Úvod 3

POČÁTKY

01 Vznik Země 402 Náš průvodce Měsíc 803 Peklo na Zemi 12

04 Datovací metody 16

05 Příběh o třech planetách 20

06 Živá planeta 24

V NITRU ZEMĚ

07 Cesta do středu Země 28

08 Pohled do nitra Země 32

09 Magnetické jádro 36

10 Pohybující se plášť 40

11 Plášťové chocholy 44

12 Kůra a kontinent 48

13 Tektonika desek 52

14 Rozpínání oceánského dna 56

15 Subdukce 60

16 Sopky 64

17 Zemětřesení 68

18 Horotvorná činnost 72

19 Metamorfóza 76

20 Černé zlato 80

21 Bohatství z hlubin 84

22 Hlubinné tajemství diamantů 88

CYKLY NA POVRCHU ZEMĚ

23 Koloběh hornin 92

24 Formování krajiny 96

25 Gradualismus a katastrofismus 100

Obsah

26 Sedimentace 104

27 Oceánské proudění 108

28 Atmosférická cirkulace 112

29 Koloběh vody 116

30 Koloběh uhlíku 120

31 Změna klimatu 124

32 Doby ledové 128

33 Ledové příkrovy 132

34 Teorie sněhové koule 136

ŽIVÁ PLANETA

35 Hluboký čas 140

36 Stratigrafie 144

37 Vznik života 148

38 Evoluce 152

39 Ediakarská zahrada 156

40 Diverzifikace 160

41 Dinosauři 164

42 Vymírání 168

43 Adaptace 172

44 Molekulární fosilie 176

45 Antropocén 180

BUDOUCNOST ZEMĚ

46 Zdroje budoucnosti 184

47 Budoucí klima 188

48 Evoluce v budoucnosti 192

49 Kontinenty budoucnosti 196

50 Zánik Země 200

Slovníček pojmů 204

Rejstřík 206

3

Úvod

Žijeme na nádherné planetě. Jsme šťastní, když si najdeme čas obdivovat její krásu, žasnout v údivu nad její majestátností a být vděční za její dary. Většinou se však stále ženeme za něčím povrchním a zapomínáme na dva důležité aspekty – intenzitu a čas. Doufám, že v této knize si je při- pomeneme.

Zkuste se na okamžik zamyslet nad tím, co nám leží pod nohama – teď mám na mysli hlouběji pod svrchní vrstvou půdy a hornin. V podstatě ve stejné vzdálenosti, jakou mnozí z nás musí urazit denně za prací, leží místo skryté zrakům kohokoli z nás. Tamní teplotu a tlak si sotva dokáže- me představit. Pokud byste se vydali ještě hlouběji, do vzdálenosti kratší než transatlantický let, ocitli byste se ve světě žhavého roztaveného kovu. Země není jen betonovou koulí, po níž chodíme. Je živou, dynamickou planetou. Pevné horniny jsou neustále v pohybu – kontinenty se pohybují, sopky chrlí plyny, lávu a pevné látky a v zemském plášti proudí masy hor-nin. Stejně tak i na horniny pod zemským povrchem působí procesy pro-bíhající nad nimi. Geologické procesy, koloběh vody, cirkulace atmosfé- ry a živé organismy se neustále navzájem ovlivňují. Bez oceánů by neexis-tovaly kontinenty a bez života bychom neměli atmosféru ani podnebí, v nichž bychom mohli žít. Přírodní cykly na naší planetě vytvářejí přízni- vé prostředí pro život už miliardy let. Moderní člověk je však na vlastní riziko narušuje.

Další dimenzí, která se naskýtá v souvislosti s procesy probíhajícími na naší planetě, je dimenze času. Nemám na mysli jen krátký časový úsek, jako je třeba doba jídla nebo život člověka od narození do smrti, nýbrž tzv. hlu-boký čas. Abychom si dokázali představit čas měřený v desítkách a stov-kách milionů let, musíme radikálně změnit svůj způsob myšlení. Nic jiného nám ale nezbývá, pokud máme porozumět planetě, na níž žijeme. Teprve pak si začneme uvědomovat, že každodenní procesy probíhající v měřítku hlubokého času mohou formovat i ničit horská pásma, otevírat oceány a dělit kontinenty. Hluboký čas dokáže vytvořit nové biologické druhy nebo přivodit jejich vyhynutí. Přestože existence člověka na Zemi představuje sotva jediný tik na hodinách hlubokého času, stačili jsme už naši planetu změnit k nepoznání. Doufám, že když jí lépe porozumíme, budeme se ke světu kolem sebe chovat laskavěji.

4

časová osa – 1 GA = 1 miliarda let

počátky

4,527 GA

Zrod Měsíce

4,54 GA

Protozemě dosahuje velikosti, při níž začíná proces tavení a odděluje se jádro

4,567 GA

Vznik chondritů, nejstaršího pevného materiálu ve sluneční soustavě

4,6 GA

Předpokládaný výbuch supernovy; sluneční mlhovina se začíná smršťovat

Vzpomínky na hvězdný prach Ke konci své vesmírné existence hvězdy přicházejí o svoje vnější vrstvy. Masivnější hvězdy už neunesou sílu svojí vlastní gravitace a hroutí se. Přitom vyvolají explozi, která roz-ptýlí jejich hmotu v obrovských oblacích prachu a molekul. A právě z takového mračna po výbuchu supernovy se zrodila naše sluneční soustava. Každičká molekula ve vašem těle obsahuje atomy pocházející z hvězd. Každičký atom zlata ve vašem prstenu byl syntetizován v super-nově.

Přítomnost produktů rozpadu krátkodobých radioaktivních izotopů v dávných meteoritech svědčí o tom, že tyto prvky vznikly při explozi nedaleké supernovy nedlouho před vznikem sluneční soustavy. Možná právě takový výbuch odstartoval počáteční kolaps sluneční mlhoviny.

Akrece Když byly plyny a prach vtahovány do nitra, kde se nakonec vytvořilo Slunce, úhlová hybná síla ve zvolna se pohybující mlhovině zformovala mračno do disku. Po dlouhá léta to byla jen hypotéza, ale ny- ní jsme díky silným dalekohledům zjistili, že totéž se děje při zrodu jiných hvězd. Například hvězda Beta Pictoris má kolem sebe jasně patrný pra-choplynový disk, z nějž se právě teď mohou vytvářet planety. Objev

Všichni jsme vzešli z hvězdného prachu. Prapůvodní vodík a helium, které vznikly během velkého třesku před 13,7 miliardy let, byly spečeny v jaderných pecích generací hvězd na uhlík, kyslík a dusík, tvořících lidské tělo, a křemík, hliník, hořčík a železo a veškeré ostatní prvky, z nichž se skládá naše planeta.

01 Vznik Země

5vznik Země

4,404 GA Nejstarší zrnko minerálu na Zemi. Nepotvrzené známky existence vody

4,28 GA Nejstarší dochovaná hornina na Zemi, pocházející zřejmě z hlubokomořského sopouchu v kanadském Hudsonově zálivu

3,85 GA Nejstarší dochované grónské sedimenty

4,42 GA Nejstarší zrnko minerálu získané z měsíčních vzorků přinesených posádkou Apolla

Chyťte padající hvězduJako první pevné útvary se v mladé sluneční mlhovině vytvo-

řily chondrule. Jde o přibližně kulovitá křemičitanová zrnka

o průměru od 1 mm do 1 cm. Vznikly zřejmě jako roztavené

kapky, když byl křemičitanový prach rozžhaven na téměř

1500 °C, pravděpodobně blízko nového Slunce nebo v důsled-

ku radioaktivity. Nyní jsou obsaženy ve zhruba 80 % všech

meteoritů dopadajících na Zemi a lze je datovat s neuvěřitel-

nou přesností. Jsou staré 4,567 milionu let (s tolerancí půl

milionu) a jako takové jsou nejstaršími součástmi sluneční

soustavy.

takzvaných exoplanet v okolí více než tisícovky dalších hvězd svědčí o tom, že zrod hvězdy je často doprovázen vznikem planet.

