Geologick minulost Zem Dlouh doba Geologick kla International

Geologická minulost Země

Dlouhá doba?

Geologická škála • International Commission on Stratigraphy http: //www. stratigraphy. org/ • Publikace • Jednotlivá období ohraničena GSSPs, rozpoznávána podle „obsahu“ – co se stalo, jaké životní formy se vyskytovaly, geomagnetismus, astronomické vlivy apod. • Regionální škály → korelace ukazatelů v různých regionech → globální škála • Global Boundary Stratotype Sections and Points (GSSPs) – https: //engineering. purdue. edu/Stratigraphy/gssp/index. php? parentid=all – Pravidla pro stanovení https: //engineering. purdue. edu/Stratigraphy/gssp_r. html – První GSSP – NPP Klonk http: //pruvodce. geol. cechy. sci. muni. cz/Klonk. htm

Geologická škála anglicky česky eons eonthems eonotem eras erathems éra eratem period system perioda útvar epoch series epocha oddělení age stage věk stupeň • Různá názvosloví pro časovou (time-unit, sloupec vlevo) a geologickou škálu (rock-unit, sloupec vpravo) • Doporučené barevné škály • Přesné rozdělení se mění se zvyšujícím se množstvím dat a lepšími technikami datování • Time scale creator – program na vytvoreni grafu na miru https: //engineering. purdue. edu/Stratigraphy/tscreator/index/i ndex. php

Úplný začátek • Velký třesk před 13, 7 ± 0, 2 miliardy roků – Počátek vesmíru • Vznik sluneční soustavy ze sluneční mlhoviny – 4, 6 Ga (miliardy let) – impulsem pro kontrakci mlhoviny mohla být šokována vlna z některé blízké supernovy – Koncentrace materiálu v centru proto-planetárního disku, vznik Slunce (nastartování jaderné fůze)

Úplný začátek • Zbytek proto-planetárního disku vytvořil prstence a postupně vznikly proto-planety; srážky menších těles – vznik větších • Proces tvorby Země cca 10 -20 milionů let od vzniku protoplanety, 4. 54 miliardy let BP, srážka proto. Země s Theiou, vznik Měsíce • zbytek materiálu z protoplanetárního disku „vyčištěn“ díky slunečnímu větru

Před vznikem Země - Chaotikum • Goldblatt, C. , Zahnle, K. J. , Sleep, N. H. , and Nisbet, E. G. : The Eons of Chaos and Hades, Solid Earth, 1, 1 -3, doi: 10. 5194/se-1 -12010, 2010

Šťastná planeta The planets and some of their larger satellites, plotted according to distance from the Sun (abscissa), and mass (ordinate), both scales being logarithmic and relative to Earth. Mean surface temperatures are shown. Potential for life as we know it exists only within the parallelogram surrounding the Earth (see text). (From Nunn, 1993. )

Hadaikum (Hadean) • Období 4, 56 - 3, 8 (4, 0) miliardy let BP • Formace Země, ostatních planet i Měsíce • počátek = vznik Země a Měsíce, konec = ukončení LHB • Late Heavy Bombardment (LHB): Intenzivní „bombardování“, stopy na Měsíci a ostatních planetách • Vzdálenost Země a Měsíce 16, 000 km (dnes 384, 000 km) • Postupné ochlazování, tvorba bloků hornin v tekutém magmatu • vznik zemské kůry a prvních hornin (zirkon) • Horniny z konce Hadaika se vyskytují v Grónsku (Isua) a v západní Austrálii (Jack Hills)

Hadaikum (Hadean) • vznik první atmosféry (viz později) a oceánu • Energie od slunce – asi 70 % dnešní úrovně • ↑GHG (ekvivalent 500 x vyšší koncentrace CO 2 než dnes) → voda nezmrzla • žádný kyslík • žádná ozonová vrstva • intenzivní vulkanická činnost • možná existence prvních bakterií, které ale rozhodně nemohly přežít LHB na konci tohoto eonu • od konce Hadaika už na Zemi neustále podmínky vhodné pro život

Množství vody na Zemi • Určitě z vulkanické činnosti, ale to by zdaleka nestačilo • Dopady asteroidů, komet (v té době dráhy v blízkosti vnitřních planet) a planetek s ledem (i dnes mají vnější planety ledové měsíce) • V průběhu Hadaika, LHB • Možná i miliony dopadů • Vodní pára relativně lehká molekula, neuniká z gravitačního pole Země mj. i díky „studené pasti“ v nižší stratosféře

Archaikum (Archean) • Cca 3, 8 – 2, 5 mld. BP, dělí se na 4 éry • Vytvoření tenké zemské kůry (chladnutí) a jader dnešních kontinentů • Z této doby jsou známy „horniny“ v Grónsku, Kanadě, Skotsku, Indii, Brazílii, západní Austrálii, jižní Africe, jádra kontinentů. • Oceán kyselý (rozpuštěný CO 2), atmosféra slabě redukční vlastnosti nebo neutrální • Vznik života (v nejstarších horninách jsou nalézány fosilní bakterie a sinice) – prokaryotické jednobuněčné organismy

Archaikum (Archean) • Vznik života (v nejstarších horninách jsou nalézány fosilní bakterie a sinice) – prokaryotické jednobuněčné organismy – možná díky organickým sloučeninám mimozemského původu (z asteroidů) – v nejstarších horninách jsou po takových sloučeninách stopy z doby LHB, tzn. že mohly přežít dopad asteroidů • Jednobuněčné organismy • Anaerobní, s rostoucí koncentrací kyslíku postupně fotoszntéze získala evoluční převahu • Stromatolity

Proterozoikum (Proterozoic) • 2, 5 mld. BP – 550 mil. BP, 3 éry, z toho každá několik period • V období 1, 1 mld. – 750 mil. let BP (neoproterozoikum) pravděpodobně existoval superkontinent Rodinia, poté došlo k rozpadu, po jejím rozpadu postupně vznikla Pannotia

Proterozoikum - zalednění • z období 2, 6 - 2, 3 mld. let BP – pozůstatky ledovcové činnosti – okolí Huronského jezera v délce 400 km ledovcové usazeniny až 150 m silné • 2, 0 – 0, 9 mld. BP byla planeta zřejmě bez ledu • 0, 9 – 0, 6 mld. BP - alespoň tři hlavní etapy zalednění, led patrně až v nízkých z. š. (Pannotia u jižního pólu) • Hypotéza - planeta zcela pokrytá ledem – „snowball Earth“ – http: //www. snowballearth. org/index. html

Proterozoikum - život • Stále výhradně v oceánu • Rozvoj eukaryotických buněk • Bakterie, sinice, řasy, houby • Bangiomorpha pubescens – první organismus se sexuálním mechanismem rozmnožování (tj. rozdílné orgány samčích a samičích rostlin) – 1, 2 mld. let BP, Kanada (viz obr. ) • Na konci tohoto eonu se pravděpodobně objevily mnohobuněčné organismy - láčkovci, kroužkovci, členovci

Fanerozoikum (Phanerozoic) • Fanerozoikum se dělí na Paleozoikum (prvohory), Mesozoikum (druhohory) a Kenozoikum (třetihory)

Paleozoikum (Paleozoic) 542 - 251 mil. BP Kambrium (Cambrian), Ordovik (Ordovician), silur (Silurian), Devon (Devonian), Karbon (Carboniferous), Perm (Permian)

Kambrium • 543 - 490 mil. BP • The Cambrian was first defined by Adam Sedgwick in England (Cumbria) and Wales; Cambria is the Roman name for Wales. Since then, Cambrian-age rocks have been found on every continent;

Legenda ke klimatickým mapám

Kambrium 514 milionů let Organismy s pevnými schránkami se objevily ve velké míře poprvé v kambriu. Superkontinent Gondwana se právě zformoval v oblasti jižního pólu a kontinenty byly zaplaveny mělkými moři.

Cambrium explosion • živočichové se schránkou (exoskeleton) – ochrana, nové tvary těla → evoluce • výskyt od kambria až dodnes: • brachiopodi = (ramenonožci, Brachiopoda) kmen mořských živočichů s dvoudílnou vápnitou schránkou o velikosti 5 mm až 20 cm. • korály, houby • Ovšem nejrozšířenější byly trilobiti- až 50 % všech pohyblivých organismů. • Mnoho druhů nezapadá do dnešního uspořádání živočichů. Žádné jim podobné druhy dnes neexistují - "experimenty".

Ordovik • 488 – 444 mil. BP • Charles Lapworth v roce 1879 pojmenoval toto období podle geologické vrstvy ve Welsu. Jméno odvodil od „Ordoviků“, latinského názvu keltského kmene, který v té oblasti žil v době starověkého Říma • Mnoho nálezů hornin z tohoto období zejména v USA - Cincinnati, the Ozark Mountains, západní Utah, východní Tennessee.

Ordovik – 458 milionů let

Ordovik – 458 milionů let Během Ordoviku tehdejší oceány oddělily nehostinné kontinenty Laurentii, Baltiku, Sibiř a Gondwanu. Konec Ordoviku byl jedním z nejchladnějších období historie Země. Led pokrýval většinu jižní části Gondwany.

Život v ordoviku • V ordoviku pokračoval rozvoj trilobitů a brachiopodů, objevují se první koráli deskatí a drsnatí (láčkovci), první malé korálové útesy a z ordoviku také známe první zbytky obratlovců (ryb). Objevili se také hlavonožci. • nové druhy – např. graptoliti • Rozvoj složitějších korálových útesů v mělkých mořích. • První jednoduché suchozemské organismy

Vymírání druhů na konci Ordoviku (Ordovician extinction events) • Konec Ordoviku - série extinction events – dohromady druhé největší vyhynutí v histroii Země (z pohledu procentuálního podílu vymřelých rodů) • 444 - 447 Ma • Pravděpodobně spojeno s dobou ledovou nakonci Ordoviku (většina tohoto období teplé klima, potom ochlazení). doba ledová asi poměrně krátká, jen 0. 5 - 1. 5 milionů let. • nástupu doby ledové předcházel pokles koncentrace oxidu uhličitého (z 7000 ppm na 4400 ppm) • Gondwana k jižnímu pólu, vytvoření ledové čepice – pozůstatky v geologických vrstvách ze severní Afriky a severozápadní části jižní Ameriky, které byly v té době u pólu • roli pravděpodobně sehrála i zvýšena vulkanická aktivita

Silur • Počátek cca 443. 7 ± 1. 5 Ma • The Silurian System was named in the 1830 s by English geologist Sir Roderick Impey Murchison had been studying the fossil-bearing rocks in southern Wales, and he noticed that they appeared to be distinct from both the older (lower) rocks that formed the Cambrian and the younger (higher) rocks of the Devonian. He gave this geological stage the name Silurian after the Silures, an ancient Celtic tribe that lived along what is now the Welsh-English border.

Silur • 444 - 416 mil. BP • Gondwana pokračuje v pomalém pohybu na jih, do vyšších šířek jižní polokoule • Polární ledové čepice zřejmě menší než na konci ordoviku • Tání ledových polárních příkrovů způsobilo zvednutí hladin oceánů, čehož jsou důkazem sedimenty ze siluru na vrstvě erodovaných hornin z ordoviku. • Některé kratony (jádra kontinentů) se začaly spojovat v Euroameriku. • The vast ocean of Panthalassa covered most of the northern hemisphere. Other minor oceans include, Proto-Tethys, Paleo. Tethys, Rheic Ocean, a seaway of Iapetus Ocean (now in between Avalonia and Laurentia), and newly formed Ural Ocean.

