Sílu, která tvaruje pískovcová města, odhalili geologové vedení Jiřím Bruthansem ****************************************************************************************** * ****************************************************************************************** V jakémkoliv vědním odvětví se dnes poměrně zřídkakdy stane, že vědec či vědecký tým objas zcela základních, avšak doposud prakticky zcela neznámých principů. Právě takové vědecké š nedávno kolektiv geologů vedený Jiřím Bruthansem z Ústavu hydrogeologie, inženýrské geolog geofyziky PřF UK. Jejich článek, publikovaný v nejprestižnějším oborovém časopise Nature G jednoduchým a elegantním způsobem vysvětluje vznik skalních útvarů, které pak obdivují nad   Skalní brány, věže, převisy či sloupy patří k nejoblíbenějším atrakcím pískovcových skalní v hojné míře oplývá i naše republika. Na otázku, jak tyto útvary vznikají, by bez velkého odpověděl asi i každý zvídavější školák - zvětráváním. Nad jiným vysvětlením se dlouho nez sami geologové. Všechny dosavadní modely vzniku byly sice poměrně komplikované  a nepříliš v odborné komunitě v podstatě přijímané. Teorie, s níž přišel česko-americký tým vědců, vš průzračně jednoduché, že je až s podivem, že nikoho nenapadlo dříve. Těmito slovy alespoň z textu týmu recenzent časopisu Nature Geoscience. Obálku jeho vydání ze srpna tohoto roku online dne 20.7.) zdobí obrázek pískovcového útvaru, který se právě k tomuto článku váže. Cesta, která nakonec vedla až k takto krystalicky čistému výsledku, však rozhodně přímočar samotném počátku stála zkoumání Jiřího Bruthanse a jeho studentů a kolegů Jana Soukupa, Ja a Jany Schweigstillové v lomu Střeleč v Českém ráji. Věnovali se na této lokalitě zcela ji z oblasti hydrogeologie. Během těchto zkoumání však mezi běžnými pískovci narazili i na ho jiného typu, které odborníci nazývají “zamčené písky” (“locked sands”). Tento materiál je pískovce tvořen pískovými zrny o velikosti do 2 mm v průměru, liší se však způsobem svého cementace. Zatímco klasické pískovce jsou stmeleny cementy na bázi karbonátů či železitých které mezi ně přinesla voda takříkajíc “odjinud”, zrna zamčených písků spolu stmelena nejs k dotvarování zrn během desítek milionů let tak, že do sebe dokonale zapadají podobně jako inských staveb. Výsledkem jsou poněkud odlišné fyzikální vlastnosti jinak strukturně velmi hornin. Protože v lomu v tomto materiálu vznikaly přirozeným způsobem miniaturní skalní brány a sl se nápad pokusit se přijít na to, jak vznikají. Bloky zamčených písků byly dopraveny do al laboratoře a  do výzkumů jejich vlastností při různých zátěžích a mechanických poškozeních Bruthans řadu svých studentů. Týmu, do něhož kromě vědců z naší fakulty postupně přibývali Geologického ústavu a Ústavu mechaniky hornin AV a z Brigham Youngovy univerzity v Provu v pod rukama začaly rodit základy budoucí fascinující teorie. "Když za mnou kolega jakožto za odborníkem na mechaniku zemin a hornin přišel s otázkami, z prvních výsledků práce v laboratoři, myslel jsem, že budeme velmi brzy hotovi. Fyzikální hornin jsou většinou velmi dobře popsány,” vzpomíná na počátky spolupráce kolega z Ústavu inženýrské geologie a užité geofyziky naší fakulty David Mašín. A v čem spočívalo ono velk které vědce postupně navedlo na správnou cestu?  Výsledky laboratorních experimentů s blok totiž ukazovaly na první pohled poměrně kontraintuitivní výsledek. Čím méně byly totiž blo snadněji docházelo k jejich porušování, rozpadání na jednotlivá zrnka. Od tohoto pozorován krůček k myšlence, že onou tajemnou silou, zodpovědnou za fantastické tvary pískovcových s materiálu, způsobené gravitační silou. Pouze tento princip by však ke vzniku skalních útvarů nestačil. “Dalším činitelem, který v ovlivňuje, jsou pak nehomogenity v hornině, tedy nejrůznější pukliny,vrstevní ploch apod., síla nepřenáší rovnoměrně. Výsledná tíha pak vlastně “obchází” tyto poruchy. Pracuje jako sochař, který z horniny vydobývá již předem “předdefinovanou” podobu. Jakmile eroze odnese erodovatelný materiál, zůstává stabilní tvar, ” popisuje princip souběhu obou činitelů dal článku Michal Filippi, absolvent naší fakulty, který dnes působí v Geologickém ústavu AV Č Průnik obou principů je podstatou  onoho “průzračně jednoduchého“ řešení. “Napětí  v mater poměrem síly a plochy. Jak postupná eroze díky výše zmíněnému procesu odlučuje z bloku hor zrnka, zmenšuje se jeho celková plocha. Tím se ovšem zvyšuje napětí, které na blok působí. k situaci, kdy je tvar díky působením této síly “uzamčen” a stává se stabilním. Tímto způs ty na první pohled neuvěřitelné tvary drží pohromadě, pokud je samozřejmě nezničí nějaký, nesouvisející poryv sil ve vnějším prostředí,” popisuje základní myšlenku celého článku Da Jak je tedy možné, že takto jednoduché řešení, které je všem v podstatě na očích, nebylo v mechaniky Země známé? “Je tomu tak zjevně proto, že zatížení, která v této oblasti jevů hr daleko menší než ta, která jsou relevantní v rutinní praxi inženýrské geologie, například tunelů,” vysvětluje David Mašín. Vědci se navíc většinou soustředí na řadu technických det zvětrávání, zejména různých environmenálních fyzikálních a chemických faktorů a pohled na často pro řešení technických detailů uniká. Svou roli zde sehrála velmi šťastná volba expe materiálu, zamčeného písku. “Díky jeho unikátním vlastnostem jsme mohli v laboratoři, v po očima, v reálném čase, pozorovat procesy, které se v pískovcích v přírodě odehrávají v pod časových i prostorových měřítkách. Jelikož je však vnitřní struktura, tvořící oba typy hor stejná, prokázali jsme možnost extrapolace i na tato měřítka," dodává Michal Filippi. Významná část experimentální práce týmu se pak týkala ověřování původní teorie na materiál pocházejí z jiné části světa, např. z USA či z Venezuely. Jelikož vědci dostávali praktick výsledky, získaly jejich extrapolace  podstatně pevnější půdu pod nohama. “Přidanou hodnot spolupráce je, že jsme jen nekonstatovali, jaké chování je, ale vyvinuli jsme nový materiá který popisuje vznik stejných struktur od měřítek experimentálních laboratorních modelů po přírodě běžná,” vysvětluje David Mašín. Povzbuzování několika oslovených kolegů, kterým sv zprostředkovali k vyjádření,vedlo až k tomu, že se začali ucházet o publikaci v nejprestiž časopise NatureGeoscience. To, že se výsledky Bruthansova vědeckého týmu dostaly i na prestižní obálku, také není náh nás oslovil s žádostí o dodání ilustračních fotografií. Věděli jsme, že je to velká šance shánět fotografy, kteří se těmto přírodním objektům věnují na té nejvyšší úrovni. Z dodaný si nakonec editoři NatureGeoscience vybrali fotografii Nizozemce Marsela van Oostena. Foto bez finanční odměny ze strany časopisu, pro něj je to koneckonců skvělá reklama,“popisuje Filippi. Dodejme, že práce Bruthansova geologického týmu je i skvělou reklamou pro kvalitu na naší fakultě a zároveň ukázkou příkladné spolupráce s pracovníky geovědních ústavů Akad (konkrétně Geologického ústavu a Ústavu struktury a mechaniky hornin). Výzkum byl částečně grantem GAČR 13-28040S.   Autor článku: Michal Andrle Zdroj: PřF UK Datum: 29. 7. 2014 Poděkování: Za umožnění několikaletého výzkumu v lomu a odběr vzorků patří velké poděkování vedení fir Střeleč, a.s., jmenovitě řediteli Ing. Petru Hübnerovi a za technickou podporu pracovníkům   Reference: Bruthans J., Soukup J., Vaculikova J., Filippi M., Schweigstillova J., MayoA.L., Masin D., NATURE GEOSCIENCE, vol 7, August 2014, http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/fu