Úvodní informace • struktura předmětu: 14 přednášek à 2 hodiny + 14 cvičení, exkurze • zakončení předmětu: zápočet, zkouška, 6 kr. bodů • podmínky k zápočtu: 2 průběžné písemky během semestru poznávačka minerálů a hornin účast na cvičeních a exkurzi seminární práce • zkouška: písemná + doplňující otázky ve sporných případech
1
Úvodní informace • kontakt: Ing. Richard Pokorný, DiS., FŽP č. dveří 216, tel. 475 284 127 • –
[email protected] – rychlá komunikace, bez příloh –
[email protected] – maily s přílohou (seminární práce)
http://fzp.ujep.cz/~Pokornyr/1GEO.htm • konzultační hodiny: pondělí 7.30 – 8.00 – Most úterý 7.30 – 8.00 – Ústí n. L. jiný termín po osobní dohodě
2
Přednáška I. Klíčová slova: Pozice geologie v systému věd, historie geologie, geofaktory, horninové prostředí, soubor geologických map
3
Zařazení geologie do systému věd -Geologie je věda multidisciplinární, zasahuje do řady oborů v rámci vědní hierarchie - Přírodní vědy ⇒ vědy o vesmíru ⇒ planetární geologie ⇒ vědy o Zemi ⇒ geologie s.l. ⇒ vědy o ŽP ⇒ environmentální geologie -Sociální vědy ⇒ … Geologie v klasickém slova smyslu, je naukou o Zemi. Název pochází ze složení dvou řeckých slov: γη (=ge, Země) + λόγος (=logos, věda) = geologie 4
5
• Předmětem studia geologie je geosféra, tedy pevná složka zemského tělesa, zahrnující horniny, minerály, půdy, magma; geologie zkoumá složení, strukturu, fyzikální vlastnosti, historii pevných složek Země a také procesy, které v nich probíhají.
+ ANTROPOSPHERE
6
Horninové prostředí: • Svrchní část litosféry, která je v dosahu lidské činnosti. • Je tvořeno zpevněnými i nezpevněnými sedimenty, půdou, jeho součástí je i podzemní voda, plyny a rovněž neobnovitelné přírodní zdroje. • Je to významný globální ekosystém (teorie GAIA). Horninové prostředí je: • • • • •
Zdroj nerostných surovin Zdroj prostých a minerálních vod Substrát pro tvorbu půdy Základna pro veškerou činnost člověka Místo, kam lze ukládat odpady
7
Obr. 1 Horninové prostředí sahá do hloubky 12 262 m (nejhlubší vrt na poloostrově Kola) Zdroj: Harms, U. et al.: The Superdeep Borehole Kola SG-3, Zapolyarny, Russia.
8
9
• !!! Nezaměňovat s vrtem BD-04A na ropném poli Al-Shaheen (Katar) • 12 290 m, z toho ale 10 900 m vrtáno horizontálně (metoda extended reach well)!!!
10
Geofaktory (=geologické faktory, činitele): • Jsou to všechny geologické jevy, vlastnosti a procesy, které jsou spjaty s horninovým prostředím a celkově ovlivňují životní prostředí (Moldan 1983). • Jedná se o složky, vlastnosti a procesy horninového prostředí, významné pro život a rozvoj společnosti, jsou to všechny geologické jevy, které jsou spjaty s horninovým prostředím – jedná se o ty geologické objekty a procesy, které podstatným způsobem pozitivně nebo negativně ovlivňují kvalitu ŽP společnosti a stávají se tak limitujícími činiteli vývoje. • Přehledné informace o geofaktorech jsou shrnuty v publikaci Kukala a Reichmanna (2000) Horninové prostředí České republiky, jeho stav a ochrana. 11
Geologické vědy lze rozdělit do tří hlavních směrů: - geologii všeobecnou, historickou a geologii aplikovanou (užitou) - tyto směry zahrnují řadu dílčích disciplín, marginálních a interdisciplinárních oborů
12
Geologie všeobecná (fyzikální, fyzikálně-chemická) - zabývá se pochody utvářejícími Zemi - v užším pojetí studuje vlastnosti pevné zemské kůry a síly, které na ni působí - strukturní – věnuje se studiu geologických struktur (vrásy, zlomy atd.), jejich popisem a výkladem procesů, které ke vzniku těchto struktur vedly – zpětně se snaží dohledat podmínky, které v době vzniku panovaly – geofyzika, geomorfologie - dynamická – součást geologie, zkoumající dynamické pochody na Zemi
– v závislosti na tom, kde tyto pochody probíhají, se dělí na endogenní (vulkanismus, zemětřesení, orogeneze…) a exogenní (eroze, zvětrávání …) - vulkanologie, seismologie, sedimentologie, pedologie 13
- geologické obory studující složení Země - věnují se materiálům, které tvoří horninový obal Země - přináší chemicko-fyzikální popis hornin a minerálů - mineralogie, petrologie, geochemie Historická geologie -popisuje časové události ve vývoji historie Země -zkoumá vznik a vývoj života na zemi, studuje fosilní pozůstatky po dřívějších formách života - paleontologie, paleopalynologie, stratigrafie
14
Geologie aplikovaná - aplikuje poznatky všeobecné a historické geologie do dalších oborů lidské činnosti (těžba nerostných surovin, zemědělství, ukládání odpadů…) - ložisková geologie – studium akumulací rud, nerud a kaustobiolitů – vyhledává, mapuje, oceňuje a hodnotí ložiska z hlediska ekonomické rentablity, určuje vhodný typ těžby - regionální geologie – zaměřuje se na menší geologické celky v zájmové oblasti – snaží se vytvořit podrobný geologický obraz oblasti, který se získává geologickým mapováním 15
- geologie úzce spolupracuje s mnoha dalšími vědními obory z okruhu přírodních věd, výsledkem jsou interdisciplinární disciplíny: - paleogeografie, hydrogeologie, inženýrská geologie, environmentální geologie, geoarcheologie, geomikrobiologie, glaciologie, oceánologie, paleoklimatologie, speleologie… - v širším pojetí je geologie řazena mezi tzv. nauky o Zemi (Earth sciences) - podle tohoto členění patří do blízkosti geologie další odvětví planetologie a kosmogeologie, jako například areologie, selenologie či cytherologie
16
Environmentální geologie aplikuje všeobecné principy všech geologických disciplin v oblasti řešení problémů ŽP.
17
Historie geologie 1. Pravěk – v této době člověk využíval své empirické zkušenosti pro vyhledávání nejvhodnějších materiálů pro výrobu nástrojů - v neolitu (5000 let př. n. l.) probíhala povrchová i hlubinná těžba pazourku v Anglii, Švédsku a Francii - 2000 l. př. n. l. byly povrchovým sběrem a jámovými dobývkami získávány rudy železa, cínu, mědi, zlato a jíl
18
Neolitická těžba pazourku, Krzemionki Opatowskie, Svatokřížské hory (Polsko)
2. Antika – řecké, arabské a římské civilizace přinesly bazální poznatky o povrchu i složení zemského tělesa - Theophrastus napsal spisek Peri Lithon (O kamenech) - Aristoteles popsal princip eroze jakožto příčinu ukládání sedimentárního materiálu - Empedokles a Plinius studovali vulkanické erupce Etny - Eratosthenes cca 200 př. n. l. detailně změřil obvod Země - Číňané se naučili využívat feromagnetických vlastností magnetitu - al-Rahyan al-Biruni, jeden z prvních arabských geologů, popsal horniny a půdy Indie Čínský kompas dynastie Han (200 př. n. l.)
Filozof Xenofanes 570 – 480 př. n. l.
19
20
3. Středověk a romantika – zejména raný středověk byl pro geologii a přírodní vědy obecně krokem zpět - jediným postulátem byla Bible (Starý, Nový zákon), geneze vesmíru byla odvozena od sedmi dnů stvoření, den stvoření Země byl spočten podle dějin v Bibli na rok 4004 př. n. l. - Isidor Sevillský (570-636), Vincent de Beauvais a Bartoloměj Anglický ve svých spiscích podporovali antické autory - Georg Bauer (=Agricola) položil základy hlubinné těžby nerostných surovin – De Re Metallica (1556) 21
-na popud proti vzrůstajícímu vlivu přírodních věd zvěřejnil James Ussher „vědecký výpočet“ dne biblického stvoření světa na základě sčítání rodových linií od Adama, přes Šalamouna až po Ježíše -podvečer v sobotu 23. října 4004 př. n. l.
„Annales veteris testamenti, a prima mundi origine deducti“
- svá tvrzení dokládá „důkazy“ z Bible (Den s Pánem je jako tisíc let a tisíc let jako jeden den (2 Petr 3:8)) = cca 7000 let
James Ussher (1581 – 1656), acribiskup a irský primas
22
- Conrad Gessner publikoval práci „…o zkamenělinách, kamenech a drahokamech…“ (1565) považovanou za zrod novodobé geologie - George Owen položil základ paleontologie a stratigrafie díky popisu podrobného pozorování vrstev sedimentárních hornin (práce napsaná kolem r. 1570 byly publikovaná až v r. 1796) Ilustrace George Owena
Conrad Gessner
23
4. Novověk – začínají vznikat geologické práce na vědeckém základě - církev začíná ztrácet majoritní postavení ve formování globálního světonázoru, řada autorů se však stále odkazuje na Stvoření - německý badatel Johann Lehmann (1719 – 1767) publikoval rozdělení hornin na tři typy: a. ty které vznikaly spolu se vznikem světa, b. ty které se ukládaly pod vodou, c. ty které vznikaly při sopečných erupcích - Georg Christian Füchsel (1722 - 1773) prosazoval princip aktualismu
24
Giovanni Arduino (1714-1795) - první klasifikace hornin ve vztahu k jejich relativnímu stáří = Primary Mountains – krystalické horniny, bývají starší = Secondary Mountains – sedimenty, jsou vrstevnaté, fosiliferní = Tertiary Mountains – nezpevněné sedimenty, lávy, nejmladší
25
Abraham Werner (1749 – 1817) - pracovník malé německé těžební společnosti detailně rozpracoval teorii o vzniku krystalických hornin, o kterých věřil, že vznikly krystalizací v oceánech (neptunisté) - prvně použil pojem GEOLOGIE (1775) - období vývoje Země dělí na prvopočátek (Urgebirge), přeměnu (Übergangsgebirge), druhohory (Flötzgebirge), říční sedimenty (Aufgeschwemmte) a vulkanity (Vulcaniten)
26
James Hutton (1726 – 1797) anglický badatel a geolog, „otec moderní geologie“, se vědoval podrovnému výzkumu skalních výchozů ve Skotsku a severní Anglii a na základě svých pozorování sestavil knihu „Theory of the Earth“. - rozpoznal intruze vulkanitů do okolních hornin a správně předpokládal, že tyto intruze musí být mladšího data - věřil, že krystalické horniny vznikly utuhnutím magmatu (plutonisté)
27
William Smith (1769 – 1839) - zkoumal horniny, minerály a fosilie na řadě vzdálených lokalit a podařilo se mu sestavit sérii podrobných stratigrafických pozic
28
5. 20. století – období převratných geologických objevů, rozvoj techniky a možností detailního zkoumání hlubších vrstev zemského tělesa - největším objevem je teorie kontinentálního driftu - prvotní idea Franka Buresley Taylora (1908) a Alfreda Wegenera (1912) byla veřejností přijata až v 60tých letech
29
Etablování paleontologie - Xenofanes cca 540 př. n. l. popsal fosilní ryby a měkkýše ve vápencových pohořích daleko od moře poblíž Attiky - Shen Kuo (1031 – 1095) studoval otisky fosilních druhů bambusu, na kterých dokládal změny klimatu - Leonardo da Vinci (1452 – 1519) chápe fosilie jako pozůstatky vyhynulých organismů (=předpotopních) a jejich nálezy na pevninách považuje za důkazy mořské přítomnosti - Robert Hooke (jeden z objevitelů mikroskopu) popsal fosilizované dřevo (1665), jeho vznik však přiszuzuje impregnaci ve vodním prostředí
30
