Prekambrium

Prekambrium (iné názvy: predkambrium, predprvohory, pravek Zeme; zriedkavo: progonozoikum, kryptozoikum, archeozoikum; staršie: azoikum, proterozoikum, archaikum, archea, prahory, primér) je voľné označenie pre celé obdobie v geologickom vývoji Zeme od jej vzniku (4570 miliónov rokov pred Kr.) resp. vzniku zemskej kôry (4400 miliónov rokov) po začiatok kambria (teda prvohôr – 542 miliónov rokov). Ide o najdlhšie obdobie v histórii Zeme, počas ktorého sa vyvinul jadrá všetkých dnešných kontinentov. Chronostratigraficky je chápané ako prvý z dvoch eontermov.

Rané vývojové štádia Zeme, oceánov a atmosféry

Stav a tvárnosť pevnej Zeme v predkambriu určovali tektonické sily pochádzajúce z pohybov zemskej kôry a procesy mechanického, čiastočne aj chemického zvetrávania. Tam, kde sa zemská kôra trhala, vznikali ochladením vytekajúcej žeravej magmy (láva) mohutné horninové masívy – magmatické horniny (vulkanity). Súčasne s nimi však vznikali horniny aj usadzovaním. Tieto rané sedimenty obsahovali predovšetkým železné rudy (magnetit), pyroxény (gr. pyros = oheň a xenos = cudzí) a bazalt. To dokazuje, že vznikli usadzovaním zvetraných magmatických hornín. Spolu s nimi sa chemickými procesmi tvorili aj kremité sedimenty. Neskôr sa vyskytli droby – tmavosivé pieskovcové uloženiny, zložené prevažne z kremeňa, živcov a z úlomkov iných nestabilných hornín spojených ílovitou zložkou.
Vulkanické a sedimentárne horniny sa ako súčasť zemskej kôry v pri orogenéze mohli dostať do podmienok s vysokým tlakom a teplotou, čo spôsobilo zmeny ich kryštalickej stavby. Tento proces nazývame metamorfóza, alebo premena hornín. Jej produktom sú metamorfované horniny – metamorfity, označované aj ako kryštalické bridlice. Metamorfity vznikali aj vtedy, keď žeravá magma prenikala tenkou zemskou kôrou a svojou vysokou teplotou menila horniny okolo seba. V tomto prípade hovoríme o kontaktnej metamorfóze. Ak magma tuhla vo veľkých hĺbkach zemskej kôry (za vysokého tlaku), vznikli hlbinné horniny alebo plutonity. Sú to horniny, ktoré mali dostatok času na kryštalizáciu a majú preto pomerne veľké kryštály (do niekoľkých cm). V predkambriu vznikli mnohé granity (lat. granum = zrno) čiže žuly. Mladá zemská kôra sa teda skladala z vulkanitov, plutonitov, sedimentov a z metamorfovaných hornín.
Atmosféra obsahovala vysoký podiel kyseliny uhličitej, preto bola voči pôvodným horninám veľmi agresívna. Množstvá produktov jej pôsobenia, často rozpustných vo vode, odnášali vodné toky do morí. Tam neutralizovali rozpustené kyseliny, dôsledok vulkanizmu z druhej polovice archaika. Tak sa moria stali veľkými zbernými panvami roztokov chloridov.
Vplyvom rozličných procesov stúpla po čase v atmosfére koncentrácia dusíka a kyslíka. Tieto plyny sa rozpúšťali aj v morskej vode a menili ju na chloridkarbonátovú. Z nej sa potom mohli vyzrážať zlúčeniny nového typu: prvé uhličitanové horniny a iné chemogénne sedimenty (železné kremičitany ako jaspility alebo itabirity).
Sedimentárne panvy, ktoré vznikali v tomto období, sa postupne zaplňovali sedimentmi a súčasne aj produktami vulkanizmu, ktorý často asociuje s vývojom paniev. Hlboké priekopové prepadliny, vyplnené masami hornín, sa zo žeravotekutého zemského plášťa dvíhali a vrásnili, čím vznikali nové pohoria. Tie sa ešte pred rifejom (posledný útvar proterozoika) spájali a vytvárali nové kratogény.
Už v staršom proterozoiku vstupuje do procesu tvárnenia pevnej zeme nová sila, ľadovce. Napríklad v Severnej a Južnej Amerike či v južnej Afrike rozdrvili ľadovcové splazy horninu na íl až piesok, či jemný štrk alebo na okrúhliaky, z ktorých vznikali akumulácie materiálu – morény.

Vznikajú prvé kontinenty

Na začiatku predkambria pokryla žeravotekutý zemský plášť stuhnutá zemská kôra, ktorá však nebola stabilná. Miestami poklesla, pričom v zemskej kôre vznikali depresie, ktoré označujeme ako geosynkilály. Iné oblasti sa vplyvom síl vznikajúcich pohybom hustej kvapaliny vrásnili a dvíhali – zemská kôra vytvárala vrasové pohoria. Tieto procesy nazývame tektogenéza (lat. tegere = kryť, pokrývať, gr. genesis = vznik, vývoj) alebo diastrofizmus (staršie pomenovanie).
Vznikajúce panvy a vrasové pohoria sa v plytkých častiach zemskej kôry trhali a drobili, pričom tekutý materiál zemského plášťa prenikla na týchto miestach na povrch a jeho tuhnutím opäť vznikla nová kôra. V oblastiach vrasových pohorí sa sformovali relatívne stabilné kryhy, ktoré tvorili jadrá neskorších kontinentov. ďalšími horotvornými pohybmi sa k nim ukladali nové pevné vrstvy. Tieto kontinentálne kryhy alebo štíty sa nazývajú kratogény. Z mnohých kratogénov vzniknutých v predkambriu môžeme podľa zachovaných zvyškov skúmať Kanadský štít, známy aj ako Laurentia, Baltsko-rusky štít, nazývaný aj Fennosarmatia, rozprestierajúci sa takmer na celú Škandináviu a siahajúci až po Ural, štít Angara na východnej Sibíri, štít Sinia v Číne. Na južnej pologuli je to obrovský štít Gondwana, ktorý sa skladal z neskorších kontinentov a subkontinentov Južnej Ameriky, Afriky, Austrálie a Antarktídy.

Charakteristika

Obdobie predkambria sa často označuje aj ako kryptozoikum, „obdobie skrytého života organizmov”. Skutočnosť, že na začiatku prvohôr bol živočíšny svet už široko rozvinutý, viedla k záveru, že život na Zemi vznikol už predtým. Starší názor, že predkambrium bolo obdobím bez života (odtiaľ niekdajšie označenie azoikum, čo značí bez života), sa ukázal nesprávnym.
Pred približne štyrmi miliardami rokov sa začala vytvárať štruktúra jednotlivých obalov Zeme. Zemská kôra postupne tuhla a odovzdávala väčšinu plynov do prvotnej atmosféry. Prebiehali mohutné sopečné výbuchy, z trhlín v zemskej kôre sa vylievali prúdy žeravej lávy. Horúcu krehkú zemskú kôru bombardovalo množstvo meteoritov. V atmosfére nebol kyslík a na povrch dopadalo smrtiace ultrafialové žiarenie. Zemský povrch bol preto zatiaľ neobývateľný.

Geologický vývoj

Zhruba od začiatku archaika od stredného archaika začal povrch Zeme chladnúť. Prvé horniny ruly a gabrá, ktoré sa zachovali do dnešných čias v nepremenenej forme sú však staršie. Pochádzajú z hadaika a majú vek asi 4,03 – 3,95 miliardy rokov. Zemská kôra v podobe ako ju poznáme dnes sa začala formovať vo období medzi stredným archaikom a vrchným archaikom. Vznikli prvé kratogény (štíty a tabule alebo platformy) – pevné časti kontinentálnej zemskej kôry a ukončila sa i diferenciácia oceánskej kôry.

Paleogeografia

Najväčším celkom súše tej doby bol kanadský štít, ktorý zahŕňal veľkú časť dnešnej Kanady, polostrov Labrador, Grónsko a dnes oddelené súostrovie Hebríd v severnom Škótsku. Kanadský štít spolu so severoamerickou platformou dnes prevažnú časť severoamerickej tektonickej platne. Druhým významným celkom bol baltský štít niekedy tiež označovaný fennoskandia, ktorý tvorí dnešné územie Švédska a Fínska a polostrov Kola. Spolu s ukrajinským štítom (tzv. kataraichom), ruskou tabuľou a enklávami hercýnskych pohorí, ako je armorický masív (Normandia a Bretagne) a český masív, tvorí najstaršie časti dnešnej Európy.
Rozľahlé územia zaberá tiež africký štít, ktorý vznikol zrážkou viacerých menších platní počas tzv. panafrickej orogenézy. Východosibírska platforma, tvorila najväčšiu časť dnešnej Sibíri. Čínsky štít sa skladá z viacerých menších celkov spojených hercýnskymi pohoriami. Proterozoické horniny možno nájsť aj v indickom štíte, budujúcom základ územia dnešnej Indie. Juhoamerický štít, tvoriaci východnú časť juhoamerickej platne je budovaný viacerými menšími celkami, guyanským, brazílskym a pagagónskym štítom, ktoré sú rozdelené argentínskou a amazonskou panvou.
V austrálskom štíte sa okrem starých formácií nachádza aj súbor Adelaide, v ktorom sa nachádza významné nálezisko najstarší makrofosílií ediakara. Posledný, antarktický štít, je z väčšej časti pokrytý ľadom.

Klíma

Koncom prekambria (pred približne 850 – 600 rokmi) došlo ku sérii obrovských zaľadnení, ktoré pokrývali takmer celú (ak nie úplne celú) Zem. Stopy vtedajšieho zaľadnenia našli geológovia aj v horninách, ktoré sa tvorili v oblastiach, ktoré sa vtedy nachádzali blízko rovníka. Tieto údaje viedli k vytvoreniu teórie prekambrického zaľadnenia (Varangersko-sturtské zaľadnenie) nazývanej „Zem, snehová guľa“ (angl. Snowball Earth). Teória tiež vysvetľuje, že rýchly rozvoj života na prelome prekambria a prvohôr (tvz. „kambrická explózia“) súvisel s ústupom zaľadnenia. Po ťažkom prežívaní organizmov v chladných podmienkach sa po oteplení začali organizmy rýchlo vyvíjať a zapĺňať nové ekologické niky (v ktorých bola konkurencia zo začiatku menšia). Zlepšené podmienky tiež prispeli ku vzniku komplexných mnohobunkových organizmov.

Vznik a vývoj života

Asi pred 3,8 miliardami rokov vznikol v bezkyslíkovom prostredí prvý život na Zemi – bezjadrové jednobunkové organizmy. Podmienky na zachovanie skamenelých pozostatkov týchto prvých primitívnych organizmov boli veľmi nepriaznivé. Väčšina starých hornín bola v neskorších obdobiach premenená, prípadne zvetrala, takže sa zvyšky vtedajších organizmov zničili. V juhozápadnom Grónsku sa napriek tomu našli horniny 3,8 miliárd rokov staré a obsahujúce skameneliny týchto prvotných organizmov. Z obdobia pred 3,6 miliardami rokov sú z Austrálie známe prvé fosílne mikroorganizmy, v ktorých už možno prebiehala fotosyntéza. V horninách juhoafrického pohoria Makhonjwa (=Barberton Greenstone Belt) objavili zvyšky skamenených organizmov starých 3,4 miliardy rokov – guľovité kremičitanovovápenaté telieska veľkosti 0,5 – 5 mm, ktoré taxonomicky tvoria rod Ramsaysphaera. Mali organickú vnútornú štruktúru podobnú priestorovým mriežkam. Živili sa pravdepodobne heterotrofným spôsobom, pričom boli odkázané na organickú potravu. Vytvárali veľké slizovité kolónie v plytkých vodách. Ich skameneliny jednoznačne dokazujú rast a delenie, teda spôsob rozmnožovania týchto organizmov. Vložky kalcitu a kremeňa sa vysvetľujú ako odpad ich primitívnej látkovej premeny. Organizmy spred 3,3 miliárd rokov sa našli aj vo vrstvách železných rúd z okolia Odesy na Ukrajine. V už spomínanom pohorí Makhonjwa na juhu Afriky sa v súbore hornín Fig Tree našli mikroorganizmy spred 3,2 miliárd rokov. Majú tyčinkovitý tvar a štruktúru podobnú baktériám, preto sa označujú ako eobaktérie (t.j. rod Eobacterium). Na tom istom mieste (čiže Fig Tree, 3,2 miliárd rokov) sa našli aj organizmy príbuzné riasam označované ako archeosféroidy (t.j. rod Archaeosphaeroides). Spomínané nálezy z Fig Tree sú však sporné. V Minnesote (USA) sa zachovali 3 miliardy rokov staré horniny so zvyškami prvých fotosynteticky aktívnych mikroorganizmov.
Medzi najstaršie skameneliny fotosyntetizujúcich organizmov patria Stromatolity, ich vek sa odhaduje na 3,5 až 2,8 miliárd rokov. Tieto zvláštne útvary sú tvorené množstvom vrstiev z vápenca, medzi ktorými sú tenké organické vrstvy. Drobné čiastočky vápenca sa zachytávajú na lepkavom slize, ktorý vytvárajú organizmy pripomínajúce veľmi jednoduché sinice. Stromatolity majú guľovitý alebo bochníkovitý tvar a môžu dosahovať veľkosť až niekoľko metrov. Vyskytujú sa v živej podobe dodnes. Darí sa im v plytkých a teplých vodách rovnako ako v minulosti.
Pred 2,5 miliardami rokov sa atmosféra natoľko ochladila, že po prvý raz klesli teploty pod bod mrazu, čo umožnilo tvorbu ľadu. Atmosféra bola však ešte buď bez kyslíka, alebo na kyslík iba veľmi chudobná. Na celej Zemi sa vytvárali veľké, plytké okrajové moria, v ktorých prebiehal búrlivý vývoj cyanobaktérií (siníc), jednoduchých mikroorganizmov, ktoré pri asimilácií uvoľňujú kyslík. V dôsledku zvyšujúcej sa tvorby ozónu vo vyšších vrstvách atmosféry sa postupne budovala ochrana pred životunebezpečným ultrafialovým žiarením Slnka. Hustota a tlak v atmosfére zodpovedali dnešným pomerom. Chemické zloženie sa však líšilo od dnešného. Obsah kyslíka v ovzduší predstavoval iba asi 1% dnešnej hodnoty, zato kysličníka uhličitého bolo oveľa viac.
Pred 1,5 miliardami rokov sa vyvinuli prvé eukaryotické organizmy, ktorých bunky majú jadro oddelené od cytoplazmy membránou. Tým sa líšia od vývojovo starších prokaryotických organizmov, ku ktorým patria sinice a baktérie, ktorých jadro nie je oddelené od cytoplazmy membránou. Predstavujú teda vyšší stupeň organizácie bunky. Spočiatku sú to len jednobunkové organizmy, ale stavba ich bunky je základom všetkých mnohobunkových organizmov.
Asi pred miliardou rokov pôvodne vysoký obsah oxidu uhličitého v atmosfére poklesol približne na dnešnú úroveň. Na viacerých miestach Zeme sa objavili kremité ihlice. Patrili pravdepodobne prvým zástupcom kmeňa hubiek (Porifera). V horninách južnej Austrálie sa našlo veľa rozličných druhov mikroorganizmov starých asi 900 miliónov rokov. Mnohé z nich mali už pravé bunkové jadro. Pred 800 miliónmi rokov sa vyvíjali prvé jednoduché pŕhlivce (Cnidaria). Najstaršie odtlačky pochádzajú z oblastí Severnej Ameriky. V porovnaní s hubkami sú aj najjednoduchšie medúzy podstatne vyššie vyvinuté organizmy. Majú už tráviacu dutinu a niekoľko skupín buniek špecializovaných na určité funkcie, teda už pravé orgány. Hubky na rozdiel od pŕhlivcov nemajú ani telové orgány, ani tkanivové a nervové bunky a organizácia ich tela je na bunkovej úrovni.
Pŕhlivce (Cnidaria), tak ako koraly, patria ku kmeňu mechúrnikov (Coelenterata). Ich charakteristickým znakom boli zvláštne pŕhlivé bunky, ktoré mali rozložené po celom tele. Používali ich nielen na obranu, ale aj na usmrtenie koristi. Pŕhlivce žili pod morskou hladinou buď jednotlivo, alebo vytvárali kolónie. Rozmnožovali sa nepohlavne (pučaním) alebo pohlavne. Dochádzalo k striedaniu dvoch foriem: prisadnuto žijúcich polypov a voľne plávajúcich medúz. Niektoré skupiny pŕhlivcov mali jednu z foriem vyvinutú silnejšie, pri iných mohla niektorá forma chýbať. Doteraz poznáme iba odtlačky medúz primitívnych pŕhlivcov, ktoré žili už v prekambriu. Mali kotúčový tvar a pripomínali dáždnik. Nálezy boli zaradené do rodu Brooksella, triedy Protomedusae (pramedúzy).
Skameneliny prvých mnohobunkových živočíchov sa našli v 600 až 700 miliónov rokov starých horninách z ediakara v Austrálii. Zachovali sa tu odtlačky ich mäkkých tiel. Tieto skamenené stopy nám pripomínajú mechúrniky, článkonožce a červy. Rody Spriggina a Dickinsonia sa ponášali na obrúčkavce.