Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta Ústav geochemie, mineralogie a nerostných zdrojů Charles University in Prague, Faculty of Science Institute of Geochemistry, Mineralogy and Mineral Resources Doktorský studijní program: Aplikovaná geologie se zaměřeními Geologie a geochemie životního prostředí Ph.D. Study program: Applied Geology with specializations of Environmental Geology and Geochemistry Autoreferát disertační práce Summary of the Ph.D. Thesis
Komplexní studium porušování pískovcových skalních objektů (případová studie: Pravčická brána, Národní park České Švýcarsko) Comprehensive study of the sandstone rock forms deterioration (Case study: Pravčická brána Arch, Bohemian Switzerland National Park) Zuzana Vařilová
Školitel / Supervisor: Doc. Mgr. Richard Přikryl, Dr. Školitel-konzultant / Supervisor-consultant: RNDr. Jiří Zvelebil, CSc.
Praha, 2011
Abstrakt Předkládaná disertační práce obsahuje výsledky souborného výzkumu Pravčické brány a okolních pískovcových masivů se zaměřením na poznání přirozené dynamiky a vývoje tělesa, jeho aktuální stabilitu a y zvětrávacích procesů. Ke komplexnímu studiu bylo použito nedestruktivních metod, počínaje detailní terénní dokumentací, přes využití geofyzikálního průzkumu, kontrolního sledování deformačního chování tělesa brány a sledování jeho teplotního režimu. Provedeny byly laboratorní zkoušky pevnostních parametrů i analýzy chemického složení solných výkvětů a zvětráváním postižených pískovců. Souběžně byly sledovány hlavní působící faktory - zejména změny vnější teploty, míra oslunění a chemické složení srážkových vod. Při syntéze a interpretaci získaných dat byly využity zavedené i zcela nové postupy vyhodnocování (včetně znalostí nelineární dynamiky komplexních systémů). Realizovaný průzkum byl koncipován tak, aby plně respektoval ochranné podmínky dané lokality, bylo na něj možné v budoucnu navázat a sledovat případné negativní změny v horninovém masivu. K hlavním výsledkům náleží popis blokové stavby tělesa a charakteru kontaktní zóny mezi trámcem brány a jižním pilířem, objevení relativně čerstvých sekundárních trhlin a identifikace pevnostně oslabených zón uvnitř pískovcového masivu. Dlouhodobým sledováním byly prokázány pomalé nevratné pohyby tělesa a vratné kvazi-cyklické pohyby související s teplotními změnami v měřítkách dnů až let. Bylo zjištěno rozdílné chování východní a západní strany trámce a potvrzeno jeho obloukovité ohýbání, obohacené navíc o nerovnoměrné namáhání torzí a smykem. Dále byla získána data objasňující časový a hloubkový průběh teplot uvnitř skalního masivu a stanoven režim jeho přirozeného odvodňování. Zvláštní pozornost byla věnována procesům solného zvětrávání, které byly studovány z hlediska popisu jejich distribuce v prostoru a čase, a geochemické charakteristiky vstupních zdrojů (srážkových vod), průsakových vod i koncových složek ve formě destruktivních solí. Ze získaných informací byl vytvořen strukturně-deformační model tělesa brány, včetně popisu charakteru porušování a posouzení míry a způsobu uplatnění vnějších vlivů (včetně vlivů antropogenních). Výsledky komplexního studia poskytují cenné informace o současném stavu skalního objektu, napomohly k rozpoznání potenciálně rizikových partií a budou využity nejenom pro účely modelace budoucího vývoje, ale také pro případný návrh nejvhodnějšího sanačního opatření.
Abstract This PhD thesis contains the results of comprehensive research into the Pravčická brána Arch and surrounding sandstone massifs with focus on gaining more knowledge about natural dynamics and evolution of this rock formation, its current level of stability and the weathering processes it displays. Non-destructive methods were used for this comprehensive study; these ranged from detailed field documentation to monitoring temperature regime of the rock and included application of a geophysical survey and control monitoring of the course of arch body deformation. Laboratory testing was carried out for strength parameters and salt efflorescences together with weathered sandstones were analysed for chemical compounds. Main operating factors were monitored simultaneously, which particularly involved changes in external temperature, degree of sunlight and chemical composition of rainfall. Conventional as well as entirely new assessment procedures were used in synthesis and interpretation of the data collected, including knowledge of nonlinear dynamics of complex systems. The survey was designed to fully respect the protective conditions of the site, to make follow-up activities possible in future and to monitor any possible negative changes in the rock massif. The main results incorporate description of the block fabric of the body and the nature of the contact zone between the arch beam and the southern pillar, discovery of relatively fresh secondary fissures and identification of zones with weakened strength within the sandstone massif. Long-term monitoring has demonstrated slow and irreversible body movements and reversible quasi-cyclical movements associated with changes in temperature at the level of days up to years. Differences in actions of the eastern and the western side of the beam were found and the fact that the beam displays curved bending was attested, the latter being additionally intensified by unequal stress via torsion and shear. Furthermore, data were obtained that clarify the development of temperatures inside the rock massif in terms of time and depth and the mode of natural drainage of the massif was determined. Particular attention was paid to the processes of salt weathering that were being studied from the aspect of describing their distribution in space and over time and from the light of geochemical characteristics of the input sources (rainwater), seepage water and end components in the form of destructive salts. The collected information was used for developing a structural deformation model of the arch body, including description of the nature of desintegration and assessment of the extent and the involvement of external factors (including anthropogenic influences). Results of this comprehensive study provide valuable information about the current condition of the rock body. Helping to identify potentially hazardous parts, these are to be used not only for modelling future development, but also to design the best possible remediation measures.
1. Úvod Současná podoba členitého pískovcového reliéfu Národního parku České Švýcarsko (NPČŠ) je důsledkem dlouhodobého dynamického vývoje (Vařilová & Zvelebil 2007), probíhajícího v celém spektru prostorových a časových měřítek na masivních, tzv. kvádrových pískovcích svrchnokřídového stáří, jež jsou součástí České křídové pánve (ČKP) (Valečka 1989). Zvolená studijní lokalita, Pravčická brána (PB), se nachází v nejvyšší partii skalního ostrohu Křídelních stěn, kde reprezentuje zralou formu pískovcových skalních bran, dosahující výšky 16 m a délky 26,5 m. Vzhledem ke své geometrii a expozici je v současnosti ohrožována nejen namáháním od vlastní tíže, ale také extrémními mikroklimatickými vlivy. Ty působí jednak ve formě dynamických účinků objemových změn, jednak jako hnací síla fyzikálního i chemického zvětrávání. PB a její blízké okolí bylo navíc v posledních 200 až 250 letech vystaveno vlivům antropogenním (Vařilová et al. 2005). Již v 90. letech 20. st. se proto brána stala objektem zájmu odborníků, zejména z důvodu stanovení nejvhodnějších ochranných podmínek a posouzení její životnosti. Původní hodnocení stability tělesa však vycházelo pouze z krátkodobých řad kontrolního sledování a nízkého stupně znalosti přesné geometrie a stavby tělesa (Košťák et al. 1993, Zvelebil et al. 2002). Zkoumanou otázkou v posledních desetiletích je rovněž ohrožení zdejších skalních masivů antropogenně nepřímo vyvolanými, či ve svých účincích posilovanými procesy solného zvětrávání (Cílek & Langrová 1994, Zvelebil et al. 2002, Schweigstillová et al. 2009).
