PALEONTOLOGIE VOJEN LOŽEK Výkyvy podnebí, křivky teplot a měkkýší fauna Poučení z minulosti Nowhere have studies of buried soils and fossiliferous alluvium and loess reached the refinement and precision of those by Ložek in Czechoslovakia (e. g. Kukla et al., 1961, Kukla and Ložek, 1961), although the combined pedological-stratigraphic-paleontological approach promises equally detailed results in parts of North America. Cave-fills and travertine have yielded abundantfossil assemblages in Europe, but so far virtually unstudied in North America. Taylor, D. W., 1965: The study of Pleistocene ncm mar ine moll usks in North America Wright, H. E., Jr. and Frey, D. C. (ed.): The Quaternary of the United States, Princeton University Press, s. 597-609, k VII. kongresu INQUA. Profil ložiskem belavých jezerních kříd G'emnozrnných nezpevnéných vápenců) zachycuje drobné oscilace vlhkosti ve středním až starém hoiocčnu. Tmavé humózni pásy odpovídají sušším fázím. Na počátku mladšího holocénu (sub-boreálu) bylo ložisko odvodnéno erozt a na jeho suchém povrchu se vytvořila nápadná tmavá půda obsahující úlomky keramiky z doby halštatské (konec doby bronzové a starší doba železná). Svétlou polohu nad touto půdou tvoří pénovce vzniklé v mladoholocénním vápnitém močálu. Snímek © Vojen Ložek. Ještě v polovině 20. století se výzkum nej-mladšf geologické historie - kvartéru (čtvrtohor) - opíral o klasické geologické metody: o studium jeho hornin a fosilních pozůstatků fauny a flóry v korelaci s dopady zaled-nění. Rozvíjel se především v zemích, které zalednění přímo postihlo, nebo kde kvar-térní sedimenty pokrývaly ve větší mocnosti rozlehlé plochy. Střední Evropa měla mimořádné postavení, neboť severské zalednění zde zasahovalo nejdále k jihu a ještě jižněji se nacházelo zalednění alpské, rovněž velkoplošné, neboť zasahovalo až do podnoží hor. Není divu, že se právě zde rodila velká díla 0 době ledové (jak byl kvartér donedávna často nazýván - Eiszeitalter, Ice Age), z nichž vůdčí roli sehrála tisícistránková monografie DieAlpen im Eiszeitalter? která nabyla světového ohlasu a na niž se snažily navazovat kvar-térní výzkumy i ve vzdálených zemích. Přístup obou autorů k problematice kvartéru se do značné míry opíral o morfostra-tigrafická kritéria, tj. o sukcesi jednotlivých sedimentárních formací v korelaci s vývojem reliéfu krajiny, především s postupem eroze určovaným dynamikou ledovců a odnosnou 1 akumulační činností vodních toků. Výsledkem bylo stanovení 4 ledových dob (glaciálů) oddělených 3 teplými obdobími - intergla-ciály, pojmenovanými podle předalpských řek. V době, kdy dílo vyšlo, dosud panovala představa o jediné době ledové dosti nejasného dopadu, takže to byl opravdu průkopnický, ne-li revoluční čin. Podobné poznatky přineslo i pruské geologické mapování, nicméně prvé místo si nadlouho udržel alpský systém. Neuplynula však ani dvě desetiletí a ukázalo se, že ani 4 ledové doby nestačí, že jich bylo daleko více, jak ve svých pracích z raných dvacátých let minulého století dovozoval Wolfgang Soergel a na jihu v Předalpí Barthel Eberl. Zrodil se polygla-cialismus - nauka o mnoha dobách ledových (i meziledových) - a tím i představa, že ledová doba není nějaký unikátní jev, nýbrž jen úsek zákonitého klimatického cyklu podmíněného pravidelným kolísáním kvant slunečního záření na různá pásma Země v důsledku precese zemské osy, jak dovozoval M. MilankoviČ (1930).2 Zájem nezůstal jen u ledovcových sedimentů, jako jsou především mořenové uloženiny a s nimi spjaté říční naplaveniny (glacifluviál-ní terasy), ale do klimatického cyklu byly 22 Vesmír 90, leden 2011 I http://www.vesmir.cz zimní irisolace na 55' s. s. -10 % *10 X. křivka vývoje sprašových sem chkirino i irplo křivka změn mčkkýši fíiuny chjadno i teplo základní geologická chronologie (některé bcznt