Environmentální archeologie

Transkript

1 Environmentální archeologie Kvartér Jan Horák Ústav pro archeologii UK FF ZS 2015/2016

2 Environmentální archeologie 7 Kvartér obecně, definice, charakter Dějiny bádání Svět ČR Metody datování Data ČR lokality Periodizace kvartéru Základ periodizace

3 Kvartér Anthropozoikum, Antropogén, čtvrtohory Definice Člověkem Klimatem Paleomagnetismem Geologicky International Comission on Stratigraphy Quaternary / last 2,7 million years (v. 2010)

4 Louis Agassiz Glacialismus Výzkumy v Alpách

5 James Murdoch Geikie dob ledových Oblast Velké Británie Publ. 1894

6 Eduard Brückner Albrecht Penck Výzkum v Alpách Kvadriglacialismus Publ Později přidali ještě %BCckner_eduard.jpg

7 Výzkum 19. století Odhalení existence kolísání klimatu Myšlenka dob ledových Měnící se počet 19. / 20. století 4-6 glaciálů Data: Ledovcové jevy a sedimenty Fluviální sedimenty Staré půdy ve spraších

8 20. století První půle 20. století popírání glaciálů jako celoplanetárního fenoménu nelze poznatky z jedné oblasti (Alpy) vztahovat na oblasti ostatní Další doklady: Geologické Izotopické Paleontologické Po 2. světové válce Mořské sedimenty střídání teplých a studených období Sprašové série V. Ložek, J. Kukla 15 výkyvů 60. léta Čína až 50 výkyvů

9 Vojen Ložek

10 Jiří George Kukla nar

11

12 ČR 19. století a první půle 20. století Čechy fluviální a eolické sedimenty, fauna Antonín Frič Alfréd Slavík Jaroslav Petrbok Morava kras, jeskyně, fauna Jindřich Wankel Karel Absolon

13 ČR druhá půle 20. století Karel Žebera geologie, archeologie Vojen Ložek - měkkýši Jiří Kukla - geologie Karel Valoch - archeologie Rudolf Musil - paleontologie Jiří Svoboda - archeologie Břetislav Balatka - geomorfologie Jaroslav Sládek - geomorfologie Jaroslav Demek - geomorfologie Tadeáš Czudek - geomorfologie Libuše Smolíková - paleopedologie Eliška Růžičková - geologie Miloš Růžička - geologie Antonín Zeman - geologie

14 Příčiny klimatických výkyvů Změny v přísunu energie Oslunění 19. a první půle 20. století Milutin Milanković ( ) Změny oslunění (zde množství dodané energie) pro 65 s.š.za posledních let Změny sklonu zemské osy, precese, změny excentricity zemské dráhy kolem Slunce Severní polokoule dostatečná plocha pevnin Výsledek 4 výrazná minima oslunění Odpovídá počtem kvadriglacialismu Neodpovídá to chronologicky dokladům kvadriglacialismu» Vysvětlováno prodlevou mezi osluněním a reagujícím zaledněním» Jiří Kukla: změny oslunění se plně projevují až s posunem sněžné čáry

15 Periodické cykly Glaciál cca let (spíše tradiční údaj, lépe porovnat s OIS MIS) Interglaciál cca let (spíše tradiční údaj, lépe porovnat s OIS MIS) Stadiál chladný výkyv v rámci glaciálu sudé OIS/MIS Interstadiál teplý výkyv v rámci glaciálu liché OIS/MIS let cyklus rozložení tepla mezi hlavní klimatické pásy let množství tepla dodaného konkrétnímu pásu Dansgaard-Oeschgerovy oscilace cca 1500 let Bondův cyklus cca 1500 let obdoba DO v rámci holocénu Roční cyklus Denní cyklus

16 Obecné procesy ovlivňující klima Změny oslunění (potažmo osa, excentricita, precese) Oceánská termohalinní cirkulace (dryas např.) Tektonika Pokles oceánského hřbetu mezi Grónskem a Islandem Více teplé vody na sever Větší srážky Růst ledovců Antarktida posunující se na pól

