Carlsbad, ropná pole v Texasu a jeskyně v Novém Mexiku

Jedny z nejkrásnějších a největších jeskyní světa leží v horách Guadelupe v jihovýchodním Novém Mexiku poblíž města s povědomým jménem Carlsbad (pojmenováno bylo skutečně podle našich Karlových Var). V celé oblasti je známo kolem 300 jeskyní o celkové délce v prvních stovkách kilometrů. Kromě pověstných Carlsbadských jeskyní jde zejména o nádherně vyzdobenou jeskyni Lechuguilla. O původu těchto jeskyní se diskutuje již více než 50 let. Vznikaly zřejmě složitě, v několika fázích. Záhy po usazení vápence, ještě v permu, se zde korozí vytvořily úzké pukliny, a ty se v druhohorách opět ocitly pod úrovní spodních vod. Voda pak v okolí puklin vytvořila houbovitou síť kanálků (vznikala dokonce ve dvou fázích). Až sem jde o historii vcelku běžnou, jakou můžeme do určité míry pozorovat i v Českém krasu.

Podzemní oběh horkých uhlovodíků

Pro rozvoj zdejších jeskyní však byly rozhodující mladší třetihory. Došlo k výzdvihu pohoří Guadelupe, v hloubce se tvořily žulové plutony (útvary nazvané podle řeckého boha podsvětí), ale na povrch zasahovaly vulkanity. Geotermální gradient prudce vzrostl na nějakých 40–50 °C na kilometr hloubky. Nepravidelné prohřátí částí kontinentu vždycky způsobuje rychlejší oběh podzemních fluid, která se mohou stěhovat na vzdálenosti až okolo 100 km. Při své cestě využívají pukliny zvýšenou porozitu, a pokud je to možné, také jeskyně. V Novém Mexiku byla situace o to složitější, že vápencový masiv sousedí s pánví Delaware v Texasu, kde – jak víme – leží jedny z velkých naftových polí. Součástí podzemního oběhu se tak kromě vody staly i horké uhlovodíky.

Ty na své podzemní cestě narážely nejen na vápenec, ale také na anhydrit, což je bezvodý síran vápenatý. Reakcí uhlovodíků se sádrovcem vznikal sulfan H₂S (postaru sirovodík), který byl v bakteriálních povlacích korodovaných puklin oxidován na kyselinu sírovou. Podobné bakteriální povlaky existují v hlubších, zatopených částech jeskyně dodnes. V slizovité podložce bývají uchyceny bakteriální kolonie žijící z oxidačních a redukčních reakcí (o mikrobiálních biofilmech viz též Vesmír 80, 203, 2001/4). Jako pozůstatky mikrobiálních cyklů můžeme v místních jeskyních nalézt „kry“ jasně žluté elementární síry a řadu dalších minerálů vznikajících mikrobiálním srážením, například duté trubičky tvořené oxidem manganu – minerálem birnessitem. Kyselina sírová pochopitelně rozpouštěla místní vápenec a zanechávala za sebou masy sádrovce. Jedny z největších podzemních prostor místních systémů tedy byly vlastně vyleptány.

Obří reakční kolona

Ani to ještě není konec příběhu. Při pomalé korozi proniká zředěná kyselina především podél mikroskopických trhlin. Vápenec se pak rozpadá do ostrohranných kusů o průměru několika centimetrů. Často se to děje na místech, kde k povrchu vystupují teplé vody, nebo v okolí širších puklin. Jak se vápencový masiv rozvolňuje, úlomky hornin trhlinou klesají a za čas se opět stmelí. V hloubce několika set metrů tímto způsobem vznikají tělesa ve tvaru sloupů (nejčastěji oválného průřezu, o průměru alespoň několik desítek metrů či více a bývají v hloubce až několika set metrů). Geologové takové hornině říkají řícená brekcie. Představte si mohutnou trubici vyplněnou úlomky vápence a teplými kyselými roztoky, které pronikají i do okolních krystalických či sedimentárních hornin, a potom se v důsledku konvekčního proudění opět vracejí do karbonátového prostředí.

Okolí bývá nabohaceno těžkými kovy, často olovem, zinkem a uranem. „Sloup“ (trubice obsahující řícené brekcie) je vlastně obří reakční kolonou – jednak kvůli zásadité reakci vlastního vápence, jednak v důsledku poklesu teplot při cestě k chladnějšímu povrchu a nejspíš i následkem činnosti mikroorganizmů. Řícené brekcie mají obrovský povrch a srážejí jenom některé prvky. Jsou na ně vázána velká ložiska olověných a zinkových rud i některá drobnější ložiska uranu.

Pokud se na celý cyklus podíváme z regionálního hlediska, je patrné, že průtok obrovského množství ohřátých tekutin (zejména vody a ropných uhlovodíků) „děravým“ vápencovým masivem způsobuje vznik nejen jedné z nejkrásnějších jeskyní světa, ale také rudních ložisek, a dokonce některých naftových polí vázaných na porézní karbonáty. ¹⁾