1

Přednáška VIII.

Geologie kvartéruklíčová slova: pleistocén, holocén,

kvartérní sedimenty (fluviální, proluviální, eolické, deluviální,

limnické, organické)

2

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 suberatém/subéra

3

Obr. 1. Návrhy stratigrafického zařazení kvartéru (současný stav, varianta nového útvaru, varianta nové subéry)

Zdroj: www.stratigraphy.org

4

• 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).

5

• V české literatuře se používá synonymum „antropozoikum“ (nikoli antropocén– tímto termínem se označuje nejmladšíčást 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 pouzesoučástí dlouhého teplotního klimatického cyklu.

6

Proterozoikum

Obr. 3 Vymezeníkvartéru v rámci tzv. geologických hodin.

Zdroj: www. commons.wikimedia.org

7

Obr. 4 Stratigrafické schéma kvartéru dle evropského dělení

Zdroj: Chlupáč 2002

8

• 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 ažk Hranicím na Moravě.

9

• V našich pohraničních horách se v této době vytvořily místní malékarové ledovce (Šumava, Krkonoše, Jeseníky, Karpaty).

• Pleistocén nebyla doba klimaticky jednotná, střídají se výrazněchladná období - tzv. glaciály, která se střídala s poněkud teplejšími mezidobími, tzv. interglaciály.

• Ani glaciály však nebyly klimaticky jednotné a dělí se dále na velmi chladnéstadiály s mírnějšími interstadiály

10• V Evropě se rozlišujíčtyři hlavní glaciály –würm, riss, mindel a

günza tři interglaciály –eem, holsteina cromer

11

• Chladná období nejsou výsadou pouze kvartéru:

Výrazně chladná obdobíjsou typická pro archaikum, proterozoikum, ordovik –silur, karbon – perm

12

• Princip střídání teplých a chladných období je v současné dobědávána do souvislosti s tzv. Milankovićovými cykly

• Příčinou je opakování periodických cyklů, dle kterých se řídíexcentricita (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

13

• 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)

14

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 neanderthalensisa zůstává pouze H. s. sapiens

15

Obr. 13 Nástroj industrie olduvai, Tanzanie.

Obr. 12 Homo habilis(člověk zručný)

Obr. 14 Homo erectus(člověk vzpřímený)

Obr. 15 Nástroj industrie Acheluén, Bečov u Mostu.

Obr. 16 Homo sapiens neanderthalensis Obr. 17 Soška

magdalenienské kultury (Věstonická venuše), pozdní paleolit

16

Mezolit

• období po konci posledního chladného klimatického výkyvu

• Mizí zástupci glaciální fauny (mamuti, nosorožci, sobi…) – poslednímamuti přežívají na Wrangelově ostrově před 4300 lety, jelen Megalocerospřežíval 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“

17Obr. 18. Fauna střední Evropy v období interglaciálů (vlevo) a glaciálů (vpravo)

Zdroj: Chlupáč 2002

18

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

19Obr. 20. Chrám Āgantija na Maltě (Zdroj: www.wikipedia.com)

20

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.

21

Obr. 21. Vegetace v Evropě od Severního po Středozemní moře v obdobíinterglaciálů (dole) a glaciálů (nahoře)

Zdroj: Chlupáč 2002

22

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 stupňůmezi 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

23

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 velkéčásti územíčasto mnohametrovými akumulacemi.

• Plošné rozšíření kvartérních uloženin je velmi výrazné.

24

Obr. 22. Hranice kontinentálního zaledněnípři posledním glaciálu (würm)

Zdroj: PřF UK

25

Obr. 23. Kolísání teplot v kenozoiku

Zdroj: PřF UK

26

Obr. 24. Kolísání teplot v kvartéru (pleistocén)

Zdroj: PřF UK

27

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. fluviální2. glaciální3. eolické4. koluviální5. lakustrinní6. jeskynní+ periglaciální jevy

28

1. Fluviální (říční) sedimenty

• Fluviálními sedimenty všeobecně označujeme sedimenty transportované a usazené proudící vodou. Rovina na dnech údolí , kteráje při povodních často zaplavována se nazýváúdolní 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.

29

• Podle prostředí vzniku se fluviální sedimenty dělí na:

– nivní

– sedimenty horního a dolního toku – uloženiny dejekčních kuželů

– říční terasy.

30

Uloženiny údolních niv (aluvia)

• Jsou zaplavovány v obdobích velkých vod, zpravidla se skládajíz jemnějších částic usazovaných ze suspenzí při pozvolném opadávánívzedmutých 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 příměsípřemístěných hrubých klastik zvláště v podobě štěrků.

• Z hlediska pedologie lze rozlišit řadu nivních a glejových půd.

31

Obr. 25. Povodňové hlíny s čočkou písčitých štěrků na povrchu vyšší úrovně údolníterasy Vltavy pod Radlicemi u Prahy.

Zdroj: Kovanda a kol., 2001

32

Obr. 26. Profil nivou Vltavy

Zdroj: Kovanda a kol., 2001

33

Uloženiny horního a dolního toku

• Uloženiny horního toku bývajíčasto 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 kinetickéenergii řečiště.

• Typické je značné opracování klastů (=zaoblené valounky).

• Vyskytují se na dně řečiště a podél břehů v podobě štěrků a štěrkopísků, v dolníčásti toku jde o náplavové kužely.

34

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 většímíře 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.

35

Obr. 27.

Setmelený suťový kužel úlomků a kamenů svrchnoproterozoickýchhornin v rokli u Davle (Praha)

Zdroj: Kovanda a kol., 2001

36

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 erozívodním 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, denudovánači odváta.

37Obr. 28. Kvartérní terasy Vltavy v širším okolí Prahy

Zdroj: Kovanda a kol., 2001

38

2. Glaciální sedimenty

• Glaciálním prostředím rozumíme oblast pokrytou ledem a jeho nejbližší okolí , tzn. předpolí (periglaciální oblast).

• 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).

39

• Charakteristickým znakem tillu je jeho nevytříděnost, nestejnorodost hroninového a minerálního složení, ostrohrannost a poměrnáčerstvost úlomků hornin a minerálů a nevrstevnatost.

• Podle zrnitosti se může jednat o jíly, písky štěrk i obrovskéhorninové bloky, většinou vzájemně smíšené.

• Základní hmota většiny tillů bývá jílovitá, tmel u tillitů býváčasto 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 čelní morénou.

40

Obr. 29. Nezpevněný ledovcový sediment na boční moréně

Zdroj: www.uwgb.edu

41Obr. 30. Tillit vzniklý v období staršího pleistocénu

Zdroj: www.uwgb.edu

42

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).

43

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 předpolípevninského ledovce.

44

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 patrnécharakteristické fosilní půdní horizonty.

• Spraším podobné sedimenty, které se ovšem v některém znaku lišíoznačujeme jako sprašové zeminy.

45

Obr. 32.

Písečné duny v Namibii

Zdroj: www.cgu.cz

Obr. 31.

Spraše na jižní Moravě

Zdroj: www.cgu.cz

46

4. Koluviální sedimenty (svahové, deluviální)

• Vznikají převážně působením zemské tíže. Způsob pohybu a ukládání materiálu může být vyvolán ještě dalšími činiteli, takže pod názvem svahovinyřadíme 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.

47

Obr. 33., 34.Soliflukční (bahnotokové) svahoviny v Praze-Dejvicíchzdroj: Kovanda a kol., 2001

Zemní pyramidy v Ottou (Norsko)Zdroj: www.ikoktejl.cz

48

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 sedimentůjsou rašeliny.

49Obr. 35. Kvartérní travertiny (Zdroj: ČVUT)

50

• Rašelina je přírodní organogenní sediment, který obsahuje více než50% organického uhlíku s vysokým obsahem koloidní organické hmoty ve formě huminových kyselin a fulvokyselin.

• Rašelina vzniká pomalým procesem zuhelňování odumřelých částírostlin, 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).

51

Podle způsobu dotování vodoua obsahu živindělíme 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 prostředípřevážně v teplejších oblastech z rostlinných zbytků

- přechodná rašeliniště

52

Obr. 36. Vrchoviště

Zdroj: http://botany.natur.cuni.cz/holocen/

53

Obr. 37, 38.Pramenné a zvodnělérašeliniště

Zdroj: http://botany.natur.cuni.cz/holocen/

54

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 archeologickéči antropologické nálezy.

55

Obr. 39. Vznik jeskynních sedimentů průlomem krasu

Zdroj: www.environment.sa.gov.au

56Obr. 40. Sběr fosilií ze sedimentů v australské Viktoriině jeskyni

Zdroj: www.environment.sa.gov.au

57

+ 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 různétypy kvartérních sedimentů.

• Příčinou vzniku periglaciálních jevů jsou především objemovézměny při tuhnutí vody (=kryoturbace).

58

Obr. 41. Kryoturbace

Zdroj: www.uni-marburg.de

Obr. 42. Mrazový klín

Zdroj: www.uni-marburg.de