17 Metody datace Absolutní Izotopové metody Biologické dendrochronologie Sedimentární - varvy Relativní Stratigrafie Analýza zvětrávacích mikrotvarů (morény např.) Archeologie Paleontologie Paleobotanika Fosilizace kostí s časem klesá obsah organiky, stoupá obsah fluoru silně ovlivněno tafonomickými procesy a podmínkami Stratigrafické markery Referenční křivky 18 O/ 16 O Obsah kyslíku ve vodě Pa/Th Dendrochronologie Paleomagnetismus

18 Metody datace Izotopové a luminiscenční Fyzikální principy působící na atomy konkrétního izotopu prvku Vliv fyzikálních procesů na krystalovou mřížku minerálů Metody absolutního datování

19 14C radiokarbonová metoda Willard F. Libby, 50.léta 20. století 14 C : 12 C Atmosféra = 99% 12 C : 1% 13 C : 0, % 14 C Atmosféra živý organismus mrtvý organismus = konec obnovování poměru C z atmosféry rozpad 14 C a pokles jeho obsahu Předpoklad: stálost koncentrace 14 C v atmosféře 14 6C rozpad neutronu 14 7N + e + ν e Poločas rozpadu = 5730 ± 40 let Metody: Konvenční počítá aktivitu vyzařování energie (klesá se vzrůstajícím stářím hůře měřitelná) vzorky alespoň gramy AMS počítá přímo atomy vzorek mg

20 14C radiokarbonová metoda Časové rozpětí: Desítky let až desítky tisíc let Staré vzorky nízká aktivita vyzařování hůře měřitelné konvenční metodou Spodní hranice cca let Datovaný materiál Organický materiál Původem z jednoho organismu Celkový půdní uhlík bez ohledu na konkrétní organismus předpoklad komunikace půdy s atmosférou

21 14C - kritika Nutnost vyloučení kontaminace Nutnost vhodného nosiče celulóza ze dřeva, kolagen z kostí apod. Nestálost koncentrace 14C v atmosféře Sluneční aktivitou, geomagnetickým polem, geochemickými cykly Narušuje základní předpoklad Zjištěno již v 50. Letech 20. století Nesoulad mezi 14C a dendrochronologií Kalibrace = porovnání datace s jinou metodou

22 235 U 3 rozpady 235 U 234 U (poločas r let) 235 U 230 Th (poločas r let) 235 U 231 Pa (poločas r let) Rozpětí tisíce až statisíce let (cca ) Datovaný materiál uran hojný ve vápnitých materiálech Schránky živočichů Koráli Jeskynní vápnité sedimenty

23 40 K, 40 Ar 40 K 40 Ar (poločas r. 1,25 mld. let) Poměr 40 Ar a 39 Ar Časové rozpětí: Desítky tisíc let a výše Datovaný materiál: Vzorky horniny

24 210 Pb 210 Pb ( 210 Bi 210 Po) 206 Pb (poločas r. 22,26 roku) Měření aktivity olova i mezistupňů Časový rozptyl: Staletí (max. cca 200 let do minulosti) Datovaný materiál: Sedimenty jezer a moří

25 OSL, TL, ESR Přirozená radioaktivita emituje z atomů elektrony zachytávající se v krystalové mřížce Jejich počet s časem stoupá Po zahřátí se elektrony s mřížky uvolňují zpět a vyzařují při tom energii Metody tuto E počítají Metoda měří nikoliv stáří materiálu, ale dobu od posledního resetu (ozáření, zahřátí apod.) Předpoklad konstantního ozařování v čase Znalosti míry tohoto ozařování Metody rozlišeny způsobem a technologií počítání energie Časové rozpětí: Stovky let až miliony let Datovaný materiál: Zrna křemene a živce, vápnité části organismů (schránky měkkýšů, zubní sklovina)

26 dendrochronologie Letokruhy Klima, fyziologický vliv, mechanický vliv Odlišnost podmínek se projevuje různě nejčastěji tloušťka Jarní dřevo Světlé, řidší Letní dřevo Tmavé, hustší Nutno mít dostatečný počet letokruhů (40)

