Dynamika geomorfologických procesů a environmentální změny

Česká geologická služba (ČGS) zkoumá globální environmentální a klimatické změny v geologické minulosti Země. Sleduje, jakým způsobem tyto změny ovlivnily evoluci, biologickou rozmanitost a migraci organismů.

Sedimentární záznam představuje unikátní archiv vývoje dávných ekosystémů. Multidisciplinární výzkum tohoto archivu umožňuje rekonstruovat fosilní mořské a pevninské ekosystémy a jejich vývoj v čase a studovat reakce fosilních ekosystémů na dávné environmentální a klimatické změny.

Výzkumné práce se zaměřují na paleozoické, mezozoické a kenozoické mořské sedimenty a jejich fosilní obsah. Cílem je rekonstruovat dávné mořské ekosystémy a jejich vývoj v čase a zejména způsob, jakým ekosystémy reagovaly na environmentální a klimatické změny a jakým způsobem se s těmito změnami vypořádaly.

Pro tyto účely je klíčové získat co nejvíce informací o jejich životním prostředí, jako je např. Fyzikálně-chemické parametry nelze měřit přímo, neboť miliony let stará mořská voda již k dispozici není. Využívají se proto tzv. proxy, tedy zástupné ukazatele. Takovými proxy jsou např. poměry určitých stabilních izotopů prvků, které jsou součástí minerálů sedimentárních hornin (např. schránek organismů), koncentrace a poměry určitých stopových chemických prvků sedimentů, dále distribuce specifických typů sedimentů (např.

Klíčovými svědky geologické historie naší planety jsou fosilní organismy. Poskytují nám jedinečné informace o průběhu evoluce a o tom, jak organismy reagovaly na různé změny životního prostředí. Určité skupiny organismů (tzv. vůdčí fosilie) využíváme pro tzv. biostratigrafické korelace, kde platí pravidlo, že vrstvy obsahující totožné druhy fosilií jsou stejně staré - díky tomu dokážeme porovnávat sedimentární horniny celého světa, což je zásadní pro rekonstrukce globálních událostí.

Čtěte také: Tkadlec: Populační ekologie

Pro výše zmíněné účely je nezbytně nutná taxonomická analýza, tedy identifikace a klasifikace fosilií na základě morfologie. Naše týmy při výzkumu aplikují multidisciplinární přístup, tedy na konkrétním sledu sedimentárních hornin používajíáme metody sedimentologické, geochemické a paleontologické a zaměřujíeme se na několik proxy najednou (tzv.

Sedimentologický, paleontologický a paleoekologický výzkum nám poskytne představu o prostředí, ve kterém se sedimenty ukládaly - např. o energii vody, relativní hloubce, obsahu volného kyslíku, dosahu slunečního záření i množství živin a samozřejmě o charakteru společenstev organismů.

Geochemickými metodami zjišťujeme např. izotopické složení kyslíku mořských bioapatitů, které umožňuje odhadnout průměrnou teplotu mořské vody. Dále nás zajímá např. izotopické složení karbonátového a organického uhlíku, díky kterému získáme představu o uhlíkovém cyklu - ten odráží geochemické a biologické procesy, ale též danou klimatickou situaci (např.

Velice užitečné je i použití některých méně tradičních izotopových systémů (např. izotopů Cr, Sr, Ca, Mo, Ba a U), které představují proxy pro intenzitu zvětrávaní zvětrávání a poskytnou informace o přínosu pevninských produktů zvětrávání do moře i o hydrotermálních mořských procesech, o globálním redoxním stavu oceánské vody, o saturaci CaCO3 v mořské vodě a podobně.

Zmíněné geochemické metody umožňují stopovat procesy v hydrosféře, atmosféře i biosféře, ale je tu ještě jeden nesmírně cenný aspekt geochemie stabilních izotopů. Díky (z geologického hlediska) nepatrné době potřebné pro homogenizaci oceánských mas (a systému atmosféra-oceán, řádově tisíce let), lze výkyvy v izotopickém složení považovat za téměř izochronní (současné) události. Tedy tzv.

