Přednáška VIII.
Geologie kvartéru klíčová slova: pleistocén, holocén, kvartérní sedimenty (fluviální, proluviální, eolické, deluviální, limnické, organické)
1
Kvartér (Quaternary) • V současné době sporné označení pro dvě nejmladší epochy, pleistocén a holocén: - 19.-20. století – používalo se „historicky vžité“ členění na prvohory, druhohory, třetihory a čtvrtohory - 2004 - ICS (International Commission on Stratigraphy) považuje kvartér za subperiodu neogénu) - 2004 - INQUA (International Union for Quaternary Research) tuto „devalvaci“ ostře kritizuje -2005 – byla zahájena jednání mezi INQUA a ICS za účelem dosažení shody, možnosti jsou dvě: útvar/perioda či 2 suberatém/subéra
Obr. 1. Návrhy stratigrafického zařazení kvartéru (současný stav, varianta nového útvaru, varianta nové subéry) Zdroj: www.stratigraphy.org
3
• Počátek kvartéru je ve dřívější literatuře datován podle konce geomagnetického eventu (Olduvai) - 1,81 mil. let • Nově bude do kvatéru řazen i stupeň gelasian 2,588 ± 0,005 mil. 1,806 ± 0,005 mil. let • Důvod: - S počátkem gelasianu dochází k výrazným změnám v klimatu, rozložení oceánů a skladbě bioty na Zemi a zároveň je toto období korelovatelné s tzv. Gauss-Matuyamovou magnetostratigrafickou hranicí • Finální shody bude dosaženo na 33rd International Geological Congress in 2008 (Oslo).
4
• V české literatuře se používá synonymum „antropozoikum“ (nikoli antropocén – tímto termínem se označuje nejmladší část kvartéru = 11 550 let – současnost) • Kvartér se dělí na dvě epochy: - pleistocén - 2,588 ± 0,005 mil. – 11 550 let - charakterizováno intenzivními výkyvy teplot - typické je kolísání hranice polárního zalednění - holocén – 11 550 let - současnost - v současnosti probíhající teplý interval, který je však pouze součástí dlouhého teplotního klimatického cyklu.
5
Proterozoikum
Obr. 3 Vymezení kvartéru v rámci tzv. geologických hodin. Zdroj: www. commons.wikimedia .org
6
Obr. 4 Stratigrafické schéma kvartéru dle evropského dělení Zdroj: Chlupáč 2002 7
• Ve starším pleistocénu bylo klima v Evropě zpočátku ještě dosti teplé, ale pak se rychle ochlazovalo a nastává doba tzv. glaciálů. Tato doba měla rozhodující vliv na vývoj našich lesů. • Ve Skandinávii se vytvořil souvislý kontinentální ledovec, který několikrát pronikl až do střední Evropy. Současně se směrem k našemu území šířil od jihu ledovec alpský. • V průběhu ledové doby nebyla naše krajina nikdy souvisle zaledněna. Skandinávský ledovec dosahoval až k severním úpatím našich pohraničních hor a zastavil se ve Šluknovském a Frýdlantském výběžku, kde pronikl až k Liberci. Moravskou branou pak postoupil až k Hranicím na Moravě.
8
• V našich pohraničních horách se v této době vytvořily místní malé karové ledovce (Šumava, Krkonoše, Jeseníky, Karpaty). • Pleistocén nebyla doba klimaticky jednotná, střídají se výrazně chladná období - tzv. glaciály, která se střídala s poněkud teplejšími mezidobími, tzv. interglaciály. • Ani glaciály však nebyly klimaticky jednotné a dělí se dále na velmi chladné stadiály s mírnějšími interstadiály
9
• V Evropě se rozlišují čtyři hlavní glaciály – würm, riss, mindel a günz a tři interglaciály – eem, holstein a cromer
10
• Chladná období nejsou výsadou pouze kvartéru: Výrazně chladná období jsou typická pro archaikum, proterozoikum, ordovik – silur, karbon – perm
11
• Princip střídání teplých a chladných období je v současné době dávána do souvislosti s tzv. Milankovićovými cykly • Příčinou je opakování periodických cyklů, dle kterých se řídí excentricita (41000 let), sklon (21000 let) a precese zemské osy (26000 let – „Platónský rok“) • Společným působení těchto cyklů dochází ke kolísání sluneční aktivity a insolace = výkyvy v globální průměrné teplotě
12
• Z pohledu paleoantropologie dělíme kvartér na: paleolit (starší doba kamenná) – starší – 2,6 – 0,1 mil. let – Homo habilis, H. ergaster, H. erectus – střední - 0,3 – 0,03 mil. let – Homo sapiens neandertalensis – mladý - 40 – 11 tis. let – Homo sapiens sapiens – pozdní - 11 – 8 tis. let mezolit – (střední doba kamenná) - 7 – 6 tis. let neolit - 5200 – 4000 let - Následuje doba bronzová (3900 – 2800 let) a železná (3000 – 2000 let)
