Geofyzikální ústav AV ČR

Geofyzika se zabývá měřením a studiem fyzikálních polí v zemském tělese a jeho okolí. Přestože přímá geofyzikální pozorování lze provádět především na zemském povrchu a nad ním (pod povrchem pouze v poměrně malých hloubkách, v dolech či vrtech), přináší geofyzika cenné informace o hluboké stavbě zemského tělesa a o procesech, které uvnitř Země probíhají či probíhaly v geologické minulosti. Geofyzika využívá především rozmanitostí tíhového, elektrického, magnetického a tepelného pole, seizmických vln a přirozené radioaktivity. Začala se vyvíjet jako doplněk geologických a geodetických pozorování v polovině 19. století, jako samostatný obor ve století 20.

Počátky Geofyzikálního ústavu sahají do r. 1920, kdy byl v Praze zřízen Státní ústav geofysikální. V Geofyzikálním ústavu AV ČR se nyní řeší několik společensky významných témat, např. výzkum procesu zemětřesení, analýza magnetického pole třesení na Chebsku v západních Čechách v říjnu r. 2008. Seizmické stanice zaregistrovaly přes 20 000 otřesů, z nichž pět dosáhlo velikosti 4 na Richterově stupnici. Pocítilo a předpovědi geomagnetické aktivity, vymezení období klimatických změn a jejich příčin v minulosti, studium šíření seizmických vln ve složitých geologických prostředích pro aplikace v naftové prospekci, vztah zemětřesné činnosti a explozivní vulkanické aktivity a studium magnetických vlastností půd ve vztahu k průmyslovému znečištění. Dále se ústav podílí na řešení významných otázek základního výzkumu, jako jsou formování Českého masivu při variské orogenezi, geologická stavba a tektonický vývoj evropské litosféry či generace magnetického pole v jádře Země. Kromě území České republiky pracují odborníci Geofyzikálního ústavu v zajímavých zahraničních terénech (v Řecku, Portugalsku, na Arabském poloostrově, v Namibii, v Oregonu a Wyomingu v USA) a spolupracují s vědeckými týmy na univerzitách i ve vědeckých pracovištích po celém světě.

Nezbytným předpokladem geofyzikálního výzkumu je sběr geofyzikálních dat na stálých observatořích, průběžné zpracování naměřených dat a jejich předávání do mezinárodních datových center. Ústav provozuje 24 stálých observatoří, zajišťujících seizmická, gravimetrická a geomagnetická měření, a 60 mobilních zařízení pro terénní sběr dat. Stálé observatoře jsou zapojeny do celosvětových sítí a mezinárodní výměny dat. Seizmická observatoř Kašperské Hory na Šumavě (obr. vlevo dole) patří díky svému unikátnímu umístění a kvalitnímu vybavení k nejcitlivějším stanicím na světě.

Zemětřesení v České republice nejsou častá ani ničivá. Nicméně obyvatelé západních a severovýchodních Čech nebo severní Moravy a Slezska mohou občas zažít i středně silné otřesy půdy. Posledním výrazným projevem seizmické aktivity na našem území byl roj zemětřesení na Chebsku v západních Čechách v říjnu r. 2008. Seizmické stanice zaregistrovaly přes 20 000 otřesů, z nichž pět dosáhlo velikosti 4 na Richterově stupnici. Pocítilo je mnoho lidí v západních Čechách a sousedním Sasku. Denní záznam (viz obr.) pochází ze stanice Nový Kostel, ležící přímo nad ohnisky zemětřesení z 10. října 2008.

Denní geomagnetická měření byla v pražském Klementinu zahájena r. 1839. Kvůli industriálnímu rušení byla observatoř přemístěna do Průhonic a později do Budkova na Prachaticku. Souhrnný graf ukazuje změny magnetické deklinace (ve stupních) na našem území od počátku měření do současnosti.

Časové variace geomagnetického pole indukují ve vodivé Zemi elektrické proudy, jejichž pozorování na zemském povrchu pomocí magnetotelurické či magnetovariační metody umožňuje studovat rozložení elektrické vodivosti. Ta je citlivým ukazatelem přítomnosti fluid či elektronových vodivých frakcí v zónách tektonických poruch zemské kůry. Ve střední Evropě jsou typickým příkladem indukční anomálie na přechodu od Českého masivu a polské paleozoické platformy do západokarpatské soustavy, vyznačené na mapě sumární vodivosti zemské kůry červenými odstíny.

