Vědy o Zemi II.

Ve snaze vyzrát na druhé se morfologie podrobně zabývala oceánským dnem (třeba proto, aby bylo kam ukrýt ponorky či radioaktivní odpad). Zkoumala se pestrost morfologických tvarů včetně podrobností srovnatelných s podrobnostmi na kontinentech, zjišťovala se role středooceánských hřbetů (jako místa rodící se oceánské kůry), hlubokomořských příkopů (místa pohřbívání kůry do pláště), ale i rozsáhlých abysálních (hlubinných) planin. Interpretace zmíněných morfologických útvarů v geologii kontinentů, pokládaná již za překonanou, byla vzkříšena díky tomu, že pro oceánské dno je použitelná, protože jde o geologický útvar velice mladý (ne starší než 200 milionů let), který není příliš ovlivněn jinými než endogenními procesy.

K odhalení ponorek se užívají magnetometrické metody, aby však bylo možné odečítat signál ponorek, bylo nutné magneticky zmapovat a prozkoumat „přirozené“ magnetické pozadí oceánského dna. Zjistilo se, že existují pruhy shodně magnetizovaných hornin, jež mají vztah ke stáří jednotek oceánského dna, a že magnetické pole Země čas od času mění polaritu. Změna polarity je často provázena změnami ve společenstvech živočichů a korelace jednotlivých magnetizovaných horninových pásů na oceánském dně s jejich stářím poskytla údaje o rychlosti pohybů a tvorby oceánské kůry.

Měřil se tepelný tok na celé Zemi a při tom se ukázala odlišnost geologicky starších od mladších či aktivních oblastí, rozdílnost oceánů a kontinentální či oceánské kůry i nehomogenita rozmístění tepelných zdrojů. Podle toho byly vytvořeny modely, kde zemský plášť „proudí“, je přepracováván a reaguje v zóně na přechodu se zemským jádrem, které je zřejmě zdrojem magnetického pole. Plášťové diapiry, existence horkých skvrn i chladných partií pláště včetně existence chemických nehomogenit v plášti, zjištěná studiem izotopických anomálií hornin oceánského dna – to všechno jsou zjištění, která změnila obraz hlubinné, donedávna „homogenní“ stavby Země.

Experimentální petrologie byla schopna napodobit v diamantových lisech zahřívaných laserovým paprskem podmínky panující na hranici jádra a pláště i v jádře samotném. Podmínky v zóně styku jádra a pláště (zóně D, viz Vesmír 71, 73, 1992/2,) jsou stejně bouřlivé jako v obdobích orogeneze v povrchových částech planety.

Poznatky z magnetiky, seizmiky, meření tepelného toku i magmatických procesů vedly k formulaci základních principů tektoniky litosférických desek. Dnes je to paradigma, které – podobně jako mnoho jiných odvážných myšlenek – muselo být v úvodních prezentacích formulováno jako žert. Od tohoto modelu se odvíjí geovědní myšlení současnosti. Země je na svém povrchu v pevné litosféře rozdělena na řadu desek, které se vzájemně pohybují. Jejich pohyb je ovlivňován prouděním v zemském plášti. To se vysvětluje nejen chemickými a v souvislosti s tím tepelnými (hustotními) nehomogenitami. Plášť se stýká s jádrem a reakce, které se v této oblasti v hloubce 2 900 km odehrávají, jsou zřejmě nejživější geologické procesy. Jsou příčinou vytváření jednotlivých složek zemského tělesa, rozrůznění hmot, které probíhá od vzniku Země dodnes. Procesy v hlubokém plášti jsou odpovědné za horotvorné pochody v zemské kůře, vůbec za její vznik, a dokonce za vytvoření hydrosféry i atmosféry. Z hypotézy se stala pracovní metoda vyhledávání ložisek, například ropy, ale i nebezpečné paradigma, které se snaží o všepostihující obraz.

V Čechách jsme se tomuto konceptu trochu bránili, nejen proto, že většina pozorování přicházela z oborů oceánografických, ale i proto, že jsme byli zakořeněni v tradiční „kladívkové“ geologii pevnin. Ostatně do „východní Evropy“ desková tektonika pronikala tuze pomalu.

Po objevu radioaktivity na konci minulého století bylo zřejmé, že rozpadových konstant radioaktivních prvků lze využít při určování stáří hornin, konkrétně ke stanovení okamžiku, kdy byly „nastaveny“ radioaktivní hodiny. Takovým „nastavením“ je i krystalizace horniny z roztaveného magmatu. Izotopová geochemie, sledující jak stabilní, tak radiogenní izotopy běžných i exotických prvků (a exotických izotopů), umožnila zařadit geologické procesy do chronologických stupnic navzdory tomu, že horotvorné procesy zamíchaly horninami. Stav datování a izotopického stopování původních protolitových materiálů byl u nás donedávna žalostný právě proto, že funkce geologa byla v těchto oborech oddělena od role chemika a fyzika. V systému, kde dostávali v univerzitním studiu budoucí geologové fyzikální a chemický základ, dosáhly metody stanovení stáří a izotopová geochemie obecně pronikavých výsledků. I když dlužno dodat, že metody, kterých bylo v geologii třeba, byly za základním výzkumem v chemii či fyzice padesát let opožděny. Dnes už existují zařízení, kterými lze určit izotopové složení minerálu „in situ“. Lze tak na místě o rozměru několika málo mikronů určit stáří, anebo identifikovat materiál jiné sluneční soustavy.

Analytické metody, zejména ty na spektrometrickém základě, od spekter přirozené radioaktivity přes vyvolanou radioaktivitu po interpretace spekter buzených nejrůznějšími zdroji, vedly k možnosti zjistit v neorganických materiálech obsahy všech prvků v množstvích mnohonásobně nižších, než jsou charakteristické obsahy v zemské kůře. U nás byly tyto metody aplikovány toliko na průmyslové vyhledávací úrovni, a po vzoru sovětské školy měla být nepřesnost a malá reprodukovatelnost dat nahrazena množstvím údajů ke statistickému zpracování. K vylepšení a rozvoji analytických metod přispěl kosmický výzkum pevné hmoty. V úvodních stadiích výzkumu měsíčních hornin byly stejné vzorky poskytnuty mnoha laboratořím ve světě, aniž by bylo sděleno komu. Analytikové se snažili natolik, že metody, byť předtím standardizované, doznaly kvalitativních změn a výsledky neobyčejné opakovatelnosti. Podobným materiálem se staly meteority uložené do té doby v muzeích. Nejenže se muzea stala významnými pracovišti, ale z kosmického materiálu se staly ty nejlepší standardy. Mnoho laboratoří se v této konkurenci neudrželo, na mnoha místech byly kosmické materiály pokládány za cosi nedotknutelného, i to přispělo ke zpoždění moderního výzkumu.

Geologické dění na Zemi i na ostatních planetách se odráží v nuancích obsahů chemických elementů a jejich izotopů v horninách. Ty umožňují dešifrovat procesy podílející se na tvorbě vyvřelých hornin, určit stáří teploty dávných oceánů, stopovat původ vody v horninách, vody, která prošla meteorickým cyklem, anebo takzvané vody juvenilní, která se tvoří v nitru Země. Proto se mnoho klasických geologů přesunulo za laboratorní stoly a k analytickým přístrojům. U nás podle tradice zůstali geologové a geochemici před dveřmi laboratoří jako „badatelští žebráci“ odkázaní na práci chemiků či fyziků. Situace se mění jen pozvolna. Mezi starší generací geologů tato tradice přežívá: geolog potřebuje kladívko, kompas a mapu. Zpoždění za světem bylo až dvacetileté.

Stav datování a izotopického stopování původních protolitových materiálů byl proto u nás donedávna žalostný. V zemích, kde dostávali studenti geologie fyzikální a chemický základ (v anglosaském světě), se podařilo metodami stanovení stáří a izotopové geochemie utřídit časové škály i charakter procesů v nich.

Základem geochemických metod zkoumajících šum ale i zvýšené koncentrace prvků v životním prostředí se staly metody prospekční geochemie: půdní geochemie, metody biogeochemické, hydrogeochemické, atmogeochemické až po studium obsahů prvků v řečištních sedimentech. Z nich se staly základní analytické i interpretační postupy pro hodnocení látkového působení člověka na přirozené „geochemické pole“. Zdá se, že nástup tohoto trendu byl v Čechách na některých pracovištích (v Českém geologickém ústavu) před časem zachycen.

Z analýzy drah těles (mj. pro dokonalé zacílení balistických mezikontinentálních střel) byly určeny základní tíhové charaketristiky Země, tvar zemského tělesa. Zjistilo se, že vznik planetárních systémů není nic neobvyklého a že Země je tuctovou součástí Vesmíru. Má složení podobné meteoritům ze skupiny chondritů a následně i složení kondenzovatelné části našeho Slunce. Země vznikla před 4,5 milardy let akrecí planetezimál, a ty vznikly shluknutím menších tělísek či zrnek kondenzujících z protoplanetární mlhoviny. Země pravděpodobně vznikla „za horka“ a původní teplo bylo výsledkem impaktových srážek a pravděpodobně i krátkodobě trvajících radiogenních izotopů, např. hliníku 27. Zjištění meziplanetárního předsolárního materiálu v meteoritech zřejmě svědčí o tom, že i k „stavbě“ naší planety přispěl materiál existující již před vznikem sluneční soustavy.

Schopnost lidí poznat a určit stáří a postavení Země uvnitř sluneční soustavy spolu s pohledem ze vzdáleného Vesmíru ukázaly Zemi jako zranitelné těleso uprostřed ohromného „temného“ prostoru. Zjistila se jistá výjimečnost a neopakovatelnost Země, daná zejména přítomností vody ve třech skupenstvích, což Zemi poskytuje vynikající teplotní bariéru proti přehřátí. Podmínky na jejím povrchu, blízkost trojnému bodu vody, činí z ní těleso výjimečné. Bude-li ale některá ze tří fází jednoduché sloučeniny smazána z povrchu Země (například roztavením ledu), nastane teplotní kolaps celého systému.

Čím je tedy moderní vědění o Zemi atraktivní pro společnost? Zejména schopností vnímat energetické a materiálové toky – růst kontinentální kůry, vznik hydrosféry a atmosféry a jejich proměny v geologickém čase i z toho vyplývající schopnost vnímat Zemi jako těleso konečné rozměrem, zdroji, energií. A přestože chápu, že každá generace má sklon přeceňovat výsledky své práce, domnívám se, že to bylo právě posledních padesát let, kdy čas oponou trhl, změněn svět, lvi vyhnáni. Jakési skoky či mezníky v myšlení navázaly na poznávání popisné. Proto se mluví o revolucích, proto se přepisují učebnice.

Právě kosmický pohled na planetu Zemi mezi ostatními vesmírnými objekty, schopnost vidět se uprostřed sousedů, se shoduje se začátkem ochranářského hnutí jakožto nového rysu lidské společnosti. Toto globální vidění upozorňuje na skutečnost, že člověk je největším geologickým činitelem současnosti (pohybuje ročně například stejným množstvím materiálu, jakým příroda sama pohybovala ročně za posledních 600 milionů let). Je patrné, že roli největšího činitele v přírodě člověk nehraje tak, aby mohl být považován za integrální součást přírodního dění. Jeho činnost není integrována do žádného z procesů – cyklů, které planeta Země za dobu své existence vytvořila (nadprodukce či nedostatek tepla, přebytek či nedostatek základních komponent atmosféry, hydrosféry, včetně změn ve zvětrávání svrchní části Země, toku chemických elementů do oceánů atp). V mnoha aspektech lidská činnost překračuje pufrovací schopnost prostředí planety Země. Nevole k pochopení těchto rysů je hnacím motorem změn, jež mohou být, a to i v oblasti neživé Země, nevratné.

MIKROTEKTITY ZE SPRAŠE U LUO-CHUANU V ČÍNĚ

Nejstarší zpráva o tektitech (přírodních křemičitanových sklech, viz též Vesmír 71, 137, 1992/3) se vůbec poprvé objevila kolem r. 950, kdy je popisuje Liu Sun a nazývá je lei-gong-mo, černé kameny. Písemná zpráva pochází z časů 5. dynastie Ťiang. Tyto černé kameny sbírali lidé z poloostrova Lej-chou-pan-tao na polích po bouřích nebo silných deštích. Zpráva byla zcela zapomenuta, až si jí všiml Lee Da-Ming, který ji citoval r. 1963. V překladu se tato informace dostala k známému americkému odborníkovi na tektity prof. Virgilu E. Barnesovi, a ten s ní r. 1969 seznámil vědeckou veřejnost v časopisu Earth Science. Tak se stalo, že tektity byly znovu objevovány a zásluha byla přičítána Josefu Mayerovi, profesoru tehdejší pražské univerzity, který r. 1787 poprvé popsal vltavíny, i když jako chrysolity od Týna (míněn dnešní Týn nad Vltavou). Zpráva Liu Suna zůstala po více než tisíciletí ukryta v archivech čínských císařů.

Dnes řadíme čínské tektity, tektity typu Muong Nong a mikrotektity ze sedimentů v příbřežních vodách na jihu Číny (provincie Chaj-nan, Kuan-tung a Kuang-si) k australsko-asijskému pádovému poli o stáří 0,7 milionu let. Australsko-asijské mikrotektity jsou koncentrovány v tenké vrstvě (20 40 cm) sedimentů ze dna Indického a zčásti i Tichého oceánu. Jsou přímo spjaty s paleomagnetickou anomálií Brunhes-Matuyama nebo leží bezprostředně nad ní.

Na 30. Mezinárodním geologickém kongresu v Pekingu (4. 14. srpna 1996) informovali pracovníci Čínské akademie věd Wenzhu Lin, Ziyuan Ouyang a Shijie Wang o objevu 16 mikrotektitů a tří skleněných sférulí (kulovitých útvarů) o průměru od 65 mm do 220 mm, s podstatným obsahem Si a Mg, ve svrchní části spraše u Luo-chuanu. Jde o druhý nález mikrotektitů v kontinentálních usazeninách (po Žamanšinu v severním Kazachstánu) a o první nález mikrotektitů ve spraši. Čínské mikrotektity, popřípadě tektity, pocházejí z horizontu L8 luochuanského profilu a vyskytují se tedy přesně nad BrunhesovouMatuyamovou geomagnetickou hranicí. Jejich stáří je udáváno 0,72 milionu let a zcela koresponduje se stářím australsko-asijských tektitů a mikrotektitů. Byly použity metody ⁴⁰Ar ³⁹Ar a štěpení atomového jádra.

Objev mikrotektitů, popřípadě tektitů nebo kousků impaktového skla ze spraše u Luo-chuanu v jižní části pouště Gobi posouvá hranici australsko-asijského pádového pole o 1 500 km na sever. To má velký význam nejen pro vlastní ohraničení pádového pole, ale pro určení původu a vzniku australsko-asijských tektitů a mikrotektitů.Uvedení autoři při studiu těchto přírodních skel nalezli rovněž způsob, jak efektivně odlišit impaktová skla (vznikající při dopadu meteoritů) včetně tektitů od skel vulkanických. Řídili se nejen prostředím vzniku skla, což je obecně známé, ale navíc použili infračervenou spektroskopii. Pomocí infračervených spekter bezpečně rozlišili dva druhy skel, která se vzájemně liší stupněm neuspořádanosti, což je dáno podmínkami jejich vzniku. Na základě těchto studií se rovněž zjistilo, že diaplektická skla (skla nevznikající roztavením, ale extrémním rozdrcením) mohou vznikat pouze při energeticky více zatížených meteoritových dopadech, při šokových experimentech a nukleárních explozích.