Čtěte také: Dynamika a management lesa

Klíčovým aspektem našeho výzkumu je čas. Významnou součástí práce týmu je i výuka studentů a vedení magisterských a doktorských prací. Vytváří rovněž mezinárodní vědecký časopis, Bulletin of Geosciences, který je významným světovým periodikem zaměřeným na paleontologii (v současnosti je 15.

Výzkum se zaměřuje zvláště na mladší paleozoikum, kdy došlo k velkému rozvoji suchozemské flóry a vzniku uhelných ložisek. V popředí zájmu je studium karbonské vegetace a prostředí sedimentace. Některé rostlinné druhy a rody neměly vysoké ekologické nároky a lze je sledovat v širším časovém intervalu, jiné mají úzké časové rozpětí a slouží jako vůdčí druhy rostlinných biozón.

Podobně jako v kvartéru, také v karbonu docházelo ke změnám v rozsahu zalednění polárních oblastí, které měly vliv na změny klimatu v tropických oblastech, kde se nacházel také Český masiv. Rostlinná společenstva slouží jako proxy těchto změn, neboť ekologické nároky druhů a rostlinných skupin jsou vesměs známy.

V současné době lidstvo s obavami sleduje zvyšující se koncentraci CO2 v atmosféře. Podobné změny probíhaly i v karbonu, jen několikanásobně pomaleji. Existují studie, které potvrzují reakci některých skupin na zvyšující se koncentraci CO2 zmenšením hustoty průduchů. Toto studium v karbonu na kutikulách rostlin zatím přineslo rozporuplné výsledky, protože nemáme blízké příbuzné, které bychom mohli sledovat až do tak dávné minulosti.

Klima přímo ovlivňuje také prostředí sedimentace, zejména v kontinentálních pánvích vzdálených od vlivu mořské hladiny. Analýza zvětrávacích/paleopůdních obzorů, které vznikají v přímém kontaktu s atmosférou, dovoluje blíže charakterizovat klimatické podmínky jejich vzniku (poměr srážky/výpar, sezónnost, hydrologický režim půd, tlak CO2 v atmosféře atd.).

Čtěte také: Management lesních ekosystémů

V pobřežních oblastech, v tzv. paralických pánvích (např. hornoslezská pánev na Ostravsku), docházelo vlivem střídání ledových a meziledových dob v pozdním paleozoiku ke glacioeustatickým pohybům hladiny světových oceánů spojeným s posuny faciálních pásů, které se projevují cyklickým uspořádáním sedimentárního záznamu. Střídání ledových a meziledových dob bylo velmi pravděpodobně řízeno změnami orbitálních parametrů, zejména změnami excentricity oběžné dráhy Země.

Výzkumné práce týmu vulkanických systémů se zaměřují na úlohu paleozoického a kenozoického vulkanismu ve vývoji sedimentárních pánví, dále na vliv okolního prostředí na průběh vulkanické aktivity a také na procesy spojené s uchováním fosilií ve vulkanickém prostředí a vliv vulkanismu na biosféru. Cílem je vytvoření rekonstrukcí paleoprostředí v oblastech vyhaslého vulkanismu a zkoumání způsobů, jakými vulkanická aktivita reagovala na okolní prostředí a jak své okolí naopak ovlivňovala.

Klíčová je rekonstrukce stylu vulkanické aktivity založená na studiu geometrie pyroklastů (produktů sopečných explozí) a sedimentárních charakteristik vulkanoklastických uloženin. Ty je možné studovat i na poměrně starých uloženinách, které mohly prodělat alteraci a/nebo kompakci. I v případě zjílovělých uloženin je v optickém mikroskopu možné rozlišit hranice původních klastů a určit jejich tvarové charakteristiky.

Vulkanická aktivita ovlivňuje také vývoj sedimentárních pánví, a to hned několika způsoby. Mění geometrii pánví, vytváří výraznou topografii na jejich okrajích, je zdrojem specifického klastického materiálu a ovlivňuje i chemismus prostředí včetně vody. To se odráží na litologickém složení sedimentů, ale také například na izotopickém složení sladkovodních vápenců.

