Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Geologické výzkumy České geologické služby v Antarktidě

Ostrov Jamese Rosse a přilehlá část Grahamovy země
 |  12. 7. 2012
 |  Vesmír 91, 426, 2012/7

Česká polární stanice J. G. Mendela leží na ostrově Jamese Rosse při severovýchodním výběžku Antarktického poloostrova (obr. 2, rámeček). V jejím okolí se nachází jedno z největších odledněných území Antarktidy. Geologická stavba ostrova je naprosto unikátní. Byla sice předmětem řady studií, především britských a argentinských kolegů, nicméně donedávna scházela podrobnější topografická, natož pak geologická mapa. Jejich pořízení a návazné výzkumy horninových jednotek byly hlavním cílem expedic České geologické služby (ČGS), od roku 2003 financovaných pomocí projektů MŽP č. SB/VaV/660/01/03 a SPII1a9/23/07.

Fosilní záznam druhohorních sedimentů

Druhohorní a paleogenní sedimenty ostrova Jamese Rosse a jeho okolí jsou jedinými mořskými sedimenty tohoto stáří odkrytými na antarktickém kontinentě. Čeští paleontologové pracovali během expedic v letech 2008–2011 nejintenzivněji právě na ostrově Jamese Rosse, ale sbírali a studovali zkameněliny i z ostrovů Seymour, Vega (obr. 5) a z Antarktického poloostrova.

Horniny odkryté na ostrově Seymour jsou místy doslova tvořeny schránkami zkamenělých mlžů a plžů (obr. 6); mezi další významné fosilní bezobratlé patří koráli, hlavonožci (loděnky), ostnokožci (lilijce, hvězdice, hadice, ježovky), ramenonožci, mechovky a korýši. Časté jsou také nálezy zbytků obratlovců: zubů žraloků, kostí kostnatých ryb a místy i kostí několika druhů tučňáků, včetně „gigantických“ forem vysokých až 2 metry a vážících až 135 kilogramů.

Na severu ostrova Jamese Rosse vycházejí na povrch tři jednotky významné z hlediska paleontologických výzkumů: souvrství Whisky Bay, Hidden Lake a Santa Marta. V prvních dvou jsou schránky bezobratlých špatně zachované (převažují vulkanosedimentární horniny), v nejmladším souvrství Santa Marta však dominují jemně klastické sedimenty s mnohem příznivějším zachováním zkamenělin. Typické jsou i polohy s hojnými vápnitými konkrecemi rozmanitých velikostí a tvarů obsahující například dobře zachované schránky amonitů (obr. 8), belemnitů, mlžů, plžů a kelnatek. Mimoto byly nalezeny kosterní pozůstatky mořských plazů (plesiosaurů a mosasaurů), ryb, paryb a vzácně i želv a dinosaurů.

Doba překotného popisování nových fosilních druhů je dávno pryč a paleontologický výzkum se zaměřuje především na paleoekologii, kdy se vědci snaží co nejvěrohodněji charakterizovat prostředí, ve kterém pradávné organismy žily, například hloubku moře a teplotu vody. Získaní amoniti, mlži a plži mají zachovanou původní perleť, která je důležitá pro zkoumání evoluce jednotlivých skupin měkkýšů a umožňuje studium schránek pomocí geochemických metod. Studium bezobratlých živočichů přineslo nečekané výsledky – například se podařilo popsat první fosilní živočišné houby z hornin Antarktidy. Jejich srovnání s podobnými druhy z jiných kontinentů umožnilo vyvodit důležité paleobiogeografické závěry – například určit hloubku sedimentačního prostředí a charakter jejich rozšíření v čase.

Pro negeologickou veřejnost je fascinující paradox, že ačkoliv je dnes Antarktida nehostinným kontinentem se silnou ledovou pokrývkou, mezi nejčastější fosilie, které se zde vyskytují, patří zkamenělé rostliny. Zkamenělé dřevo je ve svrchnokřídových sedimentech ostrova Jamese Rosse a v přilehlé oblasti jednou z nejběžnějších fosilií. Hojná fosilní flóra tak dokládá příznivé klimatické podmínky vysokých zeměpisných šířek. Právě fosilní dřevo, listy a pyl jsou unikátní pokladnicí informací o teplotě, srážkách a sezonnosti klimatu v historické minulosti Země.

