Sedimenty kvartéru kresby_potopeni2 trek_vh_kalapattar5 Pleistmoll 800px-Pico_de_Orizaba vulkaan uf00002317_zelezna_hurka A040610_TOM_VARHANYN_N mamoth a31962_63 Photograph:Sabre-toothed cat (Smilodon) from Rancho La Brea, Calif.; detail of a mural by Charles R. Knight, 1921. Homo_habilis 127_1030200573255 pamukkale trav6 sobr Photograph:Glacial erratic perched on low pedestal of massive granite, Tulare county, Calif. Mářský vrch - kamenné moře na severním svahu image?id=95441&rendTypeId=4 Plán nObecná charakteristika kvartéru: chronologie, klima, kolísání mořské hladiny nMetody datování kvartérních sedimentů n nSEDIMENTY nGlacigenní nEolické nFluviální nSvahové (koluviální) nJeskynní sedimenty a speleotémy nMořské nRecall our analogy of all geologic time nrepresented by a 24-hour clock nIn this context, the Quaternary is only 38 seconds long, nbut they are certainly important seconds, nbecause during this time our species evolved nHomo sapiens nThe Pleistocene deserves special attention nIt is one of the few times in Earth history nwhen vast glaciers were present Kvartér: 38 vteřin nthe Quaternary nis only 38 seconds long at this scale Geologický čas ve 24 hodinách WICHG30802 = / ≠ NEOGÉN ?! nGradstein, F.M., Ogg, J.G., Smith, A.G., Bleeker, W., Lourens, L. (2004): Episodes, 27, 2, p. 86. n n „The “Quaternary“ is traditionally considered to be the interval of oscillating climatic extremes (glacial and interglacial episodes) that was initiated at about 2.6 Ma, therefore encompassed the Holocene and Pleistocene epochs and Gelasian stage of late Pliiocene. This composite epoch is not a formal unit in the chronostratigraphic hierarchy“ kvartér, co JE kvartér (!?!) Geologická časová škála 2004 Geologická časová škála 2009 GSAchron09 GSAchron09 Chronologie nPLEISTOCÉN (1,8 Ma - 10 ka) nChronologie mořského pleistocénu: nterasové stupně - kalábr, emil, sicil, milazzo, tyrrhen, monastir, tapes (flandry) n nChronologie glaciálů, alpské vysokohorské zalednění nglaciální stupně: donau, günz, mindel, riss, würm (názvy podle řek) nintegraciální stupně: donau-günz, günz-mindel, atd. n nChronologie glaciálů, severoevropské kontinentální zalednění nglaciály: pretegelen, eburon, menap, elster, saal, visla ninterglaciály: tegelen, waal, bavel, cromer, holstein, eem (mořské transgrese) n nChronologie glaciálů, severoamerické kontinentální zalednění nglaciály: nebraskan, kansan, illinoian a wisconsin ninterglaciály: pre-nebraský, aftonský, yarmouthský, sangamonský nšpatná korelace mezi severoamerickou a severoevropskou kontinentální stupnicí ! n nhranice pleistocén / holocén: 10 až 12 000 let - rychlý vzestup mořské hladiny Scan0006 Chronologie nHOLOCÉN (10 – 0 ka) nÉra po posledním zalednění nmořské stupně: preboreál, boreál, atlantik, subborál, subatlantik nkontinentální členění podle kultur: mezolit, neolit, eneolit, atd. n holocen Marine isotope stages 05-Kwart-strat Marine isotope stages 01_f13p Marine isotope stages oxygeniso Doby „ledové“ a „meziledové“ Glaciální a interglaciální stupně nGLACIÁLY - snížená teplota, průměrná teplota na planetě výrazně nižší než dnes, průměrná roční teplota v našich z.š.: 0 stupňů C; průměrná teplota vod v oceánech zhruba o 4 až 7 stupňů celsia nižší než dnes ninterstadiály - drobné teplejší výkyvy v rámci glaciálu, průměrná teplota v našich šířkách zhruba o 4 stupně celsia nižší n nINTERGLACIÁLY - teplota zhruba odpovídající dnešní, roční průměr teplot zhruba o 2 až 3 stupně vyšší než dnes n n normal_Doba_ledova_04 Stadiál „starší Dryas“ nVelmi krátké chladné období (stadiál) v pozdním pleistocénu mezi interstadiály Bolling a Allerod; nejsilněji se projevuje v Eurasii nStáří 11700 – 12000 let BP nNázev podle alpinské / tundrové trpasličí křoviny Dryas n n*1837, nšvýcarský přírodovědec Louis Agassiz nargued convincingly that the large displaced boulders as well as polished and striated bedrock and U-shaped valleys found throughout Europe and elsewhere resulted from huge masses of ice moving over the land Louis Agassiz a doby ledové Image:Louis Agassiz.jpg nFeatures seen in areas once covered by glaciers nglacial polish nthe sheen nstriations nscratches n nThese features are convincing evidence that na glacier moved over these rocks nin Devil’s Postpile National Monument, California Charakteristické rysy glaciace MonCE31410b nGlaciers typically deposit poorly sorted nonstratified sediment like this “TILL“ nOther processes yield similar deposits Glacigenní sedimenty MonCE31419 nbut their association with glacial polish, striations, and other features is definitive Globální zalednění v glaciálech nGLOBÁLNÍ ÚČINKY ZALEDNĚNÍ nSeverní Amerika je pokryta laurentinským ledovcovým štítem. Při snížené hladině oceánů se vynořuje v pleistocénu nad hladinu i Beringova úžina a umožňuje migraci savců i později člověka na severoamerický kontinent. nBěhem pleistocénu dosahuje maximálního rozšíření kontinentální ledovec v Antarktidě. n nZALEDNĚNÍ V EVROPĚ nV Evropě se sunuly masy kontinentálního ledu v několika vlnách ze Skandinávie k jihu až do střední Evropy. Zaledněna byla i větší část britských ostrovů a západní Sibiř. Ve vrcholném období chladného klimatu (glaciál elster) byly pokryty až 2/3 Evropy ledovcem mocným přes 2.000 m. Posuny ledových pokryvů způsobily i mimo oblast ledovců v nižších zeměpisných šířkách zvýraznění klimatických hranic a časté střídání suchých a vlhkých období. Povrch Země v době posledního glaciálního maxima Poslední glaciální maximum, 18ka glace18 Atlantický oceán během LGM, 18ka glace16 Evidence pro kolísání klimatu v kvartéru ncyklická kontinentální sedimentace - glacigenní a periglaciální sedimenty, výskyt morén kontinentálních ledovců v zeměpisných šířkách, kde se dnes nevyskytují (Český masív), minimálně 4 klimatické cykly v Severní Americe, min. 6 klimatických cyklů v Evropě n npoměry izotopu O18/O16 v mořských sedimentech, min. 20 klimatických cyklů za posledních 20 mil. Let n nVrtná jádra z ledu n npylové analýzy - dokumentují pokles klimatu na základě změny vegetačního pokryvu n nvinutí schránek Globorotálií, biogeografie planktonních foraminifer n nmořské terasy, které dokumentují kolísání hladiny světového oceánu řádově o desítky metrů až okolo 100 m (středozemní oblast) n nsložení flóry a fauny - přítomnost savců v Evropě, kteří jsou dnes výskytem vázáni na teplejší oblasti (opice, lvi) n n nAs a glacier advances, its leading edge acts like the blade of a bulldozer, pushing rock and debris in advance. nThese remnants of glaciation, called end moraines (čelní morény), mark the location of maximum ice extent. waiho_loop_moraine Kontinentální a horské zalednění: morény mueller_glacier_moraine nČelní moréna, která označuje maximální vzdálenost dosahu n ledovce od svého n centra se nazývá n terminální moréna Kontinentální zalednění: terminální morény MonCE31418a nIf the glacier’s terminus nshould recede and nthen stabilize once nagain another end nmoraine forms nknown as a nrecessional nmoraine n(ústupová nmoréna) ústupová moréna MonCE31418b nMapa oblasti Velkých Jezer (S.A.) nshowing terminal nmoraines (16,000 nyears old) nand recessional nmoraines nof the most recent ncontinental glacier nto cover this region Morény 2561_1711c nCenters of ice accumulation nand maximum nextent nof Pleistocene nglaciers nin North nAmerica Zalednění Severní Ameriky WICHG31707a nEach glacial advance nwas followed by retreating glaciers nand warmer climates nThe four glacial stages, nthe Wisconsinan, nIllinoian, nKansan, nand Nebraskan, nare named for the states representing the southernmost advance nwhere deposits are well exposed nThe three interglacial stages, nthe Sangamon, Yarmouth, and Aftonian, nare named for localities nof well exposed interglacial soil and other deposits Čtyři glaciální stupně staty-usa-2 WICHG31708 nCenters of ice accumulation nand directions nof ice nmovement nduring the nmaximum nextent nof Pleistocene nglaciers in nEurope Zalednění v Evropě WICHG31707b nSix or seven major glacial advances and retreats nare recognized in Europe, and at least 20 major warm–cold cycles can be detected in deep-sea cores nWhy isn't there better correlation namong the different areas if glaciation was such a widespread event? nPart of the problem is that nglacial deposits are typically chaotic mixtures of coarse materials that are difficult to correlate Glaciály v Evropě Scan0006 Mořské terasy WICHG31702 nMarine terraces on the west side of San Clemente Island, California nEach terrace represents a period when that area was at sea level nThe highest terrace is now about 400 m above sea level WICHG31702 Marine terraces covered with Pleistocene sediments attest to periodic uplift in southern California nA small fraction of water molecules contain the heavy isotope 18O instead of 16O. n18O/16O ≈ 1/500 nThis ratio is not constant, but varies over a range of several percent. nVapor pressure of H218O is lower than that of H216O, thus H216O is more easily evaporated. n Izotopy kyslíku Frakcionace 18O/16O v koloběhu vody fractionation H2O is evaporated from sea water. The oxygen in the H2O is enriched in the lighter O16. This H2O condenses in clouds,falling on land as precipitation. Thus, H2O that is part of the terrestrial