Aktuální číslo:

2020/1

Téma měsíce:

Závislost

Aralské jezero

3. Jak se proměňovalo v posledních tisíciletích
 |  7. 4. 2011
 |  Vesmír 90, 220, 2011/4
 |  Seriál: Aralské jezero, 3. díl (Předchozí)

Aralské jezero bylo před padesáti lety čtvrtým největším jezerem světa. Jednolitá vodní plocha vyplňující území o rozloze téměř celé České republiky se postupným snižováním hladiny rozdělila na několik menších vodních ploch. Je možné v hlubší minulosti jezera najít stopy objasňující příčiny současné ekologické katastrofy?

Za všechno člověk nemůže

Vysychání Aralského jezera představuje pro mnohé typický příklad člověkem způsobené ekologické katastrofy. Bylo proto docela překvapivé, když nedávno obnažené břehy mizejícího jezera začaly vydávat svědectví o bývalém středověkém osídlení. Jak je možné, že byla hladina před několika staletími tak nízko jako dnes? Změny v Aralském jezeře za posledních 50 let jsou dobře prostudované a známé i široké veřejnosti (viz předchozí díly, Vesmír 90, 82, 2011/2 a 90, 148, 2011/3). Jak se ale měnila tvář Aralského jezera v průběhu posledních tisíciletí? Díky intenzivní vědecké práci už víme, že Aralské jezero v minulosti vysychalo dokonce opakovaně. Logicky se tak nabízí otázka, nakolik jsou změny v jezeře opravdu zaviněné člověkem. Klimatické a antropogenní vlivy se v tomto případě odlišují podobně nesnadno jako příčiny současného globálního oteplování.

Vodní bilancování

Aralské jezero je bezodtoké tektonické jezero ležící v oblasti se semiaridním až aridním klimatem, trpí tedy nízkými srážkami a vysokým výparem. Už z toho je zřejmé, že jeho hladina nebude v čase stálá. Pro bezodtoká jezera je charakteristické kolísání hladiny jako výsledek jemného vyvážení výparu na straně jedné a srážek a přítoků na straně druhé. Jezera v závislosti na klimatických podmínkách zcela přirozeně vznikají a zanikají: nejběžnějším příkladem mohou být četná ledovcová jezera nebo solná příbřežní jezera. U Aralu je však potřeba pracovat s většími měřítky. Povodí dvou nejvýznamnějších přítoků, Amudarji a Syrdarji, zaujímá velmi rozsáhlé území, jehož vodní režim ovlivňují složité klimatické systémy: indické monzuny a sibiřská tlaková výše. Situace v Aralském jezeře je tedy odrazem stavu širšího regionu. Pokud by se jezero ukázalo jako dobrý klimatický archiv, bylo by možné studiem jeho minulého vodního režimu významnou měrou přispět k naší představě o vývoji klimatu přinejmenším ve Střední Asii.

Zásadní otázka je, zda hladina Aralského jezera při dlouhodobém zvýšení teploty klesala, nebo se naopak oteplením zvedala. Vzroste-li teplota, v oblastech pramenů obou přítoků masivně odtávají ledovce, ale zároveň vzrůstá odpar v celém povodí včetně jezerní plochy. Naopak v chladnějším období narůstají ledovcové masy a zadržují tavnou ledovcovou vodu potenciálně tekoucí do Aralského jezera a odpar je zase nižší. Která strana bilance převažovala? Odpověď lze nalézt například v sedimentárním záznamu nebo v jiných „hmotných“ archivech.

Různé přístupy ke studiu historie jezera

Naše znalosti o proměnách Aralského jezera se opírají zejména o tři typy studií: archeologické, geomorfologické a (paleo)klimatologické. Každý z uvedených oborů využívá jiný studijní materiál a odlišné metody. Z archeologických průzkumů a historických pramenů vyplývá, že lidé žijí v oblasti nepřetržitě už nejméně osm tisíc let. Nejstarší doložené zavlažovací systémy pocházejí z druhého tisíciletí před Kristem. Nelze tedy dát do přímé souvislosti zjištěné snížení hladiny Aralského jezera za posledních několik tisíc let pouze s klimatem. Podrobným studiem a datováním nalezišť starých sídel obnažených ustupující vodou archeologové vytvořili ucelený přehled poklesů hladiny v minulosti (obr. 6). Geomorfologové vyřešili stejný problém pospojováním zbytků sedimentů a teras nalezených v terénu (rovněž obr. 6), které po sobě v minulosti zanechalo jezerní pobřeží a přítoky, ale čitelnost terénu komplikuje tektonická aktivita území.

