Když bahno teče jako ledovec

Už několik desetiletí si věda láme hlavu nad zvláštními, několik desítek metrů vysokými kopci rozesetými po různých částech Marsu. Je přitom zřejmé, že nejde o dílo eroze – na jejich vrcholku je totiž zpravidla malý kráter, ze kterého občas něco vyteklo a rozlilo se do okolní krajiny. Na první pohled tyto útvary připomínají malé sopky, které tak dobře známe ze Země. Jenže právě tady začíná problém. Nevíme totiž, jestli se skutečně díváme na sopky vzniklé výstupem magmatu a roztékáním lávy. Ze Země totiž víme, že může existovat i vysvětlení jiné – mohlo by jít o projevy bahenního vulkanismu, a tedy o bahenní sopky. Snaha najít odpověď na tuto otázku mě pronásleduje už velkou část mé vědecké kariéry.

Řada vědců a vědkyň totiž navrhovala, že by se bahenní sopky mohly nacházet i na povrchu Marsu. A jako jejich analogii často používali útvary z Ázerbájdžánu – země na rozhraní Evropy a Asie s největší koncentrací bahenních sopek. Jenže čím déle jsem se na některé marsovské útvary díval, tím silnější byl můj dojem, že něco nesedí. Řada z nich měla jiné tvary, jiné sklony svahů i jinak vypadající proudy, než známe z ázerbájdžánských příkladů. Velkou část dosavadní kariéry jsem tak strávil snahou dokázat, že mnoho z marsovských kuželů muselo vzniknout kvůli výstupu lávy na povrch.

1. Bahenní sopku Lokbatan v Ázerbájdžánu obklopuje „měsíční krajina“. Při pohledu na satelitní snímky vypadá centrální kráter jako drobná elipsa v centru šedomodré zóny, tvořené rozsáhlými bahenními proudy rozlévajícími se do okolní krajiny.

Snímek upraven podle [1]

Roky jsem trávil čas nad satelitními snímky (obr. 1), prohlížel jednotlivé ázerbájdžánské bahenní sopky, měřil jejich topografické profily a porovnával jejich tvary se snímky z Marsu. Jenže satelitní snímky mají jednu zásadní nevýhodu. Nedovolují člověku skutečně pochopit tvar krajiny, a už vůbec ne její detaily. Na monitoru počítače jsou si totiž všechny kopce podobné. Člověk si špatně uvědomuje jejich skutečnou velikost, a co hůř – nemá možnost si osahat materiál, z něhož vznikly.

Cesta do Ázerbájdžánu

Naštěstí jsem znal někoho, kdo mi mohl s pochopením ázerbájdžánských bahenních sopek pomoci. Geologa Adriana Mazziniho z Univerzity v Oslu, jednoho z předních světových expertů na sedimentární vulkanismus. Z běžné výměny pár e-mailů s dotazy na tento fascinující jev se záhy vyklubala vědecká spolupráce, ve které jsme skloubili mé znalosti o marsovských bahenních sopkách a jeho vědomosti o pozemských. Brzy přišla nabídka, která se neodmítá – účast na letní škole v Baku, kterou Adriano pravidelně organizuje.

2. V daném okamžiku vypadá centrální kráter bahenní ázerbájdžánské sopky Lokbatan jako oáza klidu. Kdesi v hlubině pod ním čeká na svou příležitost obrovské množství zemního plynu, které na povrchu vytváří pravidelné erupce jemného bahna, někdy doprovázené ohnivými sloupy samovzníceného plynu. Síla erupcí je veliká, když uvážíme, že průhled do krajiny na snímku vznikl proražením boční stěny kráteru při některé z předešlých erupcí. Povrch kráteru a jeho bezprostřední okolí pokrývají stopy po balvanech ztuhlé hmoty, které sopka vyvrhla při výbuchu provázeném tavením vyvrženého bahna.

Snímek Petr Brož

Mohl jsem na něco takového vůbec říct ne? Spatřit na vlastní oči bahenní sopky, do té doby viděné jen ze satelitních snímků? To byl můj sen. A když k tomu měl člověk možnost potkat lidi, kteří jejich výzkumu zasvětili velkou část života, nebylo o čem přemýšlet.

V roce 2019 jsem tak dostal první možnost podívat se na Lokbatan – jednu z nejaktivnějších pozemských bahenních sopek. Vlastně možná vůbec tu nejaktivnější. Několik set metrů široký a desítky metrů vysoký kolos leží na jihozápadním okraji Baku a erupcemi vstupuje do paměti zdejších lidí každých několik málo let.

