Yam Hamelach – Mrtvé moře

Yam Hamelach (Slané moře) či Mrtvé moře, jak tomuto jezeru říkáme my, je nejnižší částí systému východoafrického, resp. západoarabského riftu. Užít termín rift pro Mrtvé moře je zavádějící, protože označuje příkopovou propadlinu, která vznikne tak, že se prasklina v zemské kůře rozestoupí a do ní se zaklesnou povrchové vrstvy (viz obrázek). Pánev Mrtvého moře vznikala na složitém systému zlomů, v němž převažoval příčný pohyb. Dnešní rychlost laterálního posunu je 5–10 mm za rok. Není to tedy pravý rift, i když tak vypadá. Mrtvé moře je slavné místo, protože na jeho okolí je vázáno mnoho příběhů Starého zákona. Přesto bylo zjištěno teprve „nedávno“ (1837), že leží hluboko pod mořskou hladinou. Od té doby se stalo cílem mnoha projektů a inženýrských snů o propojení s mořem a využití síly vody na výrobu energie.

Obecná charakteristika – podivné místo

Je to nejhlubší suchozemská deprese. Současná hladina tohoto slaného jezera leží 409 m pod hladinou moře. Pro srovnání: hladina Assalského jezera v Afarském trojúhelníku leží „jen“ 145 m pod hladinou moře, Údolí smrti v USA 86 m, Kaspické moře 28 m a australské jezero Eyre 16 m. Na obou stranách Mrtvého moře se zdvihají tektonické svahy vysoké až 500 m, ale k vrcholkům okolních hor je to dalších 1000 m. Tento výškový i barevný kontrast vytváří nádherné panorama. Povodí Mrtvého moře je velké asi jako polovina České republiky, 43 000 km². První hloubková měření prováděli v letech 1845–1848 angličtí zeměpisci, ale pak se sto let nic nedělo. V roce 1930 byla založena Palestine Potash Company Ltd., která zpracovávala místní solanku na potaš a bromidy. Systematický výzkum Mrtvého moře začal až před padesáti lety a pokračuje dodnes.

Zhruba uprostřed je Mrtvé moře zaškrceno poloostrovem Lisan. Tvar dna je určován jednak doposud aktivními tektonickými pohyby, jednak výstupem solných pňů – zejména mohutného diapyru En Gedi. Maximální hloubka dna je –730 m, což odpovídá 324 m pod současnou hladinou jezera. Jezero má objem 147 km³, ale pokud by se (třeba po protržení hrází potenciálního kanálu) deprese vyplnila, vešlo by se do ní víc než deset současných jezer. Zaplaveno by bylo 20 % povrchu malého státu Izrael. Jaký cíl pro teroristy! Mrtvé moře vyplňuje jen 8 % potenciálního objemu pánve. Také proto je tak slané. První analýzy zdejších solí provedli chemikové zvučných jmen – M. H. Klaproth, A. L. Lavoisier, J. L. Gay-Lussac a další. Průměrná hustota vody je 1,234 gramů na litr, což odpovídá 30 % rozpuštěných solí neboli 276 g solí na kilogram vody. Vysoká salinita redukuje život v jezeře na vysoce specializované zelené řasy a rudé archebakterie.

Průměrné roční srážky jsou zde kolem 50 mm a v okolních horách kolem 600 mm, ale potenciální odpar je 2000 mm! Nevěřil jsem vlastním očím, když jsem se dočetl, že skutečný odpar téměř nelze stanovit. Definován je jako množství molekul, které přecházejí z kapalného do plynného stavu, ale pochopitelně se měří jednodušším způsobem – změnou objemu. To je u přírodních jezer se složitou morfologií a proměnlivým přítokem nejenom z řek, ale také z podmořských pramenů téměř nemožné. Nezbývá tedy než odpar spočítat teoreticky, což je poměrně snadné u čisté vody, ale velmi obtížné u solanky, která v denním rytmu osciluje někde mezi neúplným nasycením a přesycením. V průběhu poměrně chladné noci jsou vlastnosti povrchové vrstvy jezera, na níž se odehrává odpar, jiné než v horkém dni. Slunce je „vypnuto“ a odpar redukován, přitékající sladká voda se lépe rozlévá po povrchu husté solanky. Voda Mrtvého moře je nejenom slaná, ale někdy se stává suspenzí asi mikrometrových krystalů halitu a možná i emulzí jinak slaných kapének.

