Relativním
stářím rozumíme vzájemnou pozici
geologických těles v čase; zjišťujeme, zda
geologické těleso je starší nebo mladší
než jiná tělesa. Pro stanovení relativního
stáří vrstev a dalších geologických
těles byly propracovány dvě základní metody: metoda litostratigrafická a metoda biostratigrafická. Kromě těchto dvou metod se v posledních letech
začínají uplatňovat metoda chemostratigrafická
a eventostratigrafická.
Litostratigrafická
metoda
Litostratigrafií rozumíme tu část stratigrafie, která studuje relativní
stáři geologických těles na základě
litologických znaků hornin a na základě
vzájemné pozice těles v zemské kůře.
Jejím základem je stratigrafický
zákon, pro nějž se vžil název zákon superpozice (posloupnosti
vrstev): v normálním
vrstevním sledu jsou vrstvy uložené nahoře
mladší než vrstvy uložené pod nimi (obr. 1).
Obr. 1. Schéma uplatnění zákona
superpozice v řezu (Kumpera,
Vašíček, 1988)
1 až 8 - vrstvy a výlevná tělesa s
přívodnímí kanály 6 od nejstarších
k nejmladším.
Zákon
formuloval dánský lékař a
přírodovědec N. Stensen
(1638-1686), který je považován za zakladatele stratigrafie. Zákon platí pouze pro
normální vrstevní sledy. V překocených
vrásových ramenech, případně v
některých dalších tektonických
strukturách je sled vrstev obrácený (obr. 2). Jednou z
nejobtížnějších úloh je
zjištění překoceného vrstevního sledu a
jeho odlišení od normálního sledu. Úloha
bývá o to složitější, že v
terénu jsou v důsledku zakrytí zvětralinami
obnaženy jen části tektonických struktur, jejich ohyby
nelze většinou přímo pozorovat a jsme
odkázáni na jejich rekonstrukci.
|
Obr.2a.
Schéma normálního a překoceného
vrstevního sledu v řezu izoklinální
vrásou, 1 až 9 – vrstvy od nejmladších
k nejstarším (Kumpera,
Vašíček, 1988) |
Obr. 2b. Normální a
překocený vrstevní sled, Stará Ves, spodní
karbon (foto P.
Skupien). |
Stanovení
směru posloupnosti v sedimentárních horninách
Pro určení stratigrafické posloupnosti v sedimentech
můžeme použít tři druhy kritérií - litologická, tektonická a
paleontologická.
Litologická kritéria se opírají
především o existenci primární
vertikální anizotropie ve
vrstvách, vytvořené v důsledku rozdílných
fyzikálních podmínek při vzniku spodní a
svrchní části vrstvy. K
nejdůležitějším patří zvrstvení.
Gradační
zvrstvení
je uspořádání zrn ve vrstvě se staticky
postřehnutelným úbytkem jejich velikostí od
báze vrstvy ke svrchní vrstevní ploše (obr. 3). Šikmé
nebo křížové
zvrstvení ukazuje na směr posloupnosti tím,
že jeho laminy se ke spodní vrstevní ploše asymptoticky
sbíhají, zatímco nahoře bývají
následujícím proudem seříznuty (obr. 4). Konvolutní zvrstvení má ohyby
lamin uspořádány tak, že jeho antikliny
bývají podstatně užší než synkliny.
Úlomky (intraklasty)
spodní vrstvy se mohou nacházet pouze ve vrstvě
nadložní (obr. 5). Z litologických jevů
umožňují řešeni posloupnosti také
různé druhy nerovností spodních
vrstevních ploch (hieroglyfy, obr.6).
|
Obr. 3a. Schéma
gradačního zvrstvení (Kumpera,
Vašíček., 1988) a rytmů
v sedimentaci. R – rytmus, 1 – psefity
až psamity, 2 - prachovce, 4 –
jílovce. |
Obr. 3b. Gradační
zvrstvení, Kosov u Berouna, silur (foto P. Bokr). |
|
Obr.4. Šikmé
zvrstvení, Sandberg na Slovensku,
neogén (foto P. Skupien). |
Obr.5. Intraklasty pelitické
horniny na bázi vrstvy pískovce, Hukvaldy, svrchní
křída (foto P. Skupien). |
Obr. 6. Pohled na spodní vrstevní plochy pískovců se zřetelnými nerovnostmi, Sinop, Turecko, svrchní křída (foto P. Skupien).
