11. Kvartérní vývoj na území České republiky
Kvartér je obdobím, kdy byl Český masiv a Vnější Karpaty po ústupu moře karpatské předhlubně v průběhu terciéru výhradně souší. Je to období velmi krátké v porovnání s délkou ostatních geologických útvarů (cca 1,6 -1,8 Ma). Charakter geologických zejména exogenních geologických procesů byl v kvartéru poznamenán existencí rozsáhlých kontinentálních ledovců, které pokrývaly celou značnou část severní Evropy (obr. 11.1).
Naše území se v době staršího kvartéru (pleistocénu) rozkládalo v tzv. periglaciální oblasti (ovlivňované ledovci) mezi severoevropským kontinentálním ledovcem a horským ledovcem, který pokrýval Alpy (obr. 11.2). Kontinentální ledovec pronikl na naše území pouze dvakrát v období elsterského a sálského zalednění a to pouze do oblasti Frýdlantského a Šluknovského výběžku a na část severní Moravy (obr. 11.4). Na Šumavě, v Krkonoších a Hrubém Jeseníku vznikly malé horské ledovce. Většina území byla v kvartéru oblastí snosu (denudační), k významnější akumulaci sedimentů docházelo jen Podkrušnohoří, Polabí a oblasti moravských úvalů (obr. 11.4).
Přestože kvartérní sedimenty jsou nejrozšířenějšími horninami pokryvu Českého masivu a Karpat, jejich mocnost se pohybuje v řádu maximálně několika metrů. Kvartérní uloženiny pokrývají 90% povrchu území republiky. Kdybychom v geologických mapách znázornili kvartérní sedimenty již od mocnosti 50 cm, což by bylo účelné např. pro pedology, ale i inženýrské geology, bylo by jimi podle odhadů (Růžička et al. 2003) pokryto území ze 70%. Jen výjimečně, v oblastech zasažených ledovcem (výplně hlubokých podledovcových koryt), přesahuje mocnost sto metrů. Podle převládajících procesů dělíme kvartér na našem území na oblasti denudační a akumulační (obr. 11.4). Akumulační oblasti dále dělíme na areály kontinentálního zalednění a oblasti extraglaciální (Tyráček - Růžička, 1992). Kvartérní sedimenty jsou velmi pestré v závislosti na genezi (viz obr. 11.5), převažují však nezpevněné klastické horniny, méně zastoupeny jsou sedimenty chemogenní. Také kvartérní vulkanity a vulkanoklastika jsou omezena jen na oblast okolí Chebské pánve a okolí Bruntálu (Velký a Malý Roudný). Neoidní vulkanity na území republiky jsou součástí poměrně rozsáhlé středoevropské vulkanické provincie, která vznikla v předpolí Alpského orogénu a byly probrány v rámci 9. kapitoly (terciérní vývoj). Nejmladšími sopkami na našem území jsou kvartérní vulkány Železná a Kamenná hůrka (viz obr. 11.6) u Chebu a Velký a Malý Roudný, Venušina sopka a Uhlířský vrch (viz obr. 9.18) u Bruntálu v Nízkém Jeseníku. Radiometricky interpretované stáří vulkanitů v okolí Chebu spadá do středního pleistocénu, má však široký rozptyl hodnot mezi 170 a 900 tisíci lety (Wagner et al. in Ulrych et al., eds. 1998). Vztah těchto našich nejmladších vulkanických hornin k okolním kvartérním sedimentům není vlivem eroze zcela jasný.
Glacigenní sedimenty jsou na našem území zastoupeny převážně glaciofluviálními sedimenty výplavových předledovcových plošin, v menší míře také glacilimnickými sedimenty a sedimenty morén horských a výjimečně i kontinentálních ledovců. Sedimenty extraglaciální oblasti zahrnují říční terasové uloženiny, sedimenty svahové (deluviální), eolické sedimenty (spraše). Podstatně menší plochy zaujímají chemogenní a varvitické jezerní sedimenty, sladkovodní vápence, travertiny a pod.
Glacigenní sedimenty Tento typ uloženin nalézáme v oblastech, které v pleistocénu pokrývaly buď kontinentální, nebo horské ledovce. K ledovcovým uloženinám patří tily (souvkové hlíny s bludnými balvany vytvářející morény), glacifluviální sedimenty (smíšené říční a výplavové ledovcové uloženiny tvořící ploché sandry, eskery aj.) a glacilakustrinní jezerní sedimenty (široce rozšířené v severní Evropě). Typické jsou tence vrstevnaté varvity, u nichž střídání vrstviček různého materiálu obráží sezonní střídání podnebí. Na naše území zasáhl okraj severského pevninského ledovce jen dvakrát - v předposledním saalském a ve starším elsterskérn zalednění. Jejich uloženiny nalézáme ve Šluknovském a Frýdlantském výběžku (viz obr. 11.4) a v české části žitavské pánve v severních Čechách (Králík 1989), na severní Moravě a ve Slezsku v oderské části Moravské brány, na Ostravsku a v přilehlé Podbeskydské pahorkatině, na Opavsku, v Osoblažské nížině, v Žulovské pahorkatině a v okolí Zlatých Hor (Macoun et al. 1965, obr. 264). Z obou zalednění jsou zachovány uloženiny několika stadiálů a jejich mocnost dosahuje až několika desítek metrů (výjimečně 150 m v přehloubených korytech toků, vytvořených před elsterským zaledněním). V eratickérn (souvkovérn) rnateriálu jsou přítomny horniny severoevropského původu, zejména ze Skandinávie a Pobaltí, k nimž patří i známé bludné balvany (obr. 11.7).
Typickými horninami souvků jsou skandinávské proterozoické žuly rapakivi s červenými živci z Alandského souostroví a jihozápadního Finska, různé typy švédských a baltských granitů atp. Četné nálezy pocházejí zejména z okolí Vidnavy ve Slezsku. Kontinentální ledovec nejmladšího, viselského zalednění na naše území nezasáhl, neboť jeho jižní okraj zůstal j. od Berlína a s. od Varšavy. Na našem území máme pozůstatky horských zalednění pouze na Šumavě, v Krkonoších (největší byl ledovec Obřího dolu), v Hrubém Jeseníku, Králickém Sněžníku a v Beskydech. Jde převážně jen o relikty čelních morén a karovitých uzávěrů údolí z posledního zalednění (Šibrava 1961, Czudek 1997, Demek 1998).
Uloženiny periglaciální zóny Většina plochy našeho území patřila v pleistocénu příledovcové neboli periglaciální zóně (Žehera, 1958). Její šířka se počítá na stovky kilometrů a má své specifické rysy. V glaciálech se výrazně uplatňovaly exogenní procesy mechanického zvětrávání, které vedly mimo jiné i ke vzniku ostrých tvarů reliéfu. Akumulace gravitací vzniklých uloženin (sutí aj.) i eolických a fluviálních sedimentů naopak "změkčovaly" ostré morfologické tvary. Typický byl vznik trvale zmrzlé půdy - permafrostu. V periglaciální zóně Evropy, a tedy i na našem území můžeme rozlišit oblasti denudační, kde převládala destrukční činnost nad akumulacemi, takže sedimenty jsou zastoupeny v menší míře, a oblasti akumulační, kde se ukládaly nejrůznější bohatě členěné typy kvartérních sedimentů často na velkých plochách. Na našem území převládají oblasti denudační (obr. 11.4). Denudačním oblastem patří většinou morfologicky vyšší úrovně - hlavně pahorkatiny a hory. Kvartérní uloženiny zde zaujímají malé plochy a jsou většinou geneticky jednotvárné. Charakteristické jsou morfologické tvary podmíněné opakovanými glaciálními podmínkami prvého řádu. K akumulačním oblastem s dominantním zastoupením pískoštěrkových říčních teras, spraší, navátých písků a pestré škály dalších sedimentů patří na našem území zejména: 1. Polabí (geograficky členěné na Východolabskou tabuli, Čáslavskou kotlinu a tabuli Dolnojizerskou, Středolabskou a Dolnooháreckou). 2. Podkrušnohorské pánve (chebská, sokolovská, mostecká). 3. České středohoří. 4. Pražská plošina, části Kladenské plošiny a Křivoklátské a Hořovické pahorkatiny. 5. Plzeňská plošina. 