užívané názvy) holocén í a f ■>> "Z ■o > _ ü ■ E interglaáál eem (riss / würm) S1© SI > «n z 35 h Ü "í n E U intcrgiaciál treene o r- - f| _l i* c ■n intergtaciál holstein ůj >L- VI postupně začleňovány i další druhy sedimentu, především daleko rozšířené a hospodářsky významné spraše. Již během druhé světové války se ukázalo, že v chráněných prostorách vystupují spraše v celých souvrstvích. Jednotlivé pokryvy spraše naváté v gla-ciálech jsou v nich odděleny souvrstvími fosilních půd a jejich derivátů zákonité stavby, tzv. půdními komplexy (PK). Ty odpovídají ínterglaciálum včetně počátečních fází následujících glaciálů. V suchozemském prostředí tak sprašová souvrství nejúplněji odrážejí veškeré fáze klimatického cyklu. Vyvrcholením tohoto vývoje bylo zřízení sprašové komise INQUA (International Union for Quaternary Research) na světovém kongresu ve Varšavě r. 1961. Přínos sprašových sérií k poznání průběhu klimatického cyklu byl spjat s rozvojem paleontologických metod. Spraše sice byly odedávna zdrojem nálezů především velkých glaciálních savců (mamuta, srstnatého nosorožce), vymykaly se však paleobotanickým rozborům. Bohatá fauna měkkýšů, kteří jsou nejhojnějšími fosiliemi spraší (i dalších terestrických sedimentů kvartéru), nemohla být využita k rekonstrukci klimatických i stano-vištních poměrů vzhledem k nedostatečné znalosti ekologie i taxonomie jednotlivých druhů i celých společenstev, nehledě k přesnému rozlišování jednotlivých druhů sedimentů i půd sprašových sérií. Navíc i obecné povědomí o kvartéru, zejména u biologů, se víceméně omezovalo na dopad glaciálů Podnebné výkyvy v posledním půlmiliónu let odvozené ze sprašových sérií střední Evropy v korelaci s výkyvy zimní insolace a teploty rovníkového Atlantiku (podle J. Kukly). Vysvětlivky: PK l-VI - půdní komplexy: šrafované úseky vyznačují půdy teplých období - interglaciálů/ holocénu; měkkýší fauny charakterizované určitým druhem: tečkované úseky odpovídají obdobím s malakocenózami zapojených lesů, husté tečkování kulminaci interglaciálů, kdy podnebí bylo teplejší a vlhči než dnes (tyto lesní fáze odpovídají jen zlomku časového průběhu klimatického cyklu). V ostatních, n e vy šrafovaných obdobích převládlo buďbezlesí, nebo polootevřené porosty klimaticky odolných dřevin. Interglaciál „treene" se vyznačuje nálezy břestovce (Celtis, typ neopleistocenica). (V. Ložek, Příroda ve čtvrtohorách. Academia, Praha 1973) 1) PenckA.,BrtlcknerE.:Die Alpen im Eiszeitatter, Hl], 1-1199, Leipzig 1901-1909, 2) MilanfcoviiM,: Mathematische Klimalehre und astronomische Theorie der Klimaschwa/ikungen. Handbuch d. Klimatologie, I, A, 1-176, Beriin 1930. RNDr. Vojen Ložek, DrSt, (*1925) vystudoval geologii na Přírodovědecké fakultě UK v Praze. V Geologickém ústavu AV ČR, v, v. i., se zabývá geologií kvartéru. Věnuje se též malakozoologii a přednáší na Přírodovédecké fakultě UK v Praze, Z jeho knižních publikací připomeňme alespoň: Příroda ve čtvrtohorách {Academia, 1973), Zrudlo minulosti (Dokořán, 2007). http://www.vesmir.cz I Vesmír 90, leden 2011 23 Sukcese měkkýší fauny v klimatickém cyklu odvozeném ze stavby sprašových sérií střední Evropy (Ložek, 1976). 1-6 - sedimentární a půdní horizonty sprašových sérií (cyklický sled). na faunu a flóru, často líčeném značně drasticky.3 Nápravu přinesla až poválečná léta. Stěžejní roli v uplatnění poznatků z rozboru sprašových sérií včetně jejich malakofau-ny sehrály středoevropské lokality od středního Německa přes Československo a Dolní Rakousko až do Maďarska. Za vyvrcholení těchto výzkumů lze pokládat Kuklovú první korelaci středoevropských sprašových sérií s hlubokomořskými sedimenty.