Kenozoická vulkanická aktivita ostrova Jamese Rosse

Pánev Jamese Rosse je bohatá na produkty alkalického bazaltového vulkanismu, vázaného na oblast rozpínání za magmatickým obloukem. Vynoření dna pánve, tvořené křídovými sedimenty, nad hladinu moře probíhalo pomalu (v době zhruba před 20–10 miliony let). Koncem miocénu (kolem 7 milionů let) následoval rozvoj vulkanické aktivity současně s postupem zalednění ostrova. Oceánická kůra je zde mělce pod povrchem a křídové sedimenty patrně leží přímo na ní. To mohl být jeden z důvodů, proč zde převládly mohutné výlevy bazaltových láv nad vulkanismem explozivním, produkujícím tufy. Vzniklo několik vulkanických center, jejichž význam a aktivita se měnily v čase.

Vulkanické formy vznikající v zaledněné oblasti se liší od běžných suchozemských. Známy jsou i z ostatních zaledněných území, např. Islandu, kde byl tento typ vulkanismu popsán a byla vysvětlena jeho geneze. Ovšem v případě ostrova Jamese Rosse nemá rozsah a objem bazaltových výlevů ani mocnost ledovcového příkrovu obdoby, navíc v tak dlouhém časovém období, takže zdejší krajina získala zcela unikátní ráz.

Díky vysoké teplotě lávy (asi 1200 °C) led v okolí sopky velmi rychle tál a vznikalo obrovské množství vody. Tvar vulkanických aparátů je ovlivněn úrovní vodní hladiny; jezerní z roztopených ledovců, popřípadě mořské. V interakci s ledem či vodou utuhne prudce zchlazená láva jako sklovitá – hyaloklastická – brekcie, případně ve formě „polštářových láv“. Jakmile dosáhne nad hladinu, přirůstá kužel hyaloklastické brekcie ve směru, kde lávový proud stéká do vody mechanismem podobným ukládání sedimentů v deltách řek. Nejmladší na vzduchu utuhlé části subhorizontálních lávových proudů na nich tvoří pevný příkrov (obr. 7). V případě rozsáhlejších výlevů se z iniciálních vulkanických kuželů postupně vytvoří rozsáhlé mesety. Běžně se opakují dva či více těchto cyklů; tělesa brekcií dosahují mocnosti stovek metrů, v závislosti na mocnosti ledovce, kterou lze pak zpětně odvodit.

Přestávky ve vulkanické aktivitě znamenaly rychlé pohlcení ledovcem a destrukci vulkanického tělesa, zvláště explozivních produktů. To spolehlivě dokumentuje např. ledovcové rýhování na povrchu láv. Odolnější na vzduchu utuhlé lávy, tedy příkrovy meset, chránily před erozí sekvence hyaloklastických brekcií a sedimentů ve svém podloží. Oscilace intenzity vulkanické aktivity a zalednění na okraji Antarktidy poskytuje jednu z možností, jak jejich jednotlivé cykly navzájem srovnat, podrobně členit a datovat na základě stop dochovaných ve vulkanických sekvencích.

Produkty nejstarších fází vulkanické aktivity podlehly většinou ledovcové erozi. Dochovaly se ale jejich přívodní dráhy, patrné v místech po ústupu ledovce. Morfologicky nápadné jsou žíly doleritických bazaltů, které vyvětrávají z křídových sedimentů. Zjistili jsme, že v místech, kudy proudila láva delší dobu, jsou okolní sedimenty vypáleny na kontaktní rohovce. Ty jsou vůči erozi odolnější, a tak se nám podařilo identifikovat další žíly a cylindrické přívodní dráhy, včetně těch, v jejichž centru byly bazalty alterované a rozpadlé.

Vulkanické erupce se na ostrově opakují přibližně každých 100 tisíc let. Probíhají od pliocénu v podstatě do současnosti a nelze je vyloučit ani v budoucnu. Současný vulkanický komplex je považován za štítový vulkán umístěný pod ledovcem v oblasti vrcholu Mt. Haddington (1620 m n. m.).

