STŘEDOEVROPSKÁ KRAJINA NA POZADÍ KVARTÉRNÍHO VÝVOJE VÝZNAM PROCESŮ V KRAJINĚ Motto: Z POVRCHU VĚCÍ KDYŽ SETŘEŠ PĚNU, VĚČNOU A STÁLOU JEN UVIDÍŠ ZMĚNU. JEDINÁ PRAVDA PŘETRVÁ VĚKY: NEVSTOUPÍŠ DVAKRÁT DO TÉŽE ŘEKY. (Herakleitos) Krajinné procesy Kasifikace geoekologických procesů • procesy vázané na litosféru (= geologické procesy), • procesy vázané na toposféru (= geomorfologické procesy), • procesy vázané na atmosféru (= atmosférické procesy), • procesy vázané na hydrosféru (= hydrologické procesy), • procesy vázané na pedosféru (= půdní procesy), • procesy vázané na kryosféru (= glaciální a periglaciální procesy) • procesy vázané na biosféru ( = biologické procesy). Antropogenní procesy nebo antropogenní akcelerace přirozených procesů Typologie procesů podle významu v geosystému • Genetické = procesy vedoucí ke vzniku nějakého jevu nebo objektu • Udržovací = uskutečňující fungování systému v rámci určitého rovnovážného stavu • Transformační = procesy působící proti stavu existující rovnováhy a způsobující změnu stavu (evoluční x revoluční) Procesy podle zdroje energie • elektromagnetická energie - zdrojem je Slunce, • gravitační energie - původcem je Země, ale i další tělesa sluneční soustavy • geotermální energie vznikající v zemském tělese v důsledku radioaktivních procesů a přitažlivých sil Geotermální energie Subglaciální erupce Gravitační energie Guinsaugon, Leyte Island, Filipíny, 17.2. 2006 – více než 1100 mrtvých Evans et al. 2007, Landslides New Zealand, Wanganui – podle Crozier, Glade zdroj GoogleEarth 12.5. 2008 Wenchuan, Sechuan, Čína Ciu et al. 2009, Nat Hazards Zemětřesení: M 8.0 Zemětřesení vyvolalo vznik: 4970 rizikových lokalit 1701 sesuvů 1844 skalních lavin 515 blokovo-bahenních proudů 1093 nestabilních svahů Elmag. energie Procesy vzniku a transformace biomasy Procesy pohybu a transformace vody Procesy pohybu a transformace vzduchu Vývoj, fungování dynamika Fungování x vývoj x dynamika • Fungování tak představuje základní projev každého geosystému a je výsledkem podmínek vnitřního a vnějšího prostředí. • Fungování má časový aspekt. Pokud chceme popsat fungování geosystému, pak ho musíme sledovat v určitém časovém intervalu. • Jelikož fungování geosystému představuje suma všech možných geoekologických procesů, které mají různé délky trvání a různou intenzitu, tak z dlouhodobého hlediska hovoříme o průměrném (normálním, běžném) fungování geosystému. • Normální fungování geosystému zabezpečuje soubor procesů, které jsou jakousi „vnitřní prací“ geosystému. • Tyto procesy probíhají za situace, že je k dispozici energie. • V přírodních geosystémech se proto jedná o procesy vedoucí k transformaci sluneční, gravitační, geotermální energie nebo energie chemických vazeb. Chování geosystému = projev fungování. Vývoj geosystému představuje změny (postupné ale i náhlé), které vedou k transformaci struktury geosystému. Postupné (graduální) formy vývoje souvisí například s významným ekologickým procesem, jímž je sukcese. Opakem jsou katastrofické události – razantní změna nebo likvidace geosystému. Dynamikou geosystému rozumíme pochody a změny, které přesahují rámec fungování, ale neprovází je změna struktury. Fungování x vývoj x dynamika Rytmy, cykly, epizody…. Projev homeostáze Teorie prahů - autoregulace ustálená rovnováha termodynamická rovnováha dynamická rovnováha statická rovnováha stabilizovaná rovnováha nestabilizovaná rovnováha Hranice pleistocénu a holocénu • základem je odlišnost od klimatických poměrů třetihor (pliocénu) - ochlazení, časté střídání teplých a studených období, • Spodní hranice pleistocénu cca 1,7 – 3,5 Ma BP INQUA = 2,6 Ma • Hranice pleistocén – holocén: cca 10 700 BP (dosud nedořešeno) Antropocén Paul J. Crutzen společně s E. Stoermerem navrhli termín Anthropocene pro období, kdy se lidské aktivity stávají jednou z velkých globálních sil (Global Change Newsletter 41, 17–18, 2000). Jako začátek antropocénu navrhli konec 18. století, ačkoliv si jsou vědomi toho, že opět jde o umělou hranici. Tato hranice se přibližně kryje s objevem parního stroje Jamesem Wattem (v roce 1784), s Velkou francouzskou revolucí či s koncem baroku ve střední Evropě. Klima • hlavním rysem kvartéru jsou klimatické výkyvy projevující se v kvalitě ostatních složek krajiny, • rozdíl mezi pleistocénem a holocénem, • v holocénu začíná krajinu aktivně ovlivňovat člověk, • změny v environmentálních parametrech jsou vyjádřeny v geochronologii kvartéru Co se dělo na počátku pleistocénu? • první výrazné ochlazení a aridizace klimatu, • ukládání spraší na velké ploše v Asii, • pokles a ochlazení hladiny oceánu, • začátek vývoje permafrostu (SV Eurasie, SV S. Amerika), • začátek vývoje kontinentálního ledovce ve Skandinávii, horské ledovce (Alpy), • radikální změna FG podmínek + + - - Co se dělo na počátku holocénu? • nástup oteplení - interglaciál - humidizace, • hranice leží na kontaktu s posledním chladným výkyvem - tzv. pozdní glaciál - mladší dryas, • postupně se mění FG podmínky, • šíří se lesy, • nástup vlivu člověka - antropoprese - nový směr vývoje krajiny Ústup kontinentálního ledovce za morény stádia Salpausselkä ve FIN Pozdní glaciál Geochronologie holocénu + archeologicko- historická chronologie Příčiny klimatických změn • terestrické: – změna průběhu mořských proudů termohalinní proudy (Golfský proud - odklon) – rozložení pevniny (teorie litosférických desek), – koncentrace skleníkových plynů, – orogeneze (sopečná aktivita) • extraterestrické faktory – změny v intenzitě slunečního záření (sluneční aktivita), – změny dráhy Země Milankovićovy cykly (1930) • astronomická hypotéza změn klimatu, • jedná se o vliv dlouhodobých změn parametrů zemské dráhy, • předpokládá změny následujících parametrů: – výstřednosti zemské osy, – délky perihélia, – sklonu zemské osy Změna výstřednosti (e) • perioda kolem 100 000 let, Délka perihélia • změna úhlové vzdálenosti přísluní od jarního bodu, který se přemísťuje v důsledku precese (pravidelný pohyb osy rotujícího tělesa, na které působí vnější síla), • perioda kolem 21 000 let, • důsledkem je, že se Země dostává nejblíže ke Slunci v různých částech roku, Sklon zemské osy • perioda 41 000 let, • mění se hodnota úhlu ε sevřeného rovinou ekliptiky a rovinou světového rovníku v mezích 22°04´- 24°34´, • zvýšení hodnoty (zvětšuje se i deklinace Slunce) - zvyšuje se výška Slunce nad obzorem v létě a zmenšení v zimě - léto je teplejší, zima chladnější, • přitom roční sumy slun. záření ve vysokých šířkách obou polokoulí vzrůstají, v mírných se změnšují Sluneční aktivita • dlouhodobé sledování - Johann Rudolf Wolf - Wolfovo číslo - monitorování slunečních skvrn za posledních 300 let, • sluneční skvrna - zvýšení magnetického pole - zpomalení konvekce - ochlazení, • sledováním byly zjištěny periody sluneční aktivity: 11(22), 80-90, 600 let Wolfovo číslo Oscilace insolace 1Ma - 0 BP Informace o minulosti • Sedimenty – terestrické, mořské (organického x anorganického původu) • Ledovcová jádra • Pylová analýza • Archeologické nálezy • Historiské záznamy • Datování (např. radiokarbonové) Glaciál/interglaciál tepleji - vypařování těžšího kyslíku zakomponování do ledovce chladněji - spíše se vypařuje lehký kyslík - v ledu je ho zakomponováno více Co vše je zakonzervováno v ledu? Pylový záznam pelyněk bříza borovice topol Kykula Kysucké Beskydy Mts. 0 400 lower lake upper lake jezero h>3 m Zahrazení údolí hiát 10 900 ± 60 10 630 ± 50 Kykula Kysucké Beskydy Pylová analýza Kategorie podnebných výkyvů • výkyvy I. řádu - jasně vyhraněná dlouhá období chladná a teplá – GLACIÁL (PLUVIÁL) – INTERGLACIÁL (INTERPLUVIÁL), • výkyvy II. řádu - kratší etapy v rámci glaciálu – STADIÁLY – INTERSTADIÁLY (období výrazně teplejší než průměr glaciálu) • výkyvy III. řádu - drobné výkyvy (např. ve vlhkosti oceanizace x kontinentalizace) Kategorie výkyvů • nové poznatky získané z ledových jader odebraných z ledovců v Grónsku a na Antarktidě vnášejí naprosto nové poznatky k vývoji klimatu a z něho odvozovaných přírodních podmínek, • zásadní jsou poznatky o větším množství výkyvů a jejich kvalitativní odlišnosti, • z tohoto hlediska by bylo vhodnější užití pojmů teplý a chladný event (alternativa německého označení period - Kaltezeit, Warmezeit Glaciál • úsek s výrazně sníženou průměrnou teplotou (o 8-9°C nižší roč. prům.teplota), • rozvoj ledovců - horské, kontinentální zalednění, • pokles hladiny moří, • změna vegetace - studené stepi až tundry, • suché, chladné pevninské klima, • mechanické zvětrávání - role mrazu, • zesprašnění, eolická aktivita, • slabá pedogeneze - surové půdy, • otevřená krajina bez zapojeného lesa, Interglaciál • teplá fáze - klima mohlo být i teplejší než dnes, • oteplení - humidizace - pedogeneze zesiluje, • nástup dřevin - uzavíraní krajiny - lesní formace, • chemické zvětrávání, • deglaciace - ústup ledovců - kontinentální, u horských se může vlivem zvlhčení klimatu projevit i nárůst plochy, • vliv oceanity se projevoval hlouběji do kontinentu - o 75- 100 % vyšší srážky, Kvartér - metan CO2 CH4 IVERSENŮV CYKLUS • jednoduchý fázový model pro vývoj prostředí a vegetace v klimatickém cyklu kvartérního období, • fáze: – protokratická, – mezokratická, – oligokratická, – telokratická Iversenův cyklus PŮDY VEGETACE PROTOKRATICKÁ FÁZE • pretemperátní období • dochází k imigraci druhů stromové synusie z jižně položených refugií • první druhy byly druhy boreálního geoelementu – bříza + borovice MEZOKRATICKÁ FÁZE • formují se listnaté smíšené lesy • stromy poskytující stín – dub, jilm – postupně nahrazují pionýrské světlomilné druhy • poměrně dlouhá etapa – ještě není ustálena vegetace – pylové analýzy dokumentují, že nové druhy nastupují v průběhu trvání interglaciálu – rostoucí floristická diverzita je výsledkem celého procesu