Tlakové pole silně ovlivňuje intenzitu eroze a zvětrávání, zjistil tým vědců pod vedením Jiřího Bruthanse

Doc. RNDr. Jiří Bruthans, Ph.D. z Přírodovědecké fakulty Karlovy univerzity zkoumal vliv napětí daného gravitací na erozi pískovce. Jeho týmu se poprvé podařilo nasimulovat vznik dokonale vyvinutých skalních bran a modelovat vznik skalních útvarů v počítači. Získal za to Cenu předsedkyně Grantové agentury České republiky 2019.

Projekt se zabýval vlivem tlaku či napětí v hornině na zvětrání a erozi pískovce a vznikem skalních útvarů, jako jsou například skalní brány, převisy nebo skalní hodiny. Horninový tlak je přítomen v každé skále na Zemi, jeho vlivu na erozi a zvětrání však dosud nebyl přikládán význam. Fyzikální modelování s pískovcem z lomu Střeleč i s dalšími materiály z České republiky i zahraničí prokázalo, že tlakové pole silně ovlivňuje intenzitu eroze, solného a mrazového zvětrání, a je příčinou vzniku skalních útvarů.

Pískovcová skála je ve skutečnosti obrovský shluk pískových zrn, jež se vzájemně dotýkají a tlačí na sebe díky své vlastní váze a působení gravitace. Pokud v některé části skály odpadne blok či se vytvoří trhlina, tlak se změní v celém tělese. Celá pískovcová skála je tedy propojena tlakovým polem do jediného tělesa. Eroze je nejrychlejší tam, kde je pískovec stlačený málo. Zato tam, kde je tlak vysoký, je eroze příliš slabá, aby mohla skálu poškodit. Tlakové pole tak vlastně erozi řídí. Nechává ji odstranit zbytečnou zátěž, která nepřenáší žádnou váhu a jen ohrožuje stabilitu skalního tvaru. Přitom vysoký tlak drží pohromadě nosné prvky a brání tak erozi, aby je odstranila.

„K našemu objevu jsme se dostali v podstatě náhodou, když jsme v lomu Střeleč v Českém ráji, kde jsme zkoumali vznik kanálů vytvořených podzemní vodou, narazili na speciální druh pískovce, který okamžitě reaguje na vliv tlaku ve vodě. To, co bychom museli sledovat statisíce let, jsme schopni zviditelnit během pouhých desítek sekund či minut. Hlavním zjištěním v našem projektu je pochopení vlivu tlaků na vznik skalních bran. Výsledkem výzkumu je kromě fyzikálního modelování i nový numerický model, kde je eroze simulována v počítači. Ten umožňuje modelovat i složitější skalní útvary,“ říká Jiří Bruthans.

Výzkum probíhal nejen v České republice, ale také v zahraničí: na Stolových horách v Jižní Africe, v jordánské Petře a na Koloradské plošině v USA. Výsledky projektu byly publikovány v prestižních magazínech, například v časopise Geology.

V současnosti začínáme zkoumat vliv tlaku na erozní a zvětrávací procesy u jiných materiálů než u pískovce a zabýváme se také dalšími fyzikálními poli, které ovlivňují zvětrání. Jde například o vliv hydraulického pole čili pole vlhkosti, v hornině na to, kde budou deponovány například sole a kde bude docházet k solnému zvětrání u soch nebo přírodních útvarů. Tyhle procesy jsou velmi málo studovány a málo se o nich ví. Dochází tam k velmi složitým interakcím, které je třeba prostudovat, aby se tomu fenoménu lépe rozumělo,“ popisuje budoucnost Jiří Bruthans.