Vývoj zalednění

Zdrojem informací o dřívějším zalednění jsou ledovcové a ledovcovo-mořské sedimenty, které se na ostrově hojně vyskytují. Nově jsme zde definovali mladomiocenní Mendelovo souvrství (5,9–5,4 milionu let), ve kterém se podařilo doložit střídání období glaciálních, charakterizovaných postupy ledovcových proudů z Antarktického poloostrova, přinášejících eratické bloky hornin (obr. 9), a interglaciálních s plovoucími šelfovými ledovci, které se v nejteplejších obdobích dokonce rozpadaly. Již tehdy kolísala hladina světového oceánu v důsledku nárůstu nebo tání ledovců minimálně o 50 m. V neogenních interglaciálech obývaly mělké partie moří poblíž plujících šelfových ledovců hřebenatky Austrochlamys anderssoni. Jejich schránky byly použity pro stanovení stáří sedimentů pomocí poměru izotopů 87Sr/ 86Sr.

Pro pliocén bylo střídání teplých a studených období již velmi typické. Podle izotopického složení schránek mořských mlžů je zřejmé, že interglaciální období na počátku pliocénu byla poměrně teplá. V severní části ostrova byl zaznamenán značný ústup ledovců a zaplavování okrajových částí mořem. Podobný vývoj je charakteristický prakticky pro celou Antarktidu. Pliocén je také obdobím nejvýznamnější vulkanické aktivity na ostrově Jamese Rosse (především v jeho severní části), jež se střídala s obdobími postupů ledovců a s nimi spjaté eroze.

V kvartéru dominovala chladná období. Na hranici pliocénu a pleistocénu mizí většina druhů a přežívají pouze ty lépe přizpůsobené chladnějšímu prostředí. Glaciály se prodlužovaly a během posledního milionu let již trvaly nejčastěji 100 tisíc let. Díky poklesu hladiny světových oceánů o více než 100 m během glaciálů se obnažil kontinentální šelf, a rozsah zalednění Antarktidy tak byl mnohem větší než dnes. Navíc se zvýšila tloušťka ledovcové čapky ostrova na 300 m (v interglaciálech) až 500 m (v glaciálech). Na sklonku poslední doby ledové došlo k rychlému ústupu ledovců z pevninského šelfu Weddellova moře a v důsledku zvýšení hladiny světového oceánu vznikaly plovoucí šelfové ledovce, jako šelfový ledovec prince Gustava. Pomocí kosmogenního radionuklidu 10Be jsme datovali tuto událost na necelých 13 tisíc let. Místní ledovce se na počátku holocénu významně zmenšovaly, jejich ústup byl před asi 4,5 tisíce let nahrazen neoglaciálním obdobím, které je dobře datováno např. pro ledovec Whisky Glacier, jenž postoupil o 7 km až do zátoky Brandy Bay. V posledních několika stoletích ledovce postupovaly během malé doby ledové. I když neznáme přesný okamžik jejího vyvrcholení na jižní polokouli, můžeme stanovit objemové změny jednotlivých ledovců, od té doby výrazně ustupujících. Obdobně se chovají i okolní šelfové ledovce, které se v posledních 20 letech postupně rozpadly a umožnily v roce 1995 historicky první obeplutí ostrova. V současnosti je okolí ostrova Jamese Rosse jednou z nejrychleji se oteplujících oblastí na Zemi, což umožňuje unikátní geologické výzkumy nově odledněných území a studium jejich postupného osídlování organismy.

Literatura

Košler J. et al.: Combined Sr, Nd, Pb and Li isotope geochemistry of alkaline lavas from northern James Ross Island (Antarctic Peninsula) and implications for back-arc magma formation. Chemical Geology 258, 207–218, 2009.

Nývlt D. et al.: The Mendel Formation: evidence for Late Miocene climatic cyclicity at the northern tip of the Antarctic Peninsula. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 299, 363–384, 2011.

Vodrážka R., Crame A.: First fossil sponge from Antarctica and its palaeobiogeographical significance. Journal of Paleontology 85, 48–57, 2011.

Žák J. et al.: Magnetic fabric and tectonic setting of the Early to Middle Jurassic felsic dykes at Pitt Point and Mount Reece, eastern Graham Land, Antarctica. Antarctic Science 24, 45–58, 2012.

JURSKÝ MAGMATISMUS PŘILEHLÉ ČÁSTI ANTARKTICKÉHO POLOOSTROVA

K poznání nejstaršího vývoje oblasti jsme museli překročit průliv prince Gustava na přilehlou část Antarktického poloostrova (Grahamovy země). Bylo zde zřízeno několik terénních táborů, především v okolí výšiny Camp Hill a zátoky Botany Bay, na mysu Pitt Point a na svazích hory Mt. Reece. Ty byly východiskem pro terénní túry, při nichž byly dokumentovány terénní vztahy, prováděno strukturní měření a odebírány vzorky hornin pro laboratorní zpracování.