Odborníci se vesměs shodují, že planety naší sluneční soustavy vznikly takzvanou akrecí, tedy slučováním mikroskopických prachových zrn, která do sebe narážela. První fáze tohoto procesu je zároveň nejméně pochopitelná, neboť materiál držel pohromadě jen slabou gravitací a v důsledku různých srážek hrozilo, že se opět rozpadne. Je možné, že nahromaděná prachová zrnka se chovala podobně jako ideální kapalina. Držela pohromadě a jen zřídka získala dost energie na to, aby se oddělila od shluku. Pokud byla relativní rychlost prachových zrnek dostatečně pomalá, začala se spojovat. Jakmile dosáhla průměru několika metrů, převládla gravitace, jež přitahovala další a další materiál.

Odtržení Gravitační energie, teplo vznikající radioaktivním rozpadem a energie uvolněná při vzájemných kolizích vedly k roztavení a nakonec

6 počátky

i ke klesání nejtěžších prvků, jako je železo a nikl, do jádra planety, která má nyní přibližně tvar koule o průměru asi desítek či stovek kilo- metrů. Toto seskupení dál přitahovalo další částice, z nichž vznikl menší počet protoplanet. Vzájemné kolize mezi nimi byly sice vzácnější, ale o to prudší.

Sluneční vítr Zrod Slunce trval pravděpodobně jen asi 10 000 let. Poté se už stlačilo dost hmoty, která dosáhla teploty potřebné pro spuš-tění jaderné reakce. Slunce tak mohlo začít svítit. To způsobilo silný slu-neční vítr – proud částic vanoucí mladou sluneční soustavou. Byl tak mohutný, že odvál jakoukoli prvotní atmosféru Země, tvořenou vodíkem a heliem, a na planetě zůstaly pouze odolnější horniny. Dál od ní se nahromadila masa plynu, z níž se zrodily obří plynné planety Jupiter

Hvězdná alchymieHvězdy připomínají jaderné pece. Stejně jako vodíkové bomby totiž

přeměňují nejrozšířenější prvky ve vesmíru – vodík a helium – na

těžší částice. Během tohoto procesu se uvolňuje energie, díky níž

hvězdy na nebi svítí. Obyčejné hvězdy produkují základní prvky

života – uhlík, dusík a kyslík – a také ty, které tvoří naši planetu, tedy

sodík, draslík, vápník, hliník a křemík. Jak hvězda stárne, uvolňuje

tyto prvky do vesmíru. Některé hvězdy vytvářejí takové množství

uhlíku, že jsou obklopeny mračny sazí. Koncovým bodem tohoto

vývoje je železo. Aby hvězda vytvořila něco těžšího, potřebuje víc

energie, než kolik uvolní. Když se tedy jádro mohutné hvězdy změní

v železo, jaderná syntéza se zastaví. Hvězda už dál neudrží pohro-

madě svou hmotu a zhroutí se. To vyvolá neuvěřitelně silnou explo-

zi, která ji rozmetá a vytvoří celou škálu těžkých prvků včetně uranu.

7vznik Země

a Saturn. V ještě větší vzdálenosti od Slunce se kondenzoval prchavý materiál, včetně metanu a vody, z nějž vznikla ledová tělesa vnější slu-neční soustavy – trpasličí planety, k nimž patří mimo jiné Pluto, ledové měsíce, tělesa Kuiperova pásu a komety.

Nová planeta Mladá Země dál nabývala na objemu. Její nitro bylo teď zřejmě povětšině roztavené a železné jádro obklopoval jednoduchý křemičitý plášť. Jakmile Země narostla do přibližně 40 % svého nynějšího objemu, vzniklá gravitace jí pomohla udržet atmosféru. Magnetické pole vnikající v jejím jádru ji pak zřejmě chránilo před částicemi slunečního větru, které odklánělo směrem pryč. Prvotní atmosféru tvořil pravděpo-dobně většinou dusík, oxid uhličitý a vodní pára.

Jak zjistíte na několika následujících stranách, proces akrece dál pokra- čoval a vyvrcholil velkou srážkou, díky níž vznikl Měsíc. V důsledku ochlazování povrchu se na naší planetě mohla objevit voda v kapalném skupenství. Část vodních par zřejmě vyprodukovala samotná Země v po- době sopečných plynů, ale velká část se na ni pravděpodobně dostala pomocí ledových komet spolu s horninovým materiálem z meteorů a as- teroidů. A právě proces akrece pokračuje v omezené míře dodnes. Když se daleko od světel velkoměsta za jasné noci zadíváte na oblohu, možná spatříte létavici. Tyto meteory jsou v podstatě drobná zrnka pevného materiálu, která shoří v atmosféře, byť nakonec si cestu na naši planetu přece jen najdou. Nejsou větší než zrnko písku, přičemž ty největší mo- hou dosáhnout nanejvýš velikosti zrnka rýže. Dohromady však díky nim přibývá na zemský povrch 40 000 až 70 000 t materiálu ročně. Pokračuje tak proces, jímž se zrodila naše planeta.

v kostce Zvětšování planet akrecí

8

časová osa

počátky

4,36 GA Nejstarší datovaný měsíční vzorek

4,42 GA Nejstarší datované zrnko nerostu z Měsíce

4,527 GA

Pravděpodobná doba velkého impaktu (srážky), při němž vznikl Měsíc

Vznik Měsíce vyvolával v průběhu let celou řadu dohadů. Před přijetím teorie kontinentálního driftu někteří vědci spekulovali o tom, že se Měsíc oddělil od Země a zanechal po sobě propadlinu v podobě Tichého oce-ánu. Jiní zase zastávali myšlenku, že se zrodil zároveň se Zemí v obdob-ném procesu akrece nebo že vznikl jinde a zachytila ho zemská gravitace. Žádná z těchto domněnek se ovšem neslučovala s našimi poznatky o oběž- né dráze Měsíce.

Odtržení dávného bloku Pravda začala vycházet najevo až poté, co na Měsíci přistáli astronauti během mise Apollo 11 a odebrali na něm vzorky horniny. Měsíční horniny měly velmi podobné složení jako sopečný čedič a horniny tvořící zemský plášť. Země i Měsíc jsou tedy ze stejného těsta.

Díky počítačovým simulacím mají dnes vědci poměrně přesnou před-stavu o tom, jak se vše událo. Další protoplaneta zřejmě vznikla v takzva-ném libračním centru před, či po zrodu Země, takže se nacházela ve stejné

Po necelých 20 milionech let svojí existence zažila Země největší katastrofu v historii. Rychlostí asi 30 000 km za hodinu se srazila s dalším tělesem o velikosti Marsu a pláště obou těles se rozžhavily. Z vyvrženého materiálu se zformoval Měsíc, díky němuž se na Zemi stabilizovala roční období a jenž umožnil na naší planetě vznik a vývoj života.

02 Náš průvodce Měsíc

9náš průvodce Měsíc

3,1 GA Poslední velká bazaltová erupce v mořských pánvích

3,6 GA Měsíční jádro tuhne. Magnetické pole Měsíce mizí

4,1–3,9 GA Při tzv. intenzivním bombardování Země vznikly mořské pánve

vzdálenosti od Země i od Slunce. Pokud vznikla ze stejného prstence hmo- ty ve sluneční mlhovině, vysvětlovalo by to, proč měla stejné složení jako Země. Jak se zvětšovala, její oběžná dráha se začala měnit. Nakonec se ocitla na kolizní dráze se Zemí a došlo k téměř tečné srážce. Toto těleso dostalo název Theia podle Titánky z řecké mytologie, matky měsíční bohyně Seléné.

Vesmírná kolize Theia se pohybovala rychlostí přibližně 16 km/s a v blízkosti mladé Země obíhala několik dní. Přitom se neustále přibližova- la k zemskému povrchu. Nakonec došlo k náhlé srážce. V průběhu několika sekund se v zemské atmosféře vytvořily supersonické větry. Téměř okamžitě se značná část plášťů Theie a také Země roztavila a povrchový materiál byl vymrštěn do vesmíru. Převážná část hustého železného jádra Theie se obto-čila kolem Země a spojila se zemským jádrem. Zbytek byl vymrštěn do ves-míru v podobě úlomků a mračen odpařených hornin. To vše se muselo odehrát během zhruba 24 hodin. Pokud bychom to měli možnost sledovat z bezpečné vzdálenosti, byla by to opravdu úchvatná podívaná.

Většina zmíněného materiálu postupně spadla zpět na Zemi, ale dost ho zůstalo na oběžné dráze kolem Země, kde se z něj vytvořil prstenec. V prů-běhu ochlazování se zkondenzoval na částice, které během dalších několika desetiletí ztuhly a shlukly se dohromady. Tak se zrodil Měsíc. Některá překva-

EUGENE SHOEMAKER (1928–1997)Gene Shoemaker byl průkopníkem lunární geologie. Zkoumal útvar

Meteor Crater v Arizoně a na jeho příkladu ukázal, že většina kráterů

na Měsíci vznikla dopadem meteoritu, nikoli v důsledku sopečné činnosti.

Shoemaker sám toužil po tom stát se astronautem, ale bránily mu v tom

zdravotní důvody. Přesto hrál důležitou roli ve výběru vhodných přistáva-

cích lokalit a ve výcviku kosmonautů. Poté, co zahynul při autonehodě,

část popela z jeho ostatků dopravila v roce 1999 sonda Lunar Prospector

na Měsíc.

10 počátky

pivá zjištění týkající se složení měsíční horniny odebrané při misích Apolla lze vysvětlit kondenzací těchto hornin z křemičité páry ve vzdu-choprázdnu.

Druhý měsíc Je možné, že z vypuzeného materiálu se nezformovalo jen jedno těleso. Podle některých domněnek vznikl souběžně s naším Měsícem i druhý měsíc, ale na opačné straně ve vzdálenosti přibližně 1000 km. Několik milionů let pak obíhal kolem Země, než se nakonec po poměrně mírné srážce spojil s naším Měsícem. Pokud k této kolizi došlo na nynější odvrácené straně Měsíce, vysvětlovalo by to, proč je zde kůra zhruba o 50 km silnější než na přivrácené straně a proč mají obě strany rozdílné složení hornin.

Jak začala měsíční kůra tuhnout, v roztaveném materiálu mezi kůrou a pláštěm zůstaly určité prvky. Šlo o vysoké množství draslíku (K), prvky vzácných zemin a o fosfor (P), které daly této vrstvě název magma bohaté na KREEP. Akrece dalšího malého měsíce na odvrácené straně našeho Měsíce přesunula tuto roztavenou vrstvu na opačnou stranu, a proto je přilehlá strana Měsíce tak bohatá na KREEP.

Krátké dny, jasné noci Srážka s Theiou způsobila, že se naše pla-neta začala otáčet rychleji. Po kolizi trval den zhruba jen pět hodin a od té doby se pozvolna prodlužuje. Nově zrozený Měsíc se také nacházel mnohem blíž k Zemi, takže na obloze vypadal zhruba patnáctkrát větší. Pokud byste vydrželi stát na žhoucím sopečném povrchu, naskytl by se vám ohromující pohled. Vliv Měsíce na příliv a odliv byl tehdy daleko silnější než dnes, i když na Zemi neexistovaly žádné oceány, na nichž by se projevoval. Mohutné slapové jevy se však projevovaly v roztaveném

magmatu pod zemským povrchem a pokaždé, když Měsíc putoval po obloze, zřejmě zesilovaly so- pečnou činnost.

Od té doby se Měsíc od naší pla-nety postupně vzdaluje, neboť v důsledku slapů ztrácí svou orbi-tální energii. V průběhu několi- ka milionů let slapové síly Měsíc „zafixovaly“, takže k Zemi je trvale

„Najednou mi došlo, že ta pěkná modrá kulička je Země. Když jsem zvedl palec a zavřel jedno oko, palcem jsem zakryl celou naši planetu. V tu chvíli

jsem si nepřipadal jako obr, ale jako pidimužík.“Neil Armstrong

11náš průvodce Měsíc

v kostce Meziplanetární kolize

obrácená jen jedna jeho strana. Pozdější měření pomocí reflektorů insta-lovaných na Měsíci kosmonauty z mise Apollo 11 ukázala, že Měsíc se dnes od Země stále vzdaluje rychlostí 3,8 cm za rok.

Ničitel a ochránce Je možné, že primitivní život na Zemi se uchytil už před kataklyzmatickou kolizí. V každém případě při této kolizi úplně zanikl a trvalo poměrně dlouho, než sopečné erupce a dopady ledových komet obnovily atmosféru a oceány. Tyto porodní bolesti a zdržení ovšem měly svůj smysl. Bez Měsíce bychom nejen neměli slapové jevy, ale rotač- ní osa Země by nebyla ustálená a mohla by se v nepravidelných interva-lech převracet, například jeden z pólů by mířil ke Slunci a polovina světa by se tak ocitla v temnotě. Navíc bychom přišli o ten nejkrásnější objekt na noční obloze.

Po vesmírném programu Apollo následovala dlouhá odmlka ve

zkoumání Měsíce. Později však bylo na Měsíc vypraveno několik

vesmírných misí bez lidské posádky. Jedním z jejich cílů bylo hledat

vodu. Sonda Lunar Prospector nalezla v okolí obou měsíčních pólů

hojné množství vodíku. To vědce vedlo k domněnkám, že se zde voda

vyskytuje v podobě vodního ledu ve stinných kráterech. V roce 2009

americká sonda LCROSS narazila do kráteru nedaleko jižního pólu

a vyvrhla oblak vyvřelého materiálu, který sice nebyl tak působivý,

ale obsahoval asi 155 kg vodního ledu ve formě jemných krystalků.

Indická sonda Čandraján-1 objevila pomocí radiolokátoru pod po-

vrchem Měsíce v blízkosti severního pólu led. Zmíněné objevy by

mohly mít obrovský význam nejen pro případné nové osadníky

Měsíce, ale i pro budoucí mise, které by tak mohly mít k dispozici

raketové palivo.

Naděje na vodu

12

časová osa

počátky

4,28 GA Odhadované stáří hornin zelenokamového pásu Nuvvuagittuq

4,404 GA Stáří nejstaršího zrnka nerostu

4,45 GA Zemská kůra začíná tuhnout

Krátká historie Měsíce Mladá sluneční soustava byla před zhruba 4 miliardami let stále nebezpečným místem. Menší objekty se spojovaly a srážky byly čím dál vzácnější, zato prudší. Tomuto období se říká pozdní velké bombardování a pokračovalo až do doby zhruba před 3,85 miliardy let. Jizvy po dopadech asteroidů už zemský povrch dávno nehyzdí, ale na Měsíci jsou patrné dodnes.

Tmavé skvrny patrné na povrchu Měsíce pocházejí právě z této doby pozdního velkého bombardování. Jde o měsíční moře (latinsky mare). Žádná loď po nich dosud neplula, ale kdysi je vyplňovala tekutá hmo- ta – láva. Vznikly v důsledku obrovských erupcí bazaltového magmatu v rozměrných pánvích vytvořených při zmíněném bombardování. Jejich poměrně rovinatý povrch skýtal vhodné místo pro přistání prvních modulů Apolla. Vzorky, které sondy odebraly, byly na zemské poměry hodně staré. I ty nejmladší datované vzorky měsíčních hornin z lávových proudů v měsíčních mořích jsou staré 3,1 miliardy let. Na suchém povr-chu Měsíce, kde vládne vakuum, se dochovaly prvky z mnohem dávněj-ších dob než na Zemi.

Prvních 700 milionů let po svém vzniku nebyla planeta Země přívětivým místem k životu. Tomuto období se říká hadaikum podle Háda, řeckého boha podsvětí. Charakterizovaly je časté dopady asteroidů a nepřetržité sopečné erupce. Povrch Země byl extrémně žhavý, atmosféra byla odváta a oceány se vypařovaly. Přesto právě do tohoto období se datují počátky života, tak jak ho na Zemi známe dnes.

03 Peklo na Zemi