Vývoj Země a jejích geosfér 1. Základy datování - zákon superpozice – ve vrstevním sledu, složeném z řady neporušených, na sobě spočívajících vrstev, je každá vrstva spodnější (nižší) vždy starší než následující vrstva svrchnější (vyšší) - zákon stejných zkamenělin – vrstvy, obsahující podobný soubor zkamenělin, lze považovat za stejně staré (platí pro cca posledních 600 miliónů let) - na obou zákonech může být založena jen relativní časová stupnice - radiogenní izotopy jako výsledek rozpadu nestabilních prvků (zákon radioaktivního rozpadu) – absolutní časová stupnice - absolutní geochronologie – z poměru obsahu izotopů příslušného dceřinného (hromadí se) a mateřského prvku (obsah klesá) lze určit stáří systému: nejčastěji izotopy ^238U, ^235U, ^232Th, ^87Rb, ^40K - jejich poločasy rozpadu (čas nutný k poklesu počtu atomů radionuklidu na jednu polovinu) řádově shodné se stářím Země; ^14C (radiouhlík), ^3H (tritium) – sleduje se u nich pokles relativního obsahu mateřského prvku - období existence Země (kolem 4,65 miliardy let) se dělí na: a) předgeologickou vývojovou etapu – astrální období (období počátečního zformování Země jako planety) a raně geologické období (utváření prvotní atmosféry a hydrosféry) b) geologické období 2. radioaktivní rozpad nestabilních prvků je nejvýznamnější primární zdroj vnitřní energie Země → změny elastických vlastností, objemu a hustoty hmot - gravitační diferenciace (pohyb lehčích hmot směrem k zemskému povrchu a pohyb těžších směrem k těžišti Země) – důsledek částečného natavení, látkové diferenciace a chemických procesů - růst poloměru jádra (gravitační diferenciace asi z 86 %), zmenšování poloměru Země a potenciální energie, uvolňování značného množství energie - konvekce hmot – mechanismus gravitační diferenciace a přenosu tepla - ve vývoji pláště je nejdůležitějším procesem postupné obohacování oxidem křemičitým SiO[2](rozpad fayalitu Fe[2]SiO[4] na hranici jádra) a přechod železa do jádra - v plášti původně Fe a FeO, uvolněný kyslík při přechodu železa do jádra oxidoval Fe na FeO a to na Fe[2]O[3] 3. Vývoj zemské kůry - zemská kůra – sedimentární, metamorfované a vyvřelé horniny - základ tektonika litosférických desek - vyvřelé horniny – vulkanická činnost a subdukční zóny (magma) - metamorfované horniny (ze sedimentárních a vyvřelých hornin při vysoké teplotě a tlaku v zemské kůře) – zóny subdukce - vydělování prchavých a lehce tavitelných komponent oceánické kůry v zónách subdukce je mechanismem vytváření kontinentální kůry - cyklus zvětrávání – odnos – sedimentace – klesání (ponořování) – metamorfismus – magmatismus - zvětrávání - Wilsnův cyklus vývoje oceánů: a) počáteční období – vznik a vývoj kontinentálního riftového systému (období vysoké vulkanické aktivity, hromadění materiálu v riftových depresích) b) mladé období – uprostřed původně kontinentálního riftu se vytváří deprese s kůrou oceánického typu, riftová deprese se rozšiřuje poklesy ker podél centrálního zlomu, marinní sedimentace c) zralé období – rozšiřující se oceánská pánev, hřbet s centrálním riftem – seismická a vulkanická aktivita, pasivní okraje kontinentů jsou součástí téže desky jako přilehlá část oceánu d) úpadkové období – přeměna pasivních okrajů kontinentů v aktivní (rozdělení desek), zmenšování oceánské pánve, na obvodu subdukce (zanikání oceánické kůry), při aktivních okrajích kontinentů pohoří andského typu e) období uzavírání – postupná zánik oceánské pánve, tektogeneze typu kontinent – kontinent, vulkanismus vázaný na subdukci zaniká f) vytvoření geosutury (megalineamentu) – definitivní zánik zbytku oceánů mezi sbližujícími se kontinenty, znásobení mocnosti kontinentální kůry, pásemná pohoří himálajského typu 4. Vývoj atmosféry a hydrosféry - atmosféra a hydrosféra vznikly v důsledku odplyňování láv, uvolňovaných ze svrchního pláště, které vytvořily zemskou kůru (množství produktů vulkanismu řádově odpovídá hmotnosti zemské kůry) - chemické složení vulkanických plynů – 70-80 % vodní pára, ve větší míře CO[2], dále SO[2], Cl[2], CH[4], NH[3], H[2]S, H[2] atd. - prvotní atmosféra – tenká vrstva, ve stavu zářivé rovnováhy (množství pohlceného slunečního záření povrchem odpovídalo jeho výdeji dlouhovlnným zářením) → kondenzace značné části vodní páry do prvotní hydrosféry - kyselé deště – rozpouštění HCl, HF, HBr, NH[3], S a její sloučeniny, CO[2] ve vodě → reakce se zásaditými horninami na povrchu → v prvotní atmosféře hlavně