* Nelze opomenout ani nebývalou pozornost, které se v poválečných létech těšily tzv. periglaciální jevy, což rovněž vedlo až k drastickým scénářům o glaciálním prostředí srovnávaným s kryozónou vysokého seve- 3) Například v habilitační přednášcese botanikjosef Dostál (Odkud pocházcjínaše rostliny, Vesmír25,2,34-37,1946) zmiňují o zalednéní Brd a tundry v nížinách, aväak zároveň připouští přežití habru, buku, dubu, a dokonce i třetihomí-ho reliktu ŕandlku na chráněných místech. Podobně tomu bylo i u geologů - V. Ambrož (Spraše pahorkatin. SbornlkSt. geologického ústavu ČSR, 14,225-280,1947) dokazuje, íe spraäe vznikaly v interglaciálech. 4) Kukla J.: Correlations between loesses and deap-sea sediments. Geol. Foreningen i Stockholm Forhandlingar, 92,2, 148-180,1970. Kukla J.: Pleistocene Land-Sea Correlations. I. Europe. Earth Science Rev., 13,307-374, Elsevier 1977. 5) Postatí připomenout kritické poznámky, kterŕ uvedl A. L. Washburn ve své monografii periglaciálu (Periglacial processes and environments. 1-320, E.Arnold, London 1973). Na straní 2 plie; ..-četné jevy jako gellfluket (mrazový půdolok), mrazem podmíněné slézí ni a řada torem třídění prd se obecně pokládají za periglaciální, nejsou víak nutně vázané na permafrost (dlouhodobě zmrzlý podktad)"; na straní 247 dodává, že „velmi podobné nebo stejně vyhlížející jevy se mohou pravdépodobnívytvářet i v prostředí, které s působením mrazu nemá nic společního". ru. Tento výzkum však probíhal jaksi bokem _ a po vlastních kolejích.5 Z našeho pohledu má ovšem hlavní význam skutečnost, že nové poznatky se bezprostředně týkají našeho území, zatímco v současnosti se pozornost soustřeďuje na výsledky rozboru hlubokomořských, a především ledovcových vrtů v Grónsku a Antarktidě. Ty sice v základních rysech plně potvrdily poznatky získané ve střední Evropě klasickými geologickými a paleontologickými metodami, ale přinesly také řadu nových aspektů, jejichž přenos do našeho prostředí vyžaduje opatrnost, protože pocházejí ze vzdálených regionů, kde příroda má zcela jiný ráz než střední Evropa. Výsledky rozboru vrtů se vyjadřují křivkami podrobně zachycujícími obsah různých látek, které jsou přímými i nepřímými indikátory klimatických změn. Odrážejí spoustu drobných i větších oscilací, což klasické metody neumožňovaly, a vrhají tak nové světlo na klimatickou problematiku, zejména v průběhu ledových dob. Zachycují různé krátkodobé výkyvy, jako je třeba náhlý výraznýpokles teploty koncem 7. tisíciletí př. Kr. známý jako event 8,2 ky. Dokládají rovněž, že i během glaciálu dosti často docházelo k poměrně tep- 24 Vesmír 90, leden 2011 I http://www.vesmir.cz Nahoře: Výchoz půdních komplexů PK III (spodní tmavá poloha s belavou páskou) a PK II (oba spodní tmavé horizonty) v cihelní v Sedlci u Kutné Hory vyznačují klimatické výkyvy posledního interglaciá-lu (PK III) a následujících teplých výkyvů v raném posledním glacíálu (PK II). Světlé polohy spraší v podloží a nadloží půdních komplexů odpovídají vrcholným fázím předposledního a posledního glaciálu. Uprostřed: Odkryv v cihelné v Dolních Chabrech u Prahy odpovídá témuž časovému úseku jako půdní série v Sedlci, zachycuje však řadu drobných oscilací raného glaciálu mezi PK III (černá půda naspodu snímku s bélavým pásem i šedá poloha v jeho podloží) a PK II, jehož tísně nad sebou ležící dvě tmavé půdy vystupují nahoře v pravé polovině snímku. Časové rozpětí tohoto souvrství odpovídá zhruba 60-70 tisícům let. Mohutná světlá vrstva nad souvrstvím půd s postglaciální černozemí na povrchu patří spraši posledního glaciálu. Dole: Souvrství prameniStnfch vápenců - pénovců v Čierné dolině u Hranovnice odpovídá poledové době (holocénu) a zachycuje především oscilaci vlhkosti. Světlé polohy tvořené čistým pěnovcem vznikaly ve vlhkých, tmavé pásy v suchých fázích, kdy povrch ložiska dočasné vysychal a na pěnovcích se dočasně tvořila humózní půda - rendzina. Časový rozsah sedimentárního sledu odpovídá posledním 12 tisíciletím, takže uvedené oscilace