Sedimentární záznamy umožňují rekonstrukci hlubší minulosti. Vždy je však na místě dát nalezené informace do souvislosti s dalšími klimatickými archivy. Tento postup jsme zvolili i pro naši několikaletou studii, prováděnou v Ústavu anorganické chemie AV ČR, v. v. i., v Řeži, která vznikla díky spolupráci s GeoForschungsZentrum v Postupimi u Berlína. Studovali jsme sedimentární jádro, pocházející ze severní části Západní pánve Aralského jezera, které bylo na první pohled velmi atraktivní, tedy alespoň pro přírodovědce – krásný šedý až namodralý jíl, místy tmavší, místy s bělavými, hrubšími vrstvami a s několika horizonty bohatými na mušle. Co všechno se dá z takového sedimentu vyčíst? Pokud si člověk dá tu práci a chodí se svým „bahýnkem“ od přístroje k přístroji, vysedává týdny u mikroskopu nebo spektrometru, dostane řadu různých grafů a hodnot, z nichž se dá vyčíst minerální nebo prvkové složení a také zástupné (proxy) hodnoty, odpovídající celkové biologické produktivitě jezera (například koncentrace chlorofylu).

Pro stanovení poklesu jezerní hladiny mají velký význam polohy a druh vysrážených solí, protože je podle nich možné odhadnout salinitu. Uložení solí v sedimentu, který jsme studovali, neodpovídá předpokládané učebnicové sekvenci uhličitany – sírany – chloridy, jež je typická pro většinu přirozeně vysychajících vodních ploch. Jako ukazatele nízké hladiny nám tak posloužily vrstvy sedimentu s vysráženým sádrovcem. Tyto intervaly jsme doplnili výsledky z interpretací ostatních metod, zejména rozsivkové analýzy (viz rámeček), a vytvořili nezávislý model pohybů jezerní hladiny. Právě rozsivková analýza je dnes při rekonstrukci vývoje prostředí a klimatu v historické minulosti velkým hitem a neselhala ani v případě Aralského jezera.

Měli jsme tedy minimálně tři nezávislá řešení stejného problému. Nejprve jsme se nechali svést na scestí použitím dnes populárního přístupu „automatického“ přepočtu složení rozsivkových společenstev na salinitu, ale výsledky nebyly uspokojivé. Proto jsme nakonec přijali holističtější přístup, při kterém do sebe musejí zapadnout všechny informace a interpretace jako v tradiční detektivce Agathy Christie.

Jak velké bylo největší Aralské jezero?

Podobně jako bylo území dnešní Sahary ještě před 8500 lety zelené a změnilo se v poušť vlivem klimatických a dalších změn (Vesmír 88, 166, 2009/3), tak i oblast Aralského jezera byla v době holocénního klimatického optima jiná. Při trojnásobně intenzivních srážkách pozbývalo území dnešní nehostinnosti a není divu, že oblast byla již v té době hojně osídlená. Před 7500 lety hovoříme o tzv. období Velkého Aralu, ale jeho tehdejší velikost je dnes předmětem živých sporů. Pře se vede zejména o případnou existenci terasy I v úrovni 72 m n. m. (obr. 4A), což je nad současným stavem více než o 45 výškových metrů. Nejnovější geomorfologické modely existenci terasy I popírají s vysvětlením, že by se voda přelila do Kaspického moře, a nabízejí střídmější hypoteticky možnou maximální hladinu 65 m n. m. (obr. 4B), nebo se dokonce přiklánějí k maximu na pouhých 55 m (obr. 4C), což je jen o 2 metry výše než r. 1960 (obr. 4D). Tyto změny jsou dosti podstatné, protože každý výškový metr znamená v některých částech jezera rozliv hladiny o kilometry. Naše výsledky rozsivkové analýzy by terasu I spíše podpořily, protože jsme našli druhy zaznamenávané pod překvapivě vysokým vodním sloupcem. Vysvětlení nabízí tektonický výzdvih celého území, který mohl být za poslední dva tisíce let až o 20 m. Díky výzdvihu tedy mohla být hladina na dnešních 72 m n. m., aniž by došlo k přelití vody do Kaspického moře.