2. Cíle práce Prezentovaný souborný výzkum přináší syntézu nejen všech dat, nahromaděných za 18 let o Pravčické bráně, především však zcela nových informací, získaných v letech 2002 až 2009 buď přímo vlastním systematickým výzkumem, či během výzkumných aktivit s danou problematikou přímo souvisejících, které byly za tímto účelem iniciovány a odborně koordinovány. Práce je zaměřena na získání znalostí, potřebných pro holisticky pojatou ochranu jednotlivých skalních útvarů a návazně specifických krajinných rysů v rámci NPČS. Rozsah odborného záběru byl účelově zúžen na vybrané oblasti geochemie, dynamické geomorfologie a dynamické inženýrské geologie. Hlavní cíle disertační práce byly: 1. Získat informace potřebné k aktuálnímu zhodnocení stability tělesa PB s využitím sběru dat z dlouhodobého sledování a šetrných metod průzkumu (včetně vyhodnocení jejich přínosu, limitů i možností dalšího uplatnění); lépe porozumět přirozené dynamice modelového skalního objektu za účelem vytvoření strukturně-deformačního modelu a vymezení potenciálních rizik. 2. Na základě komplexního studia stanovit hlavní destrukční, či destrukci podmiňující procesy, jejich vzájemné interakce a zpětné vazby. Pozornost byla věnována především faktorům, které nejvýznamněji přispívají ke změnám geomechanických parametrů pískovců (a odnosu materiálu), a stávají se tak významným vlivem při vývoji pískovcového reliéfu a vzniku svahových pohybů řítivého typu. 3. Rozpoznat zákonitosti prostorově-časové distribuce zvětrávacích procesů, jejich produktů a kontrolních faktorů, a zejména posoudit míru jejich spolupůsobení na snižování stability skalních stěn.
1
3. Materiál a metodika Detailní průzkum a dlouhodobé sledování vybraných procesů bylo provedeno s využitím souboru finančně dostupných a převážně nedestruktivních vědeckých postupů. Byla zvolena kombinace metod, postihující nejenom základní informace o samotném tělese PB a jeho chování, vlastnostech horninového masivu, intenzitě a projevech zvětrávání, ale rovněž o hlavních působících externích faktorech. Pravčická brána není však běžnou studijní lokalitou z důvodu vysokého stupně ochrany a mnohých (nejenom zákonných) omezení, která různou měrou komplikovala naplánovaný výzkum. Výčet metodických postupů (včetně tématických návazností) zobrazuje schéma níže (Obr. 1).
Obr. 1. Schéma znázorňující metodický postup v rámci realizovaného komplexního studia tělesa PB, od běžných metod průzkumu až po úzce tématicky pojaté nadstavby, jež umožnily vhodně doplnit původní základní výzkum a rozšířit pole pro stanovení vzájemných interakcí, včetně souborných interpretací.
Pro studium pískovců z Národní přírodní památky PB (NPP PB) a jejího okolí bylo využito jednak běžné geologické dokumentace v terénu (rámci mezo- a mikroměřítek popisující základní charakter studované lokality, litologii, tektonickou stavbu skalního masivu, projevy a míru solného zvětrávání) a zároveň doplňujících mikroskopických a laboratorních metod, s jejichž využitím bylo stanoveno mineralogické složení a struktura pískovců, a rovněž základní pevnostní charakteristiky. Jako podklad pro zobrazení a modelace výsledků užitých metod posloužil výstup z prostorového skenování tělesa brány. Aktuální stav horninového masivu jako celku a jeho vnitřní stavba byla charakterizována několika nezávislými geofyzikálními parametry, které vhodně doplňují výsledky laboratorních zkoušek. Realizovaný geofyzikální průzkum byl zaměřen na potenciálně rizikové partie a místa nestability – pozornost byla věnována blokové stavbě oblouku brány (s cílem ověření průběhu hlavních puklin, identifikace nových porušení či nehomogenit horninového masivu) a jižnímu, povrchově porušenému pilíři (se zvláštním
2
zřetelem na způsob odvodňování oblasti a projevy intenzivního solného zvětrávání). Byla zvolena kombinace geofyzikálních metod – opakovaného měření georadarem, průzkumu s využitím seismiky, odporového profilování a dipólového elektromagnetické profilování (DEMP), vše s ohledem na zákonem stanovené ochranné podmínky PB (více v publikaci Vařilová et al. submitted). Pro pochopení procesů zvětrávání, probíhajících v pískovcovém skalním masivu, byly studovány tři hlavní fáze chemických změn. Jako vnějšího vstupu (antropogenně ovlivněného zdroje) bylo využito složení atmosférických srážek, které bylo dále porovnáváno se složením infiltrovaných a následně vykapávajících roztoků (reprezentované průsakovými vodami) a v neposlední řadě rovněž chemickým složením pevné fáze, tedy solných výkvětů (jako konečného produktu). Hlavní pozornost byla věnována porovnání pH, koncentraci hlavních vybraných sloučenin v roztocích (SO42-, NO3-, NH4+) a posouzení jejich vlivu na acidifikaci horninového prostředí i projevy chemického a fyzikálního zvětrávání, probíhající v přípovrchové zóně skalních masivů. Podrobná metodika odběrů vzorků a jejich analytického zpracování je uvedena v publikacích, které jsou součástí této práce (Vařilová et al. 2011a, Vařilová et al. 2011b). Skalní krusty a solné výkvěty byly studovány rovněž z pohledu jejich distribuce v závislosti na výškové a stranové expozici (Přikryl et al. 2007, Vařilová et al. 2011b). Vzorky solí a pískovce postiženého zvětráváním byly zkoumány s využitím laboratorních metod – práškové RTG difrakce (za účelem stanovení hlavních fází a chemického složení solných výkvětů), iontově-výměnné chromatografie (pro stanovení vodorozpustných solí přítomných v pórovém prostředí pod povrchem) a elektronové mikroskopie s mikroanalýzou SEM/EDS (pro mikropopis strukturních znaků skalních krust a solných výkvětů). Kontrolní sledování deformačního chování skalní brány bylo prováděno s využitím kombinace všech metod, aplikovaných na území NPČŠ v rámci prevence rizik skalního řícení (Vařilová & Zvelebil 2005). Probíhalo zde na předchozí aktivity navazující, pravidelné 14ti denní ruční (dilatometrické) sledování na 6 místech, které bylo doplněno systémem automatického kontrolního monitoringu s dálkovým přenosem dat (obsahujícím 12 měřících čidel s odečty dilatací a teplot prováděnými po 5 minutách). Při hodnocení časových sérií pohybů a teplot byly pak využívány nejenom léty prověřené standardní, kvalitativněempirické metody (např. Zvelebil 1995, Zvelebil & Vařilová 2010), ale rovněž byly využity nové a na PB dosud nepoužité postupy založené na teorii komplexních systémů, jež byly teprve v nedávné minulosti úspěšně prakticky využity pro sledování kvádrových pískovců na Děčínsku (např. grafické korelogramy či metoda vizuální rekurenční analýzy - Zvelebil et al. 2008, Vařilová & Zvelebil 2010, Vařilová et al. 2010). Souběžně se sledováním deformací bylo prováděno pravidelné měření teplotních změn v tělese PB. Měření probíhalo s využitím teplotních snímačů ve třech hloubkách skalního masivu (10, 45 a 90 cm), instalovaných ze západní i východní strany v nejvyšším patře skalního hřbetu odpovídající úrovni trámce brány. Časový záznam teplot posloužil k numerickému modelování hloubkového dosahu a fázového posunu kvazi-periodických (denních a ročních) teplotních změn, a rovněž pak pro simulaci teplotních cyklů, kterým byly vystaveny vzorky pískovce v laboratorních podmínkách za účelem určení jejich základních tepelných vlastností (více k metodice Brček et al. 2010). Jako doplňující informace posloužily výsledky měření teploty na povrchu trámce brány a laboratorní zkoušky zahřívání hornin rozdílného zbarvení slunečním osvitem.
3
4. Výsledky a diskuse 4.1. Stavba a rozložení pevnosti masivu Primární i sekundární pukliny definují vnitřní blokovou pískovcového masivu a jsou základní predispozicí, ovlivňující nestabilitu zdejších skal (Vařilová & Zvelebil 2007). Na PB byly georadarovým měřením zjištěny zóny sekundárního porušení, kde nebyly původně předpokládány. Nejintenzivnější tektonické postižení a silné rozvolnění horniny bylo identifikováno v oblasti jižního pilíře v hloubce, odpovídající kontaktu s trámcem brány. Zásadní je objevení subvertikálních trhlin v jižním pilíři i samotném trámci brány. Jako nejvýznamnější byla vyhodnocena otevřená podélná spára procházející trámcem v jeho jižní polovině (T0), puklina oddělující trojúhelníkový blok v jižním pilíři (T2) a zcela čerstvá (max. 6 let stará) trhlina v trámci, která je navíc zónou infiltrace srážkových vod. Distribuce vlhkosti v tělese brány je celkově ovlivněna existencí subvertikálních trhlin a mikrotrhlin, sloužících jako preferenční dráhy gravitačního zasakování srážkových a tavných vod za postupného oslabování jejich okolí (Young et al. 2009). Ty spolu s velkým objemem propojených a kapilárních pórů v hornině (Melounová 2006), umožňují intenzivní a relativně rychlý pohyb roztoků horninovým masivem (v řádech dnů až prvních týdnů). Největší vlhkost byla zjištěna uvnitř masivu na úpatí jižního pilíře brány, nad méně propustnou vrstvou jemnozrnného pískovce. Z litologického hlediska se jako stěžejní jeví méně odolná slepencová poloha (Obr. 2), tvořící kontakt mezi trámcem brány a jižním pilířem (L0). Podél klenby brány byly seismickým měřením prokázány oblasti výrazného oslabení nitra horninového masivu (s hodnotou rychlosti seismických vln do 500 m/s, reprezentující dle standardů písky či jíly – např. Gruntorád et al. 1985). Trojúhelníková část jižního pilíře je nejenom samostatným blokem, ohraničeným průběžnými trhlinami, ale též materiálově nejvíce oslabeným místem.
Obr. 2. Model blokové stavby tělesa PB: 1a) pohled na těleso brány ze západní strany, 1b) pohled na PB z východu; 2a) půdorysný řez trámcem brány v hloubce 2,5 m od povrchu, 2b) půdorysný řez v oblasti kontaktu trámce s jižním pilířem brány v hloubce 5m od povrchu.
4
Těleso brány navíc celkově vykazuje relativně nízké hodnoty seismických rychlostí, nepřekračujících 2 500 m/s, což poukazuje na pískovec postižený zvětráváním, čemuž nasvědčovaly i nízké hodnoty pevnosti zjištěné laboratorními zkouškami. Geomorfologická odolnost tělesa je naopak pozitivně ovlivněna sekundární opálovou krustou, která tvoří povrchovou ochranu relativně rozpadavého pískovce. Funkce této „ochranné“ krusty je pak druhotně porušena v místech krystalizace solí.
4.2. Uplatnění zvětrávacích procesů Lokální expozice vůči mikroklimatickým podmínkám spolu s hydrodynamickým režimem způsobuje, nezávisle na vrstevním sledu hornin tělesa PB, intenzivní projevy krystalizace solných výkvětů a opady povrchových krust. Důsledky zvětrávacích procesů se projevují nejvíce na úpatí PB jako proces porušování, působící v mikro-měřítku (mající přímý vliv na dynamiku změn mikroreliéfu) a s tím související zrychlený úbytek přípovrchových partií skalní stěny. Schopnost pískovce snadno nasáknout vodu i velmi rychlé odpařování, prokázané geofyzikálním měřením (DEMP) (Obr. 3), zde mnohonásobně urychluje procesy rekrystalizace solí, oproti méně exponovaným částem skalního hřbetu. Podoblouková stěna severního pilíře, vystavená slunečnímu osvitu a převažujícím jihozápadním větrům, je typickým místem, kde dochází k cyklickému střídání nasycení roztoky a vysoušení přípovrchové části skal. Obsah solí v pískovcích v místech, kde nejsou vizuální projevy zvětrávání, byl prokázán nejenom chemickými analýzami samotné horniny, ale rovněž i chemickým složením průsakových vod. Vzorky opakovaně odebírané ve stropě převisu pod obloukem brány (tj. na jediném místě, kde dochází k sezónnímu odvodňování jedné ze subvertikálních zón při přesycení horninového masivu roztoky) dokládají jeho obohacení látkami, souvisejícími s chemickými reakcemi uvnitř masivu a s akumulací solí v přípovrchové zóně. Studiem byla zjištěna rovněž těsná souvislost mezi opakující se gravitační infiltrací (tedy opakovaným loužením složek základní hmoty a rozpouštěním méně stabilních minerálů) a postupným oslabováním vnitřních partií skalního masivu. Přestože byly na trámci brány zjištěny, v porovnání se stavem v 90. letech 20. st., pouze minimální vizuální projevy povrchové krystalizace solí, opakovaným georadarovým měřením byla potvrzena frekvenční a dynamická změna radarového signálu indikující nárůst zvětrávání směrem do skalního masivu, zejména z jeho spodní strany a podél subhorizontální ložní spáry. Procesy zvětrávání jsou ovlivňovány také tepelnými kvazi-cykly a zjištěným teplotním gradientem. Měřením bylo potvrzeno, že téměř k 50% poklesu denních teplotních změn a teplotního napětí dochází na PB právě v přípovrchových částech skalního masivu v hloubce kolem 10 cm. Důležitou roli zde hraje intenzita slunečního záření, které při povrchu může způsobovat výrazný teplotní gradient. Rozdílné zahřívání hornin osluněním v závislosti na expozici a na odraznosti povrchu, v tomto případě též na intenzitě tmavého zbarvení pískovců vlivem antropogenního znečištění (Warke et al. 1996), se může rovněž projevovat jako plošně nerovnoměrné objemové změny, které mají vliv na oddělení klastických součástí od základní hmoty a tvorbu mikrotrhlin (např. Jenkins & Smith 1990 či Hoerlé 2006). Negativní roli hraje také prokázané opakované hloubkové promrzání pískovcového masivu, které navíc výrazně zvyšuje rozpad hornin za přítomnosti solných roztoků (Turkington & Paradise 2005). V případě všestranně exponovaného trámce brány dosahuje měřením prokázané promrzání horniny hloubky 90 cm, v nejužším místě tedy až do jedné čtvrtiny jeho objemu. Během srážkově bohatých zimních sezón lze tedy uvažovat rovněž o působení mrazového zvětrávání. Negativní účinky lze předpokládat zejména v obdobích maximálního nasycení vlivem opakovaného tání a opětovného zamrzání (Saad et al. 2010). Většina zde popisovaných dějů se odehrává na mikro-úrovni, v některých případech se ale jejich kumulativní účinek časem projeví konkrétními důsledky ve vyšší prostorové úrovni 5
(tj. mezo- až makrotvarech dle klasifikace Turkington & Paradise 2005). Uvnitř tělesa brány dochází k redistribuci napjatosti pomocí progresivního porušování a oslabení dílčích partií skalního masivu zvětráváním, což je významným zjištěním z hlediska stability (Zvelebil 1989) ve srovnání s procesy přípovrchového zvětrávání, které působí nejčastěji ve formě opadávání zrn a úlomků horniny.
4.3. Aktualizovaný strukturně-deformační model Původní model kvazi-cyklického zatěžování stropního trámce brány vzpěrem za jeho podélného vyklenování působením změny objemu ve směru S-J (Zvelebil et al. 2002) je třeba obohatit o další děje. Východní a západní část tělesa PB se chová rozdílně jak ve vratném, tak nevratném deformačním režimu. Působením vnější teploty dochází nejenom k obloukovitému, ale částečně i torznímu namáhání (Obr. 4). Na západní straně trámce byla navíc zjištěna vyšší sezónní amplituda pohybu oproti straně východní, což odpovídá interpretaci georadarových dat, prokazující pouze částečnou průběžnost kontaktní zóny (tedy ne v celé ploše, jak předpokládala původní interpretace dle Zvelebila et al. 2002). Z prostorové asymetrie, projevující se v makro-měřítcích dlouhodobých sledování, navíc
Obr. 3. Oslabení masivu Pravčické brány zvětráváním, potvrzené dvěma nezávislými geofyzikálními metodami: a) seismickou tomografií, b) metodou DEMP (vytvořeno s využitím databáze Beneše 2008 a Frolky 2009 – pohledy od západu). K nejvíce rizikovým partiím z hlediska budoucí stability náleží zóny vyznačené oranžovo-žlutou barvou - tedy trojúhelníkový blok jižního pilíře, spodní strana trámce brány postižená zvětráváním a místo spojení trámce s pilířem severním. Obr. 4. Model kinematiky vratných a nevratných pohybů PB: a) pohled na těleso brány ze západní strany, b) půdorysný pohled na trámec shora (s vyznačením rozměrů skalního objektu a umístění jednotlivých měřících bodů automatického/červeně i ručního kontrolního sledování/černě). Šipky naznačují zjištěné směry deformací nevratné pohyby jsou označeny růžovou barvou, vratné teplotní dilatace a způsoby kvazi-cyklického namáhání tělesa černě.
vyplynulo, že západní strana trámce brány dlouhodobě nevratně poklesá, zatímco na východní straně převažuje pomalý subhorizontální posun směrem k jihu. Na západě je tedy trámec brány již zcela oddělen od jižního pilíře a v současnosti dochází k drcení, olamování nerovností povrchu při pohybu podél kontaktní plochy a souvisejícímu intenzivnímu zvětrávání přípovrchových partií masivu. Na východě ještě k úplnému oddělení nedošlo, takže pohyby v uvedené zóně mají směsný, pružně-tvárný charakter. Zřejmě zde tedy dochází
6
k velmi pomalému prořezávání a postupné tvorbě celoplošně průběžné vodorovné ložní spáry. Tím roste význam subvertikální pukliny T0, která je velmi pravděpodobně sekundární, dodatečně vzniklá jako lineární prvek, podél kterého pravděpodobně dochází ke kompenzaci napětí mezi dvěma, odlišně se chovajícími boky trámce. Z hlediska budoucího vývoje brány je důležitá zejména orientace této osní pukliny a případné aktivity jejího rozšiřování (vlivem smykového pohybu). Mnohonásobně opakované denní a sezónní deformačně-napěťové pulzy vedou k postupnému zmenšování pevnosti v namáhaných partiích pískovcového masivu a kumulativnímu skládání mikro-deformací. Extrémní denní výkyvy teploty zde mohou dokonce iniciovat taková teplotní napětí, která se přibližují se hodnotám nevratného porušení horniny (viz Brček 2010). Nevratným zužováním průchozí spáry a zejména poklesem trámce v místě převisu dochází k velmi pomalému zplošťování oblouku, což může v budoucnu způsobit snížení účinnosti klenbového efektu a vyšší zatížení v tahu za ohybu. S ohledem na zjištěná fakta se jako zásadní stabilitní riziko jeví: a) možné vypadnutí oslabeného trojúhelníkového bloku v jižním pilíři skalní brány spolu s následnou aktivací relativně čerstvé svislé trhliny v trámci; b) rozšíření osní pukliny T0 směrem k severu (tedy do středu trámce) či její progradace v jiném směru v závislosti na změnách napětí v masivu.
