Tomáš Lehotský, Martin Faměra, Lukáš Műller

GEOLOGIEA PALEONTOLOGIEGEOLOGIEA PALEONTOLOGIE

BADATELSKY orientovaná výuka

Laboratorní a terénní cvičení

EDICE: Badatelsky orientovaná výuka

Laboratorní a terénní cvičeníGEOLOGIE A PALEONTOLOGIE

Tomáš Lehotský, Martin Faměra, Lukáš Műller

Olomouc 2015

Univerzita Palackého v OlomouciPřírodovědecká fakulta

Neoprávněné užití díla je porušením autorských práv a může zakládat občanskoprávní,správněprávní, popř. trestněprávní odpovědnost.

1. vydání

© Tomáš Lehotský, Martin Faměra, Lukáš Műller, 2015Illustrations © Marcel Vrbas, Kateřina Hufová, 2015© Univerzita Palackého v Olomouci, 2015

ISBN 978-80-244-4594-6

Publikace vznikla za podpory projektu OPVK s názvem Soubor materiálůk badatelským aktivitám žáků ZŠ a SŠ v přírodních vědách,reg. č. CZ.1.07/1.1.00/26.0032.

Recenze: Ing. Zdeňka Jirásková, RNDr. Jana Dobroruková

OBSAH

Úvod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1. Mapa a geologická mapa 1.1 Práce s mapou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2 Vrstevnice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3 Voda v krajině . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.4 Práce s geologickou mapou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2. Mineralogie 2.1 Minerály . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2 Krystalografi cké mřížky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.3 Vznik krystalů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.4 Fyzikální vlastnosti minerálů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.5 Tvrdost a hustota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.6 Soudržnost nerostů. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.7 Zkouška barvení plamene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.8 Boraxové a fosforečné perličky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.9 Rozlišovací zkoušky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3. Petrologie 3.1 Horniny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.2 Vlastnosti hornin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4. Paleontologie 4.1 Vůdčí (indexové) fosilie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.2 Druhy fosilií . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.3 Sběr a preparace mikrofosilií . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.4 Pozorování fosilií korálů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.5 Pozorování fosilií nummulitů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.6 Pozorování fosilií trilobitů a jejich srovnání s recentními korýši . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.7 Pozorování fosilií lilijic a graptolitů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.8 Pozorování fosilií karbonských rostlin a jejich srovnání s recentními zástupci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.9 Pozorování fosilií amonitů a jejich srovnání s recentními loděnkami . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

5

ÚVOD

Vážení čtenáři,v rukou držíte soubor tří desítek laboratorních prací z geologie a paleontologie, z nichž všechny obsa-hují několik různých experimentů souvisejících s daným tématem. Celkem lze v publikaci najít více jak 150 experimentů pokrývajících celé učivo geologie a paleontologie základní a střední školy. Společným jmenovatelem všech cvičení je badatelsky orientovaný přístup k řešení problémů – žákům není často předkládán kompletní postup prací, nicméně je ponechán prostor pro navržení řešení, resp. postupu prací, či výběr a modifi kaci strategie řešení. Úlohy obsažené v knize jsou různé obtížnosti – od úloh pro začátečníky (žáky základních škol) až po středoškolské experty. Úlohy jsou sestaveny do kapitol, které odpovídají rámcovým vzdělávacím programům a je pouze na vyučujícím daného předmětu, aby vhodné úlohy vybral, resp. upřesnil pasáže, které budou odpovídat dané hodinové dotaci. Jednotlivá témata byla volena tak, aby nesla alespoň minimální motivační potenciál, který může být kvalitní prací učitele dále rozvíjen. Pro ty (žáky nebo učitele), kteří se budou zajímat o další detaily související s jednotlivými úkoly, jsou vždy důsledně uvedeny použité zdroje literatury, resp. je uveden odkaz na vhodné související publikace, či texty.

Z vlastní zkušenosti víme, že pokud žáci přicházejí do styku s badatelsky orientovanými úlohami, jsou v laboratorním praktiku více aktivní, pamatují si větší množství vědomostí i prováděných aktivit. Tento způsob práce klade zvýšené nároky na práci učitele – jednak při přípravě na praktika, ale také při vlast-ním cvičení, kdy by měl vystupovat v roli poučeného průvodce, který dokáže vytvářet mantinely pro žákovské experimenty a který dokáže pružně reagovat na dotazy svých studentů. Zvýšené úsilí ovšem dříve, či později přinese ovoce ve formě žáků, kteří budou důkladněji rozumět tomu, co ve škole dělají.

Každé cvičení obsahuje přehlednou hlavičku, ve které je uveden odhad času nutného k vypracování laboratorní práce a zodpovězení otázek k jednotlivým úkolům. K odhadu času je třeba přistupovat s ohledem na danou konkrétní skupinu žáků. I když uvedené časy plynou z našich testování jednotlivých textů, v různých školách se mohou dle schopností žáků lišit. V hlavičce následují informace o odhadu obtížnosti (která může být –opět s ohledem na skupinu – značně variabilní), určení, zda je text vhodný pro žáky základních (12–15 let) či středních škol (15–18 let) a poslední skupinou symbolů je doporučené prostředí vhodné pro konání cvičení:

– učebna

– laboratoř

– příroda

Potřebné pomůcky, motivační prostředky a další detaily ke kvalitní pedagogické praxi může čtenář najít na přiloženém DVD v přehledných tabulkách.

Pevně doufám, že náš soubor námětů do laboratorních cvičení z geologie s paleontologií vhodně doplní výuku přírodních věd na základních a středních školách a stane se používanou pomůckou. Přejeme vám příjemnou práci s naší knihou!

Lukáš Műller, editor

7

90 min.

1.1 Práce s mapou

Práce s mapou patří k základním dovednostem nejen mapujícího geologa, ale i např. lesníků, biologů, stavebních inženýrů, vojáků, nebo jen obyčejných turistů. I když se dnes můžeme snadno orientovat pomocí GPS navigací, s mapou se setkal snad každý, mohou nám usnadnit práci, anebo zkrášlit váš pokoj.

Slovo mappa pochází z punského výrazu označujícího kousek plátna nebo ubrousek. Defi nice mapy po-dle ČSN (České státní normy) říká, že mapa je zmenšený generalizovaný konvenční obraz Země, nebeských těles, kosmu či jejich částí, převedený do roviny pomocí matematicky defi novaných vztahů (kartografi ckým zobrazením), ukazující podle zvolených hledisek polohu, stav a vztahy přírodních, socioekonomických a technických objektů a jevů. V případě, že je mapa zobrazena na kouli, nazývá se glóbus. Mapa je mo-delem reálného světa, ale ne dokonalým obrazem skutečnosti. V mapách lze některé jevy potlačit, nebo naopak zdůraznit.

Vedle matematických prvků (zeměpisných souřadnic, měřítka a mapového rámu), je na mapách znázor-něn i polohopis, výškopis a popis mapy. Polohopis znázorňuje vzájemnou polohu objektů na zemském povrchu, a to nezávisle na tvaru terénu (reliéfu). Výškopis vyjadřuje výškové členění krajiny pomocí vrstevnic, výškových bodů, stínování a barevných vrstev. Ostatní obsah mapy je vyjádřen různými typy písma, které se liší velikostí, sklonem a tvarem.

Mapy dělíme zejména podle jejich měřítka, ve kterém jsou konstruovány, podle jejich obsahu a účelu. Podle měřítka se geografi cké mapy rozlišují na: a) mapy velkého měřítka – do 1 : 200 000 (kam patří plány a topografi cké mapy), b) mapy středního měřítka – mapy v rozsahu 1 : 200 000 až 1 : 1 000 000, c) mapy malého měřítka – nad 1 : 1 000 000. Podle obsahu dělíme mapy na: a) mapy s topografi ckým obsahem, které znázorňují přírodní a společenské jevy. Mezi ně patří podrobné mapy velkých měřítek (do 1 : 5 000, tj. mapy katastrální), topografi cké mapy pro potřeby státu (podrobné mapy velkých a středních měřítek v rozsahu 1 : 10 000 až 1 : 500 000), obecně geografi cké mapy (přehledné mapy převážně malých měřítek, které jsou obsaženy v atlasech světa), b) mapy tematické, u kterých slouží topografi cký podklad pouze pro hrubou orientaci a dominantní náplní mapy se stává tematický obsah (např. mapy geologické, me-teorologické, turistické, dějepisné, atd.). Podle účelu dělíme mapy na: a) vědecké, b) vojenské, c) školní, d) mapy pro hospodářskou výstavbu a d) na atlasy.

Úkol č. 1: Zeměpisné souřadnice

Pro znázornění objektů na mapách je nutné znát jejich polohu na zemském povrchu. Poloha objektů se určuje pomocí zeměpisných souřadnic – zeměpisné šířky a zeměpisné délky. Zeměpisná šířka [φ; ve stupních] je úhel mezi rovinou rovníku a spojnicí středu Země a bodem na zemském povr-chu (přesněji normálou v tomto bodě; obr. 1). Zeměpisná šířka je úhel v rozsahu od 0° na rovníku do 90° na pólech (90° S nebo 90° J). Spojnice všech bodů se stejnou zeměpisnou šířkou nazýváme rovnoběžkou. Body, které leží na severní polokouli (tj. severně od rovníku) mají severní zeměpisnou šířku (s. š.), body na jižní polokouli (jižně od rovníku) mají jižní zeměpisnou šířku (j. š.).

8

Zeměpisná délka [λ; ve stupních] je úhel mezi dvěma poledníky – základním a místním. Zá-kladní poledník prochází hvězdárnou v Greenwichi v Londýně, místní poledník určovaným bodem. Body, které leží východně od nultého poledníku (tj. na východní polokouli až do hodnoty 180°) mají zeměpisnou délku východní (kladnou; v. d.). Body, které leží západně od nultého poledníku (tj. na západní polokouli až do hodnoty 180°) mají zeměpisnou délku západní (zápornou; z. d.). Poledník spojuje všechny body stejné zeměpisné délky a nastává na něm všude současně poledne.

Obr. 1: Zeměpisná šířka a zeměpisná délka

Otázky a úkoly:1. Ve školním atlasu světa určete pomocí zeměpisných souřadnic polohu následujících míst na zemi:

a) Valletta (Malta); b) Mimoň; c) Suva (Fidži); d) Bandar Seri Begawan (Sultanát Brunej); e) Sněžka; f) Kilimanžáro; g) N´Djamena (Čad)

2. Ve školním atlasu světa najděte pomocí zeměpisných souřadnic následující místa na zemi:a) 30°5´ s. š. a 31°8´ v. d.; b) 35°35´ j. š. a 58°22´ z. d.; c) 44° 25´ s. š. a 26°6´ v. d.; d) 59°56´ s. š. a 30°16´ v. d.; e) 10°30´ s. š. a 66°56´ z. d.; f) 16°30´ j. š. a 68°9´ z. d.; g) 23°8´ s. š. a 82°23´ z. d.

Úkol č. 2: Měřítko mapy

Jako podklad ke konstrukci geologických map slouží topografi cké mapy různých měřítek. Základní geologické mapování probíhá do topografi ckých map v měřítku 1 : 10 000, které jsou podle potřeby skreslovány do ofi ciálních a nejběžněji používaných měřítek 1 : 25 000 a 1 : 50 000, a to ve dvou sériích, a) geologické mapy zakryté, b) geologické mapy odkryté. V prvním případě, u geologic-kých map zakrytých, jsou kromě předčtvrtohorních útvarů rozlišeny i útvary kvartérní, pokud jejich mocnost přesahuje 2 m. Na geologických mapách odkrytých je znázorněno území pouze s předčtvrtohorními útvary.

9

Otázky a úkoly:1. Dvě města, např. Telč a Český Krumlov, jsou od sebe ve skutečnosti vzdálená vzdušnou čarou

95 km. Určete měřítko map, ve kterých jsou od sebe tato města vzdálená a) 8 cm, b) 5 cm.2. V mapě 1 : 40 000 000 jsou dvě města od sebe vzdálená 15 cm. Jak vzdálená jsou od sebe ve sku-

tečnosti?

Úkol č. 3: Měření délek na mapách

Měřením na mapách lze získat údaje délkové, výškové nebo plošné. K měření délek na mapách používáme nejčastěji prizmatické měřítko, které má na skosených stěnách vyryty stupnice v růz-ných měřítkách. Často se k měření délek používá odpichovátko nebo proužek papíru, na který se délky poznamenávají čárkami. Odpichovátko nebo proužek papíru se pak přikládá ke grafi ckému měřítku, které je vytištěno na spodním okraji mapy.

Měření skutečné délky na vrstevnicové mapěPři měření délek musíme mít na zřeteli, že všechny délky jsou v mapě redukovány na jejich vo-dorovný průmět. U vodorovné roviny jsou délky stejné jako na modelu krajiny nebo zmenšené oproti skutečnosti podle měřítka mapy. U skloněného terénu jsou délky v mapě kratší v porovnání s délkami, které naměříte po svahu na modelu krajiny. Rozdíl délek v mapě a ve skutečnosti je tím větší, čím je terén výškově členitější. V případě, že znáte výškový rozdíl (v) počátku a konce úsečky (průmětu), kterou chceme měřit a její délku v mapě (d), můžeme skutečnou délku (s; obr. 2) vy-počítat podle vztahu:

s = √d2 + v2

V případě, že máte k dispozici údaj o svahovém úhlu α, vypočtete skutečnou délku pomocí vztahu:

s = d nebo s = vcos α sin α

Pro určení skutečné délky lze použít i grafi cké metody, při které zkonstruujete pravoúhlý trojúhelník tvořený průmětem úsečky (z), skutečnou délkou úsečky (s) a kolmicí (v) k základně.

Obr. 2: Určení skutečné délky při znalosti výškového rozdílu dvou bodů

Měření délky křivek v mapě pomocí odpichovátka a křivkoměruNejjednodušším způsobem měření délky obecných křivek v mapě je použití odpichovátka (kružítko se dvěma hroty). Vzdálenost hrotů odpichovátka volte vždy tak, aby se tětivy této délky i u nejzakři-venějších křivek minimálně odchylovaly od oblouku. Jinak řečeno, čím menší délku v odpichovátku

10

zvolíte, tím přesnější bude vaše měření. Výsledná přibližná délka křivky je výslednicí součtu jed-notlivých délek v odpichovátku. Pro měření delších křivek (komunikace, vodní toky, atd.) je vý-hodnější použít křivkoměr.

Otázky a úkoly:1. Libovolným způsobem určete délku Hrušového potoka na mapě a vypočítejte jeho skutečnou

délku a délku v mapě v měřítku 1 : 75 000.2. Podle mapy určete výpočtem skutečnou vzdálenost mezi body A a B.3. Vezměte si mapu svého města a najděte dům, ve kterém bydlíte, a školu, do které chodíte (jezdíte).

