Zdánlivá nuda na Hané

Není zřejmě na území našeho státu oblast, která by vyhlížela poklidněji, usazeněji ba nudněji než Hornomoravský úval. Ve skutečnosti je to však geologicky velmi aktivní území.

Romantické povahy láká cestování vlakem. Tak třeba dobrodružná výprava páteřním železničním koridorem z Prahy na východ vás těsně za moravskočeským pomezím provede malebným údolím meandrující říčky Moravské Sázavy a několika tunely. Jakmile za sebou ale zanecháte Zábřeh, čeká vás pravé peklo zoufale fádní hanácké roviny. Oddechnout si můžete až po 65 kilometrech někde u Přerova, a pokud máte smůlu a směřujete dál k jihu, tak až po dalších 25 rovinatých kilometrech kdesi za Hulínem.

Málokoho, kdo čelí takovému náporu geomorfologické nudy, napadne, že se ve skutečnosti pohybuje po geologicky nesmírně aktivním území. Že se něco děje geologicky, bychom intuitivně předpokládali v poněkud divočejším terénu někde ve velehorách nebo na vulkánech, nikoli však uprostřed zlátnoucích obilných lánů. Přesto je plochost zdejšího území dokonce nezbytnou součástí příběhu jediné aktivní sedimentační pánve na českém území. I když důležitými dílky v mozaice tektonického vývoje Hornomoravského úvalu jsou zlomy, zemětřesné roje, vývěry uhličitých minerálních vod a nakonec i ty vulkány, geomorfologie zde nabízí překvapivou hojnost odpovědí na řadu otázek.

Není rovina jako rovina

Hornomoravský úval je v podstatě hodně velké údolí, které se táhne od severozápadu na jihovýchod. Rozprostírá se na střední Moravě přibližně od Uničova k Holešovu v délce asi 70 km a v maximální šířce 20 km. Dno údolí je ploché, dokonce velmi ploché. Náhled do digitálního modelu reliéfu nás poučí o tom, že Hornomoravský úval reprezentuje největší skutečnou rovinu na území Česka, ve které sklon svahů důsledně nepřesahuje 1° (obr. 1). Řeka Morava, která úvalem protéká ve směru severoseverozápad–jihojihovýchod, si drží průměrný spád asi 68 cm/km, což není nijak neobvyklá hodnota. V příčném směru zde ale najdeme úseky, ve kterých na délku zhruba 10 km připadá pouhých 2,7 m rozdílu nadmořských výšek. Pro srovnání: To je, jako kdybyste na pingpongovém stole o standardní délce 2,74 m registrovali nerovnosti menší než tři čtvrtiny mm.

Mapa sklonitosti svahů a čtyři příčné topografické profily demonstrující plochou morfologii Hornomoravského úvalu. Linie A–A‘ a B–B‘ označují geologické profily na obr. 4.Zdroj: ags.cuzk.cz/dmr.

Subsidence aneb Jak zasypat díru, která neexistuje?

Zjednodušeně řečeno, fádní placatost a úrodnost Hané (a s ní i svéráznou mentalitu zdejšího etnika, ke kterému se autor tímto hlásí) má na svědomí řeka Morava, která při každé povodni nanáší nové sedimenty a zahlazuje tak nerovnosti terénu. Tím se Haná odlišuje od větší části území republiky, kde převažující eroze reliéf zdrsňuje. Krátkodobě, řekněme, to může fungovat. Selský rozum, na Hané hojně rozšířený, by ale správně napověděl, že řeka, která si pod sebou ukládá sediment rychlostí řádově několik cm za tisíc let (viz dále), by za nějaký čas musela téct do kopce. To se skutečně neděje; naštěstí máme k dispozici elegantnější vysvětlení. V časovém měřítku tisíců a milionů let je totiž ukládání sedimentů umožněno a zároveň kompenzováno současným tektonickým poklesem podloží – tzv. subsidencí.

