242 Vesmír 89, duben 2010 | http://www.vesmir.cz
„Když jsem v  kosmické lodi obletěl Zemi,
uviděl jsem, jak je naše planeta krásná. Lidé,
chraňme a  rozmnožujme tuto krásu, ale
neničme ji!“ To jsou údajně slova sedmadvacetiletého
Jurije Alexejeviče Gagarina bezprostředně
poté, co se 12. dubna roku 1961 vrátil z oběžné
dráhy. Naše planeta na sebe poprvé hleděla
lidskýma očima. Velká část lidstva poprvé začala
vnímat Zemi jako „svoji“ planetu. Získala k ní
rázem skoro mateřský, ochranitelský vztah. Je to
přinejmenším zvláštní situace. Sama Země byla
odjakživa onou matkou. Ochraňovala a  dávala
obživu. Teď jako by se role obrátily. V biologii
se záhy vynořila (přesněji řečeno znovuvynořila)
metafora planety jako živého superorganismu,
která je jádrem dodnes populárního konceptu
Gaia Jamese Lovelocka a Lynn Margulisové.
V  ekologii tehdy vrcholil ekosystémový přístup,
který chtěl vidět v  biologických společenstvech
dokonalé týmy organismů usilovně pracující ve
prospěch celku. Že by reakce na ekonomický boom
„zlatých šedesátých“ a další z příkladů sociomorfního
modelování v biologii?
Pro tehdejší způsob myšlení je charakteristická
jedna z původních (1979) Lovelockových definic
„živé planety“ jménem Gaia: „komplexní jednotka
zahrnující biosféru, atmosféru, oceány
a půdy planety Země; celek tvořící zpětnovazebný
čili kybernetický systém, který aktivně
vyhledává optimální fyzikální a  chemické
prostředí pro udržení života na planetě.“
Přidržíme-li se konceptu Gaia, máme snad právo
ptát se, je-li kvartérní historie naší planety
opravdu v  souladu s  právě uvedenou definicí.
Jako každá živá bytost má jistě svou unikátní
historii, během které projevuje cosi jako schop-
kvartérní
geologie
Petr Pokorný
II. Exploze věd o kvartéru ve 20. století
O čtvrtém řádu
a o tom, jak se nakonec, neřád, zkomplikoval
Dr. Petr Pokorný (*1972) viz
Vesmír 89, 164, 2010/3.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 89, duben 2010 243
nost tvůrčím způsobem reagovat na změny vnucené
jí vnějšími okolnostmi. Dějiny těchto reakcí
bychom měli s použitím vhodných nástrojů být
schopni přečíst a uspokojivě popsat. Jak uvidíme,
rozvoj kvartérní vědy v druhé polovině 20. století
takové nástroje poskytl v míře víc než hojné. Až
nám z toho nakonec začalo být maličko horko…
Pátrání po příčinách kvartérního cyklu
V polovině 20. století se začala rýsovat koncepce
velkého množství kvartérních klimatických
cyklů různé intenzity a různého trvání, jinými
slovy koncepce polyglacialistická. Opět přišla
doba, kdy ze zaprášených šuplíků dějin začaly
vypadávat polozapomenuté teorie. Tentokrát
to byly zejména výpočty astronomů, které se
optikou donedávna panujícího kvadriglacialismu
jevily jako zcela irelevantní.
Již na konci 19. století se objevila teorie
o regulačním působení změn koncentrace oxidu
uhličitého v atmosféře (význam CO2 jako
skleníkového plynu rozpoznal r. 1896 švédský
fyzik Arrhenius, který v této souvislosti
dokonce spekuloval o  vlivu průmyslových
emisí na celkové oteplování planety). Rovněž
představa o  astronomických příčinách
ledových dob je překvapivě stará. Jejím autorem
je francouzský matematik Joseph Adhemar
(1797–1862) a nezávisle na něm skotský
učenec James Croll (1821–1890). Croll začínal
jako hoteliér a pojišťovací agent. Amatérsky
se vzdělával ve fyzice a  astronomii. V  roce
1864 navázal korespondenci se samotným
Charlesem Lyellem nad otázkami klimatických
změn a jejich příčin. Přední geolog byl
Crollovým vědeckým zápalem stržen do té
míry, že mu zařídil placené místo ve státní
organizaci pro geologický průzkum (Geological
Survey of Scotland). Tam Croll získal další
významné kontakty a ty mu dopomohly ke
konečné formulaci jeho astronomické hypotézy.
Vyšel z  výpočtů francouzského astronoma
Urbaina Leverriera z  r. 1846, které
popisovaly průběžné změny ve tvaru oběžné
dráhy Země kolem Slunce a změny v náklonu
zemské osy vůči rovině ekliptiky. Příčinou je
gravitační vliv planet, především hmotného
Jupitera. Tyto vzorce použil Croll k výpočtu
změn orbitálních parametrů za poslední tři
miliony let, přičemž podrobně popsal jejich
periodické chování. Za klíčovou považoval
především excentricitu. Čím oválnější je tvar
oběžné dráhy, tím větší jsou rozdíly mezi přísunem
sluneční energie v  různých ročních
obdobích. Taková konstelace, která způsobí
prodloužení zimní sezony, může podle Crolla
zavinit nahromadění sněhu ve vysokých
zeměpisných šířkách. Zvýšené albedo (odraz
slunečního záření zpět do kosmického prostoru)
může za daných podmínek účinkovat
jako pozitivní zpětná vazba v procesu ochlazování.
Výsledkem bude další zesílení efektu
orbitálních změn a počátek růstu ledovců
v oblasti zemských pólů. Jinými slovy nástup
ledové doby.
