Mikrosvět a makrosvět vřídlovce

Zbytky karbonátových jezírek plněných vodou z horkých pramenů jsou už dnes v naší republice ojedinělé, nicméně v podobném prostředí vznikaly karlovarské vřídlovce už před 230 tisíci let (tak alespoň byly datovány ty nejstarší). To je také jeden z důvodů, proč i malá jezírka tohoto typu mají pro vědce tak vysokou hodnotu. Až do 16. století se na území Karlových Varů vyskytovaly pouze přírodní vývěry, hojné v korytě Teplé. Před rokem 1571 bylo poprvé uměle jímáno Vřídlo na pravém břehu Teplé, a to mělkými výtluky do vrstvy pevného vřídlovce. Od r. 1982 je jímáno čtyřmi hlubšími vrty a dosud představuje nejvydatnější zdroj termální vody na území Karlových Varů.

Odpadní voda z Vřídla je v prostoru Vřídelní kolonády částečně vypouštěna i do koryta Teplé, a to tak, aby byly využity její parametry k těsnění divokých vývěrů termální vody a plynného oxidu uhličitého. Od r. 1901 jsou vývěry v blízkosti Vřídla kryty betonovou deskou, která ale netěsní úplně dokonale. A právě na tuto desku jsou vypouštěny odpadní, silně mineralizované a dosud teplé vody, které se zde mísí s bodově i rozptýleně pronikající horkou (73 až 60 °C) minerální vodou, obsahující zhruba 125 mg/kg vápníku. Postupně se rozlévají a chladnou, přičemž se z nich srážejí nerozpustné karbonáty a desku utěsňují. Novotvořený karbonátový povlak se při svém ztlušťování (krystalizaci, sedimentaci) často mění až na desku silnou několik decimetrů. Na povrchu má deska řadu koryt, jezírek a kaskád s různě teplou, již značně odplyněnou vodou. Jde tedy o obdobu prostředí, v němž se vřídlovec kdysi začal usazovat. Geologům se tu nabízí „přírodní laboratoř“, v níž lze studovat různá prostředí s různými typy vřídlovcového karbonátu, a zejména procesy spojené s jeho vznikem i zánikem.

Termální oázy

V prostoru karbonátového povlaku na těsnicí desce bylo možno vyčlenit několik typů prostředí, které závisejí na působení více parametrů dohromady, např. na teplotě vody a okolního vzduchu, na rychlosti a režimu výtoku termální vody, na hloubce jezírek, na reliéfu kaskád a koryt, na zastoupení mikroorganizmů – rozsivek, sinic, bakterií. V nejbližším okolí místa, kde se voda o teplotě 53 °C dostává na betonovou desku, vznikají kompaktní stavby charakteristické nízkou pórovitostí, přítomností přímo sráženého oxidu křemičitého a karbonátů s vyšším obsahem železa, manganu a hořčíku. Mají typickou kaskádovitou stavbu a žlábky vyhloubené rychle proudící horkou vodou. Jsou pestrobarevné a na omak hladké. Pro vysokou teplotu zde bakterie vůbec nejsou nebo je jich málo.

Se vzdáleností od místa, kde se termální voda rozlévá na povrch desky, klesá jak její teplota, tak její rychlost a celkový objem sráženého karbonátu. Na tvorbě vřídlovců se začínají významně podílet mikroorganizmy. Vznikají středně husté plátovité stavby s biofilmy, rohožemi, roztoky a gely obsahujícími mikrobiální sekrece polysacharidů. Často se setkáváme s velkými zadržovanými bublinami oxidu uhličitého (z přidružených vývěrů) i molekulového kyslíku (z autotrofních sinic), popř. s pěnou. Nejrůznější bublinové tvary mohou dočasně nebo natrvalo zkamenět, a to v důsledku srůstání drobných shluků krystalků aragonitu v těsném okolí rozhraní kapalné a plynné fáze. Tento svět zkamenělých bublin je rozmanitý a poskytuje nejen řadu překvapivých odborných zjištění, ale i radost z nevídané krásy a nezvyklé rozmanitosti vytvořené přírodou.

Tyto rozsáhlé, částečně vyvýšené plochy místy přecházejí v další typ prostředí – v hlubší tůňky. V nich lze vidět karbonátové útvary připomínající vlasaté nebo rourkovité korálové trsy. Růst těchto útvarů je určován složením vody, mikrobiálními složkami a jejich dynamikou. U rourkovitých trsů k tomu přistupuje ještě výstup a prstencové obalování šplhavých bublin CO₂. Tůňky jsou hluboké 30 až 50 cm a teplota vody zde většinou klesá na 50 až 45 °C, ačkoliv může být někdy i o hodně nižší – záleží na dalších podmínkách v tomto prostředí. Činnost mikroorganizmů podílejících se na tvorbě karbonátů je opravdu nápadná, proto se podrobně dokumentuje a také se stává součástí experimentů. Přesto, a to je vlastně nejdůležitější zjištění, se více než 90 % mikrobiálně zprostředkovaného srážení karbonátu odehrává v mírně koncentrovaných roztocích chladnoucí termální vody a vněbuněčných polysacharidů – tedy nikoliv přímo okolo těl mikroorganizmů, jak se dosud převážně usuzovalo.

Odlišné usazeniny nacházíme v okrajových částech desky. Na strměji ukloněných plochách, po kterých stéká již vychladlá a odplyněná voda, se sráží jak aragonit, tak kalcit a vznikají zde kaskádovitá mělká jezírka nebo žebrované stavby s uzlíkovitými hrbolky. Pórovitost vysráženého karbonátu je zde menší než v biogenní zóně. Na méně ukloněných plochách se v meandrujících korytech ukládají také aragonitové a kalcitové úlomky přinesené proudem.

V zastíněných a temných prostorách v okolí umělého výtoku termální vody jsou jezírka stojaté vody o teplotě 35–55 °C. Na jejich klidné hladině se v důsledku úniku zbytkového oxidu uhličitého z vody do atmosféry srážejí kalcitové vory neboli rafty. Raft můžeme přirovnat k škraloupu, který je odspodu pomalu inkrustován. Jakmile jeho váha překročí určitou mez nebo je něčím rozčeřena hladina, škraloup se rozláme a klesne na dno. Spadlé, popřípadě proudem přinesené rafty tvoří na dně jezírek a koryt kalcitové destičkovité písky.

Vřídlovec na mnoho způsobů

V blízkosti místa výtoku termální vody na povrch krycí desky nacházíme kompaktní, pevně stavěné aragonitové útvary s klkovitými či knoflíčkovitými tvary a korozními žlábky. Bývají bílé i barevné. Směrem od výtoku se dostáváme do stále chladnějšího prostředí, kde se nejprve objevují hlubší jezírka ještě bez pružných biofilmů či několikavrstevných rohoží, ovšem už s početným osídlením rozsivkami a sinicemi. Tato jezírka jsou zdobena křehčími formami vřídlovce připomínajícího květáky, houby nebo vlasaté a rourkaté korálové trsy. Tento typ vřídlovce je na počátku svého vzniku opravdu mimořádně pórovitý (až 80–90 %), jeho povrch je drsný až rozpadavý a póry mezi stébly krystalů se jen pomalu zaplňují dalšími generacemi tmelu, popřípadě se zpevňují opakovaným překrystalováním tohoto materiálu. Tento typ vřídlovce bývá nezřídka protkán systémem rourek po unikajících plynech. Mohou za to částečně karbonátem obrůstané, šplhající bubliny oxidu uhličitého. Můžeme pozorovat jak „čerstvé“ bubliny, tak jednotlivé fáze jejich prstencovitého či úplného obrůstání. Zhruba v této vzdálenosti od výtoku nejteplejších vod můžeme pozorovat též vznik útvarů připomínajících hrachovec, nejznámější a nejvzácnější karlovarský vřídlovec, jehož geneze nebyla dosud uspokojivě vysvětlena. Nános se skládá z množství nahromaděných kuliček slupkovitě uspořádaného karbonátu. Na základě izotopových složení kyslíku v karbonátových kuličkách a umístění hrachovců mezi ostatními karbonátovými horninami soudíme, že většina hrachovců vznikala v chladnějších vodách. Stavba i způsob vzniku těchto kuliček ukazují na řadu analogií jak s „jeskynními perlami“, tak s ooidy a pizoidy ve velmi slaných, teplých a mělkých mořích (v obou případech jde o úlomky obalené karbonátovým povlakem). U hrachovcového vřídlovce navíc zřejmě působí prostředí plochých prostor mezi vrstvami travertinu.

Dále od výtoku na několikametrových rozlehlých plošinkách nalézáme mělká jezírka s pevnými, souvislými biofilmy, které vytvářejí i vícevrstevné laminované rohože. Pod těmito biofilmy vznikají ploché bubliny, které mají čočkovitý až fazolovitý tvar a mohou dosahovat velikosti několika centimetrů, ba i decimetrů. Jejich praskáním, spojeným s částečným opancéřováním karbonáty a činností proudící vody, vzniká potom nejrůznější textura. Zachovávají se však i celé bubliny, které přirůstají jako škraloupy nebo série plochých kleneb a měchýřků k stěnám jezírek. Mezi biofilmy jsou zabudovány i podstatně pórovitější mezivrstvy, skládající se ze stébel radiálních stromečkovitých útvarů aragonitu a kalcitu (v létě jsou tvořeny hlavně z aragonitu, v zimě z kalcitu).

Jinde zas najdeme písky se směsí karbonátových a normálních říčních (křemenných a živcových) zrn, s čočkami doškovitě naskládaných úlomků aragonitových či kalcitových škraloupů raftů a organického materiálu povlečeného karbonátem („zkamenělých“ větviček).

Dalšími vřídlovci jsou například méně pórovité aragonito-kalcitové travertiny s kaskádami nebo destičkové kalcitové písky složené téměř výhradně z raftů, které hojně nacházíme v temných prostorách okolo umělého výtoku. Vzhledem k tomu, že prostředí jednotlivých jezírek a proudů jsou rozmanitá, vznikají v nich karbonáty, které si navzájem nejsou podobné. Pro „přírodní laboratoř“ na těsnicí desce Vřídla v Karlových Varech je charakteristická tvorba tvarů, jež se na žádných jiných místech s horkými prameny nevyskytují.

Nabízí se zde prostor pro dlouhodobé studium procesů, při nichž karlovarský vřídlovec vzniká a zároveň se rozpouští, mechanicky se rozpadá a je odnášen proudem. Dlouhodobé pozorování procesů vznikajícího vřídlovce umožňuje zobecňovat fyzikálně-chemicko-biologické procesy a řešit otázky geneze vřídlovcových hornin, které jsou pozůstatkem dávné termální činnosti.