Vulkanické procesy jsou dostatečně rychlé, aby rychle pohřbily celá společenstva organismů. Na druhou stranu tyto dynamické procesy mnohdy pozůstatky organismů zničí a větší šanci na fosilizaci mají především rozměrnější a pevnější organismy, například stromy.

Mineralizace kmenů pohřbených vulkanickými procesy je významnou dílčí kapitolou výzkumného tématu. S využitím mineralogických, geochemických a izotopických (C-O-Sr) metod se řeší rekonstrukce prostředí a podmínek pohřbení jednotlivých kmenů, ale také proces postupné mineralizace pohřbeného kmenu.

V rámci základního výzkumu jsou směřovány vědecké aktivity ČGS na rekonstrukci prostředí a časový průběh klíčových období kvartéru, především v oblasti střední Evropy. Jedná se zejména o přechodové období spodního a středního pleistocénu (tzv. středopleistocenní revoluce) a přechod pleistocénu do holocénu, kdy docházelo k zásadním změnám ve formování krajiny a společenstev organismů.

Naše týmy studují především dynamiky periglaciálních (mrazem ovlivněných) říčních a větrných procesů, stejně jako výzkum kontinentálního zalednění v oblasti střední Evropy z dob ledových, kdy okraje ledovcového štítu zasáhly ze severu až do střední Evropy.

Zvláštní pozornost je soustředěna na oblast severního okraje vídeňské pánve, kde lze ve velkém detailu rekonstruovat přírodní procesy období vrcholné fáze glaciálu až počátku holocénu. Tato oblast navíc poskytuje možnost velmi přesně datovat tektonickou aktivitu ve vídeňské pánvi v období svrchního pleistocénu, stejně jako probíhající exogenní geomorfologické procesy.

Dlouhodobý výzkum v oblasti souostroví Jamese Rosse u Antarktického poloostrova se zaměřuje na časový průběh odlednění vedoucího ke vzniku největších odledněných ploch v oblasti Antarktického poloostrova, stejně jako na dynamiku přírodního a klimatického vývoje během holocénu, rekonstruovanou z jezerních sedimentárních záznamů.

Řadu zajímavých poznatků o vlivu klimatu a tektonické aktivity na prehistorické civilizace poskytují geoarcheologické výzkumy probíhající v oblasti Ochridského jezera v Severní Makedonii, resp.

Geomorfologické procesy a výsledné formy reliéfu jsou výsledkem vnitřních a vnějších geomorfologických procesů. Vnitřní geomorfologické procesy (zemětřesení, vulkanismus, tektonické pohyby) utvářejí tzv. morfostruktury (kontinenty, pásmové pohoří, oceánske hřbety, příkopy, sopky). Vnější geomorfologické procesy tvoří morfoskulptury.

Na vznik a vývoj různých typů zemského reliéfu se podílí velmi významně procesy, které mají původ hluboko pod zemským povrchem, především v zemské kůře a svrchním plášti. Zemská kůra spolu s nejvyšší částí pláště tvoří tzv. litosféru. Ta dosahuje 100-180 km mocnosti. Je rozčleněna do různocenných a velikostí velmi rozdílných bloků - litosférických desek.

Jak bylo ověřeno především ve druhé polovině 20. století, není pozice těchto desek stálá. Příčiny driftu jsou všeobecně odvozovány od tzv. konvekčních proudů v zemském plášti a souvisí nepochybně s výstupem tepla ze zemského jádra a pláště k povrchu. Opakem divergentních deskových rozhraní jsou konvergentní zóny. Dochází zde ke kolizi vstřícně (proti sobě se pohybujících) litosférických desek.

Konvergentní pohyb je kompenzován subdukcí jedné desky (převážně oceánské) pod druhou (kontinentální). Ve finálním stádiu pak dochází ke kolizi dvou protilehlých kontinentů a toto stádium vývoje litosféry je spojeno s výzdvihem pohoří alpínského typu - tzv. orogénů.