Co se dělo v posledních tisíciletích?

Na poslední dva tisíce let, které nás asi nejvíc zajímají, se zaměřuje několik nedávných studií. Vynořuje se již poměrně podrobný obraz. Téměř všichni se shodnou na čtyřech významných úbytcích objemu jezerní vody (obr. 6). Bohužel mezi jednotlivými autory není shoda v datování, délce trvání ani v intenzitě jednotlivých epizod. K nesrovnalostem velkou měrou přispívá nejistota v datování (viz rámeček).

Největší shoda panuje u nejstaršího dobře doloženého ústupu jezerní hladiny, které se odehrálo na počátku našeho letopočtu (asi 0–400). Jezero tehdy mělo hladinu stejně nízko jako dnes. Příčiny jsou zřejmě dvojí – dlouhodobě sušší a chladnější klima, ale také využívání vody z přítoků Peršany, jimiž byla Amudarja zcela odkloněna a do jezera nevtékala. Podobně jako dnes není jasné, jakou poměrnou roli hrálo zavlažování a jakou dobové klimatické změny.

Podruhé významně poklesla hladina v období 900 až 1350 po Kr. (datování se liší podle různých autorů). Pylové záznamy hovoří o vysychání okolí Aralu mezi lety 900–1200. Ve 12. století opět zasahuje do vodní bilance člověk, a to převedením toku Amudarji do jezera Sarykamyš jižně od Aralského jezera. Aral tehdy znovu sytil pouze jeden přítok. V historických pramenech lze dále nalézt dvě významné události datované k roku 1220 a spojené s opětovným napojením Amudarji do Aralského jezera: zneškodnění zavlažovacích systémů při invazi Mongolů a velké zemětřesení. Nicméně Kerderská civilizace, která po sobě zanechala stopy na úrovni 32 m n. m. (stav srovnatelný s rokem 2001), ve 13. století poničené hráze a zavlažovací systémy ještě obnovila. Na nízký stav jezerní hladiny v 15. století lze usuzovat například z map z r. 1490 používaných Kryštofem Kolumbem, kde je Kaspické moře detailně zakresleno, ale Aralské jezero chybí. Záznam z roku 1415 hovoří o spojení velké části Syrdarji s Amudarjou. Severní přítok tehdy obtékal jezero po jeho jihovýchodním okraji, a řeky pak společně ústily do Kaspického moře. Ať už byly příčiny změn koryt přirozené nebo umělé, je jisté, že významným způsobem ovlivňovaly hydrologický režim jezera a jejich vzájemné působení ztěžuje odhalení příčin kolísání jezerní hladiny.

Nejvíce se odhady liší v časovém období třetího nízkého stavu jezera. Zatímco data z naší laboratoře omezují jeho trvání jen na 15. století, ostatní autoři stanovují začátek na pozdější dobu a trvání prodlužují dokonce až do poloviny 19. století. To ovšem hrubě nesouhlasí s mapou z r. 1853, v níž je Aralské jezero detailně zakresleno s vysokou hladinou. Po skončení regresní fáze byla tvář Aralu prokazatelně velmi podobná té, kterou známe z první poloviny minulého století (obr. 4D).

Vliv člověka na Aralské jezero je složité odlišit od přirozených procesů v povodí. Předpokládáme, že při zhoršení klimatických podmínek v okolní pouštní krajině má člověk pochopitelnou snahu zvýšit rozsah zavlažování, a tudíž urychluje přírodou nastartované procesy. Rovnováha mezi srážkami a odparem by se pravděpodobně posouvala na stranu odparu i bez intenzivního sovětského zavlažování, neboť průměrná teplota povrchu planety v posledních 60 letech stále roste. Kromě toho všechny současné klimatické modely předvídají pokračující vysychání rozsáhlých oblastí Asie, ohrožených suchem už dnes.

