Jak vznikala Pravčická brána a vysvětlení geologů

 

Pravčická brána je u nás unikát, to znamená, že jinde v republice se s podobným jevem nesetkáme. Už jsem ji na blogu představila ZDE. Dnes se zaměříme na poznatky vědců, kteří přišli na to, jak ona a jí podobné útvary vznikly a vznikají. 

Pravčická brána je symbolem Českého Švýcarska.

Sedimenty (usazeniny) na území Českosaského Švýcarska se ukládaly v období svrchní křídy v druhohorách (Svrchní křída je geologické období v době před cca 100 až 66 miliony let). V tomto období se zde vyskytovalo moře, které bylo v této své severní části poměrně mělké. Ukládaly se zde především křemenné pískovce. Tam podstatnou část zrn tvoří křemen, který je tvrdý. Někdy došlo k prohloubení pánve (zvýšení mořské hladiny) a ukládaly se naopak prachovce, které tak dnes oddělují pískovcové vrstvy. Samotná brána je tvořena jizerským souvrstvím, které se ukládalo od středního do počátku svrchního turonu a nabývá mocnosti od 350 do 420 metrů. (Turon je druhý nejstarší chronostratigrafický stupeň oddělení svrchní křídy).

Šikmé zvrstvení pískovcových vrstev ukazuje na převládající jihovýchodní směr mořských proudů, na rozdíl například od západního proudění patrného na skalách bělohorského souvrství (například ve Hřensku).  Po ústupu moře se na erozi a odnosu materiálu podílelo více faktorů. Především to byla hloubková říční eroze, která vytvořila strmé skalní svahy. Horniny byly následně vystaveny zvětrávání, došlo k odnosu jejich méně pevných částí, a tím ke vzniku různých útvarů pískovcového reliéfu. Při formování skalní brány nejprve došlo k vytvoření tzv. skalní zdi postupným opadáváním kusů pískovce a skalním řícením podél souběžných puklin v pískovcovém masivu. Ve spodní části zdi potom z obou stran vznikl převis, který se dále postupně rozšiřoval ve směru nahoru a do stran, až došlo k úplnému proděravění zdi. Ostré hrany zbylé po opadu materiálu jsou časem zahlazovány zvětráváním (solným či mrazovým) nebo bioerozí.

Naši vědci přišli na to, jak takové skalní útvary vznikají. Výsledky výzkumu zveřejnil časopis Nature Geoscience. Z toho jsem čerpala. V rozhovoru s Václavem Rokytou výzkum popsal jeden ze členů vědeckého týmu Michal Filippi z Geologického ústavu Akademie věd České republiky.

Pravčická brána na Děčínsku a další podobné skalní útvary vznikly tak, že se skály samy zbavovaly zbytečné váhy. Zjistil to česko-americký tým odborníků vedený českými vědci z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy a Akademie věd.

Michal Filippi

Vaše zjištění je jistě zlomové a unikátní, ale co si my laici máme představit pod tím, že se Pravčická brána a další útvary samy zbavovaly zbytečné váhy?

„Je potřeba říct, že ten výzkum probíhal dlouhou dobu a byl založen na mnoha experimentech, takže každé krátké vysvětlení je složité. Když to ale nějakým způsobem zkusím: jde o pískovec, který nemá tmel, což je případ mnoha pískovců v České republice a především unikátního pískovce ze Střelče v Českém ráji. „Když se tento pískovec stlačí, má speciální vlastnosti a je odolný vůči erozi. To znamená, že když je stlačený, eroduje se těžce, když je nestlačený, eroduje se lehce. V případě, že porušíte stlačený pískovec, který je stlačený svou vlastní vahou, svým nadložím, a porušíte ho nějakým zlomem nebo jinou diskontinuitou, pískovec obteče tuto poruchu přenosu tíhy. A část pískovce, která není zatížená, se lehce eroduje vodou, větrem, zvětráváním a dalšími procesy. Je možno říci, že tvary závisí na zatížení a porušení přenosu tíhy."

Dá se říct, že se ty pískovcové skály chovají inteligentně?

"Obrazně to říci můžeme. Mnohé známé tvary, jako Pravčická brána a jiné brány, skalní hřiby a sloupky, už jsou zakódované ve skále pouze tím, že je stlačená a nějak porušená tektonickými poruchami. Tím, že eroze může působit jen někde, kde skála dovolí, vytváří tvary, které už tam jsou vlastně definované."

Simulace vzniku Pravčické brány, foto: ČT24 / časopis Vesmír

 

Kolik takových skalních útvarů podobných Pravčické bráně vůbec najdeme?

"To je právě zajímavé a tím ten výzkum nabyl velice rychle na známosti, protože ty skalní útvary jsou běžné prakticky v každé oblasti na světě, kde se nacházejí pískovce. Můžeme je sledovat u nás, naše země je bohatá na pískovcové krajiny. Můžeme je vidět v Německu, Belgii, Francii. Nejznámější je samozřejmě národní park Arches v americkém Utahu, kde jsou pískovcové fenomény mimořádně pěkně dochované. Ale také je najdeme třeba v Jordánsku a dalších zemích. I proto výzkum zaujal spoustu lidí ze spousty zemí."

Vy jste zmínil, že ten výzkum byl dlouhodobý, jak dlouho přesně trvala a jak se bude vyvíjet dál, pokud v něm budete pokračovat?

"Předně je potřeba říci, že, jako mnoho výzkumů, také tento výzkum začal vlastně náhodou. Kolega Jiří Bruthans se začal tomuto jevu věnovat jako první právě v tom lomu Střeleč si toho všiml náhodou. Postupně se tomu začali věnovat další lidé a dospělo se k oné myšlence. Ty aplikace směrem do základního výzkumu, do geologického nebo i technického, protože tohle bude zajímat i mechaniky hornin, geotechniky atd. My to samozřejmě nemůžeme teď předpovědět, ale myslím, že právě směrem do té geomechaniky ta nějaké aplikace bude a je jen otázka času, kdy se nějaký aplikovaný výzkum na toto téma objeví."

Neustálý pohyb a metody měření
Pro pochopení, jak brána funguje, je potřeba znát její stavbu. Oproti nejznámějším skalním branám světa není Pravčická brána monolitickým tělesem, ale sestavou skalních bloků oddělených prasklinami a puklinami v pilířích, na kterých leží masivní mostní těleso trámce brány. Ač se nám to pouhým okem nemusí zdát patrné, jsou jednotlivé bloky Pravčické brány v neustálém pohybu. Mezi bloky probíhají drobné deformace a vychylování, které mají rozdíl mezi letními a zimními hodnotami až 3 milimetry (Vařilová et. al 2014). To bylo ověřeno při kontrolním monitoringu deformačního chování blokové stavby brány provozovaném skalní četou. Křivka měřených pohybů má v ideálním případě tvar sinusoidy, veškeré pohyby a deformace se periodicky vracejí a neprojevuje se žádná nevratná změna. Sledování blokové stavby se provádí dilatometricky ručně a také automaticky. Takto lze sledovat aktuální stav blokové stavby Pravčické brány a to jestli jako celek je kompaktní a stabilní.

Měření geologickým radarem a interpretace výsledků, zóny nejvyššího napětí.
Archiv Správy NP České Švýcarsko

Dilatometrické měření je nejdéle provozovaným kontrolním sledováním stavu Pravčické brány, ale není ani zdaleka jedinou používanou metodou. Vzhledem k tomu, že se jedná o národní přírodní památku, je nutno veškeré průzkumné metody volit tak, aby nedocházelo k nadměrnému poškozování jejího přirozeného vývoje. K tomuto účelu se hodí zejména různé metody geofyzikálního průzkumu a dálkového průzkumu země. Na Pravčické bráně byly využity zejména geologický radar, elektro-rezistivní tomografie nebo seizmická tomografie. Dále byla brána skenována pomocí pozemního laseru, pomocí dronu s přesným geodetickým polohováním byla fotogrammetricky nasnímána a také byl takto pořízen její termometrický snímek.

Termometrie Pravčické brány pomocí dronu. Archiv Správy NP České Švýcarsko

První ze zmíněných metod je geologický radar, který vysílá do země elektromagnetické vlnění a registruje odrazy vln od geologických vrstev, puklin a jiných rozhraní, odlišných svými geoelektrickými vlastnostmi, jako je měrný a vlnový odpor nebo permitivita. Metoda byla použita pro základní zmapování průběhu hlavních vrstevních ploch a otevřených puklin, které mohou být nebezpečné pro stabilitu skalního útvaru a pro definování blokové stavby brány.

Pomocí metody měření šíření seizmických vln je možno zaznamenat napjatost a geomechanický stav horninového masivu a ověřit napjatost v dílčích blocích a chování v celém masivu. Základní profil geofonů pro registraci seizmických vzruchů sleduje trámec brány. Seizmické vzruchy byly bráně udíleny údery kladiva do gumové podložky, aby bylo zabráněno nadměrnému poškozování povrchu Pravčické brány. Právě touto metodou bylo v poslední době mezi měřením provedeným v roce 2008 a 2016 zaznamenáno zvýšení seizmických rychlostí při povrchu trámce, což pravděpodobně znamená zvýšení napětí v hornině (Beneš 2016). Tento trend bude nutno dále sledovat.

Seismický model Pravčické brány. Archiv Správy NP České Švýcarsko

V nedávně době byla Pravčická brána prozkoumána i pomocí dálkových metod, byla snímána laserově, fotogrammetricky a termometricky. Je k dispozici podrobný digitální model povrchu brány nebo fotorealistický model. Velice zajímavé výsledky přinesla letecká termometrie pomocí dronu. V podzimních studených měsících roku 2016 byla brána snímána, před vlnou největších mrazů, pro zjištění vlhkosti v povrchových partiích brány. Teplota vzduchu byla -2,7 °C a na skalním masivu byla měřena teplota okolo 0,3 °C. Měření bylo zaměřeno na teplotu v intervalu několika stupňů kolem nuly v kladném i záporném smyslu. Během letu bylo pořízeno přibližně 2000 snímků radiometrických fotografií ze vzdálenosti 15 až 40 metrů a ty byly položeny na připravený model brány. Na povrchu brány byly takto detekovány zóny s vyšší vlhkostí a v pozdějších týdnech byl předpoklad potvrzen vznikem ledových rampouchů a ledopádů.

Sledování pokračuje, zřícení akutně nehrozí

K ochraně přírodního výtvoru Pravčická brána už v tuto chvíli nelze uskutečnit žádný další krok, zákaz vstupu výrazně pomohl zachování tohoto cenného skalního útvaru. Byly sice nápady například na impregnaci povrchu brány nebo její fixaci, ale podobné zásahy by mohly bráně spíše uškodit. Impregnace povrchu by pravděpodobně pouze zintenzivnila opad zralé krusty a fixace by mohla narušit blokovou stavbu a tím přispět fakticky k jejímu zřícení. Jediné, co se dá smysluplně udělat, je pokračovat ve zkoumání brány a díky nabytým zkušenostem vyhodnocovat budoucí situace. V tuto chvíli a v blízké budoucnosti pravděpodobně ke zřícení Pravčické brány nedojde, ale určitý stupeň rizika zde existuje. V současnosti je sledována dynamika blokové stavby vnějšího pilíře brány, kde naštěstí žádný významný nevratný jev, který by byl pro existenci brány nebezpečný, není. Dalším nebezpečím je opadávání zralé pískovcové krusty zejména z povrchu vnitřního pilíře, ale to na stabilitu samotné brány nyní významný vliv nemá. Potenciálně nebezpečné by však mohlo být prošlapávání, proto je zákazem vstupu zajištěno, aby k tomu nedocházelo.

 

Pravčická brána a Sokolí hnízdo

K Pravčické bráně patří výletní zámeček Sokolí hnízdo. Vybudován byl roce 1881 na místě chatrče z dubové kůry, která sloužila jako výčep. Původně bylo Sokolí hnízdo využíváno k ubytovávání významných hostů zdejšího rodu Clary-Aldringenů. Dnes je v prvním patře nachází muzeum národního parku. V přízemí se dochovala stylová restaurace vyzdobená původními malbami.

zdroj: cesky.radio.cz, www.casopis.ochranaprirody.cz