Sufozní podzemní systém ve sprašové rokli v Zeměchách u Kralup
Václav Cílek

Sufozní jevy v českých a moravských spraších

Sufoze je podzemní vymílání a splavování částic horiny buď do volných prostorů mezi zrny nebo do jakýchkoliv dutin v sedimentu (Král 1975). Naproti tomu subroze je vesměs chápána jako podzemní rozpouštění např. pramenem podtékajícím pěnovcovou kupu. U spraší, jejichž porozita dosahuje až 50 obj.%, je hlavním mechanismem vzniku závrtů a jeskyní zhroucení sprašové struktury (viz oddíl Literatura in Speleo 14, 1994). Tím dojde ke zmenšení objemu sedimentu, což se na povrchu projeví např. jako závrt nebo jako lineární deprese vyvinutá na odlučné ploše sesuvu. Tyto deprese jsou od nás popsány z Miskovic u Kutné Hory (viz Rubín et al. 1986, str.307), kde několik metrů mocná sprašová pokrývka kryje silně zkrasovělé křídové vápence za vzniku rozsáhlých závrtů s propady a ponory (Kunský 1949). Vznik těchto depresí jsem svého času diskutoval se Z.Lipským (Lipský 1990, Cílek 1990) a zatímco on se stále domnívá, že se jedná o pseudozávrty, já předpokládám, že zde nalézáme klasické krasové závrty vyvinuté ve vápencích, ale kopírující se do nadložních spraší. Naproti tomu Řezáč (1950) nalezl na Hruboskalsku poměrně obvyklé sprašové závrty vzniklé sufozí do puklin v podložních pískovcích. Nepochybné sufozní závrty, a dokonce několik metrů hluboká jeskyně a řada sufozních rýh, vznikly podél sesuvných šupin ve spraších nad opuštěnou cihelnou v Dolních Věstonicích. Kromě toho byly již dříve ve sprašové rokli v Zeměchách a v okolí Nového Mesta nad Váhom pozorovány drobné dutiny a sufozní trubice (Cílek 1997, v tisku). Výzkumem dutin, závrtů a mostů ve spraši v rumunské Dobrudži se zabýval V.Stárka (řada přednášek). Hlavním cílem tohoto článku je popis neobvyklého a jen krátce existujícího systému podzemního odvodňování, který se koncem klimaticky extrémní zimy 1997 vyvinul ve známé sprašové rokli v Zeměchách (Cílek 1996). Nejprve je však nutné seznámit se s jevem nazývaným "piping" (čti pajping).

 

Piping

Anglicko-český geologický slovník O.Zemana a K.Beneše (1985, str.206) překládá piping jako "eroze základové půdy podzemní vodou, sufoze, podpovrchová eroze". V tomto článku však za piping budu považovat vznik sufozních trubic. Jedná se o vertikální, šikmé a méně často subhorizontální pravidelně oválné či kruhovité trubice o průměru obvykle okolo 20-40 cm a délce několika metrů. Je možné je nalézt ve výše zmíněných spraších v Zeměchách a u Nového Mesta nad Váhom. Poměrně často se s nimi můžeme setkat v klasickém krasu - např. v trativodech vymletých ve dně údolí nebo v hliněných zátkách závrtů.

Velmi důležité a pro život městských sídel a obcí až nebezpečné jsou sufozní trubice a kaverny vznikající podél unikající kanalizace nebo podél netěsnícího potrubí tlakové vody. V prvním případě vede unikající voda ke zhroucení sprašové struktury a nerovnoměrnému, někdy až ničivému sesedání domů. V druhém případě mohou podél potrubí vznikat až 4 m vysoké a desítky metrů dlouhé zavalující se kaverny. Propady kanalizace známé z Prahy, Brna a dalších míst jsou téměř vždy spjaty s nějakou formou sufoze, přičemž objem sufozí vzniklé deprese či kaverny (Prahy, Trojská ulice, 1996) může být větší než středně velký rodinný domek stojící nad kavernou.

V posledních letech jsem se v Praze 9-Proseku poměrně často setkával s různými projevy pipingu. Znepokojení sousedé mě pravidelně vyhledávají s tím, že se jim propadá kus zahrádky nebo základů domu a zda pod nimi nejsou podzemní doly. Po několika letech sondování, dokumentování a pokusů s propady se domnívám, že domy stojí na starých zavezených lůmcích. Nedochází sice k diferencovanému sesedání, ale ke splavování hlíny do mezer ve spodní vrstvě navážky. Splavování se odehrává formou sufozních trubic poměrně přesného kruhového profilu o světlosti asi 20 cm a prokazatelné hloubce až 4 m. Takováto trubice je schopna pohltit až krychlový metr písku a přesto se každý rok znovu obnovovat. Po velmi důkladném zvážení situace - vždyť se jedná o rodinné domy - se domnívám, že sufozní trubice by se neměly zalévat betonem, protože může dojít ke vzniku zátky, pod kterou se sufozní kaverna dále zvětšuje. Místo toho je výhodnější zasypávat trubice škvárou, popelem či pískem, který může být snadno splavován do hlubších partií zavážky a tím snižuje porozitu spodních vrstev.

 

Sprašová rokle v Zeměchách

Přírodní památka Sprašová rokle leží na západním okraji obce. Jedná se o starou vozovou cestu, která byla přívalovými dešti z dosti rozsáhlé sběrné oblasti nad roklí prohloubena až na 23 m. V Číně jsou známy úvozové cesty z doby bronzové, které byly erozí spraše zahloubeny až 120 m pod povrch sprašového plató (Kukla 1995, ústní sdělení). Rokle seče napříč táhlou sprašovou závěj, ve které vystupují půdní komplexy posledního glaciálu a eemu. Dnes patří zdejší profil k opěrným bodům evropské sprašové stratigrafie (Cílek 1996). Celková délka rokle je asi 450 m a její průměrná výška kolem 15 m. Dno rokle je suché a nerovné. Nerovnosti jsou způsobeny sesuvy svahů a řícením sprašových hranolů. Mocnost spraše pode dnem rokle je, podle námi prováděných vrtů, asi 4 m. Skalní dno rokle je tvořené zvětralými karbonskými arkózami, nad nimiž leží písky (spíš než o zbytek terasy Knovízského potoka se jedná o přeplavené váté písky předposledního glaciálu). V hloubce 2-3 m se setkáváme s velmi důležitou, hydromorfně postiženou, až 10-15 cm mocnou polohou hutného zarezlého jílu (Cílek 1996), který představuje hydrologickou bariéru. Jeskyně v čínských spraších (viz Speleo 14, 1994) bývají vyvinuty i na tenčích jílových vložkách.

Počínaje rokem 1990 navštěvuji rokli každoročně a sleduji její změny. 15. února 1997 byly v rokli pozorovány závažné změny. V horní části rokle, v místech, kde rokle končí téměř kolmým sprašovým stupněm o výšce 3,3 m vznikl závrt o průměru 3-4,5 m (viz obr.) a hloubce oproti dnu rokle 1,8 m. V jeho dně byly patrné dvě zahliněné sufozní trubice o průměru 30-40 cm. Ve střední části rokle, přímo pod profilem zachycujícím černozemní půdní komplexy, vznikla vývěrová roklička o hloubce 1,3 m, šířce 1,2 m a postupně se snižující délce 4 m. Vyvěrající pramen měl kapacitu asi 0,3 l/sec. Celková délka podzemního sufozního systému je asi 300 m.

 

Vznik podzemního systému

Vznik systému podzemního odvodňování sprašové rokle byl velmi pravděpodobně způsoben kombinací geomorfologických a klimatických faktorů. První sníh a s ním neobvykle silné mrazy přišly kolem 20.12.1996. Denní teploty se běžně pohybovaly v rozmezí -4 až -8 oC a noční teploty po dobu několika týdnů běžně dosahovaly -8 až -12 oC. Země byla mimořádně promrzlá. Dnů s teplotami nad bodem mrazu bylo jen několik a nestačily k rozehřátí sněhu. Týden před návštěvou rokle se denní teploty začaly pohybovat okolo 5 oC a noční teploty kolem bodu mrazu. Na rozsáhlém úplazu tvořícím pokračování rokle došlo k rychlému tání sněhu, ale rokle sama, která je stíněná a v tuto roční dobu podchlazená, zůstala zamrzlá.

Obr.1 Vznik sufozního závrtu a systému podzemního odvodnění ve sprašové rokli v Zeměchách u Kralup.
Fig.1 The genesis of the sufossion sinkhole between frozen loess layer and clayey intercalation by the activity of melting waters (February 1997, Loess gorge in Zeměchy, Ventral Bohemia).

Rokle je během roku suchá, ale její dno má nerovný průběh, což je způsobeno sesuvy stěn. Došlo tedy k té situaci, že tavné vody z tající sněhové pokrývky o tloušťce asi 15 cm stékaly z dellenu do rokle. Zde narazily na bariéru způsobenou drobným sesunem a vytvořily za ním louži. Relativně teplá voda rychle narušila podmrzlou půdu a dostala se pod zmrzlou vrstvu spraše. Nestačila se však vsakovat do podloží, protože narazila na vrstvu hnědého hutného jílu a tak vytvořila vodonosný horizont mezi zmrzlou vrstvou a jílem. Horizont má alespoň v ponorové a vývěrové části charakter sufozních trubic. Po skončení tání a rozmrznutí dna rokle celý systém rychle zanikl.

 

Závěr - klimatická kontrola

V takových částech zemského systému jako je sprašová rokle v Zeměchách, si rychle uvědomíme, jak nečekaně odlišně může fungovat zemský systém při nevelkých změnách klimatického chodu. Obě tuhé zimy v letech 1995-6 a 1996-7 reprezentují chladné, relativně suché kontinentální zimy, jejichž průběh je srovnatelný se zimami tzv. malé doby ledové. V klimatu posledního tisíciletí pozorujeme teplé a studené oscilace o délce trvání 30-40 let a podle dřívějšího chodu se domníváme, že vstupujeme do celkově chladnějšího a vlhčího období (klimatická databáze J.Svobody, uložení: Geologický ústav AV ČR). Během posledního tisíciletí došlo k fázím zvýšené soliflukce nebo jako ve 14. století, ke vzniku hlubokých strží, k sesuvným eventům a dalším, často enigmatickým reakcím neživé přírody, zejména jejího zvětralinového pláště a hydrologického systému na klimatické oscilace (Frenzel ed. 1993). Pokud jsme skutečně na počátku chladnějšího cyklu, můžeme očekávat i neobvyklý vývoj v povrchové vrstvě litosféry (skalní řícení, sufoze, soliflukce, hloubkové eroze, atypické povodňové situace). Tyto změny je nutné dokumentovat nejenom z toho důvodu, že budou postihovat i lidská sídla, ale pomohou nám pochopit, jak v krasu fungují různé geomorfologické epizody, které mohou být např. klíčem k poznání funkce krasu v ledových dobách.

Z hlediska sprašové stratigrafie je nutné si uvědomit, že některé polohy písků a jílů, které bychom normálně interpretovali jako synsedimentární jev, mohou být ve skutečnosti klimaticky podmíněné, epigenetické změny způsobené např. sufozí.

Obr.2 Systém podzemního odvodňování sprašové rokle.
Fig.2 The underground drainage system in Zeměchy Loess gorg
e.

Děravý permafrost

Jedním z velkých problémů krasu středních zeměpisných šířek, tedy krasu periglaciální oblasti, je problém, jak fungoval v ledových dobách. Často předpokládáme, že půda byla do hloubky desítek metrů promrzlá a krasové dutiny byly vylité ledem. Jinými slovy, že v glaciálu byl kras inaktivován. Jenže J.Řeháci - otec a syn, se vrátili z expedice Špicberky 1996 s jedním velmi zajímavým pozorováním. I v době, kdy povrch ledovce byl zcela zamrzlý, narazili v hloubce 15 m na vodonosnou polohu s poměrně značnými vodními průtoky. Podobnou, ale sezónní anomálií byl i systém podzemního odvodňování v Zeměchách, kde vody putovaly pod "permafrostem".

Poslední ledová doba, kterou známe ze všech ledových dob nejlépe, je značně složitý klimatický systém. Nejméně 20x v ní došlo k náhlému oteplení na dobu jednoho až tří tisíc let (Daansgard-Oeschgerovy oscilace) a opětovnému ochlazení. Sedm Heinrichových vrstviček v hlubokomořských vrtech svědčí o sedmi "skokových" pohybech kontinentálních ledovců severní polokoule. Zmrzlá půda je však poměrně konzervativní systém s dlouhou teplotní setrvačností. Kratší období oteplení se v permafrostu nemusí téměř projevit. Např. údolní permafrosty Nové Anglie přežívají ústup ledovců až o 6 tisíc let, zatímco náhorní plošiny zcela rozmrzají o tisíciletí dřív. České země však ležely poměrně hluboko v předpolí kontinentálního ledovce. Očekáváme, že i tloušťka permafrostu byla v závislosti na morfologii a sezónním oslunění různá. Rovněž klimatické oscilace měly do určité míry individuální průběh, takže velmi pravděpodobně docházelo v našich krasech v ledových dobách k několika různým režimům povrchového i podzemního odvodňování. Na základě Řehákových pozorování (ústní sdělení, 1997) i "modelu", který přirozeně vznikl ve sprašové rokli v Zeměchách, navrhuji jiný pohled na kras v glaciálu.

V tomto scénáři počítám s modelem děravého permafrostu. Protavenými děrami dochází ke komunikaci povrchových a podzemních vod a dokonce k omezené tvorbě krasových dutin. Netvoří se však krápníky, protože většina krasového povrchu je zmrzlá a neprostupná pro vodu. V průběhu glaciálu se mocnost a průběh permafrostu několikrát mění a podle toho se otevírají a uzavírají podzemní systémy. Kras funguje v omezeném měřítku více či méně permafrostem izolovaných systémů. Poznání toho, co se v krasu v ledové době skutečně dělo, bude složité nebo dokonce nemožné, ale přesto obě pozorování ukazují, že pravděpodobnost existence lokálních aktivních systémů krasového odvodňování je poměrně vysoká.

 

Literatura:

Cílek V. (1990): Kutná Hora-kras a historické podzemí. - Speleofórum 90: 6-7. Brno.

Cílek V. (1996): Sprašová rokle v Zeměchách u Kralup. - Zpr. geol.výzk. v r. 1995: 31-33. Praha.

Cílek V. (1997-v tisku): Sprašový pseudokras. - Vesmír.

Frenzel B. ed. (1993): Solifluction and climatic variation in the Holocene. European Paleoclimate and Man 6. - G.Fischer Verlag: 1-380. Stuttgart etc.

Král V. (1975): Sufoze a její podíl na současných geomorfologických procesech v Čechách. - Acta Univ.Carol., Geogr. 1-2: 23-30. Praha.

Kunský J. (1949): Závrty ve spraši u Miskovic na Kutnohorsku. - Sbor. Čs. spol. zeměpis. 54, 3-4: 209-212. Praha.

Lipský Z. (1990): Miskovické pseudozávrty. - Bohemia centr. 19: 7-21. Praha.

Rubín et al. (1986): Atlas skalních, zemních a půdních tvarů. - Academia. Praha.

Řezáč B. (1950): Závrty ve spraši na Hruboskalské plošině. - Sbor. Čs. spol. zeměpis. 55: 203-214. Praha.

Summary: The suffosion drainage system in Zeměchy loess gorge (Kralupy region, Central Bohemia)

The unusual suffosion drainage system developed in Zeměchy loess gorge during February 1997 after long and harsh winter. Zeměchy loess gorge interects some 500 m long and up to 30 m thick loess dune of the two last glacial cycles and it represents one of the most important Eemian-Weichselian paleosoil sequences surviving in Central Bohemia. The melting waters from large and wide dellen entered the upper part of incised gorge. There they were blocked by small landslide and formed a miniature pond warm enough to melt down the frozen loess and to get under it. Here the suffosion sinkhole some 4-5 m in diameter and almost 2 m deep was formed. At the depth of about 2 m the groundwater was blocked by impenetrable clayey horizon and it had to move horizontally to resurgence some 300 m down the gorge. The system has functioned few days and then as the snow has melted down it became extinct. No such feature has ever been described from the Czech Republic but it is believed that conditions of Little Ice Age when unusual geomorfological events such as downcutting, intensive solifluction, untypical floods etc. took place may return with episodes of cold and wet climates. While the sandy and clayey intercalations below the gorge could be easily interpreted as synsedimentary features of paleoclimate importance it is now believed that some of them have developed recently along suffosion pathways.

Na hlavní stránku ČSS
CSS main page