Silur – 425 milionů let

Silur – 420 milionů let Během Siluru se Laurentia srazila s Baltikou, čímž uzavřela severní část oceánu Iapetus a zformovala kontinent nazývaný „Starý červený pískovec“. Korálové útesy se rozšiřovaly a rostliny začaly obsazovat pustou pevninu.

Život v siluru • • V siluru se objevila první suchozemská flóra z obratlovců byly zastoupeny jedině ryby. rozvoj graptolitů, trilobitů, krinoidů a korálů. Po velkém vyhynutí na konci ordoviku se rozvíjela mořská fauna v mělkých teplých mořích. Objevily se první velké korálové útesy. • Na souši ale moc života nebylo, několik druhů rostlin (např. lišejníky), ale jsou to první suchozemské ekosystémy, jejichž fosílie můžeme nalézt. Na konci siluru rozvoj rostlin ve vlhkých částech pevnin.

Devon • 416 - 359 mil. BP • The recognition of the Devonian Period was the result of great debate on the part of many nineteenth-century European geologists. The debate centered on whether the “Old Red Sandstone”—the rock layers above the Silurian (and therefore younger)—actually represented a distinct system or merely a later stage of the Silurian. In 1839, Roderick Murchison and Adam Sedgwick collaborated to name the Devonian, which they based on rock exposures in Devonshire, England. Devonian-age rocks are also common in Scotland, central Pennsylvania, western New York, and Greenland, but they have been found on all continents.

Devon (Devonian)

Devon – 380 milionů let V Devonu se prvohorní oceány uzavřely, utvořila se pre-Pangea. Sladkovodním rybám bylo umožněno migrovat z jižní polokoule na sever do Evropy a Severní Ameriky. Poprvé vyrostly lesy v rovníkové oblasti polární Kanady.

Život v devonu • klima se asi příliš nelišilo od dnešního (neexistovala velká zalednění). • devon je mimořádně bohatý mořskými živočišnými rody a druhy, avšak ve svrchním devonu nastal jejich nápadný úbytek (viz další slide). • Ve spodním devonu vymřeli graptoliti, trilobiti byli v devonu již méně četní, • věk ryb - nastal ohromný rozvoj primitivních ryb, sladkovodních i mořských, • objevuje se první hmyz • Koncem devonu se objevují i první čtyrnožci - obojživelníci. • Devon je dobou prvého velkého osídlení pevniny rostlinstvem (hojnost cévnatých rostlin a první lesy), bezobratlými živočichy i obratlovci.

Late devonian extinction • na konci devonu – téměř 70% všech bezobratlích vyhynulo • Marine species (especially tropical ones) suffered the most extinctions, followed by freshwater species, whereas terrestrial species were hardly affected. Many species of brachiopods, trilobites, and early fishes went extinct, as did the planktonic graptolites. These extinctions were not the result of a single major extinction event, but rather smaller extinction events that occurred over a period of more than 20 million years. • důvody – různé hypotézy, např. že suchozemské rostliny způsobili snížení koncentrací CO 2 v atmosféře (chemical wethering, carbon storage) a následné ochlazení a dobu ledovou, další hypotézou je dopad asteroidu

Karbon (Carboniferous) 359 – 299 mil. BP term Carboniferous - coal bearing - was proposed by the English geologist William Conybeare and William Phillips in a paper published in 1822 to designate coal-bearing strata in north-central England. It was the first geological period to be established. dělí se na Mississippian a Pennsylvanian

Karbon – 356 milionů let Carbon – 356 milionů let

Karbon – 356 milionů let Carbon V raném Karbonu se uzavřelo moře mezi Euramerikou a Gondwanou, vyzdvihly se Appalačské hory a proběhlo variské vrásnění. Na jižním pólu se objevila ledová čepice. V pozdním Karbonu se Euramerika srazila s Gondwanou. Led pokrýval většinu jižní polokoule. Rozlehlé uhelné bažiny se utvořily podél rovníku.