27 dendrochronologie Jehličnany Výrazné letní Výrazný rozdíl mezi jarním a letním Listnaté kruhovitě pórovité dřevo Výrazné jarní Čím letokruh tlustší, tím letní výraznější Dub, jasan, akát, jilm Listnaté polokruhovitě pórovité dřevo Hranice mezi jarním a letním méně výrazná Třešeň, ořešák Listnaté roztroušeně pórovité dřevo Bez výrazného rozlišení jarního a letního Buk, habr, bříza, olše, topol, lípa

28 Varvy Prostředí klidné stojaté vody, sedimentace ze suspenze Tmavé Jemná frakce, mikroorganismy, pyl Světlé Hrubší frakce, méně organiky

29 Stratigrafické metody

30 Sedimentární markery Marker jakákoliv vrstva či charakter vrstvy umožňující relativně datovat nespojité sedimentární záznamy v různých lokalitách Sedimentární s.s. Paleopedologické Geochemické magnetické Biologické archeologické

31 Biostratigrafie Palynologie, paleobotanika, paleontologie etc. Přesnost závisí na: Časovém měřítku Čím starší, tím hrubší Datovacím prostředku Taxony s rychlým fylogenetickým vývojem

32 Referenční křivky Milankovićova křivka Vypočtená, nezpracovává změřená data OIS / MIS teplota mořské vody Poměr 18 O a 16 O měnící se s teplotou vody Schránky dírkovců (CaCO 3 ) v mořských sedimentech Ne vždy se dají dobře provázat se sedimenty kontinentálními Lichá čísla teplý výkyv, sudá čísla studený výkyv V rámci Q 103 výkyvů, 104. výkyv již před Q Kontinuální křivka mořské sedimenty lepším archivem než kontinentální Změny výšky mořské hladiny Datováním korálů Efektivní cca pro posledních let Vývoj teploty vzduchu Obsah kyslíku a deuteria Ledovcové vrty (Grónsko, Antarktis) Varvy, dendrochronologie

33 Data Sedimenty samotné Obsah sedimentů Geomorfologie např. erozní terasy, vertikální posun tvarů pobřeží (útesy), vertikální změny v jeskynních systémech

34 Říční terasy a uloženiny Vltava, Labe, Morava, Bečva, Berounka, Ohře významné terasy Bečvy, které jsou však pozměněny neovulkanismem (podobně Rýn), které by jinak umožňovaly provázání různých systémů periodizace kvartéru severoevropského a alpského umožňují provazovat vývoj různých oblastí Střední pleistocén: Čílec u Nymburku Pátek u Loun Račiněves pod Řípem Terasy pod sprašemi Praha Sedlec Brno Červený kopec Zářez D5 u Berouna Nad horní hranou kaňonů fluviální sedimenty v jedné úrovni z dlouhých období Nejsou vertikálně rozlišeny a nelze je využít pro morfostratigrafický výzkum

35

36

37 Říční sedimenty - nivy Pleistocénní dochované jen výjimečně Polabí Český kras Suchomastský potok Stříbrný potok Březnice u Srbska Tiché údolí pod Úněticemi Velké toky nasedají na erodované svrchnopleistocénní terasy Menší toky často kontinuální vývoj od konce glaciálu po celý holocén

38 Sprašové série Vytvoření půdy na spraši neodpovídá celému interglaciálu i tato teplá období se skládala z menších klimatických výkyvů, na něž vývoj půd reagoval Mohou obsahovat i hiáty Vytvářel se vždy celý komplex půd pedokomplexy Počet PK záleží na zachování, oblasti, stupni poznání- ve střední Evropě cca 12 Ložkovo schéma glaciálního cyklu Společně pokrývají celý pleistocén: Stranzendorf, Krems a. d. Donau, Brno Červený kopec Další: Praha Sedlec (Riss), Dolní Věstonice, Malín u Kutné Hory, Dolní Kounice, Modřice, Předmostí u Přerova, Dolní Věstonice, Sedlec u Mikulova

