Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Spraše včera a dnes

Publikováno: Vesmír 94, 488, 2015/9
Obor: Geologie

Autoři věnují článek k 90. narozeninám Vojena Ložka.

Nejvýznamnější charakteristikou současné geologické éry – čtvrtohor – je střídání dob ledových (glaciálů) a dob meziledových (interglaciálů). Zdrojem tohoto poznání se stalo studium jednoho z nejrozšířenějších suchozemských sedimentů – spraší. Spraše pokrývají zhruba 10 % povrchu Země a jsou významným půdním substrátem nížinných a středních poloh severní polokoule. Jedním z nápadných znaků tohoto sedimentu je dokonalá vytříděnost zrn. Naprostá převaha prachové složky (0,004–0,06 mm) je způsobená dálkovým větrným transportem, který se může uplatnit pouze v rozsáhlých bezlesých oblastech, v podmínkách extrémního sucha a mimořádných denních a sezonních teplotních výkyvů. V takovém klimatu se horniny rozpadají a vznikají rozsáhlé obnažené povrchy sypkých zvětralin, jejichž jemnozrnnou složku vítr přemisťuje. Tyto podmínky dnes v Evropě neznáme. Spraše tedy vznikaly výhradně během dob ledových, především v jejich vrcholných fázích (tzv. pleniglaciálech) a v geologickém záznamu představují jasný doklad těchto období.

Spraše vznikají tzv. zesprašněním.1) Během tohoto procesu se při chemickém zvětrávání živců uvolňují kationty sodíku, draslíku a vápníku. V podmínkách srážkově chudého glaciálního klimatu se však vápník nevyplaví úplně. Část se nabalí na křemenná zrna a vzniká pelitomorfní karbonát, který je hlavním zdrojem jedinečných vlastností spraše a jejich ekonomických souvislostí. Spraš je mimořádně úživná pro rostliny, díky souvaznosti je skvělou cihlářskou surovinou, má hranolovitou odlučnost, svislé stěny sprašových odkryvů jsou dlouhodobě stabilní a je rovněž ideálním fosilizačním prostředím pro vápnité ulity měkkýšů a kosti obratlovců.

Hlavou a kladivem

Zmíněné specifické vlastnosti spraší vytvářejí jednotný rámec pro vývoj půd během interglaciálů a interstadiálů.2) S ohledem na shodný substrát lze z odlišností jednotlivých půd pohřbených pod spraší usuzovat na specifika příslušných teplejších období. Sled glaciálních spraší a interglaciálních či interstadiálních půd v souvislých sprašových sériích tak může poskytnout ucelenou škálu pro paleoklimatickou rekonstrukci čtvrtohorní minulosti. Tato úvaha předznamenala ambiciózní koncept sprašové stratigrafie a výzkumný program, zformovaný na konci padesátých let Vojenem Ložkem a Jiřím Kuklou. [1] Na jeho počátku stálo podrobné srovnání stavby opěrných sprašových profilů střední Evropy (Dolní Věstonice, Modřice, Podbaba, Paudorf, Göttweig aj.), které ukázalo, že sledy spraší a pohřbených půd vykazují přes různá lokální specifika rámcově shodné rysy.

Na počátku šedesátých let předložili oba badatelé obecný model sledu charakteristických půdních komplexů (PK), které odpovídají interstadiálům posledního glaciálu (PK I, PK II) a nejmladším interglaciálům (PK III, PK IV, PK V). Pozdější doplnění záznamu rozsáhlými sériemi na Červeném kopci v Brně a v rakouských lokalitách Krems a Stranzendorf rozšířilo působnost tohoto modelu téměř na celý průběh kvartéru. Důležitým zdrojem poznání byly rovněž nálezy měkkýšů a obratlovců v různých polohách těchto sérií. [2, 3, 4, 5] Umožnily totiž přímé porovnání propracovaných systémů biostratigrafického datování čtvrtohorních uloženin s klimatostratigrafickou3) škálou jednotlivých glaciálních cyklů a následně výrazné zpřesnění jejich využití ve stratigrafické praxi (obr. 1). Dávno před příchodem moderních datovacích metod, za pomoci pouhého geologického kladiva a otevřené mysli, se tak podařilo vytvořit spolehlivé souřadné schéma stratigrafické korelace nejmladší geologické minulosti.

Za pomoci strojů: Výzkum spraší dnes

Klimatostratigrafické schéma sprašového záznamu bylo koncem osmdesátých let podstatně rozšířeno díky novým přístrojovým možnostem. Nedávno zesnulý Jiří Kukla (viz Vesmír 89, 303, 2010/5) byl tehdy stále klíčovou osobností sprašového výzkumu a členem nejprestižnějšího světového centra bádání o čtvrtohorách – Lamontovy-Dohertyho observatoře Země na Kolumbijské univerzitě v New Yorku. Souběžně s dalšími výzkumníky zavedl do studia spraší nový přístup – měření magnetické susceptibility.4) Vstupní úvaha byla taková, že magnetické minerály vznikají přímo ve spraši, a to během vlhčích a teplejších období činností půdních bakterií a pod vlivem chemického zvětrávání. Magnetický signál takovýchto poloh by pak měl být ve srovnání s polohami surové spraše výrazně vyšší a sled hodnot naměřených v souvislém sedimentárním profilu by měl poskytovat podrobný záznam změn klimatu. Ve spolupráci s čínskými kvartérními geology
pak Kukla předložil souvislý záznam magnetické susceptibility nejrozsáhlejších sprašových sledů Země – čínských sérií Luochuan a Xifeng [6], jež dosahují mocnosti přes 1 km. Později byla doplněna data z další čínské série Nanjing. Vstupní předpoklady byly plně potvrzeny dokonalou korelací získaných sprašových záznamů s izotopickou škálou hlubokomořských sedimentů – sledem kyslíkových či mořských izotopických stupňů (OIS či MIS)5) (obr. 1). Tato škála představuje dnes standardní referenční systém globální klimatostratigrafie čtvrtohor, jakýsi geologický etalon, ke kterému se všechno ostatní vztahuje.

Později se ukázalo, že tento model je v zásadě platný ve všech regionech severní polokoule. Studium magnetické stavby spraší se tak rázem dostalo do popředí zájmu instrumentální paleoklimatologie kvartéru.

Od tohoto okamžiku se do určité míry odvíjí také současný přístup k problematice spraší. Od stratigrafických otázek, které stály v počátcích sprašového výzkumu, dnes směřuje pozornost spíš k možnosti využít spraší jako podrobného archivu změn prostředí. Tento pohled byl umožněn především díky posunu metodologického standardu. Mimo zmíněné metody environmentálního magnetismu jsou to především metody geochemické, v užším slova smyslu pak časově a finančně nenáročná prvková analýza. Interpretace se zde odvíjí od předpokladu, že během diagenetických procesů6) dochází ve spraši k chemickému zvětrávání minerální složky, k přesunům rozpustných prvků a vzniku nových minerálů (oxidů železa, jílových minerálů atd.). Protože jsou tyto procesy do značné míry závislé na vlhkosti a teplotě okolního prostředí, lze z naměřených parametrů usuzovat na reálné paleoklimatické podmínky. Příkladem může být poměr rubidia a stroncia, což je často užívaný indikátor intenzity zvětrávání spraší.

Rubidium je disperzní prvek, který není vázán na žádný konkrétní minerál. Hojně je však přítomen v minerálech bohatých na draslík, tj. slídách, draselných živcích a z nich odvozených jílových minerálech. Během chemického zvětrávání a půdotvorných procesů dochází především k vyluhování vápníku a mechanické migraci jemnozrnných částic. Chemická změna však nepostihuje jílové minerály. Ty se proto koncentrují v nejzvětralejších částech horizontu. Stroncium se vyskytuje v minerálech bohatých na sodík a vápník (např. kalcitu a živcích). Tyto minerály jsou ve srovnání s draselnými živci mnohem citlivější na zvětrávání; za vlhčích podmínek se rozpouštějí a profil se ochuzuje o stroncium. Poměr Rb : Sr proto ve sprašových profilech velmi citlivě reaguje na diagenetické procesy řízené klimatem a umožňuje zachytit i krátkodobější teplé výkyvy vrcholného glaciálu, jež se ve fosilním biologickém záznamu neprojeví (Vesmír 90, 22, 2011/1).

Souběžné použití magneto-minerální a prvkové analýzy spraší poskytuje levný a rychlý, nicméně dostatečně účinný nástroj pro paleoklimatické interpretace. V posledních 20 letech je tento přístup soustavně doplňován o další netriviální postupy, zcela nové nebo dosud používané v jiném kontextu. Mnohdy jde však o dosti nákladné metody, jejichž aplikace je závislá na finančních možnostech konkrétního výzkumu. Vůdčí roli mezi nimi hraje chemie izotopů, jež se orientuje především na kvantifikaci klimatických ukazatelů (izotopy δ18O a 10Be), rekonstrukci vegetace a srážkových úhrnů (δ13C z organických zbytků a uhlovodíků), popřípadě na zjišťování původu zdrojového materiálu (87Sr : 86Sr).

Aplikovatelnost instrumentálních metod se pak odvíjí v první řadě od pokroku v možnostech absolutního datování spraší. Zásadní jsou v tomto smyslu metody luminiscenční (opticky stimulovaná luminiscence – OSL, termoluminiscence – TL a luminiscence stimulovaná infračerveným zářením – IRSL). Současný časový dosah metody se pohybuje okolo 300 tisíc let, což zahrnuje poslední dva klimatické cykly (MIS 8 – MIS 2), tedy období, jež je v evropském sprašovém záznamu zastoupeno zdaleka nejhojněji a existují k němu tudíž i nejpodrobnější kontextuální informace.

Chronostratigrafii lze pak dále zpřesnit srovnáním výsledků s ledovcovým záznamem, jezerními sedimenty či speleotémami. V Evropě byla v nedávné době takto zpracována např. západoněmecká lokalita Nussloch [7], kde se podařilo korelovat hrubozrnnější složku vrcholně glaciální spraše s prachovými vrstvičkami grónského ledovce, které představují intervaly v řádu stovek let.

Takové rozlišení, blížící se podrobným záznamům jezerních uloženin, bylo v dřívějších dobách těžko představitelné. Spraše se proto ideálně hodí k získání detailních regionálních paleoklimatických informací, což může být vstupní krok k pochopení chodu globálního klimatu. Tímto směrem dnes progresivně kráčí především výzkum čínských spraší. V podobném smyslu byly v nedávné době započaty systematické práce v Německu, Polsku, Maďarsku, na Ukrajině a především pak v Srbsku, neboť podél Dunaje a Tisy se zachovaly vůbec nejsouvislejší série umožňující přímou paralelizaci se sprašemi čínskými (obr. 2). [8]

Na tomto místě je třeba zdůraznit, že spraše a v nich vyvinuté paleopůdy jeví v jednotlivých evropských regionech značnou rozmanitost, což přináší problémy při jejich korelaci. Variabilita je patrná zejména podél současného severozápadně-jihovýchodního a severojižního klimatického gradientu, tj. z oceánských oblastí v severozápadní a severní Evropě přes střední Evropu směrem k Středozemnímu a Černému moři. Mimo vlivů materiálových a geomorfologických je to zjevně způsobeno odlišnou úrovní zvětrávacích a půdotvorných procesů. Podrobné zhodnocení klimatických faktorů, jež se na této variabilitě podílejí, a následná transregionální paleoklimatická rekonstrukce minimálně posledního glaciálního cyklu by měly být hlavní výzvou dnešního sprašového výzkumu. Situaci nicméně poněkud komplikuje fakt, že těžiště současných výzkumů leží mimo klasickou sprašovou oblast střední Evropy. Toto území je však, díky své pozici na rozhraní mezi oceánským a kontinentálním klimatem, pro pochopení dynamiky pleistocenního klimatu na evropském kontinentu zcela zásadní. To ostatně opakovaně zdůrazňovaly již výstupy systematické práce V. Ložka a J. Kukly.