- Nicholas Steno zkoumá tzv. „jazykové kameny“ = fosilní žraločí zuby (1667) a všímá si jejich podobnosti se zuby dnešních žraloků - Georges Cuvier (1796) zkoumal kosterní pozůstatky třetihorních savců (Megatherium) a usuzuje na jejich vymření v průběhu živelné katastrofy, kolem r. 1810 popisuje velké mořské plazy ze svrchní křídy (Mosasaurus, Pterodactylus) a usuzuje, že před dobou savců panovali zemi plazi - Anglický lékař Richard Owen popsal skupinu plazů zvaných Dinosauria (1842) - Alexandre Brogniart (1812) publikoval rozsáhlou práci o fosilních rostlinách 31
- Charles Darwin publikoval r. 1859 svůj „Origin of Species“, čímž položil základy evoluce a potvrdil úvahy paleontologů - v roce 1856 byly v údolí Neander nalezeny pozůstatky předchůdců Homo sapiens - roku 1855 byly objeveny fosilie předchůdců ptáků – Archeopteryxe - Henry Fairfield Osborne roku 1905 nalézá a popisuje dinosaura Tyrranosaurus rex 32
- 1947 – Wollard Libby objevil metodu radiokarbonového datování (C14) - 1974 – Donald Johanson nalezl lebku „Lucy“, tehdy nejstaršího hominida (Australopithecus afarensis, 3,6 mil. let) - Luis a Walter Alvarezovi (1980) přišli s teorií, že za hromadným vymírání dinosaurů stojí tzv. Cretaceous-Tertiary Extinct Event, způsobený pádem meteoritu
33
Geologická mapa jako základní vyjadřovací prostředek • První geologické mapy neřešily celoplošné zachycení geologické situace ve dnešním pojetí - hornické mapy - mapy petrografické a mineralogické • Pravděpodobně první „geologická“ mapa – Turínský papyrus (1160 př. n. l. - Ammenakhte) - podklady pro prospektorskou expedici Ramesseho IV. - vymezení výskytu různých typů hornin - mísa výskytu kamenolomů a zlatých dolů
34
35
• 1644 - Loius Coulon - Les revières de la France ou déscription géographique et historique … - mapa s uvedením lokalit výskytu minerálů a hornin • 1743 - Christopher Packe - A New Philosophical-Chorographical Chart of East Kent - vyznačení horninových výchozů a geol. zajimavostí • 1752 – Jean-Etienne Guettard Carte minéralogique où l'on voit la nature des terrains du Canada et de la Louisiane - lokalizace jednotlivých typů hornin
Ch. Packe - 1743
36
37
J.-E. Guettard - 1752
• 1761(2) – Georg Christian Füchsel - Historia terrae et maris ex historia Thuringiae pernotium descriptionem erecta - první tištěná geologická mapa • 1783 - Johann Karl Wilhelm Voigt - Mineralogische Reisen durch das Herzogtum Sachsen-Weimar-Eisenach - mapa s vykreslením vertikálního profilu • 1815 – William Smith - A delineation of the Strata of England and Wales with part of Scotland; exhibiting the Collieries and Mines… - souhrnná geologická mapa Anglie a Walesu v malém měřítku - první geol. mapa v moderním pojetí
38
39
Geologické mapování na našem území • 1780 - Peithner von Lichtenfels, Johann Thaddäus Anton Grund Riss über die Bergwerksgegend Zwischen Deutschbrod in Böhmen, und Iglau in Mährn
40
• 1786 – Johann Jirasek - Petrographische Karte derer KameralHerrschaften Zbirow, Tocznik, Königshof, Miröschau und Wossek
41
• 1819 – Franz Riepl - Geognostische Charte von Böhmen - první souborné zpracování, vymezeno pouze 12 druhů hornin
42
• 70. léta 19. stol. – vznik Komitétu pro přírodovědecké prozkoumání Čech – vydány 4 listy v měřítku 1 : 200 000 • Druhá polovina 19. stol. - celoplošné mapování Říšského geol. ústavu ve Vídni v měřítku 1 : 144 000 • Přelom 19./20. stol. – nové celoplošné mapování Říšského geol. ústavu – 1 : 75 000 • Přelom 19./20. stol. – Josef Emannuel Hibsch – 14 listů v měřítku 1:25 000 pro oblast Českého středohoří
43
44
• 1919 – vznik Státního geologického ústavu Republiky československé - zahájen systematický regionální výzkum a mapování, rozvoj stavební a ložiskové geologie • 50.-60. léta 20. stol. – dokončení a tisk kompletního souboru map 1 : 200 000 spolu s tištěnými vysvětlivkami - první stát na světě s kompletním pokrytím v tomto měřítku • 70. – 90. léta 20. stol. – soubor 1651 map v měřítku 1 : 50 000 - opět světový primát
45
Geologické a ekologické účelové mapy • poskytuje přehlednou celoplošnou informaci o geofaktorech ovlivňujících životní prostředí • měřítko 1:50 000 • vydává jej Česká geologická služba Praha • soubor mapových listů + tištěné vysvětlivky 1. mapa geologická 2. mapa hydrogeologická 3. mapa ložisek nerostných surovin 4. mapa inženýrského rajónování 5. mapa geochemické reaktivity hornin 6. mapa půd 7. mapa půdně interpretační
8. mapa geochemie povrchových vod 9. mapa geofaktorů ŽP a) mapa významných krajinných jevů b) signální mapa střetů zájmů 46
Geologické mapy - generalizovaný obraz geologické situace území - dělí se na mapy přikryté (zakryté) se zakreselním kvartérních sedimentů a odkryté (bez kvartérního pokryvu) Hydrogeologické mapy poskytují následující základní okruhy informací: - typ, charakter a geometrii hydrogeologického prostředí, přístupnost podzemních vod, využitelnost podzemních vod Mapy ložisek nerostných surovin poskytují základní přehled o přítomnosti hlavních skupin rud, nerudních surovin, uhlí, ropy a zemního plynu
47
Obr. 2 Geologická mapa 1 : 50000. Zdroj Mapový server ČGS 48
Obr. 3 Hydrogeologická mapa 1 : 50000. Zdroj ČHMÚ
49
Mapy inženýrskogeologického rajónování vymezují části území vyznačující se obdobnými inženýrskogeologickými podmínkami. Slouží jako podklad pro navrhování územních plánů sídelních útvarů a městských zón, pro výběr tras komunikací, produktovodů atd. Mapy geochemické reaktivity hornin vyjadřují chemismus horninového substrátu, který má rozhodující význam při tvorbě půdního pokryvu i při vytváření chemismu podzemních a povrchových vod. Mapy půdní zobrazují půdní kryt určité oblasti. Vyjadřují jak typologickou příslušnost půdy (půdní typ, subtyp, hydromorfní vývoj, půdní varietu a formu), tak údaje o půdtvorném substrátu. 50
Mapy půdně interpretační informují o ekologických a ekonomických možnostech racionálního a efektivního využití půdního fondu České republiky. Mapy geochemie povrchových vod informují o stavu acidifikace povrchových vod, znečištění toků těžkými kovy, znečištění suchou depozicí atd. Mapa významných krajinných jevů je syntézou vybraných ekologických informací, obsažených v ostatních mapách souboru, doplněných o speciální údaje o vlivech lidské činnosti a zhodnocení stavu rostlinné složky krajinného prostředí (CHOPAV, LandCover, MCHÚ, marginální oblasti…). Signální mapa střetů zájmů poskytuje okamžitý přehled o rozložení a podstatě přítomných konfliktních jevů. 51
Obr. 4 Pedologická mapa 1 : 250 000 52
Zdroj: Koncepce zemědělské politiky Královéhradeckého kraje
Základní a účelové geologické mapování ČR 1 : 25 000 • Další „level“ geologického mapování • Přednostně vybíráno území vyžadující zvýšenou ochranu ŽP, či území ve kterém probíhají jiné úkoly geologického mapování • Zároveň budována geovědní vrstva GeoČR 25 • Úkol probíhá od konce 90. let – závislé na financích…
53
54