39 Červený kopec, Brno

40 Paleopedologie Fosilní půdy pohřbené Polycyklické půdy pedogeneze vícekrát Polygenetické půdy více různých pedogenezí Reliktní půdy vznik za jiných podmínek než dnes, nicméně stále procesy probíhají vzniká polygenetická půda Změny klimatu na stejném substrátu vznikaly různé půdy, měnil se charakter půd

41 Praha - Sedlec

42 paleopedologie Spodní pleistocén Rotlehm, Braunlehm Hlinité substráty Silně zvětralá, načervenalá, nažloutlá Cromer / Mindel a starší Terrae calcis z karbonátů Terra rosa načervenalá, vznik patrně na konci terciéru Terra fusca nažloutlá, vznik v interglaciálech Zvětralé, odvápněné, jílovité, sytě zbarvené B horizont, A horizont slabý Hlavně přemístěné, tj. půdní sediment Blízké luvisolům, kambisolům, rendzinám

43 paleopedologie Svrchní pleistocén Černosoly (step, nižší srážky), kambisoly a luvisoly (les, vyšší srážky), rendziny Výjimečně i starší (černozem v superpozici s braunlehmem ve sprašovém profilu k.ú. Čejkovice, Hodonín) Parahnědozem = hnědozem-luvizem

44 Terra fusca.

45 Pleiner Rybová et al. 1978: Pravěké dějiny Čech. Praha. Strana 71.

46 Svahoviny například geliflukční sedimenty, které u nás nalezneme například v Ralské pahorkatině, ač se v menší míře vyskytují na většině území České republiky Obecně: oblasti s dynamickým reliéfem Český kras, Moravský kras Značná tvorba materiálu Vhodné prostory pro ukládání eolických sedimentů Vhodné pro uchování měkkýšů Dynamický reliéf výrazná tvorba svahovin

47 Svahoviny Ctiněves Kurovice u Tlumačova IV. sluj na Chlumu u Srbska Stránská skála Brno

48 Chlupáč et al. 2011:Geologická minulost České republiky. Praha.

49 Ledovcové uloženiny Morény horských ledovců Šumava, Krkonoše, Hrubý Jeseník, Králický Sněžník, Beskydy Morény kontinentálního zalednění Elster: v Podještědí, Frýdlantský a Šluknovský výběžek Saale: Opavsko, Ostravsko, Osoblažsko, Moravská brána Mocnost desítky metrů, výjimečně 150 m

50 Další pozůstatky ledovcové činnosti například ledovcem modelovaný terén periglaciální zóna: Mechanické zvětrávání, sedimentace, permafrost Sedimentace Polabí Podkrušnohorské pánve České Středohoří Pražská a Kladenská plošina, Křivoklátská a Hořovická pahorkatina Plzeňská plošina Moravské úvaly případná korelace alpského a severoevropského systému

51 Jezerní sedimenty Význam pro holocén Význam pro chronologii - varvy Přezletice: spodní/střední pleistocén, slínité a pěnovcové sedimenty Únětice: slínité sedimenty spodního pleistocénu Stonavské jezero (Ostravsko) Holocén: Jezero Švarcenberk v třeboňské pánvi Komořanské jezero v mostecké pánvi Čejčské a Kobylské jezero Ledovcová jezera (Šumava, Krkonoše) Mrtvá ramena v nivách (Polabí, Pomoraví apod.) Soos Jezerní diatomity

52 Komořanské jezero

53 Rašeliniště Horská rašeliniště: Šumava, Krkonoše, Krušné hory Nížinné slatiny: Polabí, Třeboňsko

54 Uloženiny v krasových oblastech Půdy i sutě Obsahují pozůstatky fauny, flóry i archeologické nálezy Sintry a krápníky sedimentaci lze počítat s přesností na rok sedimentace navíc respektuje teplou a chladnou část roku Jeskynní uloženiny Moravský kras Český kras

55 Nivní sedimenty Vytvářely se především v holocénu, pravděpodobně k jejich vzniku přispěla lidská činnost v krajině Výhody Sedimentace z velké oblasti Možnost provázání stratigrafie na velké vzdálenosti Nevýhody Dynamika Resedimentace Hiáty

56 Sladkovodní vápence Travertin = pramenný vápenec Pěnovec = na úpatí svahů a na svazích Pěnitec = pod abri a ve vstupech jeskyní Sintr = vápenec vytvořený v podzemí Obecně vznikají hlavně ve vlhčím a teplejším klimatu tedy interglaciály

57 travertiny Pevné pouze pleistocénní Morava: Kokory, Tučín, Želatovice, Radslavice Čechy Karlovy Vary Slovensko stále aktivní Gánovce, Horka u Popradu, Sivá Brada, Dudince

58 Gánovce

59 Sivá Brada

60 pěnovce Pleistocénní většinou nedochované Čechy pleistocénní: Únětice pod Holým vrchem Holocénní: Svatý Jan pod Skalou Koda Mrsklesy (České středohoří)

61 Výplně krasových dutin Vápnité zásadité prostředí Uchování kostí, schránek měkkýšů apod. 3 facie Vnitrojeskynní Vchod jeskyní Nejlépe obráží klimatický vývoj Povrchové deprese, pukliny, komíny apod. Český a Moravský kras

62 Kvartér vývoj 1,8 Ma Inverze magnetického pole 1,77 Ma Výrazné ochlazení klimatu Rychlejší a výraznější oscilace klimatu 2,58 Ma Výrazná inverze magnetického pole (Gauss/Matuyama) Ochlazení a vysušení klimatu Počátek ukládání spraší Zvýšení tektonické činnosti + vulkanismus Počátek vývoje systému říčních teras Pokles hladiny moří Ochlazení moří Počátek vývoje permafrostu a zalednění Vznik nových typů sedimentů a zvětralin

63 Periodizace - základ Klima Paleontologie zoologie Drobní savci, hlodavci Rychlý fylogenetický vývoj Měkkýši Dobrá indikace stanovištních podmínek stenoekní taxony Drobní živočichové prostorová omezenost Paleobotanika Prostorově méně omezené Pyl větší rozptyl větší šance uchovat se ve více lokalitách

64 Periodizace kvartéru

65 Chronologické systémy Absolutní neabsolutní

66 absolutní OIS / MIS Vyjadřují absolutní dataci

67 Vztah absolutní a relativní chronologie Navázanost relativní ch. na absolutní chronologii Závisí na stavu výzkumu Množství vzorků Kvalita datace Mnohdy navázání nemožné, nedokonalé etc. Absolutní se proto ne vždy využívá Často využívané relativní datování Vyjadřují absolutní dataci druhotně a ne vždy Př.: risská říční terasa, zařazení do pedokomplexu IV

68 Systémy Severoevropský V ČR skrze Labe a Odru + přímé zalednění na S Moravě, ve Slezsku a v S Čechách Polský Mají vlastní Nám blízký V praxi u nás neužíván Alpský Prvotní Pro ovlivnění tektonikou později opuštěny V ČR dlouho snaha o synchronizaci a propojení Možnost v Moravské bráně Nemožno: i Bečva tektonicky ovlivněna Celosvětově i v rámci Evropy další systémy

69 Korelace systémů Kontinuální škály absolutně datované OIS / MIS Nekontinuální sedimentární aj. záznamy relativně chronologicky seřazené Ne vždy to jde, ne vždy to sedí Například korelace interstadiálů a stadiálů s OIS / MIS stádii

70

71 holocén holocén Würm Visla Riss / Würm Eem Riss Saale Mindel / Riss Holstein Mindel Elster Günz / Mindel Cromer Günz Bavel + Menap Donau / Günz Waal Donau Eburon Biber / Donau Tegelen Biber Pretegelen Korelace systémů: Potřeba korelace absolutní datování ne vždy dostupné Jednoduchost Nedokonalost