6. Moravské úvaly - Hornomoravský úval, část Moravské brány v povodí Bečvy, Vyškovská brána, Dyjsko-svratecký a Dolnomoravský úval. Z uvedených oblasti jsou pro kvartérní stratigrafii nejvýznamnější moravské úvaly (obr. 11.8), které by mohly být nadějné pro řešení otázky korelace severského a alpského zalednění (sledy podél Moravy a Bečvy, Tyráček - Růžička 1992). Výsledkem mechanického zvětrávání v glaciálech je rozpad pevných hornin až na klastická eluvia. Nepřemístěná eluvia tvoří jen svrchní části profilů, jsou však zdrojem materiálů pro sedimenty. Chemicky se zásadně neliší od matečné horniny. Chemické zvětrávání, probíhající v interglaciálech (rozpouštění, oxidace, redukce, hydratace, dehydratace, hydrolýza), zcela mění chemické složení původní horniny a výsledkem je vznik půd, které mají svébytný charakter. Ten je závislý jak na typu matečných hornin, klimatických poměrech a poloze v terénu, tak na oživení nejrůznějšími organismy přímo v půdě (edafon) a na jejím povrchu. Významná je i doba trvání půdotvorného procesu (Smolíková 1990).Vedle půd současných (recentních, Tomášek 2000) jsou významné i půdy fosilní (pleistocenní) a subfosilní (holocenní). Půdy se zachovávají buď v původním stavu, nebo jako půdy polycyklické (vznikly opakovaným půdotvorným procesem), polygenetické (prodělaly více procesů) nebo reliktní (neúplné zbytky půdního profilu, Smolíková 1990). Jelikož se intenzita i délka trvání půdotvorných procesů během pleistocenních interglaciálů měnila a postupně zmenšovala, vytvářely se i na totožných substrátech v průběhu pleistocénu různé typy půd: např. spodní pleistocén charakterizují intenzivně rezavě červenavé půdy. Ve svrchním pleistocénu a holocénu jsou hojné lesní hnědě zbarvené půdy ze skupiny hnědozemí, dále lesostepní a stepní černozemě a rendziny (vysvětlení názvosloví půd viz např. Němeček et al. 1990). Přítomnost půd v profilech vždy znamená období sedimentačního klidu bez větších zásahů denudace, eroze a transportu. Studiem recentních půd se zabývá pedologie, starších půd paleopedologie, která je i jednou z opěrných disciplín kvartérní stratigrafie. Čtvrtohorní zvětraliny a půdy jsou v našich podmínkách vždy relativně mělké, eluvia vzniklá ve starších geologických obdobích se od čtvrtohorních liší hlavně přítomností některých jílových minerálů s pestrou paletou barevných odstínů a mocnostmi, které mohou dosahovat i desítek metrů.
Deluviálni (svahové) uloženiny reprezentují další pestrou škálu uloženin vzniklých v závislosti na substrátu a tvaru terénu: suti, kamenná moře (viz obr. 11.9, 11.10), svahové hlíny, přemístěné jíly aj. V denudačních oblastech jsou nejrozšířenějšími kvartérními uloženinami. Délka transportu materiálu na svažitých terénech může být velmi krátká (např. hákování vrstev) nebo dlouhá i stovky metrů (např. při soliflukci - půdotoku). Zvrstvení bývá konformní se svahem a geneticky jde o materiál vzniklý opadem, ronem, splachem, svahovým posunem, sesuvem aj. (Demek 1987). Svahové uloženiny (deluvia) z období glaciálů bývají drobněji klastické, složené z ostrohranných úlomků, často bez hlinité základní hmoty. Deluvia z dob interglaciálů a holocénu bývají hrubě balvanitá - sutě s hlinitou (půdní) mezihmotou a korodovanými povrchy horninových úlomků. V terénech s vápnitými horninami mívají klasty na povrchu vápnité povlaky, hojné bývají i konkrece či různé typy zemních sintrů. Mocnosti deluvií bývají různé (u nás např. až mnohametrové na úpatí Brdských hřebenů, kolem vápencových bradel nebo obnažených výplní přívodních drah terciérních neovulkanitů). Deluvia mohou zachycovat jeden či více klimaticko-sedimentačních cyklů, často s polohami fosilních půd, eolických sedimentů aj. Pak jde o tzv. svahové série, které mohou mít značný význam pro kvartérní stratigrafii.
