Principy diferenciace fyzickogeografické sféry …v kontextu dimenzí Jan Hradecký FG sféra • Litosféra • Toposféra • Hydrosféra • Atmosféra • Kryosféra • Biosféra/ekosféra Pedosféra hybridní systém Energie endogenních procesů Sluneční energie a globální transport vzdušných hmot Topoklima Hydrotyp Prvek systému Biocenóza Půdní typ a druh Forma georeliéfu Litotyp Složka okolí systému Paleoklima (Paleokrajina) Klíčové vazby mezi okolím a prvky systému Lokální klíčové vazby mezi prvky systému Všeobecné klíčové vazby mezi prvky systému věk prvku dynamika prvku Teorie geografických dimenzí • Prostor. • Čas. Hovoříme-li o rozměrech zkoumaných geografických objektů, je z hlediska vlastního poznání fungování planety Země nutné vymezit studované geokomplexy podle velikosti plochy, kterou zaujímají v prostoru (resp. na mapě). Zavádíme proto tzv. kategorie geografických prostorových dimenzí. Geotop šterkové lavice Geotop rašeliniště přechodného typu Topická dimenze Geochory ? ? pohoří jezero ledovcové údolí a svahy? Regionální až globální úroveň Pravidla dimenzí • Srovnatelnost. • Soubor map odpovídajícího měřítka. • Metody výzkumu. Geotop 1 Geotop 2 [an; rn] [an; rn] topická chorická regionální planetární 1:5000 a větší 1:10 000 ~ 50 000 1:50 000 ~106 106 a menší -Terénní (jednorázový, polostacionární, stacionární) -Distanční -Laboratorní Zákonitosti diferenciace FG sféry 1) zonalita a její varianty: – planetární pásmovitost, – vlastní horizontální zonalita, – výšková zonalita, – předhorská zonalita; 2) azonalita; 3) přechodné zákonitosti: – provincionalita, – sektorovost. Klima – transformace slunečního záření/geotermální energie Vlastnosti georeliéfu a litologie různé formy interakcí Geobiomy • Diferenciace terestrických systémů je nejvýraznější v kontextu klimatu, půd a vegetace. • V této souvislosti hovoříme o segmentech, kde se uplatňuje šířková pásmovitost (klimatické pásy a na ně vázaná vegetační a živočišná společenstva). • Jedná se o tzv. geobiomy, které představují geoekosystémy značných rozměrů co by totality života a jeho prostředí na šířeji definovaném území. • Jsou charakterizované: – radiační bilancí, – atmosférickou cirkulací, – půdami a – vegetačním krytem Typy geobiomů • Zonální geobiomy (zonobiomy, zonální ekosystémy) diferenciačním faktorem je energetická bilance území řízená primárně polohou území na planetě (zjednodušeně řečeno jde šířkovou pásmovitost, která má však celou řadu odchylek). • Jde o makroklimaticky podmíněná společenstva organismů vázaná na odpovídající ekologické poměry (např. zonální půdy). Sukcesně jde o tzv. klimatické klimaxy. • Azonální geobiom (azonální ekosystém), je reakcí na regionální či lokální specifika georeliéfu, chemismu půdy, hydrismu půd (skalní biotopy, rašeliniště, halobiomy, mokřady, apod.), je jen mírně svázán s makroklimatem dané zóny, tzn. může se vyskytovat i nezávisle na ní, náleží sem i tzv. orobiomy; „edafický klimax“ Holdridge systemPrůměrnáročníteplota Potenciální/reálná evapotranspirace Průměrnýročníúhrnsrážek Zonální geobiomy - varianty • geobiomy podmíněné planetární pásmovitostí (horizontální zonalita I. řádu), • planetární pásmovitost = zákonité rozčlenění fyzickogeografické sféry na fyzickogeografická pásma, které mají průběh od západu