OLIGOKRATICKÁ FÁZE • postupně se transformuje i půdní složka krajiny, kterou ovlivňuje složení temperátních lesů, silně jsou postižena místa původního zalednění v chladných fázích pleistocénu • zvětralina, substrát tvořený tillem je postupně transformován z neutrální na kyselé půdy • tyto půdy preferují druhy jako je smrk – dominuje oligokratické fázi • zformované jehličnaté lesy dále prohlubují acidifikaci půdního prostředí (kyselý mor) TELOKRATICKÁ FÁZE • konečná fáze má charakter návratu k ochlazení • smíšené listnaté lesy jsou nahrazovány otevřenými formacemi jehličnanů • teplomilné druhy mizí Ekologické charakteristiky stromů v jednotlivých fázích cyklu - severní Evropa SEVERNÍ EVROPA V MLADŠÍM DRYASU pevninský ledovec horský ledovec předledovcová jezera tundra/lesotundra horské tundry alpinské hole tajga stepi SEVERNÍ EVROPA V PREBOREÁLU pevninský ledovec horský ledovec jezera tundra/lesotundra horské tundry alpinské hole stepi tajgaSMÍŠENÉ LESY Kvartérní klimatickosedimentační cyklus (V. Ložek) Fáze: • kataglaciál, • interglaciál • anaglaciál • marker, • pleniglaciál Kvartérnícyklus Kvartérní cyklus • průběh podnebí v kvartéru má zákonitý sled projevující se v dalších složkách krajinného systému, • projevy ve zvětrávání, odnosu, sedimentaci, pedogenezi, rostlinných a živočišných společenstvech, morfogenezi..., • model cyklu vychází z kvartérně-geologických dat (vytvoření souvislého sedimentačního a půdotvorného cyklu sprašových sérií suchých oblastí), • jedná se o model cyklu I. řádu (GL-INT) 1. fáze: kataglaciál • závěrečná fáze glaciálu - postupný nárůst teploty hlavním rysem je nástup vegetace, • taje permafrost - intenzifikace periglaciálních procesů souvisejících s jeho degradací (zaniká geliflukce, snížení ronu), • řeky erodují - transformuje se geomorfologický režim - ustává divočení, nastupuje meandrování, • vyšší vsak - klesá eroze, • oteplení omezuje regelační cykly a mrazové zvětrávání, • na spraších se začínají vyvíjet půdy (černozemě) 2. fáze: interglaciál • teplé a vlhké klima (9°-13°C), • mírně humidní morfogeneze - chemické a biogenní zvětrávání, • lesní komplexy - lesní krajina - uzavřená • spraše - postupná illimerizace půd, • na spraších se vyvíjejí parahnědozemě, • kras - jeskynní výplně - sintry 3. fáze: anaglaciál (a) • období ochlazení - rozkmitání klimatického systému období časného glaciálu, • v klimatické křivce se vyskytují výraznější fluktuace chladná a teplejší období - celkově se ochlazuje, • postupný úbytek lesní vegetace - transformace veg. pásem a stupňů, • mrazové zvětrávání - regelace - periglaciální morfogeneze, • promrzává povrch - tvorba permafrostu, • transgrese ledovce - růst horských ledovců, • v oblastech suchého kontinentálního klimatu se šíří černozemní step 4. fáze: marker • problém s vymezením, • došlo k výkyvu - přerušil se pedogenetický proces - studené stepi, 5. fáze: anaglaciál (b) • pokračuje ochlazování - doprovodným rysem byly suché a vlhké výkyvy klimatu, • nástup periglaciální morfogeneze na většině území (i mimo pohoří) - kryogenní reliéf - periglaciální struktury v sedimentech (glacitektonika), • permafrost na rozsáhlých plochách, • tundrová vegetace - s ochlazením přechod z keříčkové a bylinné tundry v lišejníkovou, • geliflukce, plošný