Aktuální číslo:

2018/2

Téma měsíce:

Bionika

Gravitace poodhaluje záhady podzemí

aneb Co se změnilo a nezměnilo od dob Isaaca Newtona
 |  22. 7. 2010
 |  Vesmír 89, 420, 2010/7

Přesné měření zemské tíže (gravimetrie) je jednou ze základních metod užité geofyziky.1) Nad těžkými horninami (např. bazalt s hustotou 3100 kg.m–3) naměříme vyšší hodnoty tíže než nad horninami lehčími (např. žula s hustotu 2670 kg.m–3). Této skutečnosti využíváme při geologickém mapování a při určování velikosti, tvaru a hloubky skrytých horninových těles. Zápornou tíhovou anomálii (lokálně snížené hodnoty tíže vůči okolí) zjistíme samozřejmě i tam, kde hmota v horninovém prostředí chybí, tj. nad podzemními dutinami. Dutiny mohou být přirozené (např. krasové jeskyně) nebo vytvořené lidskou činností (staré šachty, štoly, těžební komory, kolektory, kryty, bunkry, tunely, studny, sklepy), z archeologických objektů bývají předmětem gravimetrického průzkumu staré hroby a krypty.

Na Newtonových zákonech zformulovaných v 17. století (Isaac Newton, 1643–1727) se nic nemění a do dnešní doby jsou teoretickým základem aplikované gravimetrie. Co se však změnilo podstatně, je přesnost, s jakou dovedeme tíži určovat. Přibližná hodnota tíhového zrychlení g na zemském povrchu je 9,8 m.s–2. V 17. století se k měření tíže používala kyvadla (doba kyvu kyvadla je závislá na tíhovém zrychlení) a bylo již také známo, že hodnota tíže je na povrchu Země v různých místech různá. Kyvadlové hodiny sestrojené Christiaanem Huygensem r. 1673 (obr. 3) byly schopny zaznamenat změny tíže v řádu zhruba 10–2 m.s–2. Současné terénní gravimetry používané v geofyzikálním průzkumu měří zrychlení s citlivostí 10–8 m.s–2, to znamená, že tyto přístroje zaregistrují změnu tíže v hodnotě jedné miliardtiny normálního gravitačního zrychlení (10–9g). Při takto vysoké citlivosti ovlivňuje měřenou hodnotu tíže celá řada faktorů, o které se nezajímáme a jejichž vliv musíme z měření vyloučit. Jsou to např. časové změny tíže způsobené změnou polohy Slunce a Měsíce během měření, různá zeměpisná šířka měřených bodů (mění se odstředivé zrychlení způsobené rotací Země kolem své osy), různá nadmořská výška bodů měření (mění se vzdálenost k těžkým hmotám uvnitř Země) i členitost okolního terénu. Při gravimetrickém měření proto spočítáme, jaká by v daném místě a v daném čase měla být hodnota tíhového zrychlení, kdyby byla Země hustotně homogenní. Tuto teoretickou hodnotu odečteme od tíže změřené a dostaneme tíhovou anomálii, která vyjadřuje účinek místních hustotních nehomogenit. Je-li v místě měření relativní přebytek hmot vůči okolí (např. těleso diabasů uprostřed žul), naměříme zde kladnou tíhovou anomálii. Nad objekty s relativním deficitem hmot vůči okolí (např. jeskyně ve vápencích) zjistíme zápornou tíhovou anomálii.

Literatura

Blecha V., Vilhelm J., Rambousek P., Dohnal J., Jáně Z.: Geofyzikální průzkum pozůstatků staré důlní těžby v Lukavici u Chrudimi. Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava, řada stavební, VII, 31–38, 2007

Blecha V., Rambousek P.: Lokalizace historické důlní šachty pomocí mikrogravimetrie. Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava, řada stavební, VIII, 13–19, 2008

Poznámky

1) Užitá geofyzika se studuje na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy v Praze jako specializace navazujícíhomagisterského oboru Aplikovaná geologie. Vhodnou přípravou pro studium Aplikované geologie jsou bakalářské studijní obory Geologie, Geotechnologie nebo Hospodaření s přírodními zdroji, které se studují na téže fakultě.

Na území České republiky probíhala v minulosti intenzivní těžba rud a uhlí. Existuje tak celá řada lokalit, kde se propadají stropy důlních děl, budovy nad nimi praskají a čím dál silněji zatěžované silnice se bortí. Znalost přesné polohy starých důlních děl je důležitá i při nové výstavbě, aby se území zasažené důlní těžbou mohlo v předstihu sanovat. Jednou z lokalit, v níž jsme za účasti studentů a ve spolupráci s Českou geologickou službou prováděli gravimetrický průzkum, je Lukavice u Chrudimi, kde se od poloviny 16. do konce 19. století těžil pyrit. V počátcích lukavického dolování se kutání většinou odehrávalo zhruba 10 m pod povrchem, maximální hloubky přes 200 m bylo dosaženo v roce 1831. Jedním z úkolů, který jsme v Lukavici řešili, bylo určení přesné polohy bývalé vodní šachty Vilemína. Její maximální hloubka byla 66 m a sloužila k odvodňování lukavických dolů. Šachta byla v minulosti několik metrů pod povrchem zaklenutá a zasypaná. V současnosti je pravděpodobně zaplavená vodou a částečně zavalená. Přesto jsme předpokládali, že šachta se při gravimetrickém měření projeví relativně zápornou tíhovou anomálií, neboť jako celek bude mít nižší hustotu než okolní horniny, které tvoří alterované porfyroidy. V místech, kde se měla šachta podle historických map přibližně vyskytovat, jsme vytyčili síť gravimetrických bodů, přesným digitálním gravimetrem změřili tíži a gravimetrické měření zpracovali do formy tzv. reziduálních Bouguerových anomálií, které zvýrazňují tíhové účinky lokálních objektů (obr. 1). Polohu šachty Vilemína v obr. 1 jasně indikuje záporná tíhová anomálie. Obdélníkový tvar anomálie je způsoben tím, že vedle šachty bylo zapuštěné vodní kolo. Situace gravimetrických profilů a zjištěná poloha vodní šachty Vilemína jsou zakresleny na leteckém snímku centra Lukavice (obr. 2).

Ke stažení

O autorovi

Vratislav Blecha

RNDr. Vratislav Blecha, CSc., (*1949) vystudoval užitou geofyziku na Přírodovědecké fakultě UK v Praze. Na této fakultě pracuje jako vedoucí oddělení užité geofyziky v Ústavu hydrogeologie, inženýrské geologie a užité geofyziky a přednáší zde gravimetrický a magnetometrický průzkum.

Doporučujeme

Návrat Široka

Návrat Široka

Pavel Pipek  |  9. 2. 2018
Zpráva, která na mě právě vyskočila na Twitteru, by asi většinu Evropanů nechala chladnou, ale mé srdce buší tak, že mám chuť okamžitě vyskočit z...
Rytíř našich vod

Rytíř našich vod

Marek Janáč  |  5. 2. 2018
Na stěně ve své kanceláři má vystavené krunýře velkých raků. Za jeho pracovní židlí v akváriu rak. V knihovně knihy o racích a v laboratoři ve...
O kvantových počítačích a šifře RSA

O kvantových počítačích a šifře RSA uzamčeno

Jiří Poš  |  5. 2. 2018
značným příslibem pro výpočetní systémy budoucnosti je rozvíjející se obor kvantových počítačů. Představují naději, že eliminují některá vážná...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

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

 

Objednat předplatné