Nerovnosti mechanického původu (mechanoglyfy) byly vytvořeny výmolnou
činností na jílovitém dně bud'
částicemi vlečenými proudem při dně (vlečné nerovnosti),
nebo erozní činností celého proudu (proudové nerovnosti). Vzniklé deprese v
jílovitém dně byly vyplněny
písčitými sedimenty, usazenými většinou
proudem, který deprese vyhloubil. Po diagenezi pak vznikly
výplně nerovností, které se zachovávají
na spodní vrstevní ploše psamitických poloh jako
drobné elevace různých tvarů (obr. 7). Tohoto znaku
využíváme při určení stratigrafické
posloupnosti. K mechanoglyfům patří
též čeřiny
(obr. 8). Zejména tvar oscilačních čeřin, které jsou nahoře
zašpičatělé, slouží jako ukazatel
posloupnosti; naopak proudové
čeřiny lze jako
indikátory posloupnosti použít jen
výjimečně. Vzápětí po uložení
se na spodní vrstevní ploše psamitů
a psefitů na styku s podložními pelity tvoří vtisky (obr. 9).
Vznikají v důsledku nerovnoměrného
zatlačení rychle usazených hruběji klastických
poloh do podložních nezpevněných pelitů.
Vytvářejí proto nepravidelné vybouliny
na spodní vrstevní ploše některých
psamitických nebo psefitických poloh. Pro určení
normální a překocené polohy vrstev lze
použít též nerovnosti
vrstevních ploch biologického
původu - tzv. ichnofosilie (stopy po lezení, požerky
apod., obr. 10).
|
Obr.7a. Nerovnosti
vrstevních ploch se nejčastěji zachovávají v
podobě výplní vystupujících jako elevace ze
spodních vrstevních ploch psamitických poloh; lze podle
nich rozlišit smysl stratigrafické posloupnosti
(podle Kumpery et al., 1988). 1 - výplň vlečné rýhy, 2
- výplně erozních stop
přecházející do výplně
erozních brázd (3), 4 - výplně
zabořených stop, 5 - výplně skokových
stop, 6 -směr do nadloží, 7 - směr do
podloží. |
Obr. 7b. Výplně
erozních stop na spodní vrstevní ploše
pískovce, Ostravice, spodní křída (foto P.
Skupien). |
|
Obr. 8. Čeřiny, Vinice, ordovik (foto P. Bokr). |
Obr. 9. Vtisky na
spodní vrstevní ploše. |
Obr.
Tektonická kritéria pro
určení stratigrafické posloupnosti
lze použít především v sedimentech, které podlehly intezívnějšímu
vrásnění. Vlečné vrásky vznikají v
plastičtějších, nejčastěji pelitických
horninách, uzavřených mezi horninami rigidními
(převážně psamitickými), dvojicí sil vytvořenou
při ohybovém skluzu. Vergence těchto
vrásek směřuje vždy do vrcholu antiklinály.
Umožňuje tak rekonstrukci vrásy a určení
normálního nebo překoceného vrstevního sledu.
Paleontologické
kritérium pro odlišení normálního a
překoceného vrstevního sledu se opírá o
druhý základní stratigrafický
zákon - zákon stejných zkamenělin (viz. kapitola biostratigrafická metoda).
Jedním ze znaků normálního vrstevního
sledu mohou být nálezy zkamenělin rostlin
v růstové pozici (obr. 11).
Obr. 11. Fosilizovaný
kmen plavuně v růstové pozici, svrchní karbon,
Žacléř (foto P. Skupien).
