Jak je možné, že se na Sahaře nacházejí staré ledovcové uloženiny? Co způsobilo, že na polárních Špicberkách jsou sloje černého uhlí, které mohou vznikat jen ve vlhkém horkém podnebí? Geologové teď už znají odpověď!
Občas si stýskáme na rychlé změny počasí, stěžujeme si na červencová vedra i třeskuté lednové mrazy. Ve srovnání s tropickými či polárními oblastmi je však naše podnebí v mírném klimatickém pásu relativně přijatelné. V našich současných podmínkách se zdá až nepředstavitelné, že se v geologických dobách i na území naší republiky podnebí mnohokrát měnilo, ba dokonce do takových extrémů, jako jsou horké a vlhké rovníkové tropy či ledová Arktida.
Kam míří zemské desky?
Srovnáváme-li například Špicberky se Saharou, mluvíme o zcela odlišných geologických obdobích, oddělených až stovkami milionů let. Černé uhlí na Špicberkách je více než 300 milionů let staré, když během karbonu byla tato oblast blízko rovníku a skutečně v ní vládlo vlhké tropické klima.
Naproti tomu na Sahaře jsou stopy po ledovcích staré kolem 460 milionů let, protože právě v té době, v prvohorách během ordoviku, byla hluboko na jižní polokouli a od jižního pólu do ní zasahoval ledovec. Co to však způsobilo ? Proč bylo kdysi na Špicberkách, na Sahaře i v naší republice tak drasticky odlišné podnebí proti dnešnímu ?
Zapomeňme na nevědecké představy o tom, že obrovské katastrofy naklonily zemskou osu a tak se nevídaným způsobem přesunula podnební pásma. Geologové nám nyní nabízejí jiné, vědecky doložitelné vysvětlení. Víme totiž, že se pevniny po zemském povrchu pohybovaly, a tak se dostávaly jejich části do různých podnebních pásů. Je to pochod, kterému se kdysi říkalo kontinentální drift, čili pohyb kontinentů a dnes se nazývá desková tektonika. Zjednodušeně řečeno, na povrchu Země se pohybují velké i menší desky, někdy se srazí, jindy oddělí. Při svém putování se pak dostávají do různých podnebních pásů, mohou překročit rovník a přesunout se přes mírný pás až třeba k pólu.
Podnebí už není co bývalo!
Podnebí neboli klima je v podstatě dlouhodobě pozorované počasí. Závisí hlavně na zeměpisné šířce, tedy vzdálenosti od rovníku. Podle ní rozlišujeme na zemském povrchu podnební pásy. Nejblíže rovníku je pás tropického podnebí, ten přes subtropický pás přechází do pásu mírného podnebí a pak do podnebí polárního. To je ovšem velmi zjednodušené, neboť podnebí je ovlivněno i vzdáleností od oceánu, velikostí a pozicí pevnin, oceánskými proudy, nadmořskou výškou a pohyby atmosféry.
Takové členění na podnební pásy existovalo zhruba po celou dobu geologické historie. Pásy neboli zóny nebyly ovšem stejně široké jako dnes. Občas se rozšířila zóna polárního podnebí, jindy podnebí tropického či mírného. Jako příklad můžeme uvést geologicky nedávné doby ledové ve starších čtvrtohorách, kdy např. před 100 000 lety zasahoval pás polárního podnebí přes Skandinávii až do střední Evropy. Naproti tomu třeba během křídy, asi před 100 miliony let, se rozšířil pás mírného podnebí a na našem území bylo tepleji než dnes. Ještě dále do minulosti, v karbonu, někdy před 320 miliony lety, se zvýraznil pás vlhkého tropického podnebí.
V geologické minulosti se zachovávalo suché podnebí s pouštním klimatem v pásu mezi 20. a 25. stupněm severní a jižní šířky, kupříkladu Sahara a Kalahari v Afrce či Velká písečná poušť v Austrálii. V některých obdobích, například na konci prvohor a na začátku druhohor (perm až trias), se velká část pevnin při svém pohybu dostala do této zóny, což se projevilo přítomností rozlehlých pouštních oblastí na všech současných kontinentech.
Důležité též je, že pohyb Slunce kolem Země je nepravidelný, právě tak jako pohyby zemské osy, proto velkou roli ve výkyvech podnebí hrála i proměnlivá intenzita slunečného záření, dopadající na části zemského povrchu
Jak to bylo u nás?
Na našem území, na současné 50. rovnoběžce severní zeměpisné šířky, máme zachován sled sedimentů, odpovídající miliardě let, od starohor (proterozoika) až do čtvrtohorní (kvartérní) současnosti. Výzkum těchto uloženin umožnil s velkou pravděpodobností sledovat i proměny zdejšího podnebí.
Česká republika je však tvořena dvěma velkými geologickými jednotkami. Český masiv pokrývá celé Čechy, západní a severozápadní část Moravy a Slezska. Na jihovýchod od linie mezi Ostravou a Mikulovem je Karpatská soustava, která měla zcela jiný geologický vývoj a jejíž sedimenty se tvořily v mořích dále na jihovýchodě.
Ani Český masiv nebyl dříve souvislý, byl ještě před 350 miliony let tvořen soustavou bloků, kterým říkáme mikrokontinenty nebo terány. Teprve na konci prvohor, hlavně v karbonu, zhruba před 350-300 miliony let, se tyto bloky srazily a vytvořily stabilní a pevný Český masiv. I když je nazván podle Čech, zasahuje hluboko do sousedních zemí, do Německa, Rakouska i Polska. I přesto můžeme sledovat vývoj podnebí v Českém masivu jako celku, neboť starší oddělené bloky nebyly od sebe tak vzdálené, aby měly zcela odlišná podnebí.
Český masiv připlul z jižní polokoule!
Pouť Českého masivu začínáme ve starohorách, zhruba před 600 miliony let. Určité, avšak bohužel nepříliš pádné důkazy svědčí o tom, že tehdy byl v pásu chladného podnebí ve vyšších zeměpisných šířkách.
V prvohorách jsme si již jistější. V období před 545 až 250 miliony let se Český masiv pohyboval na jižní polokouli směrem k severu. Ještě v ordovických sedimentech (před 450 miliony let) jsou stopy blízkého ledovce, v devonu (před 410 až 354 miliony let) však již najdeme korálové útesy, což znamená, že jsme se dostali do pásu tropického podnebí.
Rovník přeplul Český masiv během karbonu, přibližně před 320-300 miliony let, jak dokazují mocné sloje uhlí. V permu (před 270 milióny let) se již dopachtil na severní polokouli zhruba do kritických dvacetistupňových pouštních šířek, což se projevilo suchozemským velmi suchým podnebím.
Na začátku druhohor, v triasu a juře se Český masiv nacházel stále ještě jižněji než dnes, podnebí bylo teplejší, stejně jako o něco později během křídy. Naše území bylo tehdy někde na jižním okraji mírné zóny. Před 65 miliony let začaly třetihory a Český masiv byl stále na postupu na sever. Podnebí již bylo podobné dnešnímu, zhruba před 10 miliony let v mladších třetihorách však začalo výrazné ochlazení, které vyústilo do čtvrtohorních dob ledových.
O starší historii Karpat máme jen kusé údaje. Celý komplex jejich hornin vznikal totiž dále na jihovýchodě, odkud byl na konci křídy a v třetihorách přesunut jako příkrov přes Český masiv. Výzkumy prokazují, v druhohorách během jury, před 200 až 140 miliony lety, tam bylo moře teplé, dokonce v subtropických šířkách a rostly v něm korálové útesy. Od křídy dodnes pak mají Karpaty stejnou klimatickou historii jako Český masiv.
Od extrému k extrému
Během geologické historie zaznamenalo území naší republiky téměř všechny druhy podnebí, jaká známe ze současnosti. Vybereme z nich dva extrémy, které by se mohly z dnešního pohledu zdát až neuvěřitelné.
Během karbonu, před 354 až 250 miliony lety, byl Český masiv na rovníku, či v jeho blízkosti. Převládalo rovníkové tropické vlhké klima s průměrnou roční teplotou nad 20 oC. Roční úhrn srážek dosahoval několika tisíc milimetrů (dnes cca 600 mm), rozdíly mezi ročními obdobími byly malé. Mokřady zarůstala hustá vegetace přesliček a plavuní, z nichž se po odumření a překrytí bahnem tvořily uhelné sloje. Na souši horniny rychle zvětrávaly, mnohdy se měnily v železem bohaté půdy, laterity. Karbonské podnebí a prostředí v Čechách můžeme směle přirovnat k amazonským pralesům nebo rovníkové africké džungli.
Druhým extrémem je polární podnebí dob ledových, kterých bylo během starších čtvrtohor, v pleistocénu (před 1,8 milionů až 10 000 lety), na našem území několik.
Při zalednění byla průměrná roční teplota vzduchu –7 oC, proto půda promrzávala do značné hloubky. Tvořila se trvale zmrzlá půda, permafrost (z latiny přes angličtinu: permanent – stálý, frost – mráz). Je to směs ledu, půdy, zeminy, kamení a pevné horniny. V půdách a zvětralinách obsahoval permafrost 70 až 9 % ledu, v pevných horninách jej bylo jen kolem 5%.
Hloubkové zmrazení
Za několik tisíc let ledových teplot promrzla půda a horniny až do hloubek větších než 200 m. Např. v Krušných horách u Cínovce byl permafrost do hloubky 230 m, na Pradědu v Hrubém Jeseníku do hloubky 245 m. V tzv. České Sibiři u Tábora promrzla půda za 7 800 let do hloubky 215 m, na Pardubicku kolem Labe za 7 400 let do hloubky 215 m. Překvapující jsou údaje z Moravského krasu, kde podle některých údajů byly horniny promrzlé až 300 m pod povrch.
I když se hloubka promrznutí na našem území zdá až neuvěřitelná, na sever od nás, třeba při hranicích Polska a Litvy, zasahoval permafrost ještě před 10 000 lety nejméně 500 m pod povrch. O tom, jak permafrost vypadá dnes, máme příklady ze Sibiře nebo Aljašky, kde léto je tak krátké, že půda rozmrzá pouze v nejsvrchnějších několika metrech. Na Sibiři zasahuje permafrost až do hloubky 1000 m pod povrch, na Aljašce do 260 m.
Jak taje permafrost?
Po skončení poslední doby ledové před 10 000 let došlo k rozmrzávání permafrostu, které bylo rychlejší než mrznutí. Led totiž roztával nejen seshora, působením sluneční energie, ale vlivem zemského tepla i zespodu. Soudíme, že i ten nejtlustší, několik set metrů mocný permafrost, roztál za 2000 – 3000 let. V horách trvalo rozmrzávání déle a třeba v Krkonoších byla firnová pole a permafrost ještě před 4000 – 5000 lety.
Tak, jak se v při zalednění v dobách letových tvořil permafrost, postupovalo rychle i mrazové zvětrávání. Při opakovaném mrznutí a tání vody v puklinách a pórech se horniny štěpí podle puklin a rozpadají na bloky. Měkčí horniny se rozpadnou na písek a jíl.
Z Podkrušnohorských pánví máme krásný příklad mrazového zvětrávání uhlí, které se do hloubky 20 m pod povrch přeměnilo v mour. Mrazové zvětrávání má na svědomí mnoho tvarů našich hor i kopců, příkré stěny, skalní hradby i kamenná moře.
Všechno už tu bylo!
Před 10 000 lety ustoupil i na našem území pevninský ledovec. Oteplilo se, vegetace se bouřlivě rozvíjela, velké části povrchu byly zalesněny a větry přestaly na promrzlý povrch nanášet pískové duny a spraše. Přiblížila se současnost. Avšak za těchto posledních 10 000 let došlo k několik více či méně výrazným podnebním výkyvům, dokonce větším, než jsme si dříve představovali.
Odborníci na čtvrtohory dělí celý holocén, což jsou mladší čtvrtohory, na řadu období s názvy jako dryas, atlantik, epitlantik, subboreál, subrecent apod. Střídala se v nich období vlhčí a chladnější, někdy i se suššími periodami.
Z našeho pohledu by nám bylo nejpříjemněji asi před 7000 lety, kdy byla roční průměrná teplota o několik stupňů vyšší než dnes a roční srážkové úhrny asi o polovinu větší. Naproti tomu, více naši předkové trpěli v časech tzv. malé doby ledové, která v českých zemích začala v letech 1400 až 1419 a trvala až do poloviny 19. století. Znamenalo to dlouhý sněhový a ledový pokryv, špatné úrody, silnější větry a dokonce při rychlejším tání sněhu a ledu i velké povodně, (např. v druhé polovině 16. století).
Dnes nás především zajímá, jak se bude podnebí nejen v našich zemích, ale na celém světě vyvíjet v budoucnu. Do přírodních podnebních výkyvů se vložil člověk produkcí skleníkových plynů. Jsou však neustálé spory o tom, zda převládnou procesy přírodní, což by znamenalo brzký konec teplejší doby meziledové, v níž právě žijeme, nebo se prosadí činnost člověka. V prvním případě lze doporučit nákup kožichů a teplého prádla, v druhém nových plavek.
Jak se hledají důkazy?
Vědním oborem, který zkoumá podnebí v geologické minulosti Země je paleoklimatologie. Opírá se o poznatky ze současnosti, které aplikuje na vzdálenou minulost. Používá se řada kritérií, z nichž některá jsou průkazná, jiná při odhalování starých podnebí spíše pomocná.
K nejlepším důkazům horkého a vlhkého podnebí například patří výskyt uhelných slojí. Bohatá uhlotvorná vegetace totiž nemohla zarůstat močály jinde než ve vlhkých tropech.
