Paleontologie – zoologie – Drobní savci, hlodavci • Rychlý fylogenetický vývoj
– Měkkýši • Dobrá indikace stanovištních podmínek – stenoekní taxony
– Drobní živočichové – prostorová omezenost
• Paleobotanika – Prostorově méně omezené – Pyl – větší rozptyl – větší šance uchovat se ve více lokalitách
Periodizace kvartéru
Chronologické systémy • Absolutní • neabsolutní
absolutní • OIS / MIS • Vyjadřují absolutní dataci
Vztah absolutní a relativní chronologie • Navázanost relativní ch. na absolutní chronologii – Závisí na stavu výzkumu – Množství vzorků – Kvalita datace • Mnohdy navázání nemožné, nedokonalé etc. – Absolutní se proto ne vždy využívá – Často využívané relativní datování • Vyjadřují absolutní dataci druhotně a ne vždy – Př.: „risská říční terasa“, „zařazení do pedokomplexu IV“
Systémy •
Severoevropský – V ČR skrze Labe a Odru – + přímé zalednění na S Moravě, ve Slezsku a v S Čechách
•
Polský – Mají vlastní – Nám blízký – V praxi u nás neužíván
•
Alpský – Prvotní – Pro ovlivnění tektonikou později opuštěny
•
V ČR dlouho snaha o synchronizaci a propojení – Možnost v Moravské bráně – Nemožno: i Bečva tektonicky ovlivněna
•
Celosvětově i v rámci Evropy další systémy
Korelace systémů • Kontinuální škály absolutně datované – OIS / MIS • Nekontinuální sedimentární aj. záznamy relativně chronologicky seřazené • Ne vždy to jde, ne vždy to sedí – Například korelace interstadiálů a stadiálů s OIS / MIS stádii
http://www.stratigraphy.org/upload/QuaternaryChart1.JPG
11 700
-
holocén
holocén
Würm
Visla
100 000
11 700
115 000
100 000
Riss / Würm
Eem
380 000
115 000
Riss
Saale
420 000
380 000
Mindel / Riss
Holstein
480 000
420 000
Mindel
Elster
860 000
480 000
Günz / Mindel
Cromer
1 360 000
860 000
Günz
Bavel + Menap
1 600 000
1 360 000
Donau / Günz
Waal
1 780 000
1 600 000
Donau
Eburon
2 420 000
1 780 000
Biber / Donau
Tegelen
2 580 000
2 420 000
Biber
Pretegelen
Korelace systémů: Potřeba korelace – absolutní datování ne vždy dostupné Jednoduchost Nedokonalost