Stanovení
směru posloupnosti u magmatických hornin
Rovněž v tělesech
výlevných hornin, jako jsou lávové proudy nebo
příkrovy, umožňují některé jevy
rozlišení normálního a překoceného sledu.
V pyroklastikách, která efuzíva často provázejí, se
setkáváme s jevy gradačního zvrstvení tufů. Vzniká rozdružením
částic vyvržených sopkou za letu vzduchem a
uspořádáním pyroklastik od
hrubozrnných sopečných aglomerátů přes
písčité tufy, popelové tufy až po vápence
usazené v době sopečného klidu. Povrch
lávových proudů a příkrovů
bývá vyznačen jevy, které mají původ ve
styku lávy s atmosférou. Na povrchu se tvoří
zvláštní formy lávy - láva pahoe-hoe,
aa-láva (bloková), pillow
láva (polštářová).
Svrchní část proudu bývá rozpukaná a
zející pukliny bývají vyplněné
lávou nadložního tělesa nebo mladšími
sedimenty.
Relativní
stáří intruzívních geologických
těles a tektonických poruch stanovujeme podle pravidla intersekce: intruzívní
těleso je mladší než horniny, které
proráží, anebo
pravidla kontaktní metamorfózy – kontaktně
metamorfované horniny jsou starší než intruze (obr. 13). Podobně zlomy jsou
mladší než horniny, které porušují.
|
Obr. 12. Pillow láva bazických
hornin tešínitové asociace,
spodní křída, Baška (foto P.
Skupien). |
Obr. 13.
Čedičová žíla třetihorního
stáří prorážející
druhohorní pískovce, Střeleč
(foto R. Grygar). |
Z hlediska
litostratigrafického je
důležité rovněž sledovat diskordantní
neboli nesouhlasné uložení souborů vrstev (diskordance). Jedná se o období
přestávky v sedimentaci, které je
označováno jako stratigrafický
hiát. Po dobu stratigrafického
hiátu jsou podložní vrstevní soubory vystaveny erozi
a denudaci. Plocha diskordance proto
bývá nejčastěji nerovná (obr. 14).
Rozlišujeme diskordanci skrytou a zjevnou.
Jako
skrytou diskordanci
označujeme
případ diskordantního
uložení, u něhož jsou vrstvy v podloží a v
nadloží plochy diskordance uloženy
paralelně (obr. 15, obr. 16). Během stratigrafického
hiátu nedošlo k vrásnění podložního
souboru vrstev, došlo pouze k výzdvihům a před
sedimentací nadložního souboru vrstev k novému
poklesu.
Obr. 114.
Plocha diskordance ve vápencích,
spodní křída, Ladce, Slovensko
(foto P. Skupien).
Obr. 15.
Vznik skryté diskordance.
Obr. 16.
Skrytá diskordance mezi sedimenty
spodní a
nejvyšší křídy, Amasra,
Turecko (foto P. Skupien).
Zjevná (úhlová, angulární) diskordance
představuje uložení, u kterého během stratigrafického hiátu byl
podložní vrstevní sled zvrásněn a jeho povrch denudován. Po novém poklesu a transgresi se
usadil nadložní soubor vrstev na zvrásněném
a denudovaném podkladu (obr. 17, 18).
Význačným znakem úhlové diskordance
je skutečnost, že nadložní sedimenty se
stýkají s podložními vrstvami
různého stáří.
|
Obr. 17.
Vznik zjevné diskordance. |
Obr. 18. Zjevná diskordance v sedimentech svrchní
křídy, Ugurlu, Turecko (foto P.
Skupien). |
Biostratigrafická metoda
Biostratigrafická metoda využívá paleontologického obsahu hornin a
všech znaků spojených s vývojem života na Zemi.
Nezvratnost a neopakovatelnost biologické evoluce poskytuje
vynikající nástroj pro stratifikaci profilů i pro
širší korelace. Každá vývojová
etapa, znak, dosažený stupeň morfologické
rozrůzněnosti organizmů, představuje vymezené
období v historii Země, které je historicky
jedinečné a které danou horninu z hlediska
časové posloupnosti odliší a datuje.