Že hranice mezi dvěma klimatickými systémy mohla být během posledního glaciálu překvapivě ostrá, naznačilo v nedávné době porovnání záznamu geochemické a magneto-minerální analýzy sprašových sekvencích ve středočeských Zeměchách u Kralup a jihomoravských Dobšic u Znojma. [9] Obě lokality citlivě reagují na obecné trendy vývoje globálního klimatu svrchního pleistocénu. Dokládá to korelace poměru Rb a Sr s globální mořskou izotopickou škálou (obr. 3). Lokalita Dobšice však vykazuje během glaciální fáze zřetelně nižší úroveň zvětrávacích a půdotvorných pochodů, zjevně v kontextu se suššími podmínkami. To může souviset s její pozicí na severozápadním okraji Panonské pánve, kde se kontinentální klima uplatňovalo bezpochyby výrazněji než v západněji situovaných Zeměchách.

Podobné souvislosti otevírají průzor k podrobným analýzám paleogeografické a paleobiogeografické rozmanitosti glaciálního prostředí a dokládají, že výzkum spraší je i dnes, víc než půl století po pionýrských pracích na našem území, jedním z nejaktuálnějších okruhů studia čtvrtohor.

Literatura

[1] Kukla J. et al.: Quartär 13, 1–29, 1961.

[2] Ložek V.: Antropozoikum 3, 7–33, 1965; Kukla G.: Trans. Nebraska Acad. Sci. VI, 57–93, 1978.

[3] Horáček I.: IGCP 24/6, 99–117, 1979.

[4] Rabeder G.: Beit. Paläont. Österr. 8, 1–373, 1981.

[5] Horáček I., Ložek V.: Rozpravy Čs. akad. věd 98/4, 1–102, 1988.

[6] Kukla G. et al.: Geology 16, 811–814, 1988; Kukla G., An Z. S.: Palaeogeogr. Palaeoclim. Palaeoecol. 72, 203–225, 1989.

[7] Antoine P. et al.: Quarter. Sc. Rev. 28, 955–973, 2009.

[8] Markovič S. et al.: Jour. Quarter. Sci. 23, 73–84, 2008.

[9] Hošek J. et al.: Palaeogeogr. Palaeoclim. Palaeoecol. 418, 344–358, 2015.

Poznámky

1) Zesprašnění nebo také loesifikace je označení pro souhrn velmi specifických postsedimentárních procesů, vedoucích ke zpevnění sedimentu.

2) Interstadiál je klimaticky příznivější období v rámci glaciálu.

3) Klimatostratigrafie využívá pro časové zařazení sedimentárních sledů proměnlivosti klimatu v historii Země. V případě čtvrtohor je možné vztahovat tyto sledy k jednotlivým glaciálům a integlaciálům, popřípadě k drobnějším klimatickým oscilacím. Absolutní stáří těchto klimatických výkyvů je v současnosti dobře známé.

4) Magnetická susceptibilita je schopnost materiálu magnetovat se v indukovaném magnetickém poli. Nejvyšší susceptibilitu mají feromagnetické minerály, především oxidy železa (magnetit, maghemit).

5) Kyslíková či marinní izotopická škála je obecné označení pro průběh změn podílu kyslíkových izotopů 18O a 16O v sedimentu, přičemž podíl těžkého izotopu (δ18O) je nepřímo úměrný teplotě prostředí. Hlubokomořský záznam ukazuje s mimořádným rozlišením střídání teplejších úseků (stupňů) značených lichými čísly (počínaje současným interglaciálem – holocénem) a úseků chladnějších, značených sudými čísly.

6) Souhrn fyzikálních, chemických a biologických pochodů, které zásadně mění minerální složení, texturu i strukturu nezpevněného materiálu.

Soubory

článek ve formátu pdf: 201509_488-491.pdf (650 kB)

Diskuse

Počet příspěvků: 1