splach, • toky začínají divočit, hloubková a boční termoeroze 6. fáze: pleniglaciál • hlavní sprašová fáze, • surové klima vrcholného glaciálu, • permafrost - maximum hloubkové i plošné, • Morava+Slezsko - sprašová step a tundra, • horské polohy - studené pouště, • aridizace klimatu - útlum svahových procesů, • snížení počtu regelačních cyklů, • řeky divočí - po většinu roku málo vodné, termoeroze, • tvorba spraší - typický proces - rozsáhlé akumulace sprašové tabule (mocnost desítek metrů)- návěje, závěje, • sprašová sedimentace je v teplejších obdobích nahrazena pedogenezí Vodní toky Chladné fáze Teplé fáze Ekozóny Moravy ve vrcholném interglaciálu, časném interstadiálu a vrcholném planiglaciálu 1 - teplé smíšené list. lesy, 2 - les s drobnými ovky. stepi, 3 - okrsky skalních stepí, 4 - smíšené horské lesy, 5 - sprašová step, 6 - lesostep, 7 - parková tajga, 8 - sprašová „tundra“, 9 - horské kamenité tundry, 10 - mrazové pustiny Vegetace interstadiálu - poslední glaciál - fytopaleontologická data • výrazný posun druhů z jižních refugií k severu, • zalesnění území od Středozemního moře až k Severnímu moři, • dřeviny: Betula sp., Pinus sp., Picea sp., Abies sp., Larix sp., Alnus sp., Corylus sp., Quercus sp., Carpinus sp., Fagus sp., Buxus sp., Ilex sp., Hedera sp., Ulmus sp., Tilia sp., • téměř interglaciální klima, • prakticky bez permafrostu, • chladnějším fázím dominují tundrové prvky: Betula nana, Caluna sp., Empetrum sp. Vegetace stadiálu - poslední glaciál fytopaleontologická data • souvislé lesy neexistovaly - bez dřevin vegetace nebyla, • snížená teplota i snížené množství srážek, • tundrovo-stepní vegetace - přizpůsobení se chladným zimám i suchým podmínkám, • mozaika společenstev - lokálně se mohla výrazně lišit, • izolované ostrůvky různých dřevin - Pinus sp., Alnus sp., Corylus sp., Larix sp., Abies sp. Paleozoologická data • zásadním způsobem přispívají k poznání vývoje krajiny posledního glaciálu savci, • korelace mezi potravními (fyziologickými) nároky jednotlivých druhů a jejich životního prostředí, • mamuti, nosorožci, koně, sobi, • nálezy jejich kosterních pozůstatků a kadavér (Sibiř - konzervace v permafrostu analýza obsahu žaludku - rekonstrukce biotopu - klimatických podmínek) Pozdní glaciál - holocén Model vývoje krajiny následkem změn na přelomu pozdního glaciálu a holocénu VÝVOJ VEGETACE • Pro pochopení současného stavu nezbytné znát vývoj v posledních 15 000 letech. • Období, kdy se stav přírodního prostředí – klimatu a půdy, začíná přibližovat současnosti a kdy fylogenetický vývoj rostlinstva dosahuje ve vazbě na tyto podmínky současné úrovně. • Rekonstrukce vývoje vychází z paleobotanických hodnocení výsledků pylových analýz a makroskopických analýz rašelinných, jezerních a jiných vhodných lokalit v ČR a nejbližším zahraničí. • Doplňkově se využila data geologická, geomorfologická, historická a archeologická. VEGETACE - DRYAS-BOREÁL nížiny vrchoviny VEGETACE - ATLANTIK - SUBBOREÁL nížiny vrchoviny VEGETACE - SUBATLANTIK Chladné a vlhké fáze (Alpy, Karpaty) Glaciace ÖST Glaciace SWI Sněžná čára Snížení Soliflukční zóny Vysoká Hladina Jezer Jura Sesuvné fáze Debris Flowtatry povodně Metan - ledovcová jádra Pozdní glaciál - holocén ….budoucí vývoj???? ?