Paleopůdy ve sprašových a fluviálních sedimentech jako záznam interakce klimatu, prostředí (a člověka) v kvartéru

Mgr. et Mgr. Katarína Adameková, Ph.D.

Doctoral thesis

Palaeosols in loess and fluvial sediments as a record of climate, environment (and human) interactions in the Quaternary

Abstract:

This dissertation reports on research into the pedosedimentary variability and reconstruction of the palaeopedological development of loess deposits and fluvial sediments in continental Europe. The connecting element between the two different sedimentary environments are traces of human presence documented by archaeological research. Research of Palaeolithic cultures in open sites is associated with sequences of palaeosols and Pleistocene loess accumulated by aeolian processes, especially during peak glacial phases. During subsequent warmer and more humid phases, pedogenesis took place and soils were preserved in the form of palaeosols by further sedimentation. Such cyclicity is specific to loess series, which are therefore considered some of the most comprehensive terrestrial archives of interglacial and glacial climatic cycles. By contrast, the second archive is represented by fluvial sediments deposited on floodplains, in which the formation of palaeosols is most often tied to periods with less or no flood activity, often associated with human presence. Like loess sediments, these archives may represent a valuable source of information about the palaeoenvironment, albeit limited to a local scale. Because in the Holocene the landscape and valley floodplain were increasingly markedly influenced by human interventions, pedosedimentary archives allow us to directly study also the development of the environment in relation to the dynamics of human settlement. My study of loess and fluvial archives was conducted by means of soil micromorphology and selected physical and chemical methods such as granulometry, magnetic susceptibility, loss on ignition, X-ray fluorescence spectrometry, atomic absorption spectrometry, total carbon determination and soil exchange reactions. Taking a more or less unified methodological approach made it possible not only to trace palaeopedological or pedosedimentary development, but also to reconstruct palaeoclimatic, palaeoenvironmental and palaeoecological conditions and to identify the degree of anthropogenic influence on pedosedimentary records. The subject of the research were four known archaeological sites, two of which represent Upper Pleistocene sequences of loess and palaeosols (Moravský Krumlov IV and Brno-Bohunice) whereas the others are represented by Holocene fluvial records from the surroundings of the Celtic oppidum Bibracte (France) and the Great Moravian fortified settlement of Pohansko near the town of Břeclav, situated on the floodplain of the river Dyje. The palaeopedological development at both Upper Pleistocene loess sites falls into the Eemian interglacial and the subsequent early glacial (MIS 5) and pleniglacial (MIS 3), when relatively suitable conditions for pedogenesis reigned. Identified at the site Moravský Krumlov IV (Annex 1) were two horizons of the Eemian luvisol and an early-glacial palaeopedological record from the upper part of MIS 5e to MIS 5b, inclusive. It therefore represents a unique locality in the territory of Czechia. At the Brno-Bohunice site (Annex 2–4), a pleniglacial (MIS 3) palaeopedological record consisting in one case of up to four developed soil horizons was uncovered. It thus turns out that the pedological record in this territory is more complex than expected. At the Bibracte (Annex 5), the pedosedimentary archive allowed to discern the influence of man on the surrounding environment from the Iron Age to the Post-Mediaeval period. In the study of fluvial sediments and palaeosols at the Pohansko fortified settlement near Břeclav (Annex 6), it was possible to clearly distinguish the influence of people in the early Middle Ages on erosion-accumulation processes. The Great Moravian settlement at the site was related to and synchronous with the formation of soil on the floodplain.

Abstract:

Dizertační práce se zabývá výzkumem pedosedimentární variability a rekonstrukcí paleopedologického vývoje spraší a fluviálních sedimentů kontinentální Evropy. Spojovacím prvkem obou rozdílných sedimentárních prostředí jsou stopy přítomnosti člověka, které byly zachyceny archeologickým výzkumem. Výzkum paleolitických kultur na otevřených lokalitách je spojen právě se sekvencemi paleopůd a pleistocenních spraší, které byly eolicky akumulovány zejména během vrcholných glaciálních fází. Během teplejších a humidnějších fází docházelo k pedogenezi a tvorbě půd, které byly další sedimentací zakonzervovány ve formě paleopůd. Taková cyklicita je specifická pro sprašové série, které jsou proto považovány za jedny z nejkomplexnějších suchozemských archivů interglaciálních a glaciálních klimatických cyklů. Naproti tomu druhý archiv představují fluviální sedimenty uložené v údolních nivách, ve kterých je vznik paleopůd najčastěji vázán na obodbí s nižší nebo žádnou povodňovou aktivitou, často spojené s lidskou přítomností. Stejně jako spraše, mohou tyto archivy představovat hodnotný zdroj paleoenvironmentálních informací, ale jsou omezeny jen v lokálním měřítku. Jelikož krajina a údolní niva byla v holocénu stále markantněji ovlivňována zásahy člověka, pedosedimentární archivy umožňují přímo studovat i vývoj prostředí ve vztahu k dynamice osídlení. Studium sprašových i fluviálních archivů bylo provedeno prostřednictvím půdní mikromorfologie a vybraných fyzikálních a chemických metod jako jsou granulometrie, magnetická susceptibilita, ztráta žíháním, rentgenová fluorescenční spektrometrie, atomová absorpční spektrometrie, stanovení celkového uhlíku a výměnné půdní reakce. Využitím více méně jednotného metodického postupu byla možná nejen rekonstrukce paleopedologického, případně pedosedimentárního vývoje, ale také rekonstrukce paleoklimatických, paleoenvironmentálních a paleoekologických podmínek a identifikace míry antropogenního vlivu na pedosedimentární záznamy. Předmětem výzkumu byly čtyři známé archeologické lokality, z nichž dvě představují svrchnopleistocenní sekvence spraší a paleopůd (Moravský Krumlov IV a Brno-Bohunice) a další jsou reprezentovány holocénními fluviálními záznamy z okolí keltského oppida Bibracte (Francie) a velkomoravského hradiště Pohansko u Břeclavi, které se rozprostírá v údolní nivě řeky Dyje. Paleopedologický vývoj na obou svrchnopleistocenních sprašových lokalitách spadá do eemu, časného glaciálu (MIS 5) a pleniglaciálu (MIS 3), kdy vládly relativně vhodné podmínky k pedogenezi. Na lokalitě Moravský Krumlov IV (příloha 1) byly identifikovány dva horizonty eemské hnědozemě a paleopedologický záznam časného glaciálu od vrchní části MIS 5e až po MIS 5b včetně. Představuje tak v České republice unikátní lokalitu. V Brně-Bohunicích (příloha 2–4) se podařilo okrýt pleniglaciální (MIS 3) paleopedologický záznam sestávající v jednom případě až ze čtyř vyvinutých půdních horizontů. Ukazuje se tak, že pedologický záznam na tomto území je komplexnější, než se předpokládalo. Na lokalitě Bibracte (příloha 5) se podařilo v pedosedimentárním archivu rozeznat vliv člověka na okolní prostředí od doby železné až po novověk. V případě studia fluviálních sedimentů a paleopůdy u hradiště Pohansko u Břeclavi (příloha 6) bylo možné jasně odlišit vliv lidí v raném středověku na erozně-akumulační procesy. Velkomoravské osídlení zde souviselo a bylo synchronní s tvorbou půdy v nivě.

Keywords

sprašové série, eemský interglacial, viselský glacial, MIS 5, MIS 3, holocén, fluviální archiv, lidský impakt, Loess–palaeosol sequences, Eemian Interglacial, Early Weichselian, Holocene, Fluvial archive, Human impact

Language used: Slovak

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 6. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 25. 7. 2022
• Supervisor: doc. RNDr. Slavomír Nehyba, Dr.
• Reader: RNDr. Jan Hošek, Ph.D., doc. Mgr. Daniel Nývlt, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Geology / Stratigraphic Geology, Paleontology and Sedimentology