Perm (Permian) • 299– 252 mil. BP • The Permian period was named in 1841 by the geologist Murchison after a tour of Imperial Russia to include the "vast series of beds of marls, schists, limestones, sandstones, and conglomerates" that overlay the Carboniferous formations in the eastern part of thecountry. He named it after the ancient kingdom of Permia and the present city of Perm near the Ural mountains.

Perm – 255 milionů let

Perm – 255 milionů let Perm Rozlehlé pouště pokryly západní Pangeu během Permu s tím, jak se plazi rozšířili po povrchu superkontinentu. 99 procent všeho živého vyhynulo během události, která ukončila epochu Permu.

Vymírání druhů na přelomu Permu a Triasu v oblasti dnešní Sibiře erupce supervulkánu - masivní vulkanická erupce - obrovský mrak sazí a popela – snížení teploty po nejméně několik let ne-li desetiletí Rozsáhlé požáry – zvýšené koncentrace CO 2 v atmosféře - růst teploty po vymizení prachového atmosférického příkrovu rozklad hydrátu metanu z pod nánosů na mořském dně poblíž pevninských šelfů Teplota mohla vzrůst až o deset stupňů oproti podmínkám před erupcí nadměrné vypařování vody - klesala hladina oceánů, zvyšování salinity pokles podílu kyslíku v atmosféře z původních téměř 30 % až na pouhých 10 %

Mesozoic • Trias, Jura, Křída

Trias – 237 milionů let

Trias – 237 milionů let Trias Superkontinet Pangea, během Triasu většinou souvislý, umožnil zvířatům migrovat z jižního k severnímu pólu. Opět se objevovaly pestré formy života a teplovodní organismy se šířily v moři Tethys.

Jura – 195 milionů let

Jura – 195 milionů let Jura V rané Juře oddělil oceán Tethys severní kontinenty od Gondwany. … Ve střední Juře se Pangea začala rozdělovat. Atlantský oceán v pozdní Juře úzce odděloval Afriku od Severní Ameriky.

Křída – 94 milionů let

Křída – 94 milionů let Křída Během Křídy se objevil jižní Atlantik. Indie se odtrhla od Madagaskaru a směřovala na sever k Eurasii. Severní Amerika byla stále spojena s Evropou a Austrálie s Antarktidou.

The bull's eye marks the location of the Chicxulub impact site. The impact of a 10 mile wide comet caused global climate changes that killed the dinosaurs and many other forms of life. By the Late Cretaceous the oceans had widened, and India approached the southern margin of Asia.

Cenozoic • Paleogene – Paleocen, Eocen, Oligocen • Neogen – Miocene, Pliocen, Pleistocen

Eocén – 50, 2 milionu let Eocen – 50 milionů let

Eocén – 50 milionů let Eocen Před 50 až 55 miliony let Indie narazila do Asie a začala utvářet Tibetskou náhorní plošinu a Himaláje. Austrálie, dosud spojená s Antarktidou, se vydala rychle na sever.

Miocén – 14 milionů let Miocen – 14 milionů

Miocén – 14 milionů let Miocen Před 20 milióny let byla Antarktida pokryta ledem a severní kontinenty se začaly prudce ochlazovat. Svět nabyl „moderní“ vzhled, avšak Florida a části Asie byly ještě zaplaveny mořem.

Cambrium – křída

Eocén, Miocén, poslední doba ledová

Budoucnost

Animace na internetu (750 Ma – budoucnost): • http: //www. ucmp. berkeley. edu/geology/tec tonics. html

Kontinentální drift • hypotéza poprvé koncem 16. stol. (Abraham Ortelius, ~1596) • rozpracováno Alfredem Wegenerem, ~1912 • 60. léta 20. stol. - povrch Země tvoří tektonické desky, kontinenty jsou jejich součástí. Alfred Wegener

Pohyb litosférických desek • pevná litosféra (horních 100 km, zemská kůra a horní část pláště), částečně roztavená astenosféra (v hloubce 100 – 350 km pod povrchem) • litosférické desky se díky „tekutému podkladu“ pohybují rychlostí 1 – 10 cm za rok