Jen pro připomenutí několik základních údajů o Zemi:

-         Země má tvar geoidu (sploštělé koule)

-         v ose rotace má poloměr 6356,9 km a v ose rovníku poloměr 6378,4 km

-         teplota ve středu Země se odhaduje na 5500 °C a tlak 3 450 000 atmosfér (350 GPa).

-         teplota rostoucí směrem od povrchu ke středu Země se zvyšuje průměrně o 25 °C na 1 km.

         Tento přírůstek teploty označujeme jako geotermální (někdy také geotermický) gradient

-        přímému studiu pomocí pozorování a geologických vrtu je přístupná jen nejsvrchnější část

        (nejhlubší vrty 160 km) zemské kůry. Hlubší části Země lze studovat pouze zprostředkovaně pomocí

        geofyzikálních metod (měření šířících se vln a pod.)

 

1.1 Vnitřní stavba Země

Pokud si představíme geofyzikální model Země (viz. obr. č.1), lze stanovit tři základní části rozlišné svým chemickým složením a vlastnosti – ZEMSKÉ JÁDRO, ZEMSKÝ PLÁŠŤ a ZEMSKOU KŮRU. K rozdělení na tyto tři vrstvy došlo díky gravitaci v době, kdy byla celá hmota Země v tekutém stavu před více než 4 miliardami let.

 

 

 

 

 

 

 

 

obr. č.1 Geofyzikální model vnitřní stavby Země

 

 

 

 

Ve středu Země, 2900 km pod povrchem, se nachází jádro. (Samotné jádro se dále dělí na vnější jádro, přechodné jádro a vnitřní jádro.) Předpokládá se, že jádro vnější a přechodné jádro jsou tekuté, vnitřní jádro je pravděpodobně pevné a tvoří jej z 90 % sloučeniny železa, z 8 % sloučeniny niklu a ze 2 % ostatní prvky. (Podobné složení mají některé meteority, které nacházíme na Zemi a které byly původně součástí jader jiných planet podobných Zemi.) Tyto prvky se dostaly do středu Země díky své hustotě – hustota vnitřního jádra je více než 13 g/cm3.

Další vrstvou je zemský plášť, přibližně 5 až 60 km pod povrchem podle mocnosti zemské kůry nad ním. Předpokládá se, že je plastický, tedy pomalu tekutý. Obsahuje okolo 43% sloučenin křemíku, 37% sloučenin hořčíku, 12% sloučenin železa, 3% sloučenin vápníku a 5% ostatních prvků. (I zemský plášť můžeme rozdělit na svrchní a spodní zemský plášť.)

Nejsvrchnější vrstva, zemská kůra, je nejlépe prozkoumanou částí Země o mocnosti od několika kilometrů až po přibližně 60 km v místech pod velkými pohořími. Bezprostředně na zemský plášť naléhá oceánská zemská kůra tvořená především sloučeninami z křemíku a hořčíku a má hustotu okolo 2,9 g/cm3. Kontinentální zemská kůra je tvořena především sloučeninami křemíku a hliníku o hustotě okolo 2,7 g/cm3. Porovnáním hustoty oceánské a kontinentální zemské kůry je patrné, že kontinentální zemská kůra má menší hustotu, je tedy "relativně lehčí". Tato nižší hustota zaručuje, že se i přes svou mocnost místy až několika kilometrů nezanoří do oceánské zemské kůry.

Díky neustálému zvětrávání hornin a jejich přemísťování především za pomoci vody je zemská kůra (kontinentální i oceánská) pokryta různě silnou vrstvou sedimentů.

 

1.2 Litosféra

Zemskou kůru a svrchní část zemského pláště označujeme také jako litosféru – pevný obal Země. Litosféru ovšem netvoří jednolitý pevný obal, ale je několik tektonických nebo také litosférických desek – viz. obr. č.2.

Na základě geologických i paleontologických důkazů byla prokázána teorie Alfreda Wenegera, že v minulosti byly všechny kontinenty spojeny v jediný. Tento prakontinent (dnes označovaný jako Pangea) se následně rozpadl na dvě části (severní Laurasii a jižní Gondovanu). Dalším rozpadem pak vznikly kontinenty, jak je známe dnes.

Obr. 2 Litosférické desky a směr jejich pohybu.