13
Paleolit - Dosud přežívají hominidi ze skupiny Australopitéků - Homo habilis (člověk zručný) začáná používat používat nástroje (a zřejmě i oheň) - Typická je kamenná industrie Olduvai (Afrika), nejstarší nálezy z Čech pochází z Berounska a Čakovic - Homo erectus (člověk vzpřímený) osidluje Asii a Evropu - Ve středním paleolitu se člověk učí používat specializované nástroje (škrabadla, drasadla, klíny, sekáče, hroty) - V mladém paleolitu se rozvíjí umění (nástěnné malby, sošky), náboženství (pohřbívání mrtvých, dary a rituály) - Cca před 40000 let dochází k vymření posledního blízkého člověka – H. sapiens neanderthalensis a zůstává pouze H. s. sapiens 14
Obr. 12 Homo habilis (člověk zručný)
Obr. 13 Nástroj industrie olduvai, Tanzanie. Obr. 16 Homo sapiens neanderthalensis
Obr. 14 Homo erectus (člověk vzpřímený)
Obr. 15 Nástroj industrie Acheluén, Bečov u Mostu.
Obr. 17 Soška magdalenienské kultury (Věstonická venuše), pozdní paleolit 15
Mezolit • období po konci posledního chladného klimatického výkyvu • Mizí zástupci glaciální fauny (mamuti, nosorožci, sobi…) – poslední mamuti přežívají na Wrangelově ostrově před 4300 lety, jelen Megaloceros přežíval na Isle of Man před 9000 lety • Vegetace se začíná měnit (bříza, borovice, líska, dub, jilm, lípa) • Člověk se orientuje na lov (šípy, užití psa) • Tvoří se osady • Využívají se specializované násroje, jako harpuny, rybářské háčky, čluny, lyže, saně) • Končí éra „lovců a sběračů“
16
Obr. 18. Fauna střední Evropy v období interglaciálů (vlevo) a glaciálů (vpravo) 17
Zdroj: Chlupáč 2002
Neolit • Hlavním způsobem obživy je zemědělství (neolitická revoluce) • Rozvíjí se pěstování luštěnin (hrách, čočka), obilnin (pšenice, ječmen, výjimečně oves a žito), dále proso, len, mák; chov domácích zvířat (ovce, kozy, hovězí dobytek) • Výroba keramických nádob, oděvů a trvalých obydlí • V období neolitu se v Evropě objevuje „megalitická kultura“ typická budováním velkých kamenných struktur
18
Obr. 20. Chrám Āgantija na Maltě (Zdroj: www.wikipedia.com)19
Charakteristika klimatu • Střední Evropa byla v období glaciálů takřka bezlesá. V hornatých krajích se rozprostírala severská tundra s mechy a lišejníky. Dále od ledovců pak převládala arktickoalpínská květena. • Na sušších místech byla subarktická step, která zaujímala i Čechy s Moravou a nižší polohy Slovenska. • Na místech s příznivějším podnebím vznikla tajga zakrslého vzrůstu, tvořená především borovicí a břízou. • V interglaciálech pronikaly do střední Evropy od jihu lesní dřeviny, jako jsou duby, lípy, javory, habr, buk, jedle apod., a vytvářely zapojené lesy. 20
Obr. 21. Vegetace v Evropě od Severního po Středozemní moře v období interglaciálů (dole) a glaciálů (nahoře) Zdroj: Chlupáč 2002
21
Charakteristika kvartéru: A. střídání glaciálů a interglaciálů, výrazné studené a teplé výkyvy oproti dnešku (typické pro celé období kenozoika) - velké amplitudy a frekvence klimatických oscilací - v některých částech světa byly zaznamenány výkyvy až 15 stupňů mezi teplými a studenými epizodami - podle hlubokovodních oceánských záznamů je zřejmé, že během kvartéru proběhlo víc jak 50 teplotních výkyvů (cold stages) a k tomu odpovídající počet interglaciálních period B. periodická glaciální aktivita, vznik kontinentálního ledovce, expanze horských ledovců 22
C. dramatické klimatické změny ve středních a vyšších zeměpisných šířkách - horské a kontinentální ledovce rostly a ustupovaly, vytvářely reliéf. Před ledovci se vytvářelo periglaciální klima • Opakováním zmiňovaných klimatických změn vznikal bohatý geologicky záznam zahrnující nejrůznější typy sedimentů. • Čtvrtohory vtiskly současný charakter všem terénním tvarům a zároveň svými uloženinami překryly horniny starších geologických útvarů velké části území často mnohametrovými akumulacemi. • Plošné rozšíření kvartérních uloženin je velmi výrazné.
