Stopy v hlubokých mořích

Při průzkumu hlubokomořských klastických usazenin, zejména tzv. flyšových facií, objevovali geologové a paleontologové již v průběhu 19. století fascinující zkameněliny. Nejčastěji se zachovaly jako reliéfy (drobné oblé hřbítky) vystupující na vrstevních plochách hlubokomořských jemnozrnných drob, pískovců a prachovců. Co fascinuje, jsou nespočetné varianty přísně geometrických, na první pohled „účelných“ tvarů: nejrůznější typy meandrů, sítě, radiální i kruhové struktury.

Jako flyš označujeme jednotky usazenin celkově větších mocností (zpravidla několik set i tisíc metrů) tvořené pravidelně se opakujícími vrstvami různé zrnitosti, obvykle psamitů až pelitů (tzn. od zrnitosti charakteristické pro pískovec až po nejjemnější jílové usazeniny). Nejčastějším důvodem rytmičnosti flyše jsou poměrně pravidelně se opakující turbiditní proudy, tedy nesmírně rozsáhlé a rychlé gravitační pohyby suspenze vody a nezpevněných sedimentů na svazích mořských (méně často i velkých jezerních) pánví.

Myšlenka, že zmíněné geometricky pravidelné útvary jsou zkamenělinami řas, byla opuštěna již v průběhu 19. století a všeobecně byla akceptována představa, že jde o zkamenělé stopy, především tzv. požerky (stopy po získávání potravy z usazeniny na dně). Trvalo však ještě poměrně dlouho (až do šedesátých let 20. století), než se podařilo přesněji objasnit, jak drobné reliéfy vznikaly. Původní představa byla ta, že po usazení několika centimetrů písčitého materiálu unášeného turbiditním proudem se drobní mořští bezobratlí prohrabali na původní jílovitou, živinami bohatší vrstvu a tu projídaly; chodbičky časem zkolabovaly a byly vyplněny nadložním pískem. Případně se uvažovalo, že zkameněliny jsou přirozenými odlitky meandrů, sítí a jiných geometrických tvarů vytvořených bezobratlými původně jako žlábky na povrchu dna. Obě tato vysvětlení však narážela na nesoulad v detailech zachování struktur. V r. 1962 ukázal A. Seilacher, že geometricky pravidelné tvary byly původně chodbičkami vytvořenými v jemném bahně zpravidla několik milimetrů až několik centimetrů pode dnem. Turbiditní proud, dříve než poskytne různě velké množství poměrně hrubozrnnějšího sedimentu, nejprve zvíří a odnese právě nejjemnější a nejméně konsolidovanou vrstvičku stávající usazeniny. Tímto odnosem jsou chodbičky odkryty a vzápětí jsou zasypány hrubším materiálem.

Pevninské svahy a dna oceánských pánví

Pevninské svahy jsou při pohledu na moderní fyzickou mapu světa jedním z nejvýraznějších tvarů zemského povrchu vůbec. Nacházejí se mezi vnějším okrajem šelfů a dnem oceánských pánví, zaujímají tedy hloubky od několika set po několik tisíc metrů a mají sklon od dvou až po několik desítek stupňů. Nejde však o prosté „nakloněné roviny“, po nichž je transportován materiál z kontinentu do oceánu. Svahy, i ty morfologicky tzv. jednoduché, bývají rozbrázděny podmořskými kaňony. Ty jsou několik set i několik tisíc metrů hluboké, mají velmi strmé až převislé boky a jimi je do oceánu transportována největší část usazenin. Topograficky složitější pevninské svahy jsou navíc stupňovité, nejčastěji v důsledku tektonické činnosti, konkrétně systému aktivních zlomů rovnoběžných s okrajem kontinentu (a tedy také s okrajem šelfu). Existence pevninských svahů je klíčová pro podobu velké části hlubokomořských usazenin, ačkoliv ve skutečnosti jen malý podíl usazenin oceánských pánví spadá do kategorie sedimentů pevninských svahů. Důvod je zřejmý: většina sedimentů se přes svah pouze „přežene“ v podobě turbiditních proudů a největší část se usadí až pod úpatím samotných pevninských svahů.

Jak fungují turbiditní proudy

Turbiditní proudy jsou pohybující se vodní masy s vysokou hustotou způsobenou velkým množstvím minerálních a horninových zrn, která vytvářejí s vodou suspenzi. Vysoká hustota způsobuje, že turbiditní proudy tečou do hlubin sedimentárních pánví. Prvotní suspenze se vytvoří nejčastěji zemětřesením nebo gravitačním skluzem materiálu nestabilně usazeného na svahu. Suspenze může vzniknout také přímo v řekách: zejména při povodních mohou řeky unášet desítky kilogramů minerálního materiálu v každém krychlovém metru vody, což stačí k tomu, aby se říční voda i v mořské vodě (jejíž hustota je rovněž zvýšená, a to obsahem rozpuštěných solí) dále chovala jako svébytný celek nabírající větší a větší rychlost a strhávající další sediment z okraje šelfu, z pevninského svahu nebo z boků kaňonů do svahu zaříznutých. Rychlost turbiditního proudu může podle některých údajů dosahovat přibližně poloviny rychlosti zvuku, zpravidla je však nižší. Jedná se v měřítku geologického času o běžný fenomén, který však z praktického hlediska vzbudil větší pozornost až v r. 1929, kdy došlo účinkem turbiditního proudu k rozsáhlému poškození telekomunikačních kabelů u Newfoundlandu. Postupně vypadávající telefonní linky posloužily jako nezamýšlený měřič rychlosti pohybu turbiditního proudu.