5. Závěry Realizovaným komplexním výzkumem byly upřesněny znalosti o vnitřní stavbě tělesa brány, o kinematice vratných i nevratných pohybů (a posouzena jejich závislost na expozici a mikroklimatických podmínkách), dále o rozmístění partií, postižených solným zvětráváním, včetně posouzení nárůstu míry zvětrávání v čase a uplatnění antropogenních vlivů. Byla objevena nová stabilitní rizika souvisejí s intenzivním tektonickým postižením skalního masivu a uplatněním epizodických zvodní. Na tělese PB byl tak prokázán dosud neuvažovaný způsob selektivního zvětrávání, způsobující nejenom poškození přípovrchových partií, ale také oslabení pevnosti vnitřních partií masivu se zásadním vlivem na celkovou stabilitu objektu. V rámci studia byla získána data, objasňující časový a hloubkový průběh teplot uvnitř skalního masivu, mající zásadní vliv na probíhající deformace tělesa i procesy fyzikálního a chemického zvětrávání. Ze získaných informací byl vytvořen aktualizovaný strukturně-deformační model tělesa PB (včetně popisu zjištěných způsobů porušování a posouzení míry uplatnění jednotlivých procesů a vlivů), který se stane základním podkladem pro navazující geomechanické modelování stability brány i jejího dalšího vývoje. Výsledky disertační práce napomohly k pochopení složitosti systému porušování pískovcových skalních objektů a přispěly k obecným vědomostem o závislostech vývoje skalních bran v pískovcových horninách. Získané znalosti se tak stanou nejenom nezbytným podkladem pro plán péče a k plánování nejvhodnějších způsobů stabilitně-bezpečnostních opatření ve studované lokalitě. Bude jich navíc možné využít i pro podobná maloplošná chráněná území, zpracování koncepce praktické ochrany pískovcového reliéfu studovaného regionu (a potažmo i v rámci širší oblasti skalních měst ČKP).
7
1. Introduction The current form of the rugged sandstone relief of the Bohemian Switzerland National Park (BSNP) results from the long-term dynamic development (Vařilová & Zvelebil 2007) that has been underway within the full range of spatial and time scales and affected the massive block sandstones of Late Cretaceous age, which are part of the Bohemian Cretaceous Basin (BCB) (Valečka 1989). The selected study site, i.e. the Pravčická brána Arch (PB), is found in the top portion of the rock ridge in the area of rocks called Křídelní stěny. Reaching a height of 16 m and length of 26.5 m, the formation represents the mature form of sandstone arches. Due to its geometry and exposure, it is currently threatened not only by the stress posed by its own weight, but also by extreme microclimatic factors, these acting not only in the form of dynamic effects of volumetric changes, but also as a driving force of physical and chemical weathering. In addition, PB and its nearest neighbourhood were exposed to anthropogenic factors in the recent 200 to 250 years (Vařilová et al. 2005). Therefore, the formation became a subject of interest of professionals as early as in the 1990s, with determining the most suitable protective conditions and evaluating its life being the main reason. The initial evaluation of the stability of the body was however based only on short-term data series of control monitoring and a low level of knowledge as regards the exact geometry and structure of the formation (Košťak et al. 1993, Zvelebil et al. 2002). Additionally, a threat to the local rock massifs via salt weathering processes has been an issue examined in recent decades, these being either indirectly caused by anthropogenic effects or their action intensified via the same (Cílek & Langrová 1994, Zvelebil et al. 2002, Schweigstillová et al. 2009).
2. Aims of the study The presented summary research thus provides synthesis of all the data on PB Arch accumulated throughout the recent 18 years, which however namely involves completely new details, these being collected in the period from 2002 to 2009 either directly via author's own systematic research or within research activities directly relating to the issue that were initiated for such purpose and professionally coordinated. The work focuses on gaining the knowledge needed for the holistic protection of individual rock formations and consequently that of the specific landscape features within the BSNP. The extent of professional scope was purposefully restricted to selected areas of geochemistry, dynamic geomorphology and dynamic engineering geology. The main objectives of the dissertation were as follows: 1. Gaining the information needed to assess the current stability of the PB body with the use of data collected within the long-term monitoring period and via non-invasive survey methods, including evaluating benefits and limits of these as well as possibilities for further application; understanding better the natural dynamics of the model rock formation to create a structural deformation model and define potential risks. 2. Determining, based on comprehensive studies, the main destruction and destructionconditioning processes, their mutual interaction and feedback. Particular attention was paid to factors that most significantly contribute to the changes in geomechanical parameters of sandstones and to surface degradation, and thus become a major influence in the development of a sandstone relief, as well as occurrence of rock-fall slope movements. 3. Recognising patterns of spatial-temporal distribution of weathering processes, including their products and control factors, and in particular assessing the extent of interaction of these in reducing the stability of rock walls.
8
3. Material and methods Detailed survey and long-term monitoring of selected processes was carried out using a set of affordable and mostly non-destructive scientific procedures. Combination of methods was selected that involves not only the basic information about the PB body as such and its behaviour, characteristics of the rock massif, weathering intensity and manifestations, but also details on the main external factors involved. PB Arch is however not a conventional site of study because of the high level of protection and a number of restrictions (not just those under the law), which to varying degrees was complicating the scheduled research. The list of methodologies (including continuity in terms of themes) is shown in the diagram below (Fig. 1). To study the sandstones of the National Nature Monument Pravčická brána (NNM PB) and its surroundings, both conventional geological documentation in the field and additional microscopic and laboratory methods were employed, the former describing, within meso- and micro-scales, the fundamental nature of the studied locality, lithology, tectonic pattern of the rock mass, displaying and intensity of salt weathering, while the latter used for specifying the sandstone mineral composition and fabric, as well as the basic strength properties. Rock arch laser scanning outputs served as a basis for displaying and modelling the results of the methods used. The status of the rock mass as a whole and the fabric of the same was characterised by several independent geophysical parameters that very well complement the results of laboratory tests. The undertaken geophysical survey focused on the potentially hazardous parts and points of instability, with attention given to the arch block structure to verify lines of
Fig. 1. Diagram showing the methodology procedure applied within the completed comprehensive research of the PB body. The methods ranged from ordinary to highly specialised ways of research, the latter providing for suitable complementation of the initial basic research and expansion of the field to determine interactions, including summary interpretations.
9
the main joints and identify new failures and any inhomogeneity within the rock massif, and to the south pillar exhibiting worn surface with special regard to the method of draining the area and any intense salt weathering displayed. The option selected combined geophysical methods, i.e. georadar and seismic measurements on a repeating basis, resistivity profiling and dipole electromagnetic profiling (DEMP), all with regard to the conditions of protection as specified for the PB by law (for more details see Vařilová et al. submitted). To better understand the reactions taking place in the sandstone rock massif as part of the weathering processes, three main stages of chemical changes were studied. The composition of atmospheric precipitation was used as the external input (source with anthropogenic influence), this being further compared with the composition of infiltrated solutions that subsequently drip out and are present in the form of seepage water. Last but not least, the chemical composition of the solid phase (i.e. salt efflorescence) was employed as a final product. The main attention was paid to comparing pH and concentration of major selected compounds in solutions (SO42-, NO3-, NH4+), plus impact was assessed of these on the acidification of the geological environment and displayed chemical and physical weathering running through the near-surface zone of rock massifs. The detailed methodology of sampling and analytical processing of the samples is contained in the publications that are part of this work (Vařilová et al. 2011a, Vařilová et al. 2011b). Case-hardened surfaces and salt efflorescence were also studied in terms of distribution of these depending on the height and side of exposure (Přikryl et al. 2007, Vařilová et al. 2011b). Samples of salt and sandstone affected by weathering were examined using laboratory methods, i.e. X-ray diffraction (to determine the main phase and chemical composition of the salt efflorescence), ion-exchange chromatography (for the determination of water-soluble salts present in the porous environment below the surface) and SEM/EDS analyses (for microscale description of structural characteristics of case-hardened surfaces and salt efflorescence). Control monitoring of deformation behaviour of the rock arch was carried out using a combination of all the methods applied throughout the BSNP area as part of rock collapse prevention schemes (Vařilová & Zvelebil 2005), with monitoring by a portable rod dilatometer being underway on six sites over the period of 14 days. Building on the previous activities, it was supplemented by an automatic remote monitoring system with online data transfer that contained 12 metering sensors with dilatation and temperature reading carried out every 5 minutes. Evaluating the time series of movements and temperatures was also employing not only time-tested standard qualitatively-empirical methods (e.g. Zvelebil 1995, Zvelebil & Vařilová 2010), but new procedures were used as well – ones that had not been applied on the site. Based on the theory of complex systems, these were until very recently successfully used in the field for monitoring sandstone blocks in the Děčín region (e.g. graphic correlograms and the Visual Recurrence Analysis method – Zvelebil et al. 2008, Vařilová & Zvelebil, 2010 Vařilová et al. 2010). In parallel with deformation monitoring, regular measurements of temperature changes in the body of the PB were carried out, these employing temperature sensors at three depths of the rock massif (10, 45 and 90 cm) that were installed from the western and eastern sides in the top level of the rock ridge corresponding to that of the arch beam. Time temperature recording was used for modelling numerically the depth range and the phase shift of quasi-periodic (daily and annual) temperature changes, and also for simulating the thermal cycles to which sandstone samples were exposed under laboratory conditions in determining the basic thermal properties of these (more details concerning the methodology in Brček et al. 2010). Results of measurements of temperature on the surface of the arch beam and laboratory tests of warming rocks of different colours via sun exposure served as additional information.
10
4. Results and discussion 4.1. Massif fabric and strength distribution Primary and secondary joints define the inner block fabric of the sandstone massif and present the basic predisposition affecting the instability of local rocks (Vařilová & Zvelebil 2007). Using a georadar, zones of secondary disintegration were found within the PB in areas, within which they had not been expected, with the most intense tectonic impairment and severe loosening of the rock identified in the area of the southern pillar, at a depth corresponding to the zone of contact with the arch beam. Discovery of sub-vertical fissures in the southern pillar as well as in the arch beam itself is of essential importance, of which the open lengthwise joint running through the beam, in its southern half (T0), the joint separating a triangular block in the southern pillar (T2) and the entirely fresh fissure (with 6 years being the maximum) in the beam that additionally presents a zone of infiltration of rainfall were assessed to be of the highest significance. Distribution of moisture in the body of the arch is generally influenced by the existence of sub-vertical fissures and micro fissures that serve as preferential paths of gravitational infiltration of precipitation and melting water under a gradual weakening of surroundings of these (Young et al. 2009). The paths, along with a large volume of interconnected and capillary pores in the rock (Melounová 2006), allow intense and relatively rapid movement of solutions through the rock massif (at the level of days up to initial weeks). The greatest moisture was found inside the massif at the foot of the southern arch pillar, above the less permeable layer of fine-grained sandstone. From the lithological point of view, the less-resistant conglomerate layer forming a contact zone between the arch beam and the southern pillar (L0) appears to be one of key importance (Fig. 2).
Fig. 2. Model of the PB body block fabric: 1a) Arch body: a view from the west; 1b. PB: a view from the east; 2a). Arch beam: a horizontal cross section in the depth of 2.5 m from the beam surface; 2b) Zone of contact between the arch beam and the southern pillar: a horizontal section in the depth of 5 m from the beam surface.
11
Seismic measurements demonstrated areas of significant weakening in the interior of the rock mass along the arch vault (having the seismic velocities up to 500 m/s, this representing sand and clay in accordance with standards – e.g. Gruntorád et al. 1985). The triangular part of the southern pillar presents not only a separate block bounded by continuous fissures, but also a place of the deepest material weakening. The body of the arch also generally exhibits a relatively low seismic velocity that does not exceed 2500 m/s, which points to the sandstone being affected by weathering, as further suggested via low strength values found in laboratory. Geomorphologic resistance of the body is, on the contrary, positively influenced by the secondary opal rock crust that forms the surface protection of the sandstone with relatively disintegrating tendency, with subsequent secondary impairment of the function of this "protective" crust in the areas of crystallisation of salts.
4.2. Involvement of weathering processes Local exposure to microclimatic conditions along with the hydrodynamical regime causes the crystallisation of salt efflorescence and shattering of case-hardening covers to display intensely, independent of the rock layer sequence of the PB body. Consequences of the weathering processes are mostly manifest at the foot of the PB as a process of disintegration, active at the micro level and having a direct impact on the dynamics of changes of the micro relief and the related accelerated loss of near-surface parts of the rock wall. The sandstone capacity of easily absorbing water and very quick evaporation, the latter being evidenced by geophysical measurements (DEMP) (Fig. 3), causes locally the salt recrystallisation processes to run much faster, compared to the less exposed parts of the rock ridge. Exposed to sunlight and the prevailing southwest winds, the northern pillar wall under the vault is a typical place of the saturation with solutions alternates drying of the near-surface portion of the rocks in a cyclical manner. The content of salts in the sandstone in areas with no visual signs of weathering was demonstrated not only via chemical analysis of the rock itself, but also through the chemical composition of seepage water. Samples repeatedly collected in the top of the cliff below the arch vault (i.e. the only place where there is a seasonal drainage of one of sub-vertical zones when the rock massif is oversaturated with solutions) evidenced enrichment of the cliff top with substances related to chemical reactions within the rock mass and with accumulation of salts in the near-surface zone. The study also found a close correlation between recurring gravitational infiltration (i.e., recurring leaching of matrix and dissolution of less-stable minerals) and a gradual weakening of the internal portions of the rock. Although visual signs of surface crystallisation of salts displayed on the arch beam were found to be of a minimum extent compared to the 1990s' status, repeated georadar measurements confirmed a change in frequency and dynamics of the radar signal, this indicating an increase in weathering towards the rock massif, especially from its underside and along the sub-horizontal bedding joint. Weathering processes are also influenced by the thermal quasi-cycles and the temperature gradient observed. Measurements attested that almost 50% decrease in daily temperature changes and thermal stress occurs within the PB just in the near-surface parts of the rock massif, at a depth of about 10 cm, with the intensity of solar radiation playing an important role as it can cause a significant temperature gradient to occur on the surface. The different extent of warming the rocks by sunlight depending on exposure and the reflectivity of the surface, which in this case involves the intensity of dark colour of sandstone as a result of anthropogenic pollutants (Warke et al. 1996), may also be manifest as flat uneven volume changes that affect the separation of clastic parts from the matrix and the formation of micro fissures (e.g. Jenkins & Smith 1990 and Hoerlé 2006). The negative role is also played by the proven recurrent deep freezing of the sandstone massif, which also significantly increases the 12
disintegration of rocks in the presence of salt solutions (Turkington & Paradise 2005). In the case of the arch beam with its universal exposure, the rock freezing demonstrated via measurements reaches a depth of 90 cm, meaning as much as one-fourth of beam volume at its narrowest point. During rainy winter seasons, the effects of frost weathering can thus be considered as well, with negative effects potentially expected namely in the periods of maximum saturation as a result of recurrent melting and re-freezing (Saad et al. 2010). Most of the events described herein take place at the micro level; however, the cumulative effect of these is reflected over time in some cases via specific consequences at a higher spatial level (i.e. meso- to macro-formations under the classification by Turkington & Paradise 2005). Inside the arch body, there is the redistribution of stress due to progressive disintegration and weakening of individual portions of the rock massif through weathering, which is an important finding from the perspective of stability (Zvelebil 1989) compared with the processes of near-surface weathering that operate mostly in the form of flaking, spalling and granular disintegration.
Fig. 3. Weakening of the Pravčická brána rock massif by weathering as confirmed by two independent geophysical methods: a) Seismic tomography b) DEMP. Produced using databases of Beneš 2008 and Frolka 2009; a view from the west. The parts under the biggest threat in terms of future stability contain the orange-yellow highlighted zones, i.e. the triangular block in the southern pillar, the lower side of the arch beam affected by weathering and the zone of contact between the arch beam and the northern pillar. Fig. 4. Model of kinematics of reversible and irreversible movements of the PB: a) Arch: a view from the west; b) Arch beam: a top view with highlighted dimensions of the rock body and locations of each point of measurement within both automatic (red) and hand (black) control monitoring. The arrow indicates the direction of deformation observed; irreversible movements are marked with pink, while reversible thermal dilatations and ways of quasi-cyclic stress of the body are marked with black.
4.3. Updated structural deformation model More processes should be added to the initial model of the quasi-cyclic loading of the arch top beam by bending up with parallel longitudinal arching by the action of change in volume in the north-south direction (Zvelebil et al. 2002). The eastern and the western part of the PB body behave differently in both reversible and irreversible deformation mode. Effects of external temperature produce not only a flexural stress, but partly also a torsion stress of the beam (Fig. 4). Higher seasonal amplitude of the movement was also detected on the western side of the beam compared to the eastern side, which complies with the interpretation of georadar data, showing only a partial passability of the contact zone, i.e. involving not the 13
entire area, as envisaged under the original interpretation by Zvelebil et al. 2002). The spatial asymmetry, as reflected in macro scales of long-term monitoring has additionally shown an irreversible long-term collapse of the western side of the arch beam, while a slow subhorizontal displacement towards south prevails on the eastern side. To the west, the arch beam has completely separated from the southern pillar, with inequalities being crushed and broken off the surface when movements occur along the contact area, plus there is the associated intense weathering of near-surface parts of the massif. As the separation is yet not complete to the east, movements in the zone above are of a mixed, elastic-plastic nature. There is therefore an obvious and very slow cutting and gradual formation of continuous horizontal bedding joint throughout the area. This fact increases the importance of the sub-vertical joint T0, one that is very probably a secondary crack produced additionally as a linear element, along which there is likely an offset of the stress between the two sides of the beam, each of them acting in a different manner. In terms of future development of the arch, the direction of this axial joint is of particular importance, as well as are the possible activities of its expansion (due to shear displacement). The many times repeated daily and seasonal strain-stress pulses lead to a gradual reduction of strength in strained parts of the sandstone massif and cumulative folding of micro deformations. The extreme local daily temperature fluctuations may even initiate such a thermal stress that nears to the values of irreversible disintegration of the rock (see Brček 2010). Irreversible restriction of the passable joint and especially the decline of the arch at the point of cliff leads to a very slow flattening, which may cause a reduction in future efficacy of the vault effect and a higher tensile-bending load. With regard to the facts found, the substantial stability risk appears as follows: a) The weakened triangular block in the southern pillar of the rock arch may fall out, while the relatively fresh vertical fissure in the beam may subsequently become active; b) The T0 axial joint extension towards the north (i.e. the centre of the beam) or its progradation in another direction in response to changes in stress within the massif.
5. Conclusions The completed comprehensive research has refined knowledge of the inner fabric of the arch body, of the kinematics of reversible and irreversible movements (plus dependence of these on the exposure and microclimatic conditions was assessed) and of the distribution of parts affected by salt weathering, including assessment of increase in weathering rate in time and involvement of anthropogenic factors. New stability risks were discovered, these associated with intense tectonic impairment of the rock massif and involvement of episodic aquifers. The above demonstrated on the PB body a method of selective weathering that so far was not being considered, one that is not only causing damage to the near-surface parts, but also weakens the strength of the internal parts of the massif with a major influence on the overall stability of the object. Data were obtained within the study that clarify the development of temperatures inside the rock massif in terms of time and depth, which affects to the major extent the running deformation of the body as well as processes of physical and chemical weathering. The collected information was used for creating a structural deformation model of the PB body, including description of patterns of disintegration found and assessment of the extent of involvement of individual processes and factors. The model is to become an essential base for subsequent geomechanical modelling of the arch stability and development.
14
The results of the dissertation helped to understand the complexity of the system of disintegration in sandstone rock bodies and contributed to general knowledge about the dependencies in the development of rock arches in sandstone rocks. The gained knowledge is thus to become not only an essential basis for management planning and projecting the most suitable stability and security measures in the study area, but can also be applied to similar small-scale protected areas and used for drafting master plans of field protection of the sandstone relief within the studied region, and hence also in the greater area of rock formations throughout BCB.