23
Obr. 22. Hranice kontinentálního zalednění při posledním glaciálu (würm) Zdroj: PřF UK
24
Obr. 23. Kolísání teplot v kenozoiku Zdroj: PřF UK 25
Obr. 24. Kolísání teplot v kvartéru (pleistocén) Zdroj: PřF UK 26
Typy kvartérních sedimentu, význam a geneze • Kvartérní sedimenty jsou většinou nezpevněné a představují je jednak klastické a biogenní sedimenty. • Klastické sedimenty české republiky můžeme rozčlenit na těchto několik skupin: 1. fluviální 2. glaciální 3. eolické 4. koluviální 5. lakustrinní 6. jeskynní + periglaciální jevy
27
1. Fluviální (říční) sedimenty • Fluviálními sedimenty všeobecně označujeme sedimenty transportované a usazené proudící vodou. Rovina na dnech údolí , která je při povodních často zaplavována se nazývá údolní niva. Proud vody prořezává v údolní nivě koryto. • Hlavními znaky fluviálních usazenin jsou: – přítomnost sladkovodní fauny – protáhle čočkovitý vývoj uloženin – malá mocnost uloženin (desítky metrů) – většinou převládání písčitých uloženin – velká litologická proměnlivost v horiz. i vertik. směru – rychlé změny v mocnosti uloženin – velmi časté projevy eroze a rozmyvů. 28
• Podle prostředí vzniku se fluviální sedimenty dělí na: – – – –
nivní sedimenty horního a dolního toku uloženiny dejekčních kuželů říční terasy.
29
Uloženiny údolních niv (aluvia) • Jsou zaplavovány v obdobích velkých vod, zpravidla se skládají z jemnějších částic usazovaných ze suspenzí při pozvolném opadávání vzedmutých vod. Pro nivní uloženiny je typické občasné střídání se sedimenty dočasných jezer a bažin. • Jde vesměs o vertikálně se střídající jemně písčité, hlinité a jílovité, místy více humózní, případně až slatinné polohy s příměsí přemístěných hrubých klastik zvláště v podobě štěrků. • Z hlediska pedologie lze rozlišit řadu nivních a glejových půd.
30
Obr. 25. Povodňové hlíny s čočkou písčitých štěrků na povrchu vyšší úrovně údolní terasy Vltavy pod Radlicemi u Prahy. Zdroj: Kovanda a kol., 2001
31
Obr. 26. Profil nivou Vltavy Zdroj: Kovanda a kol., 2001 32
Uloženiny horního a dolního toku • Uloženiny horního toku bývají často rozrušeny erozí a denudací, takže se častěji setkáváme se sedimenty dolního toku. Ty se často prstovitě střídají s jezerními sedimenty. • Jedná se především o středně zrnité sedimenty klastického charakteru, spíše nevytříděné. Velikost klastů závisí na kinetické energii řečiště. • Typické je značné opracování klastů (=zaoblené valounky). • Vyskytují se na dně řečiště a podél břehů v podobě štěrků a štěrkopísků, v dolní části toku jde o náplavové kužely. 33
Uloženiny dejekčních kuželů (deluvifluviální s.) • Často jde o ostrohrannou až poloostrohrannou suť s jílovito-písčitou základní hmotou. • Tato suť bývá splavována nebo pozvolna sestupuje vlivem průsaku vody nebo promrzání roklemi a strmými údolími a hromadí se ve větší míře při úpatí hřbetů a hor nebo v údolních závěrech. • Jsou takřka nevytříděné, mají velmi malý stupeň opracování. • Na rozdíl od čistě deluviálních sedimentů (svahovin) se na vzniku dejekčních kuželů podílela vedle gravitace i voda.
