12. Vývoj Země a jejích geosfér

 

12.1 Základy datování

-         zákon superpozice – ve vrstevním sledu, složeném z řady neporušených, na sobě spočívajících vrstev, je každá vrstva spodnější (nižší) vždy starší než následující vrstva svrchnější (vyšší)

-         zákon stejných zkamenělin – vrstvy, obsahující podobný soubor zkamenělin, lze považovat za stejně staré (platí pro cca posledních 600 miliónů let)

-         na obou zákonech může být založena jen relativní časová stupnice

-         radiogenní izotopy jako výsledek rozpadu nestabilních prvků (zákon radioaktivního rozpadu) – absolutní časová stupnice

-         absolutní geochronologie – z poměru obsahu izotopů příslušného dceřinného (hromadí se) a mateřského prvku (obsah klesá) lze určit stáří systému: nejčastěji izotopy 238U, 235U, 232Th, 87Rb, 40K - jejich poločasy rozpadu (čas nutný k poklesu počtu atomů radionuklidu na jednu polovinu) řádově shodné se stářím Země; 14C (radiouhlík), 3H (tritium) – sleduje se u nich pokles relativního obsahu mateřského prvku

-         období existence Země (kolem 4,65 miliardy let) se dělí na:

a)      předgeologickou vývojovou etapu – astrální období (období počátečního zformování Země jako planety) a raně geologické období (utváření prvotní atmosféry a hydrosféry)

b)      geologické období

Tab. 11.1/211

 

12.2 Vývoj zemského jádra a pláště

-         radioaktivní rozpad nestabilních prvků je nejvýznamnější primární zdroj vnitřní energie Země → změny elastických vlastností, objemu a hustoty hmot

-         gravitační diferenciace (pohyb lehčích hmot směrem k zemskému povrchu a pohyb těžších směrem k těžišti Země) – důsledek částečného natavení, látkové diferenciace a chemických procesů

-         růst poloměru jádra (gravitační diferenciace asi z 86 %), zmenšování poloměru Země a potenciální energie, uvolňování značného množství energie

-         konvekce hmot – mechanismus gravitační diferenciace a přenosu tepla

-         ve vývoji pláště je nejdůležitějším procesem postupné obohacování oxidem křemičitým SiO2 (rozpad fayalitu Fe2SiO4 na hranici jádra) a přechod železa do jádra

-         v plášti původně Fe a FeO, uvolněný kyslík při přechodu železa do jádra oxidoval Fe na FeO a to na Fe2O3 

Obr. 11.14/230 – popis částí grafu

 

12.3 Vývoj zemské kůry

-         zemská kůra – sedimentární, metamorfované a vyvřelé horniny

-         základ tektonika litosférických desek

-         vyvřelé horniny – vulkanická činnost a subdukční zóny (magma)

-         metamorfované horniny (ze sedimentárních a vyvřelých hornin při vysoké teplotě a tlaku v zemské kůře) – zóny subdukce

-         vydělování prchavých a lehce tavitelných komponent oceánické kůry v zónách subdukce je mechanismem vytváření kontinentální kůry

-         cyklus zvětrávání – odnos – sedimentace – klesání (ponořování) – metamorfismus – magmatismus - zvětrávání

-         Wilsnův cyklus vývoje oceánů:

a)      počáteční období – vznik a vývoj kontinentálního riftového systému (období vysoké vulkanické aktivity, hromadění materiálu v riftových depresích)

b)      mladé období – uprostřed původně kontinentálního riftu se vytváří deprese s kůrou oceánického typu, riftová deprese se rozšiřuje poklesy ker podél centrálního zlomu, marinní sedimentace

c)      zralé období – rozšiřující se oceánská pánev, hřbet s centrálním riftem – seismická a vulkanická aktivita, pasivní okraje kontinentů jsou součástí téže desky jako přilehlá část oceánu

d)      úpadkové období – přeměna pasivních okrajů kontinentů v aktivní (rozdělení desek), zmenšování oceánské pánve, na obvodu subdukce (zanikání oceánické kůry), při aktivních okrajích kontinentů pohoří andského typu

e)      období uzavírání – postupná zánik oceánské pánve, tektogeneze typu kontinent – kontinent, vulkanismus vázaný na subdukci zaniká

f)        vytvoření geosutury (megalineamentu) – definitivní zánik zbytku oceánů mezi sbližujícími se kontinenty, znásobení mocnosti kontinentální kůry, pásemná pohoří himálajského typu 

Obr. 11.15/232 – včetně popisu

 

12.4 Vývoj atmosféry a hydrosféry

-         atmosféra a hydrosféra vznikly v důsledku odplyňování láv, uvolňovaných ze svrchního pláště, které vytvořily zemskou kůru (množství produktů vulkanismu řádově odpovídá hmotnosti zemské kůry)

-         chemické složení vulkanických plynů – 70-80 % vodní pára, ve větší míře CO2, dále SO2, Cl2, CH4, NH3, H2S, H2 atd.