Dílčí prostředí

Na dně oceánské pánve se turbiditní proud začne zpomalovat a suspenze se začne usazovat. Dochází k tomu postupně a na velké ploše, přesto však v relativní blízkosti paty pevninského svahu. Protože většina turbiditních proudů prochází po opakujících se drahách kaňony vyříznutými do hrany svahu, vznikají při patě pevninského svahu rozsáhlá a pestře členitá dílčí prostředí, v mnoha ohledech analogická říčním deltám. Rozlišit můžeme zejména šikmé dno samotného svahu, stěny a dno kaňonů, dále hlubokomořská koryta představující pokračování kaňonů, která jsou – podobně jako koryta řek – lemována agradačními valy a která rovněž podobně jako řeky končí vějíři usazenin. Největší z vějířů leží ve směru pokračování koryt, ale mnohé vybíhají z koryt šikmo do boků. Tyto boční vějíře vznikají tehdy, jsou-li agradační valy při průchodu turbiditního proudu proraženy a hustá suspenze se vyvalí z poněkud vyvýšeného koryta ven. Dnes je pro českého čtenáře podstatně snazší představit si tyto pochody než ještě před řekněme šestnácti lety, protože částečně analogické tvary (například sedimenty proražených nivních valů, ať už přirozených či umělých) vznikají i při povodních na řekách na území ČR (jen v mnohem menším měřítku).

Geolog pracující v terénu nebo s vrtným materiálem z flyšových (turbiditních) sekvencí má poměrně omezené možnosti interpretace. Základním krokem je nicméně výzkum sedimentologický. Při „brzdění“ turbiditního proudu, které je spojeno s vypadáváním minerálních zrn ze suspenze (čímž se snižuje hustota suspenze a rychlost dále klesá), vzniká charakteristický sled vrstev s různou velikostí zrna a různými typy mechanicky vzniklé laminace. Tato kritéria však nemusejí dostačovat na jednoznačnou charakteristiku jednotlivých dílčích prostředí a je velmi vhodné je spojit s výzkumem paleontologickým, který využívá právě hojnosti zkamenělých stop. Důvod poznání je zpravidla poměrně pragmatický. Turbiditní proudy transportují do hlubin sedimentárních pánví kromě minerálních zrn také mnoho organického materiálu, který má potenciál být přeměněn na uhlovodíky, tedy na ropu a zemní plyn. Výzkum sedimentárních pánví s výskytem flyše je tak často rovněž (nebo zejména) součástí prospekce ropných společností. Správné přiřazení určité sekvence k dílčímu prostředí tak může přispět k realistickému odhadu rozsahu a mocnosti – a tím také například k racionálnějšímu naplánování vrtných prací.

Příklad: Thrácká pánev, Turecko

Zájmy společností těžících ropu byly i na počátku ichnologického výzkumu turbiditních sekvencí Thrácké pánve, která se rozprostírá v severozápadní části Turecka a zasahuje i na území Řecka a Bulharska [2]. V Turecku je omezena prakticky na evropskou část s malým přesahem do oblasti Marmarského moře a do asijské části poblíž města Çanakkale. Jde o soubor sedimentárních a vulkano-sedimentárních hornin, který má ve své centrální části mocnost přes 9 km. Je součástí sedimentární oblasti oceánu Neotethys, který se uzavřel během alpsko-himálajského vrásnění. Thrácká pánev je vyplněna horninami stáří od eocénu (který začal zhruba před 55 miliony let) až po pliocén (který skončil před 2,6 milionu let). Typické turbiditní sekvence se v Thrácké pánvi ukládaly po celý eocén (v intervalu 55–35 milionů let před současností), následovala sedimentace mělkomořská (předpolí delty), posléze deltová, jezerní a říční s občasným průnikem mořského prostředí a s vlivy vulkanismu.