Když to zobecníme, rychlost subsidence a rychlost akumulace sedimentu operují jako dva protisměrné vertikální vektory, které se vzájemně ruší a umožňují dlouhodobě udržovat konstantní topografii. Vzniká paradoxní situace, kdy velmi mocné akumulace uloženin v sedimentačních pánvích nepotřebují vlastně žádnou morfologickou depresi. Prostor pro ukládání sedimentů se vytváří jaksi za pochodu. Nádherným příkladem tohoto paradoxu je svrchnotriasové souvrství „hlavní dolomit“ (Dolomia Principale), ve kterém jsou například vymodelovány více než půlkilometrové skalní stěny masivu Tre Cime di Lavaredo v Sixtinských Dolomitech. Zdejší vápence sedimentovaly ve velmi mělké vodě (maximálně několik metrů hluboké), a tedy ve víceméně konstantní topografické úrovni. Přesto se dokázaly nahromadit až do téměř dvoukilometrových mocností právě díky nepřetržité subsidenci.

Datovat, datovat, datovat!

Bývá zvykem mezi geology, že nedílnou součástí informace o hornině je její věk. Dobrých důvodů pro tento přístup je samozřejmě mnoho, nicméně v úvahách o subsidenci, její rychlosti a tektonické genezi sedimentačních pánví má věk sedimentů zásadní význam.

Nálezy pylových zrn, rostlinných zbytků, ostrakodů a drobných savců vypovídají o tom, že sedimenty se v Hornomoravském úvalu hromadí od počátku pliocénu (5,33 milionu let), nebo dokonce ještě déle, od svrchního miocénu [8, 5]. Maximální mocnost takto biostratigraficky datovaných pliocenních a kvartérních sedimentů odvozená z databáze vrtů dosahuje 320 m [6]. Svědčí tak o rychlosti sedimentace (a zároveň rychlosti subsidence, jak předpokládáme) několik centimetrů za tisíc let. V mělkých vrtech (do 25 m) vyhloubených na dně Hornomoravského úvalu (obr. 2) se nám podařilo datovat kvartérní říční sedimenty metodou opticky stimulované luminiscence (OSL) do časového rozmezí 161,5 (± 17,2) až 34,5 (± 3,4) tisíc let (střední až svrchní pleistocén) [3]. Z hloubky jejich uložení lze vypočítat průměrné rychlosti sedimentace a subsidence v rozsahu ~3 až ~21 centimetrů za tisíc let, což je údaj, který dobře odpovídá hodnotě za celý pliocén a kvartér. Zároveň jde o rychlost subsidence poměrně typickou pro tektonicky aktivní příkopové propadliny, jakou je třeba Hornorýnský prolom v Německu [2].

Krátkodobá (pozdně holocenní) rychlost sedimentace v holocenní nivě Moravy je ale překvapivě až o dva řády vyšší. Z datování organických zbytků ve vzorcích povodňových sedimentů Moravy (použita kalibrovaná radiokarbonová metoda AMS¹⁴C) vychází průměrná rychlost sedimentace říční nivy téměř na 3 metry za tisíc let (maximální hodnota téměř 14 metrů za tisíc let) [1]. Pokud by řeka tímto tempem kompenzovala subsidenci, pak by podloží pánve muselo od pliocénu po holocén poklesnout až do svrchního pláště, což je zcela absurdní představa neslučitelná s aktuálním stavem poznání v geologii. Pro tento již v pořadí druhý paradox máme ale také poměrně snadné vysvětlení: meandry řeky Moravy své rychle nahromaděné nivní sedimenty včetně organických zbytků geologicky téměř okamžitě bočně erodují a znovu ukládají. Sedimenty tak jsou po dlouhé období recyklovány ve víceméně stejné výškové úrovni, což je další dobrý argument pro velmi plochý reliéf dna úvalu. Meandrující řeka funguje tak trochu jako obří hoblík, který materiál v údolní nivě neustále seřezává do stále stejné úrovně dané její spádovou křivkou.

Příklady stratigrafie Hornomoravského úvalu: A. pliocenní sedimenty překryté spraší ve vyzdviženém bloku hněvotínské hrásti, bývalá cihelna v Nemilanech; B. holocenní fluviální sedimenty v nárazovém břehu řeky Moravy u Moravičan.Snímky Ondřej Bábek

Řeka jako citlivý altimetr: říční agradace a degradace

Vertikální uspořádání vrstev (stratigrafie) vypovídá o tom, v jakém pořadí se jednotlivé události zaznamenané v sedimentech odehrávaly. Čím hlouběji pod povrchem sediment leží, tím je starší, jak zní osvědčené pravidlo superpozice. O stratigrafii vrstev na dně Hornomoravského úvalu dobře vypovídají odkryvy (obr. 3) nebo geofyzikální data – profily elektrické odporové tomografie (obr. 2), které zobrazují podpovrchovou distribuci měrného odporu (převrácené hodnoty měrné vodivosti). Vodivost horniny poněkud překvapivě ovlivňuje více její minerální složení, než nasycení vodou (pokud tedy máme na mysli sladkou, nepříliš mineralizovanou vodu). Typicky vysoce vodivým materiálem je skupina tzv. jílových minerálů (illit, kaolinit, montmorillonit, vermikulit ad.), jejichž nepříliš pevná, vrstevnatá krystalová struktura umožňuje výměnu elektricky vodivých iontů s okolním prostředím. Přítomnost jílů proto prudce snižuje měrný odpor sedimentů. Pliocenní jezerní jíly představují podstatnou část výplně Hornomoravského úvalu. Říční štěrkopísky jsou naopak elektricky málo vodivé díky vysoké koncentraci křemene a živců (které fungují jako izolátory), přestože jsou nasycené vodou. Profily na obr. 2 ukazují typickou stratigrafii Hornomoravského úvalu s dobře vodivými pliocenními jíly na bázi (modré odstíny). Nad nimi leží několik metrů mocná vrstva štěrkopísků s vysokým měrným odporem (červené a žluté odstíny) a nakonec velmi tenká kůrka jemnozrnných nivních sedimentů (zelené odstíny) nebo spraší (světle modrá a zelená). Tento jednoduchý „palačinkový“ (layer cake) stratigraficky vzor odvozený z geofyziky jednoznačně potvrzují i vrty (obr. 2).

Interpretované profily elektrické odporové tomografie a doprovodné litologické údaje z vrtů na třech lokalitách Hornomoravského úvalu. Údaje opticky stimulované luminiscence uvádějí stáří v tisících letech před dneškem (ka).

Z geofyzikálního profilu a vrtu v Dubu nad Moravou a z datovaného vzorku v hloubce 7 m lze odvodit, že spádová křivka Moravy byla před ~34,5 tisíce let asi o 4 metry níž než dnes, kdy je dno řeky v úrovni přibližně 199 m n. m. Spádová křivka řeky za tu dobu vystoupala o 4 m, pravděpodobně proto, že její podloží adekvátně pokleslo – geomorfolog by řekl, že Morava agradovala. Nicméně pouhé 4,1 km směrem k severovýchodu, na profilu Majetín, stejná řeka před 92,6 tisíce let zanechala sediment v nadmořské výšce 206 m, tedy 7 m nad dnešní úrovní. Je pravděpodobné, že v této zahloubila (degradovala). S těmito údaji posléze můžeme nastínit pravděpodobný rychlostní scénář vývoje: v první fázi se Morava zařízla do svého podloží o 11 m průměrnou rychlostí ~19 cm za tisíc let a následně vystoupala o 4 m rychlostí ~12 cm za tisíciletí.

Tektonická, nikoli klimatická změna

Agradace a degradace mohou mít v podstatě dvě zásadní příčiny: tektonický pokles či výzdvih podloží, nebo změnu klimatu, které prostřednictvím průtoku a množství transportovaného sedimentu diktuje řece tendenci k zanášení nebo naopak vyklízení svého dna. Majetínský profil je reliktem říční terasy. Na svazích Hornomoravského úvalu existuje podobných kvartérních teras řada; jsou definovány podle relativní výšky nad dnes aktivním tokem řeky. Nejvyšší terasa, nazývaná kokorský konglomerát, leží až 55 m nad řekou; další terasy – lukovská, brodecká a kralická – sestupují jako gigantické schodiště vždy o deset až dvacet výškových metrů ke dnu údolí. Naproti tomu v nedalekém lutínském příkopu byly přibližně stejně staré kvartérní říční sedimenty navrtány v hloubce asi 60 m pod dnešní úrovní řeky (obr. 4). Stáří sedimentů na těchto terasách není spolehlivě ověřeno, nicméně na základě korelace se severským zaledněním a říčními systémy v Českém masivu lze vcelku rozumně předpokládat, že vznikaly v období kvartérních glaciálních a interglaciálních stupňů elster, holstein, saal, eem, weichsel a holocén, tedy v součtu něco přes 400 tisíc let [4]. Součet výškového rozdílu mezi nejvyšší terasou a nejníže navrtanými sedimenty činí 115 m, což už je pořádná dávka na to, aby byla způsobena prostou úpravou spádu řeky vlivem měnícího se klimatu. Pokud by se Morava ve stupni elster zařízla na ~150 m n. m. bez doprovodného výzdvihu, dostala by se na nadmořskou výšku jejího dnešního soutoku s Dyjí u Lanžhota o nějakých 150 říčních kilometrů dále v místě, kde dnes opouští Českou republiku. Jinými slovy, tři čtvrtiny zbývající délky až k soutoku s Dunajem by řeka měla nulový spád. Kromě toho stáří brodecké terasy a výplně lutínského příkopu, tedy dvou výškových úrovní lišících se o více než 50 m, je shodně odhadováno jako elster.

Je téměř jisté, že tyto vertikální skoky nebyly vyvolány klimatickou změnou, ale tektonickými pohyby na zlomech během sedimentace nebo po jejím ukončení. Rozdíly v mocnostech starších pliocenních sedimentů, viditelné v geologickém řezu severní části úvalu (obr. 4), tuto úvahu potvrzují, stejně jako geologický kontext Hornomoravského úvalu.

Příčné geologické profily Hornomoravským úvalem sestrojené z vrtných dat a jejich interpretace v kontextu zlomové tektoniky území. Linie profilů jsou uvedeny v obr. 1.Schéma podle [6], upraveno

Tektonický pohyb sedimentační pánve vyžaduje přítomnost zlomů a ty jsou rozhodně k dispozici. Hornomoravský úval je omezen několika regionálně významnými zlomy, např. temenickým, kosířským a holešovským zlomem nebo zlomovým systémem nectavsko- kvasickým. Všechny tyto poruchy se projevují jako morfologicky výrazné prudké svahy, které rovinu Hané ohraničují (obr. 5). Kupříkladu kosířský zlom svou prominentní morfologií zajistil nedalekému vrcholu Velkého Kosíře roztomilý lidový název „hanácké Mont Blanc“. Temenický zlom a další zlomy situované severně od Hornomoravského úvalu (bělský, klepáčovský) jsou dodnes seismicky aktivní a vykazují slabá zemětřesení s lokálním magnitudem M_L = 0,6 až 2,5 a ohniskovými hloubkami 9 až 18 km [6]. V nadloží bělského zlomu se objevují kvartérní alkalické bazické vulkanity, tzv. „bruntálské sopky“. Na zlomech v okolí úvalu dochází k výronu uhličitých minerálních vod (Horní Moštěnice, Těšíkov, Slatinice, Teplice nad Bečvou), které nesou zjevný izotopický signál ze zemského pláště [7].

Sedimentační historie Hornomoravského úvalu tak vlastně velmi hezky zapadá do poměrně členité mozaiky geologických projevů a nabízí téměř učebnicový příklad tektonicky aktivní příkopové propadliny. Geodynamickou příčinou jejího vzniku je reakce evropsky významného labského zlomového systému na dozvuky sunutí příkrovů západních Karpat, ale to už je zase jiná kapitola.

Příčný pohled k západu na rovinu Hornomoravského úvalu od východního okraje Drahanské vrchoviny (obec Chudobín v popředí) směrem k úpatí Nízkého Jeseníku, který je vzdálen asi 21 kilometrů. Úpatí Nízkého Jeseníku se zhruba kryje s průběhem temenického zlomu.Snímek Ondřej Bábek