Když se dívám na oblohu

• historie astronomie

• objekty a úkazy pozorovatelné na obloze (pouhým okem, dalekohledem)

• optické jevy v atmosféře

• světelné znečištění a jeho sledování

• měření úhlových vzdáleností na obloze

• souhvězdí – otočná mapka noční oblohy

• počítačové programy zobrazující polohu planet a hvězd

 

Sluneční soustava

• vznik vesmíru a Sluneční soustavy

• Slunce a jeho vlastnosti

• zatmění Slunce a Měsíce, přechod planet přes sluneční kotouč

• časová rovnice

• sluneční hodiny (různé konstrukce)

• srovnání planet Sluneční soustavy

• model Sluneční soustavy

 

Studijní materiály naleznete v ISu Doplňkových materiálech pro KOMBINOVANÉ STUDIUM. Rychle tam přejdete po kliknutí na níže uvedený odkaz. 

Kapitoly Tvar a velikost Země a Pohyby planety Země zpracovány na základě přednáškového textu doc. RNDr. Vladimíra Štefla, CSc. a doc. RNDr. Josefa Trny, CSc. Originální text: Země v otázkách a odpovědích je součástí DOPLŇUJÍCÍCH STUDIJNÍCH MATERIÁLŮ v ISu předmětu.

Kapitola Zobrazování povrchu Země zpracována doc. RNDr. Svatoplukem Novákem, CSc.

Země je dosud jedinou známou planetou, na které existuje život. Je to dáno mimo jiné také její polohou a unikátními podmínkami, které na Zemi panují. V tomto přednáškovém bloku se seznámíte...

... se základními údaji o Zemi jako planetě

... s faktory, které umožnily vznik života na Zemi

... s tvarem a velikostí Země

... s pohyby Země a důsledky těchto pohybů

... se zobrazováním zemského povrchu

 

Země je zploštělá koule, s polárním poloměrem (6 357 km) menším o 21 km než rovníkovým (6 378 km), proto je obvod rovníku delší. Zemský tvar není přesně kulový, nýbrž vzhledem k popsanému zploštění v oblastech pólu má tvar rotačního elipsoidu. Tím rozumíme těleso vzniklé rotací elipsy kolem její osy. Zploštění není výrazné, představíme-li si Zemi jako kouli o průměru 1 m, zploštění dosahuje jen 3 mm. Přesněji Země nemá matematicky jednoduše vyjádřitelný povrch. Hovoříme o tzv. geoidu, což je název pro těleso s povrchem vymezeným střední hladinou světového oceánu, probíhající virtuálně i pod kontinenty.

Zakřivení Země je dobře pozorovatelé např. na moři, kdy odplouvající lodě postupně mizí za obzorem nebo při pozorování stínu, který vrhá Země na povrch Měsíce při jeho zatmění.

Země rotuje kolem své osy, avšak zemská osa není přesně kolmá k rovině Slunce, ale mírně nakloněná. Důvodem je s velkou pravděpodobností tečný střet s jiným vesmírným tělesem. (srážka při dopadu pod malým úhlem, kdy se těleso o hmotnosti přibližně jedné desetiny hmotnosti Země střetlo se Zemí před zhruba 4,5 miliardami roků a způsobilo vychýlení zemské rotační osy. Tuto teorii potvrzuje shodné chemické složení Měsíce a povrchových vrstev Země. Uvolněná hmota horních vrstev Země vytvořila kolem ní prstenec, který se posléze stmelil v Měsíc.

Zemské těleso se chová jako velký setrvačník. Existuje mírné stáčení zemské osy, tzv. precese, s periodou 26 000 roků. Při rotaci Země se uplatňuje fyzikální zákon zachování momentu hybnosti. Na druhém snímku můžete pozorovat ještě jeden pohyb zemské osy, kmitavý vlnkovitý pohyb zvaný nutace.

Polární hvězda = Polárka, Polaris, Severka, Alrucaba, αUMi Gravitační působení Slunce a Měsíce na zploštělou Zemi způsobuje precesní pohyb zemské osy. Ta je skloněna k rovině oběžné dráhy Země kolem Slunce (rovina ekliptiky) o úhel asi 66,5o. Slunce a Měsíc působí na nadbytečnou hmotu okolo zemského rovníku (díky zploštělé Zemi) a vzniká tak dvojice sil, která se snaží napřímit zemskou osu do původního směru kolmého k rovině ekliptiky. Vzhledem k otáčivému pohybu Země je důsledkem skutečnost, že zemská osa opisuje okolo kolmice k ekliptice kuželovou plochu.

 

Složení Země, především všech částí hluboko pod povrchem nelze zkoumat přímými cestami, ale můžeme jej odvodit na základě hustoty.

• povrchové horniny mají hustoty přibližně 3,5.10³ kg.m⁻³
• průměrná hustota Země činí 5,5.10³ kg.m^-3
• hustota jádra Země, blížící se k hodnotě 9. 10³ kg.m^-3, musí převyšovat průměrnou hustotu celé Země.

Největší hmotnost při shodném objemu mají prvky jako je železo a nikl. Tyto prvky tvoří jádro Země.

Železo a nikl se dostaly do jádra při svém roztavení a následném diferencování prvků. Bod tání sloučenin železa a niklu je vyšší než železa a niklu samotného. Měď (prvek s rovněž vysokou hustotou) nepatří mezi 15 nejrozšířenějších prvků na Zemi, proto není zastoupena v jejím jádru. V zemské kůře zůstaly vázány velmi vzácné prvky s hustotu převyšující dvojnásobek hustoty železa, např. uran.

Povrch Země je tvořen přibližně ze 70 % oceány, které způsobují modrou barvu díky rozptylu světla na částicích nečistot ve vodě. Pevniny s porostem jsou žlutohnědé a zelené. Z menší vzdálenosti (např. z Měsíce) můžeme rozlišit různé barvy oceánů a pevniny, neboť atmosféra tyto barvy nedeformuje. Z větší dálky (např. z Marsu) je Země modrozelená, protože s ohledem na vzdálenost nelze rozlišit oceány a pevninu.

Bezprostředně nad zemským povrchem se nachází atmosféra, jejíž hustota s rostoucí nadmořskou výškou rychle klesá. Porovnání chemického složení současných atmosfér planet podle objemu: Venuše (96,5 %, CO₂, 3,5 % N₂), Země (78 % N₂, 21% O₂, 0,04 % CO2) a Marsu ( 95 % CO2, 2,5 % N2 ) vede ke zjištění, že v atmosféře Země téměř chybí oxid uhličitý. V prvotní atmosféře Země oxid uhličitý zřejmě byl, uvolňoval se při vulkanických erupcích. Rozsáhlé vodní plochy oceánu umožnily jeho rozpuštění ve vodě, reagoval s vápenatými a hořečnatými ionty, vytvořil nerozpustné vápence (dolomity), které se usadily na mořském dně. V důsledku neexistence vody na obou zbývajících planetách tento proces u nich možný nebyl. Kyslík v druhotné atmosféře Země vznikal fotosyntézou v zelených rostlinách a ve fytoplanktonu (společenství jednobuněčných mikroorganismů, např. zelených řas) v oceánech. Vodík z vnitřní části Sluneční soustavy, kde se nachází Země, vyprchal při zapálení prvních termonukleárních reakcí v Slunci. Sluneční vítr a záření vytlačily lehký vodík do vnějších částí sluneční soustavy, kde jsou velké plynné planety.

Země je ovlivňována slunečním zářením ze Slunce. Zhruba 50% přicházejícího záření od Slunce proniká až k povrchu Země. Je pohlcováno zemským povrchem, následně znovu vyzářeno s větší vlnovou délkou v infračerveném oboru (jako tepelné záření). Toto druhotné záření již nevychází z atmosféry, je v ní pohlcováno tzv. skleníkovými plyny, především CO2 a CH4. I jen velmi malé zastoupení oxidu uhličitého (objemově 0,04 %) vede k výše popsanému jevu, postačuje k postupnému růstu teploty, neboť vyzářená energie zůstává v atmosféře. To vede k nárůstu teplot, např. maximální teplota u povrchu Venuše je 750 kelvinů, Země 310 kelvinů, Marsu 270 kelvinů.

Ozónová vrstva je tvořena molekulami kyslíku (molekuly tvoří vždy 3 atomy kyslíku) a chrání nás před účinky kosmického i UV (ultrafialového) záření. Lidská civilizace ho však ničí především používáním a vypouštěním freonových plynů. Tyto plyny reagují s ozónem, který tak mizí v části stratosféry ve výškách přibližně (15 – 50) km.

 

Ve dne vidíme sluneční světelné záření, které je bílé, protože se skládá z barev celého spektra, od modré po červenou. Je-li jasno a čistý vzduch, obloha je modrá, protože je nejvíce rozptylována, to znamená odrážena do všech směrů, tedy i do našeho oka krátkovlnná část optického spektra.

Sluneční záření je v atmosféře Země zeslabováno rozptylem a absorpcí (pohlcováním). Rozptyl nastává jednak na molekulách vzduchu (molekulární rozptyl), jednak na větších částicích přítomných v atmosféře (vodní kapky,ledové krystaly, prachové částice), které jsou svojí velikostí o několik řádů větší než molekuly.

V případě výraznějšího znečištění atmosféry prachem a drobnými kapkami vody je modrá barva oblohy utlumena, to znamená, že světlo nerozptylují, ale spíš pohlcují. Proto je obloha šedá, když je vzduch plný vodních kapek a nečistot.

Mraky jsou bílé respektive šedé, protože bílé světlo se na prachových částicích atmosféry rozptyluje ve všech vlnových délkách stejně. Zatažená obloha má rovněž šedý odstín. Přesněji barva mraků je ovlivňována hustotou částic a jejich velikostí.

Množství oblačnosti na Zemi ovlivňuje její albedo (odrazivou schopnost). Průměrné albedo činí 0,3, tedy Země odráží asi 30 % dopadajícího slunečního záření. Při zvýšení aktivity Slunce dochází k snížení albeda přibližně o 2,5 %, neboť Země je pokryta o (3-4) % větší oblačností.

Červánky vznikají lomem slunečních paprsků v atmosféře, jejich rozptýlením na molekulách vzduchu, částicích prachu a příměsích. Červená část spektra prochází atmosférou s menším zeslabením. Proto jsou červánky červené.

Při vysvětlení temné oblohy můžeme zjednodušeně říci, že Slunce v noci osvětluje jinou část Země, sluneční světelné záření zde není. Světlo hvězd je mnohem slabší než sluneční, proto je obloha tmavá.

Podrobnější rozbor je však mnohem složitější, problematikou temné oblohy se zabývalo v historii mnoho astronomů, např. Kepler, Halley, Herschel, Shapley. Objekty ve vesmíru - hvězdy, galaxie nemají dostatek zářivé energie, aby v noci mohla obloha zářit. Jinak řečeno záření těchto objektů je příliš slabé, proto je vesmír temný.

Planeta Země vykonává současně několik pohybů, které ovlivňují změny v průběhu dne i roku.

Stálé naklonění zemské osy při obíhání Země kolem Slunce způsobuje nerovnoměrné ozařovaní povrchu Země slunečními paprsky. Tyto změny jsou jednak v úhlu dopadajících paprsků a současně také v délce osvitu během dne. Tyto proměny jsou nejvýrazněji patrné v oblastech mírného a polárního podnebného pásu a označujeme je jako střídání ročních období.

ROK je časová jednotka, která je odvozena od pohybu Země kolem Slunce.

Podle vzájemné polohy Slunce a Země astronomové určují začátky astronomických ročních období. Díky stálému naklonění zemské osy dochází při oběhu k situacím, kdy se osa nejvíce přikloněna (či odkloněna) od Slunce a kdy je zemská osa přesně bokem ke Slunci. Jako důsledek této vzájemné polohy můžeme na Zemi pozorovat rozdíly v délce dne a noci. 

ZIMNÍ SLUNOVRAT  - začátek zimy na severní polokouli. Zemská osa na severní polokouli je nejvíce odkloněna od Slunce, světlá část dne je nejkratší a temná část dne je nejdelší v roce(na severní polokouli). Vždy okolo 20. prosince, poměr dne a noci v našich oblastech je 8 ku 16 hodinám.

LETNÍ SLUNOVRAT  - začátek léta na severní polokouli. Zemská osa na severní polokouli je nejvíce přikloněna ke Slunci, světlá část dne je nejdelší a temná část dne je nejkratší v roce (na severní polokouli). Vždy okolo 20. června, poměr dne a noci v našich oblastech je 16 ku 8 hodinám..

JARNÍ A PODZIMNÍ ROVNODENNOST - začátek jara nebo podzimu. Zemská osa je přesně bokem ke Slunci a světlá i temná část dne jsou stejně dlouhé. Vždy okolo 20. března a 20. dubna, poměr dne a noci je 12 ku 12. Začátky astronomických ročních období nelze určit obecně platným datem, neboť náš kalendář je odlišný

Nestejné délky ročních období byly zjištěny astronomy již v antice, délky letního a zimního období jsou rozdílné, léto na severní polokouli trvá 93,6 dne zatímco zima pouze 89,0 dne.Později dospěli astronomové k závěru, že Země se při oběhu kolem Slunce pohybuje nerovnoměrně, tedy různou rychlostí. Až Kepler zjistil, že pohyb Země kolem Slunce neprobíhá po kruhové nýbrž po eliptické dráze.

• přísluním (Země je nejblíže Slunci) ve vzdálenosti 147 milionů kilometrů od Slunce prochází Země v období 2. – 5. ledna
• v odsluní (Země nejdále od Slunce) při vzdálenosti 152 milionů kilometrů od Slunce je v období 1. – 5. července.

Země ve větší blízkosti Slunce se pohybuje rychleji, než ve větší vzdálenosti. Protože Země se nachází blížeji Slunci v období zimy na severní polokouli, máme u nás kratší zimu než léto. Matematický popis eliptických drah planet podal Johannes Kepler ve svých zákonech.

Rozhodujícím faktorem, který vyvolává střídání ročních období, je tedy sklon rotační zemské osy, činí asi 67 stupňů a stálý směr zemské osy ve vesmíru. Při pohledu na severní pól probíhá pohyb Země kolem Slunce PROTI SMĚRU hodinových ručiček.

Země obíhá kolem Slunce po eliptické dráze. Největší vzdálenost od Slunce je 1,017 násobek a nejmenší vzdálenosti je 0,983 násobek průměrné hodnoty. Nepatrná odchylka od kruhového tvaru dráhy má za následek až 7% nepravidelnosti v hustotě zářivého toku (W.m^-2), který na atmosféru Země dopadá ze Slunce. Teoreticky propočítané změny hodnot teplot vyzařování Země v přísluní a odsluní dosahují maximálně 4 až 5 °C. Rozdíly průměrných denních teplot v ročních obdobích zima – léto jsou mnohem větší. Proto odchylka od kruhové dráhy nemá téměř žádný vliv na sezónní změny klimatu, není rozhodující pro střídání ročních dob.

Konkrétně na severní polokouli v létě je Země v odsluní, nejvzdálenějších místech eliptické dráze. Proto není pravda, že je u nás léto, jelikož jsme nejblíže ke Slunci. Je tomu právě naopak, tudíž máme mírnější zimy a chladnější léta než na jižní polokouli.

 

Den je časová jednotka odvozená od rotace Země kolem své osy. Země se otáčí okolo své osy od západu k východu, při pohledu shora na severní pól rotuje proti směru hodinových ručiček.

V astronomických tabulkách je uváděna hodnota periody rotace Země 86 164,1 s, zatímco jednoduchý výpočet dává 60 (sekund) x 60 (minut) x 24 (hodin) = 86 400 s. Tím vzniká rozdíl 235,9 s, tedy téměř 4 minuty. Jde o rozdíl mezi hvězdným a občanským (slunečním) dnem. Zjednodušeně řečeno hvězdný den je určován jako doba otočení vzhledem ke hvězdám zatímco občanský den je stanovován vzhledem ke Slunci, používáme proto i termín sluneční den. Časový rozdíl je tedy způsoben pohybem Země kolem Slunce.

Siderický (hvězdný) den je přesně definován jako doba, která uplyne mezi dvěma po sobě následujícími horními kulminacemi jarního bodu (kulminace je vrcholení výstupu hvězdy na obloze), jeho přesná doba je 23 hodin 56 minut 4,1 sekundy. V běžném životě používáme tzv. občanský den trvající 24 hodin, jeho délka je odvozena z rotace Země.

V oblastech pólů pozorujeme existenci polární noci a dne. Polární nocí nazýváme období, kdy Slunce zůstává více než 24 hodin pod horizontem a je tudíž pořád tma. Polární noc nastává proto, protože Slunce nevystoupí nad obzor. Tato situace nastává na zeměpisných šířkách větších než 66,5^o respektive - 66,5^o , tedy za oběma polárními kruhy. Trvá tím déle, čím je dané místo blížeji k pólům. V zimním období trvá přesně na pólu polární noc půl roku. V létě naopak nastává polární den, kdy je Slunce na místech v polárních oblastech nad horizontem více jak 24 hodin (polární kruh). Na pólu nastává po dobu půl roku polární den. Slunce při polárním dni neklesá níž pod obzor než 6^o, kdy hovoříme o občanském soumraku.

 

Jako soumrak označujeme situaci, kdy již není vidět samotné Slunce, ale jeho paprsky stále ještě osvětlují oblohu. Trvání soumraku je určeno deklinací Slunce a zeměpisnou šířkou místa pozorování. S rostoucí zeměpisnou šířkou se trvání soumraku prodlužuje.

Občanský soumrak je trvá od západu Slunce do okamžiku, kdy střed Slunce dosáhne výšky 6o pod obzorem. Na rovníku trvá tzv. občanský soumrak přibližně jen 25 minut, zatímco u nás na zeměpisné šířce 50^o zhruba 50 minut.

Deklinace je úhel měřený po deklinační kružnici od rovníku k světovým pólům. Dosahuje hodnot od nuly (rovník)do + 90^o (severním pól) nebo - 90^o (jižní pól).

Bílé noci, tzv. celonoční občanské soumraky nastávají v místech na Zemi, kde Slunce nezapadá nížeji pod obzor než 6^o Příkladem je Petrohrad v Rusku, kde bílé noci pozorujeme zhruba v období konec května až července, tedy kolem letního slunovratu.

Pevné body na Zemi

Pro to, abychom dokázali stanovit svou polohu na Zemi, potřebujeme ji určit podle pevných a neměnných bodů. Za takového body na Zemi považujeme zemské póly. Planeta Země (kromě jiných pohybů) se otáčí kolem své - zemské osy. Je to myšlená přímka procházející středem Země, která protíná zemský povrch ve dvou bodech – zeměpisném severním a jižním pólu.

Zemská osa slouží také pro stanovení rovníku. Rovina kolmá na zemskou osu procházející středem Země protne její povrch v kružnici, kterou označujeme zemský rovník. Ten rozděluje Zemi na severní a jižní polokouli.

Zeměpisné směry

Vydáte-li se z kteréhokoliv místa na Zemi nekratší cestou k severnímu nebo jižnímu pólu, jdete vždy přímo na sever či na jih. Stojíte –li čelem k severu, po pravé ruce je východ a po levé západ. Stejným způsobem jsou obvykle orientovány i mapy – horní okraj směřuje k severu.

              

        Obr. 10 Busola s vyznačenými základními směry  

 

 

 

 

Základním způsobem určování polohy bodu na Zemi je stanovení zeměpisných souřadnic – zeměpisné délky a zeměpisné šířky.

ZEMĚPISNÁ ŠÍŘKA  je úhel, který svírá normála (svislice) v daném místě s rovinou rovníku. Místa se stejnou zeměpisnou šířkou  spojují kružnice – rovnoběžky. Rovnoběžky jsou kružnice rovnoběžné s rovníkem, jejichž délka se směrem k pólům zkracuje. Pomocí rovnoběžek pak určujeme zeměpisnou šířku. Základní rovnoběžkou je rovník. Místa ležící severně od rovníku mají severní zeměpisnou šířku – zkráceně s.z.š.,  a místa nacházející se jižněji než rovník mají jižní zeměpisnou šířku - j.z.š.  Zeměpisná šířka nabývá hodnoty 0 až 90 stupňů podle příslušné polokoule – severní nebo jižní zeměpisné šířky  resp. Zeměpisná šířka jednoduše udává ve stupních, jak jsme daleko o rovníku resp. od pólu.  

ZEMĚPISNÁ DÉLKA je úhel, který svírá polorovina místního a základního (nultého grenwichského) poledníku. Poledníky jsou polokružnice (o stejné délce) spojující nejkratším způsobem zemské póly. Základní - nultý poledník prochází observatoří v londýnské části Greenwich.  Nabývají hodnot 0 až 180 stupňů. Místa se stejnou zeměpisnou délkou spojují polokružnice – poledníky. Základní a protilehlý 180. poledník společně tvoří kružnici, rozdělující obdobně jako rovník Zemi na dvě polokoule - východní a západní. Proto se zeměpisná délka udává ve stupních východní, resp. západní zeměpisné délky – zkráceně v.z.d. nebo z. z. d.

ZEMĚPISNÁ SÍŤ Pro přesné určení místa na zemském povrchu slouží soustava rovnoběžek a poledníků.. Nejlépe je vyjádřená na glóbu a najdeme ji také na většině map. Společně rovnoběžky a poledníky označujeme jako zeměpisnou síť.

      

       Obr. 11  Zeměpisná síť

 

Nultou a také nejdelší rovnoběžkou je rovník – měří 40 075 kilometrů. Slunce dvakrát do roka kulminuje na rovníku v pravé poledne přímo v nadhlavníku. Jedná se o dny rovnodennosti.

Kromě rovníku jsou důležitými rovnoběžkami obratníky a polární kruhy. Obratníky mají hodnotu 23,5 stupně severní, resp. jižní zeměpisné šířky. Na severní polokouli se nachází obratník Raka, na jižní polokouli obratník Kozoroha. Tyto dvě rovnoběžky vymezují na Zemi nejvzdálenější místa, kde v průběhu roku může Slunce v pravé poledne kulminovat v nadhlavníku. Na obratníku Raka v den letního slunovratu, na obratníku Kozoroha v den zimního slunovratu.

Praktický význam obratníků spočívá v tom, že takto jsou na Zemi vymezeny oblasti s největším přísunem sluneční energie a jsou tedy nejteplejší. V nejjednodušším členění proto oblasti mezi obratníky označujeme jako teplý pás. Mezi obratníky a polárními kruhy se nachází oblasti s menším přísunem sluneční energie, která ale postačuje ve vláhově příznivých poměrech pro dobrý růst vegetace. Tato území označujeme jako mírné pásy.

Dalšími významnými rovnoběžkami jsou severní a jižní polární kruh  Vymezují polární oblasti a přímo na rovnoběžkách v jednom dnu v roce Slunce vůbec nezapadne a naopak vůbec nevyjde (v den letního a zimního  slunovratu). Směrem k pólům se období kdy Slunce nezapadá, resp. nevychází postupně prodlužují a na samotných pólech tato doba představuj půl roku. Mezi polárními kruhy a póly se nacházejí nejchladnější části planety – polární oblasti. Označujeme je jako chladné pásy

Údaj o tom, který poledník a rovnoběžka prochází hledaným místem, nalezneme v rámu konkrétní mapy.

 

Mapování povrchu Země

Mapa je zmenšený a zjednodušený obraz povrchu Země. Mapy uchovávají mnoho potřebných vědomostí, které nacházejí použití i mnoho let po vytvoření mapy. Například po velkých povodních na Moravě a v Čechách odborníci zkoumali na starých mapách, jak vypadala krajina v minulosti. Hledají pak odpovědi na otázku, které změny krajiny zapříčinily vznik a průběh velkých povodní.

Pokud se domníváte, že mapy lidé používají pouze v nedávném období technického vývoje, mýlíte se. Tvůrci map – kartografové, ještě před počátkem našeho letopočtu používali vyobrazení (rytiny apod.) na nichž jsou zachyceny prostorové situace. Ty sloužily k uchování důležitých znalostí souvisejících s každodenním životem

 

Jednou z nejpodstatnějších charakteristik mapy je MĚŘÍTKO MAPY. Vyjadřuje poměr zmenšení vzdáleností v mapě oproti skutečnosti. Například na mapě 1 : 100 000 představuje 1 cm v mapě 100 000 centimetrů (1 km) ve skutečnosti.

