Výzkum a dokumentace

Ochrana přírody 1/2009 — 20. 2. 2009 — Výzkum a dokumentace — Tištěná verze článku v pdf

Hranická propast očima geologů

autoři: Jiří Otava, Milan Geršl, Josef Havíř, Ondřej Bábek, Marcel Kosina

Podle dosud provedených měření se jedná o nejhlubší propast České republiky. Ač byla mnohokrát zkoumána potápěči i pomocí automatických sond, její přesná hloubka zůstává dodnes velkou záhadou. Podle posledního měření z roku 1995 činí 274,5 metrů, z toho -69,5 m suchá část a 205 m část zatopená. Ovšem ani speciální robot Hyball, který výzkum prováděl, dna nedosáhl. Podle odhadů speleologů a geologů může být hloubka dokonce až 800 metrů.

Hranická propast je součástí Hranického krasu, který je součástí hranického paleo­zoika. Hranický kras je vázán na výchozy prvohorních (devonských a karbonských) vápenců, nepravidelně vystupujících v izolovaných krách na ploše cca 5×5 km po obou stranách průlomu řeky Bečvy ve kře Maleníku. Poloha Hranického krasu na rozhraní dvou významných evropských geologických celků – Českého masivu a Západních Karpat – předznamenala také jeho pestrý geologický vývoj.

Usazování vápenců můžeme zařadit do geo­logického období středního až svrchního devonu a počátku karbonu (tj. asi před 380-350 miliony let), jedná se o vápence tzv. macošského a líšeňského souvrství. Maximální mocnost vápencových souvrství je odhadována na 1 000 m. Pro starší macošské souvrství platí, že šlo o sedimentaci na karbonátových plošinách, v lagunách a na korálových útesech v teplém prosluněném tropickém moři. Vápence líšeňského souvrství již odrážejí prohloubení sedimentační pánve, usazování úlomkovitého materiálu vzniklého především rozrušením starších vápenců. K sedimentaci dochází na svahu a v depresích a vzniklá facie bývá obecně nazývána kalciturbidity. Sedimentace líšeňského souvrství byla v okolí Hranické propasti završena usazováním brekcií (místy s fosfority) stáří svrchní famen (devon) až svrchní tournai (spodní karbon).

Krasovění vápenců probíhalo v několika periodách (Otava 2005), zjednodušeně řečeno vždy, když se hornina v důsledku geologických pochodů stala souší a atmosférické vody ji tak mohly postupně rozpouštět. Prvopočátek krasového procesu proběhl patrně již v prvohorách v období středního až svrchního devonu a počátku karbonu. Nedávné výzkumy (Havíř – Bábek – Otava, 2004) prokázaly výrazné přerušení sedimentace mezi macošským a líšeňským souvrstvím v prostoru Zbrašovských aragonitových jeskyní. V Hranické propasti se zatím bohužel tuto část profilu nepodařilo zastihnout, je však nanejvýš pravděpodobné, že zde v dosud nepoznané hloubce existuje. Tato „oslabená zóna“ se stala nejen příčinou prvotního zkrasovění, ale byla využívána i během všech následných krasových fází. Ve visé (spodní karbon) pak byl Hranický kras zalit mořem a zakryt mohutnou, několik kilometrů mocnou vrstvou flyšových usazenin tzv. kulmské facie. Jak brekcie s fosfority, tak i sedimenty kulmské facie se nacházejí v zářezu trati jen několik stovek metrů severozápadně od propasti. V průběhu variské orogeneze byly prvohorní sedimenty zvrásněny a zešupinatěny s výraznou vergencí (směrem pohybu) k JV až VJV. Běžně se tak dostávaly starší sedimenty do superpozice nad mladší sedimenty (např. Bábek – Otava 2006). V důsledku vyšších tlaků a teplot došlo ke zbřidličnatění, které je zvláště dobře pozorovatelné u vápenců.

Odnos nekrasových sedimentů a obnažení vápencového podloží trvalo desítky milionů let. Další fáze krasovění je proto předpokládána až v mladších druhohorách (křídě), jejím důkazem je výskyt sedimentů rudického typu v paleokrasových dutinách. Ty byly již v minulosti zastiženy v nedalekém lomu Skalka hranické cementárny, ve vrtech v širším okolí lomu i v Hranické propasti, v údolí Bečvy při průzkumech pro stavbu přehrady, dále ve Zbrašovských aragonitových jeskyních a v nově ražené spojovací štole, balneologických vrtech v Teplicích nad Bečvou a jinde. Jedná se o pestrobarevné červené, fialové, okrové, zelené i bílé kaolinické křemenné štěrky, písky a jíly, místy zpevnělé, které se usadily patrně ve spodní křídě. Tyto sedimenty vznikly kaolinickým a lateritickým zvětráváním a jsou odrazem působení specifického paleoklimatu (subtropické až tropické, humidní), pod jehož vlivem se střední Evropa ocitla dvakrát v rovníkovém pásu.

Klasické krasovění probíhalo i ve třetihorách a přetvářelo samozřejmě nejen podzemní dutiny, ale i povrchový reliéf. Tvary předmiocénního reliéfu Hranického krasu částečně tušili již geologové, kteří zpracovávali vrtné profily získané během ložiskového průzkumu a výzkumu v 50. a 60. letech 20. století. Teprve komplexní zpracování 269 vrtů a zobrazení paleoreliéfu v 3D zobrazení (Bíl, Skácelová in Otava et al. 2004) ukázalo podobnost s dobře vyvinutým krasovým povrchem, jak jej známe například z Moravského krasu nebo mnoha míst Slovenska či Slovinska. Vyvinuta jsou zde stará krasová údolí, závrtové řady, obří deprese či poloslepá údolí. Tato perioda krasovění byla ukončena miocénní mořskou záplavou (karpat, spodní baden), která zkrasovělý reliéf znovu pohřbila pod mohutnou vrstvou nekrasových sedimentů, takže v současnosti na povrch vystupují pouze ojedinělé obnažené vápencové výchozy (Hůrka, Velká a Malá Kobylanka, U Kostelíčka, Zbrašov apod.). Miocénní moře zanechalo své stopy nejen na povrchu, ale i v podzemních prostorách Hranického krasu, kde byly v sedimentech nalezeny zkamenělé schránky tehdy žijících měkkýšů (např. nález hřebenatek ve Zbrašovských aragonitových jeskyních). Hřebenatky jsou poměrně běžné i ve vápnitých pískovcích vystupujících při horní hraně Hranické propasti. Častým fenoménem jsou stopy po vrtání mořských organismů na stěnách bývalých podmořských jeskyň a závrtů, ale i na vápencových valounech.

Zhruba ve stejné době, tedy ve spodním badenu, docházelo k sunutí karpatských příkrovů k SZ na Český masiv; čelo těchto příkrovů můžeme pozorovat např. poblíž lomu Skalka hranické cementárny. Asi 1 km severovýchodně od Hranické propasti byla navrtána troska paleontologicky prokázaného eocénního karpatského příkrovu mocná více než několik desítek metrů. Došlo tak samozřejmě nejen k posunutí a rozlámání uložených sedimentů, ale zejména k oživení starých geologických zlomů a hydrotermálního krasovění.

Zakrytá geologická mapa okolí Hranické propasti (Otava et al. 2008)

Historie geologického poznání

Historie geologického poznávání propasti sahá až do 16. století. Dvacáté století přineslo řadu výzkumů, na jejichž základě bylo formulováno mnoho názorů na genezi geologického vývoje této oblasti.

M. Remeš počátkem 20. století provedl zevrubnou rešerši tehdejších znalostí o propasti. J. Šindel zaznamenal podrobná měření vodních stavů a teplot, H. Hassinger vytvořil opěrné dílo zabývající se Moravskou bránou a okolím především z pohledu geomorfologického vývoje oblasti. Z obecně geologického pohledu se oblastí zabývali v minulosti K. Zapletal, V. Homola a velmi intenzivně v rámci základního geologického, ložiskového i karsologického průzkumu J. Dvořák a J. Slezák (např. 1953). Geomorfologickými i karsologickými souvislostmi se zabývali J. Kunský, V. Panoš (1953) J. Dosedla a V. Strnad (1955), kteří rovněž podrobně zhodnotili vývoj názorů. Poslední shrnutí znalostí o studované oblasti bylo tématem bakalářské práce M. Geršla, studium kenozoických sedimentů kry Maleníku je pak náplní diplomové práce (Geršl 2001). V minulé dekádě opět ožil základní geologický výzkum oblasti v rámci mapovacích projektů České geologické služby, odevzdány byly mapové listy v měřítku 1 : 25 000, zahrnující Hranický kras, a to Hranice 25-123 a Kelč 25-141 včetně textů „Vysvětlivek“ (Otava et al. 2004 a 2008). Současně probíhal strukturní výzkum V. Dvořáka a J. Havíře. Biostratigrafickým a litofaciálním výzkumem se zabývá především O. Bábek a jeho žáci.

Linie řezu a legenda viz geologická mapa

Strukturní výzkum propasti a jeho výsledky

Přiložený schematický řez propastí vznikl spojením povrchových měření na stěnách suché části Hranické propasti a odhadů úklonů břidličnatosti „plástevných“ vápenců z několikahodinového záznamu sestupu modulu Hyball v roce 1995. Tato ponorka totiž byla vybavena nejen kamerou, ale do obrazu byl kontinuálně promítán azimut a sklon, v němž kamera snímala stěny propasti.

V tektonické stavbě prvohorních vápenců Hranické propasti dominují dva strukturní prvky. Prvním je variská šupinová stavba, tvořená tektonickými šupinami řádově nejméně stametrových rozměrů uklánějícími se k SZ. Druhým prvkem jsou velké strmé pukliny směru ZSZ–VJV až SZ–JV, z nichž některé protínají celý prostor Hranické propasti. Ve vápencích je vyvinuta výrazná kliváž (břidličnatost), spjatá s intenzivní střižnou deformací.

Řádově stometrové tektonické šupiny vápenců tvoří rozsáhlá deskovitá tělesa omezená zřetelnými násunovými plochami. V blízkosti tektonických rozhraní lze pozorovat doprovodné střižné struktury, reprezentované především řádově decimetrovými asymetrickými vrásami a flexurami ohýbajícími plochy kliváže. Osy těchto drobných vrás a flexur jsou převážně téměř vodorovné, nebo jen mírně ukloněné, a jsou orientovány od směru SZ–JV, přes S–J až po směr SV–JZ. Na plochách kliváže i na plochách omezujících tektonické šupiny bylo místy pozorováno rýhování.

Velké strmé pukliny směru ZSZ–VJV až SZ–JV protínají jak plochy kliváže, tak i diskontinuity oddělující tektonické šupiny. Představují tedy mladší fenomén vzniklý až po vytvoření variské šupinové stavby. Diskutované strmé pukliny se dominantním způsobem projevují při krasovění vápenců v širším okolí Teplic nad Bečvou. Detailně byl vztah mezi strmými a krasovými dutinami studován v prostoru Zbrašovských jeskyní (Havíř et al. 2004).

Strukturní a geologiká situace zakreslená do schematického řezu F. Travěnce – Sabbatha

Mikrobiologie v Hranické propasti

Přes poměrně obsáhlé geologické výzkumy byly do současnosti v Hranickém krasu opomíjeny podstatné a zajímavé skutečnosti, týkající se mikrobiálních vlivů v horninovém prostředí a krasových dutinách. Malá pozornost byla dosud věnována například minerální bioprecipitaci, biokorozi anebo přímo vlivu mikrobiálního života na speleogenezi nebo tvorbu jeskynních výplní.

Zatopená část Hranické propasti představuje prostředí s nízkým obsahem organických látek, což umožňuje osídlení oligotrofními mikroorganismy, které v podobných podmínkách mohou nezřídka dosáhnout dominance. Průměrná teplota vodního prostředí v propasti se pohybuje okolo 16 °C a umožňuje výskyt psychrotrofních (vlhkomilných) až psychrofilních (chladnomilných) mikroorganismů. Z hlediska orientačních metod výzkumu, podle charakteru stěn bakterií anebo prokaryot celkově, ve vodních prostředích obecně převažují gramnegativní tyčky nad grampozitivními (Gramovo barvení). V případě minerálních vod jsou často izolovanými kmeny například zástupci „rodů“ Pseudomonas, Sphingomonas, Aeromonas, Vibrio nebo skupiny Flavobacterium-Cytophaga-Flexibacter.

V zatopených prostorách Hranické propasti jsou tedy již od roku 1977 pozorovány a dokumentovány specifické speleotémy. Poprvé byly popsány F. Travěncem (1977). Okolnosti nálezu jsou uvedeny v přepisu ze záznamu z potápěčského deníku: „Dne 28. prosince 1977 jsem si při potápění v Hranické propasti, Hranický kras, okres Přerov, v tzv. Jižní trhlině, v části Heligón všiml pod vodou podivných stalaktitických útvarů, silně připomínajících tvarem a konzistencí dětskou „nudli“ u nosu. Jelikož je žádný z kolegů potápěčů neznal a dosud si jich nikdo nevšiml, nazval jsem je pracovně „soplíky“. Usoudil jsem, že se jedná o kolonie specializovaných bakterií.“

Prostředí výskytu specifických speleotém

Soplíky byly dosud nalezeny v takových hloubkách, kde se při běžném poklesu hladiny vod v Hranické propasti nevynořují na sucho. Maximální dosud pozorovaná hloubka soplíků je -66 m. Je velmi pravděpodobné, že se vyskytují i ve větších hloubkách, ale dosud jim při ponorech se vzduchem nebyla potápěči, zejména pro problémy s dusíkovým opojením, věnována dostatečná pozornost. Při zatím asi deseti sestupech s heliem, vykonaných na lokalitě Hranická propast od 2. 5. 1981, jak zaznamenal F. Travěnec, měli potápěči tolik problémů s vlastním zvládnutím ponoru, že se nemohli věnovat pozorování těchto útvarů.

Tyto specifické speleotémy se vyskytují v místech dosahu denního světla (v Jezírku) i ve vzdálených jeskynních prostorách, v místech trvalé tmy.

Mikrobiální analýza prostředí a speleotém v Hranické propasti

Vzorky byly odebírány z pěti míst v zatopené části a z jednoho místa v suchých prostorách Hranické propasti. Byly uskutečněny čtyři odběry vzorků vody a biofilmu z povlaků a doplňující odběr vzorku z guána.

Z celkového počtu psychrotrofních izolátů z vody bylo 18 kmenů psychrofilních (29,5 %). V případě izolátů z povlaků bylo 5 kmenů psychrofilních (28 %). Překvapivým zjištěním bylo dominantní postavení grampozitivních bakterií v souboru izolovaných kmenů, které téměř dvojnásobně převyšovaly gramnegativní izoláty.

V preparátu zhotoveného přímo z povlaků byl nalezen menší počet rozsivek (diatom) a torza vláknitých řas. V preparátu z bujonové kultury (varem připravený preparát) byl pozorován velký počet gramnegativních kolonií rozrůstajících se z nehomogenizovaných částí povlaků. Z grampozitivních buněk byly hojné tyčky uspořádané do vláken a sporulující (vytvářející spory) buňky s oválnými sporami, které povětšinou buňky nezduřovaly.

Ortofotografie okolí Hranické propasti se znázorněnými interpretacemi výsledků geofyzikálního měření. Podrobnější vysvětlení viz text.

Závěr

Z mikroskopických preparátů a kultivačních metod je zřejmé, že povlaky obsahují živou složku, překvapivě poměrně hojný komplex jednobuněčných i mnohobuněčných řas, rozsivek, jakož i kultivovatelné a pravděpodobně i nekultivovatelné prokaryotní (buněčné) organismy. V případech, kdy je tento komplex strukturovaný, se tedy jedná o biofilm, i když objekty s převahou vněbuněčných polymerů vylučovaných mikroorganismy a zachycenými částicemi jsou také velmi pravděpodobné.

Očekávaný výskyt striktně vlhkomilných prokaryot (buněčné mikroorganismy) v prostorách Hranické propasti byl potvrzen, i když například předběžně morfologicky indikovaný výskyt aktinomycet (bakteriální mikroorganismy) a dalších skupin autotrofních a heterotrofních (necizopasných a cizopasných) mikroorganismů ve vzorcích cestou izolace a kultivace kmenů potvrzen nebyl. Procentuální zastoupení izolovaných psychrofilních prokaryot ve vodě a v povlacích bylo téměř shodné, netvořilo však většinu zkoumané mikrobioty (společenstvo mikroorganismů), na rozdíl od psychrotrofních izolátů s širším teplotním růstovým rozmezím.

Z kultivovatelných mikroorganismů, které bylo možno alespoň předběžně určit, zde převažovali zástupci rodu Pseudomonas, kteří se ve vodách i biofilmech vyskytují často, a to i v jeskynních a podobných extrémních prostředích. Řada z nich byla izolována přímo z minerálních či podzemních vod (Ba'daa 2001, Verhille a kol. 1999, Švec a kol. 2004). Další skupinou, která se ojediněle vyskytovala jak ve vodě, tak v biofilmech byli zástupci rodu Bacillus, jejichž endospory jsou vysoce odolné vůči extrémním vlivům prostředí (chemickým i fyzikálním). Vzhledem k širokému růstovému teplotnímu rozmezí izolovaných spory vytvářejících kultur (5–30 °C, u některých i více), které obsahuje i teplotní rozmezí vyplývající z měření v Hranické propasti, lze očekávat, že se kmeny obsažené v tomto mikrobiálním společenstvu mohou aktivněji zařadit i do širších ekologických vztahů, mohou tedy existovat i v prostředí odlišném. Rod Pseudomonas, který je rozšířen naprosto obecně a je velmi biochemicky aktivní, schopný růstu jak v aerobním, tak i v mírně anaerobním prostředí, má též široké růstové teplotní rozmezí a může se dosti výrazně podílet na mikrobiálním složení studovaných povlaků. Nadpoloviční část izolátů reprezentovaly překvapivě grampozitivní tyčky, ovšem jejich rodová či druhová identifikace byla často neúspěšná.

Přestože při pozorování na lokalitě i v detailně odebíraných vzorcích byly nalezeny inkrustace (potažení kůrou) popisovaných mikrobiálních útvarů aragonitem nebo kalcitem a byla zjištěna i některá stadia skutečné litifikace (zkamenění), tyto otázky byly zatím odloženy.

Geofyzikální průzkum v okolí Hranické propasti

V roce 2006 proměřili geofyzikové a geo­logové metodou velmi dlouhých vln (VDV) oblast o rozloze cca 12 ha v okolí Hranické propasti. Cílem geofyzikálního mapování bylo ověření vhodnosti metody v tomto terénu, vyhledání vodivé zóny odpovídající krasovým strukturám a příprava dalších metod geofyzikálního mapování v Hranickém krasu, které by vedly k lokalizaci dalších podzemních prostor.

Výsledky geofyzikálních měření

V proměřované ploše se nacházela vlastní Hranická propast a blízké závrtové útvary. I přes obtížný terén se podařilo (až na body přímo v propasti a jeden bod na stěně skalky jižně od propasti) změřit celou plochu s relativně malými chybami a konzistentními daty mezi profily. Byly nalezeny tři významné vodivé struktury o směru V–Z (v mapě na str. 20 – linie označené B1, B2 a B3). S nimi je téměř paralelní struktura samotné Hranické propasti, která se ve vlastní propasti stáčí do směru SZ–JV (linie A). Všechny tyto struktury míří na Zbrašovské aragonitové jeskyně a dá se předpokládat, že mají stejný původ a že na nich dochází k vývěrům hydrotermálních fluid. Odlišnou strukturou je pravděpodobně subvertikální zajílovaná puklina (linie C).

Po vyhodnocení výsledků geofyzikálního průzkumu byla navržena tři místa pro odvrtání pilotních průzkumných vrtů. Získaný horninový materiál měl přispět k určení původu výplní krasových depresí a ke zjištění jejich stáří. Lokalizace vrtů je vyznačena na mapě na str. 20 symboly s čísly vrtů KE20, KE21, KE22. Získané vzorky však poskytly jen chudou mikrofaunu, která je nejspíše pseudoasociací, tedy směsí různě starých fosilií, vytvořenou redepozicí nebo mísením různých hornin při svahových procesech. Ve vzorcích převažovaly polámané a rekrystalované jehlice hub, méně často silicifikované radiolarie Cenosphaera sp. a aglutinované foraminifery. Foraminifery Bathysiphon sp., Rhabdammina discreta Brady, Glomospira gr. gordialis (J&P), Caudammina ovuloides (Grzyb.), které mohou pocházet z paleocénních či starších členů frýdlantského souvrství podslezské jednotky. Vzhledem k těmto skutečnostem tedy nebylo možné na základě mikropaleontologické analýzy určit stáří sedimentárních výplní a stále tak nelze vyloučit jejich neogenní či kvartérní stáří.

J. Otava, M. Geršl a J. Havíř pracují v České geologické službě Brno, O. Bábek v Ústavu geologických věd PřF MU, Brno, M. Kosina v České sbírce mikroorganismů PřFMU Brno

LITERATURA:

Bábek O., Otava J. (2006): Biostratigrafické doklady pro tence šupinovitou stavbu hranického paleozoika, moravskoslezská zóna. Geol. výzk. Mor. Slez. v r. 2005, 60-63. – Bada N., Yazourh A., Singer E., Izard D. (2001): Pseudomonas brenneri sp. nov., a new species isolated from natural mineral waters. Res. Microbiol. 152, 493–502. – Dosedla J., Strnad V. (1955): Poznámky ke geomorfologickému vývoji Hranické propasti,. Sborník KVM Olomouc (SLUKO). III.59-74. Olomouc. – Dvořák J., Slezák L. (1953): Jeskyně v oblasti hranického devonu. Čs. kras, VI, 175-184. Brno. – Geršl M. (2001): Kenozoické sedimenty na severovýchodní části kry Maleníku. MS diplomová práce Přírodov. fak. MU Brno. 82 str., 20 obr., Brno. – Havíř J., Dvořák V., Otava J. (2003): Nové výsledky strukturního studia paleozoika okolí Hranic. Geol. výzk. Mor. Slez. v r. 2002, 48-51. – Havíř J., Bábek O., Otava J. (2004): Vztah struktur, stratigrafie a krasovění ve Zbrašovských aragonitových jeskyních. Geol. výzk. Mor. Slez. v r. 2003, 46-50. Brno. – Otava J. (red.) (2004): Vysvětlivky a základní geologická mapa České republiky 1:25 000, list 25-123 Hranice. Česká geologická služba Praha. – Otava J. (2005): Polycyclic origin of fossil karst at Hranice Palaeozoic, Czech Republic. 14th International congress of speleology, abstract book, 121-122, Athens. – Otava J. (red.) (2008): Vysvětlivky a základní geologická mapa České republiky 1:25 000 list, 25-141 Kelč. Česká geologická služba Praha. – Panoš V. (1953): Hranický kras a reservace Hůrka. Čs. kras VI, Brno.