Přestože se Crollovy i Adhemarovy výpočty
časem ukázaly jako nepřesné, otevřely cestu
bádání o příčinách ledových dob. Cestu, která
zůstala po dalších padesát let téměř bez
následovníků. Ovšem až na jednu významnou
výjimku. Tou je srbský inženýr a  matematik
Milutin Milanković (1879–1958), který
studoval civilní inženýrství ve Vídni a v jedné
soukromé firmě se zabýval konstrukcí přehrad
a  mostů s  použitím tehdy revolučního
materiálu – železobetonu. V  roce 1909 mu
nabídla Bělehradská univerzita místo vedoucího
katedry aplikované matematiky. Funkce
mimo jiné zahrnovala řešení problémů z oboru
nebeské mechaniky. Tehdy se Milanković
začal zabývat teoretickým a na první pohled
poněkud odtažitým problémem – vlivem slunečního
záření na planety sluneční soustavy.
Když r. 1914 vypukla válka, byl čerstvě ženatý
Milanković internován do Uher a následující
léta strávil v nuceném exilu v Budapešti.
Tam měl dostatek času na zdlouhavé astronomické
výpočty, jejichž výsledky zveřejnil
po válce. Zpočátku jimi vzbudil pouze okrajovou
pozornost. První významnější reference
se objevila v  paleoklimatologické knize
V.  Köppena a  A. Wegenera vydané r.  1924.
Na základě starých Crollových úvah se
Milanković začal detailněji zabývat vlivem
průběžných změn astronomických parametrů
na dlouhodobý vývoj klimatu na Zemi.
Výpočty neustále zdokonaloval a  uprostřed
další světové války (v roce 1941) je rozsáhle
publikoval v  knize s  názvem Kanon der
Erdbestrahlung und seine Anwendung auf das
Eiszeitenproblem (Kánon oslunění Země a  jeho
aplikace na problém ledových dob). K vysvětlení
klimatických změn použil čtyři nezávislé
kosmické parametry, které dnes nazýváme
parametry Milankovićovými (Vesmír 74, 488,
1995/9).
Teorie Milutina Milankoviće zpočátku vzbuzovala
značnou nevoli mezi meteorology, kteří
namítali, že popisované proměny orbitálních
parametrů jsou příliš slabé na to, aby se
vůbec mohly projevit formou klimatických
změn. Předpověděný rytmus změn klimatu
se navíc vůbec nehodil do kvadriglacialistických
představ, které tehdy ovládaly kvartérní
geologii.
Jak stará je geologická současnost?
Názory první poloviny 19. století na otázku
stáří Země a jednotlivých geologických epoch
vězely v tradičních mezích biblické chronologie
a operovaly v řádech tisíců, nanejvýš dese­
1. Vrcholové plató Děčínského Sněžníku v zimě. Tvary
pískovcových skal dokládají intenzivní mrazové
zvětrávání v  průběhu kvartéru. Po rozsáhlé emisní
kalamitě v 70. a 80. letech zarostl vrchol stolové hory
březovým náletem, který imituje situaci na samém
počátku holocénu, kdy začala postupná sukcese směrem
k uzavřenému listnatému lesu. Všechny snímky
na s. 242–247 © Petr Pokorný, není-li uvedeno jinak.
1 1
2. Jádro ledovcového vrtu GISP 2 ze středního Grónska
z hloubky 1837 metrů, která odpovídá polovině
posledního glaciálu. Zřetelně jsou vidět roční přírůstkové
vrstvy. Bílé zabarvení pochází od vzduchových
bublinek uzavřených v  ledové hmotě. Tři kilometry
dlouhý vrt pokrývá posledních 100  000 let. Zdroj:
Wikimedia Commons.
244 Vesmír 89, duben 2010 | http://www.vesmir.cz
titisíců let (6000 let byl tehdy nejběžnější údaj
získaný na základě biblického výkladu). Převratnost
a zároveň problematičnost Lyellova
„uniformitarismu“ spočívala zejména v předpokladu
dlouhého geologického času, který
byl nezbytně nutný k tomu, aby se výsledky
pomalých geologických procesů vůbec
mohly projevit. Jakým způsobem ale takový
předpoklad testovat? Je vůbec možné měřit
geologický čas? S relativním časem (jestli je
nějaká událost starší či mladší než událost
jiná) by to ještě jakžtakž šlo, k tomu máme
například statigrafický princip, ale jak změřit
zpátky do minulosti čas absolutní (kolik let
od oné události uplynulo)? Jistá šance spočívala
v každoročních cyklech, které jsou provázeny
vznikem rozlišitelných přírůstkových
vrstviček, ukládaných do nějakého přírodního
„archivu“. Takovou povahu mají třeba
letokruhy opadavých dřevin. Jenže stromy žijí
krátce. Delší záznamy s roční periodicitou
mohou vznikat za zcela mimořádných okolností
v podobě sedimentů některých jezer. Na
nich je občas skutečně možné spočítat velké
množství různě tmavých přírůstkových vrstviček
(lamin). Jenže takové sedimenty jsou
nesmírně vzácné.
Zásadním způsobem změnil situaci až objev
radioaktivity v osmdesátých letech 19. sto­letí.
Roku 1906 navrhl Ernest Rutherford postup,
při kterém může být změřen geologický čas
na základě radioaktivního rozpadu uranu
přítomného v horninách. Už první výpočty
stáří Země, provedené na základě stanovení
množství radia v zemském plášti, ukázaly
překvapivě vysoký věk planety, a sice v řádu
miliard let. Ve třicátých letech se rozvinuly
metody hmotnostní spektrometrie, které
umožnily „vážit“ jednotlivé atomy přítomné
ve zkoumaných vzorcích. Zároveň byly objeveny
rozpadové řady uranu a thoria, jejichž
radioaktivní meziprodukty mají různě dlouhé
poločasy rozpadu. Byl navržen princip
„radioaktivních hodin“.
V roce 1940 američtí fyzikové Martin Kamen
a  Sam Ruben objevili radioaktivní izotop
uhlíku se čtrnácti nukleony v jádře (14C). Jeho
existence byla sice předpovězena o  šest let
dříve, ale nikdo jej zatím přímo nepozoroval.
M. Kamen usoudil, že tento těžký, nestabilní
uhlíkový atom neustále vzniká v atmosféře
z všudypřítomného dusíku (14N) pod vlivem
kosmického záření. Napodobil tento proces
v laboratoři, takže získal dostatečné množství
14C k tomu, aby mohl stanovit poločas rozpadu
– došel k číslu 5700 let.
Z těchto zjištění vyšel chemik Willard F. Libby,
rovněž Američan, přičemž učinil a potom
experimentálně ověřil následující úvahu:
Rostliny během fotosyntézy zabudovávají do
svých tkání atomy uhlíku přítomné v  molekulách
atmosférického oxidu uhličitého. Některé
z těchto molekul nesou radioaktivní 14C.
Jakmile rostlina odumře, proces fotosyntézy
samozřejmě ustane. Přesně v tomto okamžiku
jsou „radioaktivní hodiny“ spuštěny. Pak už
těžká jádra atomů 14C přítomná v  rostlinné
tkáni pouze ubývají radioaktivním rozpadem
3. Plošiny
stolových hor ve
venezuelské Guyaně
byly donedávna
pokládány za jeden
z nejstabilnějších
ekosystémů naší
planety. Nedávné
výzkumy ale ukázaly,
že ani jim se nevyhnuly
radikální změny
klimatu v průběhu
kvartéru. V maximech
glaciálních výkyvů
trpěly tamější
populace endemických
rostlin a živočichů
suchem, což způsobilo
fragmentaci populací
a pravděpodobně
i urychlení evolučního
procesu.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 89, duben 2010 245
(po uplynutí 5700 let – jednoho poločasu rozpadu
– jich tam zbude polovina). To samé
platí o  organických materiálech živočišného
původu, protože všichni živočichové se přímo
či zprostředkovaně (skrze jiné živočichy, které
požírají) rostlinami živí.
Z právě řečeného vyplývá, že pokud dokážeme
ve vzorku jakékoliv organické látky stanovit
poměr stabilních (12C a  13C) a  nestabilních
(14C) atomů uhlíku, můžeme určit
absolutní stáří takového materiálu. Nejsnazší
způsob jak to provést je sledovat produkty
radioaktivního rozpadu 14C čili změřit
intenzitu, s  jakou vzorek radioaktivně
září (rovněž vy, vážený čtenáři, jste takovým
radioaktivním zářičem). Zbývalo ještě
vyřešit nemalé technické problémy spojené
s přípravou a měřením vzorků, a pak ověřit
fungování metody na organickém materiálu
známého stáří. Libby koncem čtyřicátých let
techniku konečně zvládl, ověření provedl,
a ono to skutečně fungovalo! Nejdříve metodu
ověřoval na historicky datovaných nálezech
z  egyptských hrobek. Ukázalo se, že
reálné je použití radiokarbonového datování
u vzorků starých méně než 50 000 let (přibližně
10 poločasů rozpadu).
A  tak se začalo naveliko datovat. Výsledkem
bylo jedno senzační zjištění za druhým:
Tvůrci nádherných jeskynních maleb
(paleolitické Lascaux bylo teprve čerstvým
objevem) žili před více než 15 000 lety; první
zemědělské osady vznikaly na Předním
východě už před 9000 lety. Seznam radiokarbonově
datovaných nálezů, situací a vrstev
se raketovou rychlostí rozšiřoval a vznikaly
nové a nové laboratoře. V roce 1960 byla
Libbymu udělena Nobelova cena. Situace
s  radiokarbonovým datováním se později
malinko zkomplikovala, jelikož se nepotvrdil
původní předpoklad, že relativní obsah
izotopu 14C v atmosféře zůstává dlouhodobě
konstantní. Může za to proměnlivá sluneční
aktivita. Nepříjemnou situaci se nakonec
podařilo vyřešit zavedením kalibrace neboli
korekce časových údajů na podkladě křivky
popisující vývoj atmosférických koncentrací
14C během minulosti. První takovou křivku
se podařilo získat radiokarbonovým datováním
jednotlivých letokruhů dlouhověkých
borovic (Pinus aristata, P. longaeva), které rostou
na jihozápadě Spojených států a mohou
se dožívat stáří téměř 5000 let.
Od šedesátých let do současnosti byla vyvinuta
řada dalších metod absolutního datování
geologických a archeologických situací. Mají
různý dosah, různou přesnost a jsou použitelné
v rozmanitém kontextu. Radiokarbonová
metoda ale dodnes zůstává klíčová pro datování
posledních 50 000 let. Tento čas zahrnuje
období od zhruba poloviny posledního
glaciálního výkyvu po současnost, čili pouze
poslední z  mnoha globálních klimatických
cyklů, které naši planetu postihly v průběhu
uplynulých 2,6 milionu let.
Technologie poznání minulosti
Jak jsme již jednou uvedli, skutečný průlom
ve studiu čtvrtohor nastal s výzkumem souvislých
sprašových sledů a  rozšifrováním
jejich vztahu s říčními terasami. Od padesátých
let se ovšem pozornost čím dál víc soustřeďovala
na vyspělou technologii hlubokomořských
vrtů. Díky nepřetržitému ukládání
sedimentu na mořském dně (dnes rychlostí
zhruba 2 cm za 1000 let; v glaciálech to byl
4. Nahoře: Nejvyšší horou Bolívie je 6542 metrů vysoká sopka Nevado Sajama.
Přestože leží v  extrémně suché oblasti na okraji pouště Atacama, tvoří se na
jejích svazích ledovec. Vrt tímto ledovcem zachycuje období posledních 25 000
let a umožňuje detailní pohled do klimatické historie jinak málo prozkoumaného
území. Ukazuje se, že na vrcholu poslední ledové doby bylo sucho ještě větší než
dnes. Na začátku holocénu naopak přišlo výrazně vlhké klima. Počátek zvlhčení
časově odpovídá vzestupu hladiny jezera Titicaca, které ve středním holocénu
zaplavilo větší část náhorní plošiny. Je to obdoba událostí na Sahaře, na jiném
místě, ale zhruba ve stejném čase.
5. Dole: Výzkumy kvartérní minulosti ve střední Evropě jsou na první pohled méně
heroické než v pouštích a na ledovcích, což nijak neumenšuje jejich význam. Při
vrtání profilu jezerními sedimenty v Českém krasu se sešlo několik osobností, které
zásadním způsobem ovlivnily vývoj kvartérní vědy: Vojen Ložek – významný
badatel v oboru sprašové statigrafie a průkopník biologických přístupů k čtvrtohorní
minulosti; Herbert E. Wright – jeden ze zakladatelů paleolimnologie a organizátor
moderního výzkumu severoamerického kvartéru; Brigitta Ammann – švýcarská
paleobotanička, která stála u zrodu moderní kvartérní paleobotaniky.
246 Vesmír 89, duben 2010 | http://www.vesmir.cz
zhruba dvojnásobek) je možné získat souvislý
záznam, sahající třeba až hluboko do třetihor.
Můžeme v  něm číst buď biologickými
metodami (studovat třeba změny podílu
teplomilných a  chladnomilných mořských
mikroorganismů), nebo s použitím různých
geochemických nástrojů. Kromě dominantních
schránek mořských organismů obsahují
hlubokomořské sedimenty také další složky:
chemické sraženiny, jemné jíly připlavené
řekami a tajícími ledovci a prach vyfoukaný
z  povrchu souše, vychrlený sopkami, nebo
vzniklý rozpadem meteoritů (posledně jmenovaná
složka není kupodivu zanedbatelná;
každoročně přibude na naši planetu 200 000
tun meteorického materiálu).
Zásadním paleoklimatologickým indikátorem
v hlubokomořských vrtech se ukázaly
být změny relativního podílu těžkého izotopu
kyslíku (δ18O). Autorem objevu je Ital
Cesare Emiliani (1922–1995), dnes považovaný
za zakladatele paleooceánografie. Emiliani
pracoval ve Spojených státech a v padesátých
letech byl u  toho, když se začaly
provádět první hlubokomořské vrty. Už tehdy
se vědělo, že poměry dvou stabilních izotopů
kyslíku 18O a  16O v  mořské vodě jsou
funkcí její teploty a  paralelně k  tomu také
celkového objemu ledu na planetě. Zvýšení
teploty mořské vody a zvětšení objemu ledu
vedou k růstu poměru 18O ku 16O.
Emiliani využil nápad, že informace
o vývoji těchto poměrů by mohly být uloženy
v  mikroskopických schránkách planktonních
dírkovců obsažených v  hlubokomořských
sedimentech. Skutečně se mu jejich
analýzou podařilo získat křivku s  nápadně
periodickým průběhem odrážejícím střídání
glaciálů a interglaciálů. Emiliani předpokládal,
že 60 % tohoto signálu padá na vrub
vlivu teploty a  zbývajících 40 % souvisí se
změnami globálního objemu ledu. Zarazilo
ho ovšem, že v jednom hlubokém karibském
vrtu objevil těchto cyklů sedm a v ještě hlubším
vrtu pacifickém dokonce patnáct. Tehdy
si on a jeho kolegové poprvé jasně uvědomili,
že koncepce čtyř kvartérních glaciálních
cyklů definitivně patří minulosti.
S  tímto epochálním objevem pokračoval
vývoj technologie hlubokomořských vrtů
zvýšeným tempem. V roce 1976 publikovali
američtí klimatologové J. D. Hays, J. Imbrie
a N. J. Shackelton studii založenou na vyhodnocení
jednoho zvlášť dlouhého atlantického
vrtu. Potvrdila platnost Milankovićových
výpočtů pro vysvětlení načasování a intenzity
kvartérních klimatických změn v průběhu
posledních 450 000 let. Byla to veliká syntéza
poznatků, které se souběžně rodily zhruba
jedno století. Začalo být zřejmé, že shodným
rysem všech hlubokomořských záznamů je
průběžná přítomnost klimatických oscilací
s amplitudou přibližně 23, 40 a 100 tisíc let,
tj. střídání glaciálů a interglaciálů. Nejenže
to přesně odpovídá původním Milankovićovým
výpočtům, ale navíc to definitivně
potvrzuje polyglacialistický model čtvrtohor,
neboť za posledních 2,6 milionu let se
můžeme dopočítat mnoha (více než padesáti)
glaciálních a interglaciálních výkyvů. Přitom
se jejich intenzita směrem k dnešku neustále
prohlubuje. Není od věci zdůraznit, že
hlubokomořské záznamy velice dobře odpo­
vídají kontinentálním sprašovým sériím, jak
r. 1978 dokázal Jiří Kukla.
Syntézou velkého množství ­geofyzikálních,
paleontologických, oceánografických a  biologických
poznatků, opřenou o  souvislé
sek­vence hlubokomořských a  sprašových
záznamů, se v  sedmdesátých letech konečně
podařilo podchytit kvartérní problematiku
v  plné šíři a  komplexnosti. Polyglacialistický
model ukazuje, že rovnováha mezi
glaciálním a  interglaciálním režimem naší
planety je v dlouhodobé perspektivě mnohonásobně
vratná a zároveň nesmírně křehká.
I malé změny v celkovém objemu a rozložení
tepla přicházejícího od Slunce dokážou
vyvolat dalekosáhlé klimatické změny. Ve
vývoji kvartérní vědy tak konečně přichází
okamžik, kdy si můžeme seriózně položit
následující otázky: Proč Země někdy reaguje
tak nečekaně dramatickým způsobem a jindy
nikoliv? A jak je možné, že se doby ledo­
6. Výzkum
pískovcových převisů
v druhé polovině
devadesátých let
přispěl významnou
měrou k vzájemné
komunikaci mezi
našimi archeology,
geology a biology. Pod
převisy se podařilo
nalézt pozůstatky
staroholocenního
osídlení střední
doby kamenné
(mezolitu) a spolu
s nimi řadu dokladů
o vývoji přírodního
prostředí. Na
základě vyhodnocení
nalezených zbytků
měkkýší fauny
formuloval Vojen
Ložek hypotézu
o místním
environmentálním
kolapsu. Mělo k němu
dojít v pozdní době
bronzové, tedy
v závěru středního
holocénu, a měl se
na něm významnou
měrou podílet člověk.
Paleobotanické
doklady dnes
rozsáhle potvrzují
platnost takových
úvah, i když kauzalita
procesů vedoucích
k příslušným změnám
je prozatím spíše
nejasná.
7. a – Nůž z pazourku nalezený v náplavu Labe u Děčína;
b  – přiostřená kůstka a  klín kamenný nalezený
v hrobu u Kobylis; c – hliněné nádoby na ruce hnětené
z hrobu u Kobylis. Ilustrace z Vesmíru 5, 56, 1876/5.
a
b
c
http://www.vesmir.cz | Vesmír 89, duben 2010 247
vé začaly projevovat až před dvěma a  půl
milionem let, na hranici třetihor a  čtvrtohor?
Vždyť k cyklickým proměnám Milankovićových
parametrů muselo docházet nepřetržitě
po celou dobu existence naší planety.
To jsou otázky zásadní a poprvé nás vedou
od pouhého popisu do složitého světa vztahů.
Na nejjednodušší úrovni to mohou být
třeba vztahy příčinné (kauzální). S nimi bývá
potíž (jak víme už od Aristotela), ale pro
náš účel postačí, když si je rozdělíme na příčiny
vzdálené (ultimátní) a blízké (proximátní).
Jedna věc je celkový objem slunečního tepla
(příčina vzdálená). Ale jakým způsobem
je toto teplo distribuováno v  rámci planety
(příčina blízká)? Tato složitá otázka vévodí
kvartérnímu výzkumu od sedmdesátých let
uplynulého století vlastně až do současnosti.
Důležitou roli v distribuci slunečního tepla
hrají oceány, „ústřední topení“ planety, nazývané
termohalinní oceánský výměník (Vesmír 77,
367, 1998/7). Je to systém hlubinných i povrchových
proudů, které transportují různě
teplou a různě slanou vodu, a tím ovlivňují
klima v různých částech Země. S oceánským
výměníkem je rozsáhle propojena cirkulace
atmosférická. Činnost systému závisí na
řadě okolností a v jistých situacích se může
jeho chování prudce změnit. Důsledkem je
náhlá změna celoplanetárního klimatického
režimu – přechod doby ledové v  meziledovou,
nebo naopak.
Dobře, ale kdy to celé začalo a proč vlastně?
V  tomto okamžiku se konečně mohla vynořit
takřka zapomenutá teorie kontinentálního
driftu, kterou v  r. 1915 formuloval německý
geolog Alfred Wegener (1880–1930). Domyslel
ji krátce předtím v  nemocnici, když se
zotavoval z válečného zranění. Tak jako jiní
před ním si povšiml komplementárního tvaru
východního pobřeží Jižní Ameriky a západního
pobřeží Afriky, ale vysvětlil jej zcela originálním
způsobem na základě analýzy fosil­
níchnálezů.Stalsetakautoremteorieglobální
deskové tektoniky, která se značným zpožděním
ovlivnila téměř celou geologii a  uvažování
o Zemi vůbec. Podle ní je naše planeta
neustále se proměňující skládačkou z  litosférických
desek, které do sebe všelijak narážejí,
stmelují se, vrásní a potom se zase rozpadají.
Velice pomalu, samozřejmě. Sám Wegener se
všeobecného přijetí svých představ bohužel
nedožil. Roku 1930 odjel do Grónska budovat
zimní meteorologickou stanici. Zmizel na cestě
od skupiny spolupracovníků, kterým měl
přivézt zásoby pro budovanou stanici. Jeho
zmrzlé tělo bylo nalezeno až během nadcházejícího
polárního léta.
8. Kvartérní klimatické výkyvy mají největší dopad na oblasti kolem obou obratníků.
Převodní pákou těchto změn je letní monzun, jehož síla závisí na množství
dostupné sluneční energie. Řídí se proto změnami Milankovićových parametrů.
Při výzkumech v severní Africe se setkáváme s paradoxem „zelené Sahary“, tj.
vlhkého období, které se kryje s délkou trvání starší poloviny holocénu. Dokonce
i střední pás dnešní pouště tehdy ovlivňovaly každoroční monzunové srážky.
Ještě před 6000 lety tu byla bohatá savana s mnoha jezery, u kterých sídlili neolitičtí
pastevci. Jak monzun slábl, celá oblast se měnila v poušť a nastoupila větrná
eroze, která začala hlodat v měkkých sedimentech bývalých jezer. Dnes z jejich
původního rozsahu a mocnosti zbývají jenom nepatrné zbytky v podobě jardangů,
které jsou vidět na fotografii pořízené z místa ležícího východně od náhorní
plošiny Gilf Kebir.
248 Vesmír 89, duben 2010 | http://www.vesmir.cz
Desková tektonika kupodivu poskytuje
také uspokojivé vysvětlení nástupu kvartérních
ledových dob. Ukazuje, že zdrojem
postupného ochlazování planety mohl být
právě posun teplotně nestabilních kontinentů
do vysokých zeměpisných šířek a následný
vznik trvale podchlazených oblastí kolem
pólů. Zároveň s  tím probíhal zdvih středových
oblastí euroasijské pevniny. Podstatná
část největšího kontinentu se tak dostala
do kilometrových výšek nad hladinou
moře a stala se důležitým zdrojem sezonnosti
klimatu a jedním z generátorů postupného
ochlazování. Pokračující zdvih na většině velkých
kontinentů zároveň přispíval ke klima­
tickému vysušování vnitřních oblastí, a tím
k zeslabení celoplanetární schopnosti vyrovnávat
periodické změny v celkovém objemu
sluneční energie a jejím sezonním rozdělení.
Milankovićovy oscilace tak na přechodu třetihor
a čtvrtohor postupně získaly charakter
střídání glaciálů a interglaciálů a o řád jemnějších
stadiálů a interstadiálů.
Vraťme se ke geologickým záznamům. Vele­důležité
hlubokomořské vrty mají přeci
jenom několik nedobrých vlastností. Je to zejména
malé rozlišení způsobené nízkou akumulační
rychlostí a v neposlední řadě i fakt,
že zachycují situaci na mořském dně, tedy ve
zvláštním, vyhraněném prostředí s poměrně
vysokou setrvačností (nízkou reakční rychlostí).
Bylo nutné hledat jiný zdroj informací.
Vzpomeňme opět na Wegenera a na jeho tragickou
výpravu do Grónska. Ještě před svou
smrtí stihl pořídit 25 metrů dlouhý ledovcový
vrt, první svého druhu. Předznamenal
další revoluci v kvartérním výzkumu. Pokusy
se strojovým vrtáním v ledovcích se začaly
dělat koncem padesátých let. Kupodivu je
to však ještě větší technický oříšek než vrty
hlubokomořské a různé praktické problémy
se podařilo uspokojivě zvládnout až na konci
let osmdesátých.
Nejhlubší vrty zasahují víc než 3 km hluboko
do ledové masy. Byly získány v posledních
deseti letech v Antarktidě (starší Vostok
a  nedávný Dome C). Dome C  poskytuje souvislý
záznam téměř milion let do minulosti
a  přes určité problémy s  chronologií je celkem
podrobný. Srovnatelně hluboké vrty
grónským ledovcem jsou sice podstatně
mlad­ší (vrty GRIP a GISP2 zasahují 100 000
let do minulosti), ale díky vydatnějším místním
srážkám a  vysoké akumulační rychlosti
poskytují mnohem kvalitnější chronologii.
V horních částech se dokonce dají počítat
každoroční přírůstkové vrstvičky.
Nejdůležitější vlastností ledovcových ­vrtů
je jejich použitelnost k  velkému množství
různých souběžných analýz. Jejich výsledky
umožňují rozkrývat vztahy mezi fungováním
jednotlivých složek planetárního systému.
Kyselost (pH) ledu například vypovídá
o  sopečné aktivitě. Obsah a  charakter prachových
částic o  celkové prašnosti atmosféry
a o zdrojových oblastech tohoto znečištění.
Stejně jako v hlubokomořských sedimentech
je i v ledu možné stanovovat obsah těžkého
izotopu kyslíku (δ18O), a konstruovat tak dlouhodobé
teplotní křivky. Obsah izotopu 10Be je
měřítkem intenzity kosmického záření, a tedy
i výchozího množství energie přicházející od
Slunce. Nejzajímavější vlastností ledu je jeho
schopnost uchovávat vzorky dávné atmosféry
v droboučkých bublinkách, jejichž složení je
možné analyzovat plynovými chromatografy
a hmotnostními spektrometry. Tak byla objevena
úzká spojitost mezi atmosférickou koncentrací
skleníkových plynů a globálními teplotami
v  průběhu glaciálně-interglaciálních
cyklů, i v měřítku daleko jemnějším.
Dalším významným přínosem výzkumu ledovcových
vrtů je objev nesmírně prudkých,
a přitom krátkodobých klimatických událostí,
které kupodivu nelze vysvětlit Milankovićovými
cykly. V kvartérní minulosti nebyla
výjimkou ani změna průměrné roční teploty
(nutno upozornit, že nikoliv globální, ale té na
povrchu ledovce v místě vrtu) o 12 °C a zároveň
změna objemu srážek o 200 % v průběhu
několika málo desítek let. K nejprudším výkyvům
docházelo v průběhu glaciálních úseků.
Očividně jde o  výraz křehké nerovnováhy
klimatického systému naší planety, přičemž
podezření padá zejména na labilní charakter
systému mořského proudění, které se mnohokrát
„překlápělo“ mezi chladným stadiálním
a teplejším interstadiálním režimem.
Krátce před pořízením prvních dostatečně
spolehlivých ledovcových záznamů, které
tento jev popisují (jsou to opět grónské
vrty GISP2 a  GRIP), zveřejnil mořský geolog
Hartmuth Heinrich nález hrubozrnných
valounů v  severoatlantických hlubokomořských
vrtech. V usazeninách starých 70 000
až 10 000 let nalezl celkem šest takových vrstev.
Vysvětlil je jako materiál transportovaný
ledovými krami odlomenými ze severského
ledovcového štítu. Pozdější výzkumy potvrdily
Heinrichovu původní hypotézu popisující
periodickou nestabilitu Laurentinského
(severoamerického) ledovce, který čas od
času uvolňoval na mořskou hladinu spousty
ker. To znamená, že kontinentální ledovce
ovlivňovaly oceánické proudění, a  tím
i  klima, doslova na globální úrovni. Jejich
rychlým táním se totiž uvolňovalo obrovské
množství sladké vody, která zůstávala ležet
na povrchu oceánu jako „deka“ (protože je
lehčí než voda slaná a obě se spolu překvapivě
špatně mísí), a tím dočasně zastavila činnost
termohalinního oceánského výměníku.
9. Hroby z doby
předhistorické
neporušenou
ornicí pokryté, jež
v Kobylisích u Prahy
objeveny byly.
Ilustrace z Vesmíru 5,
29, 1876/3.
Elias S. A.:
Encyclopedia of
Quaternary Science,
Elsevier 2007
Fejfar O.: Zkamenělá
minulost, Albatros,
Praha 1989
Fridrich J.: Ecce Homo.
Svět dávných lovců
a sběračů, Krigl,
Praha 2005
Grapes R. H.,
Oldroyd D. R.,
Grigelis A.
(eds.): History of
Geomorphology and
Quaternary Geology.
The Geological
Society of London,
London 2008
Horáček I.: Přírodní
podmínky
v pleistocénu. In:
Kuna M. (ed.),
Archeologie pravěkých
Čech 1. Pravěký
svět a jeho poznání,
Archeologický ústav
AV ČR, Praha 2007
Nilsson T.: The
Pleistocene,
Ferdinand Enke
Verlag, Stuttgart
1983
Rádl E.: Dějiny
biologických teorií
novověku, díl I.
a II., v redakci
T. Hermanna,
A. Markoše
a Z. Neubauera,
Academia, Praha
2006
K dalšímu čtení
http://www.vesmir.cz | Vesmír 89, duben 2010 249
Složitost a  mnohostrannost poznatků
o  kvartérní minulosti přímo volá po využití
počítačového modelování. Využívá se
v paleo­klimatologii a při studiu biologických,
hydrologických či společenských reakcí systému
na minulé klimatické změny. Výsledky
modelů odladěných v situacích známých
z minulosti hrají čím dál větší roli v předpovídání
budoucího vývoje. Tím už se přímo
dotýkáme jevu, pro který se v poslední době
vžil název „globální oteplování“.
Člověk nad Slunce mocnější?
Ukazuje se, že posledních zhruba 10 000 let
je v  rámci běžných „čtvrtohorních zvyklostí“
nebývale klimaticky stabilních. Danému
období někdy říkáme „postglaciální“, jako
bychom tím chtěli naznačit, že doby ledové
už jsou jednou provždy za námi. Snad je to
dědictví původního monoglacialismu. Bude
proto lepší hovořit o  holocénu a mít přitom
na mysli, že tato současná kvartérní epocha
s  vysokou pravděpodobností představuje
pouze jeden v řadě interglaciálů. Pouze? Tady
raději pozor! V  průběhu holocénu se totiž
odehrál bezprecedentní rozvoj lidského rodu.
Na jeho úplném začátku se jistá část lidstva
trvale usadila a začala se živit zemědělstvím.
Ve světě pak porůznu vznikaly složité společnosti
a s nimi města, literární kultura, vyspělá
náboženství, filozofie, věda…
Holocén je tudíž interglaciál výjimečný
nejen z lidského pohledu. Množící se lidstvo
začalo postupně ovlivňovat svoje prostředí –
nejdříve na lokální, pak doslova na globální
úrovni. Přední americký paleoklimatolog
William F. Ruddiman, který se v posledních
letech hodně zabýval počítačovým modelováním,
se v knize s názvem Plows, plagues &
petroleum (2005) dokonce snaží dokázat, že
lidstvo ovlivňovalo klima celé naší planety
už před 5000 lety, kdy se masově šířilo zemědělství.
Nebýt tohoto působení, dnes bychom
prý pomalu měli zakoušet začátek dalšího
nastupujícího glaciálu.
Ať už to je, či není pravda, skutečností zůstává,
že zmasovění lidstva a všech jeho projevů
směrem k dnešku děsivě narůstá. Posledních
zhruba 200 let lidí na Zemi exponenciálně
přibývá. A exponenciální je i nárůst problémů,
které se aktuálně zdají eskalovat, aniž by
bylo v dohledu řešení. Šíří se obava, že v sázce
je dokonce samo přežití lidstva. Dokáže se
k tomu nějak vyjádřit kvartérní věda, či spíše
filozofické tázání, které na jejích výsledcích
může být postaveno? Jistěže má povinnost se
k této otázce nějak přihlásit a pochopitelně
to také dělá. Vždyť kde jinde vzít odpovídající
referenční systém než právě v kvartérní
minulosti? Časové měřítko vědy o čtvrtohorách
se pro to hodí přímo ideálně.
Například data z  nejdelšího ledovcového
vrtu Dome C v Antarktidě popisují vývoj
atmosférických koncentrací dvou nejdůležitějších
skleníkových plynů – oxidu uhličitého
a  metanu – v  průběhu osmi posledních glaciálně-interglaciálních
cyklů. Kolísání těchto
koncentrací je s kvartérním klimatickým cyklem
těsně provázáno a očividně mezi nimi funguje
nějaký příčinný vztah. Všeobecná shoda
ovšem nepanuje v jedné klíčové otázce: Který
z obou pozorovaných jevů je vlastně příčinou
a který následkem? Velice rádi bychom znali
odpověď kvůli možnému vlivu průmyslových
exhalací na globální oteplování planety. Na
problém upozorňoval (jak si možná vzpomínáte)
už koncem 19. století Arrhenius. Dnešní
koncentrace obou skleníkových plynů je kvůli
emisím podstatně vyšší než kdykoliv předtím
v  průběhu kvartéru. V  případě metanu více
než dvojnásobná.
Reakce každého komplexního systému jsou
ovšem rovněž komplexní. Každý takový systém
zpravidla vykazuje větší nebo menší sebeudržovací
schopnost (homeostázi). Ta působí
značnou setrvačnost při stavových proměnách.
Klimatický systém naší planety v tomto
směru není výjimkou. Vezměme pro ilustraci
následující příklady z  každodenní praxe.
Když Slunce stojí v  poledne nejvýš na obloze,
pochopitelně také nejvíc hřeje. Přesto
budou maximální teploty vzduchu naměřeny
až o  několik hodin později, tak kolem
třetí odpoledne. Na severní polokouli je nejvyšší
příkon slunečního záření každoročně
21. června. Přesto je nejteplejší částí roku druhá
půlka července. Nebo vezměme třeba takový
oceán. Jeho povrchovým vodám to trvá
několik měsíců, než se plně prohřejí. Zamrzlá
hladina polárních moří reaguje se zpožděním
několika let až desetiletí. Hluboké oceánské
vody mají setrvačnost staletou. Velká ledovcová
tělesa třeba až v řádu tisíců let.
Tohle jsou úplně jednoduché příklady.
Zkusme ale uvažovat planetu Zemi jako celek!
Možná si se skleníkovými plyny zaděláváme
na trpké ovoce, které budeme sklízet za dlouhá
desetiletí, aniž to budeme schopni jakkoliv
změnit. Znalost kvartérní minulosti nám
k ilustraci podobných jevů poskytuje nepřebernou
řadu varovných příkladů. Právě proto
je pro nás tolik důležitá – možná přímo
životně.
S  přehledem vývoje kvartérní vědy jsme
to nakonec dotáhli až do současnosti. I při
stručném podání je snad dostatečně zřejmé,
že každá etapa má svou vlastní, jedinečnou,
historickou pravdu. Že to není jenom
série různých pošetilostí na cestě k  jedinému
pravému poznání – zrovna tomu našemu
aktuál­nímu. To by bylo zajisté absurdní
zjištění! V  průběhu dějin vědeckého poznání
se neustále proměňují především vše prostupující
předpoklady v  pozadí. Je těžké je
exaktně postihnout, ale můžeme jim jednoduše
říkat „duch doby“, „sociálně-kulturní
kontext“ ap. Na nich v posledku nejvíc záleží,
jakou z  mnoha tváří se nám podaří ze světa
vědeckými prostředky vydobýt. Takže je
snad na místě otázka: Kde se to pro změnu
ocitáme dnes? Vypadá to, že „duch šedesátých
let“ nastíněný v  úvodním odstavci už
konečně zmizel v  nenávratnu. Náš dnešní
svět (rozuměj svět v naší mysli) je v každém
případě nejistější než kdykoliv předtím. Dříve
laskavá Gaia jako by na nás teď výstražně
vrčela a  v  ústech původně nastavených
k polibku s úlekem vidíme ostré řezáky.	 Ö
Abstract: The Quaternary
period and how it became
even more complicated.
Part II: Explosion of the
knowledge in 20th century.
By Petr Pokorný. Along with
revolutionary discoveries in
the field of Quaternary geology,
theoretical inquiries expanded
our insights into the causes of
past glaciations. Taking some
older concepts, J. Croll developed
the theory of harmonically
changing orbital parameters
of the planet Earth that could
led to the successive alterations
between warm and cold
periods. Under the framework
of dominant monoglacialistic
concept of that time, such
theory could not find general
acceptance. Some 50 years later,
much more precise calculations
of Milutin Milanković had by
far the same fate. This was only
after World War II when these
theoretical models found their
background in the factual data
collected by geologists studying
river terraces, loess sequences
and deep ocean cores. Using
multiple correlations between
different sorts of sedimentary
records, complemented by
application of new techniques
of their absolute dating, modern
paradigm of multiple glaciations
finally established in 60th and 70th
of the last century. Together with
rising appreciation of global-scale
processes such development
led to the emergence of the new
global consciousness of our time.
Poděkování:
Srdečné díky Ivanu
Horáčkovi a Vojenu
Ložkovi za bohatou
inspiraci v průběhu
zpracování
tématu. Centru pro
teoretická studia
UK a AV ČR patří
dík za možnost
využívat prostředky
výzkumného záměru
MSM0021620845.