Některou z uvedených metod co nejpřesněji určete vzdálenost školy a vašeho bydliště. Shoduje se zjištěná hodnota se skutečností?

Úkol č. 4: Měření ploch na mapách

Při práci s mapou se můžete setkat se situací, kdy je nutné znát plochu nějakého útvaru, např. ryb-níka, sídla, lesa, nebo v geologii při výpočtu zásob nerostných surovin a tak podobně. S různým stupněm přesnosti můžete použít několika metod: a) měření geometrické, b) měření síťkami (pa-letkami), c) měření lineární síťkou (nitkovým planimetrem) a d) měření polárním planimetrem. Z důvodu praktičnosti a jednoduchosti jsou zde popsány první dvě metody měření.

a) Při geometrickém měření ploch (obr. 3a) je nezbytné složité, křivkově omezené plochy v mapě nahradit jednoduššími tvary – mnohoúhelníky (obdélníky, trojúhelníky, kosočtverce, aj., jejichž plochu lze snadno vypočítat podle obecně známého vzorce. Při výpočtu plochy území pomocí mnohoúhelníků dochází k odchylkám od skutečné rozlohy plochy, a proto je dobré studované území rozdělit na mnohoúhelníky vícekrát, vždy jiným způsobem a z dosažených výsledků vypo-čítat aritmetický průměr.

b) Měření čtvercovou síťkou (obr. 3b) se provádí pomocí síťky na průsvitném materiálu (sklo, pau-zovací papír, aj.). Síťka může být např. v cm nebo v měřítku mapy, se kterou pracujete. Síťku přiložte libovolným způsobem na měřený objekt (les, sídlo, ložisko nerostných surovin atp.) a spočítejte počet čtverců, které objekt kryjí. Okrajové čtverce, které zasahují na objekt jen částečně, sečtete a vydělte dvěma, neboli počítáte je jako ½. Celková plocha objektu je součtem čtverců uvnitř ložiska a polovin čtverců, které jsou při okrajích objektu. Pro zjištění co nejpřesnější plochy objektu postup několikrát opakujte a výslednou plochu spočítejte jako aritmetický průměr jednotlivých měření. Postupovat můžete i tak, že hranice objektu, jehož plochu zjišťujete, překreslíte na pauzovací papír, který následně přiložíte přes papír milimetrový. Další postup už znáte.

c) Bodová síťka (obr. 3c) vznikne zjednodušením čtvercové síťky na jednotlivé uzlové body (středy nebo vrcholy čtverců). Počet uzlových bodů, které se vyskytují v měřeném objektu, vynásobíte plochou jednoho čtverce sítě. Pro přesné určení plochy objektu měření opět několikrát opakujte při jiné orientaci sítě a opět spočítejte aritmetický průměr z jednotlivých měření.

11

Obr. 3: Znázornění měření ploch pomocí a) geometrického měření plochy, b) čtvercové síťky, c) bodové síťky

Otázky a úkoly:1. Různými metodami určete plochu lesa Smrčina (např. v cm2; mapa XYZ v měřítku 1 : 25000),

který leží cca 1 km východně od obce Horní Loděnice. Porovnejte výsledky získané jednotlivými metodami.

2. Jakou rozlohu má les Smrčina ve skutečnosti?

Úkol č. 5: Azimut

Práce s azimutem je v geologické praxi velice používána, zejména při geologickém mapování, a to buď při orientaci v terénu, nebo při měření geologických struktur geologickým kompasem. Azimut je orientovaný úhel mezi severem a libovolným směrem (směr pochodu, směr pozorovanému objektu na obzoru, atp. Azimut měříme vždy od severu po směru hodinových ručiček (obr. 4) a udáváme jej ve stupních. K měření azimutu se používá nejčastěji buzola, ale lze použít i kompas, a to i geologický.

Obr. 4: Způsob měření azimutu při cestě z bodu A do bodu B a zpět

Otázky a úkoly:1. Udejte ve stupních azimuty hlavních světových stran – S, V, J, Z a SV, JV, JZ, SZ. Azimuty vyneste

z jednoho bodu jako přímky. Pozn.: K vynášení azimutů je nezbytné zakreslit nejprve severojižní směr, protože azimut je vždy vztažen k tomuto základnímu světovému směru!

12

2. Z jednoho bodu vyneste jako přímky následující azimuty: 10°, 45°, 70°, 135°, 200°, 225°, 240°, 315°, 330° a označte je zkratkami českých názvů světových stran.

3. Kompasem nebo úhloměrem změřte azimuty a1, a2, a3, a4 pochodové trasy 1–4 na přiložené vrstevnicové mapě. Vypočítejte nebo změřte hodnoty azimutů a5, a6, a7, a8 pro zpáteční cestu na nádraží.

Úkol č. 6: Určení vlastního stanoviště metodou protínání vzad

Při pohybu neznámým terénem si ne vždy můžete být jistí vaší aktuální polohou. V tomto případě určíte svou pozici jednoduchou metodou protínání vzad. Z vašeho místa (obr. 5; S) vyhledejte v terénu dva výrazné body A a B (může to být například věž kostela, vysílač, křižovatka, železniční stanice, boží muka, aj.) a změřte jejich azimut a1 a a2 směrové přímky p1, p2. Následně najděte v to-pografi cké mapě bod B a bod B. V těchto bodech určete severojižní směr a azimut, který jste změřili kompasem (na obr. 5 jsou to azimuty a1́ a a2́). Vyznačené azimuty a1́ a a2́ jsou shodné s azimuty a1 a a2, které jste změřili kompasem. Z bodu A a B protáhněte v daných azimutech přímku směrem zpět. V bodě, ve kterém se obě přímky protnou, je vaše stanoviště (S).

Obr. 5: Princip metody protínání vzad

Otázky a úkoly:Metodou protínání zpět určete svou přesnou polohu:Stanoviště 1: leží přibližně 2 km VSV od školy v obci Horní Loděnice. V terénu jste naměřili azimut a1 = 65° kóta 592 Holubí vrch, a2 = 173° kóta 604 Rýžoviště.Stanoviště 2: leží asi 1 500 m severně od východního okraje obce Horní Loděnice. V terénu jste naměřili azimut a1 = 123° křižovatka cest mezi obcemi Horní Loděnice a Moravský Beroun (kóta 584), a2 = 170° kóta 560 při jižním okraji obce Horní Loděnice.Stanoviště 3: leží v západním svahu, přibližně 800 m jižně od obce Moravský Beroun. V terénu jste naměřili azimut a1 = 265° železniční stanice v Ondrášově (výchozí bod úkolu č. 12), a2 = 210° kóta 521 soutok potoků.

Poznámky:

13

120 min.

1.2 Vrstevnice

Vrstevnice (izohypsy) jsou křivky, které spojují místa se stejnou nadmořskou výškou. V místech, kde jsou vrstevnice na mapě hustěji u sebe, je v terénu svah strmější. Výškový rozdíl mezi dvěma sousedními vrstevnicemi určuje ekvidistance (základní interval vrstevnic). V mapě se u vybraných základních nebo zdůrazněných vrstevnic uvádí nadmořská výška. Popis se provádí buď přímo do mapového pole, nebo do rámu mapy. Vždy je třeba dodržet tzv. pravidlo hlava-pata. Hlava popisu (horní část číslic) směřuje nahoru k vrcholu kopce, pata popisu směřuje dolů, ve směru, kterým klesá nadmořská výška.

Úkol č. 1: Tvorba plastické mapy

Pokud máte k dispozici podrobnou topografi ckou mapu (nebo mapu vrstevnicovou), můžete se pustit do tvorby plastické mapy z lepenky. K tvorbě plastické mapy vyberte vhodné místo na mapě – pěkně lze znázornit vrchy a kopce s nějakými roklinami, vodními toky apod. Postupujte následovně:

1. Vyberte vhodnou část mapy, každou vrstevnici obkreslete (třeba přes skleněný stolek, pod který si dejte lampičku) na bílý papír. Stejně postupujte i s dalšími vrstevnicemi.

2. Nakreslené plochy vymezené vrstevnicemi vystřihněte a poté obkreslete na kartón (lepenku). Z lepenky každý obkreslený tvar vystřihněte.

3. Až budete mít z kartonu vystřižené všechny tvary, poskládejte je ve správném pořadí na sebe. Kartonové díly slepte vhodným lepidlem.

4. Povrch kartonů si můžete pomalovat a popř. popsat

Úkol č. 2: Určování sklonu svahu

Sklon svahu lze z vrstevnicové mapy určit v libovolném místě a směru následujícím způsobem. Zvolte si dva body A a B, mezi kterými chcete určit velikost sklonu, a určete rozdíl jejich nadmoř-ských výšek (v). Změřte vzdálenost (z) mezi oběma body. Sklon svahu a vypočítejte podle vztahu:

tan α = v , neboz

při sklonu svahu do 25° lze použít přibližný vzorec :

α = v ∙ 60z

Např.: Mějme mapu v měřítku 1 : 50 000, vzdálenost mezi vrstevnicemi o výšce 200 a 400 m (v = 200 m) jsme změřili na 2 cm, to je 1 000 m (z = 1 000 m), je poměr h : z = 1 000 : 200 = 5; poměr stoupání je tedy 1 : 5, což odpovídá cca 11 stupňům.

14

poměr vzdále-nosti k výšce úhel procenta

stoupání popis

1 : 10 6° 10 % snadná chůze

1 : 5 11° 20 % stoupání do běžného kopce, u silnice prudký svah

1 : 4 14° 25 % strmá stezka, maximální svah s jakým se lze shledat u silnice

1 : 3 18° 33 % obtížný výstup

1 : 2 27° 50 % velmi prudký a neschůdný svah, stezka bude pravděpodobně zahrnovat schody a serpentiny

1 : 1 45° 100 % extrémě prudký svah pro lezení, při výstupu nutno používat i ruce

Určení sklonu svahu sklonovým měřítkemV případě, že máte k dispozici sklonové měřítko (obr. 1), určíte sklon svahu v libovolném bodě mapy následujícím způsobem. V místě, kde chcete znát sklon svahu, vezmete do odpichovátka kol-mou vzdálenost mezi vrstevnicemi, nebo si tuto vzdálenost poznačíte na okraj papíru. Na stupnici sklonového měřítka porovnejte délku v odpichovátku (papíru) s délkou svislé úsečky. Sklon terénu vyjadřuje číselné označení příslušné úsečky.

Obr. 1: Určení sklonu svahu pomocí sklonového měřítka

Otázky a úkoly:Vyberte v přiložené mapě svahy s různým rozestupem vrstevnic a vypočítejte jejich sklon. Porov-nejte, jak se jednotlivé sklony svahů liší!

Úkol č. 3: Lineární interpolace

Pro konstrukci vrstevnic v topografi cké (vrstevnicové) mapě je nezbytně nutné znát nadmořské výšky co možná největšího množství bodů. Protože není možné tuto podmínku splnit, je nutné nadmořskou výšku ostatních bodů dopočítat, a to metodou lineární interpolace. Tuto metodu

15

využívají i některé moderní a vysoce sofi stikované počítačové aplikace, které jsou po zadání série číselných údajů schopné sestrojit 3D model území nebo např. dna rybníka nebo koryta řeky. Lineární interpolaci lze provést např. následovně: V červené mřížce (viz přiložená vrstevnicová mapa) tvo-řené 9 čtverci o rozměrech 4 × 4 cm určete pro každý uzlový bod mřížky jeho nadmořskou výšku, tj. celkem 16 uzlových bodů a 16 nadmořských výšek. Nadmořskou výšku uzlového bodu určete podle podkladové topografi cké mapy (nadmořská výška uzlového bodu odpovídá nadmořské výšce vrs-tevnice na které bod leží nebo vrstevnice nejbližší). Dále vypočítejte průměrnou nadmořskou výšku pro každý dílčí čtverec mřížky (aritmetrický průměr nejvyšší a nejnižší nadmořské výšky v každém dílčím čtverci). Tuto hodnotu po zaokrouhlení na celé číslo vepište k průsečíku úhlopříček čtverce (obr. 2). Do mřížky zakreslete pro jednoduchost pouze největší vodní tok protékající územím a opět určete nadmořské výšky průsečíků toku s mřížkou. Samozřejmě, že můžete zakreslit více vodních toků, ale práce pak bude složitější. A nyní můžete začít interpolovat: Délku strany A–B (obr. 2) v milimetrech vydělte absolutním rozdílem nadmořských výšek uzlových bodů (A = 395, B = 425; tj. 40 mm/[395 − 425] = 40/30 = 1,3 mm). Výsledek 13 mm znamená změnu nadmořské výšky o 1 m (na vzdálenost 13 mm se změní nadmořská výška o 10 metrů). Stejně postupujte u úhlopříček díl-čích čtverců. Ale pozor! Vzdálenost bodů A a C je jiná než vzdálenost bodů A a B! V případě, že se kříží s mřížkou vodní tok, interpolují se vzdálenosti od uzlového bodu k toku zvlášť (samostatně interpolujeme vzdálenost bodu C k řece a zvlášť vzdálenost bodu D k řece). Jednotlivé vrstevnice vyznačíme mezi uzlovými body v závislosti na základním intervalu vrstevnic (ZIV; obr. 2), který je uveden u měřítka podkladové mapy. Např. je-li ZIV 5 m, vynášíte mezi body A a B vrstevnice s nadmořskou výškou 400, 405, 410, 415, 420 m. Obdobně postupujte i u úhlopříček. Nakonec spojte body se stejnými hodnotami nadmořských výšek, čímž vzniknou výsledné vrstevnice.

Obr. 2: Dílčí čtverec mřížky s vyznačenými uzlovými body a uvedenými nadmořskými výškami. Krátkými úsečkami kolmými na úhlopříčky a hrany čtverce jsou naznačeny vypočtené vrstevnice se základním inter-valem vrstevnic 5 metrů.

Otázky a úkoly:Vytvořte vrstevnicovou mapu území, které je na přiložené vrstevnicové mapě vyznačeno zeleným čtvercem. Interpolujte pouze síť, která je tvořena červenými liniemi, každý čtverec sítě má rozměry 4 × 4 cm. Ve vyznačeném území si vyberte vodní tok, který do mapy zahrnete. Liší se průběh vrs-tevnic vaší mapy oproti mapě podkladové?

16

Úkol č. 4: Tvorba topografi ckého profi lu (řezu)

Při konstrukci topografi ckého profi lu postupujeme následujícím způsobem. Nejprve si na okraj čistého papíru poznačte nadmořské výšky průsečíků jednotlivých vrstevnic a linie profi lu. Vodo-rovná osa kresleného profi lu je shodná s linií řezu, která je zakreslena v mapě v měřítku 1 : 25 000 a omezena body A a B (viz přiložená vrstevnicová mapa). Na tuto osu přeneste nadmořské výšky průsečíků vrstevnic a linie řezu, které jste odečetli z mapy a poznačili si je na okraj papíru. Nyní vytvořte vertikální měřítko profi lu. V případě členitého reliéfu volíme měřítko vertikální osy shodné s měřítkem osy horizontální (nepřevýšený profi l). U méně členitého reliéfu bude verti-kální osa převýšená, tzn., že měřítko vertikální osy se neshoduje s měřítkem osy horizontální. V závislosti na členitosti terénu lze volit měřítko 2×, 4× a i vícekrát převýšené. Vertikální osu vytvoříte např. následovně: Určíte rozdíl nejvyšší a nejnižší nadmořské výšky mezi body A a B (např. ymax = 456 m n. m.; ymin = 211 m n m.; ymax − ymin = 456 − 211 = převýšení 245 m). Skutečné převýšení 245 m v mapě bude potom rovno např. 5 cm na vertikální ose profi lu. Pomocí trojčlenky vypočítejte dílky stupnice vertikální osy.

Z bodů vynesených na vodorovnou osu vztyčujte kolmice. Tam, kde se vám protne kolmice s linií určité nadmořské výšky, udělejte značku (např. křížek). Nakonec všechny značky (křížky) pospojujte a získáte křivku topografi ckého profi lu. Pro větší přehlednost, zpestření a názornost si do vytvo-řeného profi lu můžete vyznačit místo vašeho bydliště, významné komunikace nebo vodní toky.

Otázky a úkoly:1. Podle návodu vytvořte topografi cký profi l územím mezi body A a B v přiložené topografi cké

mapě. 2. S využitím turistické nebo katastrální mapy z okolí vašeho bydliště zkonstruujte topografi cký

profi l zajímavým územím ve vašem okolí. Čím členitější krajinu vyberete, tím zajímavější bude výsledný profi l.

3. Vypočítejte celkové převýšení na profi lové linii mezi body A a B. Celkové převýšení získáte sečtením všech stoupání mezi body A a B.

Poznámky:

17

90 min.

1.3 Voda v krajině

Počátek vodního toku je tvořen pramenem, který ve vývoji říčního údolí představuje tzv. svrchní erozní základnu. Ústí toku označuje tzv. spodní erozní základnu. Pokud vodní tok ústí do průtočného jezera nebo uměle vybudované nádrže (např. přehrada), vytváří se dílčí erozní základna. Důležitým znakem, který charakterizuje vývoj říčního údolí, je spádová křivka. Je to křivka, která spojuje jednotlivé body údolního dna od pramene k jeho ústí. V případě, že se spád toku snižuje plynule, má křivka tvar pravi-delný, vyrovnaný. Častěji bývá křivka nevyrovnaná, s tvarem zvlněným, kdy se střídají úseky vodního toku s vyšším a nižším spádem. V říčním údolí se vyskytují peřeje, skalní prahy a jiné nepravidelnosti, úseky s rozšířenou údolní nivou a zvýšenou mocností říčních (aluviálních) sedimentů. Vznik skalních stupňů v řečišti bývá nejčastěji podmíněn tektonicky, někdy se projevuje i různá odolnost hornin skalního podloží. Vývoj každého říčního údolí směřuje k dosažení tzv. profi lu rovnováhy, při kterém se schopnost proudící vody rovná objemu zvětralin přítomných v příslušném úseku toku. Vodní proud neeroduje podloží a ani neakumuluje sedimenty.

Úkol č. 1: Konstrukce spádové křivky

Spádová křivka je průsečíkem svislé roviny s geografi ckou plochou tj. reálným povrchem, po kterém vodní tok stéká. Spádovou křivku vodního toku sestrojíme jednoduše následujícím způsobem:

1. Na osu x (měřítko osy udáváme v kilometrech) nanesete vzdálenost vodního toku od pramene k ústí. K určení vzdálenosti použijte odpichovátko nebo papírové měřítko.

2. Na svislou osu y (měřítko osy je v metrech) vyneste nadmořskou výšku, kterou určíte z vrstev-nicové mapy. Nejvyšší nadmořskou výšku má pramen toku, nejníže leží jeho ústí.

3. Spádovou křivku můžete sestrojit buď jednoduchou, která zobrazuje jen jeden vodní tok, nebo rozvitou, na které jsou kromě hlavního toku zobrazeny i křivky jednotlivých přítoků.

4. Při konstrukci rozvité spádové křivky je nutné dodržet správnou kilometráž ústí jednotlivých přítoků. Při konstrukci postupujte od ústí směrem k prameni přítoku.

Otázky a úkoly:1. Sestrojte spádovou křivku nějakého vodního toku z vašeho okolí. Sestrojenou křivku interpretujte

(kde má řeka největší spád, jak se to projeví na ukládání sedimentů).2. Podle přiložené vrstevnicové mapy sestrojte spádovou křivku Hrušového potoka. Rozhodněte,

zda se jedná o spádovou křivku vyrovnanou nebo nevyrovnanou.

Povodí je základní hydrologická oblast, ve které zkoumáme odtokové procesy a bilanci jednotlivých prvků (např. odtok). Povodí je po hydrologické stránce územím uzavřeným, kam nepřitéká žádná voda po povrchu ani pod povrchem a je ohraničeno rozvodnicí (myšlená hranice mezi povodími). Orografi cká rozvodnice omezuje povodí na zemském povrchu. Probíhá po hřebenech, hřbetech, vrcholech a sedlech; tvoří čáru podélné souměrnosti vrstevnic, začíná u ústí řeky a vrací se k němu.

18

Úkol č. 2: Konstrukce rozvodnice

Orografi cké rozvodnice (obr. 1) se zakreslují plnou červenou linií ve vrstevnicových mapách vhod-ných měřítek (např. 1 : 10 000, 1 : 25 000, 1 : 50 000). Při vykreslování postupujte následovně: Vy-kreslovat začněte od ústí vodního toku (tzv. uzavírajícího profi lu povodí). Hranici vykreslujte kolmo k vrstevnicím, resp. kolmo k tečnám vrstevnic. Začněte vždy na úpatí kopce a postupujte směrem do kopce, ze sedla na vrchol. Po dosažení vrcholu nebo hřebene vyhledejte nejbližší rozvodnicové sedlo. Z tohoto sedla vykreslujte rozvodnici zpět na vrchol a následně pokračujte ze sedla na druhou stranu). V případě, že při zakreslování rozvodnice od uzavírajícího profi lu dosáhnete hřebene, pokračujte po hřebeni až na vrchol, opět kolmo k tečnám vrstevnic).

Ve sporných případech, kdy není zřejmé, ke kterému povodí místo náleží, si představte, na kte-rou stranu by stékala kapka vody (vždy je to po spádnici, tzn. po směru nejvyššího spádu). Místo náleží do našeho povodí v případě, že by kapka vody protékala ústím vodního toku (uzavírajícím profi lem).

Obr. 1: Znázornění vykreslování rozvodnice (čerchovaně) na vrstevnicové mapě

Otázky a úkoly:Na přiložené topografi cké mapě vymezte povodí Hrušového potoka.

Poznámky:

19

90 min.

1.4 Práce s geologickou mapou

Geologický řez je svislý řez mapovaným územím (linie řezu bývá vyznačena čarou i v mapě), který za-chycuje předpokládanou geologickou stavbu pod zemí. Jsou z něj tedy patrné předpokládané prostorové tvary geologických těles i pod zemským povrchem.

Pro konstrukci geologických profi lů využíváme nejlépe vrstevnicových map. Geologické mapy zobrazují povrchové rozšíření hornin, které jsou však z velké části zakryty zvětralinovým pláštěm (svahové hlíny, písky, atd.) zakrývajícím geologickou strukturu. Geologické mapy proto nejčastěji kreslíme jako mapy „odkryté“, tj. bez zakresleného zvětralinového pláště. V opačném případě označujeme geologické mapy jako „zakryté“. Geologické profi ly sestrojujeme do určité hloubky zpravidla tak, aby rovina profi lu pro-cházela kolmo ke směru vrstev – na ní je pak sklon vrstev úhlově nezkreslený (při nepřevýšeném profi lu).

Úkol č. 1: Sestrojení geologického profi lu – horizontálně uložené vrstvy

Celý postup je znázorněn na obrázku (obr. 1). V bodech jej lze shrnout asi takto:1. Nejdříve sestrojte topografi cký profi l (obr. 1b).2. Potom z každého průsečíku stopy profi lu s křivkou vrstevní plochy spusťte kolmice na profi -

lovou čáru. 3. Vzniklé průsečíky odpovídající vrstevní ploše vymezují „vodorovný“ pás profi lu.4. Vodorovný pás profi lu mezi svrchní a spodní vrstevní plochou vyplňte vhodnou šrafou (barvou). 5. Profi l struktury složené z vodorovných vrstev se skládá z vodorovných pásů omezených pro-

fi lovou křivkou povrchu. 6. Z nepřevýšeného profi lu vyplývá tloušťka vrstvy a z mapy pak lze vypočítat objem vrstvy.7. Nakonec si podle legendy geologické mapy vybarvěte jednotlivé horniny ve vašem profi lu.8. Ve tvorbě geologického profi lu můžete pokračovat s vykreslením spodních vrstev – představte

si, že „odstraníte již zakreslené horní vrstvy a promyslíte, jak pod nimi mohou probíhat hlouběji uložené vrstvy (obr. 1e).

9. Tyto „spodní“ vrstvy překreslete do profi lu. Vrstvy mohou být různě mohutné a skloněné, tzn. sledujte jejich „výšku“ v různých místech mapy (obr. 1g).

10. Opět odpovídající si vrstvy vybarvěte (vyšrafujte).

Otázky a úkoly:1. Pokus se na přiložených obrázcích a zapsaných postupech pochopit konstrukci geologického

profi lu.2. Sestrojte geologický profi l s využitím vhodné geologické mapy.

20

Obr. 1: Sestrojení geologického profi lu

21

Úkol č. 3: Tvorba geologické mapy z geologického profi lu

Z geologického profi lu nyní nakreslete geologickou mapu. Celý postup kresby profi lu už znáte, teď budete postupovat obráceně, od konce. Pokud jsou vrstvy v profi lu uloženy vodorovně (ho-rizontálně), budou se v mapě jevit jako barevné pruhy, které probíhají paralelně s vrstevnicemi. V případě, že jsou vrstvy ukloněny, prochází v mapě napříč vrstevnicemi.

Poznámky:*

Použitá Literatura k 1. kapitole:• BIČÍK, I., JANSKÝ, B., ČAPEK, R., ČERMÁK, Z., HOLEČEK, M., KASTNER, J., KRAJÍČEK, L., PERLÍN, R., PŘIBYL, V. Příroda a lidé Země. Učebnice zeměpisu pro střední školy. 2. Vydání. Praha: Nakladatelství České Geografi cké společnosti, 2007. ISBN 978-80-86034-73-7.• HÁJEK, J. Metody geologického výzkumu. 1. vydání. Brno: UJEP. 1984.• KETTNER, R. Všeobecná geologie III. 1. vydání. Praha: Nakladatelství Československé akademie věd, 1954.• KUNSKÝ, J., LOUČEK, D., SLÁDEK, J. Praktikum fysického zeměpisu. 1. Vydání. Praha: Nakladatelství Československé akademie věd, 1959.• POUBA, Z. Geologické mapování. 1. vydání. Praha: Nakladatelství Československé akademie věd, 1959.• ŘEHOŘ, F. Cvičení z geologie. 1. vydání. Ostrava: Ostravská univerzita, 1999.• VOŽENÍLEK, V. Aplikovaná kartografi e I. – tematické mapy. 1. Vydání. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci, 1999. ISBN 80-7067-971-9.• ZAPLETAL, J. Obecná geologie. 3. vydání. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci, 2000. ISBN 80-7067-855-0.• ČSN 73 0402 (730402). Značky veličin v geodézii a kartografi i. Praha, 2010.• mapa – Wikipedie. [online]. c2014, [cit. 2014-3-27]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Mapa• Měřítko mapy – Wikipedie. [online]. c2013, [cit. 2014-3-27]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/M%C4%9B%C5%99%C3%ADtko_mapy• Turistika I. [online]. c2006, [cit. 2014-3-27]. Dostupné z: http://is.muni.cz/elportal/estud/fsps/js07/turistika/index.html

22

90 min.

2.1 Minerály

Minerály neboli nerosty jsou anorganické stejnorodé přírodniny. Jejich složení je možno vyjádřit che-mickou značkou nebo chemickým vzorcem. Za minerály považujeme i některé přírodní organické látky (například jantar). V současné době známe zhruba 4 900 minerálů (tento počet ovšem stále stoupá, protože každým rokem je objeveno kolem 50 dosud neznámých minerálů). Jen asi 300 z nich se však vyskytuje v přírodě běžně. Studiem minerálů se zabývá věda mineralogie.

Minerály jsou pro přehlednost a snadnější popis řazeny do určitých skupin. Dnes jsou používány dva principy třídění minerálů:

3. Krystalochemický (nazývaný též Strunzův) – který minerály třídí na základě krystalové struktury a chemického složení. Zavedl jej německý mineralog Karl Hugo Strunz. Tento systém dělí nerosty do 9. tříd (v současnosti někteří autoři vydělují do samostatné třídy boráty a systém má tedy 10 tříd).

4. Danův systém – který třídí minerály opět na základě chemického složení a krystalové struktury. Zavedl jej americký mineralog James Dwight Dana. Nerosty jsou rozčleněny do 78 tříd.

Úkol č. 1: Popis a užití minerálů

Vyberte si nějaký minerál a s využitím odborné literatury a internetu o něm zpracujte krátkou zprávu, ve které neopomeňtea) popsat minerál (zejména barva a další fyzikálně-chemické vlastnosti, krystalografi cká soustava apod.),b) zařadit jej do Strunzova systému,c) popsat naleziště tohoto minerálu,d) popsat praktické využití minerálu.

Pokuste se zástupce najít i ve školních sbírkách. Ve třídě informujte o významných vlastnostech své spolužáky. Minerály patřící do jedné třídy dle Strunzova systému seskupte a informace o nich nalepte na papír o velkém formátu. Minerály vybírejte tak, abyste měli pokryté všechny třídy uve-deného systému.

