MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta Ústav geologických věd
Jiří Ludvík
Studium povrchových jevů Lažáneckoheroltického krasu (rešerše k bakalářské práci)
Vedoucí práce: doc. Ing. Jiří Faimon, Dr. Odborný konzultant: RNDr. Ivan Balák
Brno 2012
Obsah: 1. Úvod
3
1.1. Kras
3
1.2. Krasové horniny
3
1.3. Karbonátový kras
3
2. Karbonátové horniny
4
2.1. Litologie karbonátových hornin
4
2.2. Geochemie vápenců
4
3. Hydrologie karbonátového krasu
5
3.1. Krasová voda
5
3.2. Vertikální zóny
5
3.2.1. Epikras
5
3.2.2. Vadózní zóna (nenasycená)
5
3.2.3. Freatická zóna (nasycená)
6
4. Povrchové krasové tvary
6
4.1. Krasová planina
6
4.2. Škrapy
7
4.3. Závrty
7
4.4. Ponory
7
4.5. Vyvěračky
7
4.6. Vchody do jeskyní
8
4.7. Paleokras
8
5. Geologické poměry zájmového území
8
6. Hydrogeologie zkoumaného území
9
7. Povrchové objekty
10
8. Použitá literatura
11
2
1. Úvod Lažánecko-Heroltický kras leží mezi obcemi Lažánky a Heroltice, 5 km jihozápadně od Tišnova. Givetské a frasnské vápence macošského souvrství jsou protékány ponornými toky Maršovského a Pejškovského potoka. Je zde vyvinita řada jeskyní, ponorů a vyvěraček, v několika lomech byl odkryt i paleokras. Lažánecko-Heroltický kras je stále nedostatečně zdokumentován a cílem této práce je prohloubit znalosti o povrchové morfologii a charakteru tohoto krasu. Jsou mapovány vchody do jeskyní, ponory a vyvěračky, provedeno jejich zaměření, popis a fotodokumentace. U potoků jsou měřeny průtoky, vodivosti a teploty. Získaná data budou využita pro zavádění do Jednotné evidence speleologických objektů (JESO).
1.1. Kras Souborný termín pro území budované karbonátovými i jinými rozpustnými horninami s výskytem povrchových i podzemních tvarů a jevů krasových i specifickou hydrografií (Panoš, 2001). Představuje soubor osobitých tvarů a jevů, rozložených v krajině ve dvou úrovních – na povrchu terénu a v podzemí. Tyto neobvyklé charakteristiky vtiskují krajině rozpustné horniny tvořící její podklad, a voda, která na ně působí zejména činností chemickou (korozí) (Přibyl et al., 1992).
1.2. Krasové horniny Základem rozvoje krasu jsou horniny budované minerály lehce rozpustnými ve vodě. Takovými horninami jsou: sůl kamenná, horniny síranové (sádra, anhydrid) nebo horniny karbonátové (kalcit, dolomit). Rozpouštění ve vodě podléhá rovněž křemen, proto horniny obsahující převážně křemen započítáváme do skupiny hornin vysoce citlivých na rozpouštění ve vodě (Pulina, 1999).
1.3. Karbonátový kras Studovaný Lažánecko-Heroltický klas je tvořen devonskými vápenci macošského souvrství. Do karbonátů zahrnujeme jak vápence a dolomity, tak i produkty metamorfózy těchto hornin, tedy mramory (Pulina, 1999).
3
Karbonátový kras je termín pro označení souborů exokrasových a endokrasových tvarů a jevů, podmíněných působením chemické složky. Karbonátové horniny jsou typické krasové horniny,
patří
sem
především
vápence,
dolomity,
mramory,
křídy
i
karbonáty
metasomatického původu (magnezit), vyvřelé karbonatity a celá řada klastických hornin složených z uhličitanových klastů, či tmelených uhličitanovým tmelem. (Panoš, 2001).
