Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Solný kras

Krápníky rostoucí jako z vody
 |  5. 12. 2002
 |  Vesmír 81, 675, 2002/12

Pod pojmem kras si většina z nás představí jeskyně či propasti ve vápencích, které zná z Moravského krasu. Krasové jevy se ale vyskytují i v dalších horninách podléhajících podobnému způsobu rozpouštění, např. v soli kamenné, sádrovcích, dokonce i v křemencích či v ledu. Projevy rozpouštění v soli jsou krasovým formám známým z vápenců často velmi podobné. Na solných pních je možné sledovat téměř všechny krasové jevy – od škrapů, závrtů, přes uvaly, polje až po jeskyně a propasti (viz tabulku „Kras“ v tabulce).

Že je termín krasová hornina velmi relativní, lze ukázat na příkladu jeskyně Vysvobození, která byla objevena na západním okraji solného pně Khurgu 1) v Íránu. Vznikla na hranici soli a vápence – její strop je vyvinut v soli, kdežto stěny a dno v pevném třetihorním vápenci. Když krasový kanál dosáhl velikosti umožňující přesouvání úlomků horniny, začal se vodní tok erozně zařezávat do podloží. V důsledku toho se pod poměrně plochým solným stropem vytvořil ve vápenci kaňon o hloubce až 5 metrů. Kuriózní je, že vápenec je v tomto případě nekrasovějící horninou, která je tvarována pouze erozí. Rozpouštění uhličitanu vápenatého se tu výrazněji neuplatní, protože všechny procesy probíhají příliš rychle.

Rychlost rozpouštění je v soli řádově vyšší než ve vápencích. Zjistil to A. Frumkin z Izraele, který k datování použil úlomky dřev zachycené v jeskynních chodbách v solném pni Mt. Sedom u Mrtvého moře. Všechny jeskyně tu jsou holocenního stáří (tj. z posledních deseti tisíc let) a za pouhých tisíc let se vytvoří jeskyně průchodná pro člověka. Do chodeb instalovali izraelští vědci plastové kolíky, které jim umožnily změřit rychlost zvětšování chodeb. Zjistili, že po přívalových srážkách se tok v solném krasu zahlubuje do dna chodby rychlostí až 0,2 mm/s (tj. rychlostí zhruba o 8 řádů vyšší než ve vápencových jeskyních). Pro solný kras je však typické, že krasovění, byť mimořádně intenzivní, probíhá ve velmi krátkých periodách, po nichž následují dlouhá období klidu. Koroze povrchových i podzemních forem probíhá jen několik hodin (maximálně dnů) po velkých srážkách, přičemž srážky přicházejí někdy i po letech sucha. Mezi přívalovými dešti jsou jeskyně suché nebo jimi protékají pouze toky nasycené solanky, z níž se srážejí solné sintry. Rychlost solného krasovění umožňuje studovat procesy, které jsou ve vápencích buď neměřitelně pomalé, nebo jsou příliš ovlivňovány změnami vnějších podmínek.

Čím mocnější pokryv, tím méně závrtů

Povrch solných pňů bývá překryt tím, co zbylo po rozpouštění soli podzemní i srážkovou vodou. Zbytky (písčitý i jílový materiál a větší úlomky hornin) vytvářejí pokryv, který místy dosahuje mocnosti až 200 metrů. Na povrchu je zpevněn sádrovcem tvořícím krustu. Pokryv chybí pouze na strmých svazích, odkud jsou nerozpustné zbytky odnášeny dešťovou vodou. Za součást pokryvu v širším slova smyslu jsou považovány i sedimenty občasných toků a mořských teras pokrývající solné pně. V jihovýchodním Íránu se nalézají desítky pňů s pokryvem o různé mocnosti a – jak ukázaly naše výzkumy 2) na pěti pních – mocnost pokryvu zásadním způsobem ovlivňuje typ i velikost krasových forem.

Mocný pokryv je téměř nepropustný. Čím je tenčí, tím více je v něm porušených míst, jimiž může voda vstupovat do podložní soli. S přibývajícím počtem takových míst ale zároveň klesá množství vody pronikající v jednotlivých místech, to znamená, že se tvoří jen malé závrty, zato v hojném množství. Naopak čím je pokryv mocnější, tím jsou závrty větší a řidší.

  • Na solných výchozech se vyskytují strmé kaňony a ostré rýhové škrapy. Voda stéká po povrchu a rychle ztrácí schopnost rozpouštění.
  • Při mocnosti pokryvu do 2 m se vytváří pole na sebe navazujících závrtů, které mají průměry od decimetrů po metry. Na jediném čtverečním kilometru jich napočítáme mnoho set.
  • Při střední mocnosti pokryvu (okolo 5 až 30 m) již závrty dosahují průměru až dvou či tří desítek metrů a jejich hustota je přirozeně mnohem nižší než v předchozím případě. Kromě závrtů se zde vyskytují krátká slepá údolí. Odvodnění je výhradně podzemní. Sůl se rozpouští pouze v podzemních chodbách, zatímco povrch se pomalu snižuje erozí poměrně odolného pokryvu.
  • Při vysoké mocnosti pokryvu (přes 30 m) se již krasové jevy téměř nevyskytují. Ojediněle se objevují velké řícené závrty a hluboké propasti (až 50 m) s přívodními koryty. Mocný, v podstatě nepropustný pokryv umožňuje povrchové odvodnění, aniž voda přijde do styku s podložní solí. Všechny jeskynní systémy s délkou přes 300 m – Ghár-e Danešjú (obrázek), Jeskyně Tří naháčů, jeskyně Malham a další – jsou vázány na ponory větších toků, které své vody sbírají z rozsáhlých povodí na mocném pokryvu. Pro jeskyně tedy není rozhodující mocnost pokryvu nad jeskyní, ale ve sběrné oblasti vod vytvářejících jeskyni.

Solné jeskyně – sedimentární pasti

Ve vápencovém krasu je výrazný nepoměr mezi objemem sedimentů přinášených ponornými toky do podzemí a zvětšováním objemu podzemních chodeb v důsledku chemického rozpouštění. Například v Moravském krasu je objem slepých údolí řádově větší než objem jeskynních systémů, které je odvodňují. Je proto zřejmé, že charakter jeskynního systému musí umožnit podzemním tokům odnos sedimentů z jeskynního systému pryč, jinak by se slepé údolí v poměrně krátké době zaneslo.

Naproti tomu je v solném krasu rozpouštění vodou ponorných toků velmi intenzivní. Prostor v jeskyních uvolněný rozpouštěním soli je srovnatelný s objemem sedimentů vnesených do podzemí ponornými toky. Příkladem je jeskyně Tří naháčů (obrázek). Z dvou hlubokých kaňonů je do jeskyně přinášeno obrovské množství často hrubozrnných úlomků z povrchu pně. Největší bloky o průměru až 0,5 m se usazují již v těsné blízkosti ponorů a čím dále do nitra jeskyně, tím jsou usazeniny jemnější (balvany, drobný štěrk, pak už jen písek). V blízkosti ponorů bývají jeskynní prostory velmi rozsáhlé (obrázek), ale neprůlezně nízké. Jde o podzemní obdobu náplavových kuželů.

Tři naháči a meandrující řeka

Hluboko v nitru jeskyně Tří naháčů byly nalezeny velmi široké chodby s plochými stropy, mírně ukloněnými ve směru proudu jeskynního toku. Chodby vznikly procesem, který dosud nebyl z jeskyní popsán a ve vápencovém (či jiném karbonátovém) krasu se vůbec nevyskytuje (viz též text v rámečku). Velká šířka chodeb je způsobena bočním rozpouštěním a vymíláním solných stěn vodou. Vodní tok v jeskyni meandruje, přičemž se na jedné straně zařezává a v solné stěně vytváří velmi hluboký nízký výklenek, na druhé straně chodbu zanáší sedimenty, často až po strop (obrázek). Chodba se tak v půdorysu neustále stěhuje, podobně jako meandrující řeka v nivě. Během geologické minulosti se navíc měnila úroveň dna toku, který jeskyní protékal. Během posledního glaciálu byl Perský záliv bez vody a vodní toky se zařízly do dna. Na konci poslední doby ledové (před 12 000 lety) ale začala mořská hladina stoupat tak rychle, že předčila i rychlost růstu pně, a proto se tok zařízl do stropu chodeb. Jeskynní prostory z tohoto období jsou zcela zaneseny sedimenty. Zhruba před 8000 lety se vzestup mořské hladiny zastavil na dnešní úrovni, a protože Namakdánský peň stoupá rychlostí několika mm za rok, jsou starší jeskynní úrovně vynášeny s masou soli vzhůru.

Oba výrazné meandry v horní části jeskyně (obrázek) vznikly při posledním erozním období. Za tuto dobu se tok v jednom z meandrů zařízl 230 m hluboko do solného masivu, což představuje mezi geologickými procesy značnou rychlost (okolo 3 cm za rok). Z dosavadních výzkumů je zřejmé, že meandrovitý půdorys jeskyně je výsledkem bočního zařezávání podzemního toku, který původně nejspíš tekl ve směru uložení vrstev v soli (od severu na jih), jako je tomu v ostatních jeskyních této oblasti. Skutečná šířka chodby jeskyně Tří naháčů (většinou zanesené sedimenty) tak dosahuje 100 až 300 m. Zřejmě jde o nejširší známou „chodbu“ na Zemi.

Proč z krápníků nepřestává kapat ani po měsících sucha

O výzdobě solných jeskyní čtěte podrobněji v 2. rámečku, všimněme si ale kapajících krápníků.

V nenasycené zóně (nad vodní hladinou) je proudění vody do značné míry ovlivněno kapilárními silami. Ty způsobují, že při poklesu obsahu vody v hornině o řád klesne propustnost prostředí pro vodu o několik řádů. Při nízkém obsahu vody je například jemný písek propustnější než hrubozrnný štěrk, což je v rozporu se „selským rozumem“ (v prostředí nasyceném vodou je to obráceně). Této vlastnosti se využívá k vytváření kapilární bariéry, která brání přítoku srážkové vody do skládky. Na povrch skládky se položí mírně ukloněná vrstva štěrku, pokryje se propustnou textilií a navrch se nasype vrstva jemného písku. Srážková voda se vsakuje do jemného písku, dokud nenarazí na podložní štěrky. Kapilární síly jí zabrání vstoupit do velkých pórů ve štěrcích, a tak odteče pískem do drénů, které jsou instalovány na jeho okraji.

Hydraulická odezva (např. zvýšení skapu z krápníku po deštích) se v důsledku zmíněných jevů šíří v nenasycené zóně rovněž o několik řádů pomaleji (dejme tomu metr za týden) než pod hladinou (třeba i kilometry za den). Kapilární jevy vysvětlují, proč na krápnících skapává voda i během dlouhodobého sucha nebo proč vydatnost pramenů klesá pomalu. V solném krasu v Íránu jsou tyto jevy zvláště nápadné, protože účinné srážky, které doplňují podzemní vodu, zde bývají jednou za několik měsíců, popřípadě let. 3)

Obrázky

Poznámky

1) Peň Kuhe-e Khurgu se nalézá asi 50 km severně od přístavního města Bandar Abbasu. Má výrazně pozitivní reliéf (převýšení 700 m), vrcholové plató leží ve výšce 1200 m n. m. Vystupuje přímo z vápencové antiklinály. Krasové jevy nejsou příliš hojné.

Hormozský peň je na ostrově Hormoze v Hormuzské úžině v Perském zálivu. Zmiňuje se o něm již Marco Polo v slavné knize Milion.

Namakdanský peň leží na ostrově Queshm v Perském zálivu. Krasové projevy jsou tam velmi časté a rozsáhlé.

Peň Mt. Sedom je situován v blízkosti Mrtvého moře v Izraeli. Bylo zde objeveno přes 100 jeskyní o celkové délce 20 km, včetně Malham Cave, nejdelší jeskyně v soli na světě (5685 m).

2) V letech 1997–2000 uskutečnili studenti geologie z Přírodovědecké fakulty UK pět expedic do solného krasu v jižním Íránu. Objevili, zmapovali a fotograficky zdokumentovali 2. a 5. nejdelší jeskyni v soli na světě, tj. jeskyni Tří naháčů (5010 m) a jeskyni Ghár-e Danešjú (1909 m). Dalších zhruba 20 jeskyní prozkoumali. Podrobnější informace o expedicích lze nalézt na internetové adrese: www.natur.cuni.cz/~namak/.
3) Členové expedic z let 1999 a 2000 děkují letecké společnosti KLM – Royal Dutch Airlines za sponzorské poskytnutí letenek do Teheránu. Za pomoc při realizaci expedice na podzim r. 2000 patří poděkování Íránskému geologickému ústavu a Nadaci Českého literárního fondu. Velký dík náleží také Dr. P. Bosákovi za cenné informace nejrůznějšího druhu, Mgr. O. Šebkovi za provedení analýz solanek, Dr. O. Slukovi za zapůjčení měřicí techniky a Dr. P. Vohankovi za pomoc při zařizování víz. Děkujeme také vedení firmy Iranoškoda za ubytování v Teheránu. Některé práce byly podpořeny z výzkumnému záměru GLÚ AV ČR CEZ: Z3-013-912.

VODA A SŮL


Srážkové vody dopadající na solný peň stékají po jeho povrchu do podzemí, kde intenzivně rozpouštějí sůl. Jak zjistil A. Frumkin v izraelském solném krasu, proudí-li voda ve formě tenkého filmu po soli, nasytí se již za několik minut, v ostatních případech (např. v potoce či jezeře) za několik hodin až dní. Při těchto podmínkách obsahuje voda okolo 320 až 360 g/l rozpuštěných minerálních látek. Chemické analýzy vzorků ze solného pně Mt. Sedom v Izraeli a ze tří pňů v Íránu ukazují, že složení vody odpovídá především rozpouštění halitu, zatímco rozpuštěný sádrovec přispívá pouze několika málo procenty a ostatní minerály ještě mnohem méně.

Během suchých období nejsou mezi různými typy vod (jako jsou skapové vody, prameny, podzemní a povrchové toky, jezera) téměř žádné rozdíly v chemickém složení. Určité rozdíly lze ovšem sledovat mezi vzorky z jednotlivých solných pňů. Je to způsobeno rozdílnou koncentrací stopových prvků v soli i vložkách hornin. Hormozský peň s nejvyšší koncentrací exotických bloků vulkanických a sedimentárních hornin vykazuje mnohem vyšší koncentrace některých stopových prvků, než byly zjištěny na ostatních pních. Kuriózní jsou např. koncentrace rubidia (až 17 mg/l), cesia (až 9 mg/l) a stroncia (až 41 mg/l). Jak je zřejmé z terénní evidence, ze solanek se sráží jako první chlorid sodný, teprve při dalším silném koncentrování roztoku se sráží také sádrovec. Pořadí srážení minerálů je opačné než u mořské vody a je pro solný kras typické.

Zajímavý je vztah mezi vzdušnou vlhkostí a nasyceností solného roztoku. Halit se sráží pouze při relativní vzdušné vlhkosti pod 75 %. Jestliže je nad 75 %, vstupuje vzdušná vlhkost naopak do solanky a ředí ji, popřípadě zvlhčuje solné stěny. To je v souladu s měřeními vlhkosti na povrchu i v jeskyních na Hormozu a Namakdanském pni. Zatímco na povrchu se uplatňují výrazné cykly s vlhkostí přes den 50 až 70 % a v noci často dosahující 100 %, v hlubších částech jeskyní je vlhkost stálá a nepřesahuje 75 %.

Výzdoba solných jeskyní


Na rozdíl od vápencového krasu, kde srážení uhličitanu vápenatého kontroluje zejména změna parciálního tlaku oxidu uhličitého, vzniká v solném krasu výzdoba v důsledku prostého výparu vody a přesycení zbytkového roztoku. Nejintenzivněji se proto sůl sráží na povrchu nebo v jeskynních systémech se značným prouděním vzduchu. Pestrost forem solné výzdoby (sintrů) je překvapivě vysoká a nijak si nezadá s množstvím tvarů známým z vápencového krasu. Podobně jako ve vápencovém krasu tu z krápníků neustále kape. Běžně se v solném krasu vyskytují stalaktity a stalagnáty, často bizarních tvarů. Stalagmity jsou vzácnější. Brčka s centrálním kanálkem, jímž proudí solanka, jsou obdobou forem známých z vápencového krasu. Solná brčka vznikají na místech s velmi nízkou intenzitou skapu.

Formou specifickou pro sůl jsou krystalované krápníky, tvořené srůstajícími (různoměrně vyvinutými) krychlemi soli. Jejich vznik je vázán na místa intenzivního skapu. Po jejich povrchu stéká solanka, která umožňuje tvorbu až třícentimetrových krystalů.

Největší objem zaujímají solné sintry tvořené jemnozrnnou krystalickou hmotou soli (zrna dosahují setin až desetin milimetru). Vznikají rychlým výparem kapilárně vzlínající vody. Vrstvičky jemnozrnné soli přirůstají koncentricky a vytvářejí krápníky dlouhé i přes 4 m nebo třeba rozsáhlé polevové sintry na stěnách jeskyní či v korytech toků. V důsledku proudění vzduchu v jeskyních bývají stalaktity často ukloněny ve směru spádu chodeb. V zimním období, kdy v těchto končinách spadne většina srážek, se vzduch v jeskyni ohřívá a proudí od spodních vchodů k horním. Dochází proto přednostně k osychání a tím i přesycování roztoku a srážení soli na návětrné straně krápníků.

Růst krápníků je řádově rychlejší než ve vápencovém krasu. Porovnávání týchž sintrů na starých a nových fotografiích ukázalo, že některé typy stalaktitů narůstají za rok o 20-30 cm. Na hladinách jezer se z přesycené solanky srážejí tenké destičky soli. Poté, co jejich hmotnost překoná povrchové napětí vody, klesají pod hladinu a usazují se na dně vodních nádrží, stejně jako je tomu ve vápencovém krasu. Pod hladinou se chlorid sodný sráží nejčastěji ve formě dokonalých čirých krychlových krystalů o velikosti až několika centimetrů.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Mineralogie

O autorech

Jiří Bruthans

Michal Filippi

Jakub Šmíd

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné