STRATIGRAFIE n „Nauka o vrstevních sledech“ (princip superpozice) Zabývá se relativním měřením času v geologii n Studuje „horninové jednotky“ a interpretuje horninové sledy jako sled událostí v dějinách Země („klíč“ k pochopení historie planety Země) n Součástí téměř všech geologických disciplín (stáří hornin je jednou ze základních informací, se kterou pracují všichni geologové) Historie n N. Steno, 1669, Princip superpozice a související principy n “No geology existed prior to Hutton“ J. Hutton, princip uniformity, uniformitarianismus n Charles Lyell, Principles of Geology n W. „Strata“ Smith, základy biostratigrafie, principle of faunal succession („stejných zkamenělin“) n Lamarck, Darwin, evoluční teorie n A. Gressley, pojem facie, interpretace n horninových celků ve smyslu prostředí vzniku Geotektonické hypotézy n J.D. Dana, J. Hall, geosynklinální hypotéza n M. Bertrand, teorie příkrovů n A. L. Wegener, kontinentální drift n Harry Hess, sea-floor spreading n J.Tuzo Wilson, transform faults, Wilson cycle Datování hornin n E. Rutherford, manželé Curieovi, objev radioaktivity, počátek 20. stol. n W. F. Libby (Nobel prize 1960), ^14C dating Chronostratigrafická škála n Definice mnoha útvarů (Cambrian, Silurian, Devonian, Permian) v polovině 19. stol (R. Murchinson, A. Sedgwick) n 2. pol. 19. stol., vytvoření chronostratigrafické škály n Mezinárodní návody lito- a biostratigrafické klasifikace a nomenklatury, Hedberg 1976, Basic stratigraphic principles Relativní datování: stratigrafická inkluze, stratigrafický průnik Relativní datování: stratigrafická inkluze, stratigrafický průnik „Princip stejných zkamenělin“ Stratigraphic tool kit n Vytvoření sekvence ¨ Sled „událostí“ ¨ Časové nástroje n Interpretace záznamu Stanovení sekvence,Litostratigrafie STRATIGRAFIE a STRATIGRAFICKÁ KORELACE n Stratigrafie: nauka o vrstevních sledech (princip superpozice) Zabývá se relativním měřením času v geologii n Stratigrafická korelace: (porovnávání stáří prostorově nesouvislých vrstev na základě společných znaků – obsahu fosílií, litologie, chemického složení, fyzikálních vlastností, atd.) LITOSTRATIGRAFIE (korelace na základě litologických znaků) BIOSTRATIGRAFIE (korelace na základě fosílií) CHEMOSTRATIGRAFIE (korelace na základě chemického složení) MAGNETOSTRATIGRAFIE (korelace na základě magnetické polarity) LITOSTRATIGRAFIE Stratigraphic way-up Diachonismus horninových těles (litostratigragických jednotek) Litostratigrafická klasifikace a nomenklatura n Hranice mezi litologickými jednotkami: diskordance, konkordance, pozvoln= vertikální přechody, laterální prstovité zastupování, n Hranice mezi litostratigrafickými jednotkami: musí být zvoleny v jednom konkrétním bodě n Musí splňovat kritérium mapovatelnosti n Musí platit princip superpozice Definice a specifikace jednotek n Název, geografická lokalita, historická priorita, jeden název jen pro jednu jednotku i v odlišném ranku n Litologie, barva, sedimentární textury, mocnost vrstev, cyklicita, karotážní charakteristika (tam kde chybí výchozy) n Typový a referenční profil (stratotyp), charakteristické znaky jednotky + její spodní hranice, v případě nouze může být stratotypem jádrovaný vrt, snadná přístupnost n Hranice (spodní, svrchní), v případě pozvolných přechodů musí být zvolen jeden určitý bod a jednoznačně popsán n Dělení na dílčí jednotky, uvedení všech dílčích jednotek, nově definovaných i dříve definovaných s patřičnými citacemi n Mocnost, typický mocnostní rozsah a extrémy n Rozsah, ve smyslu dnešní geografie a ideálně i ve smyslu původní sedimentační pánve n Stáří, uvedeno v chronostratigrafických jednotkách Litodemické jednotky n Nejsou zvrstvené a neodpovídají pravidlu superpozice, n Definované na základě litologické charakteristiky n Litodém (základní) n Skupina (superskupina) (“super/suite“) n Komplex/terán: skupina dvou a více geneticky odlišných horninových celků Metody dálkového průzkumu n Remote sensing: stanovení charakteristiky určitého území bez přímého fyzického kontaktu n Detekce, zesílení, zobrazení a interpretace odraženého a emitovaného EM záření n Letecký, satelitní průzkum n Rozlišení minerálů, vegetačního pokryvu, který odráží geologické podloží n Jv. Sicílie n Karbonáty, n Horizontální vrstevnatost Geophysical methods, wire-line logging Geophysical logging n Spontaneous potential logging: elektrický proud vznikající z rozdílů salinity (potenciálů) vrtných fluid a fluid v hornině, rozlišují permeabilitu n Gamma-ray logging, přirozená radioaktivita hornin a minerálů, struktura a geochemie sedimentu n Neutron logging, neutrony emitované sondou kolidují s částicemi v hornině (H, Cl),které emitují gamazáření o charakteristické energii, indikují obsah vodíku ve vodě obsažené v pórech, definují a kvantitativně odhadují porozitu n Resistivity logging, odporová karotáž, ¨ Křemen, kalcit, dolomit, uhlovodíky, póry naplněné vzuchem: resistivita > 100 miliónů ohmmetrů ¨ Póry nasycené vodou a fluidy n Sladká voda: 26 ohmm n Mořská voda: 0,18 ohmm n Podpovrchová horninová solanka: 0,055 ohmm ¨ Jílové minerály: schopné iontové výměny: dobrá vodivost = nízká resistivita n Dipmeter logging: strukturní sklon měřený 4 sondami, které měří mikroresitivitu, tektonický úklon vrstev, šikmé zvrstvení, atd. Gamma-ray logging n Spontánně radioaktivní izotopy v horninách (U řada, Th řada, ^40K) n g záření (EM vlnění) ¨ emitované při radioaktivním rozpadu ¨ charakteristická energie n 1.360 - 1.558 MeV, K, n 1.564 - 1.953 MeV, eU (uranium equivalent) n 2.414 - 2.804 MeV, eTh (thorium equivalent) (NaI2) n Scintilační detektor (jodid sodný) detekuje g - záření, ¨ jednotky API (American Petroleum Institute) ¨ Obsahy K(%), Th(ppm) a U(ppm) (spektrální gamakarotáž) Basic G-R log shapes n K: v krystalové mřížce, draselné živce, muskovit, illit n Th: vázaný na jílové minerály n U: organická hmota, fosfáty, vazba na jílové minerály n K, Th: „indikátory jílů“ K/Th poměr Th/U poměr, KUT diagramy Gamma-ray logging, correlation BIOSTRATIGRAFIE Rozsah taxonů na lokalitě Materiální a časový rozměr biozón Biozóna a biohorizont, typy biozón Problémy n Eroze a přeplavení n Biozóny definované na základě absence indexového taxonu Conodont biostratigraphy n Typically, several conodont populations from multiple stratigraphic levels n Stratigraphic inclusion of older conodonts from reworked deeper sediment layers Biostratigraphic correlation Time correlation Bio- vs. litostratigrafie UDÁLOSTNÍ STRATIGRAFIE EVENTOSTRATIGRAFIE STRATIGRAFICKÁ UDÁLOST: n Záznam relativně krátkodobého procesu v horninách n Depoziční události: téměř okamžité, na sedimentaci „pozadí“ ¨ Mořské prostředí ¨ Terestrické prostředí n Nedepoziční a erozní události: náhlá eroze, „winnowing“ – třídění vyplavováním, redepozice, kondenzace, „hladovění“, n Výjimečné fyzikální procesy a události: zemětřesení, impakty n Antropogenní události n Biologická (evoluční) událost: (náhlé FOI, hromadná vymření) à biostratigrafie n Event bed: událostní vrstvy n Event horizon: událostní horizont Rekurenční interval vs. velikost události n Povodně n Transgrese n Tsunami n Tempestity n Sedimenty gravitačních toků n Vulkanické erupce n Zemětřesení n impakty DEPOZIČNÍ UDÁLOSTI Tempestity n Hummocky cross stratification (hřbítkovité zvrstvení) n Wave ripples (vlnové čeřiny) n Current ripples (proudové čeřiny) Tempestity n Amalgamace (slévání vrstev) n Scours (výmoly) n Tool marks (otisky po dopadu) n Combined flow (vícesměrný) n Unidirectional (jednosměrný) n Proximální vs. distální n Fining and thinning upward (transgrese) n Coarsening and thickening upward (regrese) Sedimenty gravitačních toků: bahnotoky n Cohesive flow, plastický tok soudržného materiálu (bahno) n Turbidity n Intraclasts (útržky dna) n Slump fold (gravitační vrásy) n Extraclasts (klasty „odjinud“) Turbidity: n Groove, flute casts, tool marks (erozní výmoly) n Traction (klouzání zrn po povrchu) n Amalgamace n Grading (gradační zvrstvení) : normální, inverzní (převrácené) n Trace fossils (fosilní stopy) n Proximální vs. distální Kalové turbidity n Biogenní gradace Depoziční události v kontinentálním prostředí: Tefrostratigrafie Tefrostratigrafie Událostní stratigrafie: tefrochronologie T Petrographic and chemical studies can identify unique tephra signatures which can then be used in a tephrochronology Tefrochronologie VÝJIMEČNÉ UDÁLOSTI: Zemětřesení Sediment: „seismit“ Non-depoziční a erozní události: Záznam transgrese – regrese Transgrese - regrese n Redepozice (reworking) n „Pevné dno“ (hardground) n Fosfatizace Skeletální akumulace (coquiny, lumachely) n Vyplavování (winnowing) n (vlnová báze, hloubka vody = ݣlnové délky) ¨ FWB ¨ SWB n Transgresní rezidua (lags) n Koncentrace proudem (current) n Tempestity n kondenzace Non-depoziční a erozní události: kontinentální prostředí Sedimenty: n půdní horizonty (paleosoly) n Krasovění n „incised valleys“ Antropogenní události: Datování ^137Cs n ^137Cs: antropogenní izotop, vzniká jako produkt umělých radioaktivních rozpadů (jaderné elektrárny, jaderné výbuchy) n Černobyl 1986 n Pacific nuclear weapon tests 1960-61 Datování ^137Cs Mrtvé rameno Moravy Čerťák, Uh Hradiště Cyklostratigrafie Cyklicita sedimentace n Autocyklické mechanismy (zpravidla nestálá perioda) ¨ Delta switching ¨ Turbidite compensation cycles ¨ Meandering river ¨ … n Alocyklické mechanismy (stálá nebo variabilní perioda) ¨ Sea-level fluctuations ¨ Transgression-regression ¨ Sediment supply changes ¨ Climate changes ¨ Organic productivity changes ¨ Ocean and atmosphere chemistry changes Vrstvy a cykly Diagenetický přetisk cyklicity Symetrické / asymetrické cykly Různé řády cyklické sedimentace Měřítko mocnosti ~ měřítko času HIRES, High Resolution Stratigraphy Cyklicita v mocnosti vrstev (rychlosti sedimentace) Fisher plot correlation Cycles in gamma-ray logs Gamma-ray cycle correlation Geochemická cyklicita Cyklicita v obsahu TOC Pylové analýzy n Long cores from eastern Columbian lakes ¨ Pollen records that alternate between grass and trees ¨ 100,000 year cycles n Trees grew during rapid warming n Grassland dominated during slow cooling intervals Mapování frekvence cyklů n Normalizace na aritm. průměr nebo pohyblivý aritm. průměr n Frekvence n Frekvenční spektrum Globální cykly a jejich řády Orbitální cykly n Excentricita n Náklon (šikmost) n Precese Oslunění na 65°N n High 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 Note that the effects of precession are modulated by eccentricity. n For low summer insolation: Aphelion in summer (esp. with high eccentricity), low obliquity. Přetisk orbitálního záznamu do vrstevního sledu: faktory Sekvenční stratigrafie • Sequence stratigraphy is a relatively new branch of geology that attempts to link prehistoric sea-level changes to sedimentary deposits. • The 'sequence' part of the name refers to cyclic sedimentary deposits. The term 'stratigraphy' refers to the geologic knowledge about the processes by which sedimentary deposits form and how those deposits change through time and space on the Earth's surface. • Sequence stratigraphy constitutes a ‘minor revolution’ in the Earth sciences, and has certainly revitalized stratigraphy Sekvenční stratigrafie • Sequence stratigraphy highlights the role of ‘allogenic’ (or external) controls on patterns of deposition, as opposed to ‘autogenic’ controls that operate within depositional environments • Eustasy (changes in sea level) • Subsidence (changes in basin tectonics) • Sediment supply (changes in climate and hinterland tectonics) Sequence stratigraphy Sea-level change • Causes of relative sea-level change (amplitudes ~10^1-10^2 m) • Tectono-eustasy (time scales of 10-100 Myr) • Glacio-eustasy (time scales of 10-100 kyr) • Local tectonics • The time scales of these controls have given rise to the distinction of eustatic cycles of different periods • First-order (10^8 yr) and second-order (10^7 yr) cycles (primarily tectono-eustatic) • Third-order (10^6 yr) cycles (mechanism not well understood) • Fourth-order (10^5 yr) and fifth-order (10^4 yr) cycles (primarily glacio-eustatic) Akomodační prostor: agradace, progradace, retrogradace • Accommodation refers to the space available for deposition (closely connected to relative sea level in shallow marine environments); however, application of this concept to subaerial and deep-sea environments is problematic • An increase of accommodation is necessary to build and preserve a thick stratigraphic succession; this requires eustatic sea-level rise and/or basin subsidence (i.e., relative sea-level rise), as well as sufficient sediment supply • The subtle balance between relative sea-level change and sediment supply controls whether aggradation, regression (progradation), forced regression, or transgression (retrogradation) will occur Seismická stratigrafie Reflekční seismické profilování • Seismic reflection profiling forms the basis of seismic stratigraphy, which in turn has been the foundation for the development of sequence stratigraphy • The technique is based on contrasts in acoustic impedance between different materials; reflections of sound or shock waves occur at transitions between different types of sediment or rock v=sonic velocity; r=sediment or rock density Depoziční sekvence a sekvenční hranice • A depositional sequence is a stratigraphic unit bounded at its top and base by unconformities or their correlative conformities, and typically embodies a continuum of depositional environments, from updip (continental) to downdip (deep marine) • A relative sea-level fall will lead to a basinward shift of the shoreline and an associated basinward shift of depositional environments; commonly (but not always) this will be accompanied by subaerial exposure, erosion, and formation of a widespread unconformity known as a sequence boundary • Sequence boundaries are the key stratigraphic surfaces that separate successive sequences Parasekvence a systémové trakty • Parasequences are lower order stratal units separated by (marine) flooding surfaces; they are commonly autogenic and not necessarily the result of smaller-scale relative sea-level fluctuations • Systems tracts are the building blocks of sequences, and different types of systems tracts represent different limbs of a relative sea-level curve • Falling-stage (forced regressive) systems tract • Lowstand systems tract • Transgressive systems tract • Highstand systems tract • The various systems tracts are characterized by their position within a sequence, by shallowing or deepening upward facies successions, or by parasequence stacking patterns Sekvenční hranice a systémový trakt nízkého stavu hladiny (LST) n The unconformity or correlative conformity that bounds a sequence n Commonly (but not always) represents a significant change in stratal arrangements and therefore reservoir properites n In a very general sense, relative sea-level fall leads to reduced deposition and formation of sequence boundaries in updip areas, and increased deposition in downdip settings (e.g., submarine fans) Transgresivní systémový trakt (TST) n Bounded below by underlying sequence boundary and above by maximum flooding surface n Generally more mounded in geometry n Sets of high-frequency cycles show upward thickening and upward deepening trends Povrch maximální záplavy (MFS) n Maximum flooding surfaces (MFS) form during the culmination of sea-level rise n Surface that marks the turn-around from landward-stepping to seaward stepping strata n Farther out on platform coincides with the downlap surface (depending on the degree of condensation of clinoform toes) n Recognition of the MFS is important for separating TST and HST n Relative sea-level rise will lead to trapping of sediment in the updip areas (e.g., coastal plains) and reduced transfer of sediment to the deep sea (pelagic and hemipelagic deposition; condensed sections) Systémový trakt vysokého stavu hladiny n Bounded below by maximum flooding surface and above by overlying sequence boundary n Generally shingled or offlapping (clinoformal) stratal geometry n Sets of high-frequency cycles show upward thinning and upward shallowing trends Siliciklastické systémy • Relative sea-level fall: • fluvial incision into offshore (shelf) deposits • usually associated with soil formation (paleovalleys with interfluves) • Relative sea-level rise • filling of paleovalleys, commonly with estuarine or even shallow marine deposits • Submarine fans in the deep sea: • during late highstand and lowstand, when sediments are less easily trapped updip of the shelf break Karbonátové systémy Carbonate environments • Relative sea-level fall: • development of karstic surfaces (dissolution of limestones) or evaporites (e.g., sabkhas), depending on the climate • Highstands: • expand the area of the carbonate factory (drowning of shelves) and vertical construction of reefs • accumulation of other carbonates is enhanced • Extreme rates of relative sea-level rise: • drowning of carbonate platforms Problémy sekvenční stratigrafie • Sequence-stratigraphic concepts contain numerous pitfalls! • Variations in sediment supply can produce stratigraphic products that are very similar to those formed by sea-level change • Sea-level fall does not necessarily always lead to the formation of well-developed sequence boundaries (e.g., fluvial systems do not always respond to sea-level fall by means of incision); sequence boundaries may therefore be very indistinct and difficult to detect • Allogenic incision is easily confused with autogenic scour MAGNETOSTRATIGRAFIE Původ zemského magnetismu n Původ zemského magnetismu: vnější jádro Země. n Feromagnetické látky ztrácejí své magnetické schopnosti již při teplotě okolo 500 st. C (Curieův bod) a teplota v zemském jádře přesahuje 4000 st. C, nemůže být jádro permanentním magnetem. n Vysvětlení : Teorie hydromagnetického dynama (první polovina 20. století) n Seismologická měření: vnější jádro Země je kapalné, je tvořeno proudícími elektricky vodivými látkami n Faradayův zákon magnetické indukce: pohyb vodiče v elektrickém poli indukuje magnetické pole a naopak -- v našem případě proudění vodivých látek ve vnějším jádře indukuje magnetické pole Země. Magnetická inklinace a deklinace Magnetometrie, magnetometrické veličiny a jednotky Remanentní magnetizace n Remanentní magnetismus – zbytkový magnetismus n Nositelé magnetismu v horninách: minerály Fe: ¨ Oxidy, hydroxidy, sulfidy Fe: (titanomagnetit, ilmenohematit, maghemit – gFe2O3, hematit aFe2O3), goethit, spontánní magnetizace magnetitu cca 200x vyšší než u hematitu ¨ Fylosilikáty Fe, amfiboly a pyroxeny – indukovaný magnetismus v aktuálním magnetickém poli, nejsou nositeli remanentního magnetismu n Blocking temperature Magnetizace hornin T Termoremanentní magnetizace (TRM) T Currie Point – Below which the igneous rock’s magnetic record is fixed T Effective on lava flows and baked clays at archaeological sites T Detritická remanentní magnetizace (DRM) T Magnetic particles become aligned with the ambient magnetic field as they settle through the water column T Postdepoziční magnetizace T Based on the water content for some sediments, they may take on their magnetic characteristic after deposition T Chemická remanentní magnetizace (CRM) T Post-Depositional magnetization due to chemical changes in magnetic minerals T Viskózní remanentní magnetizace (VRM) Primární a sekundární magnetizace: testy Přirozená remanentní magnetizace n Primární magnetizace n Sekundární magnetizace n Běžně více fází magnetizace: posloupnost magnetizací Demagnetizace n Separace různých komponent remanentního magnetismu s různými blokovacími teplotami n Magnetometry Magnetická polarita Změny magnetického pole Změny orientace magnetického pole n Celá řada hornin je samovolně magnetizovatelná - feromagnetické minerály se orientují souhlasně se siločarami zemského magnetického pole a vytvářejí tak vlastní magnetická pole. n Měřením zbytkových magnetických polí změny magnetického pole Země. n Změny – intenzita, deklinace, přepólování n období normální magnetické polarity (severní magnetický pól u severního pólu rotace) n Období reverzní magnetické polarity (severní magnetický pól poblíž jižního pólu rotace). n Poslední přepólování : 790 000 let, kdy se změnila polarita z reverzní na normální (dnešní). n Základní jednotka: chron, kratší výkyv: subchron Magnetostratigrafie Magnetostratigrafické jednotky n Chron Magneto-stratigrafické jednotky plio-pleistocénu Vývoj magnetostratigrafické škály Magnetostratigrafická korelace Magnetostratigrafická korelace Magnetostratigrafická korelace K/T boundary Sea-floor spreading Sea-floor spreading Problémy paleomagnetismu T DRM is not instantaneous T Sediments are subject to bioturbation (especially effecting post-depositional DRM) T Overturned sediment may give false excursions T Post-Depositional magnetic changes due to chemical recrystallization Chemostratigrafie: izotopy kyslíku Frakcionace ^18O/^16O v koloběhu vody ^18O/^16O a globální objem ledu n As ice sheets grow, the water removed from the ocean has lower d^18O than the water that remains. n Thus the d^18O value of sea water in the global ocean is linearly correlated with ice volume (larger d^18O → larger ice sheets). n A time series of global ocean d^18O is equivalent to a time series of ice volume. Záznam izotopů kyslíku v mořských sedimentech za posledních 700 tisíc let Chemostratigrafie: stratigrafie izotopů stroncia (SIS) n Metoda číselného datování n Poměr izotopů ^87Sr/^86Sr n Chemicky – biochemicky srážené minerály (kalcit): začlenění Sr do krystalové mřížky n Mořské prostředí (v kontinentálním prostředí lokální vlivy) n Foraminifery, belemniti, brachiopodi, čistá psací křída n Poměr 87Sr/86Sr je v moderních oceánech a mořích homogenní n Další geologické informace z ^87Sr/^86Sr křivek Původ stroncia v mořské vodě Zdroje: n Hydrotermální cirkulace na středooceánských hřbetech (plášť) n Přísun z kontinentu řekami (kontinentální kůra) n Advekce stroncia z pórových vod během rekrystalizace karbonátů Časová variabilita: n Změny v množství přísunu z těchto tří zdrojů n Změny v izotopickém poměru z pórových vod a v řekách Analytické metody: spolehlivost materiálu ^87Sr/^86Sr křivky: n Relativní datování (stejné hodnoty v různých obdobích) n Číselné datování: kombinace s jinými stratigrafickými metodami (bio-, magneto-stratigrafie atd.) Metody prezentace dat: n ^87Sr/^86Sr ^n d^87Sr: ^87Sr/^86Sr(standard) – ^87Sr/^86/Sr(vzorek) x 10^5 ¨ Standard: Modern Seawater Strontium (MSS): 0,709175 Relativní datování Číselné datování Metody číselného datování absolute age (numerical) Radiometrické datování Radiometrické datování Radioaktivní rozpad a radiogenní izotopy n “Radiogenic” isotope ratios are functions of both time and parent/daughter ratios. They can help infer the chemical evolution of the Earth. n Radioactive decay schemes ^87Rb-^87Sr t: 4,88 Ma l: 1,42 x 10^-11 (let^-1) ^147Sm-^143Nd t: 108 Ga l: 6,54 x 10^-12 (let^-1) ^238U-^206Pb t: 4.468 Ma l: 1,551 x 10^-10 (let^-1) ^235U-^207Pb t: 704 Ma l: 9,848 x 10^-10 (let^-1) ^232Th-^208Pb t: 14 Ga l: 4,947 x 10^-11 (let^-1) n “Extinct” radionuclides ¨ “Extinct” radionuclides have half-lives too short to survive 4.55 Ga, but were present in the early solar system. Základní předpoklady geochronologie n Rozpad je v průběhu času konstantní. ¨ good reasons to believe this is correct from nuclear physics ¨ measurements of decay sequences in ancient supernovae yield the same values as modern lab measurements. n Systém zůstává uzavřený vzhledem k mateřským a dceřinným izotopům ¨ To závisí na izotopickém systému a typu měřené horniny (minerálu) ¨ Pro správnou interpretaci výsledků je nutná pečlivá příprava vzorku a důkladná charakteristika vstupního materiálu Příprava vzorku a analýza n Hmotnostní spektrometrie: měří koncentrace specifických nuklidů na základě jejich atomové hmotnosti. ¨ technique requires ionization of the atomic species of interest and acceleration through a strong magnetic field to cause separation between closely similar masses (e.g. ^87Sr and ^86Sr). …count individual particles using electronic detectors... ¨ TIMS: thermal ionization mass spectrometry ¨ SIMS: secondary ionization mass spectrometry - bombard target with heavy ions or use a laser n Příprava vzorku pro TIMS ¨ Rozpuštění vzorku v HF, HNO[3], příprava rozpustného chloridu , další separace na Rb a Sr ¨ Rozpuštění a evaporace chloridu Sr a Rb na kovovém (wolfram, rhenium) vlákně spektrometru ¨ Zahřívání a ionizace vlákna ve spektrometru Clean Lab - Chemical Preparation Thermal Ionization Mass Spectrometer (TIMS) Metoda ^87Rb/^87Sr n “whole rock“ analysis n Parciální krystalizace: nárůst koncentrace Rb a Sr ve zbytkové tavenině n Plagioklas uzavírá Sr v krystalové mřížce, avšak ne Rb n Různé poměry Rb/Sr v různých krystalových jedincích Rb-Sr izochrona n Rovnice: n ^87Sr/^86Sr[m] = ^87Rb/^86Sr[m] (e^l^t – 1) + ^87Sr/^86Sr[i ](R[0] = initial ratio) n y = ax + b, kde a = sklon přímky b = průsečík s osou y n t = 1/l x ln(sklon + 1) Stáří růstu jednotlivých minerálů n Metamorfóza vyvřelých hornin n Při zahřátí: difůze Sr a Rb, izotopická homogenizace n Po zchlazení: zastavení difůze a nastavení „hodin“ n Iontové poměry v hornině stálé – stáří „whole rock“ jsou platná n „blokovací teplota“ minerálů Whole rock vs. single grain ages Příklad: Uranium 238 Decay Scheme (several steps) to stable Lead 206 Lutetium – hafnium method Metoda radiouhlíku n Willard F. Libby (1906 – 1980), Nobelova cena za chemii 1960 n Organická hmota, poločas rozpadu 5700 let, použití: holocén, svrchní pleistocén n N14 -> C14, n fixace C14 do organické hmoty n C14 -> N14 Metoda štěpných stop (fission track) Dendrochronologie n Proces: růst letokruhů dřeva n Doba cyklu: 1 rok (sezónní přírůstek) n Použití: do – 5 000 let RTG densitometrie varvitů Uses of varve chronology (1) n Patterns of deglaciation ¨ Used extensively in both Scandinavia and North America as a means of dating the deglaciation of major ice sheets. ¨ Varve sequences in different lakes can be linked on the basis of relative thicknesses of particular annual layers (e.g. thicker layers in warmer years). ¨ Comparison of varve chronology with dates from other methods on the same sediments (e.g. ^14C) can improve confidence in dating framework. n Varves in other sediment systems ¨ Rhythmic sediments exist in other sediment systems. ¨ Sedimentation and biological activity can show seasonal patterns in many lakes and can result in annual sediment layers. ¨ E.g. diatom blooms during spring/summer can produce organic varves in some lake sediments. Deglaciace Skandinávie Uses of varve chronology (2) n Calibration of ^14C timescale ¨ Where varves have a significant organic component, comparisons can be made between the varve chronology and a ^14C chronology. ¨ E.g. Wolfarth et al., (1993); Boreas, 22, 113-128. Comparison of varve (calendar) years and ^14C years shows possible calibration errors in the ^14C method. n Duration of particular ‘events’ ¨ e.g. Younger Dryas (Loch Lomond Stadial) event in Europe estimated to have lasted c. 1140 +/- 20 years in Poland on the basis of varve chronology. ¨ Same event represented by between 900 and 1000 varves in Sweden. Rhizocarpon geographicum, Norsko Datování ^137Cs n ^137Cs: antropogenní izotop, vzniká jako produkt umělých radioaktivních rozpadů (jaderné elektrárny, jaderné výbuchy) n Černobyl 1986 n Pacific nuclear weapon tests 1960-61 relative and absolute dates combined Chronostratigrafie (globální standardní stratigrafie) n integruje data ze stratigrafických metod n standard pro globální stratigrafickou korelaci n dělení horninového záznamu na časově-horninové jednotky – chronostratigrafické jednotky n Historické hledisko Stratigraphic tool kit n Vytvoření sekvence ¨ Sled „událostí“ ¨ Časové nástroje n Interpretace záznamu Chronostratigrafie: historie n Definice prvních útvarů: 19. stol n Názvy: geografické (devon, perm), etnografické (silur, ordovik), časové (trias, terciér), litologické (křída, karbon), na základě litologie, později smíšení s biostratigrafií a časovým významem jednotek – zmatek n 1941: definice časově-horninových jednotek (Schenck and Muller 1941) n American Code of Stratigraphic Nomenclature (1970) n International Stratigraphic Guide (Hedberg 1976, 1967): Chronostratigraphic units are „bounded by isochronous surfaces“ n 1972: definice prvního mezinárodního hraničního stratotypu: kopec Klonk, Barandién, stanovení kritérií pro výběr hranic jednotek n Stanovení „golden spike“ (zlatý hřeb) – geometricky nekonečně malý bod na profilu, který určuje stanovenou hranici n Zásady České stratigrafické klasifikace (3. vydání), Chlupáč I, Štorch P (1997). Věst. Čes. Geol. Úst, 72(2), 193-204 Časové vztahy mezi chronostratigrafickými, litostratigrafickými a biostratigrafickými jednotkami Hierarchie chronostratigrafických jednotek n všechny vrstvy (horniny) na celém světě vznikly v daném časovém intervalu n Časově-horninové jednotky (chronostratigrafické jednotky) n Časové vyjádření (geochronologické jednotky) Hierarchie chronostratigrafických jednotek n STUPEŇ (STAGE) n 2 – 10 mil. let, časové vyjádření: věk (age) n Teoreticky aplikovatelný celosvětově (ICS), někdy pouze regionální platnost n Interregionální korelace n Definován stratotypy spodní a svrchní hranice n Mořské sedimenty, nepřerušený sled, faciálně monotónní, význačné horizonty (biozóny) –možnost široké korelace n Název: geografický, historické aspekty Hierarchie chronostratigrafických jednotek n ODDĚLENÍ (SERIES) n 13 – 35 mil. let, časové vyjádření: epocha (epoch) n Součástí útvaru (2 – 6 oddělení v útvaru) n aplikovatelné celosvětově (ICS), n spodní hranice definována spodní hranicí nejnižšího stupně n Horní hranice definována horní hranicí nejvyššího stupně n Název: spodní (Lower), střední (Middle), svrchní (Upper), geografický, historické aspekty Hierarchie chronostratigrafických jednotek n ÚTVAR (SYSTEM) n 30 – 80 mil. let (s výjimkou kvartéru), časové vyjádření: perioda (period) n Chronostratigrafické jednotky s celosvětovou platností n Součástí útvaru (2 – 6 oddělení v útvaru) n aplikovatelné celosvětově (ICS), n spodní hranice definována spodní hranicí nejnižšího stupně n Horní hranice definována horní hranicí nejvyššího stupně n Název: význam geografický, etnografický, litologický, časový, historické názvy Hierarchie chronostratigrafických jednotek n ERATEM (ERATHEM) n časové vyjádření: éra n spodní hranice definována spodní hranicí nejnižšího stupně n horní hranice definována horní hranicí nejvyššího stupně n Název: historické názvy, hlavní změny ve vývoji života n EONOTEM (EONOTHEM) n časové vyjádření: eon n Název: historické názvy, hlavní změny ve vývoji života Hierarchie chronostratigrafických jednotek n CHRONOZÓNA (CHRONOZONE) n Soubor hornin vzniklý kdekoli na světě v daném časovém intervalu, který odpovídá jiné formální stratigrafické jednotce (biozóně, zóně magnetické polarity, apod) n Časové vyjádření: chron n Není jednoznačně přijímáno, rozpory Adjektiva: Čeština n Spodní, střední, svrchní Angličtina: n Časově - horninové jednotky: Lower, Middle, Upper ¨ Lower Carboniferous limestones, Upper Famennian conodonts n Časové (nehmotné) určení: Early, Middle, Late ¨ Late Triassic climatic changes, Late Proterozoic orogenic phase, foraminifers of Late Cretaceous age