Jak divergentní, tak především konvergentní pohyby v litosféře a zemské kůře jsou spojeny s existencí výrazně anizotropního napěťového pole Země. Teorie deskové tektoniky vysvětluje hlavní principy vývoje litosféry a především našemu pozorování relativně nejlépe přístupné zemské kůry.

Všechny procesy (tektonické, magmatické atd.) odehrávající se pod povrchem Země zahrnujeme do skupiny tzv. endogenních geologických procesů. Současně se, především na utváření georeliéfu, významně uplatňují vlivy atmosféry a hydrosféry a dynamika procesů, které zde probíhají.

Jejich vliv, především na zvětrávání hornin, jejich následný transport (aktivitou vody, větru, působením gravitace a slunečního záření) a sedimentaci je stejně významný jako v případě procesů endogenních. V současné době se všeobecně přijímá názor, že rozhodující úlohu při vzniku hlavních rysů současného tektonického reliéfu měly neotektonické pohyby.

K intenzívním tektonickým pohybům dochází v oblasti mladých pásemných pohoří. Podle současných údajů se Alpy za období neogén-kvartér zvedly o 3-4 km. Mezi vývojem reliéfu a strukturami zemské kůry existuje těsné sepětí. Geomorfologicky se všechny tyto deformace projevují především postupným růstem strukturních zdvihových (vysočinných) a poklesových (nížinných) oblastí.

Desková tektonika je komplexní vědecká teorie zabývající se dynamickým vývojem systému tektonických desek na povrchu Země v návaznosti na procesy a strukturu zemského pláště. Existují tři typy rozhraní litosférických desek, které jsou charakterizovány v závislosti na tom, jak se desky vůči sobě pohybují.

Jsou spojeny s rozdílným typem povrchového fenoménu. Divergentní rozhraní nastává tehdy, když se dvě desky pohybují od sebe. Konvergentní rozhraní (či aktivní okraje) nastává tehdy, když se dvě desky pohybují proti sobě, čímž vzniká buď subdukční zóna nebo kontinentální kolize (když se srazí dvě kontinentální desky).

Pokud se dvě desky zapříčí, může nastat horotvorný proces - orogeneze, při kterém dochází ke vzniku pohoří vlivem tlaků ze srážky dvou mocných těles a příkrovů. Subdukce je projev, kdy se jedna litosférická deska zasouvá pod druhou. Nejčastěji se tak děje v oblastech, kde se hustší oceánská kůra zasouvá pod lehčí kontinentální kůru, průvodními projevy procesu jsou pak silná zemětřesení a sopečná činnost.

Typická rychlost subdukce je řádově cm za rok. Jde o první krok k recyklaci kůry a v jistém smyslu o opak divergentního rozhraní, kde dochází ke vzniku kůry. Subdukovaná tektonická deska se zanořuje hlouběji do pláště, ale zůstává stále kompaktním objektem. Orogeneze je horotvorný proces, který vede ke vzniku pásemných pohoří, vznikajících většinou vlivem procesů deskové tektoniky.

Jedná se o proces, který je dlouhodobý a který trvá milióny až desítky miliónů let. Orogeneze se většinou dělí na řadu dílčích maxim neboli fází. Orogeneze je spojena s pohybem tektonických desek a s jejich vzájemnými kolizemi. Při orogenezi dochází k tomu, že se dvě litosférické desky srazí a jedna se začne podsouvat pod druhou.

Je všeobecně známo, že sedimenty jsou poměrně odolné vůči zvětrávání, avšak mnohé snadno podléhají odnosu vlivem působení povrchově tekoucích vod nebo působením větru. Značný vliv na hodnotu odolnosti hornin mají vlastnosti hornin, jako jsou tepelná vodivost a tepelná jímavost. Např. čím je tepelná vodivost menší, tím větší vznikají tepelné rozdíly v hornině.

