KLÍČOVÁ TÉMATA VE
STÁTNICOVÝCH OKRUZÍCH
Z NEŽIVÉ PŘÍRODY
Předmět: Neživá příroda pro učitele
Část 2
2
Okruh 8
Geologická historie planety Země a vývoj života na Zemi
Vhodná témata ke zpracování:
• Vývoj geologické stavby a prostředí planety Země od vzniku do současnosti
• Vznik života a jeho postupný vývoj na planetě
• Významné události ve vývoji planety Země
• Členění historie Země a charakteristika jednotlivých epoch
• Čtvrtohory a jejich význam pro vývoj klimatu, vývoj lidské společnosti
Okruh 8: Geologická historie planety Země a vývoj života na Zemi
3
Významné události ve vývoji planety Země
Mezi významné události v historii Země počítáme zejména:
✓ globální zalednění
✓ významné změny ve složení atmosféry
✓ velká hromadná vymírání živočišných a rostlinných druhů
✓ dopady mimozemských těles a další
Významné výkyvy ve změně globálních
teplot jsou běžnou součástí vývoje planety.
V historii planety známe desítky globálních
zalednění a desítky globálních oteplení.
Rozsáhlá zalednění před 715, 635 a 580
mil. lety. U některých událostí byly
ledovcem pokryty kontinenty i v rovníkové
oblasti.
Prvotní atmosféra (protoatmosféra) je odvozena
od těkavých složek uvolňovaných
z magmatických tavenin. Hlavní úlohu zde měl
vodík, hélium, amoniak a metan.
Deuteroatmosféra – v jejím složení převládá
dusík, obsah CO2 je až 15 %, významně je stále
zastoupen metan a vodní pára.
Současná atmosféra se zformovala na počátku
fanerozoika, kdy vznikla ozónová vrstva.
Okruh 8: Geologická historie planety Země a vývoj života na Zemi
4
Velká vymírání na planetě Zemi (Big Five) 1
Ze všech druhů, které kdy žily na Zemi, jich 99 % vymřelo.
Svrchní ordovik: dvojfázově vymírá asi 60 % mořských organismů, zejména trilobitů,
brachyopodů, echinodermat a graptolitů. V prvním kroku bylo příčinou zalednění
Gondwany a náhlý pokles mořské hladiny, v druhém kroku pak razantní globální oteplení a
vzestup mořské hladiny.
Svrchní devon: dvoufázové vymírání až 50 % druhů, především pancéřnatých ryb,
brachyopodů, krinoidů, trilobitů a také planktonu a foraminifer. Ve stupni frasen byl
příčinou vzestup mořské hladiny a rozsáhlý vulkanismus, ve stupni famen zalednění části
Gondwany a pokles hladiny světového oceánu.
Okruh 8: Geologická historie planety Země a vývoj života na Zemi
5
Velká vymírání na planetě Zemi (Big Five) 2
Svrchní perm (perm/křída): vyhynulo až 95 % mořských a 70 % suchozemských druhů.
Zásadně byly postiženy krinoidé, koráli, brachyopodi, trilobiti (definitivně), cefalopodi nebo
plazi. Příčinou byl trappový vulkanismus na Sibiři následovaný vzestupem mořské hladiny a
uvolněním velkého množství metanu. Globální oteplení postihlo především primární
produkci a narušilo tak všechny potravní řetězce.
Svrchní trias: 50 % mořských druhů (amonitů, brachyopodů, měkkýšů, mořských plazů,
hmyzu, sladkovodních ryb). Příčina se předpokládá kolísání hladiny světového oceánu,
intenzivní vulkanická činnost a uvolňování velkého množství metanu.
Svrchní křída: událost, při které zmizelo asi 50 % mořských organismů a 20 %
suchozemských obratlovců. Příčinou byl dekkanský vulkanismus a impakt Chicxulub.
Holocén: bezprecedentní rychlost vymírání?
Okruh 8: Geologická historie planety Země a vývoj života na Zemi
6
Klima planety ve čtvrtohorách
Kvartér (čtvrtohory) můžeme charakterizovat:
✓ časovým rozpětím 3 mil. let po recent (holocén začal před 11 700 lety)
✓ střídáním dob ledových a meziledových (poslední würm trval 115 000 – 11 700)
✓ pohyby mořské hladiny v závislosti na zalednění (desítky metrů)
✓ rychlý vývoj předchůdců člověka a rodu Homo
Okruh 8: Geologická historie planety Země a vývoj života na Zemi
V alpské oblasti se vyčleňuje celkem pět zalednění: donau, günz, mindel, riβ a würm.
Změny klimatu se spojují s Milankovičovými cykly:
• excentricita oběžné dráhy Země: perioda 100 000 let
• sklon zemské osy s periodou 41 000 let
• precesní pohyb zemské osy interval 23 000 let
• změna konfigurace kontinentů a mořských proudů
• proměnlivý obsahu CO2 v atmosféře
• změna množstvím dopadajícího slunečního záření (až 10 %).
7
Výzkum klimatu planety
Metody výzkumu „fosilního“ klimatu:
✓ výzkum sedimentů – zejména jezerních (vrstevnatost) a ledovcových
(vulkanický materiál)
✓ vrty do ledovce a výzkum „fosilních“ vzduchových bublin
✓ dendrochronologie – letokruhy stromů vypovídají o klimatu
✓ krápníky – výzkum růstu a složení v jednotlivých obdobích
✓ růst korálů – citlivě reaguje na klimatické podmínky
Okruh 8: Geologická historie planety Země a vývoj života na Zemi
8
Praktické činnosti při výuce historické geologie
Geologická období: různé typy skládaček, vytváření časových os v daném poměru,
vyrábění geologických hodin
Fosilie: výroba fosilií ze sádry s zaměřením na vůdčí fosilie, skládání fosilií do
časových období, mohli/nemohli se setkat apod.
Klimatické pokusy: tání ledu, zadržování vody, srážky obecně
Významné události v historii: forma kvízů a řazení událostí do časových os
Okruh 8: Geologická historie planety Země a vývoj života na Zemi
9
Okruh 9
Hlavní horninotvorné minerály a jejich fyzikální a
chemické vlastnosti
Vhodná témata ke zpracování:
• Vznik, struktura a chemické složení minerálů, klasifikace minerálů
• Fyzikální vlastnosti minerálů a jejich poznávání
• Běžné minerály a jejich význam pro stavbu hornin
• Průmyslově významné minerály
Okruh 9: Hlavní horninotvorné minerály a jejich fyzikální a chemické vlastnosti
10
Struktura minerálů
Okruh 9: Hlavní horninotvorné minerály a jejich fyzikální a chemické vlastnosti
KRYSTALOVÁ STRUKTURA (STRUKTURA MINERÁLU)
symetrie krystalové mřížky báze+
Symetrii mřížky je definována kombinací základních
prvků a operací symetrie.
Bázi můžeme vyjádřit jako krystalochemický vzorec,
který zahrnuje všechny prvky zúčastněné na stavbě
struktury minerálu.
Např.: KAlSi3O8
K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2
11
Reálná struktura minerálů
Okruh 9: Hlavní horninotvorné minerály a jejich fyzikální a chemické vlastnosti
Princip uspořádání atomů a iontů v prostoru konkrétní struktury shrnuli
Goldschmidt a Laves do tří jednoduchých pravidel:
Princip nejtěsnějšího uspořádání. Atom se v krystalové struktuře pokouší zaujmout
takovou pozici, aby daný prostor využil co možná nejefektivněji.
Princip symetrie. Atom se snaží v krystalové struktuře zaujmout takovou pozici, aby
symetrie jeho okolí byla co možná nejvyšší.
Princip interakce. Atom se snaží v krystalové struktuře dosáhnout maximální možnou
koordinaci; snaží se získat maximální možný počet nejbližších sousedů, se kterými
může být v kontaktu.
Jak jsou uspořádány atomy a ionty v krystalové struktuře?
Jak „těsné“ je vyplnění prostoru atomy?
12
Fyzikální vlastnosti minerálů
Fyzikální vlastnosti jsou klíčové pro běžné určování minerálů.
Některé lze pojmenovat snadno: barva, lesk, průhlednost, štěpnost, lom
Některé vyžadují jednoduché zkoušky: tvrdost, vryp, hustota, magnetismus
Některé pouze analyticky: chemické složení, radioaktivita, elektrická vodivost, optika
Okruh 9: Hlavní horninotvorné minerály a jejich fyzikální a chemické vlastnosti
13
Horninotvorné minerály
Mezi hlavní horninotvorné minerály patří:
křemen, alkalický živec, plagioklas, muskovit, biotit, pyroxeny,
amfiboly, olivín, kalcit
Tyto minerály tvoří cca 90 % objemu všech hornin.
Doplněny jsou pak minerály, které jsou zpravidla zastoupeny jako vedlejší, ale v
některých horninách mohou být i hlavními minerály: epidot, chlorit, granát, jílové
minerály a další.
Okruh 9: Hlavní horninotvorné minerály a jejich fyzikální a chemické vlastnosti
14
Minerály v různých typech hornin
Typicky magmatické minerály:
křemen, alkalický živec, plagioklas, muskovit, biotit, olivín, amfibol, pyroxen
Typicky sedimentární minerály:
křemen, muskovit, hematit, kalcit, Mn-oxidy, halit, sádrovec, většina borátů
Typicky metamorfní minerály:
křemen, alkalický živec, plagioklas, muskovit, biotit, amfibol, chlorit, epidot, sillimanit,
wollastonit, kyanit
Okruh 9: Hlavní horninotvorné minerály a jejich fyzikální a chemické vlastnosti
15
Průmyslové minerály
Průmyslově významné minerály jsou všechny ty, ze kterých se získává ekonomicky
využitelný prvek nebo se zpracovávají k dalšímu průmyslovému využití.
Patří sem zejména sulfidy: galenit (Pb), chalkopyrit, chalkozín, tetraedrit (Cu), sfalerit
(Zn), molybdenit (Mo), antimonit (Sb) nebo cinabarit (Hg). Z ostatních skupin to jsou
např. magnetit (Fe), monazit (REE), kasiterit (Sn), wolframit, scheelit (W), columbit
(Nb, Ta), rutil, ilmenit (Ti).
Průmyslově se využívají např.: kaolinit, živec, korund, granát, diamant, grafit, halit,
sádrovec, mastek
Tyto minerály lze získávat pouze pokud tvoří ložiska – nahromadění v určité
geologické pozici.
Okruh 9: Hlavní horninotvorné minerály a jejich fyzikální a chemické vlastnosti
16
Praktické činnosti při výuce minerálů
Stavba minerálů: modelování symetrie a struktur minerálů, modelování chemického
složení důležitých minerálů
Fyzikální vlastnosti: experimenty se vzorky, určování barvy, vrypu, stanovení
tvrdosti nebo dalších vlastností
Poznávání minerálů: vyhodnocení fyzikálních vlastností, práce se vzorky, poznávací
hry, skládání hornin
Ložiskové minerály: přiřazování minerálů k již vyrobeným produktům, dvojice
surovina - výrobek
Okruh 9: Hlavní horninotvorné minerály a jejich fyzikální a chemické vlastnosti
17
Okruh 10
Ložiska nerostných surovin a přírodní energetické zdroje
Vhodná témata ke zpracování:
• Co je nerostná surovina, základní rozdělení nerostných surovin
• Vznik ložisek nerostných surovin a jejich těžba
• Energetické nerostné suroviny a suroviny pro stavební průmysl
• Fosilní paliva – jejich vznik a způsob využití
• Obnovitelné a alternativní zdroje elektrické energie
• Druhotné nerostné suroviny, recyklace a třídění odpadu
Okruh 10: Ložiska nerostných surovin a přírodní energetické zdroje
18
Základní rozdělení nerostných surovin
Rudní suroviny (rudy) jsou minerály nebo prvky, ze kterých je možné získat jeden nebo
více kovů. Příkladem jsou magnetit (Fe), chromit (Cr), galenit (Pb, Ag, Bi), chalkopyrit
(Cu), sfalerit (Zn, Cd) nebo zlato (Au).
Nerudní suroviny (nerudy) jsou prvky, minerály nebo horniny, ze kterých se získává
nekovový prvek, nebo se používají přímo pro své fyzikálně-chemické vlastnosti. Příkladem
je žula (kamenivo), kaolinit (keramická surovina), písek (stavební materiál), vápence
(výroba vápna a cementu).
Energetické suroviny jsou všechny zdroje umožňující výrobu energie, nejčastěji ve formě
elektrické. Zatímco dříve převažovaly hlavně kaustobiolity uhelné (lignit, hnědé a černé
uhlí, antracit) a živičné (ropa, zemní plyn) řady, dnes mezi významné energetické suroviny
počítáme také uran, větrnou energii, vodní energii, sluneční záření nebo geotermální
energii.
Okruh 10: Ložiska nerostných surovin a přírodní energetické zdroje
19
Fosilní paliva a obnovitelné zdroje energie
Základní rozdělení energetických surovin:
➢ obnovitelné (voda, vítr, slunce, geotermální energie, biomasa)
➢ neobnovitelné (uhlí, ropa, zemní plyn, uran)
Rozdělení zdrojů elektrické energie:
✓ produkující CO2 (spalování uhlí, ropy, biomasy)
✓ neprodukující CO2 (uran)
✓ bezodpadové (fotovoltaika, vítr, voda?, geotermální)
Okruh 10: Ložiska nerostných surovin a přírodní energetické zdroje
Silné a slabé stránky obnovitelných zdrojů při současných technických možnostech.
20
Využívání nerostných surovin
Okruh 10: Ložiska nerostných surovin a přírodní energetické zdroje
S rostoucí populací a jejím zájmem o tzv. trvale udržitelný rozvoj vzrůstá i zájem o suroviny.
Nedostatek surovinových zdrojů může vést k fatálnímu
narušení fungování ekonomiky státu a tím dostává těžba
nerostných surovin geopolitický aspekt.
Profit z vytěžených surovin však není rovnoměrně rozložen po celé populaci naší planety.
Některé suroviny se stávají strategickými (ropa, plyn, uhlí).
Tato situace může vést a také vede ke vzniku konfliktů.
21
Ložiskotvorné procesy I
Okruh 10: Ložiska nerostných surovin a přírodní energetické zdroje
Magmatické procesy
Magmatická ložiska Cu,
Ni, Pt nebo diamantů
Hydrotermální ložiska
polymetalických rud
Pegmatitová ložiska,
greiseny
22
Ložiskotvorné procesy II
Okruh 10: Ložiska nerostných surovin a přírodní energetické zdroje
Metamorfní procesy
Metamorfóza koncentruje některé
významné prvky (Pb, Zn, Au )
Metamorfóza přetváří
původní ložiska (Fe rudy)
23
Ložiskotvorné procesy III
Okruh 10: Ložiska nerostných surovin a přírodní energetické zdroje
Sedimentární procesy
Rozsypová ložiska
(písky, zlato, platina)
Evaporitová ložiska
(soli, sádrovec)
Biogenní ložiska
(vápence, fosfáty)
24
Objemy těžby nerostných surovin
Okruh 10: Ložiska nerostných surovin a přírodní energetické zdroje
Rozsah těžby nerostných surovin lze dokumentovat na dvou příkladech:
Průměrná spotřeba vybraných
surovin na jednoho obyvatele
v Evropě po dobu 70 let jeho života:
písek a štěrk 460 tun
ropa 160 tun
kámen 146 tun
hnědé uhlí 145 tun
vápenec 99 tun
sádrovec 6 tun
kamenná sůl 13 tun
hliník 1,4 tuny
měď 1 tuna, a další.
Objem některých vytěžených
surovin v ČR v roce 2006:
černé uhlí 13 mil. tun
hnědé uhlí 48 mil. tun
vápenec 11 mil. tun
stavební kámen 29 mil tun
(téměř 2 milióny nákladních aut)
lignit 0,46 mil. tun
ropa 0,26 mil. tun
jíly 0,76 mil. tun
25
Praktické činnosti při výuce nerostných a energetických surovin
Vznik a těžba nerostných surovin: ukázky těžby, pozitivní a negativní vliv těžby na
krajinu – vyhledávání na internetu, fotografie
Nerostné suroviny: poznávání nerostných surovin na vzorcích, doplňování typu
surovina – produkt, přiblížení pojmu kovnatost – množství odpadu při těžbě
Zdroje energie: projektová výuka – počítání výkonu jednotlivých typů elektráren,
sestavení vlastní výrobní sítě, porovnávání cen a nákladů různých elektráren
Odpady: praktické činnosti se zaměřením na správné třídění odpadu, z čeho je jaký
materiál
Okruh 10: Ložiska nerostných surovin a přírodní energetické zdroje
26
Okruh 12
Význam atmosféry a hydrosféry v neživé přírodě
Vhodná témata ke zpracování:
• Fyzikální a chemické vlastnosti mořské vody, pohyb mořské vody
• Koloběh vody v přírodě, hydrologický cyklus
• Složení atmosféry a její význam pro živé organismy
• Vlastnosti a pohyb atmosféry, základní meteorologické jevy
• Atmosféra a hydrosféra v procesu klimatické změny
Okruh 12: Význam atmosféry a hydrosféry v neživé přírodě
27
Pohyb mořské vody – mořské proudy I
Okruh 12: Význam atmosféry a hydrosféry v neživé přírodě
Mořské proudy jsou vyvolány větrem nebo rozdíly v hustotě vody. Působí-li vzdušné
proudění s dostatečnou intenzitou, vznikají povrchové proudy, pokud je důvodem
cirkulace různá hustota vody, vznikají hlubinné proudy.
Povrchové proudy vznikají třením
větru o hladinu, vodě jsou předány
asi jen 2 % energie. Hlavním
zdrojem tohoto pohybu je SV (resp.
JV) proudění pasátů.
Rychlost pohybu povrchových
proudů počítáme v km za hodinu.
28
Pohyb mořské vody – mořské proudy II
Okruh 12: Význam atmosféry a hydrosféry v neživé přírodě
Hlubinné proudy ovlivňují asi 90 % mořské vody a jsou vyvolány rozdílnou salinitou
(hustotou) mořské vody. Někdy se označují jako termohalinní cirkulace.
Mořská voda v polárních oblastech
zamrzá, takže se zvyšuje její
salinita a klesá dolů jako sestupný
proud. V místech, kde voda naráží
na nerovnost dna nebo
kontinentální svah stoupá
vzestupným proudem k hladině.
Rychlost pohybu vody
v hlubinných proudech je řádově
první desítky kilometrů za rok.
29
Mořské vlnění
Okruh 12: Význam atmosféry a hydrosféry v neživé přírodě
Energie vlnění je předávána kruhovým pohybem vln, vlastní voda zůstává na místě.
V závislosti na síle a směru větru vzniká na mořské hladině nucené vlnění.
Pokud vlny opustí oblast vzniku a poklesne rychlost větru, přecházejí do volného vlnění,
které je tvořeno stejnoměrnými a symetrickými vlnami.
Poloměr kruhové dráhy odpovídá
výšce vlny, směrem do hloubky
kruhový pohyb vody slábne až na
bázi vlny, tj. v hloubce jedné
poloviny vlnové délky povrchové
vlny.
30
Hydrologický cyklus
Okruh 12: Význam atmosféry a hydrosféry v neživé přírodě
31
Složení atmosféry
Okruh 12: Význam atmosféry a hydrosféry v neživé přírodě
Složení atmosféry odpovídá 78,08 % dusíku, 20,95 % kyslíku a 0,93 % argonu. Všechny
ostatní plynné složky jsou obsaženy ve stopovém množství, včetně CO2 zastoupeného
0,0409 % (409 ppm).
Troposféra je vrstva vzduchu do výšky 7 – 17 km. Je to ta část atmosféry, ve které vzniká
většina meteorologických jevů a představuje asi 90 % veškeré atmosférické hmoty. Je v ní
obsažena většina atmosférické vody a také pevné součástky (prach, popel, plísně, pyl, viry
a další).
Stratosféra zasahuje do výšky asi 50 km nad povrchem a s rostoucí výškou roste teplota
na asi -10 °C. Je to díky absorpci UV záření v ozónové vrstvě.
Mezosféra se rozkládá ve výšce zhruba 50 – 80 km nad povrchem a je ukončena
mezopauzou.
Termosféra je poslední vnější vrstvou plynného obalu Země a v závislosti na intenzitě
slunečního svitu a roční době se pohybuje horní hranice mezi nad 100 km.
32
Globální dopady vyšších teplot atmosféry
Okruh 12: Význam atmosféry a hydrosféry v neživé přírodě
Dopad zvyšujících se teplot atmosféry v globálním měřítku může být velmi široký:
• více se ohřívá mořská voda, což negativně ovlivňuje četné vodní organismy (korály)
• teplejší oceánská voda umožňuje snazší vznik tropických cyklón
• teplejší povrch oceánů může narušit přirozený běh mořských proudů
• úbytek srážek v určitých oblastech (aridizace)
• nadbytek srážek v určitých oblastech a častější vznik povodní
• jednodušší šíření epidemií (malárie, žlutá zimnice horečka dengue)
• delší a intenzivnější vlny veder
• změny v geografickém rozšíření některých rostlinných a živočišných společenstev
• tání polárních ledových pokryvů a navyšování mořské hladiny.
33
Kryosféra – součást hydrosféry
Kolik vody je v ledovcích?
Mocnost Grónského ledovce je asi 3 km a tání veškerého ledu v Arktidě by
způsobilo nárůst hladiny světového oceánu o 7 m.
Antarktický ledovec má mocnost asi 4,5 km a jeho táním by světový oceán
stoupl o 60 m.
Ledovce jsou nedílnou součástí hydrosféry a mají značný vliv na přirozenou regulaci
klimatu planety:
➢ sněhové a ledové plochy mají velké albedo a odráží většinu slunečního záření
(povrch planety se méně zahřívá)
➢ ledovce udržují hladinu světového oceánu na současné úrovni
➢ ochlazují oceánskou vodu, která pak účinněji rozpouští CO2
➢ v ledovcích je vázáno více než 75 % pitné vody na naší planetě.
Okruh 12: Význam atmosféry a hydrosféry v neživé přírodě
34
Praktické činnosti při výuce atmosféry a hydrosféry
Koloběh vody: různé pokusy na hydrologický cyklus – odpařování kondenzace, vznik
mlhy
Složení atmosféry: různé typy aktivit demonstrující složení atmosféry a význam
skleníkových plynů
Složení mořské vody: pokusy s různou salinitou (hustotou) vody, pokusy s prouděním
obarvené teplé a studené vody
Okruh 12: Význam atmosféry a hydrosféry v neživé přírodě