Geology Rocks - část 4. - Stratigrafie

Geologie je věda zabývající se studiem stavby, složení a historického vývoje naší planety. Věnuje se v podstatě zkoumání materiálů, jež tvoří Zemi, a jednotlivé struktury na ní. Dělí se do mnoha podoborů, obecně bychom však mohli říci, že jsou rozděleny na geologii fyzickou a historickou. Fyzická geologie, ať už jde o podobory strukturální či například sedimentární geologii, se zabývá fyzickými strukturami Země a procesy, ke kterým v nich dochází. Věnuje se sopkám, horninám, skalám či pohořím. Naopak historická geologie se věnuje studiu formace naší planety v průběhu milionů a miliard let jejího vývoje. Podoborů geologie je samozřejmě mnoho, toto nám však bude zatím stačit k jednoduchému rozdělení geologie na jakési dva celky.

Tato věda o Zemi je disciplínou velmi komplexní. Přinesla však lidstvu nesmírně důležité poznatky o světě, jenž nazýváme svým domovem. A tyto poznatky jsou vskutku fascinující. Vkročme tedy prostřednictvím této série článků do světa geologie, a seznamme se s ním. Věřte mi, nebudete litovat. Geology rocks!

GEOLOGY ROCKS

část 4.

Stratigrafie

Stratigrafie je vědní obor, zabývající se vztahy geologických těles. Předmětem jeho zkoumání jsou strata neboli geologické vrstvy, stejně jako stratifikace, tedy usazování těchto vrstev. Zabývá se sukcesí hornin, a je základem pro historickou geologii, neboť metody stratigrafie jsou užívány ke zjištění stáří jednotlivých vrstev. To pak může odborníkům posloužit jako záchytný bod při zjišťování stáří určitého předmětu, ať už se jedná o fosilii nebo o lidské pozůstatky podstatně mladšího stáří (třeba i v rámci stovek let). Jakožto součást geologie je stratigrafie velice důležitá, a její základy jsou nutné pro studium sedimentárních i extruzivních (výlevných) hornin. 

Podobně jako ostatní velké obory geologie, i stratigrafii můžeme rozdělit na několik podoborů. Obecně platí, že se dělí na dva velké celky; prvním je litostratigrafie, zabývající se systematickým tříděním posloupností hornin a jejich popisem, přičemž k tomu využívá poznatky o jejich litologii; tím druhým je biostratigrafie, podobor zabývající se zjišťováním stáří fosilií. Právě biostratigrafie má užitek při datování stáří hornin. Má velké využití v paleontologii - paleontologové by bez základů biostratigrafie v podstatě nedokázali provádět svou práci, řekneme-li to takto jednoduše.

Co se týká určování stáří geologických těles včetně hornin, můžeme stratigrafii rozdělit ještě jiným, poměrně obecnějším, jednodušším způsobem, a to na relativní stratigrafii a stratigrafii absolutní. Jak již samotný název napovídá, relativní stratigrafie určuje relativní stáří těchto geologických těles, naopak skutečné stáří určuje absolutní stratigrafie, užívající tzv. metody časového datování. Počátkem časového datování je rok 1950, pro datování stáří geologických těles starších než sedmdesát let se v současné době používají jednotky kilo-annum (desítky tisíc let), mega-annum (miliony let) a giga-annum (miliardy roků). Tyto jednotky bývají používány ke stanovení hranic jednotlivých geologických období či epoch. Jak jistě všichni víme, období křídy, třetí a poslední geologické údobí druhohor (mezozoika), začalo před 145 miliony let. Skončilo pak před 66 miliony let. Víme to na základě určitých metod, jež byly užity ke stanovení hranic mezi jurou a křídou a dále mezi křídou a epochou paleocénu, případně celým paleogénem. Co ještě zbývá udělat? Odečíst 66 od 145, a zjistíme, že křída trvala 79 milionů let. Tak je to jednoduché. Ovšem vše je to založeno na absolutní stratigrafii.

Patrně nejslavnější a nejúčinnější metodou absolutní stratigrafie je radiometrická metoda. Závisí na postupném samovolném rozpadu radioaktivních prvků v minerálech - na přirozené radioaktivitě, kdy atomová jádra prvků "vyzařují" nabitá heliová jádra (částice alfa) a elektrony (částice beta), stejně jako gama záření. U radiometrické metody se vždy setkáme s pojmem poločas rozpadu; to je doba, za kterou se rozpadne polovina jader všech atomů v daném materiálu. Poprvé byla tato metoda provedena Betramem Boltwoodem, americkým radiochemikem, na jehož počest byl později pojmenován minerál boltwoodit.

Metod je samozřejmě více. Ještě se však vraťme k litostratigrafii. Tento podobor stratigrafie má využití v komparativní geologii, petrologii a geochronologii. Hlavní litostratigrafickou jednotkou je geologická formace neboli souvrství. S tímto pojmem se často setkáváme v paleontologii - kosti určitého prehistorického živočicha, třeba dinosaura, byly nalezeny v určité geologické formaci. Co tedy ta formace je? Je to jednoduché: jedná se o množství geologických vrstev (strata) "naskládaných" na sobě. Mladší vrstvy jsou výše, starší vrstvy níže (toto je zákon superpozice, naprosto základní princip stratigrafie). Souvrství jsou horniny určitého časového období, mající charakteristickou litologii, určovanou sedimentačním prostředím. Ještě jednodušeji můžeme souvrství definovat jako sled vrstev tvořených usazenými, přeměněnými nebo vyvřelými horninami.

Biostratigrafickou jednotkou je tzv. biozóna, interval geologických vrstev definovaný charakteristickými fosilními taxony, jež se v něm nacházejí. Mluvíme zde tedy o vůdčích fosiliích. I tento pojem je v paleontologii hojně užíván, vůdčími fosiliemi jsou myšleny takové fosilie, jež jsou charakteristické pro určité části usazených hornin. Často se mezi vůdčí fosilie řadí graptoliti, trilobiti (v případě geologických období paleozoika), mlži, amoniti (v případě geologických období mezozoika), ježovky, ramenonožci, dokonce i konodonti. Mezi vůdčí fosilie mohou zařazeny jak makrofosilie (mezi ty se řadí zřejmě vše výše jmenované), tak mikrofosilie. Makrofosilie nejsou tak časté, ale jsou užívány při vědecké práci, naopak mikrofosílie jsou k určování stáří hornin používány hlavně v ropném průmyslu.

Dalším ze základů biostratigrafie je tzv. faunální sukcese. Tento koncept definoval anglický geolog William Smith, otec stratigrafie - ostatně proto se mu někdy přezdívá William "Strata" Smith - a člověk, který jako v první historii sestavil geologickou mapu Anglie. Smith, zabývající se vyměřováním tras pro kanály a hledáním cenných nerostů, porovnával horniny z různých míst své domoviny, často od sebe velmi vzdálených. Byl to také on, kdo si uvědomil, že horniny obsahují již výše popsané biozóny, na tom s ním souhlasili i soudobí francouzští vědci George Cuvier a Alexandre Brongniart. Avšak zpět k faunální sukcesi! Smith si všiml, že některé od sebe dosti vzdálené výchozy vrstev obsahovaly stejné fosilie. Zjistil, že určité vrstvy obsahují stejné druhy. A vracíme se k datování stáří hornin! Právě tam to celé začalo, u Williama Smithe, který pak vytvořil geologickou mapu Anglie, v podstatě organizovanou dle stáří všech hornin, jež určil právě na základě fosilií v nich se nacházejících. Pokud jedno souvrství vzdálené od druhého obsahovalo v určité vrstvě ty samé fosilie, například stejný druh trilobita, pak Smith věděl, že obě vrstvy jsou stejného stáří. Faunální sukcese je procesem, při němž po jednom fosilním organismu přichází další. Druh, který vyhynul v permu se tedy neobjeví ve vrstvách datujících se do triasu, jury či jakéhokoliv jiného pozdějšího, ale třeba i předchozího období (nežil-li tedy, alespoň v tomto případě, třeba už na konci karbonu). 

Vůdčí fosilií však nemůže být každá zkamenělina. Taxony, jež jsou takto privilegovány, musejí splňovat několik podmínek. Jejich rozšíření musí být celosvětové, musí vykazovat nezávislost na prostředí, početnost zachovalých jedinců musí být velká, a důležité je též to, že musejí vykazovat identifikovatelné, rozpoznatelné morfologické změny v období od prvního výskytu po výskyt poslední ve fosilním záznamu. S termínem vůdčí fosilie nepřišel William Smith, ale německý paleontolog a geolog Leopold von Buch. Ten vytvořil první geologickou mapu Německa v letech 1826-1834 užitím Smithových metod.

O stratigrafii by se toho dalo napsat ještě mnoho, prozatím nám však zde uvedené informace postačí. V rámci tohoto projektu budeme tyto základy stratigrafie k pochopení mnoha záležitostí potřebovat!