Měřítko je obvykle vyjádřeno dvojím způsobem. Jednak číselným poměrem - číselné měřítko jak je uvedeno výše. Pro praktické použití je vhodné grafické měřítko, kde je na linii vyznačena vzdálenost, například 100, 200, 300 km.

              

       Obr. 12 Měřítko mapy

Mapy které jsou zmenšeny málo (mají málo nul v měřítku) například 1: 5 000 nebo 1 : 10 000 jsou velmi podrobné a jenom málo zkreslují znázorněnou skutečnost. Označujeme je jako MAPY VELKÉHO MĚŘÍTKA.

            

       Obr. 13 Mapa velkého měřítka

Naopak ty, které jsou zmenšeny hodně, označujeme jako MAPY MALÉHO MĚŘÍTKA. Patří k nim mapy 1 : 1 000 000 a menší ( např.1:5 000 000). Nevyčteme z nich žádné detaily a velmi zkreslují zakreslenou situaci – proto na nich nelze provádět přesná měření.

GLÓBUS je skutečným zmenšeným modelem Země. To, kolikrát je glóbus zmenšen, vyjadřuje měřítko glóbu. Běžně jsou glóby zmenšené  40 000 000 krát i více. Malý žákovský glóbus má měřítko 1 : 70 000 000. Při takovémto zmenšení není možné znázornit podrobnosti zemského povrchu a na glóbu jsou znázorněny jen nejdůležitější přírodní celky a jevy – nejvyšší pohoří, nejrozsáhlejší nížiny, nejdelší řeky, největší státy a města a hlavní silnice.

Glóby jsou většinou upevněny tak, aby bylo možné s nimi otáčet. Osa rotace je ukloněna,  stejně jako je tomu u skutečné Země při jejím oběhu kolem Slunce. Svírá s rovinou ekliptiky úhel 66,5 stupně.

         

      Obr.14  Globus 

Země se otáčí od západu k východu. Proto Slunce a další kosmická tělesa vykonávají zdánlivý pohyb v opačném směru – od východu na západ.

Podle znázorněného obsahu se nejčastěji setkáme s glóby fyzickými a politickými. Fyzické glóby znázorňují výškovou členitost souše (pomocí barevných stupňů), povrchové vodstvo a hloubku oceánů a největší sídla. Oceány jsou podle hloubky vybarveny odstíny modré. Politické glóby znázorňují rovněž rozdělení povrchu na souši a oceány. Povrch souše je ale rozdělen podle státních hranic. Vyniknou tak různobarevné plochy území jednotlivých států Země.

Glóbus představuje jediné kartografické dílo znázorňující naši planetu, které neobsahuje žádné zkreslení. Všechno, co je na glóbu znázorněno, je pouze zmenšeno. Na glóbu lze měřit libovolné vzdálenosti (světadílů, oceánů. států). Další nenahraditelnou výhodou je, že tvary nejsou deformovány. Mají takový tvar, jaký mají například při pohledu z kosmické lodi. Ano plochy nejsou změněny - můžete porovnávat reálně zmenšené rozlohy států či světadílů atd. Jedině s pomocí glóbu lze pozorovat přesné rozmístění souše a oceánů a porovnávat vzdálenosti, které je oddělují. To je nenahraditelné pro pochopení základních prostorových vztahů v přírodě i  ve společnosti. Okamžitě je vidět, jak daleko se nachází například naše republika od rovníku nebo od pólů. Pak je snadné pochopit, proč patří do mírného podnebného pásu. Jednoduché je zjištění vzdálenosti od moří, která jsou pro naši zemi zdrojem vláhy apod. Glóbus také umožní změřit nejkratší vzdálenosti mezi libovolnými místy na Zemi. Postačí, když tenkým provázkem spojíte místa, jejichž vzdálenost chcete znát. Na pravítku určíte v centimetrech a milimetrech hledanou hodnotu a vynásobíte ji měřítkovým číslem glóbu (napři výše uvedených 70 000 000).

PLÁNY Často se setkáváte s pojmy mapa a plán. Hlavní odlišnost spočívá v tom, že plány jsou vytvářeny bez ohledu na zakřivení zemského povrchu.

Je to obdobné, jako když změříte velikost třídy a umístění oken a ve zvoleném měřítku (ve zmenšení např. 100krát) vykreslíte na list papíru. Plány je ale možné vytvářet jen na malých rozlohách zemského povrchu - zhruba do 700 kilometrů čtverečních. Protože mapy znázorňují v rovině zakřivený povrch Země, jsou vždy na nich zkreslené vzdálenosti, plochy i úhly. Toto zkreslení si můžeme představit jako zmačkaný list papíru, kterým bychom se snažili zabalit povrch Země - glóbu. Čím větší rozlohy zemského povrchu mapujeme, tím jsou zkreslení na mapách větší. Proto pozor, na mapách světadílů, polokoulí či celé Země nelze přesně změřit vzdálenosti!

Naopak plány neobsahují zkreslení, protože znázorňují jen malé plochy Země.

Mapy narozdíl od plánů zahrnují zakřivení zemského povrchu. Nelze prostě převzít naměřené údaje a ve zvoleném měřítku je vykreslit..Údaje o zeměpisné poloze míst na Zemi je nezbytné pomocí matematických vztahů (kartografických zobrazení) převést na souřadnice v rovině mapy.  Pak teprve je možné v ploše mapy vykreslit umístění sídel, průběh vodních toků, komunikací atd.

To je ale jen počátek tvorby mapy. Kartografové musí zvolit správnou velikost a měřítko mapy. Dále musí vybrat nejvhodnější prostředky pro vyjádření jevů (sídel, řek železnic ...) v mapách – jakou zvolí barvu a tvar znaku apod. Musí na ploše mapového listu rozmístit i název mapy, legendu, vysvětlivky a doplňující údaje. To vše má tvořit harmonický celek, protože mapy by měly být nejen funkční, ale i estetické.

• Pro běžné potřeby nejlépe vyhovují mapy, jejichž obsah tvoří to, co se v mapované krajině nachází. Tyto mapy nazýváme obecně zeměpisné a nalezneme v nich povrchové vodstvo, základní tvary zemského povrchu – pohoří, nížiny ..., rostlinstvo, sídla, komunikace (silnice, železnice, plynovody,…) a hranice.
• Mnozí uživatelé ale potřebují, aby některá část obsahu mapy byla zvýrazněna. Naopak jiná část obsahu je potlačena nebo  zcela vypuštěna. Tímto způsobem je zdůrazněno vybrané téma a takovéto mapy označujeme jako tematické. Existuje nepřeberné množství tematických map – geologické, silniční, meteorologické,  lesnické, vojenské atd.
• S mapami se setkáváme jak v podobě jednotlivých mapových listů, tak v podobě zeměpisných atlasů, autoatlasů,... Jednotlivé mapy si pořizujeme například pro turistiku v neznámé oblasti. Obvykle jsou prakticky složeny a pro jejich použití je zapotřebí je rozložit. Jsou lehké a nejsou ani drahé.
• Zeměpisné atlasy představují ucelený soubor map. Jednotlivé mapové listy jsou číslovány jako v knize a mají stejný nebo podobný vzhled. Mapy jsou obdobného měřítka, mají stejný rám a umístění legendy a doplňujících údajů. Témata v atlasech jsou členěna obdobně jako kapitoly v knize. Závěrem atlasů bývají jmenné rejstříky – abecedně seřazené zeměpisné názvy vyskytující se v mapách. Pomocí nich zjistíte, zda hledané sídlo, řeka nebo něco jiného se v atlasu nalézá a když ano, tak ve které mapě. S obdobnými rejstříky uvádějícími názvy ulic se setkáme i na plánech měst.

 

LEGENDA MAPY Abychom dokázali „přečíst“ mapu, musíme znát, co jednotlivé znaky v mapě znamenají. „Slovníkem“ pro čtení mapy je její legenda. V ní zjistíme, co představují jednotlivé body, linie a plochy v mapě. Řadu z nich známe, ale význam některých musíme pomocí legendy nejdříve zjistit.

Nejobtížněji se v mapě znázorňuje výšková členitost terénu. Pro jeho vyjádření jsou používány výškové kóty, vrstevnice a barevné výškové stupně:

- Výškové kóty jsou body (nejčastěji vrcholy) s výškou uvedenou v metrech nad mořem – m n.m. (metr je značkou délkové jednotky, proto je bez tečky, další slova "nad mořem" zkracujeme, proto se píší s tečkou) 

- Vrstevnice jsou většinou hnědé linie spojující místa se stejnou nadmořskou výškou.

- Barevné výškové stupně odlišují zelenou barvou nížiny od hnědých vysočin. Platí zásada – čím výše, tím tmavší hněd

Obsah map je často vyjadřován pomocí „přirozeného“ vzhledu v krajině. Proto jsou vodní toky a plochy zakresleny modře a rostlinný kryt obvykle zeleně. Komunikace a plochy sídel jsou znázorňovány pomocí šedých případně barevných linií a ploch. Malá sídla bývají vyznačena jenom kroužkem. V legendě mapy pak zjistíme podle velikosti a výplně, kolik obyvatel má dané sídlo.

Hosnedl, J.: Optické jevy v atmosféře. Diplomová práce PF, ZČU Plzeň 1999.

http://www.kof.zcu.cz/st/dp/hosnedl.shtml

Perelman, J. I.: Zanimatělnaja astronomija. GITTL, Moskva 1954.

Šindelář, V., Smrž, L.: Nová soustava jednotek. SPN, Praha 1968.

Štefl, V., Krtička, J.: Didaktika astrofyziky. www.physics.muni.cz/astrodidaktika/

http://geography.upol.cz/martin-jurek.htm

http://www.nineplanets.org/

http://www.solarviews.com/eng/homepage.htm

http://hubblesite.org/newscenter/

http://www.eso.org/

http://www.aldebaran.cz/

http://navod.hvezdarna.cz/

http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/

http://www.seds.org/messier/Planeta

Obrázky:

http://sevencolors.org/post/earth-images

http://www.oskole.sk/?id_cat=120&clanok=9830

VYBRANÉ FYZIKÁLNÍ VELIČINY A JEJICH MĚŘENÍ

 Fyzika je vědní obor, který zkoumá hmotu,  její vlastnosti a chování během dějů. Vlastnosti a vztahy mezi nimi popisuje zpravidla matematickými vzorci. Název tohoto vědního oboru je odvozen ze dvou slov pocházejících z řečtiny: φυσικός (physikos): přírodní a φύσις (physis): příroda. Zkráceně můžeme říct, že fyzika je vědní obor zkoumající přírodu a přírodní jevy. Ke zkoumání přírody může používat např. pozorování nebo pokus (experiment).

Fyzikální veličina - vlastnost, která se dá vyjádřit hodnotou.

• množstevní - veličiny extenzivní, kvantitativní - hmotnost, teplo
• stavové - veličiny intenzivní, kvalitativní - tlak, teplota
• trvalé plynoucí - veličiny protenzivní (nelze zpětně reprodukovat) - čas apod.

 Dají se také dělit podle počtu údajů nutných k plnému určení hodnoty veličiny:

• skalární – jediná funkce času a prostoru, nezávislá na volbě souřadnicové soustavy, například hustota, teplota (stačí jeden údaj; mají jen velikost)
• vektorová veličina – n-tice funkcí času a prostoru, jejichž hodnota závisí na volbě souřadnicové soustavy přesně definovaným způsobem, například rychlost, síla nebo poloha objektu (mají velikost a směr)
• tenzorová veličina – tabulka (matice) funkcí času a prostoru, jejichž hodnota závisí na volbě souřadnicové soustavy přesně definovaným způsobem, například tenzor permitivity nebo setrvačnosti - v každém směru rotace může mít jinou velikost (kromě velikostí mají více význačných směrů)

        

Měření - praktický postup zjišťování číselné hodnoty veličiny

              - určení velikosti (hodnoty) ve zvolených jednotkách, tj. ve zjištění počtu těchto jednotek  

                obsažených v měřené veličině

 

Je několik způsobů měření:

• absolutní - měřidlo ukáže hodnotu veličiny (digitální váhy)
• relativní - porovnávání příslušné veličiny s jednotkovými tělesy (rovnoramenné váhy)
• přímá - porovnávání veličiny s měřidlem (měření délky metrem)
• nepřímá - měření důsledků měřené veličiny (teploměr - teplota pomocí délkové roztažnosti)

 

 1. Jednotky a jejich historie

DÉLKA je jedna ze základních fyzikálních veličin. Udává rozměr těles (délka, šířka, výška, hloubka) nebo vzdálenosti mezi dvěma body prostoru (délka trajektorie, dráha, vlnová délka).

Značka: může být různá, rozhoduje přesnější určení druhu délky. Např. d, l, h, a, b, c, s, ...

Základní jednotka: metr, zkratka m

Další jednotky: kilometr km, decimetr dm, centimetr cm, milimetr mm, mikrometr μm, angstrom

Jednotky v astronomii: astronomická jednotka (AU), světelný rok (ly), parsec (pc)

Anglo-americké jednotky: palec, stopa, míle, námořní míle

Starší nebo jiné jednotky: sáh, loket, versta, ...

Měřidla: , , , svinovací, krejčovský), pásmo, posuvné měřítko, mikrometr, měřidlo s měrným kotoučem, laserové měřidlo

    pravítko

 metr tyčový

 

  metr skládací + metr svinovací

 metr krejčovský

 

 

   pásmo

 

   mikrometr

 laserový metr

Nejstarší jednotky délky byly odvozeny od velikostí částí lidského těla: prst, palec, dlaň, pěst, stopa, loket, krok, dvoukrok, sáh a játro.

Stopa

Nejstarší dochovanou jednotkou délky je stopa. Byla poprvé použita v Sumerské říši, její přibližná délka byla definována sochou Gudei v Lagaši přibližně kolem roku 2 575 př. Kr. Později byla používána v Egyptě, Řecku, Římě a ve středověku se rozšířila po celé Evropě. V anglosaském měrném systém se dochovala do dnešních dob.

Stopa (angl. foot, mn. č. feet, značka ft) je definována: 1 ft = 0,304 8 m (přesně) a dále se dělí na 12 palců (inch) 3 stopy jsou 1 yard  Pro vyznačení stopy se používá znaménka apostrofu 1’ = 1 ft

Metr

Zcela neúnosný nepořádek v délkových jednotkách panoval ve Francii na konci 18. stol. Bylo zapotřebí uzákonit jednotný systém měr a vah.

Sekundové kyvadlo

Těsně před rokem 1790 navrhli Jean Picard a Ole Rømer, aby nová jednotka délky byla stejně dlouhá jako závěs kyvadla o periodě 1 sekunda. Přesto, že návrh měl značnou podporu významných vědců té doby, neujal se. Hlavním důvodem byla závislost periody na zeměpisné šířce a nadmořské výšce, nová jednotka by musela být definována pro konkrétní místo na Zemi, navrhována byla samozřejmě Paříž.

Metr a poledník

V roce 1790 požádala Francouzská akademie vědeckou komisi v čele s Josephem Lagrangem a Pierrem Laplacem, aby vyřešila problém nové délkové jednotky. 19. března 1791 komise navrhla, aby nová jednotka délky (kilometr, tisíc metrů) byla definována jako desetitisícina zemského kvadrantu (vzdálenosti od pólu k rovníku měřené podél poledníku v nulové nadmořské výšce). Přestože realizace byla ještě složitější než u sekundového kyvadla, návrh byl přijat 26. března 1791. Měření nebylo principiálně možné provést podél celého kvadrantu. Na moři to nešlo a v polárních oblastech už vůbec ne. Proto byl vybrán co možná nejdelší úsek pevniny podél poledníku, jehož začátek i konec je u mořské hladiny.

A který poledník byl zvolen? No samozřejmě ten procházející Paříží! Měření bylo prováděno z Dunkirku na severu Francie do španělské Barcelony. Delší část pevniny procházející podél poledníku ve Francii nebylo možné nalézt. Měření započalo v létě 1792. J. B. J. Delambre prováděl triangulační měření od severu na jih, P. F. A. Méchanin od jihu na sever, sejít se měli v Rodezu. Jižní část byla kratší, ale o to složitější, protože procházela Pyrenejemi. Měření se neobešla bez problémů a byla přerušena Francouzskou revolucí. V roce 1798 byla měření dokončena a z triangulačních měření čtyři nezávislí učenci vypočetli vzdálenost obou míst a následně velikost jednoho metru. Již od roku 1795 se vyráběly provizorní platinové metry, ten který se při 0 °C nejvíce blížil vypočtenému výsledku byl prohlášen 22. 6. 1799 za Mètre des Archives, prototyp metru. V roce 1837 zjistil Friedrich Bessel, že výpočty byly chybné, neuvažovaly zploštění způsobené rotací Země a tak se první prototyp metru lišil od zamýšlené délkové jednotky o 0,2 mm.

Bohužel se platinový metr prohýbal, při měření bylo třeba se dotýkat obou konců, atd. Vůbec nešlo o ideální řešení. V roce 1875 byl založen Mezinárodní úřad měr a vah BIMP (Bureau International des Poids et Mésures) se sídlem v Sevres u Paříže a 18 zemí podepsalo Dohodu o metru (Convention du Mètre). Nový metr zde byl uložen v roce 1889. Je vyroben z mimořádně tvrdé slitiny platiny a iridia (90 % Pt, 10 % Ir), profil má ve tvaru X (proti průhybu) a na rozdíl od původního metru je delší a metrová vzdálenost je na něm vyznačena ryskami. Bylo vyrobeno 30 číslovaných prototypů, z nichž číslo 6 se nejvíce blížilo minulému etalonu (Mètre des Archives) a proto byl prohlášen za nový metr (International Prototype). Stalo se tak na první Všeobecné konferenci o mírách a vahách CGPM (La Conférence Générale des Poids et Mesures), kde byly přesně stanoveny podmínky, za kterých je metr metrem. Od nového prototypu byly odvozeny národní metry jednotlivých zemí.

Metr a světlo

V podstatě od zavedení prototypu metru v roce 1899 byly konány pokusy definovat metr pomocí vlnové délky světla. V letech 1892 až 1893 přeměřil prototyp metru svým interferometrem Albert Michelson a definoval metr pomocí násobku vlnové délky červené čáry kadmia. Jeho měření potvrdili v roce 1906 Charles Fabry a Alfred Pérot novým typem interferometru. V roce 1952 byla ustanovena komise pro posouzení možnosti nově definovat metr pomocí vlnové délky světla. K tomu došlo v roce 1960, na jedenácté konferenci CGPM. Metr byl definován jako 1 650 763.73 násobek vlnové délky oranžovo-červené čáry kryptonu ve vakuu. Tato definice se udržela do roku 1983.

Metr a sekunda

V roce 1983 na konferenci CGPM došlo k poslední změně v definici metru. Byl definován pomocí jiné jednotky SI, sekundy a to takto: Metr je délka dráhy, kterou proběhne světlo ve vakuu za 1/299 792 458 sekundy. Touto definicí je ovšem přesně definována rychlost světla a její hodnota je proto 299 792 458 m/s přesně.

1799	Z provizorních platinových metrů byl vybrán Mètre des Archives, prototyp metru odvozený z délky zemského kvadrantu.
1889	Byl schválen nový prototyp ze slitiny platiny a iridia, odvozen od skutečné velikosti Mètre des Archives.
1960	Metr definován jako 1 650 763.73 násobek vlnové délky oranžovo-červené čáry kryptonu.
1983	Metr definován jako dráha, kterou světlo proběhne za 1/299 792 458 zlomek sekundy.

 

HMOTNOST  je fyzikální veličina, která vyjadřuje množství látky v tělese. Nesprávně se nazývá váha.

Symbol veličiny: m (angl. mass)

Základní jednotka: kilogram, značka jednotky: kg

Další používané jednotky: tuna t, gram g, miligram mg, karát Kt, sluneční hmotnost

Planckova jednotka hmotnosti: 2,177 × 10-8 kg

Anglo-americké jednotky: libra, unce, kámen (stone),

Starší jednotky: debet, talent, pud, ...

Měřidla hmotnosti: váhy rovnoramenné, nerovnoramenné, pružinové, elektronické - PODLE MECHANISMU MĚŘIDLA

                                 váhy kuchyňské, obchodnické, osobní, laboratorní, ... - PODLE ÚČELU VYUŽITÍ

  váha elektronická, laboratorní

 váha rovnoramenná, laboratorní

 váha elektronická, laboratorní

 váha pružinová, kuchnská

 váha pružonová, osobní

 

 

Jedním z důsledků speciální teorie relativity je ekvivalence hmotnosti a energie, vyjádřená vztahem E = mc², kde c je rychlost světla. Pozorovaným důsledkem je například tzv. hmotnostní deficit atomových jader. V teorii relativity se hmotnost tělesa zvyšuje, když se pohybuje větší rychlostí.

 

Kilogram

Snad nejjednodušší byl vývoj kilogramu. Již na konci 18. století byl kilogram chápán jako hmotnost 1 litru vody. V době, kdy byly připravovány prototypy metru, bylo také ze slitiny platiny a iridia odlito 40 prototypů kilogramu a jeden z nich byl vybrán a v roce 1899 byl prohlášen na první Všeobecné konferenci o mírách a vahách CGPM (La Conférence Générale des Poids et Mesures) za prototyp kilogramu. Od té doby je uložen v Mezinárodním úřadu pro míry a váhy (BIMP) v Sevres u Paříže. Jde o poslední jednotku SI definovanou pomocí prototypu. V poslední době proto probíhají intenzivní jednání o změně definice kilogramu tak, aby nebyla závislá na reálném etalonu. Jedna z možností je definice za pomoci Planckovy konstanty (Planckova konstanta: (6,626 069 3 ± 0,000 001 1) × 10−34 J·s).

 

ČAS je fyzikální veličina, která vyjadřuje dobu trvání děje.

Symbol veličiny: t (angl. time, lat. tempus)

Základní jednotka: sekunda, značka s (výraz vteřina lze používat v běžném jazyce, nikoliv ve fyzice nebo geometrii, kde označuje jednotku úhlu).

Další používané jednotky: rok, měsíc, týden, den, hodina h, minuta min, milisekunda ms

Měřidla času: Čas měříme hodinami.

 orloj      nástěnné hodiny    stopky

 

Pokusy o pochopení času byly po dlouhou dobu především doménou filozofů a vědců. Na smysl času existuje množství silně odlišných náhledů a je proto obtížné nabídnout jeho nekontroverzní a jasnou definici s výjimkou definice fyzikální jakožto „neprostorového lineárního kontinua, v němž se události stávají ve zjevně nevratném pořadí.“

Z pohledu speciální teorie relativity je čas jen jednou z dimenzí čtyřrozměrného časoprostoru, která se od ostatních tří dimenzí prostorových liší pouze z hlediska lidského pozorovatele.

Měřením času se také zabývají hlavně vědci a technici a v minulosti představovalo prvotní motivaci v astronomii.

Čas má také značnou sociální důležitost, ekonomickou („čas jsou peníze“) a rovněž osobní hodnotu, uvědomíme-li si jeho omezené množství v průběhu každého dne našich životů. Čas byl vždy důležité téma pro spisovatele, umělce a filosofy. Jednotky času odpovídají délce trvání událostí a intervalů mezi nimi. Pravidelně se opakující události a objekty se zjevně pravidelným pohybem dlouho sloužily jako standardy pro jednotky času – mezi takové očividně pravidelné jevy patří pohyb Slunce po obloze, fáze Měsíce a kmit kyvadla.

 

Sekunda

Sekunda byla původně definovaná jako 1/86 400 díl středního slunečního dne. Vzhledem k nerovnoměrnostem v rotačním pohybu Země, nebyla tato definice dlouhodobě udržitelná. V roce 1960 na jedenácté konferenci CGPM byla změněna definice sekundy. Byla přijata definice Mezinárodní astronomické unie založená na přesně definovaném zlomku tropického roku (doby zdánlivého oběhu Slunce kolem Země vzhledem k ekliptice). Krátce poté se ale ukázalo, že definice založená na frekvenci záření při přechodu mezi dvěma hladinami v atomu či molekule by byla mnohem přesnější. Proto došlo ke změně definice sekundy v roce 1967, stalo se tak na třinácté konferenci CGPM. Od té doby je sekunda definována jako doba trvání 9 192 631 770 period záření, které odpovídá přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu atomu cesia 133.