K zakladatelům biostratigrafie
patří anglický inženýr W. Smith
(1769-1839), jenž rozpoznal,
že ve vrstvách stejného stáří se
nacházejí soubory obdobných zkamenělin, a že
posloupnost zkamenělin ve vrstevních sledech od sebe
vzdálených si je velmi podobná.
Jedním
z principů biostratigrafie je princip nezvratnosti vývoje, formulovaný
L. Dollem. Z hlediska stratigrafie
je důležité, že soubor zkamenělin v
určité vrstvě odráží
příslušnou etapu vývoje organického světa a
je neopakovatelný. Tento evoluční princip je hlavní
příčinou skutečnosti, že vrstvy různého
stáří mají různý paleontologický
obsah, zatímco vrstvy usazené ve stejné
době mají obdobné složení fosilní fauny a
flóry.
Biostratigrafie je založena na druhém
základním stratigrafickém
zákoně, jenž je znám jako zákon stejných
zkamenělin: ve vrstvách stejného stáří,
usazených v podobném prostředí, jsou obdobná společenstva
zkamenělin.
Ve stratigrafické hodnotě různých
zkamenělin existují velké rozdíly. Stratigraficky nejvýznamnější
označujeme jako vůdčí zkameněliny. Jsou to dobře
rozlišitelné a
poměrné snadno
určitelné fosilní zbytky těch organismů,
které měly velké rozšíření
horizontální, geografické, pokud možno
nezávislé na faciích, a velmi omezené
rozšíření časové, vertikální.
Přehled hlavních skupin vůdčích zkamenělin
uvádí tabulka1. Opakem vůdčích zkamenělin
jsou fosilní zbytky organismů, které se vyvíjely
velmi zvolna a, které proto nelze úspěšně používat
pro stratigrafické účely. Tyto zkameněliny
označujeme jako perzistentní. Fosilie některých skupin organismů jsou
vázány vždy jen na určité prostředí.
Takové zkameněliny, které jsou cennými vodítky
pro faciální výzkum, označujeme jako zkameněliny
faciální.
Tab. 1
Přehled skupin hlavních vůdčích
zkamenělin
|
|
|
makrofosilie |
mikrofosilie |
|
pylová
zrna spory |
|
V biostratigrafii existuje několik
paleontologických metod podle způsobu paleontologické
analýzy:
Metoda vůdčích zkamenělin
Podstata
metody spočívá v tom, že z množství
zkamenělin v určité části vrstevního sledu
se vybírá jeden nebo více druhů, které se
považují za vůdčí pro určitou
část vrstevního sledu. Při stratigrafické
korelaci se pak srovnávají polohy, které mají
stejné nebo blízké složení
vůdčích zkamenělin.
Metoda komplexní druhové
analýzy
Při použití
metody se analyzuje všechen paleontologický materiál,
který je k dispozici. Výsledek je pak
přesnější než při použití metody
vůdčích zkamenělin, neboť stáří
se určuje na základě více skupin organismů a
současně lze výsledky ze studia jedné skupiny
kontrolovat s údaji z jiných skupin.
Fylogenetická metoda
Použití
této metody ve stratigrafii je založeno
na zjištění přirozených fylogenetických
vztahů mezi organismy. Fylogenetická metoda se
používá vždy u určité skupiny
organismů, a to zejména u těch, které
prodělávaly poměrně rychlý vývoj a
jejichž zkameněliny jsou ve vrstevním sledu hojně
zastoupeny. Za těchto podmínek je možné metodami
srovnávací anatomie nebo srovnávací embryologie
studovat stupeň podobnosti jednotlivých částí
zkamenělin a určovat postupné odlišnosti.
Vychází se ze základního biologického
zákona (ontogeneze představuje zkrácenou fylogenezi),
který je podkladem srovnávací embryologie.
Srovnávací embryologickou analýzu lze použít u
těch skupin fosilních organismů, u nichž se zachovávají počáteční
růstová stadia (foraminifery, mlži, amoniti, ramenonožci atd.). K nedostatkům
této metody patří její složitost, která
ji zpravidla vylučuje z metod běžné stratigrafické
praxe. Nutno také uvést, že vlivem nedokonalého
zachování fosilií se ve vrstevních sledech
většinou setkáváme s neúplnou vývojovou
škálou. V některých částech
vrstevních sledů zkameněliny často zcela
chybějí.
Mikropaleontologická metoda
Z metodologického
hlediska je shodná s jinými paleontologickými metodami.
Její odlišnosti spočívají v
mikroskopických rozměrech organismů, které lze studovat
jen na mikroskopických preparátech, a v nutnosti
použít zvláštní způsoby preparace hornin a
separace zkamenělin. Značnou výhodou je to, že z fosiliferních souvrství se
získává velké množství mikroorganismů
(zvláště mořský plankton), takže lze
použít metody studia celých společenstev (tab. 2, obr.
19). Mikropaleontologická metoda hraje
v současné biostratigrafii
významnou roli vzhledem k poznatku, že mnohý
mořský plankton ideálně splňuje požadavky kladené
na vůdčí zkameněliny. Zvláště
výhodné je použití této metody při studiu
vrtních jader, jejichž rozměry bývají často
tak malé, že se v nich makrofosilie bud'
vůbec nezjistí, nebo jsou vrtem zastiženy jen
zčásti. Velmi výhodná je proto mikropaleontologická
metoda při vrtním průzkumu zejména ropných a
plynových ložisek.
Tab.2. Stratigrafické rozšíření
hlavních skupin mikrofosílií
s organickou stěnou (upraveno podle Traverse, 1988).
Obr. 19. Fosilní společenstvo mikrofosílií s organickou stěnou (dinoflageláta, spory) získané z jediného vzorku může být pro určení stáří analyzováno jako celek (foto P. Skupien).
Chemostratigrafická
metoda
Geochemický obraz Země
vykazuje změny, které jsou časově nevratné.
Odkryjeme-li sukcesi těchto změn, získáme
další nástroj
pro stratifikaci a korelaci hornin. Geochemie pelagických
karbonátů ukázala, že vliv pozdějších
diagenetických procesů výrazně nezastírá
geochemické poměry panující během sedimentace.
Platí to zejména u mesozoických a kenozoických
sedimentů. Tak např. proměnlivost poměru Sr/Ca nebo Mg/Ca lze s dobrými výsledky
sledovat nejméně 140 milionů let do minulosti. Podobně
kolísají během geologické historie i poměry stabilních izotopů
některých prvků, např. 34S/32S, 18O/16O, 87Sr/86Sr
(obr. 20), 13C/12C
aj. K vyjádření časových změn se
opět využívá standardní křivka
kolísání poměru hodnot či změn
stabilních izotopů, resp. vhodných prvků,
vzniklých ve světovém oceánu v průběhu
geologického času. To umožňuje stanovení chemostratigrafických zón. Srovnáním
průběhu křivek získaných analýzami na
studovaných profilech se standardní křivkou lze
získat odpovídající časový vztah.
Obr. 20. Změna poměru
izotopů stroncia v historii země (Faure,
1986).
Eventostratigrafická metoda
Eventostratigrafie se soustřeďuje
na studium geologicky náhlých, krátkodobých událostí (eventů), které v geologickém
záznamu zanechaly zjevné údaje a pokud možno
rozsáhlé, ostře ohraničené změny,
uložené v různých prostředích. Ideálními
událostmi tohoto typu jsou velké globální katastrofy
vyvolávající náhlé změny sedimentace,
vznik anomálních geochemických horizontů,
rychlá vymírání více skupin organizmů
apod. K příčinám, které takové
události vyvolávají, patří např. dopady
větších mimozemských těles na zemský povrch
(impakty), tsunami,
výbuchy velkých sopek aj.
ZPĚT NAHORU
ZPĚT NA
ÚVODNÍ STRANU