Deluviofluviálni (splachové) uloženiny buď lemují úpatí svahů při dnech údolí, vyplňují závěry a svrchní
části údolí, nebo tvoří specifické tvary - dejekční (výplavové) kužely. Jsou
převážně holocenního stáří, bývají málo mocné a rytmicky zvrstvené. Jsou
přechodem mezi svahovinami a uloženinami údolních niv. Stratigraficky jsou
většinou méně významné (výjimkou jsou některé lokality ve východním Polabí). Proluviálni uloženiny reprezentují náhlou a často přerušovanou sedimentace, avšak materiál pochází převážně z glaciálních období. Geneze těchto sedimentů je podobná jako u dejekčních kuželů. Místy se vyskytují i eolické polohy a časté bývají jevy způsobené promrzáním (kryogenní textury, např. zvíření - kryoturbace - viz obr. 11.13). Teplá a vlhká interglaciální období dokumentují polohy fosilních půd, popř. i sladkovodních vápenců vložené do proluvií. Stáří je pleistocenní.
Fluviální uloženiny tekoucích vod patří ze stratigrafického hlediska v kvartéru k nejdůležitějším sedimentům, neboť tvoří podél toků řek průběžný systém terasových akumulací. Ty vznikly v důsledku zařezávání koryt toků do podložního skalního podkladu při postupném výzdvihu (v našem případě Českého masivu), který byl kombinován s kolísáním spodní erozní báze toků při klimaticky podmíněných glacieustatických změnách úrovně mořské hladiny. Všeobecně platí, že čím je terasová akumulace v údolí položena výše nad řekou, tím je starší. Akumulace terasových sedimentů spadá v pleistocénu podle dnešního stavu výzkumů do období glaciálů. Klasickým příkladem z našeho území jsou terasy Vltavy, v nichž Záruba- Pfeffennann (1943) stratigraficky rozlišil systém teras mezi Kamýkem nad Vltavou a Kralupy s názvy teras odvozenými podle typických lokalit. Podle jeho výzkumů je sled teras v časové posloupnosti, tj. od teras nejvýše položených k terasám nižším, v pleistocénu následující: terasy lysolajská a suchdolská, pankrácká a kralupská, vinohradská a letenská, dejvická, Karlova náměstí a veltruská a nejmladší terasy maninská a údolní. V současném stavu je systém teras u nás propracován zejména u Vltavy, Berounky, Labe. Ohře, Moravy, Bečvy a dalších (Balatka - Sládek 1962, Tyráček 1995).
Fluviální akumulace mají různý charakter podle částí toku, ve kterých se hromadily. Proto u nich můžeme rozeznat sedimenty divočících toků (hlavně v horních úsecích řek s velkým spádem a častým překládáním koryt), dále meandrujících toků (ve středních a dolních úsecích s menším spádem), vytvářející terasovitě vyvinuté akumulace písčitých štěrků, a sedimenty dolních (anastomozujících = větvících se) částí toků s převahou jemnozrnných, často horizontálně zvrstvených uloženin nivních akumulací. Významnými uloženinami, které se tvoříly v interglaciálech a zvláště v holocénu na povrchu glaciálních terasových štěrků, jsou nivní hlíny, někdy i s fosilními či subfosilními půdami. Z pleistocénu se zachovaly jen výjimečně, zato profily v holocenních nivách poskytují dobře členěné sledy až mnohametrových mocností (Ložek 1973, 1990, Kovanda 1994). Tyto akumulace ovlivnila činnost člověka, která již od neolitu (tj. přibližně od 6500 let před přítomností) uvolňovala odlesněním a zemědělskou činností plochy pro erozi a denudaci, takže se do niv dostávalo velké množství materiálu. Stavba niv, na první pohled plochých, bývá u dolních částí větších toků neobyčejně složitá. Příčinou je okolnost, že v nivách jsou zachovány uloženiny i několika generací opuštěných (mrtvých) říčních ramen, která se i se svými složitými výplněmi navzájem protínají, a vytvářejí tak spletité systémy uloženin různého stáří (Kovanda 1994). Zatím co v údolích větších řek jsou holocenní nivy vloženy po erozi do svrchních partií nejmladších pleistocenních písčitých štěrků, můžeme na dnech menších (postranních) údolí místy zachytit průběžné profily od vrcholného glaciálu přes pozdní glaciál až po úplný sled holocénu (např. u lokalit v Českém krasu). Kvartérní říční terasové uloženiny se hojně těží a jsou široce využitelné ve stavebnictví. Eolické uloženiny patří k velmi významným pleistocenním uloženinám, neboť často pokrývají velké
plochy o mocnostech až desítek metrů (u nás do 30 m), jsou hospodářsky důležité
a poskytují cenné
údaje o přírodě i životě člověka. V eolických uloženinách rozlišujeme vápnité
spraše, nevápnité sprašové hlíny (prachovice) a naváté písky. Všechny vznikaly
v obdobích glaciálů.
Spraše (obr. 11.15) tvoří bud' souvislé pokryvy, nebo závěje. Na svazích mohou vytvářet i několik pokryvů nad sebou, oddělených polohami fosilních půd - pak jde o sprašové komplexy. Úplný profil, zachycující ve sprašových komplexech celý sled pleistocénu, lze získat složením několika sprašových komplexů. Ukládání spraší u nás skončilo v pozdním glaciálu, tj. na konci poslední ledové doby. Zejména nejmladší sprašové pokryvy poskytly četné zbytky glaciální zvířeny, jako je mamut, sob, srstnatý nosorožec, polární liška, vlk, rosomák, zajíc bělák, bobr, kůň, lev, los, medvěd, tur či bizon a svišť (kostry svišťů byly nalezeny i přímo v původních norách). Ve sprašových komplexech je u nás celá řada významných nálezů stop po činnosti, popř. i kosterných zbytků předvěkého člověka (již Homo sapiens sapiens), který patřil kulturním stupňům hlavně mladšího paleolitu. Sprašové hlíny (prachovice podle Ložka 1973) jsou rozšířeny hlavně v klimaticky vlhkých oblastech (Ostravsko, Opavsko), nebo v nadmořských výškách nad 300-350 m. Skládají se rovněž z prachových částic, ale neobsahují CaC03. Protože v nich nejsou výrazné fosilní půdy a bývají navíc následkem zamokření postiženy oglejením (redukčními pochody vyvolanými podzemní vodou mělce pod povrchem), je jejich paleopedologická i stratigrafická interpretace obtížná. Naváté písky (o velikosti zrna 0,1-0,5 mm) pocházejí u nás hlavně až z konce posledního zalednění, starší jsou zachovány jen výjimečně jako relikty. Nejčastěji je nalézáme na povrchu nejmladších teras větších řek. Naváté písky jsou u nás rozšířeny zejména v Polabí, na jižní Moravě (např. "Moravská Sahara" ve výběžku vídeňské pánve s. a sv. od Hodonína) a v třeboňské pánvi. Povrch přesypů bývá stabilizován borovými porosty, avšak jejich tvar bývá zachován a některé jsou význačnými chráněnými lokalitami (např. u Vlkova j. od Veselí nad Lužnicí). Spraše a sprašové hlíny patří k tradičním surovinám k výrobě cihlářského zboží a jiných stavebních hmot. Naváté písky jsou místně využitelné jako slévárenské písky.
Limnické uloženiny stojatých vod jsou to sedimenty různých typů jezer nebo bažin, občas i periodických. Bývají většinou vytříděné a jemnozrnné (převládají písky a jíly), místy rytmicky zvrstvené, často s velkým podílem organických látek. V ledovcových oblastech jsou typické varvity s velmi drobnými cykly světlých a tmavých (na organickou substanci bohatších) vrstviček, v extraglaciálních oblastech to bývají sladkovodní slíny a křídy, tmavé, na organickou hmotu bohaté sedimenty - šedočerné muddy a hnědavé gyttji a sapropely. Zvláštní skupinu tvoří vápnité bažinné sedimenty - humózní složkou obohacené almy, černá slatinná, silně humózní bahna - anmoory a pak raše¬liny a slatiny. Jsou to tedy jak uloženiny klastické, tak biochemické a organické. Pro výzkum kvartéru jsou velmi významné, neboť skýtají možnost mnohostranných výzkumů včetně radiometrických měření stáří (nejefektivnější je metoda uhlíku 14C, aplikovatelná u uloženin mladších než 30 000-40 000 let). Z našich významných lokalit lze uvést spodnopleistocenní slínité a pěnovcové sedimenty od Přezletic na sv. okraji Prahy, uloženiny tzv. Stonavského jezera na Ostravsku (Břízová 1994), varvity na lokalitách severní Moravy a Slezska (Macoun et al. 1965). Z holocenních výskytů jsou to např. usazeniny stojatých vod opuštěných ramen řek v Polabí (Lysá, Hrabanov, Všetaty), vápnité jezerní sedimenty od Měňan, Litně, Tetína aj. v Českém krasu (Kovanda 1971). Z bažinných sedimentů jsou nejvýznamnější horské rašeliny na Šumavě, v Krušných horách a v Krkonoších, k nížinným slatinám patří např. lokality v Polabí, na Třeboňsku aj. (Firbas 1949, 1952, Dohnal 1965, Jankovská 2000). Právě na výzkumu sedimentů stojatých vod a bažin položil Post (1916) základy pylových analýz, které jsou podkladem pro biostratigrafii vyznívajícího posledního glaciálu a celé poledové doby (holocénu). Na základě vlastních a převzatých výzkumů i z našeho území vypracoval F. Firbas (1949-1952) dodnes používané schéma podrobného dělení pozdního glaciálu a holocénu na 10 zón podle změn společenstev dřevin odrážejících klimatické výkyvy. Z kvartérních sedimentů stojatých vod se dříve hojně těžily organické uloženiny - rašeliny a slatiny - jako topivo, nyní se jen omezeně využívají ke hnojení a v lázeňství. Jezerní diatomity se dříve těžily pro své sorpční vlastnosti na ložisku Hájek (Soos) u Františkových Lázní, které je však nyní přísně chráněnou přírodní rezervací podobně jako mnohá rašeliniště.
Sladkovodní vápence jsou to geneticky různé uloženiny vysrážené z vodných roztoků s vyšším obsahem Ca(HCO3)2. Patří sem jednak pramenné travertiny, usazené často i z temperovaných vod v podobě kup, jednak pěnovce vzniklé ze studených vod zvláště na svazích a při dnech údolí (zpravidla na rozhraní propustného nadloží a nepropustného podloží), kde vytvářejí kaskády. Řadíme sem ale i výše zmíněné vápnité uloženiny stojatých vod a bažin. Terminologie kvartérních sladkovodních vápenců používaná u nás se liší od mezinárodní, kde pojem travertin má obecnější, ne zcela ustálený význam a často je považován za synonymum více či méně zpevněných vápnitých sintrů usazovaných i v jeskyních. Pro výzkum kvartéru mají tyto sedimenty prvořadý význam, neboť je nalézáme i tam, kde je nedostatek jiných uloženin, a lze na nich uplatnit širokou škálu výzkumných metod. Vznik je většinou vázán na teplá a vlhká období, tj. interglaciály a holocenní klimatické optimum. Skutečné pevné travertiny v užším slova smyslu jsou u nás téměř jen pleistocenního stáří a patří jim výskyty na Moravě v Kokorech, Tučíně, Želatovicích a Radslavicích. V Čechách to jsou pleistocenní až recentní aragonity v Karlových Varech, které tvoří tzv. vřídelní desku o mocnosti až 10 m. |