Studium Aralských sedimentů nám umožnilo datovat období poklesu hladiny za poslední dvě tisíciletí, ale neuměli jsme rozlišit vlivy tektonické aktivity, lidských zásahů a regionálních nebo globálních klimatických změn. Jsme přesvědčeni, že ani vývoj prostředí, ve kterém budeme žít ve 21. století, nebude řízen rovnicí o jedné neznámé a že přinese další překvapení. Do budoucna si tedy můžeme být jisti, že se tvář Aralu bude dále podstatně měnit.

Poděkování: Děkujeme Kateřině Novotné za její práci na analýze aralských jezerních sedimentů v GFZ v Potsdamu, kterou nám umožnila přístup k tak zajímavému studijnímu materiálu.

Literatura

Boomer I., Wünnemann B., Mackay A. W., Austin P., Sorrel P., Reinhardt Ch., Keyser D., Guichard F., Fontugne M.: Advances in understanding the late Holocene history of Aral Sea region. Quaternary International 194 (1–2), 79–90, 2009

Boroffka N. G. O.: Archaeology and Its Relevance to Climate and Water Level Changes: A Review. in Kostianoy A. G. and Kosarev A. N. (eds.): The Aral Sea Environment, Hdb Env. Chem. 7, 283– 303, 2010

Létolle R., Mainguet M.: Aral. Springer-Verlag, Paris 1993

Oberhansli H., Zavialov P. (eds.): Special Issue Aral Sea Basin Hydrological, Chemical and Biological Today Compared with Trends of the Past 50 Years. Journal of Marine Systems 3 (70), 2009

Píšková A., Grygar T., Veselá J., Oberhänsli H.: Diatom assemblage variations in the Aral Sea core C2/2004 over the past two millennia. Fottea 9(2), 333–342, 2009

Rozsivková analýza

Jde o metodu, při které se ze vzorku sedimentu připraví tenký film na mikroskopickém podložním sklíčku a ten se pozoruje optickým mikroskopem nejčastěji při zvětšení 1000×. Určuje se četnost a druhové zařazení rozsivek podle jejich dochovaných, poměrně odolných křemitých schránek. Rozsivková analýza se nejčastěji používá v současných ekologických studiích ze vzorků vod i mladých dnových sedimentů. Při studiu starších sedimentů s fosilními rozsivkovými schránkami, tedy při paleoekologických studiích se odvozují životní podmínky nalezených fosilních společenstev na principu aktualismu, tedy na základě současných ekologických studií. Změny společenstev nebo rozdíly ve výskytu určitých druhů pozorovaných v rámci sedimentárního záznamu nám napovědí, kdy pravděpodobně nastaly změny prostředí. Rozsivky jsou výbornými paleoindikátory prostředí zejména díky své všudypřítomnosti, druhově specifickým ekologickým nárokům a mnohdy velmi dobrému zachování křemitých schránek v sedimentech. Problémem u rozsivkové analýzy bývá někdy určování druhů – velké množství z nich lze spolehlivě odlišit jen při zvětšení přesahujícím možnosti optické mikroskopie. Ještě záludnější může být interpretace, protože informace o nárocích jednotlivých druhů chybějí, nebo o nich v literatuře najdeme protichůdné údaje. Aralské jezero a jeho vzorky jsou pro českého badatele tvrdý oříšek už proto, že se v něm vyskytuje málo kosmopolitních druhů, většina jich je slanomilných a endemických, tedy hůře určitelných a méně poznaných, pokud jde o jejich nároky. Nám se podařilo z více než stovky určených druhů vysledovat významný trend hojně se vyskytující mořské rozsivky Actinocyclus octonarius, jejíž maxima střídá Tryblionella compressa (obr. 5). Tyto rozsivky jsou citlivé na výšku vodního sloupce, pod kterým žijí. Jejich sukcese má tedy prokazatelný vztah k změnám hladiny v jezeře.