k východu (arktické, subarktické a subantarktické, severní a jižní mírné, severní a jižní subtropické, severní a jižní tropické, severní a jižní subekvatoriální a ekvatoriální pásmo). • Každé pásmo je vnitřně diferencované na horizontální zóny v mimohorských oblastech (viz další varianta) a typy vertikální zonality v pohořích. • Zákonitost lze vyjádřit jako závislost mezi množstvím slunečního záření a změnou zeměpisné šířky. I. Rovníkové perhumidní klima - oxisoly- tropický deštný les II. Tropické klima s letními dešti - ultisoly, oxisoly - savana, poloopadavý les, monzunový les III. Subtropické aridní klima - aridisoly, halisoly- horká poušť, polopoušť IV. Středozemské klima se suchýmlétem- kambisoly, chromosoly- tvrdolistý les V. Přímořské temperátní klima - podzisoly, luvisoly- vždyzelené lesy VI. Typické temperátní klima s mírnou zimou - kambisoly, luvisoly - opadavý širokolistý les VII. Aridní temperátní klima s tuhou zimou - molisoly, aridisoly - step, kontinentální poušť VIII. Chladné temperátní (boreální) klima - podzisoly- jehličnatá tajga IX. Subarktické klima - kryosoly, molisoly- tundra Přehled základních makroklimatických typů na Zemi a příslušné základní typy půd a zonogeobiomy • geobiomy podmíněné vlastní horizontální zonalitou (horizontální zonalita II. řádu), • chápána jako: zákonité rozčlenění dostatečně velkého mimohorského teritoria na fyzickogeografické zóny, které mají různý průběh. Příčinou je prostorová změna poměru tepla a vláhy, kterou podmiňuje změna zeměpisné šířky, resp. délky. • Příkladem je oblast mírného pásma kontinentálního klimatu charakterizovaná černozeměmi a stepními společenstvy na severoamerickém kontinentu, kde se průběh Z-V stočil na meridionální podél 100° z.z.d. Zonální geobiomy - varianty Hlavní vegetační zóny SA a jejich vztah k roční reálné evapotranspiraci a ročnímu deficitu vody. Specifické varianty zonality • předhorská nebo také podhorská zonalita (Ľ. Mičian a F. Zatkalík, 1990), někdy označovaná jako horizontálněvertikální zonalita. • Patrná je tato zákonitost v průběhu půdních zón v mezihorských nížinách nebo kotlinách střední Evropy. • Jedná se o zonaci, která je kombinací horizontální a vertikální diferenciace krajinné sféry. • Příčinou existence zonace je růst humidity směrem k pohoří, který podmiňuje klimatický vliv horského území (bariérový efekt - bariérová zonalita). Předhorská zonalita • Obecné schéma podhorské zonality: černozemě (nejteplejší, nejsušší a také nejvzdálenější území) kambizemě (humidnější chladnější klima, blíže k horám) luvizemě a pseudogleje (nejhumidnější klima nejblíže horám) Na dané půdní poměry se budou vázat i specifické biocenózy. Příkladem oblasti s podhorskou diferenciací krajinné sféry je např.: Podunajská nížina, podhůří Kavkazu a Altaje, Vněkarpatské sníženiny, Polabí, atd. Předhorská zonalita střední Evropy: 1 a 2 – nížiny, 3 – pohoří, 1 – mírně zvlněné sprašové roviny a pahorkatiny – prostor, kde pozorujeme projevy předhorské zonality, 2 – fluviální roviny a výskytem azonálních půd. Půdní typy: ČE – černice, ČM – černozemě, FM – fluvizemě, HM – hnědozemě, KM – kambizemě, LM-PG – luvizemě a pseudogleje. Potenciální vegetace: AQ – ponticko-panonské dubové xerotermofilní lesy (AceriQuercion), Cr – dubovo-habrové panonské lesy (Querco robori-Carpinenion betuli), C – karpatské dubovo-habrové lesy(Caricipilosae-carpinenion betuli) (Mičian 2008) Provincionalita a sektorovost • Komplikací v horizontální zonalitě planety jsou projevy tzv. provincionality, kdy se horizontální zóny diferencují na především půdně-geografické provincie. Hlavním faktorem je vliv kontinentality a oceanity. • Při diferenciaci horizontálních zón sehrávají důležitou roli klimatické a substrátovogeomorfologické podmínky. • vysokostébelné stepi s černozeměmi (Rusko): – atlanticko-kontinentální stepní oblast (Východoevropská nížina), – kontinentální stepní oblast (sibiřsko-kazachstánská obl.) Azonalita • Azonální geobiomy (azonální ekosystémy) - komplikují zonální průběh geobiomů v důsledku specifických zvláštností geologické stavby území a georeliéfu. • Tyto faktory se odráží pro fytocenózy v zásadních abiotických faktorech území - charakteru půd a v hydrologickém režimu oblasti. • Z hlediska sukcese se jedná o tzv. edafické klimaxy. • Vlivem endogenních procesů došlo k diferenciaci fyzickogeografické sféry na oceány a kontinenty, kontinentů na pohoří a nížiny, atd. 1 – horská soustava vzniklá výzdvihy, 2 – nížina vzniklá relativními poklesy P – dílčí pohoří, K – vnitrohorské kotliny, NP – nížinná pahorkatina, R – rovina „horské půdy” (např. hnědé lesní půdy, podzoly “nížinné půdy” (NP - černozemě, hnědozemě, ilimerizované půdy až pseudogleje; R - nivní a lužní půdy) Azonalita cerrada Pedobiomy • určujícím faktorem prostředí jsou parametry půdotvorného substrátu a půdy samotné, • v rámci pravidelných zón se tak vyskytují intrazonální a azonální ekotopy, • Podle charakteru substrátu rozlišíme azonální typy: – litobiomy - kamenité půdy, – psammobiomy - písčité půdy, – halobiomy - zasolené půdy, – helobiomy - půdy marší, – hydrobiomy - zamokřené půdy, – peinobiomy - půdy chudé na živiny, – amphibiomy - půdy zaplavované vodou Litobiomy – „statické“ •serpentinity - deficit hliníku - malé množství jílových minerálů, •půdy jsou málo odolné vůči erozi, jsou mělké, málo úživné, •evidentní je role půd v charakteru vegetace Vliv „serpentinitového“ efektu na výškovou stupňovitost pohoří Sierra de Moa na Kubě.Vysvětlivky: A) poloopadavý les, A´) rozvolněné bory, B) submontánní sezónní vždyzelený les, B´) submontánní deštný les, C) zakrslý les s výrazným mechovým patrem, C´) tvrdolistý horský les, D) horský les, E) zakrslý les, E´) zakrslý les (keřovitý) (Huggett 2001) Hadcová step u Mohelna Stromový porost stepi je složen především z vzácné formy borovice lesní (Pinus silvestris hamata), z keřů zaujme dřín obecný (Cornus mas) a jalovec (Juniperus communis). Na zdejších borovicích je časté jmelí bílé borovicové (Viscum laxum laxum). podmrvka hadcová (Notholaena marantae) nanismus tařinka horská (Alyssum montanum) stepní podmínky umocňuje i relativně tmavá barva hadce (aktivní povrch), což zvyšuje příkon slunečního záření teplotní průměry jsou vyšší na svazích a skalních výchozech dochází ke zvýšenému výparu zvýšení aridity ekotopů Ukázka litobiomu na obnaženém lakolitu křídového stáří v podmínkách submediteránního klimatu - AjuDag - Krym Ukázka litobiomu na efuzivních horninách stratovulkánu Karadag - Krym lesostepní vegetace na andosolech Kontrast substrátů - vápence s jílovci Litobiomy – „dynamické“ Halobiomy - mokřady na pobřeží - marše typ mokřadních ekotopů na mořském pobřeží v různé vzdálenosti od přílivové zóny výrazný vliv slané vody vznik zasolených půd Spojený efekt morfologicko-pedologické azonality projevující se zakrslým charakterem lesních společenstev (pobřeží severní Kalifornie – Mendocino Coast). Vysvětlivky: A) eolické sedimenty pleistocenního stáří, B) marinní plážové sedimenty pleistocenního stáří, C) jurské pískovce, D) seskvioxidický mramorovaný B horizont, 1-5) plážové stupně, I.) lesní porost s dominancí Pseudotsuga sp. a Sequoia sp., II) porosty Pinus muricata, III.) zakrslé porosty Pinus contorta ssp. bolanderi (Jenny et al. 1969). Polohy zasolených půd podél vyschlého toku - halobiom zasolené epizodicky protékané koryto Salary - Atacama Psammobiomy • akumulace vátých písků (střední Evropa, pobřeží Baltského moře - PN Slowinski, Hodonínsko, Nymbursko), • horké a chladné pouště, • oblasti budované pískovci - písčité zvětraliny Akumulace písků na pobřeží Severního moře dosah přílivu - slaná voda, pH nad 7, vysoké sycení sorpčního komplexu, slanomilná jednoletá společenstva ploché primární duny - méně slané, pH nad 7, nasycený sorp.komplex, víceleté druhy, hluboce kořenící bílé duny - méně slané, pH nad 7, bohaté živinami šedé duny - odvápněné, chudé na živiny, pH 5- 6, střední nasycení sorp. koml.,xeromorfní druhy hnědé duny - velmi chudé na živiny, pH 4,5, nízké nasycení sorp. koml., přímořská vřesoviště křovinaté duny - bílé duny do nich přímo přecházejí - závětrné svahy dun, rakytník - vrbiny les na dunách - velmi mladé ekotopy osídleny dřevinami velmi málo - objevuje se borovice lesní se šichou a vřesem Biotop dun Biotop borovicového lesa na dunách PN Slowiński - Polsko Peinobiomy Hydrobiomy Projevy azonality na ekotonovém přechodu tajgy a tundry v oblasti centrální Aljašky. Zásadní vliv na detailní diferenciaci geotopů má variabilita reliéfu, která ovlivňuje charakter pedogeneze následkem různé distribuce sněhové pokrývky. Vysvětlivky: 1) O horizont (rašelina), 2) zvětralina, 3) štěrky, 4) skalní podloží, 5) poloha permafrostu, 6) suché a skeletnaté půdy vrcholových poloh, 7) vlhké půdy s výskytem permafrostu, 8) rašelinné půdy s výskytem permafrostu (Swanson 1996) Amphibiomy nivy mokřady Rýžová pole Výšková stupňovitost • georeliéf planety se vyznačuje značnou vertikální rozrůzněností, • geobiomy nejsou modifikovány pouze horizontální zonalitou, ale projevuje se také vliv tzv. výškové stupňovitosti, • omezuje se pouze na horské soustavy, • horské oblasti pokrývají povrch značné části souše - významný typ diferenciace!!!, • vertikální stupňovitost se neuplatňuje pouze u velkých jednotek, ale také u menších regionálního či chorického charakteru. Výšková stupňovitost • představuje zákonité rozčlenění pohoří, horské soustavy do vertikálních fyzickogeografických stupňů, • vzniká zákonitě uspořádaný sled fyzickogeografických segmentů: úpatí vrcholová oblast • hlavní příčinou takové diferenciace je změna klimatických podmínek vázaná na změnu nadmořské výšky. VEGETAČNÍ STUPEŇ • vyjadřuje souvislost sledu rozdílů přírodní vegetace se sledem rozdílů výškového a expozičního klimatu • ČR: dubový, bukodubový, dubobukový, bukový, jedlobukový, smrkojedlobukový, smrkový, klečový • S nadmořskou výškou se mění tepelná bilance území, kdy sice narůstá intenzita slunečního záření, ale rychleji roste také dlouhovlnné vyzařování. • Vlivem bariérového efektu dochází do výšky 2 000 - 3 000, místy i 4 000 m k nárůstu vlhkosti. • V inverzních polohách (např. hluboce zařezaná údolí, mezihorské kotliny, apod.) je vertikální stupňovitost komplikována specifickými klimatickými poměry - inverze vegetačních stupňů. Výšková stupňovitost Vegetační stupně - projev vertikální stupňovitosti - ČR Roční suma teplot Průměrná teplota vzduchu ºCelsia Průměrné srážky mm vodního sloupce Číslo a název vegetačního stupně nad 8º Celsia ± směrodatná odchylka roční lednová červencová nadnormální podnormáln í 1 dubový 2 bukodubový 3 dubobukový 4 bukový 5 jedlobukový 6 bukojedlo- smrkový 7 smrkový 8 klečový 3150±110 2920±110 2660±110 2370±113 2050±117 1680±121 1240±125 800±131 9,6±0,55 8,8±0,58 7,9±0,61 7,0±0,67 6,0±0,76 4,8±0,88 3,3±1,07 0,8±1,64 -1,8 -2,1 -2,6 -3,2 -3,9 -4,7 -5,7 -6,9 19,9 18,7 17,6 16,7 15,7 14,2 12,1 9,0 650 680 720 820 1000 1250 1550 1920 540 560 590 640 770 950 1130 1350 Vegetační formace na Růžovém vrchu – příklad vlivu expozičního klimatu, reliéfu a hornin pískovce bazanit deluvia, kam. sutě suť. lesy květnaté bk bory smrčiny (pův. jedlobuk. lesy) smrčiny a bory (pův. jedlobuk. lesy) bory (borové doubravy) Inverzní uspořádání společenstev v členitém reliéfu skalních měst Vertikální stupňovitost - Evropa • Ve fyzickogeografických podmínkách střední Evropy se po ústupu ledovců během holocénu ustavily výškové vegetační stupně: • Planární (nížinný) stupeň - charakterizují jej teplomilné doubravy. Horní hranice sahá do přibližně 200 m n.m. (max. 300 m n.m.). Reálně se vyskytuje jen na j. Moravě. • Kolinní (pahorkatinný) stupeň - zahrnuje dva edafické klimaxy: dubohabřiny na minerálně bohatších půdách a aciidofilní doubravy na minerálně chudých kyselých půdách. První varianta dominuje hlavně v karpatské oblasti, druhá v j. až západních Čechách. Horní hranice stupně se pohybuje mezi 400 - 500 m n.m. • Submontánní (podhorský) stupeň - dominují mu submontánní bučiny. Horní hranice kolísá mezi 600 - 700 m n.m. • Montánní (horský) stupeň - charakteristické jsou edaficky podmíněné typy jedlobučin a kyselých bučin, které vystupují do výšek 1 100 - 1 200 m n.m. • Supramontánní (oreální nebo vyšší horský) stupeň - je stupněm smrčin. Horní hranice tohoto stupně je horní hranicí lesa, která v různých pohořích probíhá v různých nadmořských výškách. Nejníže sestupuje v Krkonoších (1 250 m n.m.), v Hrubém Jeseníku dosahuje asi 1 400 m n.m., na Šumavě 1 430 m n.m. a ve slovenských Karpatech 1 550 m n.m. • Subalpinský (nižší vysokohorský) stupeň - v našich horách se prezentuje porosty kosodřeviny, které se střídají s travino-bylinnými formacemi. V českých horách však nedosahuje svého horního limitu. V karpatském horském systému sahá až do nadmořských výšek 1 800 - 1 850 m. • Alpinský (vysokohorský) stupeň - u nás se nevyskytuje. Nejblíže je vyvinut ve slovenských Nízkých a Vysokých Tatrách. Charakteristická jsou společenstva travin a bylin. • Subnivální (nižší sněžný) stupeň - vyznačuje se porosty “vysokohorské tundry” - lišejníky a mechy. Nejblíže je jeho výskyt možný ve vrcholových partiích Vysokých Tater nad 2 400 m n.m. • Nivální (sněžný) stupeň - u nás není vyvinut, najdeme jej např. v Alpách, kde jeho dolní hranice kolísá podle orografiických a mezoklimatickýc podmínek mezi 2 500 - 3 350 m n.m. Vertikální stupňovitost - Evropa Výšková stupňovitost - vegetační mozaiky od montánního stupně po nivální (centrální Alpy) Profil vegetační stupňovitostí střední Evropy Středoevropská pohoří a struktura jejich subalpinského a montánního stupně Horní hranice lesa, h.hr. stromů Alpinská hranice lesa •Alpinská hranice lesa (AHL) je jednou ze základních biogeografických hranic. •Je to linie oddělující nejvyšší lesní stupeň od horské tundry. Na této hranici se prudce mění mikroklimatické podmínky, nezalesněný povrch je více vystaven účinkům mrazových procesů, a proto bývá alpinská hranice lesa některými autory označována jako dolní limit periglaciální zóny v horském prostředí (Ballantyne et Harris 1994). •V České republice sahají nad alpinskou hranici lesa pouze pohoří Vysokých Sudet, tj. Krkonoše, Králický Sněžník a Hrubý Jeseník. •Jak v Krkonoších, tak v Hrubém Jeseníku a na Králickém Sněžníku lze nalézt důkazy o původnosti alpinského bezlesí. Jsou jimi zejména recentní periglaciální jevy – thufury, soliflukční laloky, putující bloky a endemická rostlinná společenstva striktně vázaná na bezlesí. Rankery a podzoly v zóně alpinského bezlesí Kryogenní půdy Putující bloky horniny Diverzita ekotopů v alpínském stupni důležitá role georeliéfu, větru, sedimentace, transportu a odtávání sněhu, tvorba půd - viz také anemoorografické systémy Horní hranice stromů na kontinentech a ostrovech v závislosti na nadmořské výšce – důležitým limitem je 10°C izoterma nejteplejšího měsíce. Schéma ilustruje obecnou roli kontinentality (upraveno podle Huggett 2001) Vertikální a horizontální vegetační zóny - Venezuelské Andy Diskrétníadifúzníhranice Náhlá změna v rozmezí přibližně 25 výškových metrů je typická pro jižní svahy západní části Kavkazu (A), zatímco v pohoří Východních Sajan evidujeme pozvolný přechod modřínového lesa v bezlezí (B). Výšková stupňovitost půd • klimasekvence půd na svazích horských jednotek, • role teplotního výškového gradientu a srážkového gradientu, • pozor - vliv zeměpisné šířky! • nárůst výšky se projeví v : – nárůstu obsahu organických látek, – roste index C/N, – klesá pH, – klesá obsah Mg, Ca a K • u lesní půdy se s výškou zvyšuje podíl humusu zhoršuje se jeho kvalita - klesající teplota vede k pomalejšímu rozkladu organ. látek (surový humus), • v kombinaci se z.š. se blíže k rovníku opad rychleji rozkládá - rychlejší humifikace, • Sierra Nevada - 2x zvýšené množství dusíku - 2 760 m n.m. - Indie - stejného množství je dosaženo již při 1350 m, Kolumbie - 890 m - což je ekvivalentní poklesu teploty o 14,6 - 7,6 a 5°C Výšková stupňovitost půd • charakter humusu závisí i na z.š. • mírné klima -mul (střední a nižší polohy)- list. lesy - hnědé lesní půdy • vyšší polohy - mul-moder - listnaté lesy až smíšené - hnědé lesní půdy • subalpinská zóna - jehličnany a vřesoviště acidifikace - podzoly, • alpinské louky - moder - sur. humus - rankery rendziny - slabě vyvinuté půdy - kyselý rašelinný horizont Výšková stupňovitost půd