34
Obr. 27. Setmelený suťový kužel úlomků a kamenů svrchnoproterozoických hornin v rokli u Davle (Praha) Zdroj: Kovanda a kol., 2001
35
Říční terasy • Z genetického hlediska se jedná o zbytky fluviálních sedimentů, které zde byly v minulosti uloženy. • Vznikly akumulací fluviálních sedimentů během glaciálních period, kdy sedimentace převažovala nad erozí. Na povrch se dostaly erozí vodním tokem během interglaciálu. • Terasy mají typickou povrchovou morfologii a ostrou erozní hranici směrem k vodnímu toku. • Ze starších (vyšších) úrovní jsou zpravidla zachovány jen jejich neúplné relikty – větší část akumulací byla během kvartéru na exponovaných místech erodována, denudována či odváta. 36
Obr. 28. Kvartérní terasy Vltavy v širším okolí Prahy Zdroj: Kovanda a kol., 2001
37
2. Glaciální sedimenty • Glaciálním prostředím rozumíme oblast pokrytou ledem a nejbližší okolí , tzn. předpolí (periglaciální oblast).
jeho
• Druh a množství sedimentu je tedy především určováno rozsahem a mocností ledovce, orografickými a geomorfologickými poměry, rychlostí pohybu ledovce a jeho odtáváním. • Till – nezpevněný ledovcový nános • Tillit – zpevněný ledovcový nános • Je to materiál přinášený ledovcem jako tzv. moréna (spodní, čelní, boční).
38
• Charakteristickým znakem tillu je jeho nevytříděnost, nestejnorodost hroninového a minerálního složení, ostrohrannost a poměrná čerstvost úlomků hornin a minerálů a nevrstevnatost. • Podle zrnitosti se může jednat o jíly, písky štěrk i obrovské horninové bloky, většinou vzájemně smíšené. • Základní hmota většiny tillů bývá jílovitá, tmel u tillitů bývá často alespoň z části CaCO3. • Vedle tillů a tillitů rozlišujeme dále: • Výplavové (glacifluviální) uloženiny – vznikají vyplavováním materiálu morén tavnými ledovcovými vodami. • Glacilakustrinní sedimenty - vznikaly v jezírkách vzniklých před 39 čelní morénou.
Obr. 29. Nezpevněný ledovcový sediment na boční moréně Zdroj: www.uwgb.edu
40
Obr. 30. Tillit vzniklý v období staršího pleistocénu 41
Zdroj: www.uwgb.edu
3. Eolické sedimenty • Eolické sedimenty, tzn. sedimenty jejichž transportačním médiem je vítr dělíme na: 1. eolické reziduální štěrky a hrubozrnné písky (deflační rezidua) 2. eolické (váté) písky 3. eolické prachy (spraše) • Tyto sedimenty jsou rozšířeny hlavně v nižších nadmořských výškách (150 - 350 m n. m.). • V závislosti na morfologii vznikají jednak plošné pokryvy nebo přesypy (připoutané – návěje, přívěje, závěje a přesypy stěhovavé).
42
Reziduální štěrky • Jedná se o zbytkový horninový materiál, který zůstane na povrchu po odnešení lehčích částic. • Jsou to zpravidla větší valounky, často obroušené do podoby hranců. Váté písky • liší se hrubší zrnitostí a úložnými poměry, většinou se jedná o přesypy – duny. • Jsou běžné v oblastech mladého zalednění a nejnižších říčních teras. • Zdrojovou oblastí jsou holé deflační plochy, pleistocénní terasy převážně bez vegetace a písčité glacifluviální nánosy v předpolí pevninského ledovce. 43
Spraše • jsou zeminy tvořené převážně prachem, tj. částicemi od 0,01-0,05 mm s nízkým podílem jílu a písku, bez hrubších částic. • Okrově hnědá až žlutavá barva podmíněná železitými sloučeninami, obsahem jemně rozptýleného CaCO3 a porézní stavbou. • Jsou nezvrstvené, typická je svislá, hrubě hranolovitá odlučnost. • Vyskytuje se zde svérázná měkkýší fauna, jsou zde patrné charakteristické fosilní půdní horizonty. • Spraším podobné sedimenty, které se ovšem v některém znaku liší označujeme jako sprašové zeminy. 44
Obr. 31. Spraše na jižní Moravě Zdroj: www.cgu.cz
Obr. 32. Písečné duny v Namibii Zdroj: www.cgu.cz 45
4. Koluviální sedimenty (svahové, deluviální) • Vznikají převážně působením zemské tíže. Způsob pohybu a ukládání materiálu může být vyvolán ještě dalšími činiteli, takže pod názvem svahoviny řadíme nejrůznější typy sedimentů (gravitační, sesuvné, splachové…) • Patří sem hrubě balvanité až blokovité sutě či kamenná moře, hlinitokamenité svahoviny, uloženiny hlinito-písčité a hlinito-jílovité. • Litologické vlastnosti deluvií jsou přímo závislé na zvětralině či nezpevněném sedimentu, z něhož se rekrutovaly. • Tvar akumulací svahovin a jejich mocnost pak odpovídá konfiguraci terénu kde vznikaly. 46
Obr. 33., 34. Soliflukční (bahnotokové) svahoviny v Praze-Dejvicích zdroj: Kovanda a kol., 2001 Zemní pyramidy v Ottou (Norsko) Zdroj: www.ikoktejl.cz
47
5. Lakustrinní sedimenty (jezerní) • Vznikají v přirozených jezerech a rezervoárech se statickou vodou. • Typ sedimentů ovlivňuje velká diverzita sedimentačních podmínek (teplota, chemismus, salinita, hloubka atd.). • V podmínkách ČR se jedná zpravidla o klastické sedimenty, ale nalézají se i organické (diatomity) a organogenetické (jezerní křídy, rašeliny). • Podle sedimentačního prostředí se rozlišuje se řada typů, jako např. glacilakustrinní sedimenty, sedimenty krasových pánví, sedimenty pánví s podzemní vodou… • Specifickou skupinou organogenetických lakustrinních sedimentů jsou rašeliny. 48
Obr. 35. Kvartérní travertiny (Zdroj: ČVUT)
49
• Rašelina je přírodní organogenní sediment, který obsahuje více než 50% organického uhlíku s vysokým obsahem koloidní organické hmoty ve formě huminových kyselin a fulvokyselin. • Rašelina vzniká pomalým procesem zuhelňování odumřelých částí rostlin, převážně rašeliníku. Proces probíhal při nízké teplotě, nepřístupu vzduchu, v nadbytku vody a v silně kyselé reakci v posledních tisíciletích. • Rašeliniště představují charakteristické biocenózy, které tvoří soubor rostlinných a živočišných společenstev s půdou. Vztahuje se na ně tzv. Ramsarská dohoda o mokřadech. • Všechny uvedené typy organogenních a organodetritických uloženin poskytují bohaté paleontologické doklady o vývoji přírody během holocénu (rozbor měkkýší fauny, analýza pylových zrn, otisky listů v pěnovcích). 50
Podle způsobu dotování vodou a obsahu živin dělíme rašeliniště na: - vrchoviště - oligotrofní (živinami chudé) až dystrofní (velký obsah humin. kyselin, ale nízký obsah živin) rašeliniště - zpravidla jsou sycená srážkovou vodou -vrchovištní rašelina vzniká pochodem rašelinění v kyselém prostředí za poměrně nízkých teplot z rostlinných zbytků - slatiny - eutrofní až oligotrofní (živinami středně až vysoce bohaté) - jsou dotovány podzemní vodou -slatinná rašelina vzniká procesem slatinění v úživném prostředí převážně v teplejších oblastech z rostlinných zbytků - přechodná rašeliniště
51
Obr. 36. Vrchoviště Zdroj: http://botany.natur.cuni.cz /holocen/ 52
Obr. 37, 38. Pramenné a zvodnělé rašeliniště Zdroj: http://botany.n atur.cuni.cz/ho locen/
53
6. Jeskynní sedimenty • Za jeskynní sedimenty se považují sedimenty vzniklé uvnitř jeskyně: 1. Sedimenty vchodové facie (jeskynní portály, skalní převisy) 2. Vnitřní výplně jeskynní - klastické (fluviální, lakustrinní a koluviální) - chemogenní – sintry (kalcity) • Z výplní krasových dutin pochází bohaté paleontologické a místy i archeologické či antropologické nálezy.
54
Obr. 39. Vznik jeskynních sedimentů průlomem krasu Zdroj: www.environment.sa.gov.au 55
Obr. 40. Sběr fosilií ze sedimentů v australské Viktoriině jeskyni Zdroj: www.environment.sa.gov.au
56
+ Periglaciální jevy • Z území České republiky byly popsány četné jevy, typické pro střídání klimatických podmínek v oblasti blízké glaciálnímu zalednění, tzv. periglaciální zóny v období pleistocénu. • Jedná se především o tzv. mrazové klíny a hrnce či zvířené a načechrané půdy. • Periglaciální jevy postihují jak horniny skalního podloží, tak i různé typy kvartérních sedimentů. • Příčinou vzniku periglaciálních jevů jsou především objemové změny při tuhnutí vody (=kryoturbace). 57
Obr. 41. Kryoturbace Zdroj: www.uni-marburg.de
Obr. 42. Mrazový klín Zdroj: www.uni-marburg.de
58