 

V zemském plášti pod litosférickými deskami dochází k proudění hmoty zemského pláště, což přispívá k pohybům těchto desek. Mezi deskami může docházet ke třem různým typům vzájemných pohybů – PŘIBLIŽOVÁNÍ (konvergence), ODDALOVÁNÍ (divergence) a POSUN VEDLE SEBE různým směrem podél transformačních zlomů – viz. obr. č.2.

Tyto pohyby probíhají neustále s rychlostí několik centimetrů za rok a v minulosti měly za následek přesunování kontinentů po Zemi. Předpokládané přesuny kontinentů si můžete prohlédnout na animaci na následujícím odkazu.

http://www.loupak.cz/video/veda-a-pokusy/1193-pohyb-kontinentu-minulost-a-budoucnost

 

A) Místa, kde dochází k oddalování desek, jsou typická svou vulkanickou aktivitou a vznikají zde dlouhé hluboké zlomy (rifty). V těchto místech vystupuje láva k povrchu a dochází ke vzniku nové zemské kůry. Tyto rifty se nachází především v oblasti oceánů, kde vystupují jako podmořské hřbety. Na povrchu toto rozestupování můžeme pozorovat např. na Islandu – viz. obr. č.3.

 

 

 

 

 

Obr. č.3 Island,Thingvellir – oblast tvorby riftu

 

B) V místech přibližování litosférických desek můžeme pozorovat různé důsledky tohoto přibližování podle typu zemské kůry v místě přibližování. Pokud se k sobě přibližují dvě desky s kontinentální zemskou kůrou (viz. obr.4c), dochází ke kolizi. Při kontaktu ani jeden z kontinentů nemůže poklesnout, tlačí se tedy k sobě, přičemž se horniny lámou, ohýbají a deformují za vzniku velkých pásemných pohoří. Například kolizí Indické a Eurasijské desky vznikly Himaláje.

Při kontaktu kontinentální a oceánské desky (viz. obr.4a) se těžší oceánská deska zanořuje pod kontinentální. V místě zanoření dochází ke vzniku hlubokomořských příkopů.  Zanořená část desky včetně sedimentů se taví a vzniká tak pásmo aktivních sopek jako například podél západního okraje Jižní Ameriky.  

Třetím typem je stav, kdy dochází k přibližování dvou desek oceánských (viz. obr.4b). Jedna z desek, obvykle ta starší (protože je chladnější a má vyšší hustotu), se zanoří pod druhou. Díky tomu vznikne hlubokomořský příkop a vedle něj pásmo sopek později vytvářející souostroví. Příkladem tohoto typu je Japonské souostroví v sousedství Japonsko-kurilského příkopu.

C) Z hlediska člověka jsu nejnebezpečněnjší oblasti, kde dochází k posunu zemských desek podél sebe. Jsou to oblasti v častým výskytem zemetřesení. Jedná se např. o oblasti styku Pacifické a Severoamerické desky, tedy oblast Kalifornského pobřeží nebo na styku Indoaustralské a Pacifické desky, který prochází Novým Zealandem.

 

 

 

 

Obr. č.4 Kolize litosférických desek a) podsouvání oceánské desky pod kontinentální, b) podsouvání jedné oceánské desky pod druhou, c) podsouvání jedné kontinentální desky pod druhou

 

1.3 Historie Země

Na základě současného poznání vědy vznikla Země před 4 a půl miliardami let. Během doby svého trvání na Zemi došlo k mnoha změnám, které lze vysledovat na základě studia hornin a fosilních pozůstatků. Zkoumání vývoje a změn na Zemi je možné díky skutečnosti, že ...

... na starších vrstvách leží vždy vrstvy mladší a že jsou všechny vrstvy přibližně vodorovné (pokud ne, svědčí to nějaké významné události ve vývoji).

... ve vrstvách ze stejného období se nachází zkameněliny stejných fosílií.

... na Zemi probíhají stále stejné geologické procesy a působí stejní geologičtí činitelé jako v minulosti, přestože podmínky mohou být trochu odlišné (např. složení atmosféry, teplota a pod.)

 

Historický vývoj planety Země je rozdělen do několika období, která dostala název podle významných nalezišť spojených se studiem hornin a fosílií daného období.

Obr. č.5 Geologická historie Země

1.3.1 Prekambrium (Prahory a Starohory)

Velmi dlouhé období, pravděpodobně od 4 a půl miliardy let až 570 miliónů let.

Během tohoto období postupně vznikla pevná zemská kůra, vznikaly první horniny a také první známky života. Z počátku se jednalo o jednobuněčné primitivní organismy, teprve na konci tohoto období se objevují první mnohobuněčné organismy. Život je stále vázán na vodu v mořích a oceánech.