Z ichnologického hlediska (ichnologie = studium stop po činnosti organismů) byly důkladně prozkoumány především eocenní sedimenty, a to zejména na přirozených výchozech poloostrova Gallipoli a ostrova Gökçeada. Jeden z největších přirozených odkryvů eocénu je ve vnitrozemí poloostrova Gallipoli u vesnice Karainebeyli (obr. 5). Je to více než 300 m mocná sekvence vesměs šedých jílovců a prachovců s poměrně vzácnými polohami pískovců, mocnými několik centimetrů až decimetrů. Usazeniny nemají především ve spodní části geologického profilu zachovanou sedimentární laminaci, materiál byl kompletně promísen činností organismů. Tam, kde došlo k nějaké překotnější sedimentační události, bývá laminace zachována a je prostoupena drobnými kličkovitými a meandrovitými stopami po projídání substrátu, náležejícími ichnorodům Nereites (obr. 2) a Phycosiphon. Na svrchních vrstevních plochách vzácně se vyskytujících vrstviček pískovce bývají zachovalé stopy po průlezu drobných ježovek Scolicia prisca, které žily zahrabané v sedimentu. Tyto stopy i způsob jejich zachování svědčí pro vznik celé sekvence na plošině dna oceánské pánve; efekt turbiditních proudů byl jen minimální a výjimečný.

Rozsáhlé odkryvy eocenního flyše v zálivu Ece (u severozápadního pobřeží poloostrova Gallipoli) se od odkryvu u Karainebeyli liší větším podílem písčité složky, rytmicky se střídající s prachovci a jílovci (obr. 1). Na spodních vrstevních plochách pískovcových desek se často vyskytují výše zmíněné stopy přísně geometrických tvarů, například hexagonální sítě ichnorodu Paleodictyon či stopy Helminthorhaphe a Helicolithus (obr. 3). Jemnozrnné sedimenty typicky vznikají pomalým usazováním kalu na plošinách oceánských pánví. V určitých, víceméně pravidelných intervalech je překrývají sedimenty turbiditních proudů, které současně konzervují chodbičky organismů vyskytující se původně několik milimetrů pode dnem. Podobná facie shodného stáří a s velmi obdobným spektrem nalézaných ichnofosilií je odkryta ve vnitrozemí poloostrova Gallipoli u obce Fındıklı. Pro paleontologické účely je výhodné, že odkryvy nejsou obrušovány příbojem, a tudíž obsahují i zvětralé polohy a suť, ve kterých lze snadno nacházet dokonale zachovalé příklady fosilních stop Paleodictyon, Helminthorhaphe (obr. 4) a Saerichnites (obr. 6).

Jiný charakter má společenstvo fosilních stop v eocenních vrstvách odkrytých v okolí zálivu Marmaros na severozápadním pobřeží ostrova Gökçeada v Egejském moři (obr. 7). Podobně jako na předchozích lokalitách jde o flyšovou sekvenci se střídáním pískovců, prachovců a jílovců. Podíl pískovcové složky je vyšší než v předchozích případech. Typickou ichnofosilií jsou válcovité tunely procházející kolmo na vrstevní plochy pískovců a vytvářející pak nepravidelné otevřené sítě na litologických rozhraních mezi vrstvami (obr. 8, 9). Náležejí k ichnodruhu Ophiomorpha rudis, jejich tvůrci jsou drobní rakovci a jde o obydlí celých populací. Tyto stopy jsou typické pro hlubokomořská koryta vytvořená turbiditními proudy v hlubinách oceánských pánví poblíž pevninského svahu.

V oblasti, o které pojednává tento příspěvek, by bylo možno nalézt v rámci eocenního flyše řadu dalších odkryvů se svébytnou suitou fosilních stop. Důležité je, že flyšová sedimentace s fosilními stopami je velmi rozšířeným fenoménem geologického záznamu, a to nejen z alpsko-himálajské oblasti, kde je nejprostudovanější, ale například i ze Severní a Jižní Ameriky. Významné také je, že společenstva fosilních stop procházejí jen poměrně málo modifikována evolučními novinkami od prvohor (například flyš silurského stáří u Aberystwythu, Wales) až po geologicky nedávná období. Jsou také určitým návodem k pátrání po málo známém životě v současných mořských hlubinách, protože původce většiny zmiňovaných stop se dodnes nepodařilo nalézt in situ v jejich doupatech a potravních stopách. Pozorování těchto stop v nezpevněných bahnech současných hlubokých oceánů jsou nečetná a geologická minulost je tak spíše klíčem k pochopení současnosti než naopak.

Na území ČR jsou flyšové sekvence bohaté na ichnofosilie zejména v tzv. moravskoslezském kulmu, tedy v horninách prvohorního (spodnokarbonského) stáří (v prostoru Nízkého Jeseníku a Oderských vrchů poskytují mimo jiné pokrývačské břidlice). V sedmdesátých až devadesátých letech 20. století je studovali Jan Zapletal a Ilja Pek. Karpatský flyš (stáří křída až paleogén) u nás vystupuje zejména v Moravskoslezských Beskydech, Javorníkách a Bílých Karpatech. Tamější fosilní stopy studoval zejména v osmdesátých letech minulého století Miroslav Plička s kolegy. Z obou oblastí existuje i několik novějších dílčích studií. Zatímco na území ČR patří nálezy fosilních stop v turbiditních sekvencích ke „klasickým“ teoretickým otázkám, v oblastech s kratší tradicí výzkumu a intenzivnější exploatací nerostných surovin jsou součástí živé, ekonomicky motivované, multidisciplinární geologie.