Významná je rovněž propustnost hornin, zejména pro vodu. Propustné horniny umožňují infiltraci povrchových vod. Proto části georeliéfu tvořené propustnými horninami mají slabě vyvinuté povrchové tvary vznikající povrchově proudící srážkovou nebo tavnou vodou. Ukloněné povrchy v těchto horninách si proto dlouho uchovávají svůj sklon.

Na nepropustných horninách naopak dochází k intenzivnímu povrchovému odtoku srážkových a tavných vod a vznikají odpovídající povrchové tvary (např. strže). Dále je významná rozpustnost hornin. Snadno se rozpouštějí kamenná sůl, sádrovec, vápenec, dolomit.

Horniny s jejich charakteristickými vlastnostmi jsou v zemské kůře uloženy různým způsobem a v nejrůznějších vzájemných vztazích. Tyto úložné poměry a vzájemné vztahy hornin určují strukturu jednotlivých částí zemské kůry. Hovoříme o strukturních tvarech, strukturním georeliéfu ap.

Je obtížné přesně určit hodnotu této závislosti, protože všechny části georeliéfu jsou více nebo méně ovlivněny strukturou. Příčinou různých úložných poměrů hornin jsou tektonické reliéfotvorné pohyby. Tektonické reliéfotvorné pochody jsou geologické - tektonické pohyby zemské kůry vertikálního nebo horizontálního směru.

Jsou vyvolávány pochody, které působí v zemské kůře a v zemském plášti. V reliéfu se projevují deformacemi povrchu, změnami nadmořské výšky (zdvihy, úklony nebo poklesy krajiny) a změnami geografické polohy.

Ve většině případů ihned po obnažení hornin dochází v krajině ke změnám stavu hornin a vzniká tzv. zvětralinová kůra. Pochody, které rozrušují horniny a vytvářejí na nich zvětralinovou kůru, označujeme jako zvětrávací procesy. Horniny jsou špatnými vodiči tepla, a proto vzniká na plochách vystavených slunečnímu záření nebo naopak při ochlazení napětí.

Toto napětí je důsledkem lineárních nebo objemových změn minerálů nebo vody v pórech nebo trhlinách horniny, k nimž dochází při zahřátí nebo ochlazení horniny. Napětí v hornině vede k odlučování tenkých slupek hornin nebo jednotlivých minerálních zrn.

Při chemickém zvětrávání na sebe především působí jak silikáty a alumosilikáty, tak voda a četné kyseliny rozpuštěné ve vodě (H2C03, HN03, H3P04, H2S04 a různé organické kyseliny). Jílové minerály a další nerozpustné sloučeniny se hromadí ve zvětralinové kůře, zatímco více rozpustné zásady a soli jsou odnášeny z místa vzniku vodou, která prosakuje zvětralinami.

Hlavním činitelem při chemických zvětrávacích pochodech je voda. Výsledkem zvětrávání je vznik zvětralinových plášťů, tj. komplexu v různém stupni rozrušených hornin následkem zvětrání na kontaktu zemské kůry s atmosférou, hydrosférou, kryosférou, pedosférou a biogeosférou.

Zvětralinové pláště vznikají především v zóně provzdušnění, tj. v části půdního nebo horninového prostředí, ve kterém je jedna část pórů vyplněna vodou a druhá vzduchem. Svahy jsou nejrozšířenější a současně nejdynamičtější prvek reliéfu krajiny. Rychlost a způsob vývoje svahů má podstatný vliv na vývoj celé krajiny.

U většiny svahů můžeme rozlišit horní konvexní část a dolní konkávní část. Mnohdy se obě části bezprostředně spojují v konvexně konkávní svah. Působí po celém svahu, velký význam však má při vývoji srubu, kdy druh zvětrávání může určovat typ vývoje celého svahu.

tags: #dynamika #geomorfologických #procesů #a #environmentální #změny

Oblíbené příspěvky:

• Odpadové hospodářství v Česku
• Zlepšete energetickou bilanci vašeho domu s novými okny.
• 50 Druhů Ptáků z Expedice Příroda
• Historie skrze archeologii v ČR
• Likvidace aut Chlumec nad Cidlinou