6. Literatura / References Brček M. (2010): Vplyv teplotných cyklov na zvetrávanie hornín. MS, Disertačná práca, Katedra inžinierskej geológie, Universita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta. 105 s. Cílek V., Langrová A. (1994): Skalní kůry a solné zvětrávání v CHKO Labské pískovce. Ochrana přírody 49 (8), 227-231. Gruntorád J., Marek F., Mareš S., Matolín M., Skopec J. (1985): Principy metod užité geofyziky. SNTL Praha, Alfa Bratislava, s. 124. Hoerlé S. (2006): Rock temperature as an indicator of weathering processes affecting rock art. Journal of Earth Processes and Landforms, 31, 383-389. Jenkins K.A., Smith B.J. (1990): Daytime rock surface temperature variability and its implications for mechanical rock weathering: Tenerife, Canary Islands. Catena 17, 449-459. Košťák B., Zvelebil J., Stemberk J., Novotný J. (1993): Stabilita Pravčické brány. Inženýrskogeologický výzkum a kontrolní sledování, dílčí zpráva I.etapy. MS, Ústav geotechniky AVČR, Praha, 6 s. Melounová L. (2006): Solné zvětrávání svrchnokřídových pískovců Křídelních stěn (NP České Švýcarsko). MS, Diplomová práce, PřF UK Praha, 48 s. Saad A., Guedon S., Martineau F. (2010): Microstructural weathering of sedimentary rocks by freezethaw cycles: Experimental study of state and transfer parameters. Comptes Rendus Geoscience, vol. 342, Issue 3, 197-203. Schweigstillová J., Přikryl R., Novotná M. (2009): Isotopic composition of salt efflorescence from the sandstone castellated rocks of the Bohemian Cretaceous Basin (Czech Republic). Environmental Geology, 58, 217-225. Turkington A.V., Paradise, TR. (2005): Sandstone weathering: a century of research and innovation. Geomorphology 67(1-2), 229-253. Valečka J. (1989): Sedimentology, stratigraphy and cyclicity of the Jizera Formation (Middle-Upper Turonian) in the Děčín area (N Bohemia). Věst. Ústř. Úst. geol., 64, 2, Praha, 77-90. Vařilová, Z., Šteflová, D., Härtel, H., Marková, I., Trýzna, M., Mauricová, J., Holešinský, O., Votápek, A., Marek, J., Belisová, N. (2005): Plán péče o Národní přírodní památku Pravčická brána na období 2005–2014. MS, Správa NP České Švýcarsko, Krásná Lípa. 22 s. (14 s. příloh). Warke P.A., Smith B.J., Magee R.W. (1996): Thermal response characteristics of stone: implications for weathering of soiled surfaces in urban environments. Earth Surf. Processes and Landforms, 21, 295-306. Young W., Wray R.A.L.,Young A.R.M. (2009): Sandstone landforms. Cambridge University Press, New York, 304 s. Zvelebil J. (1989): Inženýrskogeologické aspekty vývoje skalních svahů v Děčínské vrchovině. MS, Kandidátská disertační práce, USMH AV ČR, Praha, 282 s. Zvelebil J (1995): Determination of characteristic features of slope movements prent day activity by monitoring in thick-bedded sandstones of the Bohemian Cretaceous Basin. Acta Universitatis Carolinae, Geographica, Supp., Prague, 79-113. Zvelebil J., Cílek V., Stemberk J. (2002): Partial results of monitoring of stability deterioration on Pravčice Rock Arch, NW Bohemia. In: Přikryl R., Viles H.A. (eds.): Understanding and managing stone decay, SWAPNET 2001. Karolinum, Praha, 243–261. Zvelebil J., Vařilová Z., Paluš M. (2008): New Chalenges in Safety Monitoring of Rock Slopes: The Third Wave. The first world landslides forum, United Nations University, Tokyo, Japan, 705-708.
15
Curriculum vitae Jméno a příjmení / Name and Surname: Zuzana Vařilová Datum a místo narození/Date and place of the birth: 28.2.1976, Praha, Česká republika Vzdělání / Education: 1990 – 1994 gymnázium Přípotoční, Praha 1994 – 2000 magisterské studium; Přírodovědecká fakulta UK v Praze (Ústav geologie a paleontologie & Ústav geochemie, mineralogie a nerostných zdrojů); diplomová práce: Zdroj materiálu a provenience románských terakotových dlaždic 2004 – dosud: kombinované doktorské studium; Přírodovědecká fakulta UK v Praze (aplikovaná geologie se zaměřeními) Odborná praxe / Expert experience: 1/2001 – 12/2006: odborný pracovník v Geologickém ústavu AV ČR v Praze (0,2 úvazek) 1/2001 – 1/2011: geolog na Správě Národního parku České Švýcarsko v Krásné Lípě (5/2002 – 12/2006, 7/2008 – 1/2011: vedoucí odd. geologie – skalní četa) 2/2011 - dosud: geolog a kurátor geologických sbírek v Muzeu města Ústí nad Labem
16
Seznam publikací / Selected publications Vařilová, Z., Zvelebil, J. (2005): Sandstone Relief Geohazards and their Mitigation: Rock Fall Risk Management in the Bohemian Switzerland NP, Czech Republic. Mus. Natur., Luxembourg, Ferrantia, 44, 51-56. Cílek, V., Adamovič, J., Vařilová, Z. (2006): Pravčická brána a vznik pískovcových skalních bran. – Minulosti Českého Švýcarska III., sborník příspěvků historické konference, Krásná Lípa, 5-19. Vařilová, Z., Zvelebil, J. (2007): Catastrophic and episodic events in sandstone landscapes: slope movements and weathering. – In: Härtel, H., Cílek, V., Herben, T., Jackson A., Williams R. (eds.): Sandstone Landscapes, Academia, Praha, 115-128. Přikryl, R., Melounová, L., Vařilová, Z., Weishauptová, Z. (2007): Spatial relationships of salt distribution and related physical changes of underlying rocks on naturally weathered sandstone exposures (Bohemian Switzerland National Park, Czech Republic) Environmental Geology, 52, 409-420. Vlčko, J., Brček, M., Vařilová, Z., Zvelebil, J. (2009): Deformation Monitoring at Cultural and Natural Heritage Sites. – World Danxia, 2nd Coll., First International Symposium on Danxia Landform, Danxiashan, Guangdong China, 317-324. Zvelebil, J., Vařilová, Z. (2010): Třicet let bezpečnostního monitoringu pohybů v pískovcových stěnách Děčínské vrchoviny. – Polní geotechnické metody 2010, Sborník 30. mezinárodní konference, Ústí n.L., 65-80. Vařilová, Z., Zvelebil, J. (2010): Monitoring pohybů Pravčické brány - hodnocení výsledků kontrolního sledování tělesa Pravčické brány za období 2003 – 2009 / 1.etapa. – Ms, Správa NP České Švýcarsko, 50 s. Brček M., Vařilová Z., Greif V., Vlčko J. (2010): Stanovenie teplotného poľa pieskovcového masivu Pravčickej brány (ČR) na základe zhodnotenia denných a ročných teplotných cyklov. - Mineralia Slovaca, 42, 205-216. Vařilová, Z., Zvelebil, J., Paluš, M. (2010): Complex System Approach to Interpretation of Monitoring Time Series: two case histories from NW Bohemia. Landslides, vol. 7., doi: 10.1007/s10346-010-0243-7 Vařilová, Z., Navrátil, T., Dobešová I. (2011a): Recent atmospheric deposition and its effects on sandstone cliffs in Bohemian Switzerland National Park, Czech Republic. – Water, Air & Soil Pollution doi: 10.1007/s11270-010-0739-8 Vařilová, Z., Přikryl, R., Cílek, V. (2011b): Pravčice Rock Arch (Bohemian Switzerland National Park, Czech Republic) deterioration due to natural and anthropogenic weathering. Environmental Earth Science doi: 10.1007/s12665-010-0881-z Vařilová, Z., Hubatka, F., Beneš, V. ,Frolka, J. (submitted): The application of nondestructive geophysical methods to assess the stability of the national nature monument of the Pravčická brána rock arch. – Landslides
17