Nejstarší a nejběžnější jednotkou jsou slabě metamorfované a silně deformované fylity řazené k Trinity Peninsula Group (perm–trias). Ve spodní juře se na nich usadily kontinentální sedimenty souvrství Botany Bay s hojnými zbytky rostlin a několika uhelnými slojemi. Brzy nato se oblast stala scénou intenzivního kyselého (bohatého na SiO2) vulkanismu, tzv. Graham Land Volcanic Group, jehož svědky jsou mocné uloženiny zpevněného vulkanického popela (tufů), větší ryolitová tělesa i ryolitové žíly. Žíly jsou neobyčejně hojné na mysu Pitt Point a svazích Mt. Reece, kde tvoří systém dvou navzájem kolmých směrů nebo jsou téměř rovnoběžné (obr. 4). Většina hory Mt. Reece (1085 m) je pak budována granity. Produkty vulkanické aktivity jsou geochemicky velmi vyvinuté a dobře porovnatelné nejen mezi sebou, ale i s granity. Zdrojem magmat musela být zralá kontinentální kůra. Datování metodou U–Pb přírůstkových zón drobných krystalů minerálu zirkonu poskytlo nejen přesnou informaci o stáří magmatitů, ale také jejich zdrojů. Zjistili jsme, že prostorově i objemově rozsáhlý vulkanismus byl časově omezen na hranici spodní a střední jury (179–174 mil. let). Intruze granitů plutonu Mt. Reece krátce předcházely (~181 mil. let) i následovaly (~166 mil. let) vulkanismus.

Strukturní studium ukázalo, že bouřlivá magmatická aktivita byla spjata s krustální extenzí (rozpínáním zemské kůry), při které vznikaly poklesové zlomy ohraničující sedimentární pánev Weddellova moře. Mohlo k tomu dojít v riftové zóně, vytvořené během rozpadu superkontinentu Gondwana (oddělování Antarktického poloostrova od jižní Afriky a Jižní Ameriky). Případně v zápolí rodícího se magmatického oblouku, tedy řetězce vulkánů a hluboko pod nimi granitových plutonů, nad místem zanořování (subdukce) protopacifické oceánské desky pod desku kontinentální. Magmatický oblouk byl velmi aktivní především v křídě, přičemž rozpínání za tímto obloukem vedlo k postupnému otevření zaobloukové pánve Jamese Rosse.

STANICE JOHANNA GREGORA MENDELA NA OSTROVĚ JAMESE ROSSE

Česká polární věda se před několika lety dostala do elitní skupiny zemí, které vlastní a provozují antarktickou vědeckou stanici (obr. 3). Počáteční úvahy o jejím vybudování se datují do r. 1997; nakonec bylo zvoleno místo na severním pobřeží ostrova Jamese Rosse (obr. 2). Stanice byla postavena během letních sezon 2005 a 2006 a oficiálně otevřena r. 2007. Hlavní budova slouží k ubytování a práci 15 členů expedice (vědců i techniků); devět kontejnerů tvoří technické zázemí. Je v nich umístěna spalovna odpadů, sklady potravin, paliva a náhradních dílů, dieselagregáty, elektrorozvodna a garáže gumových člunů. V hlavní budově jsou kromě ubytovací a provozní části (kuchyně, jídelny, skladů, sprch, sociálního zařízení, sušárny a dílny) také dvě laboratoře. Kromě digestoří pro přípravu vzorků obsahují i základní laboratorní vybavení pro biologickou a geologickou práci. Energetické nároky stanice kryjí zhruba z poloviny dieselagregáty, zbytek dodávají větrné elektrárny umístěné na kontejnerech a solární panely. Přebytek elektrické energie se ukládá v akumulátorech, které se nejčastěji využívají pro noční provoz stanice. Voda se čerpá z blízkého potoka a drtivou většinu odpadků zlikviduje vysokoteplotní spalovna. Pro kontakt se světem slouží jak radiostanice, tak i satelitní telefony a internetové spojení. Stanici provozuje Masarykova univerzita v Brně a má za sebou bez větších technických problémů již šestou sezonu. Minimálně další čtvrtstoletí by měla sloužit nejen českým vědcům.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Geologie

O autorech

Vojtěch Janoušek

Daniel Nývlt

Bedřich Mlčoch

Radek Vodrážka

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné