Mgr. Milan Geršl, Ph.D. Jeskynní výplně A: cave fill, c. deposit, speleothem Obecné označení látek, které se vyskytují v jeskynním prostoru. Jedná se o látky pevné, kapalné i plynné. Existence „tajemství“ naprosto neznamená, že poznatky, které získává věda či jiné nauky, jsou nicotné, nýbrž právě jen tolik, že jsou nekompletní a nezahrnují úplně všechny dimenze přírody i člověka a jeho světa. S. Komárek, 2008 2. blok ➢ Úvod, aneb proč to děláme ➢ Kras, Speleogeneze, Krasové horniny ➢ J.V. klastické ➢ J.V. kapalné ➢ J.V. plynné ➢ J.V. chemogenní – speleotémy ➢ Ochrana jeskyní a J.V. ➢ Výzkum a případové studie OBSAH ➢ Přednáška ➢ Diskuze ➢ Písemný test 1. blok PROČ Zkoumat jeskynní výplně Tady by měla být odpověď Ale tu musí znát každý geolog, který se pro studium jeskynních výplní rozhodl PROČ Zkoumat jeskynní výplně Tady by měla být odpověď… (s malým poč. písmenem) je výsledek exogenního přetváření kontinentální zemské kůry. Kras je termín pro krajinu na vodorozpustných resp. vodopropustných horninách s výskytem specifických povrchových a podzemních útvarů a se specifickou hydrografií (vertikálním odvodňováním). - odnos materiálu v roztoku - zanedbatelná akumulace - vertikální odtok srážkových vod kras a Kras (s velkým poč. písmenem) Termín Kras pochází ze starého slovinského toponyma “Kras”, označujícího území se specifickým skalnatým reliéfem na vápencích sz. části Dinárského krasu (na nynějším území jz. Slovinska a sv. Itálie). Kras a kras The Karst Plateau or the Karst region (Italian: Carso; Slovene: Kras), also simply known as the Karst, is a limestone plateau region extending across the border of southwestern Slovenia and northeastern Italy. It lies between the Vipava Valley, the low hills surrounding the valley, the westernmost part of the Brkini Hills, northern Istria, and the Gulf of Trieste. The western edge of the plateau also marks the traditional ethnic border between Italians and Slovenes. The region gave its name to the karst topography. For this reason, it is also referred to as the Classical Karst. Kras a kras https://en.wikipedia.org/wiki/Karst_Plateauhttps://en.wikipedia.org/wiki/Karst_Plateau https://en.wikipedia.org/wiki/Karst_Plateauhttps://en.wikipedia.org/wiki/Karst_Plateau https://en.wikipedia.org/wiki/Karst_Plateauhttps://en.wikipedia.org/wiki/Karst_Plateau XVIth century map of Kras region Map from monograph "KRAS Pokrajina-zivljenje-ljudje„ IZRK ZRC SAZU, 1999, Ljubljana, ISBN 961-6182-93-5 Typical rural Karst houses in Štanjel (municipality of Komen), Slovenia https://en.wikipedia.org/wiki/Karst_Plateau Původ slova je v předindoevropském prajazyce (“kara” nebo “gara” – kámen, skála). Dnešní krajina Kras vstoupila do historie římským napadením tohoto území v letech 178 a 177 př. n. l.a začleněním do římského iméria jako “Regio X – Venetica et Histria”. Klasické jméno kraje bylo “Carusadus, Mons Carusad, Karusad, Carsus”. V literatuře je často uváděn chybný původ slova Kras ze slovinského “krš”. Jovan Cvijić – zásluha o ukotvení termínu “kras” v mezinárodní terminologii – “Das Karstphänomen” (1883). (Cvijić – ć: [ťš], měkké č) KRAS Terminologie Geologie Paleontologie Hydrogeologie Sedimentologie Archeologie Vodárenství Mineralogie Ekologie Energetika Geochemie Klimatologie Balneologie Ložisková geol. Botanika Speleoterapie Tektonika Zoologie Turistický ruch Seizmologie Mikrobiologie Zemědělství Jeskynní výplně Vztah k dalším oborům Co mohou vědět o Anglii lidé, kteří znají jenom Anglii? J. R. Kipling Má-li se zrodit město, dobří počtáři se najdou vždycky. Jsou ale pouze služebníky. Postavíte-li počtáře na první místo a budete čekat, až se z jeho rukou začnou rodit města, žádné město z písku nevyvstane. Počtář ví, jak se město rodí, ale neví, proč. Antoine de Saint-Exupéry Citadela SPELEOGENEZE Krasové horniny Krasové horniny Hornina rozpustná vodou nebo-li podléhající krasovění. Hornina přechází do roztoku frontálně, bez ohledu na strukturu. Nesmí nastat Zogovićův efekt. To znamená: - Hornina musí být rozpustná beze zbytků, které by svou velikostí přesahovali dimenze počátečních vodních cest. -Např.: oolitový vápenec. přednostně se rozpouští pojivo. Poté jíl zaplní póry a krasovění se zastaví = Zogovićův efekt. Podobně dolomit aj. Magmatické: karbonatity Sedimentární: karbonáty (vápence, dolomity, křída) síranové a chloridové evapority (sádrovec, kamenná sůl, anhydrit, síra aj.) (křemenné pískovce) Metamorfní: mramory (kvarcity) Granitoidy a kyselé mag. hor. žilné: krasovění je otázkou. Teoreticky může krasovět i např. křemen, ale tektonický klid by musel trvat miliardy let. Možné jsou krápníky např. z opálu. SPELEOGENEZE Krasové horniny Monomineral environment Podstatné: Kalcit CaCO3 Dolomit CaMg(CO3)2 primární ranně diagenetický pozdně diagenetický KARBONÁTY PŘEDSTAVUJÍ 12 % KONTINENT. POVRCHU. Anhydrit CaSO4 Sádrovec CaSO4.2H2O Halit NaCl (Křemen SiO2) SPELEOGENEZE Minerály krasových hornin Akcesorické: křemen hydroxidy Fe a Al slídy jílové minerály živce těžké minerály pyrit a další sulfidy SPELEOGENEZE Minerály krasových hornin Druhotné krasové minerály jsou minerály sedimentů v krasových depresích. Podle původu je dělíme na: Autochtonní: vznikají z komponent libovolného původu v jeskynním prostředí. Paraautochtonní: přesedimentované z původní hor. (sintr). Alochtonní: transportovány do krasového území z nekrasu. Alochtonní je každý minerál, který je dostatečně odolný pro transport vodní nebo eolickou cestou. SPELEOGENEZE Minerály jeskynních výplní Druhotné krasové minerály jsou minerály sedimentů v krasových depresích. Podle původu je dělíme na: Autochtonní: aragonit, sásdrovec, opál. Paraautochtonní: kalcit, halit, ankerit Žilný kalcit není krasový minerál. Alochtonní: transportovány do krasového území z nekrasu. Alochtonní je každý minerál, který je dostatečně odolný pro transport vodní nebo eolickou cestou. SPELEOGENEZE Minerály jeskynních výplní The carbonic acid that causes these features is formed as rain passes through the atmosphere picking up carbon dioxide (CO2), which dissolves in the water. Once the rain reaches the ground, it may pass through soil that can provide much more CO2 to form a weak carbonic acid solution, which dissolves calcium carbonate. The primary reaction sequence in limestone dissolution is the following: H2O + CO2 → H2CO3 CaCO3 → Ca2+ + CO32− CO32− + H2CO3 → 2 HCO3− CaCO3 + H2CO3 → Ca2+ + 2 HCO3− SPELEOGENEZE Dissolution mechanism In particular and very rare conditions such as encountered in the past in Lechuguilla Cave in New Mexico (and more recently in the Frasassi Caves in Italy), other mechanisms may also play a role. The oxidation of sulfides leading to the formation of sulfuric acid can also be