water cycle is enriched in the light O16 isotope and Sea water is enriched in the heavier O18 isotope fractionation Glacial ice is therefore made up primarily of water with the light O16 isotope. This leave the oceans enriched in the heavier O18, or “more positive.” During glacial periods, more O16 is trapped in glacial ice and the oceans become even more enriched in O18. During interglacial periods, O16 melts out of ice and the oceans become less O18 rich, or “more negative” in O18 Klimatický význam frakcionace 18O/16O 18O/16O a globální objem ledu nAs ice sheets grow, the water removed from the ocean has lower d18O than the water that remains. nThus the d18O value of sea water in the global ocean is linearly correlated with ice volume (larger d18O → larger ice sheets). nA time series of global ocean d18O is equivalent to a time series of ice volume. Záznam izotopů kyslíku v mořských sedimentech za posledních 700 tisíc let 75 ka Vrtné projekty DSDP a ODP Pelagické sedimenty, cca konstantní rychlost sedimentace, datování 18O v schránkách plaktonních foraminifer (CaCO3) Časové řady nAs snow falls on very cold glaciers or ice sheets and gradually is converted to ice, air is trapped in bubbles. nThis “fossil air” can be chemically analyzed to determine past atmospheric composition. nOther paleoclimatic proxies (isotopes, dust, acidity) can also be determined from the ice, providing information about temperature, sulfate aerosols, precipitation. ice_core_schematic Paleoklimatologie z vrtných jader ledu Vrt Vostok, Antarktida n vostok-co2-official ice_core es2105_p1_vostok_b CO2 v atmosféře a objem ledovců nRecords of CO2 and ice volume well correlated nBoth must be related ultimately to orbital changes nStrong correlation figure 12-15 Multiproxy Analysis of Glacial Cycles nGlacial-interglacial cycles are evident in a variety of paleoclimatic and paleoceanographic proxies. nThe shapes of the cycles vary somewhat among the different proxies. nGlacial-interglacial variations in atmospheric CO2 concentration are substantial. (But what causes them?) nThere are uncertainties in time scales. leafdigit Serrations (zoubkování) on leaf margins indicate temperature: jagged edges (zoubkované okraje)indicate cooler climate Leaf waxiness is an indicator of moisture retention Záznam klimatických změn v morfologii listů krytosemenných rostlin Eurveget Vegetation zones in Europe parallel latitude now and 9,000 yr before present nScanning electron microscope view of present-day pollen grains, including n n n n n n n n n n(1) slunečnice, (2) akácie, (3) dub, (4) hořčice, (5) ořech, (6) agáve, (7) jasan Pyly skenovat0001 WICHG31705b Pylové analýzy – směry proudění vzduchu nPollen changes in France nN. Europe’s climate changed nWarm and moist (trees) nCold and dry (herbs) nChanges correlate with ice volume nCold winds from Scandinavian ice sheets nN. Atlantic ocean colder than today nRelative warm N. Atlantic moderates Europe’s winter weather figure 12-06 Pylové analýzy v Jižní Americe nLong cores from eastern Columbian lakes nPollen records that alternate between grass and trees n100,000 year cycles nTrees grew during rapid warming nGrassland dominated during slow cooling intervals figure 12-10 nSome planktonic foraminifera species nchange the direction they coil (vinout se) during growth nin response to temperature fluctuations nThe Pleistocene species nGloborotalia truncatulinoides coils predominantly nto the right in water temperatures above 10°C nbut coils mostly to the left in water below 8°-10°C nOn the basis of changing coiling ratios, ngeologists have constructed detailed climatic curves nfor the Pleistocene and earlier epochs Směr vinutí schránek planktonních foraminifer skenovat0002 Graphs illustrating the percentaces of right-coiling and left-coiling foraminifera Graphs illustrating the percentages of right-coiling and left-coiling foraminifera, Globorotalia truncatulinoides. The vertical scale is depth in deep sea sediment cores, in centimeters nPaleoclimatic records from sediments of Santa Barbara Basin compared to marine-terrace faunas from this study. nMiddle panel: Oxygen isotope record of benthic foraminifera and isotope substages (data from Kennett, 1995). nUpper panel: Abundances of warm-water planktonic foraminifer Neogloboquadrina pachyderma, dextral-coiling (data from Kennett and Venz, 1995). nLower panel: Surface-water paleotemperature estimates derived from alkenone-unsaturation index from phytoplankton (data from Herbert et al., 1995). Marine-terrace–fauna temperature aspect derived from paleozoogeographic inferences and U-series ages herein (see text for references). n F20 Neogloboquadrina pachyderma nNeogloboquadrina pachyderma is an excellent recorder of climatic temperatures through geologic time. When the earth experiences periods of relatively cold temperatures, ocean waters are cooler and Neogloboquadrina pachyderma forms its test (shell) such that it coils to the left. Alternatively, during periods of relatively warm temperatures when ocean waters are warmer, Neogloboquadrina pachyderma constructs its test with a coiling direction to the right. Figure 1 nMany are sensitive to variations in temperature nand migrate to different latitudes when the surface water temperature changes n nFor example, the tropical species nGloborotalia menardii is present or absent within Pleistocene sediment samples, depending on what the surface water temperature was at the time n nDuring periods of cooler climate, nit is found only near the equator, while during times of warming its range extends into the higher latitudes Biogeografie planktonních foraminifer Klima a kolísání mořské hladiny n Velká bahamská lavice n nPlochý povrch nMalá hloubka nZáznam oscilací mořské hladiny n (GLACIEUSTATICKÉ CYKLY) bahamas_satellite platform_profile_andros Klima a kolísání mořské hladiny bluehole_aerial GuardianMap_bluehole •Modré díry (blue holes), Bahamy, Belize: jeskynní systémy •Glaciál: nízká hladina oceánu, vynoření VBL nad hladinu + krasovění (blue holes) •Interglaciál: vysoká hladina oceánu, zalití VBL vodou + obnovená mořská sedimentace •Střídání mořské sedimentace (depoziční sekvence) a subaerické eroze (sekvenční hranice): GLACIEUSTATICKÁ CYKLICITA Kolísání mořské hladiny Image:Sea level temp 140ky Quaternary-fr.svg nThe onset of glacial conditions nactually began about 40 million years ago nwhen surface ocean waters at high southern latitudes rapidly cooled, and the water in the deep-ocean became much colder than it had been previously n nThe gradual closure of the Tethys Sea nduring the Oligocene nlimited the flow of warm water to higher latitudes Počátek cyklického střídání glaciálů Temperature and precipitation history of the earth Počátek cyklického střídání glaciálů Development of glaciation during Cenozoic nStřední miocén, nan Antarctic ice sheet had formed, naccelerating the formation of very cold oceanic waters nOteplení v Pliocénu nOchlazení koncem pliocénu ncontinental glaciers nbegan forming in the Northern Hemisphere nabout 1.6 million years ago Před pleistocénem nThe climatic conditions nleading to Pleistocene glaciation were, as you would expect, worldwide n nBut contrary to popular belief nand depictions in cartoons and movies, Earth was not as frigid as it is commonly portrayed n nIn fact, evidence of various kinds nindicates that the world's climate gradually cooled from Eocene through Pleistocene time Klima v pleistocénu Late Wisconsin Environment glace10 nOxygen isotope ratios (O18 to O16) nfrom deep-sea cores reveal that nEarth has had 20 major warm-cold cycles during the last 2 million years nduring which the temperature fluctuated by as much as 10°C nStudies of glacial deposits nattest to at least four major episodes of glaciation in North America nand six or seven similar events in Europe Kolik těch dob ledových vlastně bylo ? nFluctuations in O18-to-O16 isotope rations nfrom a sediment core in the western Pacific Ocean nreveal changes in ocean surface temperatures during the last 58 million years nA change from warm to colder conditions took place 35 million years ago Povrchová teplota oceánu 2561_1707 nběhem růstu ledovců nthose areas covered by, or near glaciers experienced short, cool summers and long, wet winters nbut areas distant from glaciers had varied climates nBěhem postupu ledovců, nlower ocean temperatures nreduced evaporation rates nso most of the world was drier than it is now nBut some now arid areas were much wetter during the Ice Age Chladná léta, vlhké zimy lect03_europecol nKlimatické fluktuace nhave certainly occurred since the Pleistocene, nthe most recent significant one being the Little Ice Age (malá doba ledová) nfrom about A.D. 1500 until some time in the 1800s n nMalá doba ledová byla obdobím nof glacial expansion in mountain valleys, nas well as of cooler, wetter summers with shorter growing seasons Holocén Holocenní teplá období 10kyrholocene n nDuring the Little Ice Age, nmany glaciers in Europe extended Malá doba ledová WICHG31701 much farther down their valleys than they do now Klimatická změna nGlobální změna klimatu nČasové řady měření a odhad vývoje nSedimentární archívy: “čtení“ dlouhodobého vývoje pomocí zástupných („proxy“) údajů n Pleistmoll Vývoj průměrné globální teploty (oceány + kontinenty) od r. 1880 (NASA) File:Global Temperature Anomaly 1880-2010 (Fig.A).gif polar-bear-global-warming Vývoj globální teploty z povrchových a satelitních měření za posledních 35 let Satellite_Temperatures Skleníkové plyny 081204093041-large Dash%20for%20Coal%20in%20Germany nVodní páry (způsobují cca 36 - 70 procent skleníkového efektu) nOxid uhličitý (způsobuje cca 9 - 26 procent skleníkového efektu) nMetan (způsobuje cca 4 - 9 procent skleníkového efektu) nOzón (způsobuje cca 3 - 7 procent skleníkového efektu) n n nBěhem průmyslové revoluce se zvýšily emise skleníkových plynů do atmosféry. Od roku 1750 se koncentrace CO2 zvýšily o 36% a metanu o 148% Vývoje globální teploty: posledních 2000 let nPrůměrná povrchová teplota podle různých rekonstrukcí (křivky vyhlazené na dekády), černá čára: instrumentální měření teploty 2000_Year_Temperature_Comparison Rekonstruovaný vývoj teploty v holocénu (posledních 12 000 let) n Holocene_Temperature_Variations nIs the Ice Age is truly over? nOr are we in an interglacial period nthat will be followed by renewed glaciation? Co bude dál ? Jedna z odpovědí: jsme stále v pleistocénu ! 150kyr … až roztají všechny polární ledovce 16-41 Pokud se rotaví všechny ledovce a ledové pokryvy, vzroste hladina oceánu o ~65 m 7-most-terrifying-global-warming Příčiny kolísání klimatu nTerestrické faktory nZměna směrů a intenzity mořského proudění, výzdvih pohoří v důsledku kolizních událostí, zvětrávání vyzdvižených orogénů a změny v parciálním tlaku CO2 v atmosféře, znečištění atmosféry produkty vulkanismu nrelativně dlouhodobé n nExtraterestrické faktory: nvýchylky úhlu sklonu zemské osy, rotace zemské osy (precese) a orbitální excentricita Země okolo Slunce - milankovičovy cykly nrelativně krátkodobé n Extraterestrické faktory nExcentricita eliptické dráhy Země kolem slunce nNáklon zemské osy nPrecese (kmitání zemské osy) eccentricity Excentricita Excentricita = (vzdálenost mezi ohniskem a středem elipsy) / (délka vedlejší osy) Excentricita dráhy Země kolem slunce kolísá od 0 do 0.05, s periodou 100 tis. Let, 400 tis. let a 2 mil let. ecc_paillard_2001 Excentricita •Časová řada •Excentricita •Oslunění (W/m2) • •Frekvenční spektrum obliquity Náklon zemské osy Šikmost (i.e., náklon) zemské osy kolísá od 22° do 24,5°, s periodou 41 tis. let. obliq_paillard_2001 Náklon zemské osy •Časová řada •Oslunění (W/m2) •Nákon (stupně) • •Frekvenční spektrum precession Precese Kolísání zemské osy s periodou 19 tis. let a 23 tis. let. Modulace záznamu precese excentricitou: Zima na S. polokouli v perihéliu, léto v aféliu: zmírněné sezónní výkyvy (DNEŠEK) Zima na S. polokouli v aféliu, léto v perhéliu: zesílené sezónní výkyvy (KONEC POSLEDNÍHO GLACIÁLU) prec_paillard_2001 Precese •Časová řada •Precese •Oslunění (W/m2) • •Frekvenční spektrum nIn 1842, J. Adhémar suggested that slow variations in Earth’s orbit could be responsible for climatic changes by altering the lengths of the seasons. nIn 1875, J. Croll hypothesized that orbital variations might lead to substantial changes in climate. (Colder winters → larger snow cover → glaciation) Astronomická teorie ledových dob milankovitch_portrait • Renewed interest in orbital forcing of glacial cycles occurred when M. Milankovitch (1941) computed long-term variations in insolation. • Milankovitch believed that cold summers led to glaciation by allowing snow to survive into the next year. M. Milankovič insolation_time_series Oslunění na 65°N nHigh latitude summer insolation (June, 65°N) has been regarded as an index of orbital forcing of glaciation. (This is the original Milankovitch hypothesis: Cool summers are beneficial to ice growth.) n nNote that the effects of precession are modulated by eccentricity. n nFor low summer insolation: Aphelion in summer (esp. with high eccentricity), low obliquity. Záznam izotopů kyslíku v mořských sedimentech za posledních 700 tisíc let 75 ka Vrtné projekty DSDP a ODP Pelagické sedimenty, cca konstantní rychlost sedimentace, datování 18O v schránkách plaktonních foraminifer (CaCO3) Časové řady insolation+delO18_spectra Peaks in d18O Spectrum Correspond to Orbital Frequencies Variance spectra for marine oxygen isotopes for the last 700 kyr (lower curve) compared with spectra for Earth’s orbital parameters (Imbrie,1985). (From Broecker, 2002) 2 QER 1 Metody datování kvartéru n‘Absolutní’ (číselné) datování n Attempt to establish the age of an event in years before the present. n E.g. radiometrické metody (40K/40Ar or 14C) and přírůstkové metody (dendrochronologie). nRelativní datování n Establishes the relative age (e.g. this event is oldest, this event next oldest, this event is youngest, etc.). n E.g. superpozice of sediments is one example (oldest at base of sequence) or stupeň zvětrávání of a rock surface. nMetody časové ekvivalence n Distinctive ‘marker’ events can indicate the age-equivalence of particular points within sediment sequences (e.g. tephra layers). n Often possible to then find absolute age of the ‘marker’ event at one location and therefore infer date of same event at other locations. Radiometrické datování: metoda Číselné měření času: pravidelně se opakující proces, doba trvání jednoho cyklu jednotky: rok a násobky ka (ky), Ma (My), Ga (Gy), radioactive_decay3 Metoda radiouhlíku nOrganická hmota, poločas rozpadu 5700 let, použití: holocén, svrchní pleistocén n nN14 -> C14, nfixace C14 do organické hmoty nC14 -> N14 n dating11 radioactive_decay5 Metoda štěpných stop (fission track) radioactive_decay6 nStopy po částicích emitovaných z jader na mikroskopickém naleštěném povrchu n nPočet stop / jednotka plochy = dceřinné izotopy n nUmělé dokončení štěpné reakce v reaktoru n nPočet stop / jednotka plochy = mateřské + dceřinné izotopy n nPoměr dceřinných / mateřských izotopů (poločas rozpadu) = stáří n n n n Dendrochronologie nProces: růst letokruhů dřeva nDoba cyklu: 1 rok (sezónní přírůstek) nPoužití: do – 5 000 let dating10 Lakes can produce annual layers. Usually occur in glacial lakes or those that freeze over in winter. Coarser sediments are deposited in summer. Winter-summer layers are called COUPLETS. Couplets in lakes are known as VARVES. Count the couplets back from the sediment surface to determine numerical age. Chronologie varvitů proglacial varves varves2 Chronologie varvitů Stokesův zákon 1 rs - rf u = ---- ----------- g D2 18 h u = rychlost usazování D = průměr částice rs = hustota pevné částice h = kinematická viskozita rf = hustota kapaliny g = gravitační zrychlení Lichenometrie TLichen (lišejníky) are a symbiotic relationship between algae and fungi TAssumes constant growth rate of lichen so that the largest diameter lichen will be the oldest TMost used to date glacial deposits in tundra environments TAlso used to date lake-level, sea-level, glacial outwash, trim-lines, rockfalls, talus stabilization, former extent of permanent snow cover n DSC_0090 Rhizocarpon geographicum, Norsko Lichenometry Picture Lichenometry Dating Curve Růstové křivky lišejníku Lichenometry Curves Výsledky lichenometrického datování Druh Průměr Stáří Lokalita Alectoria minuscula 160mm 500-600 yrs Baffin Island Rhizocarpon geographicum 280mm 9,500 +/-1500 yrs Baffin Island Rhizocarpon alpicola 480mm 9,000 yrs Swedish Lapland Problémy lichenometrie TGrowth rate differs by genera TVariable growth rate (fastest when the lichen is young) TGrowth dependent on substrate type (surface texture and chemical composition) TSlower growth rates occur with low temperatures, short growing seasons, and low precipitation TMust be calibrated regionally TMust locate the largest lichen on the surface TIrregular growth of older lichen n Paleomagnetismus: Magnetické pole Země nsilné magnetické pole, jaké neznáme z žádné jiné planety ve sluneční soustavě n nmagnetický dipól, jehož póly se nacházejí poblíž geografických pólů (pólů rotace) n nMagnetické siločáry, podle kterých se orientuje střelka kompasu. n nInklinace : odchylka od horizontály n nDeklinace: odchylka od pólu rotace n obecgeol2 Změny orientace magnetického pole nCelá řada hornin je samovolně magnetizovatelná - feromagnetické minerály se orientují souhlasně se siločarami zemského magnetického pole a vytvářejí tak vlastní magnetická pole. n nMěřením zbytkových magnetických polí změny magnetického pole Země. n nZměny – intenzita, deklinace, přepólování, probíhá synchronně na celé Zemi n nobdobí normální magnetické polarity (severní magnetický pól u severního pólu rotace) n nObdobí reverzní magnetické polarity (severní magnetický pól poblíž jižního pólu rotace). n nPoslední přepólování : 790 000 let, kdy se změnila polarita z reverzní na normální (dnešní). obecgeol7 obecgeol2 Magneto-stratigrafické epochy Magnetic Timescale magnetic_reversals Chronology nA simple age model can be obtained by assuming a constant accumulation rate. nReversals in Earth’s magnetic field can be used for benchmarks. nMagnetic reversals have been radiometrically dated. Brunhes- Matuyama magnetic reversal Magnetizace hornin TTermoremanentní magnetizace (TRM) TCurrie Point – Below which the igneous rock’s magnetic record is fixed TEffective on lava flows and baked clays at archaeological sites TRemanentní magnetizace detritických zrn (DRM) TMagnetic particles become aligned with the ambient magnetic field as they settle through the water column TPostdepoziční magnetizace TBased on the water content for some sediments, they may take on their magnetic characteristic after deposition TChemická remanentní magnetizace (CRM) TPost-Depositional magnetization due to chemical changes in magnetic minerals Problémy paleomagnetismu TDRM is not instantaneous TSediments are subject to bioturbation (especially effecting post-depositional DRM) TOverturned sediment may give false excursions TPost-Depositional magnetic changes due to chemical recrystallization T Metody datování na základě chemických změn TAnalýza aminokyselin organické hmoty TStupeň zvětrávání minerálů a hornin TChemická alterace vulkanických skel Datování na základě aminokyselin TAll living organisms contain amino acids TLiving organisms have levo (left rotating) formation TAmino acid formation is dextro (right rotating) after an organism dies TD/L ratios can give the age of a sample TCan date samples from a few thousand years old to a few million years old L- a D-aminokyseliny Amino Acid Racemization Chemistry kyselina D-asparágová kyselina L-asparágová L-izoleucin D-izoleucin kyselina L- a D-asparágová Amino Acid Racemization Calibration Curve Podmínky datování na základě aminokyselin TFirst studies in 1968 (Hare and Mitterer 1968) TCan be conducted on small samples <2mg in mollusks or foraminifera TCan also be conducted of wood, speleothems, and corals n T Problémy datování na základě aminokyselin TMust be calibrated to provide absolute dates T TVery sensitive to temperature history TAn uncertainty of +/- 2°C is equivalent to an age uncertainty of +/-50% T TCan also be affected by contamination and leaching T TRates vary from one genus to another n T Amino Acid Racemization Shells Hydratace obsidiánu TFresh surfaces of obsidian will react with water from the atmosphere or soil to create a hydration rind TThe thickness of the hydration rind can be measured and used to tell the age of the sample TMainly used in archaeology can also date glacial or volcanic events Hydratace obsidiánu Obsidian Hydration Rind 3 Obsidian Hydration Rind 1 Obsidian hydration profiles from Crooks Canyon in Northern California. The large number of readings between 0.8 and 1.5 microns indicate occupation at the very end of the Terminal Prehistoric Period, as well as during the Historic Period. Obsidian Hydration http://www.farwestern.com/crookscanyon/pagei.htmMcGuire and Waechter 2004 Problémy hydratace obsidiánu TMust be regionally calibrated to provide absolute dates TDependent upon temperature TVaries with sample composition TNot very precise COSMOGENIC ISOTOPES. isotopes produced on the surface of newly exposed rocks by bombardment of cosmic rays. COSMIC RAYS are high velocity neutrons. Penetrate rocks to a depth of 2-3 m. Go right thru you. Cosmic rays produce new “cosmogenic” radioactive isotopes. Si, Mg, Al, Fe à converted to 10Be, t1/2 = 300 000 let K, Ca, Cl à converted to 36Cl, t1/2 = 1,5 . 106 let Once formed they begin to decay. SED: Surface Exposure Dating (datování expozice povrchu) SED nSurface exposure dating is a collection of geochronological techniques for estimating the length of time that a rock has been exposed to the Earth's atmosphere. Surface exposure dating is used to date glacial advances and retreats, erosion history, lava flows, meteorite impacts, rock slides, fault scarps, and other geological events. It is most useful for rocks which have been exposed for between 10 and 30,000,000 years. nThe Earth is constantly bombarded with cosmic rays, high energy charged particles comprising mostly protons and alpha particles. They couple strongly with matter, and are absorbed within the first meter of exposed material. When one of these particles strikes an atom in the atmosphere or a rock on the surface of the Earth, it can dislodge one or more protons or neutrons from that atom, producing a different element or a different isotope of the original element. These new elements and isotopes are called cosmogenic nuclides, and the process is termed cosmic ray spallation. By measuring the concentration of these cosmogenic nuclides in a rock sample, and accounting for the flux of the cosmic rays and the half-life of the nuclide, it is possible to estimate how long the sample has been exposed to the cosmic rays. SED nThe two most frequently measured cosmogenic nuclides are 10Be and 26Al. These nuclides are particularly useful to geologists because they are produced when cosmic rays strike 16O and 28Si, respectively. The parent isotopes are the most abundant of these elements, and are common in crustal material, whereas the radioactive daughter nuclei are not commonly produced by other processes. As 16O is also common in the atmosphere, the contribution to the 10Be concentration from material deposited rather than created in situ must be taken into account. alluvialHan alluvial_fan08 moraine Moraine Alluvial fan SED: Surface Exposure Dating (datování expozice povrchu) Použití: Kontinentální sedimenty dlouhodobě odkryté na povrchu OSL Optically stimulated luminescence nConditions and accuracy nAges can be determined typically from 300 to 100,000 years BP, and can be reliable when suitable methods are used and proper checks are done. Ages can be obtained outside this range, but they should be regarded with caution. The accuracy obtainable under optimum circumstances is about 5%. n nThe optical dating method relies on the assumption that the mineral grains were sufficiently exposed to sunlight before they were buried. This is usually, but not always, the case with Eolian deposits, such as sand dunes and loess, and some water-laid deposits. n nAll sediments and soils contain trace amounts of radioactive isotopes including uranium, thorium, rubidium and potassium. These slowly decay over time and the ionizing radiation they produce is absorbed by other constituents of the soil sediments such as quartz and feldspar. The resulting radiation damage within these minerals remains as structurally unstable electron traps within the mineral grains. Stimulating samples using either blue, green or infrared light causes a luminescence signal to be emitted as the stored unstable electron energy is released, the intensity of which varies depending on the amount of radiation absorbed during burial. The radiation damage accumulates at a rate over time determined by the amount of radioactive elements in the sample. Exposure to sunlight resets the luminescence signal and so the time period since the soil was buried can be calculated. OSL nPhysics nOptical dating is one of several techniques in which an age is calculated as follows: (age) = (total absorbed radiation dose) / (radiation dose rate). The radiation dose rate is calculated from measurements of the radioactive elements (K, U, Th and Rb) within the sample and its surroundings and the radiation dose rate from cosmic rays. The dose rate is usually in the range 0.5 - 5 grays/1000 years. The total absorbed radiation dose is determined by exciting specific minerals (usually quartz or feldspar) extracted from the sample with light and measuring the light emitted as a result. The photons of the emitted light must have higher energies than the excitation photons in order to avoid measurement of ordinary photoluminescence. A sample in which the mineral grains have all been exposed to at least a few seconds of daylight can be said to be of zero age; when excited it will not emit any such photons. The older the sample is, the more light it emits. nOSL n DATING n image002 nDolní n Věstonice nOSL dating n Age equivalence methods: Tefrochronologie TAirborne pyroclastic material ejected during a volcanic eruption TForm isochronous stratigraphic markers TMust be dated by 40K/40Ar or fission-track dating T Can be used in for bounding dates Depoziční události v kontinentálním prostředí: Tefrostratigrafie eventstrat0008 tefra0002 Tefrostratigrafie tefra0001 tefra0004 Tefrochronologie TPetrographic and chemical studies can identify unique tephra signatures which can then be used in a tephrochronology T Tehpra Layers http://www.gfz-potsdam.de/pb3/pb33/projects/monticchio_tephrochronology/content_en.html Tefrochronologie tephrochronology http://www.grancampo.de/english/tephra/tephra3.htm 14 QER 1 Zvětrávání a pedogeneze nRelative dating nOne control upon the degree of weathering of a rock surface or the degree of soil development in the time over which those processes may have operated. n nAll other things being equal (!), a more highly weathered surface or a more well developed soil will be older than a surface less weathered or a less mature soil. n nDegree of rock surface weathering commonly be measured in the field by use of a Schmidt hammer. n nThickness of the weathering rind on a rock surface or boulder can also be used. n nDegree of rock varnish development provides another alternative in some environmental situations. Chemical composition of the varnish ‘matures’ with time. n Schmidt Hammer Type N and L schmidt