Zkameněliny

Zkameněliny neboli fosilie jsou ne vždy zcela zkamenělé zbytky vyhynulých organismů, které se zachovaly dodnes. Zkamenělina musí být:

1. alespoň jedno geologické období stará, tj. min. 10.000 let – hranice čtvrtohor, u fosilního pylu či mumií z rašelinišť to neplatí
2. musí vypovídat o morfologii či životě organismu (např. kosti, zuby, otisky orgánů, výlitky ulit, zkamenělé výkaly, pseudomumie z ledu, stopy, doupata, ale za fosilie už nepovažujeme přeměněné zbytky organismů v uhlí či ropu),
3. proces fosilizace proběhl bez působení člověka.

Kde a jak zkameněliny vznikají

Zkameněliny vznikají pouze na místech, kde jsou vhodné podmínky, a to je ve hmotě, která odumřelý organismus chrání před okolními rozkladnými vlivy. Pozůstatek organismu musí být schopný zkamenění, a proto musí obsahovat nějaké pevné části, které mají šanci zkamenět. Měkké části se velmi rychle rozkládají. Jsou sice známy případy zachování měkkých částí těl, ale ty jsou zcela výjimečné. Ačkoliv to možná vypadá, že zkamenělin je zejména na některých lokalitách obrovské množství, je jejich vznik spíše výjimečný. Většina organismů má jen velmi malou šanci, že dojde k jejich fosilizaci.

Podmínky pro vznik zkamenělin jsou skutečně velmi náročné, a tak zkameněliny ukazují jen část života v pravěku. Tam kde nebyly příhodné podmínky, informace prostě chybějí. Zkameněliny se nacházejí v hloubce země nebo pod oceánem a objevujeme je pak náhodně díky horotvorným procesům, které pevninu narušují a vyzdvihují, díky přirozené erozi letitých nánosů nebo i za přispění lidské činnosti v dolech a lomech.

Prostředí a způsob vzniku může mít různé podoby.

• Vodní prostředí je pro zachování zkamenělin poměrně příhodné. Dna jezer, moří a řek jsou zanášena erodovaným materiálem – štěrkem, pískem či jílem, který může překrývat odumřelé organismy. Kromě rychlého překrytí usazeninami je nutné, aby se v tomto prostředí uvolňovaly minerální látky, které organické zbytky zakonzervují.
• Sopky produkují velké množství sopečného popela, který může přímo pohřbít organismy na zemi nebo i ve vodě.
• Do jeskyní se komíny dostávají organismy z povrchu. Vtékají tam také vody unášející drobné částice jílu, který se pak v jeskyních usazuje a pohřbívá pozůstatky uhynulých organismů.
• V ledu a zmrzlé půdě se rovněž mohou zachovat fosilie. Všeobecně známí jsou zamrzlí mamuti ze Sibiře. Díky zmrazení se uchovají i ty měkké části těl, které by se jinak nezachovaly.
• I spraše či jiné větrné usazeniny mohou uchránit organické zbytky. U nás bylo ve spraších nalezeno velké množství kosterních pozůstatků čtvrtohorních obratlovců z dob ledových.
• Jantar je zkamenělá pryskyřice, ve které se nachází velmi dobře zachovalé zkameněliny hmyzu, pylu a semen.
• Nádherné zkameněliny mohou vzniknout v přírodních asfaltových jezírkách. Stačí aby v asfaltu uvízlo nějaké zvíře a další se mohou přidat, když považují lapené jedince za snadný zdroj potravy.

V prvohorách došlo ke vzniku nejrůznějších forem života. V nejstarším období převládaly řasy, později až do konce karbonu se hojně vyvíjely výtrusné rostliny (kapradiny). Pokud tyto rostliny odumřely a více rostlinných zbytků se nahromadilo na sebe, docházelo ke zuhelnatění. Dnes využíváme právě karbonského černého uhlí. Ve druhé polovině permu převládaly rostliny nahosemenné.

Zvířena byla velice různorodá, hojní byli hlavonožci, graptoliti, koráli, trilobiti, lilijice či ramenonožci. Známy jsou i první obratlovci – bezčelistní. V pozděším období se rozvinul hmyz (devon), obojživelníci (devon), v karbonu vznikli plazi, v permu vymírají trilobiti a primitivní koráli, charakteristický pro toto období je nástup savcovitých plazů.

Prvohorní flóra

Na rozdíl od rostlinstva starohor, známe z prvohor již rostliny cévnaté. Typická je přítomnost cév a dokonalejších rozmnožovacích orgánů, krytosemenné rostliny se ještě nevyvinuly. Nejstarší prvohory nám neposkytují mnoho fosilního materiálu, ze kterého by se daly dělat uspokojivé závěry. Prvním obdobím, který je pro paleontology příznivější, je devon. Mezi nejprimitivnější cévnaté rostliny devonu patří ryniofyty s velmi jednoduchou stavbou těla. Typickým zástupcem byla rostlina Rhynia major, která je považována za předchůdce dnešních cévnatých rostlin. Příbuzným rodem byl Psilophyton. Ze středočeského devonu jsou doloženy starobylé plavuně Drepanophycus a Protolepidodendron, který je považován za předka plavuní rozvíjejících se v karbonu. Jednou z nejhojnějších fosilií českého devonu je Protopteridium hostinense, jež patří mezi prapředky kapradin.

Z karbonu známe rozsáhlé pralesy cévnatých výtrusných rostlin (stromovité plavuně, přesličky, kapradiny). Právě z těchto rostlin vzniklo černé uhlí. Svrchní karbon je obdobím, kdy se velice rozvinuly plavuně. Pro vymřelé stromovité plavuně karbonu máme společný název Lepidodendrales. Nejznámějším rodem je Lepidodendron (až 30 m) a Sigillaria. Nejstarší přesličky známe již z devonu, hlavní rozvoj nastal však v karbonu. Karbonské a permské přesličky známe zejména jako zástupce rodu Calamites, tyto rostliny rostly v močálech. Z karbonu známe velice zajímavou skupinu semenných kapradin, které představují vývojový článek mezi kapraďorosty a nahosemennými rostlinami, měly vzhled jako kapradiny, ale anatomii jako nahosemenné, příkladem jsou rody Neuropteris, Odontopteris a Alethopteris. Další skupinou svrchnokarbonských stromů byly nahosemenné kordaity dorůstající výšky až 10 m. Ve svrchním karbonu se poprvé objevují jehličnaté dřeviny – konifery. Rostlinstvo v permu se už velice podobalo tomu druhohornímu. Docházelo k vysušování močálů a vymíralo mnoho rodů (stromovité formy plavuní), stromovité přesličky se ještě drží.

Symbolem druhohor se stali dinosauři, kteří pak až do konce období křídy dominovali v mořích, ve vzduchu i na souši. Na počátku i na konci druhohor docházelo k masívnímu vymírání organismů.

Druhohorní flóra Zpočátku na souši dominovaly nahosemenné rostliny, tedy jehličnany a jinany spolu s cykasy. Starší typy výtrusných rostlin ustupují do pozadí. Ve svrchní křídě se objevují krytosemenné kvetoucí rostliny, spolu s tím se začala vyvíjet jejich symbióza s hmyzem, tedy strategie rozmnožování za pomoci opylování. Vyvinuly se pravděpodobně ze semenných kapradin, jež jsou známy již z prvohorního karbonu. Cykasy dosahovaly celosvětového rozšíření – dokonce i v bezledových polárních loukách. V souvislosti s bouřlivým rozvojem krytosemenných rostlin se ocitají některé starší formy nahosemenných koncem křídy na ústupu. Flóra druhohor se podílela na vzniku hnědého uhlí.

Ve starších druhohorách byly hojné 2 rody přesliček: Equisetites a Neocalamites, byly to jak stromové, tak bylinné typy. Z kapradin jsou hojní zástupci čeledí Matoniaceae a Dipteridaceae, dnes přežívají na malém území v indomalajské oblasti. V juře nastupují v masivní míře zástupci nahosemenných rostlin – cykasů, jurská květena byla poměrně jednotvárná. Dále byly hojně rozšířeny jinany (Ginkgo sp.). Ve svrchní křídě nastává z hlediska evoluce květeny zlom, oběvují se první krytosemenné rostliny, jedná se o velice progresívní skupinu rostlin, schopnou zatlačit ostatní druhy. Proslulá je česká cenomanská lokalita – Vyšehořovice u Českého Brodu. Nahosemenné rostliny v křídě byly důležitou součástí flóry, patřily mezi ně: zástupci čeledi tisovcovitých (Taxodiaceae) – rod Sequoia a jemu podobný rod Sequoiadendron (sekvojovec). Už z doby před 90 miliony lety známe první borovice (Pinus longifolia) a jedle, které se od těch dnešních podstatně nelišily. Z krytosemených rostlin byly hojní zástupci rostlin aralkovitých – rod Araliphyllum. Známé jsou i fosilie cizopasných hub (Phacidum sp. a Cercospora sp.).

Až 22 metrů vysoká vrstva usazenin písků, štěrků a slepenců vznikala ve starších třetihorách (eocén: před 58–36 miliony let) v prostředí mělkých sladkovodních jezer a řek, které přinášely materiál. Podnebí zde bylo subtropické a rostly tady rostliny stálezeleného subtropického pralesa. Typickými dřevinami byly skořicovníky (Daphnogene cinnamomea), předchůdce dnešního dubu (Quercophyllum jokelyi), předchůdce kaštanovníku (Dryophyllum furcinerve), vavříny (Laurophyllum), voskovníky (Myrica), palmy (Sabal) a šácholany (Magnolia). Většina rostlin se podobala těm dnešním, převládaly krytosemenné druhy, i když nahosemenných bylo stále hodně (sekvojovec – Sequoiadendron, borovice – Pinus). Středoevropské teplomilné druhy třetihor posléze vymizely, protože po ochlazení klimatu na konci třetihor neměly kam ustoupit (na severu byl ledovec a na jihu vznikly Alpy). Ve třetihorách se vyvrásnila dnešní evropská pohoří, pevnina klesala pod moře a zase se vyzdvihovala. Jižní Morava byla zatopena třetihorním mořem.

V prostředí močálů severočeské pánve vznikalo ve třetihorách hnědé uhlí. Hlavním materiálem, ze kterého uhlí vzniklo, bylo dřevo tisovce červeného (Glyptostrobus europaeus), olše (Alnus) a vrby (Salix), tupely dvousemenné (Nyssa disseminata) a javoru trojlaločného (Acer tricuspidatum).

Rašelina

Rašelina je tvořena mechem rašeliníkem (Sphagnum) a dalším materiálem, který napadá do bažiny, především stromy a bylinami. Rašeliniště se nacházejí v bažinatých oblastech, kde je kvůli kyselému prostředí bez přístupu vzduchu omezen rozklad organismů. Tmavé zbarvení rašeliny je dáno vysokým obsahem uhlíku v huminových látkách, který by jinak při rozkladu za přístupu vzduchu unikl ve formě CO2, což se děje také při spalování fosilních paliv. Za správných podmínek je rašelina nejranější etapou v tvorbě hnědého uhlí. Většina dnešních rašelinišť začala vznikat po ústupu ledovce na konci poslední doby ledové, asi před 10.000 lety, a mohou mít hloubku i 10 metrů. Na světě existují ojediněle ale i živá rašeliniště stará několik set let nebo vrstvy rašeliny v hloubce, překryté nánosy hornin. Rašelina přibývá pomalu, asi

jeden mm ročně, takže z hlediska lidského jde o neobnovitelný zdroj. Mezinárodní ekologické organizace v posledních deseti letech upozorňují na ubývání světových rašelinišť, která jsou často unikátními ekosystémy se zastoupením vzácných a ohrožených druhů organismů, a vybízejí k jejich ochraně. Británie plánuje během následujících 15 let postupně zákázat používání rašeliny v zahradnictví.