1889	Sekunda definována jako 1/86 400 díl středního slunečního dne. Kilogram definován jako hmotnost platino-iridiového prototypu uloženého v Mezinárodním úřadu pro míry a váhy v Sevres u Paříže.
1960	Sekunda definována jako určitý zlomek tropického roku.
1967	Sekunda definována jako doba trvání 9 192 631 770 period záření, které odpovídá přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu atomu cesia 133.

 

 

TERMODYNAMICKÁ TEPLOTA  (též teplota) je fyzikální stavová veličina, která vyjadřuje stav termodynamické rovnováhy tělesa.

Symbol veličiny: t, T (angl. temperature)

Základní jednotka SI: kelvin, značka jednotky K

Další používané jednotky: stupeň Celsia °C, stupeň Fahrenheita °F, stupeň Réaumura °R, stupeň Rankina °R

Měřidla: teploměr kapalinový (rtuťový, lihový), plynový, teploměr bimetalový, teploměr elektrický (termoelektrický, odporový), teploměr radiační (pyrometr) - PODLE MECHANISMU MĚŘIDLA

                teploměr lékařský, teplomět pojový, teploměr venkovní, teploměr zavařovací, teploměr bazénový, ... - PODLE ÚČELU VYUŽITÍ

 teploměr lihový venkovní

 teploměr bimetalický k zahradnímu grilu

digitální teploměr vnitřní a venkovní

 

 

Kelvin

Kelvin (značený K) je jednotka teploty, indikující termodynamickou teplotu. Kelvin je jednou ze sedmi základních jednotek soustavy SI je definován 2 body: 0 K je teplota absolutní nuly, tedy naprosto nejnižší teplota, která je fyzikálně definována,  273,16 K je teplota trojného bodu vody.

Absolutní velikost jednoho stupně v Celsiově i Kelvinově stupnici je stejná – teplotní rozdíl 1 K je roven rozdílu 1 °C.

Tuto stupnici měření teplot navrhl skotský matematik a fyzik William Thomson, který byl za své výrazné vědecké úspěchy povýšen do šlechtického stavu a je znám jako lord Kelvin.

Stupeň Celsiův

Stupeň Celsia (značený °C) je jednotka teploty, kterou v roce 1742 vytvořil švédský astronom Anders Celsius.

Celsius stanovil dva pevné body: 0 °C pro teplotu varu vody a 100 °C pro teplotu tání vody (obojí při tlaku vzduchu 1013,25 hPa). Carl Linné stupnici později otočil a proto je dnes bod tání 0 °C a bod varu 100 °C.

Dnes je Celsiova stupnice (jako vedlejší jednotka soustavy SI) definována pomocí trojného bodu vody, kterému je přiřazena teplota 0,01 °C a tím, že absolutní velikost jednoho dílku teplotní stupnice (1 °C) je rovna 1 K.

 

Stupeň Fahrenheita

Stupeň Fahrenheita (značka °F) je jednotka teploty pojmenovaná po německém fyzikovi Gabrielu Fahrenheitovi. Dnes se používá hlavně v USA.

Vychází ze dvou základních referenčních bodů. Teplota 0 °F je nejnižší teplota, jaké se podařilo Fahrenheitovi dosáhnout (roku 1724) smícháním soli, vody a ledu a 96 °F teplota lidského těla. Později byly referenční body upraveny na 32 °F pro bod mrazu vody a 212 °F bod varu vody. Tyto referenční body jsou od sebe vzdáleny 180 stupňů, tudíž jeden stupeň Fahrenheita odpovídá 5/9 kelvinu, resp. stupně Celsia.

 

Stupeň Rankina

Stupeň Rankina (značený °R) je zastaralá jednotka teploty, kterou v roce 1859 vytvořil skotský inženýr a fyzik William John Macquorn Rankine.

Základním bodem stupnice je teplota absolutní nuly které je přiřazena hodnota 0 °R a jeden stupeň Rankina odpovídá stejnému rozdílu teploty jako 1 stupeň Fahrenheita. Teplota tání vody odpovídá hodnotě 491.67 °R.

 

Stupeň Réaumura

Stupeň Réaumura (značka °R) je jednotka teploty pojmenovaná po francouzském přírodovědci René Réamurovi. Ten ji zavedl roku 1730.

Vychází ze dvou základních referenčních bodů. Teplota 0 °R je bod mrazu vody a 80 °R je bod varu vody při normálním amtosferickém tlaku. Réaumurova stupnice byla svého času velmi rozšířená, ale během 19. století byla nahrazena jinými systémy. Dnes se již nepoužívá.

 

 

OBSAH  je fyzikální veličina, která vyjadřuje velikost plochy. Jiné názvy jsou plocha, výměra, rozloha.

            Základní jednotka: metr čtverečný, značka jednotky: m2

Další používané jednotky: kilometr čtverečný km2, hektar ha ar a, decimetr čtverečný dm2, centimetr čtverečný cm2, milimetr čtverečný mm2

Měřidla: planimetr, čtvercová síť

 

OBJEM je veličina, která vyjadřuje velikost prostoru, kterou zabírá těleso.

Symbol veličiny: V (angl. volume)

Základní jednotka: metr krychlový, značka jednotky: m³

Další používané jednotky: decimetr krychlový dm³, centimetr krychlový cm³, milimetr

          krychlový mm³,

          hektolitr hl, litr l, decilitr dl, centilitr cl, mililitr ml

jednoduchý převod: 1 m3 = 1 000 dm3 = 1 000 000 cm3 = 1 000 000 000 mm3

Měřidla: odměrný válec, kádinka, odměrka

  odměrný válec

kádinka

odměrka

 

Litr

Litr byl roku 1793 zaveden ve Francii jako jedna z nových „republikánských jednotek“, zavedených za francouzské revoluce. Byl definován jako jeden decimetr krychlový; jeho jméno bylo odvozeno z jména starší francouzské jednotky litron (pocházejícího z řeckého λιτρα (litra), značícího jednotku hmotnosti).

V roce 1901 byl na 3. konferenci CGPM litr předefinován jako objem 1 kilogramu čisté vody za její maximální hustoty (tzn. při 3,98 °C) při standardním tlaku. Předpokládalo se, že tato hodnota je právě 1 dm³, později se však zjistilo, že kvůli chybě měření je ve skutečnosti objem 1 kg vody 1,000028 dm³.

V roce 1964 se proto na 12. konferenci CGPM vrátila původní definice litru jako jiného názvu pro decimetr krychlový. Bylo však doporučeno, aby se tato jednotka používala pouze pro obchod, ne pro vědecké účely.

Citováno z „http://cs.wikipedia.org/wiki/Litr“

 

2. Měření

 

Měření určité veličiny je určení její velikosti ve zvolených jednotkách dané veličiny. Danou veličinu můžeme měřit buď bezprostředně pomocí vhodných měřidel nebo získáme výpočtem z jiných naměřených veličin. Získanou informací je tedy naměřená hodnota fyzikální veličiny vyjádřená číselnou hodnotou a jednotkou.

 

Měřící přístroje

 

Měřidla (měřící přístroje) jsou zařízení na určování velikosti měřené veličiny. Mohou být analogové nebo digitální.

• analogové (ručičkové) - naměřenou hodnotu měřené veličiny ukazují pomocí výchylky ručičky ukazující na stupnici s dílky. Výchylka ručičky je obdobou (analogií) velikosti měřené veličiny.
• digitální (číslicové) - naměřenou hodnotu měřené veličiny vyjadřují číselným údajem na displeji. Nejmenší možná změna na displeji se nazývá měřící krok.

 

U měřidel zjišťujeme různé vlastnosti:

 

• měřící rozsah - rozmezí mezi nejmenší a největší hodnotou veličiny, kterou lze měřidlem měřit; některé přístroje mohou mít více nastavitelných rozsahů
• konstanta rozsahu - hodnota, které odpovídá jeden dílek stupnice; určujeme ji jen u analogových  přístrojů; u přístrojů s více možnými rozsahy se při změně rozsahu mění i konstanta rozsahu
• citlivost měřidla - udává počet nejmenších dílků stupnice (jednotek), který odpovídá změně měřené veličiny o určitou jednotku, tj. kolik dílků připadá určitou jednotku
• dovolená odchylka - kladná veličina určená státní normou nebo uvedená na přístroji výrobcem měřidla (ocelové měřící pravítko má dovolenou odchylku 0,1 mm)
• maximální odchylka - polovina konstanty rozsahu u ručičkového měřidla (polovina nejmenšího dílku - přečteme hodnotu dílku, který je veličině nejbližší) nebo měřící jednotka na displeji číslicového měřidla

V případě, že čteme stále stejnou hodnotu, považujeme ji za pravděpodobnou (průměrnou) hodnotu a maximální odchylku čtená za průměrnou odchylku měření (musíme mít však správnou metodu měření a měřidlo jehož dovolená odchylka je menší než maximální odchylka).

 

Měřidlo objemu: kádinka

• měřící rozsah 25 – 200 ml
• konstanta rozsahu 25 ml
• maximální odchylka 12,5 ml

 

 

Přesnost měření

 

Při měření může dojít k různým nepřesnostem. Přesnost je závislá na měřicích přístrojích, měřící metodě a na vlivu vnějších podmínek. Přesnost se určuje pomocí relativní (poměrné) odchylky měření. S rostoucí relativní odchylkou přesnost měření klesá. Přesnějšího měření tedy můžeme dosáhnout, jestliže měřené veličiny dosahují co možná největších hodnot daného rozsahu.

 

Př: běžné pravítko o délce 20 cm, dělené po mm     

- rozsah: 0 – 200 mm (0,2m)

            - konstanta rozsahu: 1 mm (10^-3m)               

            - citlivost měřidla: 1/1mm (10³ m)                

            - maximální odchylka:            0,5 mm (0,5 . 10^-3m)              

 

Chyby měření

 

Při měření se dopouštíme chyb hrubých, systematických a náhodných.

• Systematické chyby - jsou zapříčiněny vlivem okolních vnějších vlivů, lze je omezit použitím dokonalejšího měřícího přístroje nebo využitím dokonalejší měřicí metody
• Hrubé chyby - jsou zapříčiněny tím, kdo měření provádí, např. jeho nepozorností nebo důsledkem jeho omylu.
• Náhodné chyby - jsou způsobeny kolísáním okolních rušivých vlivů.

 

Opakovaným měřením dané veličiny získáme statistický soubor hodnot, ze kterého pak vypočítáme pravděpodobnou hodnotu. Ta se určí jako aritmetický průměr všech naměřených hodnot. Následně vypočítáme průměrnou odchylku, pomocí které určíme dolní a horní mez intervalu, ve kterém se pravděpodobně nachází skutečná hodnota měřené veličiny.

 

 

Použitá literatura

 

Chvojka M., Skála J.: Malý slovník jednotek měření. Mladá fronta, Praha 1982

Pešková E., Kropáčková H. a kol.: Fyzika - přehled středoškolského studia. Orfeus, Praha 1992

Vachek J.: Fyzika - přehled učiva základní školy. SPN, Praha 1981

Běloun F. a kol.: Tabulky pro základní školu. Galaxie, Praha 1993

www.cmi.cz/

www.bipm.org

 

Autor textu: Mgr. Iva Frýzová

 

Země je mezi planetami Sluneční soustavy unikátní především přítomností živých organismů. Vznik života na Zemi by však nebyl možný bez složek neživé přírody, jejichž studiem se zabývá geologie. Následující přednáškový blok vás seznámí ...

... s vnitřní stavbou Země, rozložením litosférických desek a jejich vzájemnými pohyby

... stručným přehledem geologického a paleontologického vývoje Země

... činiteli ovlivňujícími tvar, složení, a neustálé proměny povrchu Země

        ... charakteristikou a tříděním hornin, minerálů a půd

        ... s příčinami devastace půdy a její ochranou

        ... s geologickou stavbou ČR

        ... s geomorfologickým členěním ČR

... s významnými krajinotvornými prvky podmíněnými složením vybraných hornin

Jen pro připomenutí několik základních údajů o Zemi:

-         Země má tvar geoidu (sploštělé koule)

-         v ose rotace má poloměr 6356,9 km a v ose rovníku poloměr 6378,4 km

-         teplota ve středu Země se odhaduje na 5500 °C a tlak 3 450 000 atmosfér (350 GPa).

-         teplota rostoucí směrem od povrchu ke středu Země se zvyšuje průměrně o 25 °C na 1 km.

         Tento přírůstek teploty označujeme jako geotermální (někdy také geotermický) gradient

-        přímému studiu pomocí pozorování a geologických vrtu je přístupná jen nejsvrchnější část

        (nejhlubší vrty 160 km) zemské kůry. Hlubší části Země lze studovat pouze zprostředkovaně pomocí

        geofyzikálních metod (měření šířících se vln a pod.)

 

1.1 Vnitřní stavba Země

Pokud si představíme geofyzikální model Země (viz. obr. č.1), lze stanovit tři základní části rozlišné svým chemickým složením a vlastnosti – ZEMSKÉ JÁDRO, ZEMSKÝ PLÁŠŤ a ZEMSKOU KŮRU. K rozdělení na tyto tři vrstvy došlo díky gravitaci v době, kdy byla celá hmota Země v tekutém stavu před více než 4 miliardami let.

 

 

 

 

 

 

 

 

obr. č.1 Geofyzikální model vnitřní stavby Země

 

 

 

 

Ve středu Země, 2900 km pod povrchem, se nachází jádro. (Samotné jádro se dále dělí na vnější jádro, přechodné jádro a vnitřní jádro.) Předpokládá se, že jádro vnější a přechodné jádro jsou tekuté, vnitřní jádro je pravděpodobně pevné a tvoří jej z 90 % sloučeniny železa, z 8 % sloučeniny niklu a ze 2 % ostatní prvky. (Podobné složení mají některé meteority, které nacházíme na Zemi a které byly původně součástí jader jiných planet podobných Zemi.) Tyto prvky se dostaly do středu Země díky své hustotě – hustota vnitřního jádra je více než 13 g/cm3.

Další vrstvou je zemský plášť, přibližně 5 až 60 km pod povrchem podle mocnosti zemské kůry nad ním. Předpokládá se, že je plastický, tedy pomalu tekutý. Obsahuje okolo 43% sloučenin křemíku, 37% sloučenin hořčíku, 12% sloučenin železa, 3% sloučenin vápníku a 5% ostatních prvků. (I zemský plášť můžeme rozdělit na svrchní a spodní zemský plášť.)

Nejsvrchnější vrstva, zemská kůra, je nejlépe prozkoumanou částí Země o mocnosti od několika kilometrů až po přibližně 60 km v místech pod velkými pohořími. Bezprostředně na zemský plášť naléhá oceánská zemská kůra tvořená především sloučeninami z křemíku a hořčíku a má hustotu okolo 2,9 g/cm3. Kontinentální zemská kůra je tvořena především sloučeninami křemíku a hliníku o hustotě okolo 2,7 g/cm3. Porovnáním hustoty oceánské a kontinentální zemské kůry je patrné, že kontinentální zemská kůra má menší hustotu, je tedy "relativně lehčí". Tato nižší hustota zaručuje, že se i přes svou mocnost místy až několika kilometrů nezanoří do oceánské zemské kůry.

Díky neustálému zvětrávání hornin a jejich přemísťování především za pomoci vody je zemská kůra (kontinentální i oceánská) pokryta různě silnou vrstvou sedimentů.

 

1.2 Litosféra

Zemskou kůru a svrchní část zemského pláště označujeme také jako litosféru – pevný obal Země. Litosféru ovšem netvoří jednolitý pevný obal, ale je několik tektonických nebo také litosférických desek – viz. obr. č.2.

Na základě geologických i paleontologických důkazů byla prokázána teorie Alfreda Wenegera, že v minulosti byly všechny kontinenty spojeny v jediný. Tento prakontinent (dnes označovaný jako Pangea) se následně rozpadl na dvě části (severní Laurasii a jižní Gondovanu). Dalším rozpadem pak vznikly kontinenty, jak je známe dnes.

Obr. 2 Litosférické desky a směr jejich pohybu.

 

V zemském plášti pod litosférickými deskami dochází k proudění hmoty zemského pláště, což přispívá k pohybům těchto desek. Mezi deskami může docházet ke třem různým typům vzájemných pohybů – PŘIBLIŽOVÁNÍ (konvergence), ODDALOVÁNÍ (divergence) a POSUN VEDLE SEBE různým směrem podél transformačních zlomů – viz. obr. č.2.

Tyto pohyby probíhají neustále s rychlostí několik centimetrů za rok a v minulosti měly za následek přesunování kontinentů po Zemi. Předpokládané přesuny kontinentů si můžete prohlédnout na animaci na následujícím odkazu.

http://www.loupak.cz/video/veda-a-pokusy/1193-pohyb-kontinentu-minulost-a-budoucnost

 

A) Místa, kde dochází k oddalování desek, jsou typická svou vulkanickou aktivitou a vznikají zde dlouhé hluboké zlomy (rifty). V těchto místech vystupuje láva k povrchu a dochází ke vzniku nové zemské kůry. Tyto rifty se nachází především v oblasti oceánů, kde vystupují jako podmořské hřbety. Na povrchu toto rozestupování můžeme pozorovat např. na Islandu – viz. obr. č.3.

 

 

 

 

 

Obr. č.3 Island,Thingvellir – oblast tvorby riftu

 

B) V místech přibližování litosférických desek můžeme pozorovat různé důsledky tohoto přibližování podle typu zemské kůry v místě přibližování. Pokud se k sobě přibližují dvě desky s kontinentální zemskou kůrou (viz. obr.4c), dochází ke kolizi. Při kontaktu ani jeden z kontinentů nemůže poklesnout, tlačí se tedy k sobě, přičemž se horniny lámou, ohýbají a deformují za vzniku velkých pásemných pohoří. Například kolizí Indické a Eurasijské desky vznikly Himaláje.

Při kontaktu kontinentální a oceánské desky (viz. obr.4a) se těžší oceánská deska zanořuje pod kontinentální. V místě zanoření dochází ke vzniku hlubokomořských příkopů.  Zanořená část desky včetně sedimentů se taví a vzniká tak pásmo aktivních sopek jako například podél západního okraje Jižní Ameriky.  

Třetím typem je stav, kdy dochází k přibližování dvou desek oceánských (viz. obr.4b). Jedna z desek, obvykle ta starší (protože je chladnější a má vyšší hustotu), se zanoří pod druhou. Díky tomu vznikne hlubokomořský příkop a vedle něj pásmo sopek později vytvářející souostroví. Příkladem tohoto typu je Japonské souostroví v sousedství Japonsko-kurilského příkopu.

C) Z hlediska člověka jsu nejnebezpečněnjší oblasti, kde dochází k posunu zemských desek podél sebe. Jsou to oblasti v častým výskytem zemetřesení. Jedná se např. o oblasti styku Pacifické a Severoamerické desky, tedy oblast Kalifornského pobřeží nebo na styku Indoaustralské a Pacifické desky, který prochází Novým Zealandem.

 

 

 

 

Obr. č.4 Kolize litosférických desek a) podsouvání oceánské desky pod kontinentální, b) podsouvání jedné oceánské desky pod druhou, c) podsouvání jedné kontinentální desky pod druhou

 

1.3 Historie Země

Na základě současného poznání vědy vznikla Země před 4 a půl miliardami let. Během doby svého trvání na Zemi došlo k mnoha změnám, které lze vysledovat na základě studia hornin a fosilních pozůstatků. Zkoumání vývoje a změn na Zemi je možné díky skutečnosti, že ...

... na starších vrstvách leží vždy vrstvy mladší a že jsou všechny vrstvy přibližně vodorovné (pokud ne, svědčí to nějaké významné události ve vývoji).

... ve vrstvách ze stejného období se nachází zkameněliny stejných fosílií.

... na Zemi probíhají stále stejné geologické procesy a působí stejní geologičtí činitelé jako v minulosti, přestože podmínky mohou být trochu odlišné (např. složení atmosféry, teplota a pod.)

 

Historický vývoj planety Země je rozdělen do několika období, která dostala název podle významných nalezišť spojených se studiem hornin a fosílií daného období.

Obr. č.5 Geologická historie Země

1.3.1 Prekambrium (Prahory a Starohory)

Velmi dlouhé období, pravděpodobně od 4 a půl miliardy let až 570 miliónů let.

Během tohoto období postupně vznikla pevná zemská kůra, vznikaly první horniny a také první známky života. Z počátku se jednalo o jednobuněčné primitivní organismy, teprve na konci tohoto období se objevují první mnohobuněčné organismy. Život je stále vázán na vodu v mořích a oceánech.

Vrstvy hornin z období starohor je možné vysledovat v oblasti středních a západních Čech. Na konci Starohor dochází ke kadomskému vrásnění a přeměně hornin, které se projevilo i na našem území.

 

1.3.2 Paleozoikum (Prvohory)

Pravděpodobně před 570 až 345 milióny let, rozdělujeme jej na starší prvohory Kambrium až Devon 570 – 360 mil. let a mladší prvohory Karbon a Perm 360 – 345 mil. let. .

Kambrium: V tomto období na našem území převažuje ukládání různých sedimentů a vznik sedimentárních hornin jako jsou slepence, pískovce a droby. Život je stále ještě vázán na slanou vodu. Z rostlin se jedná o řasy, ze živočichů pak bezobratlí jako přisedle žijící ramenonožci a trilobiti. Na konci kambria dochází k velké vlně vymírání pravděpodobně kvůli globálnímu ochlazení klimatu, snížení hladiny oceánů a obsahu kyslíku.

 

Ordovik: V tomto období nastává první fáze kaledonského vrásnění doprovázená sopečnou činností. Následuje období sedimentace v oblastech pánví zaplavených mořem - vznikají slepence, droby, pískovce, křemence a jílovité břidlice. Dochází k opětovnému rozvoji života, ve větší míře se objevují měkkýší a graptoliti (přisedle žijící živočichové), dále také k rozvoji členovců z původních trilobitů  a na konci období se objevují první chrupavčité ryby. Na souši se objevují první rostliny – mechorosty vázané na vlhké prostředí. Na konci ordoviku přichází další vlna velkého vymírání organismů způsobené přesunem naší oblasti přes jižní pól.

 

Silur: Stále probíhá sedimentace v mělkých pánvích, na našem území již také sedimentace vápencová. Probíhá druhá fáze kaledonského vrásnění. V mořích dochází k rozvoji korálů, měkkýšů, ramenonožců a graptolitů, ale také ryb. Na souši se objevují první cévnaté rostliny a houby, ale také členovci jako primitivní pavouci, roztoči a stonožky.

 

Devon: Dále probíhá vápencová sedimentace, jehož známky jsou přítomné nejen v Barrandienu, ale také v okolí Hranic na Moravě a Moravském krasu. V průběhu devonu došlo k variskému (hercynskému) vrásnění, díky kterému se Čechy staly souší a usazování vápenců dále probíhá jen na území Moravy. Vedle dalšího rozvoje bezobratlých živočichů probíhá vývoj paryb (žraloci) a ryb lalokoploutvých, dvojdyšných a kostnatých. Na souši dochází k dalšímu rozvoji rostlin, kromě mechů také přesliček. S rozvojem rostlin na souši také pravděpodobně souvisí také výskyt prvních obojživelníků na souši. Na konci devonu dochází k dalšímu masovému vymírání, které však významně nepostihlo život na souši.

 

Karbon: Pro období karbonu je typický vznik jediného kontinentu Pangey. Na našem území se projevuje jednak varijským (hercynským) vrásněním, které přeměnilo horniny v oblasti středních a jižní Čech a také na Českomoravské vrchovině. Dále také vznikají pánve, ve kterých díky vrstvám výtrusných rostlin vznikají ložiska černého uhlí. Díky velkému množství výtrusných rostlin dochází ke spotřebě oxidu uhličitého a ukládání uhlíku ve formě uhlí. V atmosféře je tak nejvyšší podíl kyslíku v historii Země. Dochází k dalšímu rozvoji obratlovců – objevují se první plazi, kteří již nejsou vázáni na vodu a osídlují další území souší. Z bezobratlých pak dochází k zejména k rozvoji hmyzu (např. velké vážky) a sladkovodních  měkkýši.   

 

Perm: Období permu je na našem území typické kontinentálním typem podnebí, které je podstatně sušší, než dřívější období. Postupně dochází k vysychání pánví, ve kterých probíhala sedimentace. V mořích dochází k masivní tvorbě vápenců, na souši pak k rozvoji plazů s teplotou těla stálou, hmyzu, ale také nahosemenných rostlin (jehličnanů a jinanů). Na konci tohoto období dochází k vymírání velkého množství organismů v mořích, kteří byli pro prvohory typičtí jako jsou trilobiti a někteří koráli. Udává se, že vyhynulo až 90% mořských druhů živočichů, na souši pak přes 70% obratlovců. Jako důvod se předpokládá sopečná činnost a následné globální oteplování. 

 

1.3.3 Mesozoikum (Druhohory)

        Pravděpodobně 245 až 65 miliónů let zpět. Dále se dělí do tří období – trias, jura a křída.

Trias: Na našem území doznívání sladkovodní sedimentace (pískovce a slepence), na většině našeho území jsou pouště. V závěru tohoto území vzniká na našem území moře Tethys. V příbřežních vlhkých oblastech rostou především jehličnany a cykasy, moře i souš postupně ožívají. Dochází k výraznému rozvoji plazů s teplotou těla proměnlivou. Tito plazi dorůstají velkých rozměrů, někteří jsou dokonce schopni letu, jsou mezi nimi i ti, se kterými se setkáváme i dnes jako jsou želvy nebo krokodýli. Objevují se první žáby a savci. Na konci tohoto období vymírají větší obojživelníci a savcovití plazi.

 

Jura: Oblast Čech je téměř po celé období souší, na Moravě v místech moře Tethys dochází k sedimentaci a vzniku vápenců, jílovců a slínovců. Stále převažuje teplé podnebí, ve kterém se daří nahosemenným rostlinám a největší vývoj zaznamenávají plazi – dinosauři, kteří se vyvinuli do mnoha forem.

 

Křída: Dochází k úplnému rozpadu prakontinentů a díky alpinskému vrásnění vzniku pohoří jako jsou Himaláje, Alpy a na našem území Karpaty. Díky zvýšení mořské hladiny došlo k zaplavení oblasti Čech, která se projevila sedimentací k oblasti České křídové pánve a vzniku pískovců, slínovců a slepenců. Později vznikají sladkovodní sedimentární pánve v jižních Čechách. Z rostlin se objevují nové typy - krytosemenné (kvetoucí) rostliny, svého vrcholu dosahují velcí plazi, ale dochází také k rozvoji ptáků. V mořích dochází k růstu korálů, který doprovází mnoho dalších skupin bezobratlých.

Na konci křídy dochází opět k masovému vymírání, kterému podlehli zejména velcí plazi, ale také dalších 85% dosavadních druhů organismů. Díky tomu dochází v následujících obdobích k rozvoji savců.

 

1.3.4 Terciér (Třetihory)

        Pravděpodobně 65 až 1,8 miliónů let zpět. Třetihory se dále dělí na paleogén a neogén.

Paleogén: Dále probíhá alpinské vrásnění, od severu k jihu se přes Moravu táhne předhlubeň vyplněná mořem, ve které dochází k usazování sedimentů – střídavě jílů a písků. V Čechách pak vznikají oblasti jezerní pánve, kde dochází ke vzniku ložisek hnědého uhlí. Z počátku teplé podnebí se postupně ochlazuje, Z rostlin i živočichů jsou přítomny mnohé druhy, se kterými se můžeme setkat i dnes, objevují se první primáti.

 

Neogén: Pokračuje sedimentace v podkrušnohorských pánvích, vulkanismus v Doupovských horách a Českém středohoří.  V Budějovické a Třeboňské pánvi se ukádají štěrky a písky. Dochází k dalšímu ochlazování, snižuje se hladina moří, živočichové migrují mezi kontinenty. Chladnější a sušší podnebí vyhovuje novému typu rostlin – jednoděložným (např. traviny), naopak dochází k úbytku stromů. Dochází k rozmachu savců přizpůsobených stepním podmínkám. Tento vývoj klimatu pravděpodobně přispěl k napřímení postavy primátů jako adaptace na nedostatek stromů. Ke konci neogénu začíná docházet k výraznějším výkyvům v teplotě. 

       

1.3.5 Kvartér (Čtvrtohory)

        Toto období se datuje od 1,8 miliónů let zpět až po dnešek. Čtvrtohory a třetihory se někdy označují společným pojmem kenozoikum, tedy jako období savců.

Pro čtvrtohory je typické střídání dob ledových a meziledových, během kterého docházelo ke střídavému zalednění, které dosahovalo až na naše území. Ledovcová činnost spolu s ostatními faktory působila erozivně, což se formovalo povrch naší krajiny do dnešní podoby. V tomto období se vytváří půdy, říční síť v přibližně dnešní podobě a vznikají jeskynní systémy. Ve čtvrtohorách dochází k rozvoji člověka jako druhu.

Povrch Země, tak jak jej známe dnes, se neustále dynamicky přeměňuje. Vzhledem k tomu, že v geologické historii je délka jednoho lidského života zcela nepatrným okamžikem, zdá se nám povrch Země téměř neměnný. Na změny a utváření povrchu Země působí jednak činitele vnitřní, vycházející zevnitř Země, tak i vnější, působící přímo na povrchu.

 

2.1 Vnitřní geologické činitele

Jak už bylo popsáno v kapitole 1.1, v zemském tělese jsou rozloženy různé chemické prvky nerovnoměrně (např. jádro tvoří především Fe a Ni, zatímco zemskou kůru oceánskou Si a Mg a kontinentální Si a Al). K tomuto nerovnoměrnému rozložení přispívá gravitační síla, rotace naší planety, ale také chemické reakce probíhající mezi těmito prvky za významného přispění tepelné energie zemského jádra. Důsledky těchto dynamických procesů v zemském tělese se na povrchu projevují jednak krátkodobě jako VULKANISMUS a ZEMĚTŘESENÍ, z dlouhodobého hlediska pak jde o MAGMATISMUS, PŘEMĚNU HORNIN, DEFORMACE ZEMSKÉ KŮRY jako vrásnění a zlomy, ale také POHYBY ZEMSKÉ KŮRY. (Ziegler 1999).

 

2.1.1 Magmatismus

Magma je tavenina ze svrchní části zemského pláště, která proniká směrem k povrchu zemské kůry, a kterou může také částečně natavit.

a)    Pronikání magmatu směrem k povrchu se může v určité fázi zastavit a následně může magma velmi pomalu tuhnout hluboko pod povrchem. Tím dochází k vytvoření HLUBINNÝCH MAGMATICKÝCH TĚLES (např. plutonů a batolitů).

b)   Magma může dále pronikat směrem k povrchu různými zlomy a poruchami v zemské kůře, čímž vznikají PODPOVRCHOVÁ MAGMATICKÁ TĚLESA (např. sopouchy a žíly).

c)    Pokud se magma dostane až k povrchu, hovoříme o něm jako o lávě a je příčinou sopečné činnosti.

S hlubinnými i podpovrchovými tělesy se můžeme setkat i na povrchu, pokud jsou horotvornou činností vyzdvižena a vrstvy nad nimi odstraněny erozí. Tato místa jsou typická výskytem vyvřelých hornin hlubinných – viz. kapitola 3.1.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. č. 6   Magmatická tělesa

 

 

 

 

 

 

2.1.2 Přeměna (metamorfóza) hornin

Pokud jsou horniny vystaveny vysoké teplotě nebo tlaku, případně obojímu najednou, dochází v nich přeměnám vedoucím ke vzniku kvalitativně jiných hornin – hornin přeměněných (metamorfovaných) – viz. kapitola 3.1.3.

a)    V místech, kde již vytvořenými horninami proniká magma, působí především vysoká teplota, která pomáhá přeměnit horniny v nejbližším okolí. K přeměně hornin dochází na poměrně malém území a proto hovoříme o tzv. KONTAKTNÍ PŘEMĚNĚ (METAMORFÓZE) HORNIN.

b)   V místech střetávání litosférických desek působí jednak tlak a s rostoucí hloubkou také teplota na poměrně rozsáhlou oblast, ve které dochází k tzv. PLOŠNÉ (REGIONÁLNÍ) PŘEMĚNĚ (METAMORFÓZE) HORNIN. Intenzita přeměny v této oblasti se mění podle konkrétní teploty a tlaku.

Pokud teplota a tlak způsobí, že se hornina zcela roztaví a opět utuhne, nehovoříme o horninách přeměněných, ale vyvřelých.

 

2.1.3 Deformace zemské kůry

Tlaky a tahy, které působí na vrstvy hornin způsobují jejich deformace jako jsou VRÁSY a ZLOMY. K jejich vzniku dochází především při vzájemné kolizi zemských desek, ale také při dalších horotvorných pohybech – viz. kapitola 2.1.7. Vrásy jsou různě velké ohyby vrstev velikosti od několika milimetrů až stovky kilometrů. Vrásy mohou být symetrického, častěji však asymetrického tvaru, někdy dochází k jejich překocení, prasknutí a vzniku vrásových příkrovů. Někdy dochází k rozpraskání vrstev hornin různě hlubokými zlomy. V místech jednotlivých zlomů dochází k posunům vertikálním nebo horizontálním.

Všechny tyto struktury pomáhají geologům rozpoznat změny, kterými prošel povrch Země v minulosti. Místa, kde lze pozorovat vrásy či zlomy ve volné přírodě bývají často vyhlášeny jako přírodní památky nebo národní přírodní památky.   

 

 

 

Obr.č. 7 Vrásy                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. č.8 Zlom

       

 2.1.4 Posuny litosférických desek

Jednotlivé litosférické desky se mohou pohybovat VERTIKÁLNĚ - směrem dolů nebo nahoru vzhledem ke středu Země – viz. kapitola 1.2. Tyto pohyby probíhají velmi pomalu a lze je především pozorovat na pobřežní linii jednotlivých kontinentů.

Při zanořování zemské desky se mořská voda dostává dále do ústí řek a zaplavuje pobřeží (např. oblasti Nizozemí a jižní Anglie). Naopak při zdvihání území dochází k postupnému odkrývání pobřežní linie (např. Skandinávie).

Tyto pohyby jsou pravděpodobně způsobovány nestálým nastolováním rovnováhy mezi litosférickými deskami, které je neustále narušována vnitřními i vnějšími geologickými procesy.

Další možností je HORIZONTÁLNÍ posun jednotlivých desek podél sebe podél tzv. transverzálních zlomů. Více o důsledcích tohoto pohybu viz. kapitola 2.1.6. 

 

2.1.5 Sopečná činnost - vulkanismus

Láva je tavenina hornin obsahující také plyny jako dusík, oxid uhličitý, chlorovodík, sirovodík, vodní páry a další, které při erupcích unikají ven. Při kontaktu lávy s povrchem se tyto plyny uvolňují, v takto vzniklých horninách pak nacházíme dutinky různě velkých rozměrů. Tyto horniny nazýváme vyvřelé horniny výlevné – viz. kapitola 3.1.1.

 

Jen výjimečně dochází ke vzniku sopek a výlevu lávy mimo rozhraní tektonických desek, přičemž vznik sopek v takovýchto místech je podmíněn místním zahříváním způsobeným např. radioaktivitou nebo horkým místem v plášti.

a)        Nejvíce sopek se nachází v podmořských hřbetech, místech, kde se litosférické desky od sebe odsouvají. Zde dochází takřka k neustálému vylévání lávy a tvorbě nové oceánské zemské kůry. V tomto případě hovoříme o PUKLINOVÉM nebo také riftovém vulkanismu.

b)        V místech vzájemného přibližování a podsouvání zemských desek mohou být sopky různě aktivní, mnohdy až po desetiletí zdánlivě nečinné.

Také tvar těchto sopek a způsob úniku lávy se liší především v závislosti na složení samotné lávy.

Pokud je zdrojem lávy magma zásadité (s nízkým obsahem křemíku, které vzniká natavením oceánské zemské kůry), láva se ze sopky vylévá v proudech a vybuchuje jen velmi zřídka. V tomto případě jsou sopky nízké, s mírným klesáním. Jedná se o tvz. PŘÍKROVOVÉ (ŠTÍTOVÉ) SOPKY, které se nachází např. na Havaji.

Obr. č.9 Příkrovová sopka

Láva pocházející z kyselého magmatu (s vysokým obsahem křemíku, vznikající především oblastech podsouvání oceánské zemské desky pod desku kontinentální) vybuchuje prudce po delším časovém období klidu. Při výbuchu z kráteru sopky vyletují žhavý prach, popel a různě velké kusy lávy, někdy za současného výlevu žhavé lávy po

 

úbočí sopky. Velmi vysoké sopky – STRATOVULKÁNY – jsou tvořeny střídajícími se vrstvami lávy a úlomků hornin vyvržených ze sopky. Menší sopky – TUFOVÉ (SOPEČNÉ) KUŽELE – jsou pak tvořeny pouze úlomky hornin vyvržených ze sopek. Stratovulkánem je např. sopka Fudži, sopečným kuželem sopka Fudžisan v Japonsku. 

Obr. č. 10 Stratovulkán                                                  Obr.č.11 Tufový kužel

 

U nás se nachází sopky již nečinné, např. Doupovské hory či České středohoří. (Hora Říp pravděpodobně není vyhaslou sopkou, neboť nemá sopouch, nejspíše šlo o podpovrchový výlev lávy následně odkrytý erozí.) Doprovodným projevem vulkanismu, někdy i dlouho po skončení jeho aktivity, je výskyt teplých minerálních pramenů (Karlovarsko), někdy dokonce gejzírů, úniků horkých nebo chladných plynů či bahenních sopek (Soos u Františkových lázní). (Zeigler 1999).

 

2.1.6 Zemětřesení

Zemětřesení vzniká nejčastěji v místech, kde se posunují dvě litosférické desky podél sebe. Dalšími místy ohroženými zemětřesením jsou některé oblasti, kde se litosférické desky přibližují.

Posun litosférických desek podél sebe je stálý a velmi pomalý, avšak v určitých místech může dojít nahromadění energie, což vede k jejímu náhlému uvolnění a tím i pohybům povrchu země. Zdroj zemětřesení může být v různých hloubkách pod povrchem. Nejsilnějšími otřesy je vždy postižena oblast bezprostředně nad ohniskem zemětřesení, ve větších vzdálenostech od ohniska síla otřesů slábne.

Následky zemětřesení lze měřit jednak seismografy využívající Richterovu stupnici, které měří absolutní sílu zemětřesení. Druhou možností je Mercalliho stupnice, která je založena na pozorování důsledků zemětřesení v krajině jako jsou např. lámání větví, padání domů, mostů, praskání potrubí a pod. Tato stupnice není tak přesná, ale lze pomocí ní určit např. sílu zemětřesení v historii zaznamenaných v kronikách.

Někdy mohou být škody způsobeny nepřímo, např. vlnami Tsunami, které se na otevřeném oceánu pohybují rychlostí 500 až 1000 km v hodině prakticky nepozorovány, avšak u pobřeží se mohou zvednou do výšky až několika desítek metrů. (Coenraads, 2007)

 

2.1.7 Vznik kontinentů a pohoří

Předpokládá se, že při tuhnutí zemské kůry došlo k vytvoření jejich prvotních celků, které se označují jako štíty a platformy. Ty se postupně přesunovaly po zemském plášti a kolem nich vznikaly pevniny a moře, jak je známe dnes. O příčinách jejich vzniku a přesunů existuje několik hypotéz od beroucích v potaz fyzikální i chemické děje při postupném ochládání Země – více v odborné geologické literatuře.

Vlivem vnějších i vnitřních geologických sil dochází ke změnám v litosféře, pří kterých dochází k poruchám různým vrstev hornin nebo až k ke vzniku celých pohoří.

 

U pohoří rozlišujeme tři základní typy podle způsobu jejich vzniku.

a)    VRÁSOVÁ POHOŘÍ – vznikla vrásněním, tedy natlačením dvou litosférických desek na sebe, přičemž došlo k stlačení vrstev původních, které se zvrásnily a případně rozlámaly. Přitom také docházelo k průniku roztavených hornin podél prasklin a kontaktní přeměně hornin. Vrásová pohoří jsou typická dlouhými hřebeny, ve kterých jsou přítomny vrstvy stejných hornin. Patří mezi ně například Alpy, Himaláje či Karpaty.

b)   KERNÁ POHOŘÍ – pokud dojde v místě hlubokého zlomu k vyzdvižení jedné z ker vysoko nad povrch, hovoříme o pohořích kerných. Tato pohoří se náhle zvedají nad okolní krajinu. V jejich vnitřní struktuře lze vyhledat posun ve vrstvách, které jsou však ve stále stejném sledu. U nás jsou to např. Jeseníky, Krkonoše nebo Krušné hory.

c)    VULKANICKÁ POHOŘÍ – vděčí za svůj původ sopečné činnosti, a proto jsou tvořena vyvřelými horninami výlevnými. Jedná se spíše o seskupení jednotlivých hor. Uvnitř kontinentů jsou vzácná, častěji se s nimi setkáme na okrajích kontinentů nebo v oceánských příkopech. Příkladem vulkanických pohoří jsou Doupovské hory nebo České středohoří.

 

 

 

 

 

 

 

Obr. č.12 Vrásové a kerné pohoří

 

2.2 Vnější geologické činitele

Povrch Země ve velké míře utváří a mění vnější vlivy, které na něj působí. Jedná se především o SVĚTLO a TEPLO ze Slunce, díky nim vyvolané POHYBY VZDUCHU a OBĚH VODY na Zemi, účinky GRAVITAČNÍ SÍLY Slunce a Měsíc na Zemi a především GRAVITAČNÍ SÍLA Země. Svůj význam má také působení ŽIVÝCH ORGANISMŮ, mezi které můžeme řadit i vzrůstající význam zásahů člověka v krajině.

Tyto výše popsané vlivy způsobují jednak rozrušování hornin a tím i útvarů zemského povrchu – EROZI, ale také přemísťování – TRANSPORT jednotlivých částí a jejich následné usazování – SEDIMENTACI na jiném místě. (Zeigler, 1999, s.47)

 

2.2.1 Eroze – zvětrávání

Veškeré horniny, které se dostanou na zemský povrch jsou vystaveny postupnému rozrušování, neboli zvětrávání či erozi. Zvětrávání může být jednak fyzikální nebo chemické, nejčastěji však dochází ke kombinaci obojího.

 

a)     Pro FYZIKÁLNÍ (mechanické) ZVĚTRÁVÁNÍ je typický rozpad horniny na menší kusy, které jsou následně odnášeny jinam, avšak složení horniny jako takové se nemění.

Jedním z významných činitelů mechanického zvětrávání je střídání teploty jednak během dne, ale také v průběhu roku. Část horniny vystavená Slunci při zahřívání zvětšuje svůj objem, přičemž zvětšování různých minerálů v rámci horniny může být rozlišné. Díky tomu dochází k praskání a vzniku drobných trhlinek, které se nadále rozšiřují za působení vody, rostlin a živočichů. Voda díky své unikátní vlastnosti – zvětšování objemu při přechodu z kapalného skupenství do pevného – způsobuje další rozpraskání horniny, rostliny praskliny zvětšují a prohlubují svými kořeny a živočichové jej mohou narušovat hrabáním a rozrýváním.

b)    Při CHEMICKÉM ZVĚTRÁVÁNÍ dochází ke kvalitativní změně ve složení minerálů a tím vzniku hornin nových, s jiným složením a vlastnostmi.

Např. minerál živec se díky působení vody může přeměnit na jílovité minerály jako např. kaolinit. Na chemickém zvětrávání se významně podílí také rostliny, bakterie a živočichové, kteří mohou vypouštět ze svého těla chemické látky nebo nepřímo huminovými kyselinami, které vznikají při rozkladu jejich odumřelých těl.

 

K fyzikálnímu zvětrávání dochází především v oblastech, kde se teplota střídavě pohybuje okolo bodu mrazu, případně v pouštních oblastech, kde je významný rozdíl v teplotách během dne a noci. Chemické zvětrávání je pak rozlišné podle podmínek.

V chladných oblastech k němu téměř nedochází, v mírném pásu dochází tzv. sialitickému zvětrávání, při kterém se ve zvětralině hromadí především sloučeniny draslíku a sodíku, což způsobuje její šedé, černošedé nebo tmavohnědé zbarvení. V tropických a subtropických oblastech bohatých na vodní srážky dochází ke zvětrávání allitickému, kdy ve zvětralině zůstávají především sloučeniny železa a hliníku, díky čemuž má zvětralina rudohnědé zbarvení. Půdy takto vzniklé jsou chudé na minerální látky potřebné k růstu rostlin a jsou úrodné jen několik let.

Jednotlivé horniny jsou rozdílně náchylné k fyzikálnímu i chemickému zvětrávání. Proto dochází k selektivnímu zvětrávání, kdy některé horniny zvětrávají rychleji než jiné a tím vznikají zajímavé útvary jako římsy, pokličky nebo zemní pyramidy.

Zvětrávání je přímo závislé na klimatických poměrech dané oblasti, především na teplotě, srážkách, vlastnostech mateční horniny, tvaru georeliéfu, ale také rostlinném pokryvu. Zvětrávání přímo souvisí se vznikem půdy (Zapletal, 1995, s. 22 – 23). Více kapitola 3.3.

 

2.2.2 Transport

Na Zemi dochází k neustálému přesunu částí hornin a minerálů, na kterých se opět podílí kombinace několika činitelů. Veškeré části hornin uvolněné zvětráváním podléhají gravitační síle Země. S tím souvisí také transportní činnost vodních toků, způsobující odnos různě velkých úlomků hornin, během transportu jejich následné rozbíjení a zaoblování, ale také ukládání podél toku, v deltě nebo až v mořích a oceánech.

Dalším činitelem podílejícím se na transportu zvětralých hornin je vítr, který má schopnost odnášet malé části z obnažených ploch, ale také přispívá k následné k jejich následné sedimentaci. Nejvýrazněji se činnost větru projevuje v pouštních oblastech. (Zapletal, 1995, s. 26 – 27, 36 – 37)

 

2.2.3 Sedimentace

Zvětralé horniny jsou mnohdy transportovány stovky kilometrů od místa svého původního výskytu. Během této cesty jsou postupně rozrušovány a zaoblovány a následně ukládány. Nejdále se dostávají ty nejmenší části nejodolnějších minerálů jako je např. křemen.   

K usazování materiálu dochází vždy ve vrstvách, které mohou mít různou mocnost. Během ukládání může dojít ke změně podmínek a přerušení nebo dalším ukládáním materiálu jiných vlastností. Tím vzniká soubor vrstev zvaný souvrství. Obecně platí, že starší vrstvy jsou uloženy pod mladšími a vrstvy jsou ukládány víceméně vodorovně. Pokud dojde k nějakému porušení těchto pravidel (zvlnění vrstev, opakování starších a mladších vrstev a pod.), svědčí o geologické činnosti v této oblasti.

K datování jednotlivých vrstev významně přispívá výskyt určitých organismů, které se vyskytovaly na Zemi v určitém období její geologické historie.

Sedimentace zvětralých hornin a minerálů, ale také částí organismů dala vznik sedimentárním horninám – viz. kapitola 3.1.2.

 

Obr. č. 13 Příklady vzniku sedimentů

 

2.2.4 Další činitelé podílející se na erozi, transportu a sedimentaci

Mezi významné činitele ovlivňující povrch Země patří ČINNOST LEDOVCŮ. Ledovce v minulosti výrazně ovlivnily tvar našich pohoří, např. Krkonoš. Zaoblily ostré vrcholy, vytvarovaly hluboká údolí a vytvořily valy z odlomených kusů hornin. Díky ledovcům dnes nacházíme na našem území drobné úlomky hornin, ale také velké balvany původem ze Skandinávie, které se k nám dostaly v dobách ledových. Činnost ledovců pokračuje i dnes v některých horských oblastech a na pólech.

Také ČINNOST MOŘÍ a OCEÁNŮ formuje povrch Země, což je nejvíce patrné na pobřeží. Zde dochází k erozi v místech, kde příbojové vlny naráží na břeh, mořské proudy přesunují jemné části zvětralých hornin a minerálů a na jiných místech je zase ukládají. V mořské vodě je navíc rozpuštěno velké množství minerálních látek, které mohou za příhodných podmínek krystalizovat v minerály. Např. odpařováním mořské vody se získává minerál sůl neboli halit.

VODA, především ta DEŠŤOVÁ, může obsahovat rozpuštěný oxid uhličitý, čímž vznikne velmi slabá kyselina uhličitá. Tato kyselina rozpouští jinak ve vodě nerozpustný vápenec obsahující uhličitan vápenatý a tím přispívá ke vzniku jeskyní a dalších krasových útvarů jako jsou závrty a propasti. Pokud voda obsahuje velké množství rozpuštěného hydrogenuhličitanu vápenatého, může docházet k jeho opětovné krystalizaci a tím vzniku krápníků nejrůznějších tvarů.

 

Jako MINERÁLY označujeme látky v pevném skupenství, které jsou charakteristické svým chemickým složením, vnitřní strukturou uspořádání atomů a fyzikálními vlastnostmi. HORNINY jsou pak látky složené z různých minerálů, které jsou určitým způsobem vůči sobě vzájemně uspořádané. Zvětraliny hornin a minerálů pak společně s organismy (ať už živými nebo částmi jejich těl) tvoří PŮDU.

Vznik minerálů a tedy i hornin a půdy je dán vnitřními i vnějšími geologickými činiteli, které působí především na zemskou kůru a nejsvrchnější část zemského pláště. Díky těmto činitelům také dochází k neustálé obměně hornin díky tzv. HORNINOVÉMU CYKLU.

Horniny dělíme podle způsobu vzniku do tří základních skupin, a to na HORNINY VYVŘELÉ, USAZENÉ a PŘEMĚNĚNÉ.

 

3.1.1 Horniny vyvřelé

Jako horniny vyvřelé označujeme horniny vzniklé z taveniny – magmatu nebo lávy. Tyto horniny se mezi sebou liší jednak svým chemickým složením, ale také velikostí zrn minerálů, které obsahují. Tyto rozdíly jsou dány jednak samotným složením taveniny, ale také podmínkami, za kterých minerály v tavenině utuhly.

Podle obsahu křemíku v hornině rozlišujeme, zda se jedná o horninu bazickou (zásaditou) nebo kyselou. Bazické horniny jako je gabro nebo bazalt obsahují menší množství křemíku a jsou tmavé barvy díky minerálům pyroxenu, olivínu nebo biotitu – tmavé barvy. Oproti tomu kyselé horniny jako granit či ryolit mají vysoký obsah křemíku a jsou světlejší barvy než horniny bazické díky světlým minerálům jako je živec a křemen.

a)    Pokud hornina vznikala hluboko pod povrchem Země a tavenina tuhla jen pomalu, jednotlivé minerály měly dostatek času na krystalizaci a jejich zrna v hornině jsou velká – pozorovatelná pouhým zrakem. Tyto horniny označujeme jako VYVŘELÉ HORNINY HLUBINNÉ. Patří mezi ně granit (žula), diorit a gabro.

b)   V případě, že se tavenina dostala až na povrch, kde se "vylila", ke krystalizaci jednotlivých minerálů docházelo rychle a tak vznikly jen drobné krystalky, nerozlišitelné pouhým okem. Tyto horniny označujeme jako VYVŘELÉ HORNINY VÝLEVNÉ. Typickými zástupci jsou bazalt (čedič), andezit, ryolit a obsidián (sopečné sklo).

c)    Posledním typem jsou VYVŘELÉ HORNINY ŽILNÉ, které vznikly utuhnutím taveniny v puklinách jiných hornin. Příkladem žilné výlevné horniny je např. pegmatit.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. č.14 Horniny vyvřelé

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 15 Vztah hlubinných a výlevných vyvřelých hornin

 

3.1.2 Horniny usazené

Horniny usazené neboli sedimentární vznikly usazením sedimentů vzniklých erozí nebo částí organismů, případně vysrážením minerálů z roztoků. Jednotlivé vrstvy sedimentů se ukládaly na sebe, čímž docházelo k jejich stlačení a stmelení.

a)       HORNINY USAZENÉ KLASTICKÉ (úlomkovité) obsahují různě velké části minerálů a patří mezi ně například jílovitá břidlice, pískovec, slepenec a pod.

b)      HORNINY USAZENÉ ORGANOGENNÍ vznikly stmelením schránek živočichů – vápence a křída nebo zuhelnatěním částí rostlin – uhlí.

c)       HORNINY USAZENÉ CHEMOGENNÍ vznikly tak, že se z nasycených roztoků vysrážely minerály, které daly vznik horninám jako je např. travertin.

 

3.1.3 Horniny přeměněné

Horniny vyvřelé, usazené, nebo již dříve přeměněné mohou být opětovně vystaveny vysokému tlaku, teplotě, případně obojímu a tím dochází k přeměně jejich chemického složení i vnitřní struktury.

a)    O KONTAKTNÍ PŘEMĚNĚ hovoříme, když je postižena jen malá oblast hornin, např. okolí přívodního kanálu sopky nebo v blízkosti zlomů posunujících se vedle sebe.

b)   REGIONÁLNÍ PŘEMĚNOU jsou postižena rozsáhlá území, např. v oblastech vyvrásněného pohoří.

        (Pokud tlak a teplota způsobí, že je hornina zcela roztavena, hovoříme opět o

         horninách vyvřelých.

 

Při přeměně se atomy v jednotlivých minerálech se mohou přeskupovat tím dochází ke vzniku minerálů jiných. V přeměněných horninách je také často patrný směr, kterým na ně tlak působil a jednotlivé krystaly minerálů mohou být výraznější. Mezi přeměněné horniny patří mramor, rula, svor nebo fylit.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr.16 Přeměněné horniny

 

3.1.4 Horninový cyklus

Přestože se z hlediska délky lidského života zdá, že horniny kolem nás jsou trvalé a neměnné, z hlediska lidského času k jejich neustálým přeměnám v tzv. horninovém cyklu.

a)       Vyvřelé, ale také usazené a přeměněné horniny podléhají EROZI, která je rozrušuje. Díky odnosu a následnému ukládání úlomků na jiných místech vznikají NOVÉ USAZENÉ HORNINY.

b)      Může se však také stát, že dojde k zanoření vyvřelých, usazených nebo přeměněných hornin pod některou z litosférických desek a dojde k jejich PŘEMĚNĚ na HORNINY PŘEMĚNĚNÉ.

c)       Pokud dojde k úplnému roztavení hornin vyvřelých, usazených nebo přeměněných na magma a následnému utuhnutí tohoto magmatu, hovoříme opět o HORNINÁCH VYVŘELÝCH.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

obr.17 Horninový cyklus

 

Více o vzniku a složení vybraných hornin na cvičení, případně v odborné petrografické literatuře.

 

Pojmy minerály a nerosty  jsou synonyma používaná pro látky v pevném skupenství, které již dále nelze rozlišit na dílčí části (mimo atomy, ze kterých se skládají).

Obecná definice minerálů zní, že jsou to pevné, stejnorodé, anorganické  sloučeniny. V podstatě to znamená, že každý kousek určitého minerálů, byť sebemenší, má stejné fyzikální a chemické vlastnosti jako všechny ostatní kusy téhož minerálu nalézajícího se kdekoliv na světě.

Od ostatních minerálů se liší rozdílem právě v některé (nebo mnoha) z fyzikálních nebo chemických vlastností. Přestože diamant i grafit (tuha) jsou minerály stejného složení – jsou tvořeny chemickým prvkem uhlíkem, liší se od sebe minimálně barvou a tvrdostí.  

 

3.2.1 Chemické složení a tvar minerálů (Zeigler, 1999)

 

Minerály mohu vznikat – krystalizovat různými způsoby:

a)    V přírodě nacházíme minerály nejčastěji jako součást hornin, což souvisí s jejich vznikem – krystalizací při tuhnutí magmatu.

b)    Některé minerály vznikly krystalizací z vodných roztoků nebo plynů, které se vysrážely v různých puklinách a dutinách, do kterých pronikly, z mořské vody nebo jako doprovod vulkanické činnosti.

c)     Ke vzniku kvalitativně jiných minerálů může přispět také chemické zvětrávání či přeměna hornin. 

 

Při krystalizaci – přechodu z kapalného (či plynného) skupenství do pevného působí především dva faktory, a to je teplota a prostor. Pokud se teplota mění jen velmi pomalu, vytváří se velké krystaly minerálů. K tomu přispívá také dostatek prostoru. Naopak, pokud dochází k rychlému ochlazení, krystaly minerálů jsou velmi malé, v některých případech patrné jen pod mikroskopem.

Každý minerál je typický svým chemickým složením (z minimálně jednoho, ale častěji z několika chemických prvků) a vnitřním uspořádáním jednotlivých atomů. Vnitřní uspořádání atomů výrazně ovlivňuje tvar a vlastnosti jednotlivých minerálů. Tvar jednotlivých minerálů je dán geometrickým tvarem krystalů (krychle, kvádr, ...) který je pro něj charakteristický. 

Minerály mohou krystalizovat v 7 různých krystalových soustavách.

-          soustava trojklonná – tři osy různě dlouhé a žádný pravý úhel.

-          soustava jednoklonná – tři osy různě dlouhé, dvě osy v pravém úhlu, jedna osa v kosém.

-          soustava kosočtverečná – ti osy různě dlouhé svírající pravé úhly.

-          soustava čtverečná – dvě osy stejně dlouhé, třetí delší svírající pravé úhly.

-          soustava šesterečná – stři osy stejně dlouhé v jedné rovině svírající úhel 60°, čtvrtá osa delší, k ostatním osám kolmá.

-          soustava klencová – tři poloosy v jedné rovině stejně dlouhé, na ně kolmá jedna osa delší.

-          soustava krychlová – tři osy stejně dlouhé svírající pravý úhel.

Některé minerály mohou krystalizovat dokonce i ve dvou a více různých soustavách. Jindy zase rozdíl ve vnitřním uspořádání a krystalizace v jiné krystalové soustavě stačí k rozlišení dvou různých minerálů, přestože mají stejné chemické složení. Např. tuha a diamant nebo kalcit a aragonit mají stejné chemické složení, avšak krystalizují v jiných soustavách a liší se některými svými vlastnostmi. Minerály, které nikdy nevytváří krystaly označujeme jako amorfní.

 

Na základě chemického složení se všechny minerály řadí do 10 hlavních tříd.

I. Prvky – minerály složené pouze z jediného chemického prvku – např. síra, zlato, měď, diamant.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Sirníky – minerály síry a jiného prvku – např. pyrit FeS2, chalkopyrit (Cu, Fe)S, galenit PbS, cinabarit HgS

           

 

III. Halogenidy – minerály obsahující halogenní prvky – např. sůl kamenná NaCl, fluorit CaF2

 

IV. Oxidy (+hydroxidy, arzenity, selenity, tellurity a jodáty) – minerály těchto prvků s dalšími - např. led H2O, magnetit FeFe2O4, hematit Fe2O3, opál SiO2.n H2O, limonit FeO

 

(OH).nH2O, křemen SiO2 (+ odrůdy křemene jako jsou křišťál, růženín, citrín, amytyst a záhněda) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V. Karbonáty, nitráty, (sulfity) – minerály se skupinou CO3 a NO3 – např. kalcit a aragonit CaCO3, dolomit CaMg(CO3), malachit Cu2 (CO3)(OH2), azurit Cu3 (CO3)(OH2)

 

 

 

 

 

 

 

 

VI. Boráty – minerály obsahující bór

 

VII: Sírany (+chromáty, molybdáty, wolframatáry) – minerály obsahující skupinu SO4 a další – např. sádrovec CaSO4.nH2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VIII. Fosfáty, arzenáty, vanadáty  - minerály obsahující skupino PO4 a další – např. apatit Ca5(PO4) 3 (F, Cl)

IX. Křemičitany – minerály se skupinou SiO4 – např. slídy - biotit K(Mg, Fe)3(Si3AlO10)(OH,F)2 a muskovit KAl2(AlSi3O10)(OH) 2, živce – plagioklas (Na, Ca)AlSi3O8 a ortoklas KAlSi3O8

 

 

 

 

X. Organické minerály, tedy minerály organického původu – např. jantar – směs pryskyřic obsahující kyselinu jantarovou.

 

3.2.2 Fyzikální vlastnosti minerálů (Zeigler, 1999)

a)    Jednou z prvních fyzikálních vlastností, které zjišťujeme při určování minerálů je HUSTOTA, kterou určuje vzájemný poměr hmotnosti a objemu. Nejvyšší hustotu má ryzí zlato, ale také minerály s obsahem olova (galenit) nebo rtuti (cinabarit). (Žáci i učitelé někdy nesprávně hovoří o minerálech lehkých a těžkých, aby se pojmu hustota vyhnuli, protože se hustota jako veličina probírá až na 2. stupni základní školy. Proto doporučujeme ve výuce na 1. stupni tuto vlastnost vynechat.)

b)    Vlastnost, která většinu lidí u minerálů upoutá na první pohled je BARVA. Ovšem s barvou minerálu to není tak jednoduché, jak se na první pohled zdá. Přítomnost některých chemických prvků v minerálu může způsobit jeho zbarvení, přestože minerál může být jinak bezbarvý. Proto je důležité porovnat barvu minerálu s barvou jeho vrypu (rýhy do neglazované porcelánové destičky).

Minerály barevné mají stejnou nebo podobnou barvu vrypu i minerálu (azurit, malachit, galenit, ...).

Minerály zbarvené mají různá zbarvení, někdy i více barev i jednoho minerálů, avšak jejich vryp je bílý nebo našedlý (některé odrůdy křemene, fluorit, kalcit, ...).

Minerály bezbarvé jsou bílé, bezbarvé nebo našedlé stejně jako barva jejich vrypu (křišťál, čirý kalcit, ...).

c)     Dalším nápadným znakem pozorovatelným zrakem je LESK, tedy jakým způsobem odráží světlo. Některé kovové minerály mají lesk kovový (např. pyrit, galenit, magnetit). Dále rozlišujeme lesk diamantový (diamant), skelný (křemen), mastný (mastek), matný (živce), hedvábný (azbest) a perleťový (slídy).

d)    Na základě PROPUSTNOSTI SVĚTLA dělíme minerály na průhledné (křišťál nebo čirý kalcit), průsvitné (některé odrůdy křemene. fluorit) a neprůsvitné (pyrit, galenit, magnetit).        

e)    TVRDOST minerálů můžeme popsat jako schopnost odolávat poškození (krystalových ploch) jinými minerály nebo předměty. Mineralogové pro tyto účely využívají Moshovu stupnici 10 minerálů. Při určování tvrdosti se postupně zkouší rýpat jednotlivými minerály ze stupnice do určovaného minerálů než se najde ten, kterému zkoumaný minerál odolá a zároveň kterému odolá minerál ze stupnice.

Moshova stupnice      (1. mastek, 2. sádrovec nebo sůl kamenná, 3. kalcit, 4.fluorit, 5. apatit, 6. živec (ortoklas), 7. křemen, 8. topaz, 9. korund a 10. diamant)

 

Pro výuku na 1. stupni využíváme zjednodušenou stupnici tvrdosti. Podle ní minerály dělíme je na měkké, do kterých lze rýpat nehtem (odpovídají tvrdosti 1 až 2 Moshovy stupnice), středně tvrdé, do kterých lze rýpat železným hřebíkem (odpovídají tvrdosti 3 až 5 Moshovy stupnice) a tvrdé, do kterých nelze rýpat a dokonce jimi lze vytvořit rýhy na skle (tvrdost 6 a více Moshovy stupnice). 

 

f)      Při úderu kladívkem do minerálu můžeme pozorovat jeho ŠTĚPNOST, tedy jakým způsobem se minerál rozpadá na menší kousky. Některé minerály se štěpí podél všech krystalových ploch (např. na malé krychličky jako sůl kamenná), jiné jen podél jedné plochy (např. na plátky jako slída). Některé minerály se nedají štípat, pouze se díly nárazu rozlomí.

g)    Podle tvaru plochy pak určujeme jejich LOM – např. rovný, nerovný, lasturnatý a pod.

h)    Speciální vlastností kovů (např. zlato, stříbro, měď) je KUJNOST, což znamená, že z nich lze vytvořit tenký plíšek.

i)       Minerály, které se po úderu kladívkem rozlomí na malé kousky označujeme jako kruché (křemen, pyrit). V případě, že se ohnou a vrátí zpět jako např. slídy je označujeme za pružné. Pokud se ohnou, ale zpět do původní polohy se nevrátí, označujeme je jako ohebné (sádrovac).     

j)       Pro některé minerály s obsahem železa jsou typické MAGNETICKÉ VLASTNOSTI. To znamená, že jejich drobné části jsou přitahovány silným magnetem, některé mohou být dokonce samy přitahovat železné piliny (magnetit).

k)     ROZPUSTNOST VE VODĚ je typickou vlastností např. pro sůl kamennou

l)       ROZPUSTNOST V KYSELINĚ CHLOROVODÍKOVÉ doprovázené šuměním zase pro kalcit.

 

Každý minerál je charakteristický souborem svých vlastností, které jsou vždy uváděny jako součást jeho popisu v odborné i populárně vědecké literatuře.

 

Studenti oboru učitelství pro 1. stupeň při poznávací části zkoušky určují vybrané minerály na základě jejich vlastností. Jsou to KŘEMEN (AMETYST, RŮŽENÍN, CITRÍN, ZÁHNĚDA, KŘIŠŤÁL), ŽIVEC, SLÍDA, KALCIT, SŮL KAMENNÁ, FLUORIT, SÁDROVEC, SÍRA, GRAFIT, HEMATIT, LIMONIT, PYRIT, MAGNETIT. Poznávání minerálů se nelze naučit z fotografií, proto je mu věnována pozornost na cvičeních (konzultaci).

Půda je tvořena komplexem neživých i živých přírodnin. Tvoří ji ZVĚTRALINY ZEMSKÉ KŮRY, ale také VODA, VZDUCH a části těl organismů označovaných jako HUMUS. Nedílnou součástí půdy jsou také PŮDNÍ ORGANISMY jako jsou bakterie, houby, kořenové systémy rostlin, ale také bezobratlí živočichové (stonožky, mnohonožky, žížaly, chvostoskoci, ...), a drobní obratlovci (krtek, ...), kteří svou činností napomáhají tvorbě humusu a přirozenému provzdušňování půdy.

Složení a vlastnosti půdy na určitém místě přímo závisí na podloží, charakteru podnebí, přítomnosti živých organismů a v poslední době stále více na zásazích člověka. Proto nelze půdu studovat odděleně bez všech těchto půdotvorných činitelů, které na ni spolupůsobí.

 

3.3.1 Půdotvorné faktory (Tomášek, 2007)

Jako půdotvorné faktory označujeme podmínky, které jsou přítomné na určitém místě a mají přímý vliv na typ půdy na dané lokalitě.

a)        Zvětraliny, ze kterých půda vzniká, poskytuje půdotvorný substrát neboli MATEČNÁ HORNINA. Některé horniny snadno a rychle zvětrávají (např. spraše), jiné naopak (např. granit), což ovlivňuje jednak hloubku půdy a její zrnitost, ale také některé další vlastnosti. Matečná hornina také ovlivňuje chemické složení půdy, především přítomnost některých chemických prvků jako jsou vápník, hořčík, draslík a fosfor. Podle složení a období vzniku matečné horniny pedologové rozlišují tzv. půdotvorné substráty, které dávají vznik určitým půdním typům – viz. kap. 3.3.3.

b)        Významným faktorem ovlivňují vznik půdy je PODNEBÍ neboli klima. Přestože území České republiky leží v mírném podnebném pásu, i tak můžeme pozorovat rozdíly v průměrné teplotě během roku, množství srážek a jejich rozložení během roku, délce trvání sněhové pokrývky a podobně. Obecně se dá říci, že teplejší podnebí napomáhá k rychlejší tvorbě humusu, naopak chladnější podnebí přispívá k fyzikálnímu a chemickému zvětrávání matečné horniny.

c)         Faktor, který ovlivňuje především přítomnost humusu v půdě je ROSTLINSTVO přítomné na dané lokalitě a další organismy, které jsou na daný typ rostlinstva vázané. Např. porost jehličnatých lesů má velmi chudý kořenový systém, generuje jen málo organických zbytků vhodných pro tvorbu humusu a navíc půdu okyseluje, což přispívá k vyplavování minerálních látek potřebných k růstu dalších rostlin. Oproti tomu travnaté porosty mají pod zemí bohatý kořenový systém a dochází zde k intenzivní tvorbě humusu.

d)        Na rozkladu organických zbytků v půdě se nejvýznamněji podílí ROZKLADAČI jako bakterie a houby, přesněji podhoubí hub. Z živočichů pak k rozkladu organických látek a vzniku humusu přispívají jednobuněční prvoci a nálevníci, žížaly, z členovců především stonožkovci, roztoči a larvy hmyzu, z obratlovců především hlodavci (norník, hraboš, myšice, ...) a hmyzožravci (krtek, rejsek, ...).

Společným názvem označujeme organismy žijící v půdě, případně bezprostředně na jejím povrchu jako edafon. Tyto organismy jednak přispívají k vzniku a dalšímu rozkladu humusu (tvořeného organickými látkami) na látky anorganické – minerální látky, které potřebují rostliny ke svému správnému růstu.

e)        PODZEMNÍ VODA, přesněji úroveň hladiny podzemní vody a stálost či dočasnost zamokření půdy a minerální látky rozpuštěné v půdě, způsobuje především chemické změny v půdě. Pokud je půda dlouhodobě podmáčená, dochází k hromadění organických látek v půdě, avšak nedochází k jejich rozkladu. Voda bohatá na minerální látky zase způsobuje zasolení půdy (zvýšený obsah určitých minerálních látek).

f)          Mezi další faktory ovlivňující je také NADMOŘSKÁ VÝŠKA, SKLON TERÉNU, převládající SMĚR VĚTRU, ale také STÁŘÍ PŮDY a její VYUŽÍVÁNÍ ČLOVĚKEM.

Člověk svou činností ovlivňuje mnohé z výše uvedených faktorů - např. orba, odvodňování podmáčených lokalit, změna vegetace, dodávání minerálních látek i organických hnojiv do půdy, zhutňování půdy zemědělskou technikou, kontaminace cizorodými látkami a pod.

 

3.3.2 Půdotvorné procesy

Přírodní děje, které ovlivňují vznik půdy označujeme jako půdotvorné procesy.

a)    Nejvýznamnějším z těchto procesů je ZVĚTRÁVÁNÍ (eroze), a to jak fyzikální, tak i chemické – viz. kapitola 2.2.1. Zvětrávání působí jak na matečnou horninu a způsobují vznik zvětralin, které tvoří neživou část půdy, tak i další zvětrávání zvětralin přítomných v půdě při tzv. vnitropůdním zvětrávání.

b)   Dalším procesem je HUMIFIKACE, tedy chemická a mikrobiální přeměna, při které se mění zbytky těl rostlin a živočichů na humus.

c)    Minerální látky, které jsou rozpustné ve vodě se mohou z půdy vyplavovat pryč při ELUVIACI nebo jsou naopak vodou přinášeny a usazovány v půdě při ILUVIACI.

d)   Na půdách, které jsou trvale nebo periodicky podmáčené dochází k OGLEJENÍ  a GLEJOVÉMU PROCESU. Podstatu těchto procesů je uvolňování sloučenin železa a jeho shlukování ve formě železných bročků nebo rezavých skvrn. Při glejovém procesu vzniká jílovitá půda šedé, zelené či namodralé barvy. Pokud podzemní voda obsahuje rozpuštěné soli, může díky nim docházet z zasolování půdy – ukládání solí v půdě.

 

3.3.3 Znaky a vlastnosti půdy

Při pozorování a třídění půdy je důležité všímat si určitých znaků – pozorovatelných zrakem, případně vlastností - měřitelných pomocí přístrojů v laboratoři.

a)    Zejména při různých výkopových pracích lze dobře pozorovat HLOUBKU PŮDY a HUMUSOVÉHO HORIZONTU. Hranici půdy může tvořit matečná hornina nebo trvalá hladina podzemní vody. Většinou se studuje půda do hloubky 150 cm, protože toto je zóna, ve které koření většina rostlin a probíhá zde mikrobiologická aktivita. Humusový horizont bývá v řádu od několika centimetrů do desítek centimetrů.

b)   BARVA je dalším, velmi nápadným znakem charakteristickým pro půdu. Pro třídění půd do jednotlivých půdních typů (více kapitola 3.3.5) je důležitá jak barva humusového horizontu, tak především jednotlivých vrstev půdního horizontu.

c)    Pokud nejsou jednotlivé částice v půdě stmeleny v jednolitý blok (např. po záplavách) nebo úplně samostatné (např. zrnka písku písčitých půd), je pro částice v půdě typické stmelování dohromady. Velikost a svat stmelených částí určuje STRUKTURU půdy. Struktura půdy může být např. hroudovitá, hrudkovitá, zrnitá, prášková, kostečková a pod.

d)   Znakem, který je určující pro určování půdních druhů (více kapitola 3.3.4) je ZRNITOSTNÍ SLOŽENÍ půdy. Určuje se procentním podílem částic menších než 0,01mm ve vzorku jemnozemně (ve kterém nejsou jednotlivé části vetší než 2 mm).

e)    Mezi další znaky půdy patří např. skeletovitost půdy, vlhkostní poměry, konzistence, novotvary v půdě, prokořenění a oživení půdy živočichy.

 

Z vlastností, které se u půd běžně zjišťují je to např převažující typ jílovitých minerálů (např. kaolinit, illit, montmorillonit, a pod.), obsah karbonátů v půdě, pH půdy, obsah minerálů v půdě potřebných pro růst rostlin a naopak rostlinám škodící, ale také obsah humusu v půdě (počítá se podle množství spalitelného uhlíku), složení humusu (poměr huminových kyselin a fulvokyselin).

Půdy na polích obsahují 1-3% humusu, půdy v zahradách mohou mít až 15% humusu. Humus v půdě má hned několik funkcí: poutá vláhu v půdě, zlepšuje lehké i těžké půdy, zvyšuje jímavost vody a živin, zvyšuje záhřevnost půdy, podporuje mikrobiální činnost v půdě, je zásobníkem dusíku potřebného pro růst rostlin. Humus se v půdě tvoří přirozeným rozkladem organické hmoty. Jeho obsah lze zvýšit přidáním kompostu, hnoje a rašeliny. Čím je půda tmavší tím více humusu obsahuje, říkáme, že je více humózní. http://www.keliwood.cz/aktuality/druhy-pudy-kyselost-pudy-humus-cervenec-dil-prvni)

 

 

 

3.3.4 Půdní druhy

Na základě zrnitosti půdy třídíme půdu do půdních druhů. Na základě velikosti zrn v půdě rozlišujeme JÍL (menší než 0,002 mm), PRACH (0,002 – 0,02 mm), PÍSEK (0,02 – 2,0 mm) a DRŤ (větší než 2 mm ).

 

Mezi půdní druhy podle V. Nováka řadíme půdy:  

-         písčité (0-10% částic menších než 0,01mm)

-         hlinitopísčité (10-20% částic menších než 0,01mm)

-         písčitohlinité (20-30% částic menších než 0,01mm)

-         hlinité (30-45% částic menších než 0,01mm)

-         jílovitohlinité (45-60% částic menších než 0,01mm)

-         jílovité (60 – 75% částic menších než 0,01mm)

-         jílové (nad 75% částic menších než 0,01mm)

 

Čím větší části půda obsahuje, tím větší je také prostor pro půdní vzduch a propustnost pro vodu, hovoříme o půdách lehkých. Naopak čím menší části půda obsahuje, tím je hutnější, obsahuje málo půdního vzduchu a špatně propouští vodu. Na základě těchto charakteristik lze označit půdy za kamenité, štěrkovité, lehké, středně těžké a těžké.

(převzato z http://www.gvoz.cz/pk/zemepis/dudova/pudy.ppt)

 

Půdy štěrkovité a kamenité:

-         štěrkovité půdy obsahují více než 20% částic, které jsou větší než 2 mm, takovým částicím se říká skelet = drť a kamenité více než 50% takto velkých částic

-         obsah drti roste s hloubkou půdy

-         tyto půdy obsahují pouze velmi málo jílovitých částic, dobře propouští vodu, mají vysoký obsah půdního vzduchu, rychle vysychají

-         jsou chudé na živiny, neroste na nich takřka nic, výjimkou jsou pouze nenáročné rostliny      (např. trávy, kleče, mechy...)

-         do této skupiny patří půdy v horských oblastech a náplavové půdy v okolí řek

-         vznikají nejčastěji na čedičích, křemencích, znělcích aj.

-         Krkonoše, Jeseníky, Krušné hory, Šumava, okrajová pohoří Čech, Českomoravská vrchovina, náplavy okolo řek

 

Půdy lehké:

-         jsou to půdy písčitého charakteru

-         převažují v nich částice o velikosti 0,1 – 2 mm,

-         jsou dobře propustné pro vodu, mají vysoký obsah půdního vzduchu, rychle vysychají, obsahují pouze málo jílovitých částic, obsahují málo živin, rostou na nich pouze nenáročné rostliny

-         jsou vzdušné, záhřevné, snadno obdělávatelné, ale v zemědělství se příliš nevyužívají díky nízké úrodnosti. Umožňují brzy z jara sázet a sít. Špatně však poutají vláhu a jsou vysušené a nesoudržné. Jejich již tak malý obsah humusu a živin snadno uniká do spodiny, proto se musí hnojit častěji a v malých dávkách.

-         jsou vhodné na pěstování zeleniny a ovocných stromů jako jsou broskvoně, třešně a višně.

 

Existují 2 typy lehkých půd:

písčité půdy – Polabí, dolní Pomoraví, Česká tabule, Děčínská vrchovina,

    Jihočeské pánve, úvaly - hlavně v okolí řek

        hlinitopísčité půdy – Českomoravská vrchovina, podhůří České Vysočiny

 

 

Půdy středně těžké:

-         jsou půdy hlinitého charakteru

-         převažují v nich částice o velikosti 0,01 – 0,1 mm,

-         jsou dobře propustné pro vodu i vzduch, poměr jílovitých a písčitých částic je takřka vyrovnaný

-         obsahují dostatek živin, jsou úrodné a pro zemědělství nejvhodnější (pro pěstování zeleniny i ovoce)

Existují 2 typy středních půd:

písčitohlinité půdy - Českomoravská vrchovina, podhůří České Vysočiny,

                                             Beskydy

    hlinité půdy – Polabí, Poohří, Pomoraví, Podyjí, Poodří, Opavsko

 

Půdy těžké:

-         jsou půdy jílovitého charakteru

-         převažují v nich částice o velikosti pod 0,01 mm,

-         jsou špatně propustné pro vodu i vzduch, mají nadbytek jílovitých částic, za sucha praskají, za deště břednou

-         v zemědělství využívány omezeně (pouze tehdy jsou-li dostatečně kypřeny)

     Existují 3 typy těžkých půd:

                 jílovitohlinité půdy – oblast okolo ř. Berounky, sever a střed Moravy, jih Čech  

                 jílovité půdy a jílové půdy -  Poohří, Česká tabule, Podyjí, Podkrušnohoří apod.

 

Studenti oboru učitelství pro 1. stupeň při poznávací části zkoušky určují půdní druhy předložených vzorků půd, a to na úrovní PŮDA PÍSČITÁ, HLINITÁ a JÍLOVITÁ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 18  Půdní druhy – půda písčitá, hlinitá, jílovitá

  

3.3.5 Půdní typy

Působení půdních procesů jsou příčinou vytvoření jednotlivých VRSTEV PŮDNÍHO HORIZONTU, které společně tvoří PŮDNÍ PROFIL. Každý půdní horizont je charakteristický svými znaky i vlastnostmi.

 

a)         horizont nadložního humusu (tvořen zbytky rostlin a živočichů na nejnižším stupni přeměny, dosud nepromíchaný s minerální složkou půdy) – označovaný písmenem O

b)         humusový horizont (svrchní část půdního profilu, humifikované zbytky rostlin a živočichů promísené s minerální složkou půdy) – označuje se písmenem A

c)         horizont vnitropůdního zvětrávání (ve středu půdního profilu, dochází zde k intenzivnímu zvětrávání původních minerálů za vzniku nových, okrové, hnědé nebo rezavé v závislosti na matečné hornině) – označovaný písmeny Bv

d)         eluviální horizont (ve středu půdního profilu, ochuzený o některé minerální látky, světlé barvy) – označovaný písmenem E

e)         iluviální horizont (ve středu půdního profilu, obohacený o některé minerální láky, hnědé nebo rezavé barvy) – označovaný písmeny Bt, Bs, Bn

f)          horizont oglejený (ve středu půdního profilu, vybělený s rezavými skvrnami způsobené železem) – označovaný Bm

g)         horizont glejový (ve středu půdního profilu, zelenavé nebo modrošedé barvy) – označovaný Gr, Gor

h)         horizont půdotvorného substrátu (ve spodní částí půdního profilu)

 

Přechod mezi jednotlivými horizonty může být velmi výrazný nebo naopak pozvolný, kdy jeden horizont postupně přechází v další. Nikdy také nejsou v půdním profilu přítomné všechny výše vypsané horizonty, ale jen některé z nich. Právě určité řazení konkrétních půdních horizontů a typ matečné horniny jsou charakteristické pro jednotlivé typy půd.  

 

Příklady vybraných půdních typů ČR (převzato z http://www.gvoz.cz/pk/zemepis/dudova/pudy.ppt)

 

Studenti oboru učitelství pro 1. stupeň si do svého portfolia "REGIONÁLNÍ KABINET" vytisknou mapu půdních typů své obce a nejbližšího okolí. Půdní typ (případně půdní typy) vyskytující se ve své obci by měli být schopni také jednoduše charakterizovat.

 

Černozemě

-          původně půdy stepní a lesostepí, dnes se vyskytují v nížinách (do výšky 300 m.n.m.)

-          vznikají v sušších a teplejších klimatických podmínkách

-          jsou to nejúrodnější půdy, mají mocný humusový horizont (60 – 80 cm), dobře zadržuje vodu a je v něm bohatě zastoupen edafon

-          obsahují hodně živin, jsou vhodné pro zemědělství, pěstují se na nich náročné plodiny (např. pšenice, ječmen, kukuřice, cukrová řepa, vojtěška)

-          probíhá u nich silná humifikace = tvorba humusu

-          mají černou až hnědočernou barvu

-          matečnou horninou je převážně spraš, ale také slíny, vápnité jíly a vápnité písky

-          mají vyvinuty 2 horizonty: A, C

-          výskyt v ČR: Poohří, Polabí, moravské úvaly

 

Hnědozemě

-          úrodné půdy, humusový horizont cca 30 cm

-          výskytem lemují černozemě, vyskytují se do 450 m.n.m., jsou to půdy pahorkatin, pod původními dubovohabrovými lesy

-          jsou mírně kyselé a pravděpodobně vznikly degradací černozemí ve vlhčím a teplejším klimatu

-          obsahují méně živin než černozemě, často se dohnojují, jsou však úrodné, pěstují se na nich především obiloviny a řepa

-          matečnou horninou je nejčastěji spraš či sprašová hlína

-          dochází u nich k eluviaci, tedy přesunu živin z horizontu A do nižších poloh díky vyšším srážkám

-          mají hnědou barvu, ale mohou být i načervenalé (díky obsahu Fe)

-          v suchých letech mají lepší výnosy než černozemě

-          mají vyvinuty 3 horizonty: A, Bt, C, pod humusovým horizontem je ochuzený horizont (většinou zničený orbou), dále hnědý až rezavě hnědý horizont obohacený o minerální látky z předchozího horizontu a dále půdotvorný substrát.

-          výskyt v ČR: lemují výskyt černozemí, Plzeňsko, Orlicko, Opavsko, okolí Berounky

 

Luvizemě – illimerizované půdy

-          poměrně úrodné půdy

-          vyskytují se na pahorkatinách a vrchovinách, vznikly na místech původních kyselých doubrav a bučin

-          dochází u nich k eluviaci, která je však intenzivnější než u hnědozemí

-          pod horizontem A vzniká eluviální horizont E,  ten je ochuzený o jíly, pod ním pak vzniká horizont Bt, který je o jíly naopak silně obohacený

-          tyto půdy mají nahnědlou barvu

-          obsahují méně živin, tudíž se často se dohnojují, pokud jsou využívány pro zemědělství

-          mají vyvinuty 4 horizonty: A, E, Bt, C – pod humusovým horizontem je silně vybělený eluviální horizont, poté zeravě hnědý iluviální horizont a horizont půdotvorného substrátu.

-          výskyt v ČR: společně s hnědozeměmi

 

Kambizemě – hnědé lesní půdy

-          nejrozšířenější půdy ČR (cca 42%), vyskytují se okolo 500 – 600 m.n.m.(tj. na pahorkatinách a vrchovinách), vznikly v místech, kde byly původně rozšířeny dubovohabrové lesy a horské bučiny

-          středně úrodné, humusový horizont tvoří pouze 10 – 20 cm, hlavním půdotvorným faktorem je vnitropůdní zvětrávání   

-          jsou mírně kyselé, zbarveny hnědě

-          obsahují méně živin, jsou špatně propustné pro vodu, protože se v horizontu B hromadí oxidy Fe a Al - dochází u nich eluviaci

-          pro zemědělské využití je potřeba tyto půdy hnojit a kypřit, pěstují se na nich méně náročné plodiny (např. pícniny, řepka apod.), ve vyšších polohách jsou na nich lesy či pastviny

-          mají vyvinuty 3 horizonty: A, Bv, Cvýskyt v ČR:

 

Podzoly – podzolové půdy

-          nejkyselejší půdy, chudé na živiny (tedy i velmi málo úrodné)

-          vyskytují se na pahorkatinách a hornatinách, v oblastech okolo 700 m.n.m. s vlhkým a chladnějším klimatem

-          dochází u nich k eluviaci (vzniká vyluhovaný horizont E a obohacený horizont Bhs) a k procesu podzolizace, což je rozklad minerálů působením silných organických kyselin

-          zbarvení popelavě šedé, rostou na nich jehličnaté les, v zemědělství využívány pouze vzácně jako půda k pěstování, jsou na nich především pastviny a louky

-          mají vyvinuty 4 horizonty: A, E, Bhs, C

-          výskyt v ČR: okrajová pohoří České vysočiny, Českomoravská vrchovina, Beskydy

 

Nivní půdy

-          vznikly okolo řek v nížinách, mají slabě vyvinuté půdní horizonty, bývají pravidelně zaplavovány, tvořeny naplaveninami

-          využívají se v zemědělství pouze jako louky a pastviny.

 

Lužní půdy

-          vznikají ve stejných podmínkách jako půdy nivní, ale ve větší vzdálenosti od řek, vždy v oblastech s vysokou hladinou podzemní vody

-          jsou úrodnější než fluvizemě (mají poměrně silný humusový horizont, až 1 m), patří mezi úrodnou ornou půdu.

-          mají vyvinuty 2 horizonty: A, C

-          výskyt v ČR: Polabí, Pomoraví, Poodří

 

Renzidy – vápenaté půdy

-          vznikají na vápencích

-          obdoba hnědých lesních půd, mají málo humusu a vyšší obsah větších zrn, jsou zbarveny tmavě

-          v zemědělství jsou využity převážně jako louky

-          mají vyvinuty 3 horizonty: A, C a šedohnědý Ca horizont, v něm se hromadí CaCO3

-          výskyt v ČR: oblasti krasu (Moravský kras, Český kras,….)

 

 

Gleje a pseudogleje – zamokřené půdy

-          vznikají v místech silného provlhčení půdy podzemní vodou či nadměrnými srážkami

-          probíhá v nich glejový proces, kdy v půdě chybí kyslík, nastávají tak redukční chemické procesy, jejichž výsledek je modrozelené (u pseudoglejů šedé) zbarvení a mazlavý charakter půdy

-          mají mělký humusový horizont, v zemědělství jsou využívány pouze jako louky

-          mateční horninou jsou nejčastěji jíly a slíny

-          mají vyvinuty 3 horizonty: A, Go – glejový horizont, C

-          výskyt v ČR: okolí řek (hlavně Povltaví a Poodří)

 

Rankery

-          vznikají v horských oblastech , obsahují velmi málo jemných částic, mají také mělký humusový horizont,

-          v zemědělství nejsou využívány, vhodné pro lesnictví

-          často jsou pouze přechodným stádiem při vývoji jiných typů půd

-          mají vyvinuty 2 horizonty: A, C

-          výskyt v ČR: horské oblasti České Vysočiny i Karpat

 

Zasolené půdy

-          vznikají nahromaděním solí v půdním souvrství

-          v přírodě je tento typ půdy typický pro suché a teplé oblasti, dnes je však řada zasolených půd antropogenního původu

-          rostou na nich pouze slanomilné rostliny, v zemědělství zcela jsou nevyužitelné

-          mají vyvinuty 2 horizonty: A, C

 

Informace o výskytu jednotlivých půdních typů lze dohledat na webových stránkách http://ms.sowac-gis.cz/mapserv/php/maps.php , kde je interaktivní mapa umožňující detailně zobrazit půdní typy na území ČR.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 19 Půdní typy v ČR

 

 3.3.6 Degradace půdy

Přestože proces vzniku půdy probíhá neustále, díky působení člověka mnohem rychleji dochází k degradaci půdy. Vzhledem ke skutečnosti, že na půdě závisí získávání veškerá potrava a další suroviny pro obyvatele Země a jsou na ní ať přímo nebo nepřímo závislé všechny suchozemské organismy na Zemi, je problematika degradace půdy jedním z předních témat ochrany přírody.

 

Degradace půdy probíhá současně na několika úrovních:

a)    EROZE PŮDY (nezaměňovat s vnitropůdní erozí) – je způsobována především vodou, případně větrem na odkrytém povrchu půdy. Povrch půdy přirozeně velmi rychle zarůstá vegetací, naopak půda uměle udržovaná ve stavu bez vegetačního pokryvu (širokořádkové plodiny jako kukuřice, slunečnice, špatný směr výsevu, těžba dřeva, spásání a zdusávání půdy hospodářskými zvířaty, stavební čnnost...) podporuje náchylnost půdy k erozi.

b)    DEZERTIFIKACE PŮDY – jedná se o proces, při kterém je ze suché nebo polosuché půdy odplavován humus, takže zůstává pouze minerální složka půdy, což vede ke vzniku pouští. Na dezertifikaci půdy se podílí především nadměrná pastva, odlesňování bez následného zalesňování, povrchová těžba bez následné rekultivace. (Problémy s dezertifikací půdy jsou především oblasti severní Afriky a Asie.)

c)     ZASOLENÍ PŮDY – se projevuje především v oblastech, kde převládá výpar vody nad jejím odtokem. To způsobuje, že se soli rozpuštěné ve vodě ukládají v půdě a mění její fyzikálně chemické vlastnosti, což nepříznivě ovlivňuje růst rostlin. (Problémy se zasolováním půd jsou především s subtropických oblastech.)

d)    OKYSELOVÁNÍ PŮDY – může být jednak přirozená (primární), způsobená matečnou horninou nebo jako důsledek činnosti člověka (sekundární) a to především jako důsledkem kyselých dešťů (kdy se v dešťové vodě rozpouští oxidy síry a dusíku ze vzduchu).

e)    ZHUTŇOVÁNÍ PŮDY a DEGRADACE PŮDNÍ STRUKTURY – je způsobována především nadměrnou mechanizací v zemědělství. Ve zhutnělé půdě je méně prostoru pro vodu a vzduch, takováto půda špatně zadržuje vodu a je méně příznivým prostředím pro edafon, což nepřispívá k obnovování humusu v takovéto půdě.

f)      KONTAMINACE PŮD – může pocházet současně z několika zdrojů. Může se jednat o kontaminaci průmyslovými hnojivy, které při nesprávném dávkování způsobují zasolování půdy a kontaminují povrchovou vodu. Dalším zdrojem kontaminace mohou být pesticidy určené k hubení škůdců a plevelů, které mohou nepříznivě ovlivnit další organismy dané lokality.Při kontaminaci těžkými kovy se důsledky projevují především po delším období, kdy dochází k jejich hromadění v organismech a  jejich následnému oslabení, případně úhynu. Zdrojem kontaminace půd mohou být také posypové soli využívané v zimním období.

g)    ZÁBOR ZEMĚDĚLSKÉ PŮDY – jedná se především o rozptýlenou zástavbu probíhající v okolí velkých měst a budování komunikací, které mění účel a způsob využití půdy.  

 

Z hlediska ochrany půdy na našem území je aktuálně největším problémem vodní

eroze. Uvádí se, že vodní erozí je ohroženo 22% a větrnou erozí 8,5% zemědělské půdy v ČR. Jako protierozní opatření se nejohroženější lokality osazují vegetací (především dřevinami), důraz se klade také na výběr pěstovaných rostlin, dodržování orby po vrstevnici a pod. Pomoci může také budování biokoridorů (pásu uprostřed polí trvale zatravněných a osázených dřevinami), které primárně slouží živočichům vázaným na polní biotopy.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 20 Území ČR ohrožené větrnou erozí půdy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 21 Území ČR ohrožené vodní erozí půdy

 

 

4. Geologie a geomorfologie České republiky

4.1 Geologické členění ČR

Území České republiky je z geologického hlediska velmi pestré. Vyskytují se zde horniny ze starohor až čtvrtohor. Při formování povrchu působili všichni geologičtí činitelé popsaní v kapitolách 2.1 a 2.2 vyjma působení člověka, které je z geologického pohledu jen velmi krátkou epizodou v historii Země. Je také nutné si uvědomit, že území dnešní ČR:

-         nebylo vždy jednolitým celkem, ale bylo stmeleno postupně z různých částí

-         nebylo vždy ve stejných zeměpisných šířkách, ale posunovalo se jak přes oblasti rovníku i pólu

-         že na Zemi kolísala období teplejší (s vyšší hladinou světových oceánů) a chladnější

-         díky horotvorným procesům byla přítomna pohoří mnohem vyšší než dnes, která však byla následně snížena erozí

-         po celou dobu docházelo k sedimentaci mořské i sladkovodní, díky čemuž vznikly vrstvy usazených hornin o mocnosti až stovek metrů.

Geologické členění obecně, tedy i na území České republiky vychází především z období vzniku a skladby jednotlivých hornin. 

 

Z období starohor (PROTEOZOIKUM) se na povrchu našeho území nachází sedimenty a vyvřeliny především v oblasti Bohemika. Na přelomu starohor a prvohor došlo ke kadomské horotvorné činnosti, díky které byly mnohé sedimenty přeměněny – vznikly přeměněné horniny jako fylity, svory a ruly, nebo zcela roztaveny za vzniku hornin vyvřelých hlubinných – žulových masivů.

Následující období starších prvohor (SPODNÍ PALEOZOIKUM) je charakteristické sedimentací v oblastech zaplavených mořem. Známky této činnosti jsou patrné severovýchodně od Prahy a o něco později také v oblasti dnešního Moravského krasu.

Na přelomu starších a mladších prvohor (SVRCHNÍ PALEOZOIKUM) dochází k variskému vrásnění, které dalo vznik přeměněným (rulám a migmatitům) a vyvřelým horninám (granitoidy) tzv Středočeského plutonického komplexu (na mapě červená a růžová).

V oblast táhnoucí se od severu k jihozápadu napříč Moravou docházelo k dalšímu usazování sedimentů a vzniku souvrství drob, břidlic a slepenců – tzv. spodnokarbonský flyš - kulm . Ve stejném období dochází ke vzniku sedimentů v oblasti okolo Plzně. Ke konci karbonu je oblast dnešního Ostravska postupně vyslazována a dochází zde ke vzniku uhelných slojí. Ze závěru prvohor jsou zachovány také sedimenty v podkrkonoší a na Kladensku.

Ve druhohorách opět dochází k sedimentaci, z tohoto období je nejvýznamnější Česká křídová pánev  s až 1000m silnou vrstvou slínovců, jílovců, pískovců a vápenců. Další pánve Českobudějovická a Třeboňská, tentokrát sladkovodní, jsou vyplněny především pískovci, jílovci a kalovci.

Díky alpinsko himalájskému vrásnění na přelomu druhohor a třetihor dochází k postupnému tlaku od východu, vrstvy sedimentů jsou rozlámány a nasouvány na sebe, vzniká kerné pohoří Karpat a utváření základu vněkarpatských sníženin typické střídáním vrstev sedimentárních hornin. Jedná se především o sedimenty z předchozích období a mladších třetihor – pískovce, jílovce a v některých oblastech vápence a slepence.

Ve třetihorách díky sopečné činnosti přibyla sopečná pohoří Českého středohoří a Doupovských hor, která se na rozdíl od sopečných pohořích z předchozích období zachovala částečně dodnes. Současně docházelo k tvorbě uhelných slojí na Chebsku a Sokolovsku

Ke konci třetihor dochází k poklesu oblasti na jihu Moravy a vytvoření Vídeňské pánve, ve které dochází k usazování sedimentů  (jílů, písků, slepenců, místy vápenců).

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 22 Geologická mapa ČR

 

Při studiu geologického složení povrchu ČR – tzv. REGIONÁLNÍ GEOLOGII – geologové mapují jednak horniny vyskytující se bezprostředně na povrchu (myšleno pod vrstvou půdy), ale také pomocí geologických vrtů vrstvy hornin ve větších hloubkách. Proto se můžete setkat s tzv. geologickou mapou odkrytou, která zobrazuje geologické složení naše území např. bez čtvrtohorních sedimentů. Přesné mapování geologického složení povrchu ČR se využívá v mnoha oblastech, např.:

· při projektování staveb je nutné znát podloží a přizpůsobit nu základy staveb

· některé citlivé provozy jako jsou např. jaderné elektrárny, chemičky a pod. staví pouze na území, které není geologicky aktivní.

· mapování ložisek nerostných surovin (např. ropa, uhlí, železné rudy, ...)

· mapováním hydrogeologickým s cílem zajištění a ochrany zdrojů pitné vody

· vyhodnocení radonového rizika dané oblasti

Geologickým mapováním našeho území se zabývá Česká geologická služba (www.geology.cz). Na jejich webových stránkách lze dohledat geologické mapy libovolného území ČR a vytisknou je (http://mapy.geology.cz/website/new_tisk/), případně si zakoupit mapy tištěné.

 

4.2 Geomorfologické členění ČR

V každodenním životě většina z nás při pojmenování určitého místa ČR používá názvy jednotlivých geomorfologických celků jako například Šumava, Jeseníky či Mostecká pánev. Geomorfologické členění vychází z geologického členění krajiny České republiky a respektuje období vzniku a složení jednotlivých geologických celků ČR.

        Základní rozdělení České republiky do dvou vyšších geomorfologických celků je podle vrásnění, které jim dalo současnou podobu – tzv. Hercynský systém (vznik během variského nebo také hercynské vrásnění v prvohorách) a Alpsko-himalajský sytém (vznik při aplinském vrásnění ve druhohorách). Každý z těchto systémů se dále člení na jednotlivé provincie a subprovincie shodné svým vznikem i složením hornin.

 

HERCYNSKÝ SYSTÉM

-            hercynská pohoří – provincie Česká vysočina (pohoří Čech a západní části Moravy a Slezska)

§      Krušnohorská subprovincie

§      Krkonošsko – jesenická subprovincie

§      Šumavská subprovincie

§      Poberounská subprovincie

§      Česká tabule

§      Česko – moravská subprovincie

    -  epihercynské sníženiny – provincie Středoevropská nížina (část nížin ve Slezsku)

§  subprovincie Středopolská nížina

 

ALPSKO HIMALAJSKÝ SYSTÉM

-            Karpaty – provincie Západní Karpaty (východní část Moravy a Slezska)

§      Vněkarpatské sníženiny

§      Západní Karpaty

-            Panonská pánev – provincie Západopanonská pánev (část nížin jižní Moravy)

§ Vídeňská pánev

 

Obr. 23 Geomorfologické členění České republiky

 

Každá subprovincie je dále členěna na oblasti a ty na jednotlivé geomorfologické jednotky tak, jak je známe z běžných turistických map.

 

 

 

o    

Při používání názvů popisujících určité území je důležité vymezení, o který z názvů se jedná, zda jsou to názvy geologické, geomorfologické nebo....  

 

4.3 Geomorfologická tvář naší krajiny

Zkušený geolog je schopen na základě pozorování reliéfu zemského povrchu odhadnout, jaká byla geologická historie určité oblasti. Některé zvláště nápadné znaky mohou být vodítkem i pro laiky.

 

4.3.1 Geomorfologické prvky v krajině

ROVINY – najdeme v oblastech, kde docházelo po dlouhou dobu k sedimentaci především podél velkých řek. Výškové rozdíly v rovině by neměly být větší než 30 m. Na povrchu rovin nacházíme ve větších mocnostech sedimenty třetihorní a čtvrtohorní.

SNÍŽENINY – pánve, kotliny, úvaly, brázdy, brány a prolomy – různého tvaru a velikosti,  většinou tektonické původu ( – poklesem oblasti podél tektonických zlomů), vyplněny druhohorními - křídovými, třetihorními nebo čtvrtohorními sedimenty. Např. Třeboňská pánev, Znojemská kotlina, Boskovická brázda, Hornomoravský úval.

PAHORKATINY – ve vyšších nadmořských výškách, ploché s výškovými rozdíly 35 – 75 m, členité s výškovými rozdíly 75 – 150m. Tvořeny granity, metamorfity i sedimenty různého stáří tektonicky narušené (vyzdvižené, zvrásněné, rozlámané, ...). Mezi pahorkatiny patří tabule (ploché s vodorovnými vrstvami sedimentů nebo lávy). Např. Podbeskydská pahorkatina, Česká tabule

VRCHOVINY – s vyšší střední nadmořskou výškou a členitostí než pahorkatiny. Ploché s rozdíly 150 – 200m, členité rozdíly 200 – 300 m. Tvořeny granity, metamorfity i sedimenty různého stáří, tektonicky narušené. Např. Drahanská vrchovina, Českomoravská vrchovina

HORNATINY – s vyšší nadmořskou výškou a členitostí než vrchoviny, ploché – s výškovými rozdíly 300 – 450 m, členité a výškovými rozdíly 450 – 600 m. Jsou různého geologického složení i stáří, tvořeny granity, metamorfity a sedimenty ze starších období historie Země, které byly vyzdviženy do horských výšek horotvornými pochody. Např. Krkonoše, Šumava, Bílé Karpaty.

(Např. konkrétní geologické složení vybraných hor ČR je možné vyhledat v publikaci Geologická paměť krajiny, strany 51 – 53.)

 

4.3.2 Typy hornin a vzhled krajiny

SOPEČNÁ ČINNOST nedávné doby (třetihor) se na povrchu projevuje výskytem jednotlivých hor kuželovitého tvaru, výskytem vyvřelých výlevných hornin jako je bazalt (čedič), pro které je typická sloupcovitá odlučnost někdy – útvary zvané skalní varhany. Typickými příklady pohoří sopečného původu jsou Doupovské hory a České středohoří. Sopečná činnost ve starších geologických dobách probíhala téměř na celém území České republiky, avšak eroze, sedimentace a případná přeměna hornin vulkanického původu způsobila, že její stopy nejsou na první pohled patrné.

 

 

Obr. 24 České středohoří

 

 

VYVŘELÉ HORNINY HLUBINNÉ A HORNINY PŘEMĚNĚNÉ

vznikají několik kilometrů pod povrchem, přesto se s nimi můžeme v krajině setkat poměrně často. Dílem se na tom podílelo vrásnění, které vyzdvihlo horniny uložené pod povrchem, nejvýznamnější roli však sehrála eroze, které odkryla nadloží někdy až několik kilometrů mocné. 

Horniny hlubinné vyvřelé se na našem území vyskytují ve vrchovinách, pahorkatinách i hornatinách. Rozpadem těchto hornin, především granitů, vznikají na kopcích izolované skály, skalní hradby a balvaniště, ale také samostatně stojící žokovité či kulovité balvany či bloky. Granity jsou typické tím, že při zvětrávání z nich opadávají kusy zvětralin jakoby ve "slupkách". Intenzivním zvětráváním granitů vzniká tzv. granitový písek bělavé či žlutavé barvy. S vyvřelými a metamorfovanými horninami jsou tvořeny např. Krkonoše, Jizerské hory, Šumava a Českomoravská vysočina.

 Obr. 25 Jizera, Jizerské hory

 

VÁPENCE zaujímají poměrně malou plochu území ČR, v krajině však vytváří zajímavé útvary. Pro krasové oblasti jsou typická hluboká a úzká údolí zvaná žleby, na plošinách pak závrty nebo hluboké propasti a samozřejmě jeskyně s typickou krápníkovou výzdobou. Vodní toky se v krasových oblastech mohou náhle ztrácet pod zemí v propadáních se nenadále objevit ve vyvěračkách.

U nás je nejvýznamnější krasovou oblastí Moravský kras, dále Český kras a menší oblasti v blízkosti Hranic na Moravě, Pálava a další.

 

Obr. 26 Pustý žleb, Moravský kras

 

 

PÍSKOVCE a především pískovcová skalní města patří mezi další výrazné útvary v naší krajině. Původně jednolité bloky písečných sedimentů byly stmeleny a vyzdviženy, následně pak sníženy a rozčleněny díky erozi na útvary zvané skalní města složené z jednotlivých věží, bloků, sloupů či skalních hřbetů.

Mezi největší oblasti s pískovci jsou Děčínská vrchovina, Broumovská vrchovina a Jičínská pahorkatina. 

 

Obr. 27 Prachovské skály

 

Při charakteristice přírodních poměrů určité oblasti se vždy začíná popisem geologické stavby daného území. Podloží, půda a reliéf krajiny významně ovlivňuje vodní poměry a podnebí dané oblasti, což je v přímé souvislosti s výskytem konkrétních druhů rostlin a živočichů typický pro určitá přírodní společenstva.

Interpretace údajů z geologických a geomorfologických map může být pro laiky obtížná, proto je vhodné využít populárně naučnou literaturu s touto tématikou – např. Geologická paměť naší krajiny, různé regionální průvodce nebo webové stránky obcí či organizací zaměřených na studium a ochranu přírody.

 

4.3.3 Vzhled krajiny a člověk

        Lidé vždy svým působením přeměňovali a ovlivňovali krajinu, ve které žili, ovšem s narůstajícím počtem obyvatel a zvyšující se úrovní techniky rychlost a intenzita zásahů do podloží, reliéfu krajiny i půdy roste.

· URYCHLOVÁNÍ EROZE – nejen eroze půdy, ale také eroze hornin. Při stavební činnost a těžbě surovin jsou odrývány velké plochy, které jsou náhle vystaveny erozním činitelům (voda, vítr, teplota, mechanizace, ...).

· URYCHLOVÁNÍ SEDIMENTACE ve vodních nádržích – veškeré zvětraliny a půda jsou z nechráněného povrchu splavovány a následně se usazují při zpomalení vodního toku. V zanesených vodních nádržích se tak mění fyzikální a chemické poměry, což následně ovlivňuje skladbu živých organismů a současně to zhoršuje schopnost těchto nádrží  zadržovat vodu v krajině.

· EOLICKÁ SEDIMENTACE – díky činnosti člověka se do ovzduší každodenně dostává velké množství chemických látek i prachu, který se následně usazuje. Obzvláště v průmyslových oblastech se může jednat až o několik desítek cm za 100 let. Současně tyto látky nepříznivě působí na zdraví živých organismů.

· při těžbě (např. důlní činnost) či stavební činnosti (např. stavba dálnic) dochází každoročně k přemísťování až miliónů tun zeminy – vytváří se umělé odvaly, pahorky, skládky odpadů, za několik let je schopen odtěžit a přemístit tuny sedimentů, které se ukládaly po desetitisíce let.

· REGULACE VODNÍCH TOKŮ, ovlivňování vodního režimu krajiny – zrychlením a narovnáním toků se urychluje odnos sedimentů a jeho následné ukládání ve spodní části toku. V zastavěných oblastech je téměř veškerá dešťová voda okamžitě odvedena kanalizací, voda ze vzdálených míst je naopak přiváděna kanalizací zpět pro potřeby člověka.  

POUŽITÁ LITERATURA:

Beazley,M.: Anatomie Země. Albatros, Praha, 1981. ISBN 13-879-81

Coenraads, R.R.: Tajemství Země. Rebo Productions CZ, Dobřejovice, 2007. ISBN 978-80-7234-739-1

Cháb,J.: Kamenná tvář České republiky. Česká geologická služba, Praha, 2010 ISBN 978-80-7075739_0

Kukal,Z. a spol.: Geologická tvář naší krajiny. Česká geologická služba, Praha, 2005. ISBN 80-7075-654-3

Petránek,J.: Za tajemstvím kamenů. Grada, Praha, 2011 ISBN 978-80-247-3738-6

Tomášek,M.: Půdy České republiky. Česká geologická služba, Praha,2007. ISBN 978-80-7075-688-1

Zapletal,J.: Základy geologie. Vydavatelství Univerzity Palackého, Olomouc, 1995. ISBN 80-7067-555-1

Zeigler,V.: Základy geologie in Andreska,J. a kol.: Geologie a biologie pro učitele 1. stupně základních škol.ISV nakladatelsví, Praha,1999. ISBN 80-85866-46-3

http://elearning.cir.cz/1557958/1-degradace-pudy.html

 

ZDROJE OBRÁZKŮ:

obr. 1,2, 6, 7, 8, 9, 10, 13 http://geol.jex.cz

obr.3 http://www.imageo.ch/Europa/Island/Thingvellir05_014D07.html

obr.4 http://blackcountrysociety.co.uk/articles/maryspence.htm

obr. 5 http://en.wikipedia.org/wiki/File:Geological_time_spiral.png

obr. 11 a 12 Kühnlová,H. a kol.: Zeměpis 5, SPN, Praha, 1988. ISBN 14-560-88

obr 14 – 17 http://www.ig.cas.cz/cz/o-nas/popularizace/geopark-sporilov/horniny/

obr. 18 http://www.keliwood.cz/aktuality/druhy-pudy-kyselost-pudy-humus-cervenec-dil-prvni

obr. 19 http://ms.sowac-gis.cz/mapserv/php/maps.php

obr. 20 http://issar.cenia.cz/issar/page.php?id=1887

obr. 21 http://eroze.sweb.cz/home.htm

obr. 22 http://www.herber.kvalitne.cz/FG_CR/geologie.html

obr. 23 http://geologie.vsb.cz/geomorfologie/Prednasky/14_kapitola.htm

obr. 24 http://www.sedmicka.cz/chomutov-jirkov-litvinov-most/clanek/stredohori-s-valici-se-mlhou-a-sluncem-49373

obr. 25 http://fo.wikipedia.org/wiki/Mynd:Jizera-vrchol.jpg

obr. 26 http://old.ochranaprirody.cz/moravskykras/index.php?cmd=page&id=4737&gallery_id=152

obr. 27 http://travelasist.vachta.cz/index.php?lan=cs&right=karta&action=detail&id=318738

 

 

FOTOGRAFIE MINERÁLŮ:

ametyst: http://www.svetkamenov.eu/250-303-large/ametyst-druza-brazilia.jpg

citrin: http://svetkristalov.com/media/catalog/product/cache/1/image/5e06319eda06f020e43594a9c230972d/K/K/KK-24.jpg

záhněda: http://www.nerosty.cz/large/00008a.jpg

křišťál: http://vyuka.zsjarose.cz/data/swic/lessons/1000.jpg

růženín: http://nd01.jxs.cz/649/482/98d509f007_39482308_o2.jpg

křemen: http://www.mineraly.net/images/oxidy/kremen.jpg

ortoklas: http://www.rockhound.cz/english/silikaty/29.jpg

plagioklas: http://www.geo.fu-berlin.de/fb/e-learning/petrograph/bilder/mi_plagioklas21_350.jpg

síra: http://www.nerosty.cz/large/00093.jpg

kalcit: http://www2.pms-lj.si/oddelki/mineralogija/fkalcit4.jpg

sůl kamenná: http://mii.org/Minerals/Minpics1/Rock%20Salt.jpg

grafit: http://web.natur.cuni.cz/ugmnz/mineral/mineral/fotv/grafit_2.jpg

pyrit: http://australianmuseum.net.au/Uploads/Images/6225/_DSC0712_big.jpg

galenit: http://thumbs.dreamstime.com/thumblarge_455/1258966852rL26Fi.jpg

limonit: http://www.ecu.edu/geology/1501/Limonite.gif

magnetit: http://crystal-cure.com/pics/lodestone.jpg

hematit: http://www.ecu.edu/geology/1501/Hematite.gif

biotit: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/98/MeroxeneSomma.png/280px-MeroxeneSomma.png

muskovit: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6f/Muskovit-Pilsak.jpg/300px-Muskovit-Pilsak.jpg

fluorit: http://www.kristalle.com/minerals/original_5694.jpg

sádrovec: http://www.krystal-sedlcany.com/_data/s_1279/shop/big_sadrovec-poustni-ruze_5.jpg

 

                 Autoři: Mgr. Irena Plucková, Ph.D.; Mgr. Petr Ptáček, Ph.D.

                V tomto čtvrtém přednáškovém bloku se budete zabývat vodstvem na Zemi a také plynným obalem Země – atmosférou. O těchto životně 

            důležitých součástech neživé přírody se dozvíte ...

… jaké vlastnosti má voda v kapalném skupenství a jaké je její základní členění

… jaký je koloběh vody v přírodě

… jaké vlastnosti má voda ve skupenství pevné a plynném

… jaké jsou environmentální kontexty týkající se kvality a čistoty vody

… jaké je složení vzduchu a jaké jsou jeho vlastnosti při změně podmínek

… jaké jsou důsledky lidské činnosti na kvalitu ovzduší kolem nás

1. Voda jako kapalina a základní rozpouštědlo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr.1 Voda na Zemi

 

Molekuly vody byly k dispozici už v materiálu, z něhož se tvořila naše planeta Země. Teprve po vychladnutí tělesa před přibližně 4 miliardami let (ale možná i dříve) se objevila voda na Zemi v kapalném skupenství a mohl vzniknout život.

Voda je nejběžnější, všude se vyskytující látkou. Na zemském povrchu zaujímá kolem 71 % povrchu. Barva vody dala také název naší planetě – Modrá planeta. A přesto je vody, kterou člověk nezbytně potřebuje, nedostatek. Slaná voda moří a oceánů tvoří 97 %, 2 % vody jsou vázána v ledovcích a ve „věčném“ sněhu. K běžnému využití pro člověka zbývá asi 1 % vody. Značná část z tohoto 1 % vody obsahuje nečistoty, které je nutné před použitím odstranit.

Každý den vodu používáme. Její spotřeba neustále roste. Voda je nejdůležitějším rozpouštědlem v přírodě. Je také nepostradatelnou a stálou složkou všech tkání a orgánů lidského těla a všechny životní procesy probíhají ve vodném prostředí (v lidském těle je asi 65 % vody). K zajištění biologické rovnováhy musí dospělá osoba denně nahradit průměrnou ztrátu dvou až tří litrů vyloučené vody. Dosahujeme toho stravou a pitím. Také potraviny, které konzumujeme, obsahují velké množství vody. (Např. zralé rajče až 95 %, okurka 90 %, meloun kolem 90 % vody.)

Voda vytváří vodní obal Země – hydrosféru. Chemicky čistou látkou je pouze destilovaná voda, její složení udává chemický vzorec H₂O. Voda v přírodě je směs, složená z čisté vody, rozpuštěných minerálních látek, kyslíku, oxidu uhličitého, mikroorganismů a pevných nečistot.

Čistá voda je čirá, bezbarvá, v silné vrstvě namodralá kapalina, bez chuti a zápachu. Za normálního tlaku 101 kPa (kilopascalů) má teplotu tání 0 °C, teplotu varu 100 °C a při 4 °C má největší hustotu 1,00 g/cm³.

 

1.1 Koloběh vody v přírodě

V přírodě najdeme vodu ve všech skupenstvích. V zimě pevný led, po zbytek roku vodu kapalnou a v atmosféře plynnou páru. Skupenskými přeměnami dochází k neustálému oběhu vody v přírodě. Voda se odpařuje z hladin vodních toků, vodních nádrží a oceánů, z povrchových vrstev půdy, z rostlin i kůže živočichů. Vodní pára pak stoupá vzhůru od povrchu Země, ochlazením se zkapalňuje v drobné kapky, které vytvářejí oblaka a jako vodní nebo sněhové srážky dopadají opět na Zemi.

Živé organismy jsou na vodě závislé a má pro ně klíčový význam, neboť život vznikl ve vodě. H₂O je obsažena ve všech částech každé buňky a je základním prostředím ve kterém probíhají všechny biochemické reakce metabolismu zajišťující život. Většina biochemických reakcí v organismu probíhá v blízkosti pH 7 (pH čisté H₂O = 7). Toto pH tvoří prostředí umožňující transport rozpuštěných látek v organismu. H₂O se podílí na udržování tělesné teploty organismů a zajišťuje homeostázu² organismu. Bez vody by nemohla probíhat fotosyntéza. O této problematice více ve 2. semestru.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr.2 Koloběh (oběh) vody v přírodě

 

1.2 Dělení vody z různých hledisek

Dělení vody podle původu, tj. místa výskytu:

              • voda podzemní – pramenitá, studniční.

              • voda povrchová – mořská, z potoků a řek, z ledovců, srážková.

Dělení vody podle obsahu rozpuštěných látek:

             • voda destilovaná – destilovaná voda je chemicky čistá látka, připravená destilací vody v destilačním zařízení.

                                                    Využívá se do chladičů a akumulátorů automobilů, jako náplň napařovacích žehliček, 

                                                    k dopl-nění kapaliny v akumulátoru, v laboratořích.

            • voda měkká³ – dešťová voda a voda z potoků a řek (obsahuje málo rozpuštěných látek).

            • voda tvrdá – voda ze studní a zejména z minerálních pramenů (obsahuje obvykle mnoho rozpuštěných látek,

                                       někdy bývá voda zakalena nebo lehce zabarvena), některá je pitná.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr.3 Mapa tvrdosti vody v ČR

 

Dělení vody podle množství nečistot:

             • voda pitná – musí být zdravotně nezávadná, to znamená, že ani při dlouhodobém používání nesmí

                                       být příčinou poruch zdraví či onemocnění člověka. Je směsí více látek, získává se z podzemních

                                       pramenů nebo z povrchové vody, úprava povrchové vody se provádí ve vodárnách

                                      (úpravnách pitné vody).

            • voda užitková – na její čistotu a biologickou nezávadnost se nekladou takové požadavky jako na vodu pitnou,

                                             zpravidla se jedná o říční vodu, která se filtruje a někdy také dezinfikuje. Používá se

                                             v průmyslové výrobě, v myčkách aut, k praní, na toaletách. V zemědělství se

                                             používá k mytí a napájení zvířat. Nemůže se používat k pití, k přípravě potravy ani k mytí nádobí.

            • voda odpadní – vzniká činností člověka v domácnosti, v průmyslu, zemědělství. Před vypouštěním zpět

                                            do vodního toku, je třeba ji vyčistit. Její čistota má být alespoň taková, jako byla čistota

                                            odebírané vody. Při nedostatečné úpravě odpadní vody jsou vodní toky znečišťovány,

                                            může dojít k haváriím, např. k úhynu ryb a ke znečištění zdrojů pitné vody. Odstranění

                                            nežádoucích látek probíhá při malém znečištění i ve vodních tocích přirozeným samočištěním

                                            vody, za účasti mikroorganismů a vzdušného kyslíku. Ve znečištěné vodě probíhá samočištění

                                            velmi obtížně a pomalu, nebo neprobíhá vůbec. Proto se budují čističky odpadních vod.

Úprava vody na vodu pitnou

Postup úpravy povrchové vody na vodu pitnou ve vodárnách: usazení pevných látek v usazovací nádrži - přidání látek, které vytváří sraženinu s nečistotami a ta klesá ke dnu nádrže - filtrace přes pískové rychlofiltry a následná dezinfekce vody (chlorem, ozonem či ultrafialovým zářením).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr.4 Schéma úpravy povrchové vody na vodu pitnou

 Čištění a úprava vody odpadní

            Při čištění odpadních vod musí voda nejprve zbavit větších nečistot. Toto se děje metodou usazování nebo filtrace a jedná se o tzv mechanický stupeň.

            Zbylá voda s nejjemnějšími částmi se nechá usadit, čímž vzniknou kaly. Tato voda se s částí kalů smíchá se speciální kulturou bakterií, které využijí většinu organických látek a přemění je na látky anorganické. Protože toto čištění zajišťují bakterie spotřebovávající kyslík, musí být voda s kaly při čištění probublávána vzduchem. Hovoříme o tzv. biologickém aerobním stupni. Produktem čištění jsou kromě čisté vody kaly, které slouží jako hnojivo v zemědělství

            U větších čistíren se kaly mohou využívat jako zdroj živin pro anaerobní bakterie (bakterie nespotřebovávající kyslík). Tyto bakterie produkují plyny, které se využívají jako bioplyn pro výrobu tepla nebo elektrické energie. Vzhledem k využívání anaerobních bakterií hovoříme o tzv. anaerobním stupni.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr.5 Čistička odpadních vod Velká Bíteš

 

1.3 Vlastnosti vody v plynném a pevném skupenství 

Zahřátím ledu, tj. vody v pevném skupenství, dochází k jeho tání a tím i jeho změně v kapalinu. Nepřestaneme-li kapalnou vodu zahřívat a dosáhneme její teploty varu tj. 100 °C změní se kapalná voda na vodní páru a tedy plyn. Co je důvodem této změny? Molekula vody má vzorec H₂O. Z toho vyplývá, že obsahuje dva vázané atomy vodíku na jednom atomu kyslíku. V pevném skupenství vody – ledu jsou jednotlivé částice uloženy těsně vedle sebe a  sou spojeny chemickými vazbami (vodíkovými můstky). Částice i v tomto uložení neustále vibrují. Jestliže led zahřejeme, čímž dodáme energii, vibrace se začnou zvětšovat. Tím se „přetrhají“ některé vazby a uvolní se částice a začnou se pohybovat. Tak se z ledu, při 0 °C, stává kapalná voda. Čím vyšší je přísun energie, tím dochází k dalšímu a dalšímu rozkladu vazeb a v okamžiku rozložení všech vazeb (100 °C) je kapalná voda převedena do plynného skupenství – páry.  

Proč led plove na hladině? Všichni víme, že se led nepotopí a tzv. plove na hladině vody. Je to tím, že led (pevné skupenství vody) má nižší hustotu než kapalné skupenství vody. Hustota čisté vody viz výše je při 4 °C 1,0 g/cm³ (Tzv. anomálie vody. Voda při této teplotě a díky maximální hustotě netuhne. Vodní živočichové včetně ryb tak mohou přečkat zimu i pod silnou vrstvou ledu.) Hustota ledu je při 0 °C pouze 0,92 g/cm³. 

 

1.4 Environmentální kontexty týkající se kvality a čistoty vody

Eutotrofizace vod

            Eutrofizací se nazývá proces, při kterém jsou vodní plochy obohacovány o živiny a to především o dusík (N) a fosfor (P). Rozlišujeme dva typy eutotrofizace a to přirozenou (zdrojem N a P je díky vymývání živin z půdy) a nepřirozenou (zdroj N a P je převážně lidská činnost – např. hnojiva v zemědělství, prací prostředky obsahující fosfáty).

Důsledkem eutotrofizace vod je přemnožení sinic (vodní květ) a jejich následné odumírání. Při tomto procesu dochází k spotřebovávání kyslíku ve vodě a produkci toxických látek, které jsou nebezpečné jak pro ryby, tak i pro člověka.

 

Kyselé deště

         Kyselé deště jsou jakousi pomyslným prolnutím našich dvou kapitol Vody a Vzduchu. Příčinou vzniku kyselých dešťů jsou oxidy síry, které spolu s oxidy dusíku a plynným chlorovodíkem reagují se vzdušnou vlhkostí a padají na zem ve formě srážek (déšť, sníh, mlha, rosa, jinovatka). Jsou způsobeny např. spalováním fosilních paliv (méně kvalitní hnědé uhlí), sopečnou činností, výfukovými plyny z automobilů, unášecími plyny ze sprejů, chladícími plyny.

 

Rovnice vzniku kyselých dešťů:

SO₂ + H₂O → 2H⁺ + SO₃^2- roztok kyseliny siřičité

2SO₂ + 2H₂O + O₂ → 4H⁺ + 2SO₄^2- roztok kyseliny sírové

4NO₂ + 2H₂O + O₂ → 4H⁺ + 4NO₃^- roztok kyseliny dusičné

HCl(g) → H⁺ + Cl^- roztok kyseliny chlorovodíkové

 

           Kyselé deště zvyšují kyselost půdy a vody. Způsobují odumírání lesů, znehodnocování rostlinné produkce, vymírání života ve vodních nádržích, působí nepříznivě na lidské zdraví, jsou příčinou rychlé koroze různých materiálů. Kyselé deště ohrožují také pitnou vodu. Kyselá voda může rozpouštět těžké toxické kovy, které se vyskytují v přírodě vázané. Tak se dostávají nepřímou cestou do naší potravy. Také koroze vodovodního prostředí může ohrožovat naše zdraví kyselou pitnou vodou. Například játra a ledviny mohou být vážně poškozeny mědí z vodovodního potrubí.

 

 

ZÁVĚR

Snad jste se o vodě dozvěděli vše, co potřebujete nejen pro zvládnutí první části pátého přednáškového bloku, ale i něco navíc. Nyní se posuňte trošku výš nad hladinu a přečtěte si něco o vzduchu.

 

2.1 Složení vzduchu a jeho základní vlastnosti

           Člověk může žít asi 5 týdnů bez potravy, 5 dní bez příjmu vody, ale pouhých 5 minut vydrží nedýchat. Plícemi člověka projde za den 8 500 – 14 000 litrů vzduchu.

           Vzduch, který dýcháme, má různé složení v závislosti na prostředí, ve kterém se pohybujeme. Vzduch v krásné přírodě se výrazně liší od toho na rušné křižovatce. Kvalita ovzduší může výrazně ovlivňovat naše zdraví. Nečistoty, které mohou být jedovaté, se při dýchání dostávají přímo do plic.

 

2.1.1 Historie zemské atmosféry

          Prvotní atmosféra čerstvě vzniklé planety Země měla zcela jiné chemické složení než atmosféra současná. V atmosféře tehdy převažovaly: oxid uhličitý (CO₂ - dominantní plyn prvotní atmosféry), methan (CH₄) a vodní pára (H₂O) coby směs magmatických plynů, které se uvolnily z odplynění rozžhaveného povrchu planety. Kromě těchto plynů obsahovala pozemská atmosféra dále minoritní plyny: amoniak (čpavek NH₃), sirovodík (H₂S) a vodík (H₂).

          Atmosféra tohoto chemického složení by byla pro život v dnešní podobě smrtelná. První primitivní organismy (fotosyntetizující sinice⁹) vznikly ve vodě, kde začaly s produkcí atmosférického kyslíku, jenž byl do té doby v atmosféře pouze vzácným plynem. Díky fotosyntéze se začal do atmosféry jako odpadní plyn dostávat pro většinu tehdejších životních forem jedovatý kyslík.

          Klíčovou úlohu v prvotní atmosféře hrál plynný vodík (H₂) - ihned reagoval s kyslíkem (na H₂O) a tak chránil první organismy, pro které byl O₂ jedovatý. Postupnou činností zelených rostlin došlo k přetvoření atmosféry v její dnešní podobu, kdy je kyslík jedním z hlavních prvků ve složení vzduchu (21 %). Volný kyslík v horních vrstvách atmosféry reagoval s dopadajícím slunečním zářením, čímž došlo k jeho přeměně na ozón (O₃). Vznikla tak vrstva, která zabraňovala dopadu škodlivého UV-záření na povrch Země, což umožnilo rozšíření života i mimo oblasti oceánů.           

          Rozšířením života se na Zemi začal do atmosféry uvolňovat i další plyn – dusík (N₂)- který vznikal jako výsledek rozkladu organických látek. Ve chvíli, kdy se v atmosféře začala zvyšovat koncentrace kyslíku, znamenaly změněné podmínky zase ochranu Země před možným vyschnutím – volný plynný vodík zreagoval v atmosféře s kyslíkem a molekuly vody již dokázala gravitace udržet, takže neunikly do kosmu.

 

2.1.2 Současné chemické složení atmosféry Země

           Atmosféra Země je členěna z mnoha hledisek. Po chemické stránce jsou důležitá tato rozdělení:

Podle chemického složení vzduchu rozdělujeme atmosféru Země na:

· Homosféru – vrstva atmosféry, v níž se složení vzduchu v důsledku jeho intenzivního vertikálního promíchávání s přibývající výškou prakticky nemění.

· Heterosféru – intenzita vertikálního promíchávání vzduchu slábne a s přibývající výškou ubývá těžších plynů.

 

Suchá a čistá atmosféra má v blízkosti zemského povrchu toto složení (chybí zde vodní pára):

 

 

Plyn	Chemická značka	% objemu vzduchu
dusík	N2	78,084
kyslík	O2	20,948
argon	Ar	0,934
oxid uhličitý	CO2	0,039
neon	Ne	0,001 818
hélium	He	0,000 524
metan	CH4	0,000 200
krypton	Kr	0,000 114
vodík	H2	0,000 050
oxid dusný	N2O	0,000 050
xenon	Xe	0,000 009
oxid siřičitý	SO2	0 až 0,000 100
ozón	O3	0 až 0,000 007
oxid dusičitý	NO2	0 až 0,000 002
čpavek	NH3	stopy
oxid uhelnatý	CO	stopy
jód	J2	stopy

 

2.2 Význam vybraných plynů a látek pro život rostlin a živočichů

2.2.1 Dusík a jeho koloběh v přírodě

          Nejvíce je v atmosféře obsaženo dusíku N₂. Jeho působení a využití nejlépe dokumentuje koloběh dusíku v přírodě. Ten popisuje výměnu dusíku a jeho sloučenin mezi atmosférou, biosférou a litosférou. Dusík, který je v atmosféře obsažen asi ze 78 %, je zpracováván specifickými druhy bakterií (nitrifikační bakterie žijící v symbióze s kořeny bobovitých rostlin). Samotný dusík jsou schopny vázat i volně žijící bakterie a sinice žijící v půdě a vodě.

          Většina organismů může přijímat dusík pouze v anorganické formě (amoniak, dusitany, dusičnany) nebo v organické formě (močovina, bílkoviny). Dusík je významný jak pro rostliny, tak pro živočichy. Po přijetí rostlinami se stává součástí jejich bílkovin a nukleových kyselin. Po jejich odumření je mineralizován a přeměněn na amoniak.

           Dusík z rostlin ve formě bílkovin a nukleových kyselin je využit živočichy (včetně člověka)- konzumenty, kteří dusík následně vyloučí rovněž ve formě amoniaku, močoviny a dalších organických látek. Ty jsou opět přeměněny na amoniak.

           Amoniak vzniklý jak tlením rostlin, tak vzniklý vyloučením z těl živočichů je činností bakterií a řas přeměněn na dusičnany. Dusičnany jsou pak dále redukovány na molekulární dusík, který se vrací do ovzduší. Za zpětné uvolňování plynného dusíku do atmosféry jsou opět z větší části odpovědné bakterie. Do koloběhu dusíku významně (negativním způsobem) zasahuje člověk. Dusík se dostává do atmosféry ve formě oxidů a to např. prostřednictvím emisí vznikajících při spalovacích procesech.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr.6 Koloběh dusíku

2.2.2 Kyslík a jeho koloběh v přírodě

            Koloběh kyslíku v přírodě je jedním ze základních biogeochemických cyklů. Nejvíce kyslíku je v zemské kůře. Jedná se o kyslík vázaných ve formě oxidů. V atmosféře se kyslík vyskytuje převážně jako molekula O₂, a dále ve formě vody a různých oxidů uhlíku, dusíku, síry. Hlavním zdrojem kyslíku je fotosyntéza, při které suchozemské i mořské autotrofní organismy (kromě syntézy organických látek z CO₂) produkují kyslík. V atmosféře je kyslík přítomen i v důsledku fotodisociace vody (rozklad vody působením světla). Kyslík z atmosféry je spotřebováván např. dýcháním (respirací) organismů, rozkladem odumřelé biomasy, zvětráváním, přirozenými požáry a v důsledku lidské činnosti - spalováním fosilních paliv.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr.7 Koloběh kyslíku

 

Fotosyntéza

S koloběhem kyslíku v přírodě souvisí děj, bez kterého by nebyl možný vznik kyslíku a tedy i života na naší Zemi. Z hlediska fyziky je fotosyntéza děj, při kterém si rostliny vyměňují látky a energii se svým okolím. V listech rostlin se část energie slunečního záření (jen asi 1 - 2 %) mění na chemickou energii, která se ukládá do molekul glukózy (cukru).

Fotosyntéza je velice komplikovaný a složitý biochemický proces probíhající v chloroplastech rostlinných buněk. Ty jsou schopné dopadající světlo absorbovat. Výchozí látky fotosyntézy jsou anorganického původu. Jedná se o oxid uhličitý, jehož zdrojem je vzduch a voda pocházející z půdy. Tyto látky jsou z energetického hlediska poměrně chudé. Přesto jsou rostliny ve svých chloroplastech pomocí působení světla schopny z těchto látek vytvářet energeticky mnohem bohatší organickou látku – glukózu. Energeticky bohatá glukóza (cukr) se následně přeměňuje na látky potřebné k růstu rostliny. Druhou látkou vznikající při fotosyntéze je kyslík. Kyslík O₂, uvolňovaný do vzduchu, dýchají všichny živé organismy.

I když je fotosyntéza složitý a ne úplně objasněný biochemický děj, můžeme ji zjednodušeně popsat chemickou rovnicí:

6CO₂ + 12H₂O + světlo ----> C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 6O₂

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr.8 Fotosyntéza

 

2.2.3 Koloběh uhlíku v přírodě

          Koloběh uhlíku v přírodě zahrnuje výměnu uhlíku mezi atmosférou (CO₂, CO, CH₄), hydrosférou (rozpuštěný CO₂ a organická hmota), biosférou (organická živá i neživá hmota) a zemskou kůrou (výskyt uhlíku v sedimentech, jako je např. vápenec, dolomit nebo magnezit, a ve fosilních palivech). V atmosféře je uhlík převážně ve formě oxidu uhličitého.

          Uhlík se přirozeně vyskytuje také jako methan a oxid uhelnatý. V důsledku lidské činnosti se objevuje v atmosféře v podobě oxidu uhličitého, oxidu uhelnatého, methanu, apod. Do atmosféry se oxid uhličitý dostává dýcháním organismů, uvolněním z oceánů, rozkladem biomasy, přeměnou hornin, při vulkanických procesech a přirozených požárech. Z antropogenních vlivů významně ovlivňuje množství CO₂ ve vzduchu spalování, ať už dřeva, nebo fosilních paliv, a také odlesňování. Z odumřelé biomasy se do atmosféry část uhlíku nevrací. Stává se součástí sedimentů na dně oceánů (tzv. uhlíková biologická pumpa). Z atmosféry je naopak odčerpáván při procesu fotosyntézy, kdy rostliny

           Koloběh uhlíku je klíčem k pochopení změn zemského klimatu. Existují tři velké aktivní rezervoáry uhlíku: atmosféra, pevnina a oceány. Uhlíkový cyklus tvoří komplikovaný geo-biologicko-chemický celek, nemůžeme se tedy omezit pouze na zkoumání jediné složky, třeba oxidu uhličitého, musíme vystopovat uhlík ve všech sférách. Zhruba platí, že polovina dnešních celkových emisí CO₂ zůstává v atmosféře a zbylá polovina skončí v oceánech a na pevnině. Zatímco měření koncentrace uhlíku v atmosféře je poměrně přesné, zjišťování, kolik uhlíku je v půdách a kolik v oceánu, je zatíženo nejistotami. Mezi atmosférou a oceány se oběma směry vymění asi 90 Gt uhlíku ročně.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 9 Koloběh uhlíku

 

2.3 Důsledky lidské činnosti na kvalitu ovzduší kolem nás

 2.3.1 Skleníkový efekt

           Skleníkový efekt je přirozený, přírodní jev nezbytný pro udržení teploty optimální pro život na Zemi. Existuje a působí díky tzv. skleníkovým plynům (H₂O, CO₂, CH₄, N₂O). Tyto tzv. skleníkové plyny mají schopnost absorbovat a zadržet tepelné záření ze slunce a bránit tak jeho odrazu zpět do vesmíru. Z výše uvedeného plyne, že na koncentraci skleníkových plynů v atmosféře závisí, nakolik se ohřívá atmosféra a nakolik se od atmosféry zpětně ohřívá zemský povrch.

           Bez výskytu přirozených skleníkových plynů by průměrná teplota při povrchu Země byla −18 °C. Na Zemi existuje významná hydrosféra a biosféra reagující na vyšší teploty rychlejším pohlcováním oxidu uhličitého z atmosféry (rychlost účinku se pohybuje v řádu stovek let). Tyto regulační mechanismy fungují už po mnoho stovek miliónů let, jinak by vlivem zvyšování teploty stárnoucího Slunce došlo k podobnému jevu jako na Venuši - přehřátí planety na teplotu neslučitelnou se životem. Největší producenti CO₂ (nejvýznamnějšího skleníkového plynu) ª vulkány.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 10 Skleníkový efekt

 

2.3.2 Ozónová vrstva

            S kvalitou našeho životního prostředí souvisí i tzv. ozónová vrstva.

Ozon vzniká při štěpení molekuly kyslíku O₂ na volné atomy a ty se pak dále slučují s dalšími molekulami O₂

podle rovnice O₂ + O ↔ O₃.

Ozon je velmi nestabilní a poměrně rychle se rozkládá na kyslík O₂. Při teplotě 20° C, tlaku 101,3 kPa je poločas rozpadu 45 minut. Při teplotě 30° C a stejném tlaku je poločas rozpadu ozonu jen 20 minut.

Ozon je plyn s charakteristickým zápachem. Někdo jej může nazývat i vůní. Ozon cítíme ve vzduchu po typické letní bouřce. Lidský čich je na tuto vůni obzvláště citlivý a je proto schopen zaregistrovat již i velmi malé a naprosto neškodné koncentrace ozonu ve vzduchu.

V závislosti na tom, ve kterých částech atmosféry se ozon nachází (stratosféra, přízemní vrstva troposféry), může pozitivně či negativně ovlivňovat živé organismy.

Stratosférický ozon vzniká působením UV záření. Paprsky UV záření naráží na molekuly kyslíku a rozbíjejí je na dva atomy kyslíku. Volné atomy kyslíku reagují s molekulou kyslíku O₂ a vytvářejí molekuly ozonu O₃. Velké množství kyslíku v atmosféře tedy při této reakci téměř zcela pohlcuje škodlivé UV záření.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr.11 Schéma vzniku ozónu ve stratosféře

 

 

Také samotné molekuly ozonu pohlcují UV záření, přičemž se opět dělí na molekulu kyslíku O₂ a volný atom kyslíku O. Volný atom kyslíku se váže na další O₂ a celý cyklus se uzavírá. Při tomto cyklu je pohlcováno podstatné množství UV záření, které je přeměňováno na teplo.

Vznikající ozon je těžší než vzduch, klesá a dochází k jeho postupnému rozpadu. Za normálních podmínek jsou procesy vzniku a rozpadu ozonu v naprosté rovnováze.

Významnou roli v procesech kolísání mocnosti ozonové vrstvy hraje cirkulace vzduchu nad polárními oblastmi v době polární noci.

Ochranná vrstva ozonu se chová jako filtr. Absorbuje podstatnou část UV záření v oblasti UV záření o vlnové délce 250 nm a představuje účinnou ochranu rostlin a živočichů na zemi před tímto zářením.

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr.13 Schéma vzniku přízemního ozónu

          Přirozená rovnováha mezi procesy vzniku a zániku stratosférického ozonu bývá narušena lidskou činností. Úbytek stratosférického ozonu v důsledku působení například oxidů dusíku, které se do atmosféry dostávají z motorů letadel, byl poprvé pozorován na počátku sedmdesátých let. Snížené množství ozonu ve stratosféře je však spojován především s produkcí tzv. fluorochlorouhlovodíků (FCC) - freonů.

 

 

Přízemní ozon vzniká složitou chemickou reakcí, kterou musí doprovázet intenzivní sluneční záření. Vyskytuje se v troposféře, nad úrovní terénu. Říká se mu také fotochemický smog.

Ke vzniku ozonu jsou potřebné např. i oxidy dusíku, které jsou obsaženy ve výfukových plynech automobilů, proto se zvýšený výskyt fotochemického smogu přičítá zejména rozvoji automobilismu. Ozon ovšem vzniká například i v blízkosti rafinérií.

Při delším pobytu v místech se zvýšenou koncentrací ozonu (nad cca 350 µg/m³) se dostavuje pálení očí, v nosu a v krku, v některých případech i tlak na hrudi, kašel a bolest hlavy.

Nejvíce citliví jsou na ozon lidé, kteří mají zdravotní obtíže, jako je astma, chronické problémy dýchacích cest a nemoci oběhové soustavy. Při vdechování větší koncentrace ozonu dochází k poškození řasinkového epitelu průdušek

 

2.3.4 Emise, imise, transmise

          Slovo emise pochází z latinského slova e-mitto, znamenající vysílám, vydávám nebo vypouštím. V dnešní době se nepoužívá pouze v souvislostech s kvalitou ovzduší a nese s sebou mnoho významů z různých oborů. V oboru hygieny a ekologie slovo emise vyjadřuje uvolňování polutantů do ovzduší. Pro bližší upřesnění jsou rozlišovány termíny primární (Látky vyloučené přímo z jejich zdroje do ovzduší.) a sekundární emise (Skupina látek vytvářených v atmosféře. Vznikají prostřednictvím reakcí mezi jednotlivými znečišťujícími látkami.). Nejznámější z těchto sekundárních emisí jsou ty, při jejichž reakcích vzniká tzv. fotochemický (dnes také označovaný jako letní) smog.

          Přenos látek – emisí v atmosféře se nazývá transmise. Transmise jsou pak uvolňovány do prostředí v podobě imisí.

          Imise se neměří u zdroje znečištění, ale u jeho příjemce – například tedy na nějakém běžném místě, kde se pohybují lidé a dýchají vzduch. Imise se ukládají v půdě, rostlinách a organismech. Imise se dělí do tří základních skupin – na pevné (tuhé) imise, plynné imise (oxidy dusíku, oxid uhličitý, oxid uhelnatý, oxid siřičitý atd.) a radioaktivní imise.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 13 Emise, imise, transmise

 

 

2.3.5 Smog

           Smog je specifickým typem imisí. Tento termín vznikl spojením anglických slov smoke (kouř) a fog (mlha). Jde o spojení tuhých imisí, plynných imisí a sekundárních imisí, které společně vytvářejí celkové chemické znečištění atmosféry. Tento termín označuje také mimořádné znečištění ovzduší při nepříznivých meteorologických podmínkách. V ovzduší se hromadí škodliviny, až jejich koncentrace převýší přípustné hodnoty. Trvá-li taková situace delší dobu, může mít nepříznivý vliv na zdraví obyvatel.

Existují dvě zásadně odlišné formy smogu, mezi nimi ovšem může být mnoho přechodných  typů.

Londýnský smog, jinak nazývaný také redukční typ smogu. Jde o směs kouře, oxidů síry a zplodin spalování uhlí v kombinaci s vysokou relativní vlhkostí vzduchu. Je doprovázen hustou mlhou. Škodlivost plynných součástí je zvyšována přítomností popílku, který umožňuje jejich proniknutí do dolních cest dýchacích. Tento typ smogu dosahuje maxima časně ráno, za teplot od 0 do 5°C.

Losangelský smog, oxidační typ smogu, dnes zvaný letní smog nebo také fotochemický smog. Je spojen se znečišťováním ovzduší výfukovými plyny automobilů. Ty obsahují zplodiny spalování kapalných a plynných paliv. Pro jeho vznik jsou důležité reakce iniciované slunečním zářením. Nejintenzivnější je při specifických přírodních podmínkách – teplotě 25 až 30°C, nízké vlhkosti vzduchu a při jasném počasí s intenzivním slunečním světlem.

 

Závěrem

V našich textech jsme vám chtěli představit zajímavé informace o vodě a vzduchu. Možná vám přijde tento materiál příliš obsáhlý, přesto ale věříme, že si jej pročtete a odpovědi na otázky v testu pro vás budou „hračkou“.