-         prvotní atmosféra – tenká vrstva, ve stavu zářivé rovnováhy (množství pohlceného slunečního záření povrchem odpovídalo jeho výdeji dlouhovlnným zářením) → kondenzace značné části vodní páry do prvotní hydrosféry

-         kyselé deště – rozpouštění HCl, HF, HBr, NH3, S a její sloučeniny, CO2 ve vodě → reakce se zásaditými horninami na povrchu → v prvotní atmosféře hlavně vodní pára a část špatně rozpustných plynů

-         nejintenzivnější uvolňování vodní páry z pláště v proterozoiku – část vázána v kontinentální a oceánské kůře (tzv. serpentinizace – olivín + voda + oxid uhličitý → serpentin + magnetit, siderit)

Obr. 11.16/234 s popisem čar – viz opravný lístek

-         změny obsahu kyslíku v atmosféře:

a)      prvotní atmosféra bez volného kyslíku, uvolňován při fotodisociaci vodní páry – část na oxidaci, část ho unikala do vyšších vrstev atmosféry; celkově asi 0,001 současného stavu – vznik organických sloučenin z neorganických molekul (mikroorganismy stáří 3,1-3,4 miliardy let, řasy - fotosyntéza); oxidace plynů (např. oxidací NH3 se uvolňoval N2) – vliv na složení oceánských vod

b)      0,001 současného stavu kyslíku dosaženo asi před 1,2 miliardami let, při 0,01 dosažení Pasteurova bodu – přechod od fermentace k dýchání volného kyslíku – ochranné působení atmosféry pro UV záření (cca do 1 m v oceánech – rozšíření možností vývoje života) – pronikání rostlin na pevninu

c)      0,1 současné hodnoty – vznik ozonové vrstvy – rozšíření života na souši

d)      současná koncentrace kyslíku dosažena díky fotosyntéze (překročena při velkém rozvoji rostlinstva)

-         změny obsahu CO2:

a)      odplyňování láv: katalytické reakce grafitu, rozklad karbidů, tepelná disociace prvotních karbonátů, oxidace CH4 a CO

b)      z atmosféry a hydrosféry uvolňován při vzniku karbonátů, spotřebováván při fotosyntéze

c)      jeho růst vázán na růst koncentrací kyslíku – v minulosti větší obsah než dnes

 

 

13. Geografický prostor a jeho zákonitosti

-         vesmírné faktory – působí na všechna tělesa ve sluneční soustavě a jejich intenzita je určována polohou tělesa uvnitř soustavy (vzhledem ke Slunci)

-         planetární faktory – mají specifický ráz a jsou určovány individuálními zvláštnostmi dané planety

-         spolupůsobení vesmírných a planetárních faktorů vytváří určitý systém přírodního prostředí – fyzickogeografickou sféru

 

13.1 Geografický prostor a jeho struktura

-         geografický prostor – část vesmíru, v němž Země vytváří speciální pole (např. tíhové, magnetické), podmíněná její přítomností a individuálními vlastnostmi jako konkrétní planety

-         procesy v horní části geografického prostoru podmiňují samotnou možnost výskytu jednotlivých složek FGS, charakteristických právě pro Zemi, zatímco procesy v jeho dolní části řídí rozložení těchto složek na Zemi a jejich vývoj

Obr. 15.1/325 a vysvětlení čísel v obrázku

-         vertikální struktura geografického prostoru:

a)      blízký vesmír -  oddělen mezopauzou od meziplanetárního prostoru, cca 1500-2000 km nad zemským povrchem, prolínání působení vesmírných faktorů s gravitačním a magnetickým polem Země

b)      vysoká atmosféra – po ozonosféru, pohlcování velkých kvant energie

c)      fyzickogeografická sféra – od ozonosféry po spodní hranici zóny hypergeneze v litosféře (oblast zvětrávání hornin) – základní energetický zdroj je sluneční záření, vznik a rozvoj života, cyklus oběhu hmoty a energie

d)      spodní kůra – část zemské kůry od zóny hypergeneze po Mohorovičićovu diskontinuitu – oblast působení endogenních faktorů (prvotní reliéf planety)

 

13.2 Vybrané důsledky působení vesmírných a zemských faktorů v geografickém prostoru

-         působení slunečního záření Slunce v biosféře:

a)      vidění – purpurový pigment sítnice, který při excitaci zářením mění svoji strukturu (např. schopnost živočichů orientovat se podle Slunce)

b)      fotoperiodismus – změna struktury příslušného chromoforu při ozáření (fytodron – tvoří se v rostlinách za tmy a světlem se rozkládá) (rostliny: pohyb listů, zavírání a otevírání květů; živočichové – tzv. cirkadiální cyklus)

c)      fotosyntéza – skládání ústrojných sloučenin v zelených rostlinách pomocí chlorofylu:

                           CO2 + H2O + světlo → ústrojné sloučeniny + O2

energie vázaná fotosyntézou do ústrojných látek → životní pochody, ukládaní v nové tkáni

-         uvolňování energie v živých organismech, hoření:

                             ústrojná sloučenina + O2 → CO2 + H2O + energie

-         sluneční energie zachycená rostlinami se tak mění na chemickou energii ústrojných sloučenin, v níž může setrvávat různě dlouhou dobu

-         druhotné sluneční vlivy se projevují prostřednictvím okolního prostředí (např. elektrická vodivost živých tkání, srdeční a nervová činnost vyšších organismů) 

-         sluneční aktivita – řada různých jevů, vyskytujících se v některých obdobích a oblastech na Slunci (sluneční skvrny, erupce, protuberance aj.)

-         sluneční skvrny – chladnější místa ve sluneční fotosféře o teplotě kolem 4500 K, vznikající v oblastech zesíleného magnetického pole (tmavé jádro – umbra, světlejší okolí – penumbra)

-         ukazatel sluneční aktivity - Wolfovo relativní číslo R = k (10g + f),

      g - počet skupin skvrn

      f – počet skvrn na viditelné polokouli Slunce

      k – konstanta závislá na použitém zvětšení dalekohledu

Obr. Wolfových relativních čísel

-         vlivy sluneční erupcí na Zemi

Obr. 15.2/328

-         projevy sluneční činnosti v atmosféře a hydrosféře (cirkulace, počasí, podnebí)

-         slapová dynamika geografického prostoru (gravitace Měsíce a Slunce)

Obr. 15.7/334

 

13.3 Energie a hmota v geografickém prostoru

-         působení jednotlivých složek geografického prostoru se uskutečňuje výměnou hmoty a energie (zemský, sluneční a kosmický původ)

 

13.3.1 Oběh a transformace energie

-         různé formy energie (zářivá, kinetická, chemická, aj.) → tepelná energie

-         sluneční energie 99,98 % energie v geografickém prostoru, vnitřní energie Země 0,02 %:

Obr. 15.8/335

a)      sluneční energie

(1)   - celkový tok zářivé energie Slunce

(2)   - globální záření pronikající k zemskému povrchu

(3)   - pohlcená sluneční energie spotřebovaná na výpar (latentní teplo)

(9) - dlouhovlnné záření Země

b)   vnitřní energie (radiogenní teplo, energie uvolněná při zkracování zemského poloměru a při slapovém tření, potenciální energie)

(8) - tok tepelné energie z hlubin Země

-     energie ve fyzickogeografické sféře

(4)   - část sluneční energie akumulovaná v biomase zelených rostlin

(5)   - chemická energie humusové vrstvy

(6)   - chemická energie odumřelých organických látek (volná energie zóny zvětrávání)

(7)   - pokles organických hmot (chemická energie → tepelná energie → součást vnitřního tepelného toku)

-         dynamická rovnováha energie geografického prostoru

-         antropogenní energie – energie uvolňovaná spalováním přirozených geotermických akumulátorů (energie světové výroby) → ohřev atmosféry

 

13.3.2 Oběh hmoty

Obr. 15.10/338

-         velký oběh hmoty v systému meziplanetární prostor – geografický prostor – hlubiny Země:

hmota z hlubin Země do geografického prostoru v podobě produktů vulkanismu (1) a s vyvřelými horninami (2)

(3) - meteority a meteoritický prach

(4) - únik atomů lehkých plynů do meziplanetárního prostoru

(5) - pokles hmot ze zemské kůry do pláště

(6) - předchozí hmoty (5) se po přetavení stávají součástí toků (1) a (2)

-         oběh hmoty mezi pevninou a oceánem, spjatý s oběhem vody:

(7)  - výpar z oceánů

(8)   - srážky na oceánech

(9)   - část vody přenesené nad pevninu, vracející se jako povrchový a podzemní odtok zpátky do oceánů

(10)           - odnos plavenin a splavenin říčním odtokem do oceánu

sedimentace mechanického materiálu, zatímco rozpuštěné látky se mísí s mořskou vodou (11), jsou pohlcovány mořskými organismy (13) a jako výsledek chemických a biochemických procesů vypadávají také na dno (12)

-         oběh vyvolaný činností biomasy (biologický):

(13) - spotřeba vody a produktů minerální výživy rostlinami na souši

(14) - pohlcování CO2 z hydrosféry a atmosféry

(15) - uvolňování kyslíku při fotosyntéze

-         modifikace oběhu hmoty antropogenní činností:

(16) - spotřeba kyslíku při spalovacích procesech

(17) - uvolňování CO2 a dalších příměsí do atmosféry

změna chemického složení atmosféry

skleníkový efekt atmosféry

 

13.4 Obecné geografické zákonitosti

-         výsledek vzájemné interakce vesmírných a zemských faktorů: