Hlavní stránka

Textová část

Literatura

6. Prekambrium (přibližně 4570 až 542,0 +-1,0 milionů let)

Nejstarší geologické období v historii Země. Prekambrium přetrvávalo cca 4 miliardy let. Toto dlouhé období představuje až 90% geologického času Země. Prekambrium (mezinárodní stratigrafické tabulky neuvádějí žádné označení obecné jednotky) dělíme na eonotémy archaikum a proterozoikum. Mnozí autoři začleňují také hadaikum jako nejstarší období Země bez přítomnosti života.

Obr. 6.1.1 Členění Prekambria. Převzato z Cohen, Finney, Gibbard, Fan, 2013. The ICS International Chronostratigraphic Chart. Episodes. 36(3): 199-204.) a materiálů České stratigrafické komise, 2011.

6.1 Archaikum (4 000 – 2 500 miliónů let před současností)

Před zhruba 4,5 miliardami let po dokončení základní stavby planety Země se na chladnoucím povrchu pozvolna začala vyvíjet nejdříve křehká, postupem času pevnější zemská kůra. Stabilitu kůry narušovala silná zemětřesení a vulkanická činnost. Nejstarší dnes známé horniny zemské kůry ukazují na stáří zhruba 4,0 Ga, nepřímé indicie (nejstarší zirkony) však naznačují existenci ještě starších hornin. Původní zemská kůra měla zcela odchylné složení oproti kůře dnešní. Převládaly v ní vyvřeliny, byla ultramafická až mafická, s dominancí silikátů železa a hořčíku, a měla nejblíže dnešnímu typu oceánské kůry. Vznikla utuhnutím plášťového ultramafického magmatu. V těchto stadiích se tedy setkáváme již s některými mechanismy deskové tektoniky. Předpokládá se přítomnost buněk o malých rozměrech s velkou rychlostí konvekce. První kontinentální kůra patrně vytvářela malé segmenty (zhruba 500 km v průměru) ležící na kůře oceánského typu. Významnou roli při utváření nejstarších geologických struktur hrála tzv. pásma zelenokamenů, což jsou oblasti utuhlých ultrabazických a bazických hornin (především komatiitů a bazaltů), jejichž zelené zbarvení je způsobeno častou přítomností chloritu a amfibolu.

Současně s postupující tvorbou kontinentální kůry a s narůstáním její mocnosti vzrůstal i rozsah kontinentů. Vedly k tomu v uvedených podmínkách např. kolize dvou felsických bloků, kolize mikrokontinentů a ostrovních oblouků podél subdukčních zón, kolize s konvergentní tektonickou deskou, při které docházelo k připojením mocných sedimentů ukládaných v depresích oceánů. Proces rozsáhlého vytváření kontinentů, tzv. kratonizaci, pozorujeme na konci archaika. Vznik prvého jednotného superkontinentu je datován 2,7 Ga. Dokumentace popsaných procesů je dnes zachována jen útržkovitě na kratonech, kde rozdělujeme horniny archaika do dvou asociací - granulitové a pásem zelenokamenů.

Archaické horniny granulitové asociace a pásem zelenokamenů se nachází v obnažených, dómovitě vyklenutých jádrech dnešních kontinentů - tzv. štítech - ke kterým patří kanadský štít, baltický štít, ukrajinský štít, východosibiřská platforma, čínský štít, indický štít, australský štít, africký štít, jihoamerický štít a antarktický štít.

.Obr. 6.1.2 Prvopočátky Země. Před zhruba 4,5 miliardami let po ochlazení zemského povrchu vzniká pevná kůra (autor obrázku Z. Burian).	Obr. 6.1.3 Země před 4 miliardami let. Objevují se první vodní plochy, které za přítomnosti aktivní sopečné činnosti nemají dlouhého trvání (autor obrázku Z. Burian).

6.1.4 Schématická mapa s vyznačením starých kratonů a obklopujících mladých kratonů a pásemných pohoří. 1 – kratony, 2 – bajkalidy (kadomidy), 3 – kaledonidy, 4 – variscidy, 5 – kimeridy, 6 – alpidy, E – východoevropský kraton, S - sibiřský kraton, C – čínská tabule, A – severoamerický kraton, B – brazilský štít, AF – africký štít, I – indický štít, AU – australský štít (Kumpera a Vašíček, 1983).

Nejstarší zbytky kontinentální kůry reprezentované tonalitickými až granitickými rulami byly objevené u Yellowknife na severozápadě Kanady (Northwest Territories) a jsou datovány na 3,96 Ga. V oblasti Isua v Grónsku byly zjištěny rovněž velmi staré tonalitické ruly (3,8 Ga), velmi staré zbytky felsické kůry byly nalezeny rovněž v Enderby Land v Antarktidě (3,9 Ga) a v oblasti Limpopo v jižní Africe (3,8 Ga). Hojnou akcesorii ve felsických vyvřelých horninách tvoří zirkon. Nejstarší zirkon ze západní Austrálie byl datován na 4,0-4,3 Ga.

Společně s výlevy lávy se ze zemského nitra na povrch dostávaly plyny, které začínají vytvářet atmosféru Země. Nejprve však byly tvořeny metanem, čpavkem, vodíkem, sirovodíkem a vodní párou, poté také dusíkem a oxidem uhličitým. V té době zemský povrch dosahoval vysokých teplot, tudíž nemohlo dojít ke kondenzaci vody, ta se objevila až později. Následné zkapalnění vodních par se stalo začátkem tzv. oceánského období vývoje Země. Nahromadění takového množství vody, které by zaplnilo oceány, muselo trvat miliony až dokonce miliardy let. Ochlazením vodních par vznikla hydrosféra, která se jak mnohem vyšší teplotou (izotopy kyslíku indikují teploty kolem 70°C v období zhruba 3500 Ma), tak svým chemickým složením lišila od hydrosféry dnešní. Především byla velmi kyselá. Svědectvím o velmi časné přítomnosti vodního obalu na naší planetě nám podávají nejstarší dosud zjištěné usazeniny v oblasti Isua v Grónsku, jejichž stáří odpovídá 3,8 Ga.

Voda vyskytující se na zemském povrchu začala modelovat ráz krajiny. V oceánech se začaly ukládat první sedimenty a mořská voda byla obohacená o první rozpuštěné soli. Země však stále byla neklidná, v hlubinách se přemisťovaly obrovské masy roztavených hornin, vysoké tlaky posouvaly celé pevninské kry, což vedlo stále k opakujícím zemětřesením a sopečným erupcím. Ovšem všechny tyto pochody probíhají i dnes v hlubinách naší Země.

Prekambrium bylo velice dlouhé období vývoje Země. Délkou trvání překonalo vše, co bylo po něm. Prvně byla teplota vody v oceánech příliš vysoká, teprve až teplota poklesla, začalo docházet k chemickým reakcím, ty se později staly základem budoucí organické hmoty. Vznik života podle paleontologů byl datován do doby před 3 – 3,5 miliardami let. Důkazem jejich tvrzení jsou drobné hlízovité útvary a tělíska vláknitého tvaru mikroskopické velikosti. První organismy byly velice odolné vůči radioaktivnímu záření, vysoké teplotě mořské vody a vysoké koncentraci rozpuštěných solí.

Otázka vzniku života na naší planetě je jedním ze základních problémů současné vědy, a i když existuje mnoho často diametrálně odlišných hypotéz, tento problém zatím zůstává nevyřešen. Velmi zjednodušeně řečeno, moderní chemické modely vzniku života pracují se schopností povrchu některých minerálů, např. pyritu (FeS₂), podporovat autokatalytické reakce, které mohou vést k růstu organických látek dostatečně dlouhou dobu na to, aby vznikly první buněčné struktury s buněčnou membránou schopné přenosu informací a látkové výměny. První buněčné struktury v archaiku vznikaly pravděpodobně v hlubokomořském prostředí středooceánských hřbetů, díky vysokým teplotám, redukčnímu prostředí a dostatečnému přísunu minerálních látek. Nejstaršími doklady existence živé hmoty jsou tzv. chemofosílie, látky, které obsahují izotopicky lehký uhlík organického původu. Chemofosílie staré 3,8 Ga byly nalezeny ve skupině Isua v Grónsku.

První fosilie v pravém slova smyslu pocházejí z 3,4 Ga starých hornin skupiny Onverwacht v jižní Africe. Jedná se o kulovité anaerobní bezjaderné mikroorganizmy Archaeosphaeroides barbertonensis, extrémně odolné vůči prostředí (rozsah teplot -80°C až 100°C, salinity 3,5 až 31,5%o. Další organizmy podobného typu byly nalezeny též v nadložní skupině FigTree v jižní Africe a ve skupině Warawoona v západní Austrálii. O něco později se již v hojné míře objevují stromatolity - laminované kupovité útvary vznikající zachycováním anorganického materiálu na povlacích tvořených cyanobakteriemi v mělkomořském až pobřežním prostředí.

6.1.5 Stromatolit, Strelley Pool Formation, Pilbara, Western Austrálie

6.1.6 Cyanobacteria, archaikum Austrálie.

6.1.7 Stromatolity pod vodou Hamelin Pond, Shark Bay (http://www.edicolaweb.net).

Před 2,5 miliardami let se kromě bakterií začínají vyskytovat první sinice a primitivní řasy, které tvořily povlaky na balvanech a staly se prvními producenty kyslíku na Zemi. Postupným nahromaděním kyslíku v atmosféře se vytvořila clona, která se stala ochranou organismů před nežádoucími ultrafialovými paprsky. Kyslík zároveň znamenal kvalitní zdroj energie. Nic už nebránilo vývoji mnohobuněčných organismů (Záruba a Burian, 1995).

Podmínky života v archaiku byly velmi rozdílné od současných. Především prakticky chyběl v hydrosféře i atmosféře volný kyslík. Svědčí o tom mohutné zlatonosné a uranonosné sedimenty, které se začínají ukládat na hranici 3, 7 Ga a jejichž sedimentace vyznívá až ve spodním proterozoiku.

Mikroorganizmy již ve svrchním archaiku při fotosyntéze uvolňovaly kyslík, jeho obsah se však ve vodě i atmosféře nezvyšoval. Způsobil to chemismus tehdejších oceánů a moří, která obsahovala velká množství rozpuštěného dvojmocného železa. Železo okamžitě vázalo veškerý volný kyslík na na tvorbu tzv. „páskovaných železných rud“, která nastupuje během archaika a jejímž výsledkem jsou obrovská ložiska tohoto kovu. Obsah kyslíku se začal ve vodách výrazněji zvyšovat až poté, když většina železa již z roztoků vypadla. K tomu došlo až počátkem proterozoika, zhruba 1,8 Ga, kdy výskyt páskovaných Fe rud končí.

6.1.8 Páskovaná sedimentární ruda, Západní Austrálie (https://aeon.co/essays/the-shape-of-life-before-the-dinosaurs-on-a-strange-planet).

6.2 Proterozoikum (2 500 – 542 miliónů let před současností)

Období proterozoika (eonotém) se rozděluje do eratémů: spodního paleoproterozoika (před 2,5 – 1,6 miliardy let), středního mesoproterozoika (před 1,6 – 1,0 miliardy let) a svrchního neoproterozoika (před 1 000 – 542 milióny let). Stejně jako archaikum trvalo proterozoikum téměř dvě miliardy let.

Do období spodní části proterozoika přetrvával intenzivní vývoj zemské kůry, který vyvrcholil zhruba před 1,7 miliardami lety vznikem velkých kontinentů. Okraje tehdejších kontinentů byly pokryty širokými šelfy a epikontinentálními moři, ve kterých se odehrávala mělkovodní klastická i karbonátová sedimentace. Proces deskové tektoniky byl v plném proudu včetně Wilsonova cyklu, který je prokazován několika důležitými orogenezemi; transhudsonská orogeneze (Severní Amerika), grenvillská orogeneze (Severní Amerika), kadomská orogeneze (Jižní Amerika, Afrika, Evropa). Tyto významné orogeneze mají za následek vytvoření společného celistvého superkontinentu Rodinia (Protopangea) někdy na hranici středního a svrchního proterozoika. Během spodního proterozoika proběhlo první známé zalednění, které bylo zjištěno z glacigenních sedimentů (před 2,1 miliardami let, skupina Gunflint, Severní Amerika), zalednění se opakovalo opět na konci proterozoika.

Obr. 6.2.1 Kontinenty před 600 miliony let (podle Faupla, 2000).

Atmosféra se ve spodním proterozoiku začíná měnit za pomocí biogeochemických procesů. Chemické vlastnosti proterozoických hornin poukazují na výraznou změnu ve složení atmosféry – došlo k dramatickému zvýšení obsahu kyslíku, jak v moři, tak i v atmosféře, čemuž odpovídají rozšířené formace páskovaných železných rud a vytvoření červených vrstev („red beds“) na kontinentech.

V proterozoiku zaznamenal život výrazný progres. Již během spodního proterozoika se začalo dařit prokaryotním (bezjaderným) organismům, jako jsou bakterie a sinice. Za zmínku stojí rozvoj stromatolitů (bochníkové útvary tvořené laminami organické hmoty sinic se střídajícími se laminami sedimentárního detritu). Nejstarší nálezy stromatolitů pocházejí již z archaika, avšak ve svrchním proterozoiku dosáhli maximálního rozvoje. Následuje rozvoj eukaryotních (jaderných) organismů, kam patří především řasy. Řasa Gryphania nalezená v r. 1992 v horninách souvrství Iron u Empire Mine v Michiganu (USA) je považována za dosud nejstarší zjištěný jaderný organizmus. Řasy tvořily během proterozoika velmi významnou skupinu eukaryot. Podílely se totiž výrazně na produkci kyslíku. Akritarcha, trnité, nepravidelně kulovité, mikroskopické objekty, hojné v proterozoických břidlicích, představovala zřejmě jejich rozplozovací cysty nebo cysty, které umožňovaly přežívání v nepříznivých podmínkách.

V závěru proterozoika před 670 milióny let se již objevují složité mnohobuněčné organismy. První nálezy mnohobuněčných organismů pocházejí z Austrálie z pohoří Ediacara, tzv. ediakarská fauna. Zástupci této fauny nemají pevné schránky, tělo je paprsčitě souměrné a často dosahovalo velikosti od pár mm až 1 m. Na konci proterozoika se ediakarské fauně přestává dařit a vymírá. Začínají se objevovat nové formy organismů s mineralizovanými schránkami.

Obr. 6.2.2 Některé proterozoické fosilie A-pérovka Rangea longa GLAESSNER a WADE ze společenstva ediacarské fauny, B-medúza Dickinsonia minima SPRIGG (lokalita Ediacara, j. Austrálie), C-Spriggina Flandersi GLAESSNER (lokalita Ediacara), D-Praecambridium sigillum, E-Mawsonites Spriggi GLAESSNER a WADE, medúzovitá forma (lokalita Ediacara), F-Brooksella canyonensis – problematická fosilie ze středního proterozoika skupiny Velkého kaňonu v S. Americe, považovaná za otisk medúzy, G a H- příčný a podélný řez stromatolitem.

Obr. 6.2.3 Stromatolity