Vulkány na konvergentních rozhraních litosférických desek představují vážnou hrozbu především v oblastech s hustým osídlením (ve Střední a Jižní Americe, v Indonésii). Riziko vulkánů tohoto typu je dáno specifickými fyzikálními vlastnostmi magmatu (především vysokou viskozitou), pro které jsou určující prostředí a podmínky, za nichž vzniká. Studie rozložení silných zemětřesení pod těmito vulkány naznačují, že magma, které sopky konvergentních okrajů zásobuje, vzniká v hloubkách 100–150 km pod zemským povrchem a na povrch se dostává podle několika scénářů. Nejdramatičtější je ten, při kterém magma dosáhne zemského povrchu během několika měsíců, aniž cestou vytváří magmatické krby. Na snímku je vulkán Villarica ve středním Chile, který je naopak zásobován magmatem průběžně z nehluboko uloženého magmatického krbu.

Záznam změn klimatu a souvisejících procesů (například výkyvů hladiny oceánu či cirkulace oceánských vod) v geologické minulosti Země poskytuje srovnávací materiál pro mezioborové studium a modelování globálních změn v současnosti i blízké budoucnosti. Předmětem výzkumu prováděného v ústavu je mimo jiné období „superskleníkového“ klimatu v období křídy, při hranici cenoman-turon (stáří 93,5 milionu let). Ilustrační snímek ukazuje vrstvy mělkomořských sedimentů (jemnozrnných vápenců a tmavých jílovců) při této hranici na lokalitě Pueblo (v Coloradu, USA). Střídání těchto vrstev, zachycujících odlišné podmínky produkce planktonu, rychlosti sedimentace a okysličení prostředí mořského dna, vysvětloval již r. 1895 G. K. Gilbert jako možný důsledek klimatických změn v důsledku změn orbitálních parametrů Země. Také dnes je tento interval cílem geologických, paleoklimatologických, geochemických i paleooceánografických studií a numerického modelování změn mořské hladiny či cirkulace vodních mas.

Informace o změnách klimatu za poslední desítky až desetitisíce let lze získat i ze současných profilů teplota-hloubka, měřených ve vrtech hlubokých několik set metrů až několik kilometrů. Dlouhodobé změny povrchové teploty se totiž šíří do hloubky s časovým zpožděním a mění tvar teplotních profilů. Jak je patrné z grafu, tento proces probíhá i v současnosti. Teplotní profily získané opakovaným měřením ve vrtu hlubokém 150 m, který máme v areálu ústavu, svědčí nezávisle na meteorologických pozorováních o výrazném oteplování povrchu v posledních desetiletích.

Pracovníci ústavu se podílejí na výuce studentů. Pravidelně přednášejí na domácích univerzitách (MFF UK Praha, PřF UK Praha, PřF MU Brno) i v zahraničí (ve finských Helsinkách či v brazilském Salvadoru) a vedou diplomové a doktorské práce v ČR i zahraničí.

Od r. 1956 vydává ústav mezinárodní časopis Studia Geophysica et Geodaetica, zaměřený na geofyziku, geodézii a meteorologii. V současné době je časopis distribuován vydavatelstvím Springer a jeho impaktní faktor za rok 2008 je 0,770.

Pracovníci ústavu příležitostně komentují ve sdělovacích prostředcích velká zemětřesení i další výjimečné přírodní děje a připravují popularizační přednášky či články zaměřené zejména na mládež. Poučení i odpočinek nabízí geopark založený r. 2003 v areálu ústavu. Pro jeho návštěvníky byla r. 2008 vydána knížka Geologické procesy zapsané v horninách s přílohou pro hravé Kámen mudrců.

Od r. 2002 pořádá ústav výstavy výtvarného umění Setkávání, na nichž představuje práce výtvarníků blízkých vědeckému bádání promýšlením konceptu své práce, originalitou používaných technik a postupů, a především snahou vyjádřit svůj výtvarný názor bez ohledu na trendy převažující v současnosti a okamžitý finanční efekt.