Vrstvy hornin z období starohor je možné vysledovat v oblasti středních a západních Čech. Na konci Starohor dochází ke kadomskému vrásnění a přeměně hornin, které se projevilo i na našem území.

 

1.3.2 Paleozoikum (Prvohory)

Pravděpodobně před 570 až 345 milióny let, rozdělujeme jej na starší prvohory Kambrium až Devon 570 – 360 mil. let a mladší prvohory Karbon a Perm 360 – 345 mil. let. .

Kambrium: V tomto období na našem území převažuje ukládání různých sedimentů a vznik sedimentárních hornin jako jsou slepence, pískovce a droby. Život je stále ještě vázán na slanou vodu. Z rostlin se jedná o řasy, ze živočichů pak bezobratlí jako přisedle žijící ramenonožci a trilobiti. Na konci kambria dochází k velké vlně vymírání pravděpodobně kvůli globálnímu ochlazení klimatu, snížení hladiny oceánů a obsahu kyslíku.

 

Ordovik: V tomto období nastává první fáze kaledonského vrásnění doprovázená sopečnou činností. Následuje období sedimentace v oblastech pánví zaplavených mořem - vznikají slepence, droby, pískovce, křemence a jílovité břidlice. Dochází k opětovnému rozvoji života, ve větší míře se objevují měkkýší a graptoliti (přisedle žijící živočichové), dále také k rozvoji členovců z původních trilobitů  a na konci období se objevují první chrupavčité ryby. Na souši se objevují první rostliny – mechorosty vázané na vlhké prostředí. Na konci ordoviku přichází další vlna velkého vymírání organismů způsobené přesunem naší oblasti přes jižní pól.

 

Silur: Stále probíhá sedimentace v mělkých pánvích, na našem území již také sedimentace vápencová. Probíhá druhá fáze kaledonského vrásnění. V mořích dochází k rozvoji korálů, měkkýšů, ramenonožců a graptolitů, ale také ryb. Na souši se objevují první cévnaté rostliny a houby, ale také členovci jako primitivní pavouci, roztoči a stonožky.

 

Devon: Dále probíhá vápencová sedimentace, jehož známky jsou přítomné nejen v Barrandienu, ale také v okolí Hranic na Moravě a Moravském krasu. V průběhu devonu došlo k variskému (hercynskému) vrásnění, díky kterému se Čechy staly souší a usazování vápenců dále probíhá jen na území Moravy. Vedle dalšího rozvoje bezobratlých živočichů probíhá vývoj paryb (žraloci) a ryb lalokoploutvých, dvojdyšných a kostnatých. Na souši dochází k dalšímu rozvoji rostlin, kromě mechů také přesliček. S rozvojem rostlin na souši také pravděpodobně souvisí také výskyt prvních obojživelníků na souši. Na konci devonu dochází k dalšímu masovému vymírání, které však významně nepostihlo život na souši.

 

Karbon: Pro období karbonu je typický vznik jediného kontinentu Pangey. Na našem území se projevuje jednak varijským (hercynským) vrásněním, které přeměnilo horniny v oblasti středních a jižní Čech a také na Českomoravské vrchovině. Dále také vznikají pánve, ve kterých díky vrstvám výtrusných rostlin vznikají ložiska černého uhlí. Díky velkému množství výtrusných rostlin dochází ke spotřebě oxidu uhličitého a ukládání uhlíku ve formě uhlí. V atmosféře je tak nejvyšší podíl kyslíku v historii Země. Dochází k dalšímu rozvoji obratlovců – objevují se první plazi, kteří již nejsou vázáni na vodu a osídlují další území souší. Z bezobratlých pak dochází k zejména k rozvoji hmyzu (např. velké vážky) a sladkovodních  měkkýši.   

 

Perm: Období permu je na našem území typické kontinentálním typem podnebí, které je podstatně sušší, než dřívější období. Postupně dochází k vysychání pánví, ve kterých probíhala sedimentace. V mořích dochází k masivní tvorbě vápenců, na souši pak k rozvoji plazů s teplotou těla stálou, hmyzu, ale také nahosemenných rostlin (jehličnanů a jinanů). Na konci tohoto období dochází k vymírání velkého množství organismů v mořích, kteří byli pro prvohory typičtí jako jsou trilobiti a někteří koráli. Udává se, že vyhynulo až 90% mořských druhů živočichů, na souši pak přes 70% obratlovců. Jako důvod se předpokládá sopečná činnost a následné globální oteplování. 

 

1.3.3 Mesozoikum (Druhohory)

        Pravděpodobně 245 až 65 miliónů let zpět. Dále se dělí do tří období – trias, jura a křída.

Trias: Na našem území doznívání sladkovodní sedimentace (pískovce a slepence), na většině našeho území jsou pouště. V závěru tohoto území vzniká na našem území moře Tethys. V příbřežních vlhkých oblastech rostou především jehličnany a cykasy, moře i souš postupně ožívají. Dochází k výraznému rozvoji plazů s teplotou těla proměnlivou. Tito plazi dorůstají velkých rozměrů, někteří jsou dokonce schopni letu, jsou mezi nimi i ti, se kterými se setkáváme i dnes jako jsou želvy nebo krokodýli. Objevují se první žáby a savci. Na konci tohoto období vymírají větší obojživelníci a savcovití plazi.

 

Jura: Oblast Čech je téměř po celé období souší, na Moravě v místech moře Tethys dochází k sedimentaci a vzniku vápenců, jílovců a slínovců. Stále převažuje teplé podnebí, ve kterém se daří nahosemenným rostlinám a největší vývoj zaznamenávají plazi – dinosauři, kteří se vyvinuli do mnoha forem.

 

Křída: Dochází k úplnému rozpadu prakontinentů a díky alpinskému vrásnění vzniku pohoří jako jsou Himaláje, Alpy a na našem území Karpaty. Díky zvýšení mořské hladiny došlo k zaplavení oblasti Čech, která se projevila sedimentací k oblasti České křídové pánve a vzniku pískovců, slínovců a slepenců. Později vznikají sladkovodní sedimentární pánve v jižních Čechách. Z rostlin se objevují nové typy - krytosemenné (kvetoucí) rostliny, svého vrcholu dosahují velcí plazi, ale dochází také k rozvoji ptáků. V mořích dochází k růstu korálů, který doprovází mnoho dalších skupin bezobratlých.

Na konci křídy dochází opět k masovému vymírání, kterému podlehli zejména velcí plazi, ale také dalších 85% dosavadních druhů organismů. Díky tomu dochází v následujících obdobích k rozvoji savců.

 

1.3.4 Terciér (Třetihory)

        Pravděpodobně 65 až 1,8 miliónů let zpět. Třetihory se dále dělí na paleogén a neogén.

Paleogén: Dále probíhá alpinské vrásnění, od severu k jihu se přes Moravu táhne předhlubeň vyplněná mořem, ve které dochází k usazování sedimentů – střídavě jílů a písků. V Čechách pak vznikají oblasti jezerní pánve, kde dochází ke vzniku ložisek hnědého uhlí. Z počátku teplé podnebí se postupně ochlazuje, Z rostlin i živočichů jsou přítomny mnohé druhy, se kterými se můžeme setkat i dnes, objevují se první primáti.

 

Neogén: Pokračuje sedimentace v podkrušnohorských pánvích, vulkanismus v Doupovských horách a Českém středohoří.  V Budějovické a Třeboňské pánvi se ukádají štěrky a písky. Dochází k dalšímu ochlazování, snižuje se hladina moří, živočichové migrují mezi kontinenty. Chladnější a sušší podnebí vyhovuje novému typu rostlin – jednoděložným (např. traviny), naopak dochází k úbytku stromů. Dochází k rozmachu savců přizpůsobených stepním podmínkám. Tento vývoj klimatu pravděpodobně přispěl k napřímení postavy primátů jako adaptace na nedostatek stromů. Ke konci neogénu začíná docházet k výraznějším výkyvům v teplotě. 

       

1.3.5 Kvartér (Čtvrtohory)

        Toto období se datuje od 1,8 miliónů let zpět až po dnešek. Čtvrtohory a třetihory se někdy označují společným pojmem kenozoikum, tedy jako období savců.

Pro čtvrtohory je typické střídání dob ledových a meziledových, během kterého docházelo ke střídavému zalednění, které dosahovalo až na naše území. Ledovcová činnost spolu s ostatními faktory působila erozivně, což se formovalo povrch naší krajiny do dnešní podoby. V tomto období se vytváří půdy, říční síť v přibližně dnešní podobě a vznikají jeskynní systémy. Ve čtvrtohorách dochází k rozvoji člověka jako druhu.