vodní pára a část špatně rozpustných plynů - nejintenzivnější uvolňování vodní páry z pláště v proterozoiku – část vázána v kontinentální a oceánské kůře (tzv. serpentinizace – olivín + voda + oxid uhličitý → serpentin + magnetit, siderit) - změny obsahu kyslíku v atmosféře: a) prvotní atmosféra bez volného kyslíku, uvolňován při fotodisociaci vodní páry – část na oxidaci, část ho unikala do vyšších vrstev atmosféry; celkově asi 0,001 současného stavu – vznik organických sloučenin z neorganických molekul (mikroorganismy stáří 3,1-3,4 miliardy let, řasy - fotosyntéza); oxidace plynů (např. oxidací NH[3] se uvolňoval N[2]) – vliv na složení oceánských vod b) 0,001 současného stavu kyslíku dosaženo asi před 1,2 miliardami let, při 0,01 dosažení Pasteurova bodu – přechod od fermentace k dýchání volného kyslíku – ochranné působení atmosféry pro UV záření (cca do 1 m v oceánech – rozšíření možností vývoje života) – pronikání rostlin na pevninu c) 0,1 současné hodnoty – vznik ozonové vrstvy – rozšíření života na souši d) současná koncentrace kyslíku dosažena díky fotosyntéze (překročena při velkém rozvoji rostlinstva) - změny obsahu CO[2]: a) odplyňování láv: katalytické reakce grafitu, rozklad karbidů, tepelná disociace prvotních karbonátů, oxidace CH[4] a CO b) z atmosféry a hydrosféry uvolňován při vzniku karbonátů, spotřebováván při fotosyntéze c) jeho růst vázán na růst koncentrací kyslíku – v minulosti větší obsah než dnes Geografický prostor a jeho zákonitosti - vesmírné faktory – působí na všechna tělesa ve sluneční soustavě a jejich intenzita je určována polohou tělesa uvnitř soustavy (vzhledem ke Slunci) - planetární faktory – mají specifický ráz a jsou určovány individuálními zvláštnostmi dané planety - spolupůsobení vesmírných a planetárních faktorů vytváří určitý systém přírodního prostředí – fyzickogeografickou sféru 1 Geografický prostor a jeho struktura - geografický prostor – část vesmíru, v němž Země vytváří speciální pole (např. tíhové, magnetické), podmíněná její přítomností a individuálními vlastnostmi jako konkrétní planety - procesy v horní části geografického prostoru podmiňují samotnou možnost výskytu jednotlivých složek FGS, charakteristických právě pro Zemi, zatímco procesy v jeho dolní části řídí rozložení těchto složek na Zemi a jejich vývoj - vertikální struktura geografického prostoru: a) blízký vesmír - oddělen mezopauzou od meziplanetárního prostoru, cca 1500-2000 km nad zemským povrchem, prolínání působení vesmírných faktorů s gravitačním a magnetickým polem Země b) vysoká atmosféra – po ozonosféru, pohlcování velkých kvant energie c) fyzickogeografická sféra – od ozonosféry po spodní hranici zóny hypergeneze v litosféře (oblast zvětrávání hornin) – základní energetický zdroj je sluneční záření, vznik a rozvoj života, cyklus oběhu hmoty a energie d) spodní kůra – část zemské kůry od zóny hypergeneze po Mohorovičićovu diskontinuitu – oblast působení endogenních faktorů (prvotní reliéf planety) 2 Vybrané důsledky působení vesmírných a zemských faktorů v geografickém prostoru - působení slunečního záření Slunce v biosféře: a) vidění – purpurový pigment sítnice, který při excitaci zářením mění svoji strukturu (např. schopnost živočichů orientovat se podle Slunce) b) fotoperiodismus – změna struktury příslušného chromoforu při ozáření (fytodron – tvoří se v rostlinách za tmy a světlem se rozkládá) (rostliny: pohyb listů, zavírání a otevírání květů; živočichové – tzv. cirkadiální cyklus) c) fotosyntéza – skládání ústrojných sloučenin v zelených rostlinách pomocí chlorofylu: CO[2] + H[2]O + světlo → ústrojné sloučeniny + O[2] energie vázaná fotosyntézou do ústrojných látek → životní pochody, ukládaní v nové tkáni - uvolňování energie v živých organismech, hoření: ústrojná sloučenina + O[2] → CO[2] + H[2]O + energie - sluneční energie zachycená rostlinami se tak mění na chemickou energii ústrojných sloučenin, v níž může setrvávat různě dlouhou dobu - druhotné sluneční vlivy se projevují prostřednictvím okolního prostředí (např. elektrická vodivost živých tkání, srdeční a nervová činnost vyšších organismů) - sluneční aktivita – řada různých jevů, vyskytujících se v některých obdobích a oblastech na Slunci (sluneční skvrny, erupce, protuberance aj.) - sluneční skvrny – chladnější místa ve sluneční fotosféře o teplotě kolem 4500 K, vznikající v oblastech zesíleného magnetického pole (tmavé jádro – umbra, světlejší okolí – penumbra)