odpovídají mnohem jemnějším výkyvům, než zachycují půdní komplexy u Kutné Hory a Dolních Chaber. Snímky © Vojen Ložek. Poznámka: V současné době se rýsuje problém, jak korelovat zobrazené výkyvy s oscilacemi křivek z ledových vrtů. lým výkyvům, stejně jako v interglaciálech k chladným. Na rozdíl od starších litologic-kých a paleobiologických kritérií zatížených složitým hodnocením sedimentárních, pedologických i biocenologických poměrů působí soubory přesně naměřených, číselně i graficky vyjádřených dat ve srovnání se staršími doklady daleko exaktnějším dojmem. Přes tyto nesporné klady ovšem zbývá problém, jak tato naměřená fakta aplikovat v prostředí konkrétních regionů - v našem případě střední Evropy - a tím se i vypořádat s místními poznatky získanými klasickými metodami ve zcela odlišném geograficky vzdáleném prostředí. Porovnejme proto možnosti i překážky, s nimiž musí počítat pracov- Na konci mladšího dryasu (před 11 600 lety) se náhle oteplilo. Podle záznamu z vrtu v centrálním Grónsku (CISP2) se teplotní posun odhaduje na 15 "C a byl provázen dvojnásobným objemem ročních srážek. Graf ukazuje roční nárůst ledu a izotopu kyslíku, který je interpretován jako teplota. (Podle Alley R. et al, Nature 362, 527-529, 8.4.1993) níci vyhodnocující zmíněné vrty a jejich protějšky, především paleontologové. Na jedné straně jde o soubor přesně změřených hodnot, kterým je přisuzována poměrně exaktní výpověď o klimatu. I když jsou i tato měření poplatná stavu v oblasti, kde leží zkoumaný http://wvwv.vesmir.cz I Vesmír 90, leden 2011 25 Schematická tabulka vývoje středního a mladého pleistocenu podle poměrů ve sprašových sériích suchých oblastí. (V. Ložek, Příroda ve čtvrtohorách, Academia, Praha 1973) profil období teplota (roční průměr) 0° +5" +10° vegetace smtíené doubravy v neosídlené oblasti, čemozemni step v oblasti starého osídlení tundra a chladná lesostep sprašová step (malakofau na s Columella columella) střídavé zamokrená tundra mírně chladná lesostep tundra m f mě chladná lesostep sprašová step step s polohami obnažené půdy cernozemní step nebo lesostep chladná step cernozemní step smíšené subalpinské lesy mírně chladná step cernozemní lesostep smíšené listnaté lesy s jiiními druhy (malakofauna s Helicigona banatkó) sprašová step (malakofauna s Columella columella) chladná lesostep mírně chladná sprašová step smíšené lesy chladná lesostep smíšené lesy (výskyt břestovce) sprašová step 6) Lozek V.: The relationship between the development of soils and (aunas in the warm Quaternary phases. Antropozoikum 3,7-33,1965. vrt, přece je jim přičítán značný geografický dosah. Nevýhodou je, že změřit lze jen určité faktory, jejichž stopy se zachovaly vprostřed! vrtu. Na druhé straně velkou a nezastupitelnou výhodou paleontologa je, že fosilie indikují komplexní působení všech ekologických faktorů v daném místě - tedy i těch, které se vymykají přesnému změření, nehledě k těm, které ještě neznáme. Správná paleoenviron-mentální interpretace určitého souboru fosi-lií však klade na zpracovatele množství specifických požadavků. Dobrým příkladem jsou měkkýši, jejichž životní nároky jsou těsně spjaty s půdní- mi poměry a vegetačním krytem, takže se v tomto směru více blíží rostlinám než třeba obratlovcům. Nutno spolehlivě znát jednotlivé druhy jak co do přesnosti určení ve fosilním stavu, tak jejich současného plošného i výškového rozšíření, vazby na půdy i rostlinná společenstva, nehledě k poměrům fosi-lizačním, tj. jaký plošný dosah má výpověď určitého fosilního společenstva, což je dáno rozsahem okrsku, z kterého se mohou ulity dostat na místo fosilizace. Je třeba respektovat i zásadu, že sediment nebo půda, v nichž se ulity zachovaly, jsou nedílnými složkami někdejších ekosystémů a že výpověď abio- 26 Vesmír 90, leden 2011 I http://www.vesmir.cz tických