Využití rašeliny a rašeliníku bylo a stále je mnohotvárné. Čistý sušený rašeliník je prakticky sterilní a pro svou nasáklivost se v historii používal k různým hygienickým a zdravotnickým účelům (jako toaletní papír, tampóny či obvazivo), rašelina pak jako stelivo, topivo v domácnostech i elektrárnách (Irsko, Finsko), izolační materiál, pro zahradnické, zemědělské a balneologické účely, k výrobě skotské whisky.

Uhlí

Uhlí vzniká z vrstvy rašeliny procesem prouhelnění, který má zprvu ráz biochemických přeměn, později, ve větších hloubkách, se začíná uplatňovat teplota, tlak a čas. Pro vznik uhlí jsou potřebné zvýšené tlaky, které vznikají postupným překrytím rašelinišť uloženým materiálem – písky a jíly. Organický materiál se dostává do hloubky zemské kůry a nadložní horniny působí stále větší vahou. Odhaduje se, že z vrstvy rašeliny silné 10 až 15 metrů dojde ke vzniku uhelné sloje silné 1 metr. Obecně se dá říci, že z materiálu se postupně vytlačují všechny látky kromě uhlíku, takže nejkvalitnější uhlí má až 95 % uhlíku. Uhlí se po oderodování překrývajících nánosů někdy objevuje na zemském povrchu na svazích nebo na březích řek. Tímto způsobem jej pravděpodobně objevili Číňané přibližně před 3.000 lety. V dnešní době hledají uhlí geologové. Nachází se nerovnoměrně rozložené na celé zeměkouli v nejsvrchnější zemské kůře. Ložiska dosahují různé mocnosti a kvality, což je dáno cyklickou sedimentací, kdy docházelo k opakovanému obnažování a ukládání organického materiálu.

Hnědé uhlí je geologicky mladší než černé uhlí, nejčastěji je třetihorního původu. Kromě uhlíku obsahuje velké množství příměsí – především různých popelovin a síry, obvykle také mnoho vody. Hnědé uhlí je velmi důležitou energetickou surovinou – palivo.U nás se těží v povrchových dolech v sokolovské a mostecké pánvi.

Černé uhlí zvané také kamenné vzniklo v prvohorách a druhohorách. Pouze tlak nadložních vrstev nemůže stačit ke vzniku nejkvalitnějšího černého uhlí, a tak se předpokládá, že tvorba je spojena s oblastmi tektonických sil a vysokých teplot, podmínek, které obvykle panují při orogenezi. Velká část světové výroby elektřiny (40 %) využívá spalování uhlí, které je také velmi cennou primární surovinou pro mnoho odvětví chemického průmyslu. Černé uhlí se těží v dolech hlubokých desítky až stovky metrů. U nás bylo v průběhu 18. až 20. století černé uhlí dobýváno v řadě lokalit, mezi které patřil kladenský, ostravsko-karvinský a rosicko-oslavanský revír, kde byl nejhlubší důl na našem území hluboký přes 1,5 km.

Ropa a zemní plyn

Podle organické teorie vzniku ropy se zbytky nejčastěji mořského planktonu, rostlin a živočichů vlivem tepla a tlaku přeměnily bez přístupu vzduchu nejprve na kerogen, ten pak na živice a ty nakonec na ropu a zemní plyn. Ropa se začíná tvořit při 60 °C termogenickým rozpadem kerogenu. Tento proces pokračuje až do 120 °C. Při 100 °C začíná tvorba plynu, která pokračuje zhruba do 200 °C. Ropa se tvoří v hloubkách 2–4 km, plyn 3–6 km. Nejmladší ropa je pravděpodobně třetihorní. Zemní plyn může vznikat také bakteriálním rozkladem živé hmoty nebo anorganicky během tuhnutí magmatu.

Někteří vědci se domnívají, že ropa je anorganického původu a vznikla zpracováním minerálních látek bakteriemi. Jejich hypotéza je založena na tom, že ropu nacházíme i v 10 km hloubkách a někdy dochází k opětovnému naplnění vytěžených ložisek.