Přehled Strunzova mineralogického systému1. třída: prvky (elementy)2. třída: sulfi dy3. třída: halogenidy4. třída: oxidy a hydroxidy5. třída: karbonáty6. třída: sírany (sulfáty)7. třída: fosforečnany (fosfáty)8. třída: silikáty (křemičitany)9. třída: organolity (organické minerály)

23

Podrobný přehled Strunzova mineralogického systému

1. třída: prvky (elementy)1.A: kovy a jejich slitiny1.B: karbidy, silicidy, nitridy a fosfi dy kovů1.C: polokovy a nekovy1.D: karbidy a nitridy nekovů

2. třída: sulfi dy2.A: slitiny kovů/polokovů2.B: sulfi dy kovů s M : S > 1 : 12.C: sulfi dy kovů s M : S = 1 : 12.D: sulfi dy kovů s M : S = 3 : 4 a 2 : 32.E: sulfi dy kovů s M : S < 1 : 22.F: sulfi dy arsenu, alkálií, sulfi dy s halovci, oxidy, hydroxidy, vodou2.G: sulfosole-sulfoarsenidy, sulfoantimonidy, sulfobismutidy2.H: sulfosole-archetypu SnS2.J: sulfosole-archetypu PbS2.K: sulfosole-sulfoarsenidy s AsS4 – tetraedry

3. třída: halogenidy3.A: bezvodé jednoduché halogenidy – M : X = 1 : 1 a 2 : 3; 1 : 2; 1 : 33.B: vodnaté jednoduché halogenidy – M : X = 1 : 1 a 2 : 3; 1 : 2; 1 : 3; – s dodatečným OH3.C: komplexní halogenidy-borofluoridy; neso-alumofluoridy; soro-alumofluoridy; ino-

alumofl uoridy; fylo-alumofl uoridy; tekto-alumofl uoridy; alumofl uoridy 3.D: oxyhalovce, hydroxyhalovce a podobné podvojné halogenidy – s Cu apod. mimo Pb; s Pb,

Cu atd.; s Pb (As, Sb, Bi) mimo Cu; s Hg

4. třída: oxidy a hydroxidy4.A: oxidy s poměrem Kov : Kyslík = 2 : 1 a 1 : 14.B: oxidy s poměrem Kov : Kyslík = 3 : 4 a podobné4.C: oxidy s poměrem Kov : Kyslík = 2 : 3, 3 : 5 a podobné4.D: oxidy s poměrem Kov : Kyslík = 1 : 2 a podobné4.E: oxidy s poměrem Kov : Kyslík = < 1 : 24.F: hydroxidy (bez V nebo U)4.G: uranylhydroxidy4.H: vanadáty s V v 5- a 6- četné koordinaci (ve struktuře bezprostředně obklopeny 5 resp. 6 atomy)4.J: Arsenitany, Antimonitany, Bismutitany, Siřičitany, Seleničitany, Teluričitany4.K: Jodičnany

5. třída: karbonáty5.A: bezvodé karbonáty bez dalších aniontů(uhličitany)5.B: bezvodé karbonáty s jinými anionty5.C: karbonáty bez dalších aniontů, obsahující vodu5.D: karbonáty s jinými anionty, obsahující vodu

24

5.E: uranylkarbonáty nitráty (dusičnany) sulfi ty (siřičitany) boráty (boritany)

6. třída: sulfáty sulfáty (sírany) chromáty (chromany) molybdáty (molybdenany) wolframáty (wolframany) uraniumwolframáty a uranylmolybdáty a uranylwolframáty

7. třída: fosfáty fosfáty (fosforečnany) arzenáty (arzeničnany) a uranylfosfáty vanadáty (vanadičnany) polyfosfáty, polyarsenáty, polyvanadáty

8. třída: silikáty (křemičitany) nesosilikáty (samostatné silikáty) sorosilikáty (skupinové silikáty) inosilikáty fylosilikáty (vrstevnaté silikáty) tektosilikáty se zeolitovou vodou – skupina zeolitů neklasifi kované silikáty germanáty

9. třída: organolity (organické minerály) soli a organické kyseliny hydrokarbonáty organické minerály

Úkol č. 2: Danův mineralogický systém

V odborné literatuře nebo na internetu najděte Danův mineralogický systém. Pokuste se oba systémy srovnat. V čem spatřujete výhody a v čem nevýhody toho systému (oproti systémům dřívějším)?

Poznámky:

25

90 min.

2.2 Krystalografi cké mřížky

Auguste Bravais (1811–1863) byl francouzský přírodovědec, který proslul zejména díky svým pracím z krystalografi e. V roce 1850 se zabýval otázkou, kolika různými způsoby lze v prostoru uspořádat atomy za podmínky, že okolí každého z nich je stejné. Atomy modeloval malými tuhými kuličkami. Zjistil, že to lze provést 14 způsoby. Pro každý z nich lze nalézt minimální prostorový útvar (elementární buňku), jehož posouváním (translací) v prostoru získáme celý krystal. Délky hran elementární buňky označujeme a, b a c. Úhly, které tyto hrany svírají, označujeme α, β a γ.

Podle vztahu parametrů a, b, c, α, β a γ, resp. podle příslušné symetrie můžeme 14 elementárních buněk sdružit podle Christiana Samuela Weisse (1780–1856) do 7 krystalografických soustav. Různé látky krystalizující ve stejných krystalických soustavách se liší jen velikostí a vzdáleností částic. Základní elementární buňky jsou na obrázcích níže.

Úkol č. 1: Modely krystalů ze špejlí

Pomocí špejlí a tavné pistole vyrobte ve dvojicích modely krystalů (dle obrázků na následující straně):1. Ze špejlí nařežte kousky, které odpovídají délce jednotlivých os. Velikosti jednotlivých dílků volte

tak, aby v každém modelu měla osa a stejnou délku (např. 8 cm). 2. Nařezané dílky slepte pomocí tavné pistole (pozor na popálení). Pomáhejte si ve dvojicích! 3. Každý hotový model opatřete popiskem a zavěste jej na nit. K popisku každého modelu můžete

připsat i zástupce, které najdete v odborné literatuře, nebo na internetu.

26

Soustava Úseky na osách Úhly Elementární buňka

Kubická (krychlová)prostá, prostorově a plošně centrovaná

a = b = c α = β = γ = 90°

Šesterečná (hexagonální) prostá a = b ≠ c α = β = 90°, γ = 120°

Čtverečná (tetragonální)prostá a prostorově centrovaná

a = b ≠ c α = β = γ = 90°

Trigonální – klencová(romboedrická)prostá

a = b = c α = β = γ ≠ 90°

Kosočtverečná (ortorombická)prostá, bazálně, plošně i prostorově centrovaná

a ≠ b ≠ c α = β = γ = 90°

Jednoklonná (monoklinická)prostá a bazálně centrovaná a ≠ b ≠ c α = γ = 90° ≠ β

Trojklonná (triklinická)prostá a ≠ b ≠ c α ≠ β ≠ γ ≠ 90°

27

90 min.

2.3 Vznik krystalů

Krystaly mohou vznikat z roztoků, tavenin nebo par. V těchto skupenstvích mají atomy náhodnou dis-tribuci, ale změnou teploty, tlaku nebo koncentrace může docházet ke vzniku pravidelného uspořádání, které je charakteristické pro krystalický stav. Pokud má krystalizace plynule probíhat, musí být dodržena některá z následujících podmínek:

• snižuje se teplota roztoku nebo taveniny • zvyšuje se koncentrace krystalizujícího roztoku odpařováním rozpouštědla • dosycuje se roztok krystalizující látkou

Příkladem může být krystalizace soli z roztoku. Pokud se voda z roztoku bude odpařovat, zvýší se kon-centrace soli tak, že se začne sůl z roztoku srážet. Pokud je odpařování dostatečně pomalé, budou se ionty soli sdružovat kolem několika málo center krystalizace (krystalizační centrum) a vznikne menší množství dokonalých krystalů. Je-li odpařování rychlé, vznikne velké množství krystalizačních center. Podobně může začít sůl krystalizovat snížením tlaku nebo teploty.

Úkol č. 1: Pozorování vzniku krystalu chladnutím roztoku

V následujícím pokusu budeme pozorovat vznik krystalů chladnutím vodného roztoku. Lze využít tento postup:1. Vyhledejte v příslušných tabulkách rozpustnosti při cca 80 °C dusičnanu draselného (nebo du-

sičnanu sodného), skalice modré, fosforečnanu sodného a soli kamenné. Vypočítejte, kolik látek je třeba navážit na přípravu 100 ml roztoku.

2. Navažte uvedené látky dle hodnot vypočtených z tabulek. K těmto látkám přidejte destilovanou vodu a zahřejte na cca 80 °C na vařiči.

3. Kádinky odstavte, ponořte do nich teploměry. Sledujte teplotu, při které se začnou vylučovat krystaly. Liší se tyto hodnoty u různých látek? Srovnejte a komentujte s ohledem na rozpustnost těchto látek.

Úkol č. 2: Pozorování vzniku krystalu pod mikroskopem

Následující pokus souvisí s předchozím pozorováním. Proto jej dělejte (např. ve skupině) současně. 1. Do kádinky s destilovanou vodou vložte mikroskopická sklíčka. Kádinku zahřívejte na vařiči

(postačí asi na 60 °C). 2. Sklíčka vytáhněte, osušte a tyčinkou na ně nakápněte nasycený roztok soli.3. Ihned vložte (bez krycích sklíček) pod mikroskop a pozorujte růst krystalu. Měli byste vidět

přímo růst krystalu u krystalizačního jádra.4. Nakreslete pozorované krystalky i jednotlivé fáze jejich růstu.

28

Úkol č. 3: Pozorování krystalů, které vznikají reakcí roztoku dvou nebo několika látek

1. Krystaly dusitanu draselno-měďnato-olovnatéhoa) V malé kádince rozpusťte postupně ve 4ml destilované vody 0,5 g dusitanu sodného, 0,3 g

octanu měďnatého a 0,4 g octanu olovnatého. K roztoku přidejte 2 kapky zředěné kyseliny octové.

b) Ve druhé kádince připravte asi 5% roztok chloridu draselného. c) Na podložní sklíčko kápněte skleněnou tyčinkou malou kapku roztoku KCl a vedle druhou

kapku připraveného prvního roztoku.d) Sklíčko vložte pod mikroskop a obě kapičky spojte (slitím, nebo pomocí tyčinky). Pozorujte

pod mikroskopem (nejdříve malým, pak větším zvětšením (Postačí zvětšení 100×) vznikající černé krychličky dusitanu draselno-měďnato-olovnatého.

e) Pokud máte mikroskop se zrcátkem, pozorujte krystaly i při zastínění zrcátka. Jaké změny při tom pozorujete?

2. Krystaly síranu stříbrnéhoa) Připravte 5% roztok dusičnanu stříbrného a 10% roztok síranu sodného. Postačí 50 ml kaž-

dého.b) Na podložním sklíčku spojte (podobně jako v předchozím případě) kapku roztoku dusičnanu

stříbrného a síranu sodného a pozorujte pod mikroskopem. Měly by vzniknout sloupcovité krystalky s kosočtverečný obrysem.

c) Pokud máte mikroskop se zrcátkem, pozorujte krystaly i při zastínění zrcátka. Popište, jaké změny pozorujete.

3. Krystaly dichromanu stříbrnéhoa) Učitel přenese na podložní sklo kapku roztoku dusičnanu stříbrného, ke kterému přidá kapku

zředěné kyseliny dusičné.b) Do kapky vzniklé na podložním sklíčku přeneste ovlhčenou preparační jehlou nepatrný krys-

talek nebo jen prášek dichromanu draselného.c) Pozorujte tvorbu červených trojklonných krystalků dichromanu stříbrného.

Úkol č. 4: Pozorování vzniku krystalů desublimací z plynné fáze

1. Do suché zkumavky vložte jeden nebo dva malé krystalky jodu.2. Následně zahřejte (v digestoři) dno zkumavky (stačí zapalovačem, nebo svíčkou).3. Jod sublimuje a vznikají těžké, fi alové páry. Zkumavku obraťte dnem vzhůru a k ústí zkumavky

přiložte podložní sklíčko. 4. Na skle podložního sklíčka se vytvoří krystalky, které pozorujte pod mikroskopem.

Poznámky:

29

90 min.

2.4 Fyzikální vlastnosti minerálů

Chemické složení a struktura se projevuje ve fyzikálních vlastnostech nerostů. Zpravidla je dělíme na ska-lární, tj. na směru nezávislé (např. hustota) a vektorové, tj. na směru závislé (např. světelná, elektrická a tepelná vodivost, tvrdost). Studiem fyzikálních vlastností minerálů se zabývá fyzikální krystalografi e. V dalším textu budeme věnovat pozornost pouze těm nejzákladnějším fyzikálním vlastnostem, které mohou být pozorovány zrakem (některé optické vlastnosti, štěpnost, lom).

Barva minerálů je většinou způsobena pohlcením určitých vlnových délek světla dopadajícího na jejich povrch.

Jako barva vrypu (nebo jen vryp) se označuje barva prášku nerostu, která se zjišťuje rozetřením nerostu na destičce z nepolévaného porcelánu, případně rýpáním nožem nebo ocelovou jehlou do minerálu. U nerostů kovově lesklých bývá vryp obvykle tmavší než jejich barva, u nerostů průhledných nebo průsvitných bývá barva vrypu obvykle světlejší než barva nerostu (světle zbarvené nerosty mají často bílý vryp).

Štěpnost (minerálů) je schopnost štípat se podle rovnoběžných ploch, které jsou současně rovnoběžné s některými zevními krystalovými plochami. Štěpnost je závislá na vlastnostech strukturní mřížky (tj. na atomové stavbě), a to na pevnosti vazeb. Dokonalá štěpnost je známá např. u slíd (podle báze). Velmi dobrou štěpnost vykazují např. kalcit, sádrovce, galenit, amfi bol. Naproti tomu mezi neštěpné minerály patří např. křemen. Stupeň štěpnosti a její orientace jsou důležitými indiciemi při určování minerálů.

Lesk je optická vlastnost, která souvisí především s odrazem světla od nerostů. Nerosty nejsou stejně silně lesklé – čím větší část světla je od nerostu odražena, tím intenzívnější je jeho lesk.

Lesk lze rozdělit např. takto: • kovový – typický pro kovy a sulfi dy (zlato, stříbro, pyrit, galenit) • polokovový – typický pro průsvitné minerály s vysokou odrazivostí, převážně ze skupiny oxidů (wolframit) • nekovový – typický pro průsvitné a průhledné minerály

– diamantový – charakteristický vysokým indexem lomu (diamant, sfalerit) – skelný – typický pro střední a nízký index lomu (křemen, živec) – perleťový – dochází ke dvěma jevům, interferenci dopadajícího světla a lomu (sádrovec, mastek) – matně voskový – (opál) – matný – charakteristický pro nízké indexy lomu (zemité agregáty) – hedvábný – nejčastěji u vláknitých minerálů (azbest)

Tvar vyjadřuje celkový vývin krystalu (udává podobu krystalu) bez ohledu na to, do které soustavy daný krystal náleží a které krystalové tvary jsou na krystalu přítomny. Tvar (habitus) v podstatě udává počet směrů, v nichž je krystal výrazněji vyvinut. Lze rozlišit stejnorozměrný (izometrický) tvar, jednorozměrný (např. sloupcovitý, jehlicovitý) tvar nebo dvojrozměrný (např. deskovitý, tabulkovitý, šupinkovitý) tvar.

30

Úkol č. 1: Fyzikální vlastnosti minerálů

Pokuste se co nejpřesněji určit základní fyzikální vlastnosti předložených minerálů (barva, lesk, štěpnost, barva vrypu). Vlastnosti shrňte do přehledné tabulky. Které minerály je možné určit s přihlédnutím ke zjištěným vlastnostem?

Poznámky:

31

90 min.

2.5 Tvrdost a hustota

Tvrdostí v mineralogii rozumíme odpor nerostu vůči vnikání cizího tělesa bez vzniku lomu. Tvrdost mine-rálu závisí zejména na jeho struktuře – na povaze vazeb, na velikosti meziatomových vzdáleností, na valenci a těsnosti směstnání iontů nebo atomů; tvrdost je výrazně ovlivňována poruchami v krystalové struktuře.

K určení tvrdosti se tradičně používá Mohsova stupnice tvrdosti. Při určování tvrdosti pomocí této stupnice se využívá skutečnosti, že tvrdší minerál rýpe do hladkého povrchu minerálu měkčího a že tomu nikdy není naopak. Mohs zkusmo vybral deset relativně běžných minerálů tak, aby každý následující v řadě rýpal do předchozího, ale sám se předchozím rýpat nedal. Minerál s tvrdostí 4 rýpe do kalcitu (tvrdost 3), ale do apatitu (tvrdost 5) nerýpe. Tvrdost neoznačujeme jednotkami. Mohsova stupnice tvrdosti se skládá z těchto minerálů:

Stupeň Minerál Poznámka1 mastek můžeme snadno rýpat nehtem

2 halit nebo sádrovec můžeme rýpat nehtem

3 kalcit můžeme rýpat špendlíkem

4 fl uorit můžeme rýpat nožem

5 apatit můžeme rýpat nožem, ale nůž nepoškrábe

6 živec nemůžeme rýpat do skla

7 křemen můžeme snadno rýpat do skla

8 topaz můžeme snadno rýpat do křemene

9 korund

10 diamant

V praxi se tvrdost vyjadřuje i v absolutních hodnotách, jak je uvedeno v následujícím obrázku, ze kterého je dobře patrno, že rozdíly v tvrdosti nejsou mezi jednotlivými stupni Mohsovy stupnice stejné (největší rozdíl je mezi korundem a diamantem). Absolutní vyjádření tvrdosti umožňuje tabelovat přesnější hodnoty tvrdosti pro všechny minerály.

32

Hustotu minerálu lze defi novat jako číslo, které udává, kolikrát je určitý objem minerálu těžší než stejný objem destilované vody při 4 °C (tj. při teplotě, kdy má voda maximální hustotu, která odpovídá 1 g cm−3). V mineralogii hustotu nejčastěji označujeme písmenem ρ. Většina horninotvorných minerálů má hustoty v rozpětí 2,5–3,5; rudní minerály mají hustoty většinou v intervalu 4–7,5.

Hustota minerálů závisí – podobně jako jejich tvrdost – na jejich chemickém složení a struktuře. Hustota minerálů obecně vzrůstá s obsahem prvků o vysoké atomové hmotnosti (obzvláště olova, rtuti, stříbra apod.); relativně velmi nízkou hustotu mají minerály obsahující vodu. Minerály, jejichž chemické složení je v podstatě konstantní (např. diamant, křemen), mají v podstatě konstantní hustotu; hustota minerálů, jejichž chemické složení je díky izomorfnímu zastupování variabilní, se mění podle kvantitativního po-měru zastupujících se prvků (např. v souvislé řadě forsterit Mg2[SiO4] – fayalit Fe2[SiO4] hustota plynule roste od 3,2 do 4,4). Podle hustoty se minerály často dělí do dvou skupin: na lehké minerály (ρ < 2,95 ) a těžké minerály (ρ > 2,95 ).

Úkol č. 1: Tvrdost a hustota

V následující tabulce jsou kovové prvky periodického systému společně s tvrdostí a hustotou. Vy-tvořte grafi ckou závislost hustoty a tvrdosti v závislosti na protonovém čísle. Použijte k tomu vhodný tabulkový procesor (MS Excel, Calk apod.). Lze vypozorovat souvislost s periodickým zákonem?

název protonové číslo chem. značka Mohs hustota (kg m−3)lithium 3 Li 0,6 534

berylium 4 Be 5,5 1 848

sodík 11 Na 0,5 927

hořčík 12 Mg 2,5 1 738

hliník 13 Al 2,75 2 702

draslík 19 K 0,4 862

vápník 20 Ca 1,75 1 550

skandium 21 Sc – 2 836

titan 22 Ti 6 4 500

vanad 23 V 7 5 980

chrom 24 Cr 8,5 7 190

mangan 25 Mn 6 7 430

železo 26 Fe 4 7 860

kobalt 27 Co 5 8 900

nikl 28 Ni 4 8 908

měď 29 Cu 3 8 960

zinek 30 Zn 2,5 7 140

zirkonium 40 Zr 5 6 400

niob 41 Nb 6 8 570

molybden 42 Mo 5,5 10 200

33

ruthenium 44 Ru 6 12 200

rhodium 45 Rh 6,5 12 420

stříbro 47 Ag 2,5 10 500

kadmium 48 Cd 2 8 650

indium 49 In 1,2 7 310

cín 50 Sn 1,5 7 300

antimon 51 Sb 3 6 684

hafnium 72 Hf 5,5 13 200

tantal 73 Ta 6,5 16 600

wolfram 74 W 7,5 19 300

iridium 77 Ir 6,5 22 650

platina 78 Pt 3,5 21 450

zlato 79 Au 2,5 19 320

olovo 82 Pb 1,5 11 340

bismut 83 Bi 2,25 9 800

thorium 90 Th 3 11 700

uran 92 U 6 18 900

Úkol č. 2: Tvrdost

Určete tvrdost předložených minerálů pomocí rýpání nehtem, nožem a rýpáním do skla. Poté můžete svá stanovení upřesnit rýpáním do některých běžných minerálů (nejlépe přímo minerály z Mohsovy stupnice, které máte v nadbytku ve sbírkách).

Úkol č. 3: Hustota

Určete hustotu předložených minerálů pomocí měření objemu a vážení. Pokuste se co možná nej-více zpřesnit určení objemu minerálu. Navrhněte několik metod a vyberte tu nejpřesnější.

Poznámky:

34

45 min.

2.6 Soudržnost nerostů

Soudržnost nerostů lze zkoušet v principu dvěma způsoby – úderem (např. kladívkem), nebo ohybem.

V dalším textu se budeme věnovat prvnímu z nich. Při úderu se některé nerosty deformují bez porušení soudržnosti tak, že je lze postupně roztepat až na plíšek. Takové nerosty se označují jako kujné. Kujnost je vlastností většiny ryzích kovů a výjimečně se objevuje i u sulfi dů (argentit). Nerosty, které se při úderu rozpadají na prášek a nerozstřikují se při tom, označujeme jako jemné. K jemným nerostům patří např. sádrovec, grafi t, mastek a slídy. Nerosty, které se při úderu rozpadají na prudce se rozstřikující (rozlétající) úlomky, označujeme jako křehké neboli kruché. Ke křehkým (kruchým) nerostům patří např. křemen, baryt, kalcit a pyrit.

Při zkoušce úderem držíme zkoumaný vzorek (postačí 3 × 3 × 3 cm) na kovadlince a malým hodinářským kladívkem krátce a rázně udeříme na jeho okraj. Úder mohl mít následující účinek:

– nerost se rozpadá na úlomky s nerovnými odlučnými plochami – nazýváme jej kruchý a přitom neštěpný, lomný; příkladem je křemen

– nerost se rozpadá v úlomky omezené v jednom nebo i více směrech rovnými štěpnými plochami – nazýváme jej kruchý a přitom štěpný; příkladem je kalcit, galenit, halit, fl uorit, …

– nerost se nerozletuje, mění se v prášek, při úderu na kousek nerostu na kovadlince zůstává prášek ležet pod kladívkem – nazýváme jej jemný; zástupcem je např. sádrovec

– nerost se při úderu nerozpadá, mění však svůj tvar; na kovadlince se dá roztepat na plíšek – nazýváme jej kujným, příkladem je olovo, měď, zlato, stříbro, …

– nerost mění svůj tvar, dá se hníst – zveme jej tvárným, příkladem je ozokerit

Úkol č. 1: Soudržnost nerostů

Zkoumejte soudržnost nerostů způsobem popsaným výše. Zkoumejte minimálně kusový křemen, zrnitý agregát kalcitu, galenitu, sádrovec, olovo a ozokeritu. Své výsledky komentujte a srovnejte se spolužáky.

Poznámky:

35

45 min.

2.7 Zkouška barvení plamene

Chemické složení řady minerálů umožňuje provádět určité neselektivní chemické zkoušky, které mohou pomoci v určování nerostu, resp. zjišťování dalších podrobností týkajících se jeho původu (přítomnost příměsí apod.), stáří apod. Samotná chemická zkouška ve většině případů nestačí k bezpečnému určení nerostu. Většinou je třeba vyhodnotit co nejvíce determinačních znaků. Vzájemně nezávislé výsledky různých zkoušek nám poskytnou komplexnější pohled a umožní s mnohem větší pravděpodobností správně určit danou přírodninu.

Některé prvky, případně jejich sloučeniny, těkají v žáru nesvítivého plynového plamene a zabarvují tak plamen. Přítomnost těchto prvků určujeme žíháním látky v plameni. Dokazujeme tak alkalické kovy (Li, Na, Rb, K, Cs), kovy alkalických zemin (Ca, Sr, Ba) i některé jiné prvky (As, Sb, Pb, B, P, Cu, Mo).

Některé těžko rozložitelné nerosty (silikáty, některé sírany) nebarví plamen přímo. Musíme je proto pře-dem rozložit. Silikáty obsahující K nebo Na (např. živce) nebo i kovy alkalických zemin zkoušíme tak, že jejich prášek smísíme v třecí misce s trochou NH4F, směs přichytíme na platinovém drátku ovlhčeném koncentrovanou H2SO4; pak teprve vneseme do plamene. Podobně postupujeme při důkazu Ca, Sr a Ba, jen použijeme kyselinu chlorovodíkovou.

Jindy (zejména při důkazu Li a B) používáme tzv. Turnerovu zkoušku, při které se zkoumaný prášek ne-rostu smísí v třecí misce s Turnerovou směsí (2 díly CaF2 a 3 díly KHSO4) a vnese do plamene. Zbarvení se objeví hned v prvních okamžicích.

Úkol č. 1: Důkaz některých iontů přímou metodou

1. Mezi úlomky minerálu vyberte tenkou třísku pokud možno vybíhající do špičky. 2. Úlomek uchopte do pinzety (nejlépe zkřížené) za širší konec, eventuelně navlhčete kyselinou

chlorovodíkovou (špičku třísky opatrně namočíte do kapky kyseliny, kterou jsme si připravili na podložní sklíčko (u žáků ZŠ provádí pouze učitel!). Do kyseliny nesmíte namočit konec pinzety!!!

3. Vzorek vnořte do spodní části nesvítivého plamene plynového kahanu tak, aby se plamen ne-dotýkal pinzety, ale jen vzorku (obr. 1).

4. Pozorujte zbarvení plamene (může být velmi krátké!). Pro pozorování zbarvení plamene způso-beného některými ionty (draselné, …) může být výhodné použití tzv. kobaltového sklíčka, které nepropustí intenzivní zbarvení plamene sodíkem.

5. S využitím tabulky níže (tab. 1)se pokuste určit, které ionty jsou v předloženém vzorku přítomny.

36

Obr. 1: Barvení nesvítivého plamene

Prvek Zbarvení oxidačního plamene Prvek Zbarvení oxidačního plameneAs sině modře Mo žlutozeleně

B modrozeleně Na sytě žlutě

Ba žlutozeleně P sině zeleně

Ca oranžově až cihlově červeně Pb sině zeleně

Cuzeleně (po ovlhčení HNO3) Sb velmi slabě zeleně

blankytně modře (s HCl) Se chrpově modře

Cs modrofi alově Sr karmínově červeně

K fi alově Te modrozeleně

Li karmínově červeně Tl zeleně

Tab. 1: Barvení oxidačního plamene různými prvky

Úkol č. 2: Důkaz některých iontů po rozetření

1. U minerálů, které netvoří tenké třísky, je třeba kousek rozetřít. Rozetření se provádí v čisté třecí misce (nejlépe achátové).

2. Vyčištěný platinový drátek namočte do kyseliny chlorovodíkové. Na navlhčený konec drátku naberte z třecí misky prášek minerálu a vnesete do plamene. Část plamene nad vzorkem se charakteristicky zabarví, pokud vzorek obsahoval prvky schopné plamen barvit.

3. Opět pozorujte plamen jako v předchozím úkolu.

Poznámka k použití platinového drátku:Platinový drátek nelze k plamenovým zkouškám použít u minerálů obsahujících síru, olovo, anti-mon, bismut či arsen (hlavně sulfi dy, arzenidy, selenidy). S uvedenými prvky totiž platina vytváří lehce tavitelné slitiny, čímž se drátek ničí (nelze je z drátku již odstranit). V jejich přítomnosti použijeme místo platinového drátku buď molybdenový drát z klasické žárovky (drží wolframové žhavicí vlákno) nebo v HCl vyčištěnou a vyžíhanou měkkou tuhu z mikrotužky.

37

90 min.

2.8 Boraxové a fosforečné perličky

Boraxové sklo či sklo z fosforečné soli v sobě rozpouštějí oxidy některých kovů, přičemž se význačně za-barvují. Boraxové sklo (Na2B4O7) vzniká dehydratací a následným roztavením boraxu (Na2B4O7 . 10 H2O). Sklo z  fosforečné soli (o  složení NaPO3) vzniká tavením kyselého fosforečnanu sodno-amonného (NH4 Na HPO4 . 4 H2O).

Zkoušky provádíme na platinovém drátku. Vyčištěný platinový drátek nahřejeme v plameni kahanu a horký konec drátku ponoříme do boraxu či fosforečné soli, které jsme si připravili na hodinové sklo. Přichycenou sůl vneseme na drátku do oxidačního (nesvítivého) plamene (obr. 1a). Obě látky tají za silného nadýmání v bezbarvou taveninu, která vytvoří na drátku kapku (perličku) o velikosti cca 1 mm. Je-li kapka menší, přidáme novou dávku soli. Na perličku pak přichytíme malé množství prášku zkoumaného minerálu a vneseme znovu do plamene. Vzorek se v perličce rozpustí a zabarví ji. Dáme-li vzorku příliš mnoho, je zabarvení příliš tmavé a odstín nejasný. Zkoušku musíme opakovat. Charakter zbarvení pozorujeme za horka i po vychladnutí (mohou být rozdílné). Oxidační perličku pak redukujeme (plamen kahanu buď upravíme na redukční, svítivý, nebo perličku vnoříme do vnitřního svítivého kužele plamene – obr. 1b). Perličku v redukčním plameni znovu roztavíme a opět pozorujeme její barvu za horka a po vychladnutí.

Obr. 1: Perličkové zkoušky a) – oxidační, b) – redukční

Po ukončení zkoušky perličku znovu roztavíme v plameni a sklepneme z drátku na kovový podnos. Drátek je pak nutno před zkoušením dalšího vzorku vyčistit, nejlépe tak, že na něm uděláme několik per-liček z čistého boraxu (resp. fosforečné soli). Až jsou perličky bezbarvé, je drátek vyčištěn a je možno ho použít pro další zkoušku. Po ukončení práce drátek vyčistíme střídavým žíháním a ponořováním do čisté kyseliny chlorovodíkové. To opakujeme tak dlouho, až již drátek nebarví plamen sodíkem nažluto. Stejně jako u barvení plamene, platinového drátku nelze použít za přítomnosti těkavých těžkých kovů!

38

Úkol č. 1: Určení některých iontů s využitím perliček

S využitím postupu popsaného výše vyzkoušejte co možná nejvíce zkoušek s různými ionty z ta-bulek níže (tab. 1, tab 2.). Zkoumejte barvu zahorka i po vychladnutí perličky. Poté se pokuste identifi kovat předložený vzorek.

PrvekBarva v oxidačním plameni Barva v redukčním plameni

za horka po vychladnutí za horka po vychladnutíchrom žlutá až temně červená žlutozelená až zelená smaragdově zelená

kobalt temně modrá temně modrá

měď zelená až temně zelená

modrá až zelenomodrá bezbarvá až zelená červená

neprůhledná

železo žlutá až červená bezbarvá až žlutá světle hnědozelená hnědozelená

mangan fi alová fi alově červená až černá bezbarvá bezbarvá až

nažloutlá

molybden žlutá až temně červená bezbarvá žlutá až hnědá hnědá až temně

hnědá

nikl červenofi alová červenohnědá bezbarvá šedá a zakalená

titan bezbarvá až žlutá bezbarvá bezbarvá až žlutá žlutohnědá

uran žlutá až červená bezbarvá až žlutá temně zelená

vanad bezbarvá až nažloutlá zelenavě žlutá nahnědlá zelená

wolfram bezbarvá až žlutá bezbarvá bezbarvá až žlutá žlutohnědá

Tab. 1: Zbarvení boraxových perliček

PrvekBarva v oxidačním plameni Barva v redukčním plameni

za horka po vychladnutí za horka po vychladnutíchrom červená smaragdově zelená červená tmavozelená

kobalt temně modrá temně modrá

měď zelená modrá až zelenomodrá bezbarvá až zelená červená

neprůhledná

železo žlutočervená bezbarvá až zelenožlutá žlutá až červená bezbarvá až

nahnědlá

mangan hnědofi alová červenofi alová bezbarvá

molybden žlutozelená bezbarvá tmavozelená zelená

nikl červená až hnědočervená žlutá až červenožlutá bezbarvá šedá a zakalená

titan bezbarvá až žlutá bezbarvá žlutá fi alová

uran žlutá zelenožlutá zelená smaragdově zelená

vanad žlutá až oranžově žlutá světle žlutá nahnědlá zelená

wolfram bezbarvá až žlutá bezbarvá špinavě zelená modrá

Tab. 2: Zbarvení fosforečných perliček

39

90 min.

2.9 Rozlišovací zkoušky

Některé dvojice minerálů jsou při běžném (makroskopickém) zkoumání velmi obtížné. Často se jedná o chemicky i morfologicky velmi blízké látky, nebo o různé modifi kace téže látky. V minulosti byly vy-pracovány postupy, které „podobné“ látky spolehlivě rozliší. V dalším textu se budeme věnovat pouze těm nejběžnějším. Zájemci mohou vyhledat v odborné literatuře nebo na internetu i další rozlišovací zkoušky a popř. je vyzkoušet ve školní laboratoři.

Dvojice nerostů kalcit – dolomitNejjednodušší je zkouška rozpustnosti. Kalcit se rozkládá za silného šumění ve zředěné kyselině chloro-vodíkové již zastudena, dolomit teprve po zahřátí na 60 °C. V případě, že je kalcit přimíšen k dolomitu, šumí minerál nepatrně již za studena.

Reakce Lembergova: Zkoumaný nerostný prášek protřepeme se studeným, čerstvě připraveným 10% roztokem chloridu železitého a pozorujeme změny: šumí-li prášek a současně se žlutá barva sloučeniny změní v hnědou, je zkoumaným minerálem kalcit (aragonit), nenastane-li tato změna, jde o dolomit.

Zkouška s CuSO4: Přidáme-li k práškovému vzorku ve zkumavce trochu 10% roztoku CuSO4 a pova-říme-li silně, zabarví se prášek kalcitu vyloučeným zásaditým uhličitanem měďnatým blankytně modře, kdežto dolomit zůstane nezbarven. Toto zbarvení nejlépe poznáme, když odlijeme přebytečný CuSO4 a propláchneme prášek několikrát vodou.

Dvojice nerostů kalcit – aragonitReakce Meigenova: Prášek zkoumaného nerostu povaříme ve zkumavce asi 2 minuty s roztokem du-sičnanu kobaltnatého. Aragonit se zbarví vzniklým zásaditým uhličitanem kobaltnatým tmavě fi alově. Kalcit zůstane nezbarven, teprve po 5 až 10 minutách se zbarví světle modře.

Zkouška s FeSO4: Protřepeme-li prášek minerálu s čerstvě připraveným roztokem síranu železnatého nebo síranu amonno-železnatého, utvoří se za přítomnosti aragonitu ihned temně zelená sraženina hydroxidu železnatého. Za přítomnosti kalcitu nastane nanejvýš jen slabé zhnědnutí roztoku.

Dvojice pyrit – markazitZkouška s peroxidem vodíku: Hrubý prášek zkoumaného nerostu protřepáváme s 3% roztokem peroxidu vodíku. Je-li zkoumaným nerostem markazit, nastává bouřlivá reakce spojená s vylučováním koloidní síry a unikáním plynů. Pyrit tuto reakci nedává, nebo jen nepatrně.

Úkol č. 1: Rozlišovací zkoušky

S využitím postupů popsaných výše se pokuste rozlišit odpovídající dvojice minerálů.

40

Poznámky:*

Použitá Literatura ke 2. kapitole:• DOLNÍČEK, Z., ZIMÁK J. Determinační vlastnosti minerálů. Olomouc: PřF UP, 2009.• PAUK, F., BICAN J. Praktická cvičení z mineralogie a petrografi e. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1978.• ROSICKÝ V., KOKTA J. Příručka pro určování nerostů. Praha: Nakl. ČSAV, 1961.• BERNARD, Jan H. Minerály České republiky. Praha: Academia, 2000. 186 s. ISBN 80-200-0350-9.• SEJKORA, Jiří, KOUŘIMSKÝ, Jiří. Atlas minerálů České a Slovenské republiky. Praha: Academia, 2005. 376 s., 550 bar. fotografi í. ISBN 80-200-1317-2.

41

180 min.

3.1 Horniny

Hornina je směs nerostů. Může být tvořená různými minerály, někdy i organickými složkami, vulkanic-kým sklem či kombinací těchto komponentů. Zvláštními horninami jsou tzv. monominerální horniny tvořené pouze jediným minerálem; příkladem může být mramor (tvořen pouze kalcitem). Horniny tvoří zemskou kůru. Kus pevné horniny – surový i opracovaný – se obvykle nazývá kámen. Studiem hornin se zabývá petrologie. 99 % všech hornin je tvořeno přibližně pouhými 30 minerály. Tyto minerály označujeme jako horninotvorné. Patří k nim například křemen, živce nebo slídy. Na Zemi je zastoupeno nejvíce 5 hlavních skupin hornin, které tvoří 90 % povrchu. Patří sem:

břidlice – 52 %pískovce – 15 %žuly a granodiority – 15 %vápence a dolomity – 7 %bazalty – 3 %ostatní – 8 %

Horniny se dělí podle způsobu jejich vzniku do tří základních skupin: usazené (sedimentované), pře-měněné (metamorfované) a vyvřelé (magmatické).

Přehled nejběžnějších hornin uvádíme v přehledu:

Podle čeho jsou horniny za sebou řazené? Nebylo by lepší, aby byly u sebe horniny usazené, přemě-něné a vyvřelé?

Mramor – přeměněná hornina – barva bílá, šedá (mohou být páskované) – stavba stejnoměrně zrnitá – výskyt u Prahy, v Českém Krumlově, v Jeseníkách – používá se jako dekorační kámen, obklady, vyrábí se z něj vápno a stavební kámen

Opuka – usazená hornina (jílovitá) – barva bělošedá, nažloutlá – je to vápenec s obsahem hlíny a křemenných zrn – výskyt u Prahy (Bílá hora), Česká tabule (Turnovsko) – používá se jako stavební a obkladový kámen

Gabro – vyvřelá hornina (hlubinná) – barva šedočerná, někdy se zeleným odstínem – stejnosměrně zrnitá, zrna minerálů často větší než u žuly

42

– výskyt Domažlicko, Středočeská vrchovina, Železné hory – používá se jako dekorační kámen – Čedič – vyvřelá hornina (vulkanická) – barva šedočerná – často se zrny černého pyroxenu a žlutozeleného olivínu – výskyt České Středohoří, Broumovské hory, Bruntál – používá se jako štěrk, tavený čedič (roury, dlaždice)

Travertin – usazená hornina – barva šedobílá, někdy nažloutlá – velmi pórovitá hornina – je to vápenec vysrážený z vody a řas – nepravidelné nebo rovnoběžné proužky ve žlutých a hnědých barvách – výskyt Slovensko, Itálie, Střední Čechy – používá se jako obkladový kámen

Pískovec – usazená hornina – barva světle šedá, nažloutlá, nahnědlá – je složen z křemenných zrn spojených tmelem – výskyt Český Ráj, teplické skály – používá se jako stavební, dekorační a sochařský kámen, sklářské písky

Břidlice – usazená (částečně metamorfovaná) hornina – barva šedá až černá – je složena z jílovité hmoty, organické látky, příměs z karbonátu – výskyt Nízký Jeseník, Karpaty, Křivoklát, Plzeň – používá se k výrobě žáruvzdorné malty

Slepenec – usazená hornina (úlomkovitá) – barva je proměnlivá, podle barvy valounů a tmelu – je složen ze zaoblených valounů, větších než 2 mm – výskyt střední Čechy, Jeseníky, Železné hory – využívá se jako štěrk

Vápenec – usazená hornina (organogenní) – barva šedobílá – je složena z kalcitu, jílové hmoty, různých nerostů i organických látek – výskyt Praha, Moravský kras, Český kras, Pavlovské vrchy – používá se k výrobě vápna a cementu, plnivo do papíru, barev a laků

43

Svor – přeměněná hornina – barva bělošedá, nahnědlá, s lesklým povrchem – je složen z křemenu, muskovitu, někdy biotitu nebo granátu – výskyt Český les, Krkonoše, Krušné hory, Jizerské hory, Jeseníky, Českomoravská vrchovina – využívá se pro malé stavby a cesty – Žula – vyvřelá hornina (hlubinná) – barva bělošedá – je složena z křemene, živce draselného, slídy – výskyt Českomoravská vrchovina, Šumava, Krušné hory, Říčany, Brno – využívá se jako sochařský a dekorační kámen, obklady, dlažební kostky

Rula – přeměněná hornina – barva nahnědlá, hnědošedá, šedobílá – je složena z křemene, slídy, živce – výskyt Šumava, Orlické hory, Českomoravská vrchovina – využívá se jako štěrk, místně jako stavební kámen

Úkol č. 1: Makroskopické zkoumání hornin

Na pracovní stůl si rozložte sadu hornin a prohlédněte si ji.

1. Roztřiďte horniny do dvou skupin podle barvy. Jedna skupina by měla zahrnovat světle zbarvené a druhá tmavě zbarvené horniny.

2. Roztřiďte horniny do dvou skupin podle struktury. Jedna skupina by měla zahrnovat s jemnou nebo hladkou strukturou a druhá horniny s hrubou nebo drsnou strukturou.

3. Nyní s pomocí lupy roztřiďte horniny do dvou skupin podle zrnitosti. Jedna skupina by měla zahrnovat horniny s malými nebo drobnými zrny a druhá horniny s většími zrny.

4. Nyní se pokuste dle charakteristik (popř. s využitím klíče či vhodného atlasu hornin) jednotlivé zástupce určit.

Svá pozorování zapište do přehledné tabulky.

Úkol č. 2: Hledání hornin

Vyjděte ven a pokuste se najít co možná největší množství hornin. Vezměte s sebou jednak příruční sadu hornin ke srovnávání, ale také atlas nebo klíč k určování hornin. V případě, že je nemožné odebrat kousek horniny pro další zkoumání v laboratoři (např. je-li součástí obložení domu apod.), horninu alespoň vyfotografuj a poznač si místo nálezu.

1. Nalezené horniny roztřiďte na usazené (sedimentované), přeměněné (metamorfované) a vyvřelé (magmatické).

44

2. Najděte na internetu nebo v odborné literatuře místa z vašeho okolí, kde dochází k těžbě nějaké významné horniny. Vytvořte přehled takových míst společně s jejich popisem a popř. fotodo-kumentací z návštěvy.

Úkol č. 3: Pomůcka k rozpoznávání hornin

Na internetu je možné najít vhodnou pomůcku k určování hornin, která je zde se svolením pře-tištěná. S využitím technického slovníku přeložte anglické texty a pomůcku si vyrobte s vlastními fotografi emi jednotlivých hornin z tvrdého papíru.

Poznámky:

45

46

120 min.

3.2 Vlastnosti hornin

Chemické složeníVýzkum chemického složení hornin je v řadě případů podkladem pro jejich klasifi kační třídění a po-suzování vzájemné příbuznosti. U většiny hornin nelze určit zcela přesné chemické složení, které se proto udává v rozmezí hodnot. Na rozdíl od chemického složení minerálu, které můžeme vždy vyjádřit chemickým vzorcem, udáváme chemické složení horniny na základě soupisky horninotvorných oxidů společně s hmotnostními procenty. Chemická analýza většinou uvádí hmotnostní obsah SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, H2O a P2O5. Někdy se uvedená řada rozšíří i o další oxidy, popř. stopové prvky. Je zřejmé, že z chemické analýzy nelze určit minerální složení, protože jed-notlivé prvky mohou být zastoupeny ve více horninotvorných minerálech.

Stavba horninStavba hornin je důležitým diagnostickým znakem pro jejich určení a bližší poznání podmínek jejich vzniku. Pod pojmem stavba horniny rozumíme strukturu a texturu.

Struktura horniny je určena tvarem, velikostí a vzájemným sepětím minerálů. Struktura závisí obvykle na chemismu a na fyzikálních podmínkách prostředí, zejména teplotě, tlaku a době tuhnutí magmatu.

Textura horniny je prostorové uspořádání minerálních součástí. Texturu je možné ve většině případů pozorovat již makroskopicky ve vzorku horniny nebo přímo na odkryvu v terénu. Textura může být proudovitá (fl uidální), pórovitá (vazikulární), vrstevnatá, plošně paralelní, apod.

Fyzikální vlastnosti horninHustota hornin – závisí na jejich minerálním složení. Hustota hornin kolísá v rozmezí 1,2 až 3,5 g cm−3; nejnižší hodnoty mají sedimenty 1,2 až 3,0 g cm−3 (pískovce 2, 65 až 2,70, vápence a dolomity 2,70 až 2,90), u vyvřelin činí 1,7 až 3,5 g cm−3 (granity 2,60 až 2,85, bazalty 2,95 až 3,15) a u metamorfovaných hornin 2,4 až 3,4 g cm−3 (ruly 2,60 až 3,00, amfi bolity 2,75 až 3,15). Hustotu některých hornin může snižovat jejich pórovitost.

Pevnost hornin – je odpor, který hornina klade, chceme-li oddělit její části. Rozeznáváme pevnost v tlaku, tahu, ohybu apod. Pevnost hornin závisí na jejich čerstvosti, struktuře a textuře. Pevnost se stanovuje většinou ve specializovaných laboratořích.

Nasáklivost hornin – je poměr mezi hmotností suché horniny v kg a přírůstkem hmotnosti po nasáknutí vodou. Tento poměr se vyjadřuje v %.

Tvrdost hornin – je odpor proti vnikání jiné hmoty. Její stupeň závisí na tvrdosti součástek, na struktuře, na pevnosti spojení zrn, velikosti, tvaru zrn a stupni čerstvosti. Většinou se zkouší vrypem (nehtem, nožem), popř. pomocí jiných minerálů se známou tvrdostí. Často postačí zjistit, zda se dá do horniny snadno rýpat nehtem (tvrdost 1 a 2), špendlíkem (tvrdost 3), nožem (4, 5), zda hornina nerýpe do skla (tvrdost 6, pokud rýpe tak 7), resp. rýpe do křemene (tvrdost 8).

47

Opotřebitelnost hornin – je stupeň odolnosti proti nárazům a tření. Zjišťuje se ztrátou na hmotě při otlukové zkoušce nebo zkoušce obrusnosti.

Barva hornin – závisí na barvě nerostných součástek, na poměru světlých a tmavých nerostů, jejich ve-likosti a na struktuře. Jestliže v hornině některý nerost převládá, převládá zpravidla i jeho barva.

Leštitelnost hornin – je dána leštitelností jednotlivých nerostů a dále ji ovlivňuje stupeň čerstvosti a struk-tura. Nejlépe se leští křemen, nejhůře slídy. Tmavé minerály nabývají po vyleštění vysoký lesk. Optimál-ních výsledků se při leštění dosahuje u hlubinných vyvřelin a krystalických vápenců.

Odlučnost hornin – představuje jejich dělitelnost podle puklin. Tyto pukliny vznikají u vyvřelin chlad-nutím již ztuhlého magmatu, u sedimentů v etapě jejich zpevňování, u přeměněných hornin působením horotvorného tlaku.

Magnetické vlastnosti – závisí na množství a druhu tzv. feromagnetických minerálů (minerálů zesilují-cích působení magnetického pole) v hornině (např. magnetit). Lze ji zkoušet snadno pomocí silnějšího magnetu.

Úkol č. 1: Stanovení hustoty

Určete hustotu předložených hornin pomocí měření objemu a vážení. Pokuste se co možná nej-více zpřesnit určení objemu minerálu. Navrhněte několik metod a vyberte tu nejpřesnější. Co lze s využitím předchozího textu z hustoty vyvodit?

Úkol č. 2: Stanovení nasáklivosti

V textu výše je popsáno, co je obvykle myšleno pod pojmem „nasáklivost“. Navrhněte experiment, při kterém nasáklivost u předložených hornin určíte. Která z těchto hornin by se hodila pro nějaké podvodní stavby (např. pilíře mostu, obložení apod.)?

Úkol č. 3: Stanovení tvrdosti

Určete tvrdost předložených hornin pomocí rýpání nehtem, špendlíkem, nožem a rýpáním do skla a křemene.

Úkol č. 4: Barva hornin

Určete barvu předložených hornin. Vizte předchozí text, úkol č. 1.

48

Úkol č. 5: Magnetické vlastnosti

Pomocí silného magnetu se pokuste určit magnetické vlastnosti jednotlivých předložených hornin. Je některá magnetická?

Úkol č. 6: Identifi kace horniny

S využitím znaků zjištěných v úkolech č. 1–4 a příslušného klíče k určování hornin se pokuste identifi kovat předložené horniny.

Poznámky:

49

90 min.

4.1 Vůdčí (indexové) fosilie

Vůdčí fosilie jsou rostliny nebo živočichové charakterističtí pro určité časové období geologické historie Země. Obvykle pro ně platí několik zásad, které musejí splňovat:

Indexová fosilie má mít velké geografi cké, ideálně kosmopolitní rozšíření, stratigrafi cké rozšíření vůdčího druhu má být krátké, měl by být hojný a snadno určitelný.

Významné vůdčí skupiny organismů pro jednotlivá období geologické historie Země:

Geologické období Významné vůdčí skupiny organismů

kambrium trilobiti, archeocyáti, akritarcha, konodonti

ordovik graptoliti, konodonti, trilobiti, chitinozoa, akritarcha

silur graptoliti, konodonti, chitinozoa, akritarcha, ostrakodi

devon konodonti, goniatiti, ammoniti (klyménie), tentakuliti, trilobiti

karbon goniatiti, konodonti, foraminifery

perm goniatiti, konodonti, foraminifery , brachiopodi, cévnaté rostliny, spory a megaspory

trias ceratiti, konodonti, brachiopodi, mlži

jura ammoniti, foraminifery, vápnitý nanoplankton, ostrakodi, tintinidy (kalpionely)

křída ammoniti, belemniti , planktonické foraminifery , vápnitý nanoplankton, mlži

paleogén a neogén foraminifery, vápnitý nanoplankton, gastropodi, cévnaté rostliny, vertebrata

kvartér terestričtí gastropodi , sladkovodní ostrakodi, cévnaté rostliny, vertebrata, foraminifery

Úkol č. 1: Plakát se stratigrafi ckou tabulkou

Najděte v odborné literatuře nebo na internetu vůdčí fosilie uvedené výše a podle nalezených ob-rázků je namalujte. Vytvořte nástěnný plakát se stratigrafi ckou tabulkou, kde k jednotlivým obdo-bím budou přiřazeny obrázky jednotlivých fosilií. Pracujte ve skupinách a vhodně si rozdělte práci!

Poznámky:

50

45 min.

4.2 Druhy fosilií

Zkameněliny (fosilie) představují zbytky organizmů nebo stopy po jejich životní činnosti, které jsou starší než holocén.

Dělení fosilií: 1. Fosilie pravé – ve složení fosilie nedošlo k větším změnám v důsledku fosilizačních procesů. Uchovávají

se nejčastěji ve formě nezměněných schránek a zubů. Někdy se dochovává i měkká tkáň živočichů vy-sušením pak se tyto fosilie označují jako mumie). Pseudomumie jsou fosilní zbytky živočichů s měkkou tkání, kteří byli zakonzervováni působením nízkých teplot. Vzniknout ale mohou i v prostředí bažin a různých živic (ozokeritu, asfaltu).

2. Fosilie v širším slova smyslu – u fosilií došlo k nahrazení jejich původních schránek nebo tkání jinou látkou (minerálem, horninou). Tyto fosilie se dále dělí na: a) Jádro – hornina vyplňuje vnitřní prostor schránky. Na vnějším povrchu jádra jsou otištěny vnitřní

struktury schránky. Pokud nedojde k vyplnění celé dutiny organizmu, pak vzniká tzv. neúplné jádro. Pokud se na vnitřní jádro otisknou vnější nerovnosti, pak vzniká jádro skulpturní.

b) Otisk – v hornině je otištěn vnější povrch organizmu. Obvykle se rozlišuje pozitiv (s konvexním reliéfem) a negativ (s konkávním reliéfem).

c) Výlitek – ten vzniká vyplněním dutinky po rozpuštěné schránce organizmu mezi vlastním jádrem a protiotiskem vnějšího povrchu schránky.

d) Ichnofosilie – fosilní stopy po činnosti organizmů.

Úkol č. 1: Typy fosilií

Určete, o jaký typ se u předložené fosilie jedná (na vzorcích, obrázcích, fotografi ích). Fosilie zakreslete i s patřičným popisem.

51

1

2 34 13

6

5

11

12

10

98

7

a

b

Obr. 1: Některé možnosti fosilizace schránky mlže1 – pohřbení schránky a zaplnění dutiny sedimentem, 2 – kamenné jádro, 3 – vyloužení schránky a zaplnění uvolně-ného prostoru minerální látkou (výlitek), 4 – vnější jádro, 5 – pravá zkamenělina v užším slova smyslu, 6 – deformace, 7 – fyzikálně chemický rozklad, 8 – mechanická destrukce, 9 – rozevření schránky, 10 – oddělení misek, 11 – pohřbení a zachování izolované misky, 12 – pohřbení schránky bez zaplnění vyprázdněné dutiny sedimentem, 13 – rozpuštění původní schránky – po rozbití horniny obdržíme její otisk (negativ); a – nezpevněný sediment, b – hornina.

Poznámky:*

Použitá literatura:• KUMPERA, O.,VAŠÍČEK, Z. Základy historické geologie a paleontologie. 1. Vydání. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1988.

52

120 min.

4.3 Sběr a preparace mikrofosilií

Mikrofosilie získáváme plavením ve vodě rozbředlé horniny přes síta o dostatečném průměru ok. Mů-žeme použít i mlynářské hedvábí. Dostatečně suchý jíl nebo slín (asi 1kg horniny) vhodíme do nádoby s vodou. Nepodaří-li se nám, aby se hornina napoprvé zcela změnila v plavitelnou kaši a bahno, necháme zbytek vyschnout a znovu rozmočíme. Na síto pouštíme proud vody a tím i čistíme po částech bahni-tou kaši. Na sítě zůstane výplav – tedy zrna křemene, úlomky větších zkamenělin a hlavně mikrofosilie (nejčastěji dírkovci, ostrakodi, radiolarie, rozsivky, jehlice hub apod.).

Čistý výplav prohlížíme a vybíráme pod binokulární lupou. Špetku výplavu rozložíme řídce na tmavou desku a jehlou nebo jednovlasým štětečkem zkameněliny vybíráme a přenášíme do zvláštních komůrek. Používáme-li velmi jemné preparační jehly, otřeme ji lehce voskem, aby na ni drobné zkameněliny ulpěly. Získané fosilie zakreslíme a snažíme se alespoň o jejich zařazení do skupiny.

V minulosti se využívalo k uchovávání mikrofosilií skleněných epruvetek. Ty jsou dnes nahrazovány preparátovými schránkami, které navrhl německý mikropaleontolog Franke. Schránky mají mezinárodní formát 76 × 26 mm nebo tzv. geissenský formát 28 × 48 mm. Jsou obdélníkového tvaru a zhotoveny většinou z lepenky. Ve středu těchto schránek je jamka, která je nalakována černým lakem pro kontrast se světlými fosiliemi. Tato jamka má průměr podle svého účelu (velikosti uchovávaných objektů). Pro uchovávání jedinců se používá jamek o průměru několika málo milimetrů. Pro uchování společenstev se používá středních jamek o průměru 12–18 mm. Aby fosilie nevypadly z jamky při manipulaci se schránkou, je jamka přikryta krycím sklíčkem, které se zasouvá pod vrchní papírovou vrstvu.

Při připravě takové schránky nejdříve vystřihneme 3 obdélníky o rozměru 76 × 26 mm – dva z běžného kancelářského papíru a jeden z kartonu (lepenky). Jeden z kancelářských papírů začerníme (nejlepší je barva na školní tabule), do dalšího papíru a kartonu vyrazíme průbojníkem (korkovrtem) kruhový otvor. Na spodní papírovou vrstvu nalepíme karton s otvorem. Necháme proschnout. Na tuto vrstvu přilepíme další papírový obdélník s otvorem. Dbáme na to, abychom neslepili obě vrstvy úplně. Uprostřed (z jedné strany) v místě jamky ponecháme papír nepřilepený – vznikne tak „zásuvka“ pro krycí sklíčko, které jamku uzavře. Hotovou Frankeho schránku opatříme na pravé straně etiketou.

53

Poznámky:*

Podle:• BOUČEK, B. Paleontologické praktikum. 1. vydání. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1958.• KULICH, J. Zoopaleontologické techniky. 1. vydání. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1987.

54

45 min.

4.4 Pozorování fosilií korálů

Korálnatci představují důležitou skupinu horninotvorných fosilií. Jedná se výhradně o mořské živočichy. Jejich zástupce známe od kambria po současnost. Po celý život žijí ve stadiu polypa. Jejich láčka je roz-dělena příčkami (septy), které vybíhají ze stěn a míří do středu tělní dutiny. Směrem nahoru podpírají septa jednotlivá pohyblivá chapadla, sloužící k chytání potravy i obraně. Vlastní koráli žijí přisedle, buď jednotlivě, nebo v koloniích. Mezi korálnatce řadíme osmičetné (Octocorallia), šestičetné (Hexaco-rallia), čtyřčetné (Tetracorallia, Rugosa) a deskaté (Tabulata) koráli, a dále heliolity (Heliolitoidea).

Úkol č. 1: Pozorování fosilií korálů

Prohlédněte, popište a jednoduše nakreslete příklady jednotlivých fosilních korálů. Využijte k tomu odbornou literaturu (atlasy a encyklopedie), popř. internet. Vyhledávejte např. Acropora, Fiabellum, Septastrea, Favia, Oculina, Lophophyllum, Zaphrenthis, Heliophyllum, Streptelasma, Hexaginaria, Favosites, Lithostrotionella, Halysites, Syringopora, … Pokud je to možné, zaznačte i průběh sept (na příčném řezu).

Poznámky:*

Podle:• BOUČEK, B. Paleontologické praktikum. 1. vydání. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1958.

55

45 min.

4.5 Pozorování fosilií nummulitů

Numuliti (penízkovci) patří systematicky mezi tzv. velké foraminifery. Tato skupina jednobuněčných živočichů zahrnuje dírkovce se schránkou viditelnou pouhým okem. Jejich schránky tedy mají v prů-měru od několika milimetrů po maximálně 15 centimetrů. Většina je však menší než 10 mm. Obvykle je u nich vyvinuta velmi složitá vnitřní architektura schránek. Velké foraminifery jsou známy od mladšího paleozoika a většina představuje stratigrafi cky významné skupiny jednobuněčných živočichů. Rod Nu-mmulites vytváří velké schránky penízkovitého, čočkovitého nebo terčovitého tvaru. Jednotlivé vnitřní přepážky jsou patrné až po rozpůlení nebo nabroušení perforované schránky. Pro numulity je typický pohlavní dimorfi smus. Ten se mj. obvykle projevuje různou velikostí schránek.

Nummulites sp., paleogén

Úkol č. 1: Pozorování fosilií nummulitů

Na nábrusech vápence sledujte za pomoci lupy (nebo binokulární lupy) vnitřní stavbu numulitů. Pozorované schránky nakreslete. Zakreslete i volné schránky, u kterých nejdříve změřte jejich průměr. Na surovém vápenci pozorujte společný výskyt větších a menších jedinců.

Poznámky:*

Podle:• BOUČEK, B. Paleontologické praktikum. 1. vydání. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1958.

56

45 min.

4.6 Pozorování fosilií trilobitů a jejich srovnání s recentními korýši

Trilobiti jsou vyhynulou skupinou prvohorních členovců. Dosahovali velikosti od 5 mm do 75 cm. Jejich měkké tělo bylo na hřbetní straně kryto krunýřem. Ten je v příčném směru rozdělen na tři části: osní a dvě postranní, ve směru podélném se dělí na hlavový štít (cephalon), trup (thorax) a ocasní štít (pygidium).

Hlavový štít má polokruhovitý tvaru. Střední část se nazývá glabela. Na obou jejích stranách se nacházejí líce vnitřní (pevné) a líce vnější (hybné). Na pevných lících se obvykle nacházejí složené oči. Boční okraje hlavového štítu často vybíhají do lícních trnů.

Trup se skládá z 2 až 44 pohyblivých článků. To umožňovalo trilobitům stáčení krunýře. Trupové články jsou tvořeny osou a dvěma postranními pleurami.

Ocasní štít vznikl splynutím koncových článků. Je na něm patrná podobná stavba jako u trupu. Někdy z pygidia vybíhají různě dlouhé trny.

Miraspis Conocoryphe Calymene

Harpes Cheirurus Paradoxides

57

Svinka obecná Stínka zední

Úkol č. 1: Srovnání trilobitů se současnými živočichy

Zakreslete krunýř známého trilobita ze školních sbírek. Zjistěte, o jaký typ fosilie se jedná a v jaké hornině je zachován. Popište jeho jednotlivé části. Porovnejte stavbu krunýře trilobita s krunýřem ostrorepa nebo jiných korýšů. Pokud máte k dispozici zástupce stínek (svinka obecná – Arma-dillidium vulgare), stínka zední – Oniscus asellus, apod.), můžete pozorovat a zakreslit i stáčení (volvaci). Svinky se stáčejí úplně do kuličky, zatímco stínky jen do obloučku.

Poznámky:*

Použitá literatura:• GON III., S. M. A Guide to the Orders of Trilobites [online]. Dostupné z: http://www.trilobites.info/

58

45 min.

4.7 Pozorování fosilií lilijic a graptolitů

Mořské lilijice patří do kmene ostnokožců. Jejich tělo tvoří kalich, ramena a stonek. Ramena s kalichem vytvářejí dohromady útvar zvaný koruna. Stonek se obvykle připojuje ke dnu nebo podvodním před-mětům. K přichycení sloužily příchytné výrůstky (tzv. holdfast). U některých paleozoických lilijic jsou vytvořeny na spodní straně stonku tzv. lobolity. Ty sloužily jako plovák planktonně žijících lilijic. Lilijice patří k velmi významným horninotvorným fosiliím.

Graptoliti jsou vymřelí kolonioví živočichové ze skupiny polostrunatců. Jednotliví jedinci kolonie vy-lučovali organickou vnější kostru tzv. rabdosom. Graptoliti byli výhradně mořští fi ltrátoři. Žili buď přisedle anebo planktonně. Graptolity známe od středního kambria do spodního karbonu. Patří mezi statigrafi cky významné organismy.

lilijice graptolit

59

Úkol č. 1: Lilijice

Nejdříve se na obrázku nebo odlitku jedince lilijice seznamte s její stavbou. Lillijici nakreslete a určete její základní části (ramena, kalich, korunu, stonek, holdfast nebo lobolit). Všimněte si, že tělo lilijice tvoří jednotlivé prstence a destičky. Ty také objevíte v různé poloze v předloženém kri-noidovém vápenci (krinoidový vápenec je složen z článků krinoidů a pro svou čistotu je často před-mětem těžby jako vysokoprocentní vápenec). O životě těchto živočichů se lze dovědět i z recentních zástupců. Na internetu nebo v encyklopedii vyhledejte doplňující informace o způsobu života těchto bezobratlých. Pokuste se nalézt informace o naší nejznámější lilijici rodu Scyphocrinites.

Úkol č. 2: Graptoliti

1. Kolonie graptolitů (např. Monograptus, Cyrtograptus, Didymograptus, Spirograptus) za-kreslete a popište. Jako pomůcku můžete použít vzorky z paleontologické sbírky, popř. vhodnou odbornou literaturu a internet. Určete, v jaké hornině se jejich fosilie nacházejí. Pokud použijete vorky ze sbírky, pokuste se s pomocí atlasu (příp. internetu) a učitele určit alespoň rod a popsat jejich jednotlivé části.

2. Zjistěte, jak jsou utvářeny jednotlivé větve graptolitů.3. Vyhledejte, do jaké skupiny organismů graptoliti patří. Vyhledejte v encyklopedii nebo na inter-

netu jejich současné nejbližší příbuzné.4. Dokážete z informačních zdrojů zjistit, proč bývají mnohé fosilie graptolitů pyritizovány?5. Pro která období geologické historie Země jsou graptoliti stratigrafi cky významní?

Poznámky:*

Podle:• PEK, I., VAŠÍČEK, Z., ROČEK, Z., HAJN, V., MIKULÁŠ, R. Základy zoopaleontologie. 1. vydání. Olomouc: Vydavatelství Univerzity Palackého, 1996. ISBN 80-7067-599-3.

60

120 min.

4.8 Pozorování fosilií karbonských rostlin a jejich srovnání s recentními zástupci

Karbon je svrchnopaleozoickým útvarem, který trval asi 65 miliónů let. Předpokládá se, že na začátku karbonu existovaly tři prakontinenty (Severní Amerika spojená s částí Evropy, Eurasie a Gondwana), které se k sobě přibližovaly a koncem karbonu se spojily v jediný superkontinent, nazývaný Pangea. Roz-sáhlá mělká moře umožnila bohatost života bezobratlých (zvláště ramenonožců, hlavonožců, mlžů, plžů, lilijic, korálů, mechovek a dalších), z obratlovců to byli žraloci a později i první drobní plazi. V bažinách nebo vlhkých lesích rostly až 30 m vysoké stromy (rostliny příbuzné dnešním přesličkám, plavuním a stromovitým kapradinám). Nakupením rostlinného materiálu vzniklo černé uhlí.

Plavuň rodu Lepidodendron Plavuň rodu Sigillaria

61

Úkol č. 1: Fosilie karbonských rostlin

1. Pokuste se s pomocí atlasu nebo internetu určit fosilie karbonských rostlin (přesliček i plavuní). 2. Fosilie zakreslete. Všímejte si i nejdrobnějších detailů. 3. Fosilní materiál srovnejte s recentními zástupci přesliček a obrázky našich plavuní. Vzájemně

je porovnejte. 4. Na vlastních nakreslených obrázcích se pokuste vyhledat a popsat jednotlivé struktury typické

pro karbonské přesličky (rýhování stonku, článkování, listy v přeslenech) a plavuně (listové jizvičky různého tvaru – u rodu Lepidodendron jsou kosočtverečné, pro rod Sigillaria jsou charakteristické oválně šestiúhelníkovité). Pokud máte k dispozici podzemní části plavuní – rod Stigmaria – opět je zakreslete a všímejte si oválných jizev po pravých kořenech.

Úkol č. 2: Hledáme otisky plavuní a přesliček

Jak bylo uvedeno výše, nakupením rostlinného materiálu (vysoké plavuně a přesličky) vzniklo černé uhlí. Proto je možné v černém uhlí najít otisky těchto rostlin.

1. Vyhledejte ve svém okolí uhelný sklad, ve kterém mají k dispozici černé uhlí. Pokuste se do-hodnout na prohlídce uhlí za účelem vyhledávání otisků rostlin. Pokud bydlíte v nějaké oblasti s těžbou černého uhlí, je možné vyrazit do přírody k haldám po těžbě.

2. Pokud je vše dohodnuto, resp. naplánováno, je možno vyrazit na prohlídku. Oblečte si nějaké oblečení, které můžete zašpinit, nezapomeňte kladívko, se kterým budete moci rozbít větší kusy.

3. Pro vlastní hledání je nutno se obrnit trpělivostí. Kousky uhlí je třeba vzít, otočit a prohlédnout. Některé stopy budou nevýrazné (vypadají jako vrypy, škrábance apod.). Po čase se vám ale jistě podaří objevit otisk, který si vezměte do sbírky (nebo ho vyfotografujte).

4. Ve škole se pokuste jednotlivé otisky určit, resp. srovnat s atlasem, sbírkovými artefakty, resp. fotografi emi na internetu.

Poznámky:*

Podle:• PETRÁNEK, J. Malá encyklopedie geologie. 1. vydání. České Budějovice: Jih, 1993. ISBN 80-900351-2-4.

62

45 min.

4.9 Pozorování fosilií amonitů a jejich srovnání s recentními loděnkami

Amoniti jsou vyhynulou skupina prvohorních a především druhohorních hlavonožců. Vytvářeli si vnější schránky, které měly podobnou stavby jako dnešní loděnka. Schránka se skládá z počáteční komůrky (protokoncha), následných komůrek (fragmokon) a obývací komůrky. Fragmokon je rozdělen jednot-livými přepážkami (septy) na komůrky. Septa jsou zprohýbaná. Linie jejich uchycení ke schránce se označuje jako šev (sutura). Sutury jsou vždy rozčleněny v laloky a sedla. U amonitů se rozlišují tři zá-kladní typy švů: goniatitový (má hladká sedla a laloky), ceratitový (hladká sedla a vroubkované laloky) a amonitový (sedla i laloky složitě členěné). Obývací komůrka je zakončena ústím. Povrch schránek bývá hladký nebo jsou na něm dobře patrné přírůstkové linie. Častěji jsou však přítomna žebra, kýly, hrbolky či ostny. Schránky jsou nejčastěji spirálně vinuté.

goniatitový ceratitový

sedlo

lalok

amonitový

Obr. 1: Typy švů (sutur) u amonitů

Úkol č. 1: Amoniti

1. Nejdříve roztřiďte schránky hlavonožců na goniatity, ceratity, a amonity. 2. Vyhledejte v obdobné literatuře, popř. na internetu, další obrázky amonitů. Ty si překreslete.3. Zjistěte, o jaký typ fosilií se jedná a v jaké hornině jsou zachovány. 4. Zakreslete a popište jednotlivé části schránky. Porovnejte stavbu schránek amonitů se schránkou

recentní loděnky (Nautilus pompilius). Řez její schránky zakreslete a určete jednotlivé její části.

Poznámky:

Mgr. Tomáš Lehotský, Ph.D., Mgr. Martin Faměra, Ph.D., RNDr. Lukáš Műller, Ph.D.

EDICE: Badatelsky orientovaná výukaLaboratorní a terénní cvičení GEOLOGIE A PALEONTOLOGIE

Výkonný redaktor prof. RNDr. Zdeněk Dvořák, DrSc., Ph.D.Odpovědný redaktor Bc. Otakar LoutockýOdborná korektura RNDr. Jana DobrorukováJazyková korektura Mgr. Robert JordánGrafi cká úprava a návrh obálky Marcel VrbasSazba Vydavatelství Univerzity PalackéhoIlustrace Marcel Vrbas, Kateřina HufováDalší spolupráce na textech Jaromír Gamba

Vydala a vytiskla Univerzita Palackého v OlomouciKřížkovského 8, 771 47 Olomoucwww.vydavatelstvi.upol.czwww.e-shop.upol.czvup@upol.cz

Publikace neprošla jazykovou redakční úpravou ve VUP

1. vydáníOlomouc 2015Ediční řada – UčebniceISBN 978-80-244-4594-6Neprodejná publikaceVUP 2015/0221

Jana Dobroruková, Petra Macháčková, Petr Hašler, Vladimír VinterLukáš Műller (ed.)

BIOLOGIEBIOLOGIE

BADATELSKY orientovaná výuka

Laboratorní a terénní cvičeníLaboratorní a terénní cvičení

BADATELSKY orientovaná výuka

Lenka Bartáková, Pavel Daniš, Jaroslava Jáčová Lukáš Műller (ed.)

CHEMIECHEMIE

Laboratorní a terénní cvičení GEOLOGIE A PALEONTOLOGIE z edice Badatelsky orientovaná výuka vznikla v rámci projektu OPVK Soubor materiálů k badatelským aktivitám žáků ZŠ a SŠ v přírodních vědách (reg. č. CZ.1.07/1.1.00/26.0032), řešeného na Univerzitě Palackého v Olomouci. Autorský kolektiv byl tvořen praktikujícími středoškolskými a vysokoškolskými pedagogy. Jejich spolupráce vyústila v neobvyklou publikaci, hojně využitelnou na 2. stupni základních a všech typech středních škol. Unikátní kniha obsahuje více jak 150 experimentů a pozorování z geologie a paleontologie formulovaných jako problémové úlohy vhodné pro zavádění badatelsky orientované výuky. Laboratorní práce a zařazené experimenty byly vybrány tak, aby byly pokryty všechny související kapitoly RVP pro základní školy a gymnázia. Většina zařazených badatelských úkolů obsahuje i návodné otázky a úkoly, které tento způsob výuky podpoří.

V rámci projektu dále vyšly tyto tituly:

Laboratorní a terénní cvičení

GEOLOGIEA PALEONTOLOGIEGEOLOGIEA PALEONTOLOGIE

BADATELSKY orientovaná výuka