Byl to zvláštní pocit. Svým způsobem i trochu znepokojivý. Stát na vrcholku bahenní sopky a hledět do několik desítek metrů širokého kráteru (obr. 2), na jehož dně mne zaujal úzký, přibližně metr vysoký bahenní komín. Až na několik stříkanců bahna, které čas od času vyslal do okolí, působilo celé místo podivuhodně klidným dojmem. Musel jsem si vědomě připomínat, co se tady občas odehrává.

Při pohledu západním směrem se mi otevřela krajina hrající všemi odstíny šedi. Zhruba každý jeden až dva roky odsud tím směrem vyteče nový bahenní proud schopný pokrýt stovky až tisíce metrů čtverečních, v důsledku čehož bezprostřední okolí sopky připomíná měsíční krajinu. V bahnu, vyschlých prasklinách a šedých lalocích proudů pomalu sestupujících po svahu se vegetaci moc nedaří (obr. 3).

3. Rozdíl mezi mladšími a staršími vrstvami usazenin vyvržených bahenní sopkou Lokbatan je snadno rozeznatelný podle jejich barevného odstínu. Šedé bahenní proudy patří k mladším erupcím, okrově zbarvené k starším, jejichž povrch už částečně osídlila polopouštní vegetace.

Snímek Petr Brož

Stačí však stočit pohled o pár stovek metrů dál a krajina se promění. Bahno přechází z šedých na okrové tóny a mezi prasklinami vykukuje řídká polopouštní vegetace.

Na satelitních snímcích této scenérie je však starší proud stále dobře patrný. Od „měsíční“ oblasti se táhne nejméně kilometr daleko, než jeho okraj splyne s okolní krajinou. Zatímco šedá oblast bahenní sopky vypráví jasný příběh o opakujících se erupcích produkujících relativně malý objem bahna, okrová napovídá, že čas od času musela sopka překrýt značnou část krajiny nepředstavitelným množstvím polotekuté mazlavé hmoty. To už není jen geologická zajímavost, ale událost, o které stojí za to chtít vědět něco víc.

Oheň a bahno

Kužel Lokbatanu se nachází uprostřed ropného pole. Ať se z vrcholku díváte kterýmkoliv směrem, přelétáte mezi siluetami infrastruktury těžby ropy a zemního plynu. Bahenní sopky a uhlovodíky jsou jako dvojčata. Nejde o náhodu. Pravé bahenní sopky vznikají díky uhlovodíkům ukrytým hluboko pod povrchem – mimochodem právě proto nejsou známé „bahenní sopky“ v českém Soosu z pohledu geologické definice pravými bahenními sopkami, ale bahenními vývěry spojenými s mofetami a výstupem oxidu uhličitého.

Ke vzniku pravé bahenní sopky je třeba splnit několik podmínek. Především musí jejich podloží tvořit mocné vrstvy jemnozrnných usazenin bohatých na vodu. V nich či pod nimi musí existovat zdroj uhlovodíků – zejména zemního plynu – a vrstva nepropustných hornin, pod kterou se těkavá surovina může hromadit. S tím, jak se plyn pod nepropustnou vrstvou hromadí, narůstá tlak, kterým na nepropustnou vrstvu tlačí. Pokud tento proces v horninách vytvoří slabé místo nebo prasklinu, plyn se prodere až k povrchu. Během výstupu přitom dokáže přemisťovat vodou nasycené usazeniny, díky čemuž se bahno horninami prodere až k povrchu, kde se může rozlévat a utvořit bahenní sopku.

Jindy je ale proces mnohem dramatičtější. Unikající zemní plyn se samovolně vznítí a promění poklidnou bahenní krajinu v pekelné ohnivé představení, viditelné kilometry daleko. V takové chvíli před sebou nemáte šedé bahno líně vytékající z kráteru, ale desítky metrů vysoký sloup ohně šlehající k nebi, schopný svým žárem část vystřikujícího bahna roztavit a vytvořit něco, co překvapivě připomíná skutečnou lávu.

Krajina, která se hýbe

V roce 2022 jsem dostal možnost se na bahenní sopku Lokbatan společně s Adrianem Mazzinim vrátit. Tentokrát už ale ne jako účastník letní školy, nýbrž jeden z lektorů. Stalo se tak jen několik týdnů po poslední bahenní erupci, která mně už dobře známou krajinu proměnila k nepoznání.

Stopy obklopující kráter prozrazovaly místa dopadu bloků bahna a kamení o průměru desítek centimetrů až pár metrů. Z místa, kam jsem vystoupal, se mi naskytl pohled na nový bahenní proud, pokrývající odhadem 3000 metrů čtverečních svahu. Nakonec to však nebyl hlavní důvod mého úžasu nad celým výjevem gigantické přírodní síly.

Při pokusu proud obejít mne zaujalo něco zvláštního. Místem přechodu mezi starším bahenním proudem a okolní krajinou procházel dlouhý úzký pás čerstvě vyhlížejících prasklin (obr. 4). Zprvu ty několik desítek centimetrů široké trhliny nepůsobily nijak dramaticky. Brzy mne ale upoutalo jejich podezřele souvislé uspořádání. Uvědomil jsem si, že nápadně provázejí podélný okraj staršího proudu, s nímž tvoří téměř dokonalé rovnoběžky. Jako kdyby někdo obří čepelí rozřízl krajinu vedví. Nedalo mi to a vydal jsem se podél nich dál.

4. Objev čerstvých pásů trhlin na okraji staršího bahenního proudu ve svazích bahenní sopky Lokbatanu vedl k hypotéze, že se celý starý proud pomalu pohybuje krajinou. Průzkum tohoto jevu odhalil dosud nezdokumentované chování usazeninových mas v okolí bahenních sopek.

Snímek upraven podle [1]

Jenže ani po několika desítkách metrů pás prasklin nemizel, zatímco okolní krajina se pomalu měnila. Čerstvé šedé bahno bezprostředního okolí kráteru vystřídala okrová barva starších částí proudu, porostlých řídkou polopouštní vegetací. Co se nezměnilo, byly ony podivuhodné praskliny, které pokračovaly dál. Po půl kilometru chůze mi začalo docházet, že jde možná o něco mnohem zajímavějšího než pouhé stopy po poslední erupci. V takové chvíli u sebe chcete mít někoho, s kým se o svůj úžas můžete podělit. Z kapsy jsem proto vylovil telefon a zavolal Adriana, který zůstal se studenty v okolí kráteru.

Dál jsme pokračovali společně, vedeni pásem trhlin, vinoucím se krajinou. Postupně nám došlo, že „stopa“, kterou jsme sledovali, nelemuje jen část starého bahenního proudu, ale téměř celý ho obepíná. Právě tady nás napadlo: Co když se pod našima nohama pomalu pohybuje celý bahenní svah?

Bahno jako ledovec

Myšlenka zněla zpočátku téměř absurdně. Bahenní proudy jsme si ve shodě s ostatními kolegy a kolegyněmi představovali jako něco, co jednou vyteče z kráteru, rozlije se po krajině a ztuhne v jednorázové geologické události. Jenomže průběh a tvar prasklin se tomuto příběhu vzpíral. Jako by se staré bahno mohlo i dlouho po erupci dále deformovat a pomalu „téct“ krajinou.

Jestli máme pravdu, budeme potřebovat data. A také pomoc lidí schopných rozumět jevům, na které jsme byli sami krátcí.

Pro začátek jsme na svahy Lokbatanu nainstalovali měřicí kovové tyče pro sledování případného pohybu povrchových vrstev v čase. Už první měsíce ukázaly, že některé části svahu se – sice pomalu, ale měřitelně – pohybují (obr. 5).

5. Hýbou se! Měřicí ocelové tyče, zapuštěné do povrchových vrstev starého bahenního proudu, umožnily sledovat jeho pomalou deformaci v čase. Opakovaná měření ukázala, že se některé oblasti proudu pohybují více než jiné. Směr pohybu bahenního proudu na jednotlivých snímcích ukazují šipky.

Snímek upraven podle [1]

Na pomoc nám přispěchal i expert na geofyzikální měření elektrické vodivosti Matteo Luppi. Jeho schopnosti nám umožnily nahlédnout pod povrch zdánlivě pevné bahenní krusty Lokbatanu. Několik desítek metrů pod povrchem jsme objevili na vodu bohatou vrstvu, o které si dnes myslíme, že by mohla fungovat jako zóna, po které může starý bahenní proud pomalu klouzat krajinou.

Záhy jsme si uvědomili, že se nemusíme spoléhat jen na pozorování provedená na místě, ale můžeme se také zaměřit na nepatrné deformace zemského povrchu s pomocí družic na oběžné dráze. Potřebovali jsme totiž vizualizovat pro lidské oči prakticky neviditelný pohyb krajiny. Co člověku v terénu připadá jako nehybný kopec, se na satelitních datech může proměnit v pomalu se deformující těleso. Proto do týmu vstoupil Michal Břežný z Ostravské univerzity, který si vzal na starost analýzu radarových satelitních dat pomocí pokročilé družicové metody dálkového průzkumu Země, zvané interferometrie pomocí radaru se syntetickou aperturou (InSAR).

Výsledky potvrdily, že celý „starý“ bahenní proud na Lokbatanu se krajinou pohybuje (obr. 6). Rychlost není tak dramatická jako u bahnotoků či jiných katastrofických sesuvů s až desítkami kilometrů za hodinu. Svah každoročně popojede o několik desítek centimetrů, přičemž tento pohyb není v čase rovnoměrný. Pohyb starého proudu závisí především na výronu bahna během nové erupce. Déšť, který běžně ovlivňuje pohyb zemních proudů, zde nehraje roli.

Mechanismus, který jsme v datech spatřili, nám začal nápadně připomínat pohyb ledovců. Stejně jako ledovec totiž i starý bahenní proud reaguje na přísun nového materiálu. Čerstvě vyvržené bahno tlačí na starší usazeniny a zvolna je uvádí do pohybu.

Trhliny na povrchu, kolem kterých jsme putovali okolo okraje proudu, se pohybují jinou rychlostí než střed bahenního jazyku a celé tělesose pomalu sune krajinou po vrstvě materiálu, fungující jako vlhký povrch ledového kluziště. Jen tu místo ledu krajinou tempem velmi unaveného šneka putují statisíce tun bahna.

Proces, který jsme přehlíželi

Tehdy nám hlavami blesklo: Co když Lokbatan není výjimečný?

Do týmu vstoupila postdoktorandka Caroline Fenske, zabývající se povrchovými procesy a paleoklimatem. Ve spolupráci s ní jsme začali systematicky procházet satelitní snímky dalších bahenních sopek v Ázerbájdžánu a hledat známky podobného pohybu (obr. 6). Zpočátku jsme očekávali, že najdeme jen několik málo případů. Jenže čím více lokalit jsme analyzovali, tím bylo jasnější, že sledujeme mnohem obyčejnější proces, než jsme si původně mysleli.

Nacházeli jsme další lokality, kde staré bahenní proudy nesly známky deformace. Někde se ukazovaly pásy trhlin, jinde posunuté okraje proudů nebo pomalé změny jejich tvaru mezi jednotlivými satelitními snímky. Podobné chování se nám podařilo rozpoznat u téměř dvaceti ázerbájdžánských bahenních sopek (obr. 7). Dovedlo nás to ke zjištění, že pomalý pohyb starých bahenních proudů není unikátní zvláštností Lokbatanu, ale pravděpodobně běžnou součástí vývoje bahenních sopek.

Šlo dost možná o nejpřekvapivější zjištění. Bahenní sopky totiž patří mezi geologické útvary, které lidstvo pozoruje po dlouhá staletí. Přesto zůstal jeden z jejich nejdůležitějších mechanismů chování doposud téměř nepovšimnutý.

6. Série satelitních fotografií ukazuje, jak se proudy usazenin, vyvržené bahenní sopkou Lokbatan, mění v čase. Zatímco vnitřní část proudu se během sledovaného období pohybovala, okraje bahenních proudů zůstávaly nehnutě na svém místě. Barevná kolečka označují referenční útvary na povrchu, jejichž vzájemná poloha na jednotlivých snímcích umožňuje rozlišit pohybující se oblasti od statických částí proudu.

Snímek převzat z [1]

Co bude dál

Přes úspěch v popisu mechanismu výrazně měnícího pohled na vývoj bahenních sopek jsme stále teprve na začátku. Spousta nezodpovězených otázek zůstává. Co přesně pohyb bahenních proudů způsobuje? Jak je rychlý? Jak přesně vypadá vrstva, po které bahenní proud „klouže“, a jak velké představuje riziko pro infrastrukturu nacházející se v okolí bahenních sopek? Grantové agentuře České republiky jsme proto předložili společný projekt s cílem tento fascinující mechanismus pohybu bahna detailněji prozkoumat. Nejde totiž jen o akademickou zajímavost. V krajině plné ropovodů, silnic a těžební infrastruktury může mít podobný proces velmi praktické důsledky.

A možná nejen na Zemi. Pokud se mohou bahenní proudy pomalu pohybovat krajinou v Ázerbájdžánu, mohl by podobný mechanismus fungovat i na povrchu Rudé planety a dalších světů Sluneční soustavy.

7. Bahenní sopky v Ázerbájdžánu „tečou“ jako ledovce. Ukázala to naše data měřených pomalých projevů starých bahenních proudů. Výsledky naznačují, že tento proces může být u bahenních sopek mnohem běžnější, než věda dosud předpokládala.

Snímek převzat z [2]

Poděkování autora za spolupráci při výzkumu: Michal Břežný, katedra fyzické geografie a geoekologie Přírodovědecké fakulty Univerzity v Ostravě Caroline Fenske, Geofyzikální ústav AV ČR.