Nejistoty v datování

K datování aralských sedimentů se nejčastěji používá radiouhlíková metoda založená na obsahu radioaktivního izotopu uhlíku 14C. S její pomocí lze zjistit stáří různých typů vzorků s obsahem organického materiálu (např. řas, schránek vodních živočichů, kmenů stromů). Aralské sedimenty jsou bohužel chudé na výskyt datovatelného materiálu, takže v nich je možné datovat jen některé polohy bohaté na zbytky řas a na schránky měkkýšů. Obsah 14C v atmosféře, přesněji poměr stabilních izotopů (12C a 13C) k nestabilnímu 14C, je sice poněkud proměnlivý, ale v posledních tisíciletích existuje dostatek referenčních křivek vývoje tohoto poměru hodnot. Obvykle tedy stačí naměřené hodnoty obsahu 14C v celkovém C v datovaném vzorku proložit jednou z takových kalibračních křivek a odečíst jeho skutečné, tzv. kalendářní stáří. Bohužel v některých případech není hodnota na křivce matematicky jednoznačná, takže datum nelze s jistotou určit, ale výsledkem je několik možných intervalů stáří. Tato nejednoznačnost je typická pro období posledních 350 let, kdy podstatně kolísala sluneční aktivita, a tedy i tvorba 14C v atmosféře, což výrazně snižuje přesnost metody právě z doby, která nás dnes zajímá skoro nejvíce. Dalším problémem při datování materiálu z Aralského jezera je tzv. rezervoárový efekt, tedy situace, kdy uhlík v jezerní vodě (obecně v rezervoárech) už není v termodynamické rovnováze mezi rozpuštěnými uhličitany a oxidem uhličitým v rezervoáru a oxidem uhličitým v atmosféře, takže se v rezervoáru hromadí „starý uhlík“ s podstatně menším obsahem 14C, než odpovídá rychlosti jeho rozkladu na stabilní izotop. Pokud si organismy, jejichž materiál chceme datovat, budují svá těla z takového staršího uhlíku, dává jejich datování hodnoty starší, než opravdu byly. Pro Aralské jezero byla hodnota tohoto efektu při vysokém stavu jezera odhadnuta na 140 let – pro srovnání rezervoárový efekt v mnohem objemnějších oceánech se počítá v řádu tisíců let. Potíž je v tom, že hodnota tohoto efektu je proměnlivá zejména v závislosti na výši jezerní hladiny (mineralizaci vody). Dostáváme se tak do kruhu, v němž na jedné straně chceme znát stáří sedimentů, abychom časově určili jednotlivé jezerní fáze, a na straně druhé bychom potřebovali znát, jak vysoko byla kdy hladina, a tedy jaký mohl být příslušný rezervoárový efekt, abychom správně sestavili datovací model. Výsledné nejistoty v datování jednotlivých studií tak dosahují neuspokojivých ±100 i více let. Tato nejistota zřejmě vysvětluje neshodu datování předposledního velkého poklesu hladiny jezera.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Ekologie a životní prostředí

O autorech

Tomáš Matys Grygar

Anna Píšková

Doporučujeme

Léčba psychedeliky

Léčba psychedeliky

Zuzana Postránecká  |  6. 1. 2020
Přírodní psychedelika provázejí lidskou společnost po tisíciletí, ale západní společnost se jimi začala podrobněji zabývat teprve ve 20. století....
Chobotnice z Londýna

Chobotnice z Londýna

Petr Jan Juračka  |  6. 1. 2020
O poslední spolupráci s profesorem Vladimírem Kořínkem, novém druhu perloočky, dobrodružné cestě do londýnského muzea a chobotničce...
Smysl a etika archeologie ve 21. století

Smysl a etika archeologie ve 21. století

Martin Gojda  |  6. 1. 2020
Jedinečnost a neopakovatelnost toho, co se událo v historii, co potkávalo generace našich předchůdců, jak jednotlivci a lidská společenství...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

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

 

Objednat předplatné