Paleontologické metody studia kvartéru - palynologie Mgr. Alena Roszková Ústav geologických věd, PřF Masarykovy univerzity, Kotlářská 2, 611 37 Brno 2010 ^ ^ ^ Ü3 £5 \:%@^V •% ''«laSflíi^ OSNOVA • Teoretická a praktická aplikace paleontologických metod při studiu kvartérních sedimentů - palynologická studia sedimentů. • Interakce člověka a jeho životního prostředí v minulosti. PALYNOLOGIE • vědní obor, který se zabývá výzkumem pylů, spor a acidorezistentních organických zbytků (chitin, kutin) • Studuje palynomorfy od prekambria do holocénu • rekonstrukce vegetačních poměrů krajiny v určitém čase • zdroj materiálu a) sedimenty rašelinišť, slatinišť, lesních půd, jezer, rybníků, jeskyní, spraší b) antropogenní sedimenty - podloží různých staveb a výplně odpadních jímek, studní apod. PALYNOLOGIE • Studuje současné i fosilní palynomorfy, patří sem pylová zrna a spory • Dále cysty dinoflagelát, akritarcha, chitinozoa • Nepylové částice • Nestuduje diatomity, foraminifery a jiné mikroorganismy s křemitým nebo vápnitým exoskeletem. HISTORIE • 1640 - první pozorování pylů pod mikroskopem Nehemiah Grew (září 1641-25. březen 1712) - anglický rostlinný anatom a fyziológ - 1682 -Anatomy of Plants 1916 - první kvantitativní pylová analýza http://cs.wikipedia.org/wiki/Nehemiah_Grew REM-photograph: Artemisia mutellina by Lucia Wick, IPS PALYNOLOGIE Schematická stavba pylového zrna - samčí gamety: Exina (sporopolenin+glykocalyx) Vnější obal zrn (exina) a spor (exospor) je budován z velmi složité organické sloučeniny, jejímiž složkami jsou poUenin a sporenin, a která značně odolává chemickým vlivům. K odolnosti také přispívají mikroskopické rozměry a složitá lamelami stavba vnějšího obalu. Intina (celulóza) PALYNOLOGIE Sporopolenin-chemicky složitý polymer karotenoidů a karotenesteru s 02, odolný vůči kyselinám i zásadám, rozrušují ho jen silné chemikálie (H202, H2S04). Velikost zrn 5 - 200 [x Pylová zrna a spory mají ještě další, zásadní vlastnost -jsou rodově a často i druhově morfologicky odlišné, podle čehož je můžeme identifikovat (Jankovská 1988, Jankovská 1997c). K nevýhodám palynologie se často počítá snadné rozptylování pylových zrn a spor a jejich přenášení větrem či vodou na velké vzdálenosti, a také jejich snadné přeplavování či převívání ze starších do mladších sedimentů. Tyto vlastnosti pylových zrn a spor však nelze počítat pouze k nevýhodám, neboť z nich můžeme odvodit například paleogeografické poměry krajiny a její geologickou stavbu v době, kdy se zkoumaný sediment usazoval Vysoké Tatry, 2008 STRUKTURY A SKULPTURY General Structure of Pollen ■ Mi-i :ji ■ ĺ r*'*'1'^-*! [lIlllLlllltlttlf Q Bfl luľlU.-^MirlUIĽ |_ IľiWklUtjS B ípOTSBHlfl \Z spiirr lii iíty r~ f pnie jfiĽiluit: £j general a*|ne stlVttflcrtlcn ícu((inije elements .■ perine, q tľillľ.' SEMIL ^ iteídmea iriartliMjs ■ detailed exine stratification í ail]*«™ öemente q iwtiiniQ ciJimniľlla \~ luiHlayin 13 älJäláiE n lirtlre □ markings ■ a d e a M4O0 ě a h a a Stavba buněčné stěny Různé typy struktury exiny vytvářejí různé typy skulptury Plasma-_____^ lemma Ectexine sculpture elements tectum —.........-.....--■ columella------...... foot layer ........-.....—■■! i ■."':.■ Endexine Intine ---' http ://www.botany .unibe .ch/paleo/pollen e/morpholo gy .htm tectal elements - sexine 3 """-........- tectum- sacine 2 '"'——, columella - sexine 1 ]...... Sexine ■Hexine — Intine Různé typy skulptur scabrate fossulate baculaté striate rugulate chinate fôtäSgp clavate gemmate reticulate foveolate verrucate http://www.botanY.unibe.ch/paleo/pollen e/surface.htm Skulptury ve 3D pohledu gemmate frustiJIate REM-photograph: Artemisia mutellina by Lucia Wick, IPS monolete tri lete poliplicate monocolpate heterocolpate vesiculate, saccate inaperturate monoporate diporate triporate • • * zonoporate pantoporate <8" fenestrate tricolporate zonocolporate O pantocolporate syncolpate dyad ^^^ " ' tetrad http://www.botanY.unibe.ch/paleo/pollen e/apertures.htm TYPY APERTUR • apertur může být 1 až 100 • funkce - harmomegy - exity pro pylovou láčku KOLPY - „JIZVY" PÓRY SULCUS-lděložné LAESURA - kapraďorosty Jm^ *f>. ArT> REM-photograph: poruš with clear annulus and operculum (lid), Plantago lanceolata by Lucia Wick, IPS PRAKTICKY POSTUP Odběr vzorku Příprava vzorku mechanicky a chemicky Příprava preparátu Determinace Počítání Pylové spektrum Pylový diagram TERÉNNI PRACE • sedimentární a slabě metamorfované a) sedimenty rašelinišť, slatinišť, lesních půd, jezer, rybníků, jeskyní, spraší b) antropogenní sedimenty - podloží různých staveb a výplně odpadních jímek, studní apod. TERÉNNÍ PRÁCE • Pylová zrna a spory se vyskytují v slabě metamorfovaných a sedimentárních horninách. • Nejlépe se zachovávají ve vlhkém kyselém prostředí, méně v jemně klastických uloženinách, jako jsou spraše nebo jeskynní hlíny. • Důležitým požadavkem j e absence oxidačních procesů (Ložek 1999b). • Horniny k analýze lze odebírat z odkryvů nebo z vrtů. Rašelina se často odebírá komorovým vrtákem. Studna byla vybudována podle předlohy nalezené na opevněném sídlišti kultury lužických popelnicových polí v Pobedimi. Patří do kategorie nej mělčích pravěkých studen (hloubka 2 m). http://old.exrea.net/cea/prohlidka.html TERÉNNÍ PRÁCE •1 Odběr vzorků z odkryvů Po přesné lokalizaci a petrografickém popisu se profil pečlivě očistí a proměří. Nejlépe je skrýt profil zářezem hlubokým asi 10 cm a širokým 20-25 cm. Pak odebíráme vzorky směrem od podloží do nadloží. Důležité je odebírat průměrné vzorky a dbát na to, abychom nesmíchali dvě petrograficky odlišné horniny. •2 Odběr vzorků z vrtů Podstatně se neliší od odebírání vzorků z profilů. Vzorky je nejlépe odebírat ze středu jádra nebo se musí povrch jádra dobře očistit. Navíc je nutné dávat pozor, abychom nepřehodili horní a dolní konec vrtného jádra (Gabrielová 1986). •3 Odebírání vzorků komorovým vrtákem Vrtákem lze z určité hloubky vytáhnout neporušený vzorek rašeliny tak, že uzavřenou komoru zasuneme do potřebné hloubky v zemi, pak otočením vrtným soutyčím komoru otevřeme, nabereme vzorek rašeliny, opět uzavřeme a vytáhneme na povrch. Zde nejprve komoru očistíme, pak otevřeme a vzorek přeneseme do vzorkovnice. Přitom sledujeme kvalitu a stupeň rozložení rašeliny a všechny tyto údaje zapíšeme. Před odběrem dalšího vzorkuje nutné komoru důkladně vyčistit (Pacltová 1963). MACERACE MACERACE - chemickou a mechanickou cestou se odstraní anorganické a organické látky s výjimkou pylových zrn a spor a ostatních rostlinných a živočišných zbytků - např. kutin, chitin (PACLTOVA 1963) Rozrušení vzorků, odstranění případných rostlinných vláken přes sítko HCl - odstranění uhličitanů odstředit, vylít, 2x propláchnout H20 + odstředit (cca3 minuty) HF - odstranění kremičitanu 24 hodin louhovat - slít, 2x propláchnout H20 + odstředit ACETYLACNI SMĚS - zesvetlení, odstranění velkých organických částí + rozptýlené hmoty 10 % KOH (vařit ve vodní lázni), odstředit slít, 2x propláchnout H20 + odstředit CH3COOH (kys. octová), odstředit acetylační směs (H2S04 + acetanhydrit kys. octové 1:9) vařit ve vodní lázni, odstředit CH3COOH (kys. octová), odstředit 2x propláchnout H20 + odstředit glycerín - odstředit 5 minut VLASTNI METODY MACERACE • Použití ultrazvuku • Separace pomocí těžkých kapalin • Macerace rašeliny s KOH nebo NaOH • Erdtmanova metoda acetolýzy • Macerace s HF • Freyova metoda separace pomocí bromoformu • Gričukova metoda separace Thouletovým roztokem • Metoda s KJ + CdJ • Zolyomiho separační metoda pomocí ZnC12 (Pacltová 1963) • Ethanolová metoda - podle Caina 1939 (in Gabrielová 1986) ^ *, / c * ♦ 1 * # í> M PYLOVÁ ZRNA V MIKROSKOPU N. Doláková (2004) PYLOVÁ ZRNA V MIKROSKOPU jetel kontryhel vrba ostřice brukvovité 2Qli pryšec och met Pohansko, výplň objektu 01 PYLOVÁ ZRNA - SKEN borovice lesní stulík žlutý jasan ztepilý merlík bílý PYLOVÁ ZRNA - SKEN *r~v 15kV \ X1.700 0127 ; 10[jm i » \ w 15kV X2.200 f10Mm - 0133 lípa javor dub bříza obilí hvězdnicovité KRNAP, Stříbrná bystřina, vzorek 52cm. PYLOVÉ SPEKTRUM A DIAGRAM Soubor pylů a spor v jednom vzorku, které pod mikroskopem (zvětšení 200x až lOOOx) determinujeme a počítáme, se nazývá pylové spektrum. Pylová spektra z chronologicky odebraných vzorků se procentuálně vyhodnotí a výsledek znázorní v pylovém diagramu (Pivničková 1997). PYLOVÉ SPEKTRUM A DIAGRAM • Dočasné preparáty k mikroskopickému pozorování bývají vyhotoveny na biologických podložních sklech. Krycí sklíčka mají rozměry 20 x 20 mm. Pozorování se provádí v procházejícím světle na mikroskopu (Nikon - Alphaphot) při zvětšeních lOOx, 200x, 400x, 600x a lOOOx. Fotodokumentace je prováděna při zvětšení lOOOx za použití imerzní kapaliny olejové povahy, která má index lomu okolo 1,5. Vrt Těšetice T4/06 - ilustrační příklady (1-3) SILUETOVÝ DIAGRAM CYKLOGRAM □ --IM.---7 O. s== <>■&.■ A I II LI G IS.4^> B tr-Ul F -.-í 6.5 *=:-£■ Cornui o.^-^ť» C Cp|-yl LI & 2D . T" =5*1 fiaxIniiB D. 1 T^t» t I : • - < ■ - - - Plnus &ylvesl;rle £<5T5-*Í^ Populus 0.i£-ľí^> Ckucraus 3 . s-^k Mt jih v r o. "■-■-t:. wambucus *VI> nigra £.OnE%^ caii^bucLifi *yi> ebLiiLis o.3^*» LJ IľVlUS O.e^fe HISTOGRAM ZNAKOVÝ DIAGRAM < < 0> 03 O O ca o O O ľi .!= 5 cj « 03 :_ — n LI n O w co ^M Hl ■ ^M ■ ■ ■ ■ ■ ■ i to to -1-□ VI» O o o u buk o ö o 0 dub u o L» v lucr o O o Q ]aa« o O o 0 ]*VOP o o o o jilm o o o o jírovec o o o o lip« o o o o líska O O • o o DIŮ« u u orefiík o o • • o o platím Ü o • » o o t «pel o c • * o 0 >-> bojínek o y If1*l a *J> Kt»slr*vfl 0 o kukurice o o • • • • • O ■::■ lipni« o o medynek o o pairtí* o o • • o o P?r o o rékoa o o i.to o o o o >-■z. he Fin Anek 0 o j*t*l o o jitrocel o o psmpehíka Q o PSf^ka O o • • o o 9**ni kráska u u to' i tc- «rjtřiko o o ■ • o o Pylový kalendář YYSOKÝ -, pyl stromů a trav pyl trav pyl stromů / pyl trav a spory plísní STŘEDNÍ- ^V spory plísní NÍZKÝ - l JARO l LÉTO l PODZIM Zkřížené reakce Ambrózie x melouny a banány Bříza x jablka, ořechy http://www.rodina.cz/clanek5705.htm http://pages.unibas.ch/SEM/BildMonat/b06/september06.html FORENZNIPALYNOLOGIE • Pomáhá řešit kriminální činy • Nový Zéland; Austrálie, Velká Británie, USA • Nos, uši, plíce, vlasy, nečistoty, oblečení, boty, provazy, obaly ... • Odhalení geografického původu nebo přiřazení určité věci nebo osoby na místo zločinu • Příklad - masové hroby v Bosně http://www.gns.cri.nz/services/paleo/forensic.html http ://forensicarchaeolo gv .org/?p= 126 v r PRAKTICKÉ PRÍKLADY » 1 *™