faktorů má vůči výpovědi paleobi-ologické primární postavení. Příkladem jc vrstva sypkých sintrů - pěnitců ve vchodech jeskyní, která je přímým dokladem dlouhodobého promočení jeskynních stropů, a tedy vysokých srážek. Měkkýší fauna v ní obsažená na toto zvlhčení reaguje až druhotně a v případě krátkodobé události nemusí takové zvlhčení výrazněji odrážet. Co se týče hlavních výkyvů křivek, které odpovídají glaciálům a interglaciálům, vykazuje malakologická evidence výraznou shodu, především se strmým nástupem teploty na počátku interglaciálů včetně holocénu. Nejde jen o nejčastěji diskutované prudké zvýšení po skončení závěrečné fáze posledního glaciálu - mladšího dryasu, ale i obdobná náhlá zvýšení teplot a vlhkostí v interglaciá-lech. Dokladem je příchod jihoevropských plžů Drobacia banatica a Soosia diodonta na naše území ještě před vyzráním lesních půd v posledním interglaciálů i v interglaciálech starších, tedy již v jej ich časné fázi.6 Naproti tomu zdůrazňovanému hlubokému ochlazení v mladším dryasu u nás neodpovídá žádná výraznější změna malakofauny. V rámci glaciálů sprašové zóny se větší teplejší výkyvy (interstadiály) malakozoologicky zřetelně projevují ve výkyvech časného glaciálu, zatímco teplejší oscilace vrcholného posledního glaciálu (zvi. denekamp = Stillfried B, PK I) podle dosavadních dokladů nena- šla větší odezvy. Nelze ovšem vyloučit, že se může výrazněji projevit ve stupni ležícím nad sprašovým pásmem, především v Karpatech. Co se týče krátkodobých oscilací vyznačených křivkami během glaciálů, nebyly zatím - aspoň ve spraších - zjištěny významnější změny měkkýších společenstev. V této souvislosti zasluhuje pozornost již zmíněný chladný výkyv 8,2 na počátku holocenního klimatického optima, s nímž u nás časově víceméně koreluje krátké období hloubkové eroze a výrazné zvýšení srážek doložené pěnitcovou (sintrovou) polohou v jeskynních vchodech a kam spadá i změna měkkýší fauny odrážející přechod od světlých hájů časného holocénu k plně zapojeným stinným pralesům klimatického optima. I když měkkýši signalizují jen větší výkyvy teploty, zůstávají nezastupitelnými indikátory změn vlhkosti a také zápoje lesních porostů. Zatím poskytli nejvíce dat ze sprašové zóny, nicméně množící se nálezy z vyšších poloh horských oblastí dokládají zejména existenci lesního stupně nad sprašovou stepí (v slovenských Karpatech). To nasvědčuje, že i během studených období kvartéru je třeba brát v úvahu vyšší krajinnou diverzitu střední Evropy ve srovnání se severozápadem, kde se výkyvy vyjádřené křivkami mohou projevovat rozmanitým způsobem. Jejich doložení je ovšem zatím otázkou dalších cílených výzkumů a především šťastných nálezů. Abstract: Climate oscillations, temperature curves and molluicf J una by Vojen Loiek. Under terrestrial sedimentation condition, the most kompiete evidence o( Quaternary climatic shifts is provided by mid-European ioess series, consisting of Fossil soils, colluvial horizons and loess accumulations. These occur in regular cyclicsequences, each corresponding to one interglacial-glacisl cycle. The loess cycles can be correlated with dimatic phases recorded in deap-sea and glacier ice cores. USTAV PRO ŽIVOTNI PROSTREDÍ PŘÍRODOVĚDECKÉ FAKULTY UNIVER- KARLOVY Ústav provádí výzkumnou činnost v ochraně bíodiverzity, obnově ekosystémů, ochraně ovzduší vody a půd, využití geografických informačních systémů v dekontaminačních technologiích. Zajišťuje též bakalářské a navazující magisterské studium v oboru ochrana životního prostředí. Studium tohoto oboru vás seznámí s funkcemi, uspořádáním a interakcemi biotických a abiotických složek životního prostředí navzájem a s lidskou společností. Dozvíte se, jak životní prostředí chránit, udržitelně využívat nebo i obnovovat. více na: http://www.natur.cunl.cz/faculty/zivotni-prostredi