Navíc ani není jednoduché změřit hustotu solanky. Při standardním měření, při němž se z daných hloubek odebírá 40 cm vysoký sloupec vody, se jednotlivé výsledky liší. Je to kupodivu způsobeno rychlou stratifikací i takto malých objemů. Než odnesete vzorek do laboratoře, tak už v odběrné nádobě vzniknou 2–3 různě husté vrstvy. V Mrtvém moři selhávají i běžná měření salinity. Ta se obvykle měří pomocí elektrické vodivosti, hustoty či rychlosti šíření akustických vln. V životě je obvyklé, že měříme zástupné veličiny a ani si to neuvědomujeme – například v domácím teploměru jde o rozdíl tepelné roztažnosti skla a rtuti. U přesycené solanky přecházející do suspenze je však většina obvyklých měřených parametrů kombinací teploty, salinity a množství ultrajemných částeček.

Geologická historie – nahoru, dolů a převrat k tomu

U takto podivného objektu je nutné začít několika méně známými slovy. Virtuální dno jezera není tvořeno skalním podložím, ale tak hustou vrstvou solanky, že se pod ní nic neděje. Pod virtuální dno se (téměř) nepřenáší vlnění, teplo, mikroorganizmy ani chemické látky. Virtuální dno leží v hloubce 5–15 m. Když změříme salinitu metrové vrstvy vody nad virtuálním dnem a pod ním, získáme třikrát větší rozmezí hustot než pro celý Atlantik a hloubku 4 km! Meromiktní režim jezera nastane, když je jezero rozděleno na značně odlišné hydrologické celky s vodami různého složení, při holomiktním režimu jsou vody jezera naopak promíseny do vcelku jednotné hmoty. Stratifikace znamená rozrůznění vod do vodorovných vrstev, které mají různou teplotu, hustotu nebo slanost. Hranice mezi vrstvami se podle toho nazývá termoklína, pyknoklína či haloklína. Různá měření pak zachycují pohyby těchto tří „­klín“ (rozhraní) nahoru a dolů. Pro první přiblížení snad postačí, když uvedeme, že nejdůležitější hranice vod leží za běžných současných podmínek několik metrů (někdy jen1–2 m) hluboko a představuje rozhraní mezi slanou jezerní a sladkou říční vodou. Mrtvé moře je nejvíc syceno vodami Jordánu, zejména během zimních povodní, ale úroveň srážek rok od roku, dekádu od dekády kolísá. Podobné variace je možné pozorovat i v delších časových úsecích. V některých obdobích sice Jordán ředí toto jezero i ve větších hloubkách, ale většinou jen na hladině.

Geologická historie Mrtvého moře v něčem připomíná historii Severočeské pánve. Ta je také založena na struktuře blízké riftu, bývala plná jezer a začala se intenzivně vyvíjet přibližně ve stejné době jako Mrtvé moře, tedy na rozhraní starších a mladších třetihor. Tady někde však podobnost mezi zaniklým Komořanským jezerem (kde ležely rybářské vesnice, odkud ještě v 19. století každý den vyplouvali rybáři) a existujícím Mrtvým mořem končí. Mocnost sedimentů Severočeské pánve je ve střední části kolem 500 m, mocnost pánve Mrtvého moře je kolem deseti kilometrů! Těch 10 km je vyplněno vápenci (často s aragonitovým tmelem), jíly, ale hlavně solí a sádrovcem. Nedosolili bychom se (a nedosádrovali) do konce života, i kdybychom měli využít jen nepatrnou část sedimentů.

Po celou dobu historie jezera jeho hladina klesala a opět stoupala v rozmezí nejméně několika desítek metrů. Předchůdcem Mrtvého moře bylo větší jezero, které nazýváme Lisan. Během poslední doby ledové zaujímalo celou plochu deprese od Tiberiadského jezera až 30 km na jih od jižního cípu Mrtvého moře (viz obrázek). Bylo to jezero úzké, ale 220 km dlouhé. Jeho hladina ležela v době největšího rozmachu 230 m nad současnou hladinou Mrtvého moře. Opuštěné plážové stupně vysoko nad hladinou jezera ukazují na řadu oscilací. Jezero Lisan přestalo existovat v mladším dryasu, tedy před 12 tisíci let. Mladším dryasem definitivně skončila poslední doba ledová. Bylo to období globální krize, která trvala asi 700 let. Během tohoto období se načas zastavil oceánický výměník (viz Vesmír 74, 257, 1995/5; Vesmír 78, 196, 1999/4 ad.), což způsobilo nejen náhlý pokles teplot, ale také celkovou aridizaci prostředí. Ve vchodech do našich jeskyní se dryas projevuje poslední vrstvou spraše, což je charakteristický sediment suchých a studených podmínek ledové doby. V klimaticky zranitelné Palestině se vody jezera Lisan stáhly do krajních depresí Mrtvého moře a Tiberiadského jezera.

Sůl nad zlato – ani náhodou!

Okolní zlomy jsou aktivní a přenos zemského tepla intenzivní, což způsobuje – podobně jako V Karlových Varech – vznik teplých pramenů. U nás tečou z žul a podobných hornin, a přesto jsou slané vylouhovanými solemi. Jak slané musí být, když tečou ze solí? Teplé vody vynášejí z hlubin i ropné uhlovodíky, takže zvídavý cestovatel může na hladině potkat černého hosta – není to mrtvý kos, nýbrž kus plovoucího asfaltu. Vývoj Mrtvého moře byl zpočátku pozvolný, ale ve svrchním miocénu a v pliocénu (nejmladších třetihorách) se pánev začala prohlubovat rychlostí asi 0,5–1 km za milion let. Volný prostor se rychle vyplňoval sedimenty, hlavně solemi. Sole jsou plastické, a přitom lehké, váhou nadloží vytvářejí pně, které pozvolna stoupají k povrchu, a to nejen pod hladinou Mrtvého moře, ale i na řadě míst podél zlomové deprese.

Před rokem 1979 fungovalo jezero v meromiktním (částečném) režimu. Pyknoklína se vcelku stabilně držela v hloubce 40 m, a to po dobu posledních několika století, možná až 1400 let. Tyto údaje získáváme hlavně analýzou jezerních sedimentů, které obsahují kalciumkarbonát, a dají se tedy datovat pomocí izotopu ¹⁴C. Suché počasí druhé poloviny 20. století, od roku 1964 kombinované s intenzivním využíváním vod Jordánu k zavlažování, vedlo v roce 1979 k historickému převratu. Toto slovo výstižně vyjadřuje, že horní, odparem zahuštěná část jezera se v jednom okamžiku „prolomila“ do spodní vrstvy jezera. Obě vrstvy se promísily a vytvořily nové vodní těleso s jiným hydrologickým režimem. Každý převrat jezerních vod vede k větší stabilitě spodní husté vrstvy. Přispívá k ní i chemický průmysl, který do jezera vypouští odpadní solanky.

Stabilita jezerních vod, kterou vyjadřujeme jako určitou neměnnou pozici pyknoklíny, je kromě srážek a průtoku Jordánu silně ovlivňována větry. A teď přijde další „podivný“ mechanizmus, který do systému vnese náhodu a nepředvídatelnost. Čeření a mísení povrchových vod je úměrné třetí mocnině rychlosti větru. To znamená, že jednodenní bouře, během které se vítr pohybuje 10krát rychleji než za normálního režimu, bude mít na mocnost promísené vrstvy, a tím i na hloubku pyknoklíny, stejný dopad jako tři roky průměrného větrného režimu.

Jeden inženýrský geolog mi před časem poněkud antropicky říkal, že země je trpělivá, ale když se rozzlobí, stojí to za to. Asi tím chtěl říct, že většina zemských systémů, jako je podnebí, mořské proudění, stabilita svahů, fungování ekosystémů apod., se vyvinula během dlouhé doby, a je tedy funkční v širokém rozmezí podmínek – to je ta trpělivost. Pokud ale překročíme určitý práh, limit systému, „země se rozzlobí“, to znamená přejde na jiný režim a do jiného pole stability, při kterém se „den ze dne“ změní pravidla. To se právě stalo v roce 1979. Pak přišlo období velkých dešťů a v roce 1983 se po několika staletích stabilizovala nová hydrologická situace. Od té doby až do roku 1991 jezero fungovalo ve víceméně holomiktním (celkovém) režimu. Vody se promísily a v téměř celém objemu jezera krystalizoval halit (NaCl). Za klidného dne narůstají krystaly soli i na dna lodí.

Velký převrat roku 1979 způsobil okysličení hlubokých, původně anoxických vod. To ovlivnilo geochemické cykly většiny stopových prvků. Dobře je to patrné na chování manganu, který se podle množství kyslíku v roztoku váže buď do karbonátu, nebo do oxidů manganu (hlavně oxidu manganičitého). Krystalizace halitu dramaticky ovlivnila úroveň těžkých kovů ve vodách Mrtvého moře. Kadmium, zinek a olovo bezmála zmizely, kdežto koncentrace mědi se téměř nezměnily. Zatímco kadmium se vázalo do krystalizující soli, olovo a zinek přecházely do „nečistot“. A. Nishri a M. Stiller předpokládají, že krystaly soli klesaly ke dnu jezera, a přitom na sebe nabalovaly nečistoty nebo mechanickým otřesem způsobovaly destabilizaci koloidů, na které jsou vázány některé prvky. Představuji si to jako „podmořské sněžení“, při kterém krystaly soli vyčesávají – podobně jako sněhové vločky – nečistoty z okolního prostředí.

Člověk si opět uvědomí, jak je bez přímého pozorování obtížné takový proces popsat nebo předpovědět. Jestliže očekáváme klimatickou změnu – ono již zmíněné překročení hranice, za níž už platí jiná pravidla – pak musíme očekávat neočekávané.

Problémy – kdo je nemá?

Vždy, když se ptáme na současné, lidmi způsobené změny prostředí, měli bychom znát přirozené pozadí změn. V měřítku ledové doby jsou tyto změny obrovské, ale v měřítku holocénu jsou kupodivu malé. Hladinu Mrtvého moře za posledních asi 10 000 let umíme rekonstruovat podle starých pobřežních čar, podle přístavů měst doby bronzové, podle vchodů do jeskynních systémů a podle datovatelných zbytků dřev. Tyto nálezy ukazují na nečekaně malou oscilaci hladiny – pouhých 9 metrů!

Systematicky měříme hladinu Mrtvého moře až od roku 1929 (viz obrázek). Od tohoto roku do dneška poklesla hladina jezera o 20 m, což je zhruba dvakrát víc než za celý holocén (tj. za posledních 10 000  let). V povodí řeky Jordán a Yarmouk se dramaticky zvýšila populace i úroveň zemědělské produkce. Zavlažovací projekty ponechaly vodám Jordánu (což je sice řeka velké pověsti, ale jinak srovnatelná s Berounkou) jen zbytek původního průtoku. O vodní hospodářství se navíc dělí několik států (Izrael, Sýrie, Egypt, Libanon, Jordánsko), které se na závažnějších problémech nedohodnou. Ani mohutné odpařovací nádrže Arab Potash Company nepřispívají k environmentální stabilitě.

Existuje několik možností dalšího vývoje Mrtvého moře. Všechny jsou víceméně katastrofické. První scénář počítá s dalším poklesem hladiny. Zemědělskou vodu nikdo do Jordánu dobrovolně nevrátí. Podle předběžných výpočtů by se nová hladina jezera mohla během dalšího století ustálit o 150 m níž, což by znamenalo zánik letovisek a lázní, změnu geochemických procesů a vymření většiny z několika druhů mikroorganizmů, které tu dosud žily.

Druhý scénář přináší ještě větší změny. Tunelem o délce kolem 100 km by se do deprese mohla přivést mořská voda (viz obrázek). Řešení je technicky proveditelné (vždyť třeba tunel přivádějící vodu z Želivky do Prahy je dlouhý asi 50 km a horníci tehdejších uranových dolů ho během několika let vybudovali bez větších problémů a s jednoduchou technologií). Na spodním konci přivaděče by bylo možné postavit hydroelektrárnu. Mořská voda má však od Mrtvého moře (slaného jezera) odlišné složení. Jestliže se jejich vody smísí, sádrovec začne krystalizovat a hladina zbělá (tento jev byl už několikrát pozorován). Po „injekci“ mořské vody by bylo úplně jiné proudění, energetická bilance, přenos tepla, složení bioty i chemizmus.

Je obtížné říct, které řešení je horší. Mně osobně se víc líbí vodní přivaděč, protože by do budoucnosti lépe zachoval krajinný ráz prehistorické a biblické krajiny a její estetický i duchovní rozměr.