one of the corrosion factors in karst formation. As oxygen (O2)-rich surface waters seep into deep anoxic karst systems, they bring oxygen, which reacts with sulfide present in the system (pyrite or H2S) to form sulfuric acid (H2SO4). Sulfuric acid then reacts with calcium carbonate, causing increased erosion within the limestone formation. SPELEOGENEZE Dissolution mechanism This chain of reactions is: H2S + 2 O2 → H2SO4 (sulfide oxidation) H2SO4 + 2 H2O → SO42− + 2 H3O+ (sulfuric acid dissociation) CaCO3 + 2 H3O+ → Ca2+ + H2CO3 + 2 H2O (calcium carbonate dissolution) CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2CO3 (global reaction leading to calcium sulfate) CaSO4 + 2 H2O → CaSO4 · 2 H2O (hydration and gypsum formation) This reaction chain forms gypsum. SPELEOGENEZE Dissolution mechanism Galdenzi, S.; Cocchioni, M.; Morichetti, L.; Amici, V.; Scuri, S. (2008). "Sulfidic ground water chemistry in the Frasassi Cave, Italy". Journal of Cave and Karst Studies 70 (2): 94–107. “Karst” is a landscape created when water dissolves rocks. In Wisconsin, dolomite and some limestone are typical soluble rocks. The rocks are dissolved mostly along fractures and create caves and other conduits that act as underground streams. Water moves readily through these openings, carrying sediment (and pollutants) directly into our groundwater. Karst landscapes may have deep bedrock fractures, caves, disappearing streams, springs, or sinkholes. These features can be isolated or occur in clusters, and may be open, covered, buried, or partially filled with soil, field stones, vegetation, water or other miscellaneous debris. SPELEOGENEZE https://wgnhs.uwex.edu/water-environment/karst-sinkholes/ SPELEOGENEZE https://wgnhs.uwex.edu/water-environment/karst-sinkholes/ Sinkholes are holes or depressions that form when water washes sediment down into cracks and voids in karst bedrock. Sinkholes form from the bottom up as the sediment immediately above the bedrock is the first to be washed into the voids. The land above a sinkhole often appears normal until a critical amount below has been washed away. When the soil surface can no longer support the weight, it collapses. Not all sinkholes are the result of karst. Manmade sinkholes occur when a water main break washes sediment out of the area, creating a large cavity. SPELEOGENEZE Sinkholes https://wgnhs.uwex.edu/water-environment/karst-sinkholes/ SPELEOGENEZE https://wgnhs.uwex.edu/water-environment/karst-sinkholes/ SPELEOGENEZE https://wgnhs.uwex.edu/water-environment/karst-sinkholes/ Přítomnost cizích iontů (Na+, K+, Cl- aj.) zřetelně sníží aktivitu Ca2+, HCO3 = zvýší rozpustnost kalcitu. SPELEOGENEZE Minerály jeskynních výplní Atkinsonův paradox Čím víc je voda nasycená, tím méně času je korozivní ANTROPOGENNÍ J. V. Využívání jeskyní ANTROPOGENNÍ J. V. Využívání jeskyní J. Sloupsko-šošůvské – Chodba u řezaného kamene ANTROPOGENNÍ J. V. Využívání jeskyní Josefov – Zpracování železné rudy ANTROPOGENNÍ J. V. Využívání jeskyní J. Výpustek – strojovna generátorů Alochtonní výplně vstupní facie Alochtonní výplně vnitrojeskynní facie Alochtonní Výplň vzniklá jinde, než jeskynním prostředí pevná, kapalná, plynná Autochtonní výplně vstupní facie Autochtonní výplně vnitrojeskynní facie Autochtonní Výplň vzniklá přímo v jeskynním prostředí pevná, kapalná, plynná. JESKYNNÍ VÝPLNĚ Systém Alochtonní výplně vstupní facie Alochtonní výplně vnitrojeskynní facie Alochtonní Výplň vzniklá jinde, než jeskynním prostředí pevná, kapalná, plynná Autochtonní výplně vstupní facie Autochtonní výplně vnitrojeskynní facie Autochtonní Výplň vzniklá přímo v jeskynním prostředí pevná, kapalná, plynná. JESKYNNÍ VÝPLNĚ Systém Alochtonní výplně vstupní facie Eolické (primárně navátá spraš), fluviální, limnické, marinní, dejekční (svahoviny a bahnotoky), tefrické, antropogenní. V některých územích jsou jeskynní vchody jediným nalezištěm těchto sedimentů, neboť místo je chráněno vstupním portálem. Alochtonní výplně vnitrojeskynní facie Hlavní složkou jsou fluviální sed. JESKYNNÍ VÝPLNĚ Systém Autochtonní výplně vstupní facie Navazují na povrchové sed., plynule přecházejí do j. Ponechávají si znaky povrch. hornin, z nichž pocházejí. Přesunutím do chráněné části j. jsou často konzervovány (chráněny před povrch. atm. vlivy). Specifická geneze sintrů ve fotické zóně. Spoluúčast nižších rostli (mechy, lišejníky, řasy), které na svých tělech srážejí CaCO3. Autochtonní výplně vnitrojeskynní facie Mnohonásobně přemístěný sed. materiál. Transportem zanikají původní znaky i fosílie – nízký stratigrafický a palografický význam. Sutě (rozpad a opad stěn apod.) Zvláštní význam mají vyústění komínů a propastí – přechody k povrchovým faciím, hromadění fosilií (plazi, obojiživelníci, savci). Nejdůležitějšími sedimenty jsou sed. chemogenní – sintry. JESKYNNÍ VÝPLNĚ Systém Sintrové útvary - spelotémy ??? Rudické vrstvy – Rudice-Seč Rudické vrstvy – ZAJ, za Vodopádem Mogotový kras dle Tyráčka 1962 Velká Kobylanka 1 = devonské vápence 2 = miocénní sedimenty 3 = spraše 4 = svahové ssutě Račí p. Skalka PP Velká Kobylanka NPR Hůrka u Hranic Hranice město Lom Skalka Pokrytí modelu paleoreliéfu vrty Model paleoreliéfu v oblasti kry Maleníku Zuzana SKÁCELOVÁ Kapalné jeskynní výplně Alochtonní Kapalné jeskynní výplně Alochtonní ? Kapalné jeskynní výplně Autochtonní ◼ Severní části MK ◼ Bílá voda ◼ 3. největší povodeň v historii (mlýn v Holštejně) ◼ Kulminace – Holštejn 220 cm ◼ Zaplavení jeskyní v oblasti 30-50 m ◼ Sloupský potok ◼ Zatopení vchodu Sloupských jeskyní, situace nedosahuje hodnot předchozích let ◼ Punkva ◼ Poprvé aktivní povodňová úroveň Amatérské jesk. – hladina stoupla cca. o 20 m ◼ Dno Macochy zcela zaplaveno – 8 m nad počvu návštěvní trasy ◼ Punkevní jeskyně silně zasaženy – destrukce zpříst. trasy, přístaviště neexistují ◼ Krasovský potok ◼ Ponory nestačí pobírat vody Před Vintokami se vytváří jezero Kapalné jeskynní výplně Povodně v M.K. Foto: Jan Flek © Kartografie Praha P. Polák 19.3. 8:40 Pod Holštejnem P. Polák 19.3. P. Polák 19.3. 8:00 Propadání Bílé vody P. Polák 19.3. 8:00 P. Polák 19.3. 16:00 U Staré RasovnyVintoky SPELEOGENEZE Minerály jeskynních výplní Kapalné jeskynní výplně Stopovací zkoušky Plynné jeskynní výplně 20–98 % CO2 Plynné jeskynní výplně . Mastné fleky Exhalace plynů NPR Hůrka ◼ Atmosféra = homogenní systém, známé konc. a známé izotpy (relativně): N2, O2, H2O, He, Ne, Ar, Kr, Xe ◼ Infiltrující vody obsahují plyny rozpuštěné s atmoféry ◼ Parciální tlak, hydrostatický tlak ◼ Z okolních hornin ◼ - radiogenní He, až 1000x více než atm. ◼ - 40AR (rozpadem 40K), 40Ar/36Ar 295x více než atm. ◼ Poměr He/Ar ◼ Poměr Ne, Ar, Kr ◼ Poměr 3He/4He ◼ T, hlubinné solanky T=0, poločas. rozp. = 12,43 let ◼ 222Rn ◼ Tzv. freony CFC (Chlor-fluorované uhlovodíky), SF6 Plynné jeskynní výplně Plynné jeskynní výplně Přístrojové vybavení Ecoprobe RS Dynamics Dräger X-am 7000 Vzorkovací vaky na plyny Průměrná koncentrace CO2 v letech 0,1 1 10 100 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Rok Průměrná koncentraceCO2 KK KG PK TT GD Průměrná koncentrace CO2 v letech 0 20 40 60 80 100 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Rok PrůměrnákoncentraceCO2 GD Průměrná koncentrace CO2 v letech 1 10 100 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Rok Průměrná koncentraceCO2 PK TT GD Průměrná koncentrace CO2 v letech 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Rok Průměrnákoncentrace CO2 KK KG Průměrná koncentrace CO2 Koncentrace CO2 na vybraných lokalitách v ZAJ 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 Jan-96 Feb-96 Mar-96 Apr-96 May-96 Jun-96 Jul-96 Aug-96 Sep-96 Oct-96 Nov-96 Dec-96 Datum KoncentraceCO2[obj.%] Koblihová u Katakomb Koblihová pod GS Prokopova kaple Gallašův dóm Tunel U krokodýla Koncentrace CO2 na jednotlivých lokalitách a průměrná denní teplota vzduchu na povrchu 0,10 1,00 10,00 100,00 1.I.95 1.I.96 31.XII.96 31.XII.97 31.XII.98 31.XII.99 30.12.2000 30.XII.01 30.XII.02 30.XII.03 Datum KoncentraceCO2[%] Logaritmickéměítko -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Průměrnádenníteplotavzduchu napovrchu[°C] Klouzavý průměr/30 (GD) Klouzavý průměr/30 (TT) Klouzavý průměr/30 (PK) Klouzavý průměr/30 (KG) Klouzavý průměr/30 (KK) Klouzavý průměr/30 (T) Fenomén krátkodobých epizod Koncentrace CO2 v čase 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 1.I.95 2.I.96 2.I.97 3.I.98 4.I.99 5.1.2000 5.I.01 6.I.02 7.I.03 Date KoncentraceCO2 KK KG Klouzavý průměr/30 (KG) Klouzavý průměr/30 (KK) -40,00 -20,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 1.I.95 1.I.96 31.XII.96 31.XII.97 31.XII.98 31.XII.99 30.12.2000 30.XII.01 30.XII.02 30.XII.03 Date 0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0 1200,0 KK KG PK GD TT T H P 35 let monitoringu CO2 – první výsledky Koncentrace CO2 na jednotlivých lokalitách a průměrná denní teplota vzduchu na povrchu 0,10 1,00 10,00 100,00 1.I.95 1.I.96 31.XII.96 31.XII.97 31.XII.98 31.XII.99 30.12.2000 30.XII.01 30.XII.02 30.XII.03 Datum KoncentraceCO2[%] Logaritmickéměítko -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Průměrnádenníteplota vzduchu napovrchu[°C] Klouzavý průměr/30 (GD) Klouzavý průměr/30 (TT) Klouzavý průměr/30 (PK) Klouzavý průměr/30 (KG) Klouzavý průměr/30 (KK) Klouzavý průměr/30 (T) Určení původu CO2 na příkladu Hranického paleozoika Juvenilní původ CO2 3He a 4He Hranická Propast 3He/4He = 4,5.10-6 (Meyberg a Rinne 1995) Původ v hloubce cca 40 km (svrchní plášť Země) CO2 v plynových jezerech δ13C = -4,9; -3,1 ‰ PDB (Geršl) Koncentrace CO2 v čase 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 1.I.95 2.I.96 2.I.97 3.I.98 4.I.99 5.1.2000 5.I.01 6.I.02 7.I.03 Date KoncentraceCO2 KK KG Klouzavý průměr/30 (KG) Klouzavý průměr/30 (KK) CO2 v Hranickém paleozoiku δ13C = -5,0 ‰ PDB 3He a 4He = 4,5.10-6 = hloubka zdroje 40 km Fenomén krátkodobých epizod Hmotnostní tok xx–xxx g.m-2.d-1 Vývoj metodiky pro měření úniků plynů 4 generace Aragonit Aragonit Aragonit CD Autochtonní Minerály jeskynních výplní Historie řešení 2000 Mineralogická analýza Opony (Mgr. Milan Geršl, MU Brno) Katodová luminiscence sintrů A-3A A-2A CL Delšístranasnímku3,2mm Katodová luminiscence sintrů 07/00 a 07/00 a CL “Hranický onyx”, ZAJ - Jurikův dóm Delšístranasnímku3,2mm Katodová luminiscence sintrů 03/99 03/99 CL “Hranický onyx”, ZAJ – Koblihová síň Delšístranasnímku3,2mm Závislost CL na poměru Fe / Mn (Frank et al. 1982) Závislost CL na poměru pH / Eh (Frank et al. 1982) Hranický onyx; ZAJ – Jeskyně u Krokodýla (Skutečné rozměry 12 x 12 cm) 2. Kenozoické chemogenní sedimenty - sintry Gejzírový stalagmit; Hranická propast, Nebe I. Gejzírové stalagmity Rafty – Jeskyně Smrti Stavba gejzírových stalagmitů Kalcit; brekciovitá struktura - plošně paralelní orientace - vysoká porozita Stavba gejzírových stalagmitů Zkřížené nikoly Katodová luminiscence Delší strana snímku = 3,2 mm Organické minerály Minerál, vzorec Krystal. soustava Vlastnosti Guanin C5H3(NH2)N4O Monoklinická 2-amino-6-hydroxypurin. Bílý. Jemně zrnitý. Melit Al2[C6(COO)6].18H2O Tetragonální Syn. medovec. Sůl kys. benzoové. Medově žlutý. Oxamit (NH4)2C2O4.H2O Ortorombická Oxalát amnonný. Žlutobílý. Průsvitný. V guanu. Uricit C5H4N4O3 Monoklinická Kys. močová, 2,6,8-trihydroxypurin. V guanu. Urea CO(NH2)2 Tetragonální Močovina. Žlutohnědé xx. Weddellit Ca(C2O4).2H2O Tetragonální Ca-oxalát. Bezb., bílý, žlutohnědý. Pyramid. xx. Izotopová frakcionace kyslíku ◼ Izotop je označení pro nuklid v rámci souboru nuklidů jednoho chemického prvku. Jádra atomů izotopů jednoho prvku mají stejný počet protonů, ale mohou mít rozdílný počet neutronů. Mají tedy stejné atomové číslo a rozdílné hmotové číslo a atomovou hmotnost. Název pochází z řecké předpony iso- (stejno-) a topos (místo), protože v periodické tabulce se nacházejí na stejném místě. ◼ Izotopy téhož prvku mají prakticky totožné chemické vlastnosti; hlavní rozdíl spočívá v tom, že těžší izotopy reagují poněkud pomaleji. Tento efekt je nejvýraznější u lehkého vodíku a deuteria, které je dvakrát těžší. U těžších prvků s větším počtem nukleonů je relativní rozdíl mnohem menší a jeho vliv obvykle zanedbatelný. Izotopy vodíku1 1H – protium (běžný vodík) 2 1H – deuterium, též označované 2 1D 3 1H – tritium, též označované 3 1T Izotopy uhlíku 12 6C – uhlík 12 13 6C – uhlík 13, využívaný v NMR spekroskopii 14 6C – uhlík 14 (radiouhlík) δ18O = delta Izotopová frakcionace kyslíku Craigova linie – pole prim. magmatických, metamorfních, oceánských, organogen. A meteorických vod. Hodnoty δD a δ18O napájecích recentních vod obvykle pod ní. Při cirkulaci fluid se při interakci voda-hornina mění δ18O na vyšší; okolní horniny bývají oproti meteorickýcm v.mnohem bohatší těžším δ18O. δD obvykle beze změny; hodniny mají nevýznamný obsah vodíku (D). Pozor na přiblížení k poli primárních magmatických vod. Izotopová frakcionace kyslíku Izotopová frakcionace kyslíku Faktor izotopové frakcionace izotopů kyslíku v systému kalcit – voda je funkcí teploty. Kalcit, který vznikal z vodného roztoku při vyšší teplotě je obohacen lehčími izotopy kyslíku, kalcit vznikající při nižší teplotě je obohacen těžšími izotopy kyslíku. Izotopová frakcionace kyslíku -problémy Izotopové složení kyslíku je ovlivněno především: - Oddělením páry při adiabatické expanzi při poklesu tlaku - Oddělení rozpuštěných plynů (CO2) - Ředění mělkými vodami Také: - Velké objemy hornin i fluid - Vysoké/nízké rychlosti proudění fluid = nerovnovážné systémy Izotopová frakcionace kyslíku Vzorce pro výpočet rovnovážné teploty t [°C] = 16,5 – 4,3 (d18OC/PDB - d18OW/SMOW) + (d18OC/PDB - d18OW/SMOW)2 [1] 15,273 39,3 78,2 − +SMOW t [°C] = 103 x SMOW = d18OC/SMOW - d18OW/SMOW [2] d18OC – izotopické složení kyslíku v kalcitu (sintru) d18OW – izotopické složení kyslíku ve vodě (Epstein et al., 1953) (O´Neil et al., 1966) d18OW = –10,3 ‰ PDB (Michalíček et al., 1994) Analyzována recentní minerální voda z vrtu R I., hloubka 60,4 m. Ověřeno vzorkem 40/00. Izotopické složení C a O sintrů Hranického krasu -10 -5 0 5 10 -12.0 -10.0 -8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 d 18 O [‰ PDB] d 13 C[‰PDB] Speleotémy ZAJ Speleotémy ZAJ - recentní Stalaktit ZAJ Kalcit Černotín, lom Alterovaný vápenec ZAJ Výpočet rovnovážné teploty Číslo vzorku d 13 C KALCIT d    KALCIT d    KALCIT Výpočet 1.: Epstein Výpočet 2.: O´Neil Lokalita; popis vzorku [‰ PDB] [‰ PDB] [‰ SMOW] [°C] [°C] ZJ03/99a 5.8 -9.9 20.7 14.9 11.2 ZAJ – Koblihová j.; “hranický onyx“ mladší ZJ03/99b 5.5 -9.8 20.8 14.6 10.8 ZAJ – Koblihová j.; “hranický onyx“ mladší ZJ04/99a 5.5 -9.6 21.1 14.0 9.5 ZAJ – Koblihová j.; “hranický onyx“ starší ZJ04/99b 5.7 -9.2 21.4 13.0 8.3 ZAJ – Koblihová j.; “hranický onyx“ starší ZJ04/99c 5.7 -9.4 21.2 13.4 9.1 ZAJ – Koblihová j.; “hranický onyx“ starší ZJ05/00 5.8 -10.1 20.5 15.7 12.0 ZAJ – Koblihová j.; “gejzírový stalagmit“ ZJ07/00 5.7 -9.3 21.3 13.2 8.7 ZAJ – Jurikův d.; Fe-Mn sintr ZJ09/00 5.8 -9.4 21.2 13.4 9.1 ZAJ – J. u Krokodýla; “hranický onyx“ ZJ13/00 5.1 -8.7 21.9 12.2 6.3 ZAJ – J. smrti; pizolity ZJ13/00r  4.2 -11.0 19.6 AJ – J. smrti; alterovaný vápenec ZJ25a 5.3 -10.7 19.9 18.4 14.5 ZAJ – “gejzírový stalagmit“ ZJ25b 5.5 -10.4 20.2 16.9 13.3 ZAJ – “gejzírový stalagmit“ ZJ12/00  8.0 -6.8 23.9 ZAJ – J. smrti; běžný stalaktit ZJ40/00 6.9 -8.6 22.0 12.1 5.9 ZAJ – Bezejmenná j.; recentní sintr ZJ30/00a  -8.6 -5.6 25.1 Černotín lom; kalcit ZJ30/00b  -8.5 -5.8 25.0 Černotín lom; kalcit  - Jiný, než teplicový krasový systém. Neznámé hodnoty d 18 O vody. Jen teplicový krasový systém PRŮMĚR 4.3 -9.2 21.5 13.5 8.9 MAXIMUM 6.9 -5.8 25.0 15.7 12.0 MINIMUM -8.5 -11.0 19.6 12.1 5.9 PALEOPROSTŘEDÍ Pozice v historii Země Geologické mapování Geochemie hornin Globální oscilace hladiny moře během 260 kyr a vývoj lokální erozní báze regionální uplift 0.2 mm/y (Pirazzoli, 2004) +280m nm +130m nm +80m nm U/Th and ESR local vývoj KRASU? vývoj KRASU ÚPLNÁ destrukce svrchní části diapiru abrazí moře ÚPLNÁ destrukce svrchní části diapiru abrazí moře, vznik caprocku ČÁSTEČNÁ destrukce pně podobnost měřená na vybraných lokalitách Str. diagram pro 589 případů Úplné spojení Euklid. vzdálenosti 8/2/02L 11/2/03 26/4/02 1/8/02B 11/9/02 9/5/02o 12/8/03 24/7/01 28/9/01 16/6/01 6/7/00l 17/6/00 14/6/00 19/4/00 8/3/00y 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Vzdálen.spojení INTERPRETACE DAT Clusterová analýza Str. diagram pro 8 Proměnné Úplné spojení Euklid. vzdálenosti TLAK HLAD GALL TEPLO TUNEL PROK KOGS KOKA 0 5000 10000 15000 20000 Vzdálen.spojení vztah proměnných mezi sebou INTERPRETACE DAT Clusterová analýza INTERPRETACE DAT Neuronové sítě ➢ CHEMICKÁ ANALÝZA (klasická, AAS, ICP, INAA, XRF aj.) ➢ RTG PRÁŠKOVÁ DIFRAKCE (XRD) ➢ DIFERENČNĚTERMÁLNÍ ANALÝZA (DTA, TGA-MS) ➢ OPTICKÁ MIKROSKOPIE ➢ ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE A ELEKTRONOVÁ (I.) MIKROSONDA ➢ KATODOVÁ LUMINISCENCE ➢ BARVENÍ KARBONÁTŮ ➢ ANALÝZA STABILNÍCH / NESTABILNÍCH IZOTOPŮ ➢ ANALÝZA FLUIDNÍCH INKLUZÍ ➢ PALEOMAGNETICKÁ ANALÝZA VÝZKUM Laboratorní analýzy Dvě pravdy si nikdy nemohou odporovat. Galileo Galilei Barvení sintrů Co(NO3)2 04/00 (3 x 4 cm) 05/99 (3,7 x 2,8 cm) 09/00 (2,5 x 4,8 cm) ◼ Vzorkovaný materiál – možnosti: Horniny, speleotémy, vody, plyny, biologický mat. ◼ Vypracované a používané pokyny pro odběr a analýzu různých typů vzorků VÝZKUM Vzorkování VÝZKUM Chyby způsobené úpravou vz. VÝZKUM Chyby způsobené úpravou vz. Geotermální – zde vnitřní tepelná energie Země. Systémy, kde je tepelná e. Země koncentrována tak, že vznbiká využitelný zdroj energie. Aktivní (=recentní) X Fosilní Nositelem termální e. jsou převážně horniny, k přenosu je potřeba fluidum (voda), které rozptýlené teplo usměrní za vzniku geotermálního rezervoáru. Vysoká porozita, vysoká permeabilita (=hyd. konduktivita) PLYNOKAPALNÁ FLUIDA Geotermální systémy Obsah prvků je řízen řadou teplotně závislých trovnováh mezi minerály a fluidy. Výskyt rovnovážných systémů je však mizivý. Pravděpodobně se jedná o rovnováhy fluidum X novotvořená fáze, nikoliv fluidum a přítomné minerální fáze. Vysokoteplotní fluida: obecně vys. obsahy Si, B, As, F, NH3, podle okolí také Li, Rb, Cs. Rozlišení geochemických typů vod – trilineární Piperův diagram (1944), nejvíce zastoupené ionty. PLYNOKAPALNÁ FLUIDA Geotermální systémy Geofyzikální průzkum okolí Hranické propasti (VDV) – Ing. P. Kalenda Propast Geneze, tzv. konzervativní ionty, jejich koncentrace ve fluidu se nemění při vysokoteplotních reakcích s horninami. Tzv. chemická paměť fluid. Především Cl, Br, izotopy H. Koncentrace prvků se mění (var, mísení) – musíme znát koncentraci ve fluidu v každém z možných zdrojů. Pokud je složité mísení / více než 1 solanka konzervativní ionty nestačí. Cl/Br – byla solanka původně mořskou, vulkanickou, geotermální, evaporitovou vodou? Geotermální systémy geneze Na-K-Ca Konc. Si02 Na-Li K/Mg, Li/Mg SO4-F Ca-Mg Geotermální systémy termometry Původ slova je v předindoevropském prajazyce (“kara” nebo “gara” – kámen, skála). Dnešní krajina Kras vstoupila do historie římským napadením tohoto území v letech 178 a 177 př. n. l.a začleněním do římského iméria jako “Regio X – Venetica et Histria”. Klasické jméno kraje bylo “Carusadus, Mons Carusad, Karusad, Carsus”. V literatuře je často uváděn chybný původ slova Kras ze slovinského “krš”. Arcibiskup Ussher Jeskynní útvary jsou dílem božím. Vypočítal podle bible, že jeskyně byly stvořeny v sobotu večer 22. října 4004 př.n.l. Datování Literatura použitá a doporučená Bruthans J., Filippi M., Geršl M., Zare M., Melková J., Pazdur A., Bosák P. (2006) Fournier R.O. (1977) Geršl M., Kalenda P., Havlín A., Duras R. (2007) Geršl M., Bruthans J., Filippi, M. (2007) Geršl M., Kosina M., Sedláček I., Nováková D., Travěnec F. (2007) Geršl M., Melichar R., Koutecký B., Horáková H. (2007) Gunn J. (2004) Henley R.W., Ellis A.J. (1983) Hladil J., Gersl M., Strnad L., Frana J., Langrova A., Spisiak, J. (2006) Hoefs J. (1997) Churáčková (2009) Novák M. (1994) Kalenda P., Geršl M., Havlín A., Duras R. (2007) Pecold L. (1992) Piper A.M. (1944) Rybach L. (1981) Truesdell et al.(1981) Fotografie a grafika bez uvedení původu: autor M. Geršl