Hledali dávné klima, našli současnost. Co lze vyčíst z tenké vrstvy vápence

Jeskynní krápníky, tzv. speleotémy, vědci běžně využívají jako jakési přírodní archivy klimatu. Z jejich vrstev lze vyčíst informace o době jejich vzniku. Předpokládali tedy, že podobné informace budou ukryty i v tzv. bradavičnatých sintrech. Výzkum však ukázal, že tyto útvary jsou velmi mladé a významnou roli v jejich vzniku hraje množství a intenzita srážek. Nenesou informaci o tom, jaké klima panovalo před desítkami tisíc let. Mohou však vědcům pomoci pochopit, jak prostředí reaguje na klimatické změny v posledních desetiletích. Na výzkumu se podíleli vědci z ČR i zahraničí, kteří jsou zapojeni do projektu RES-HUM.

Na první pohled připomínají drobné krápníky. Vznikají v puklinách a spárách vápenců, v malých dutinách nebo na spodních stranách vápencových valounů. Uvnitř mají jemnou vrstevnatou strukturu, která může připomínat letokruhy stromu. Právě tato podobnost vedla vědce Václava Suchého, Kateřinu Pachnerovou Brabcovou a Ivo Světlíka z Ústavu jaderné fyziky Akademie věd ČR k otázce, zda by vápnité krusty nemohly uchovávat informace o klimatu v dávné minulosti. „Náš předpoklad vycházel z práce českého geologa a kvartérního badatele Vojena Ložka z roku 1963, který tyto útvary označil jako tzv. bradavičnaté sintry. Vzhledem k jejich vzhledu se nabízelo srovnání s jeskynními krápníky. Ty jsou dnes důležitým zdrojem informací o vývoji klimatu v minulosti, protože jejich vrstvy zachycují změny podmínek, za nichž vznikaly,“ uvedl Václav Suchý z Ústavu jaderné fyziky Akademie věd ČR.

Čtyřletý výzkum sedmičlenného mezinárodního týmu odborníků však původní představu vyvrátil. „Bradavčité sintry nejsou pozůstatkem dávných klimatických období. Jde o velmi mladé útvary, jejichž stáří nepřesahuje několik desítek let. Navíc jsou poměrně nestabilní. Krátce po vzniku začínají být narušovány biologickými procesy a erozí a postupně zanikají,” doplnil Suchý.

První popis v jeskyních mírného klimatického pásma

Jejich vnitřní vrstvení podle vědců souvisí s podmínkami prostředí, zejména s intenzitou srážek. Krusty sice nejsou vhodným nástrojem pro rekonstrukci klimatu před tisíci lety, mohou ale poskytovat informace o krátkodobých změnách prostředí v současnosti.

Výzkum přinesl ještě jedno důležité zjištění: zkoumané krusty nelze jednoduše zařadit mezi běžné vápencové sedimenty ani mezi klasické jeskynní krápníky. „Jsou jakýmsi hybridem mezi povrchovými sladkovodními vápenci a jeskynními speleotémami. Na jejich tvorbě se nepodílí pouze chemické srážení uhličitanu vápenatého (kalcitu), důležitou roli přitom hrají i živé organismy. Řasy, mechy, houby a mikroorganismy pomáhají zachycovat a stabilizovat drobné částice. Ty do puklin přináší voda. Na jejich povrchu se následně ukládá uhličitan vápenatý,” vysvětlil Suchý s tím, že vznik krust je výsledkem spolupráce několika procesů – vody, horniny, chemických reakcí a živých organismů. „Je zajímavé, že jsme našli útvary propojující dva na první pohled velmi odlišné světy. Část jejich vlastností připomíná tzv. pramenné vápence vznikající v prostředí povrchových krasových vod, část zase klasické jeskynní krápníky. Navíc je jejich vznik ovlivněn biologickou aktivitou,“ doplňují autoři studie.

Podobné biologicky ovlivněné krápníkovité útvary byly v minulosti popsány například z některých tropických a subtropických jeskyní. V jeskyních mírného klimatického pásma však dosud nebyly obdobné hybridní krusty podrobně popsány.

Voda a změna hydrologických podmínek

Význam objevu nespočívá pouze v popisu nového typu vápnitého útvaru. Studie ukazuje, jak citlivě mohou přírodní systémy reagovat na změny podmínek. Klíčovou roli zde sehrává voda a změna hydrologických podmínek se může promítnout do celého systému. To je zajímavé i v době současné klimatické změny, kdy se nemění jen teplota, ale i charakter srážek – jejich intenzita, sezónní rozložení nebo délka období mezi jednotlivými srážkovými událostmi.  

„Jednotlivá vápnitá krusta je velmi nestabilní a krátkověká. Může vzniknout, měnit se a zase zaniknout. Studium pomocí elektronového mikroskopu ukázalo, že zatímco se krusty srážejí, již jsou souběžně rozhlodávány a erodovány mechanickými vlivy i biologickou aktivitou (metabolizmem) některých mikroorganizmů na jejich povrchu. Oba tyto v podstatě protikladné procesy – tedy krystalizace novotvořeného karbonátu a jeho rozklad, působí v dynamické rovnováze a záleží na konkrétních místních podmínkách, který děj převládne. Resilience proto nemusí nutně znamenat, že každá jednotlivá součást systému přežije změnu. Důležitější může být schopnost celého systému reagovat, přizpůsobit se a pokračovat ve svých základních procesech. „Lze pozorovat, že za vhodných podmínek se proces vzniku a zániku těchto krust může dokonce cyklicky opakovat,” uvedl Václav Suchý.

Drobné krusty z Českého krasu tak nabízejí překvapivě názorný příklad toho, že stabilita a odolnost nejsou totéž. Systém může být proměnlivý, jeho jednotlivé části mohou zanikat, a přesto může celý proces pokračovat.

Výzkum badatelé vedli v Českém krasu – v oblasti tvořené převážně prvohorními usazeninami (vápenci, břidlicemi) silurského a devonského stáří s četnými krasovými jevy včetně jeskyní patřících k největším v Čechách. Na mnoha místech jsou právě zde popsané typy vápnitých krust dobře pozorovatelné, v řadě přirozených i umělých výchozů, včetně lomů. Při výzkumu vědci použili komplex navzájem provázaných analytických metod – optickou, CL a elektronovou mikroskopii, radiouhlíkové datování i rentgenovou difrakční analýzu (XRD).

Vědci z České republiky i zahraničí

Na vzniku studie Bridging the gap: Anatomy of recently growing calcareous crusts in the Bohemian Karst se podíleli specialisté z Ústavu jaderné fyziky Akademie věd ČR, Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, Institutu struktury a mechaniky hornin Akademie věd ČR a čínských vědců z China University of Petroleum v Pekingu. Publikována byla na webu Harward University, na ScienceDirect.com i v databázi Mindat.org.

Odkaz na plné znění textu: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0037073825000168

Výzkumný tým tvořilo sedm specialistů. Zhruba polovinu doby ze čtyřletého výzkumu zabralo vlastní analytické zpracování odebraných vzorků. Některá terénní pozorování, z nichž badatelé při práci vycházeli, byla starší a sahala do poloviny 80. let 20. století. V současnosti se vědci zabývají řadou spojitých otázek, které výzkum vápnitých krust provází, například aplikací absolutního radiouhíkového datování různých organických materiálů ve vztahu ke geologické historii Českého krasu obecně. 

O projektu

Projekt RES-HUM je zaměřený na objasnění základních principů resilience lidské společnosti v historické perspektivě s využitím dlouhých časových řad a na přenos získaných poznatků do společenské praxe. Podílí se na něm odborníci z archeologie, dějin umění, antropologie, genetiky, geologie, klimatologie, botaniky, geofyziky či jaderné fyziky. RES-HUM je jediným projektem špičkového výzkumu z oblasti humanitních věd a umění podpořeným v rámci výzvy Špičkový výzkum financované z Operačního programu Jan Amos Komenský. Odborným manažerem projektu je Jiří Macháček, profesor archeologie a vedoucí Ústavu archeologie a muzeologie na Filozofické fakultě Masarykovy univerzity v Brně.

Kontakt:

Václav Suchý
Ústav jaderné fyziky AV ČR
sediment1@seznam.cz

Přečtěte si také

• Pohled do industriální Ostravy 60. let: výstava Viktora Koláře Obležené město
• Jak zkrotit náhodný pohyb uvnitř molekuly? Vědci to umí světlem
• Na La Palmě dokončili nejcitlivější teleskopy svého druhu
• Moč a krev mohou pomoci odhalit život ohrožující mykotickou infekci
• Většina lidí invazní druhy nezná a jejich regulaci příliš nepodporuje
• Akademické půlhodinky: Otravy psů na Lipně, domácí násilí i umění v krajině
• Evropský sluneční dalekohled získal status ESFRI Landmark
• Program Týdne Akademie věd ČR je zveřejněný. Nabídne více než 300 akcí po ČR
• Genetické mapy ukazují, odkud mají pocházet semena pro obnovu českých luk
• Na kolik partnerů spoléhají rostliny a opylovači? Rozhoduje především klima