Naopak, pokud ve starých sedimentech najdeme vrstvy rozpustných solí, třeba chloridu sodného, naší soli kamenné, znamená to, že podnebí bylo sušší, takové, aby se slaná voda mohla odpařovat.
Staré korálové útesy znamenají, že oblast byla v nižších zeměpisných šířkách, voda byla teplá, čistá a slaná tak akorát. Víme totiž, že takové podmínky vyhovují i korálovým útesům současným.
Výborným důkazem pouštního podnebí jsou staré pískové duny a jiné pouštní sedimenty.
Červené sedimenty bývají zas dobrým kritériem, hlavně pokud jsou bohaté oxidy železa, případně hliníku, jako laterity a bauxity. Takové horniny by těžko vznikaly v chladném a suchém podnebí, považujeme je totiž za produkt tropického, nanejvýš subtropického klimatu.
Dokážeme rozpoznat i staré ledovcové sedimenty, což jsou netříděné směsi balvanů, písku i jílu.
Jsou však i metody daleko složitější. Např. paleontologové rozlišují planktonní organismy, jež žijí v teplejších vodách od studenomilných. Pokud najdeme takové schránky v mořských sedimentech, můžeme z nich odvodit teplotu mořské vody. Neuvěřitelné věci dokáží i geochemici. Podle poměru izotopů kyslíku ve schránkách měkkýšů dokáží určit teplotu vody, v níž žili.
Pevninské a horské ledovce
Na naše území postupoval ve čtvrtohorních dobách ledových severský pevninský ledovec, pokryl nejen Skandinávii, ale celé Polsko a velký kus Německa. Do Česka se však dostal jen kousek, do Šluknovského a Frýdlantského výběžku, zčásti do žitavské pánve, do Moravské brány, na Ostravsko a do Žulovské pahorkatiny. V nejchladnějším období byl na Ostravsku ledovec nejtlustší, zřejmě 20 až 40 m.
V nejchladnějších periodách byla průměrná roční teplota vzduchu –7 oC, z toho lednová –19 oC a červencová 6 oC. V meziledových dobách však mohlo být i tepleji než dnes, ostatně v takové krátké meziledové době právě žijeme.
Kromě pevninského ledovce byly u nás i ledovce horské, které pokryly Krkonoše a Šumavu. Tvary Krkonoš, včetně Sněžky, jsou modelovány právě ledovcem, šumavská jezera jsou hrazena ledovcovými valy z materiálu nahrnutého ledovci (morénami). Určité znaky přítomnosti horského ledovce jsou i v Hrubém Jeseníku a v Jizerských horách, někteří odborníci však o jejich zalednění pochybují.
Přibližně před 15 000 lety se podnebí oteplilo, ledovce začaly pomalu ustupovat, k rychlé změně došlo hlavně před 10 000 lety, kdy začaly mladší čtvrtohory, holocén, doba ve které žijeme.
Podnebí Česka v dobách ledových
Pro začátek čtvrtohor, doby asi před 2 miliony let, je typické rychlé ochlazení a postup ledovců. Starší období čtvrtohor, zvané pleistocén, začalo podle dnešního uznávaného datování před 1,8 milionem let a skončilo před 10 000 let, kdy začal holocén.
Během pleistocénu se vystřídalo několik dob ledových (glaciálů) a meziledových (interglaciálů). Starší dělení na čtyři doby ledové ustoupilo modernějšímu pojetí na rozdělení na více glaciálů a interglaciálů. Přitom každá doba ledová a meziledová se dělí na kratší úseky, kdy se střídala teplejší a chladnější i vlhčí a sušší periody. Každý takový úsek trval několik tisíc let.
Zhruba platí, že v dobách ledových byla průměrná roční teplota asi o 10 oC nižší než v meziledových (přibližně 0 oC oproti 10 oC). Pro srovnání, v současnosti je v naší republice průměrná roční teplota 8 – 9 oC.
Paleomagnetismus
Tato geofyzikální metoda pomáhá paleoklimatologům při určování pozice starých hornin na zemském povrchu. Vychází z toho, že v horninách, jež jsou alespoň trochu magnetické, je „zapečetěna“ orientace magnetického pole Země z dob, ve kterých vznikaly. Měření proto ukáže směr k magnetickému pólu, který je nedaleko pólu geografického. Pokud máme údaje z více míst, pak lze určit nejen polohu pólu, ale i místo studované horniny na zemském povrchu.
Pro studium paleomagnetismu jsou vhodné především červené sedimenty bohatší železem. I nejnovější výzkumy špičkové české paleomagnetické laboratoře Geologického ústavu Akademie věd ČR potvrdily představu o putování Českého masivu z jižní polokoule přes rovník na naší současnou padesátou rovnoběžku severní zeměpisní šířky.