2. Karbonátové horniny 2.1. Litologie karbonátových hornin Na tvorbě uhličitanových hornin se ve zvýšené míře podílejí horninotvorné organismy. Patří k nim především koloniální koráli, mechovky, vápnité houby a vápnité řasy, které mají schopnost vytvářet rozsáhlé kolonie a útesy. Běžní jsou dále ostnokožci, měkkýši, brachiopodi, hlavonožci, četné mikroorganismy (dírkovci, vápnitý nanoplankton) a další typy organismů. Kromě uhličitanových minerálů se na složení karbonátových hornin účastní minerály (evaporitové, sulfidy, jílová hmota prach, písek, organická substance, silikáty, oxidy a hydroxidy Fe, Mn, Al) a další neuhličitanové složky, které ve zvýšené míře ovlivňují míru krasovění hornin (Přibyl et al., 1992). Vápenec je usazená hornina, jejíž hlavní složkou je CaCO3, u dvousložkových vápencových hornin musí uhličitan vápenatý tvořit více než 50 % obsahu. U vícesložkových musí tvořit více než 50 % horniny kalcit a dolomit (Panoš, 2001).
2.2. Geochemie vápenců Kalcit (CaCO3) tvoří hlavní součást vápenců, obvykle více než 90 % horniny. (Přibyl et al., 1992). Intenzita krasovění je závislá na množství (parciálním tlaku) CO2
v roztoku. Opětovné
srážení kalcitu probíhá převážně po poklesu parciálního tlaku CO2, tj. po úniku zpět do atmosféry (Přibyl et al., 1992). Pro rozpouštění kalcitu v čisté vodě platí:
CaCO3 = Ca 2 + + CO32 −
(1)
Rozpustnost kalcitu zvyšuje rozpuštěný CO2 z atmosféry. Při rozpuštění vzniká kyselina uhličitá:
CO2 ( g ) + H 2 O = H 2 CO3
(2)
4
Kyselina uhličitá disociuje do prvního a posléze do druhého stupně:
H 2 CO3 = H + + HCO3−
(3)
HCO3− = H + + CO32 −
(4)
Celkový proces rozpouštění/růstu kalcitu je možno popsat rovnicí:
CaCO3 + CO2( g ) + H 2 O = Ca 2 + + 2 HCO3
−
(5)
Rovnice z leva doprava vyjadřuje proces rozpouštění kalcitu a zprava doleva růst krystalů kalcitu (Stumm, Morgan, 1996).
3. Hydrologie karbonátového krasu 3.1. Krasová voda Podzemní voda vyplňuje tři odlišné typy spojitých podzemních dutin: průliny (póry) mezi zrny zpevněných i nezpevněných klastických sedimentů, pukliny ve zpevněných horninách, krasové dutiny v rozpustných horninách (Hromas et al., 2009). Pod pojmem krasová voda se rozumí podzemní voda v těchto krasových puklinách (Přibyl et al., 1992).
3.2. Vertikální zóny Krasové vody je možno rozdělit do tří základních vertikálních zón:
3.2.1. Epikras Epikras je tvořen přípovrchovou zónou, nejvíc ovlivněnou zvětrávaním (krasověním), s mocností od několik centimetrů až do několika metrů (Hromas et al., 2009). Epikras je svrchní část nenasycené zóny. Je tvořen silně zkrasovělým vápencem, těsně pod půdou, která však může chybět. Voda je rychle odváděna do vadózní zóny (Ford, Williams, 2007). V epikrasu dochází k vývoji vysutých zvodní. Tato kapilárně vázaná voda je pomalu uvolňována a stává se zdrojem skapových vod v sušších obdobích (Ford, Williams, 2007). Epikrasová zóna hraje zásadní roli při vzniku závrtů, škrapových polí i propastí (Hromas et al., 2009).
3.2.2. Vadózní zóna (nenasycená) Nenasycená
zóna je charakterizována především pomalým vertikálním pohybem vody
(Přibyl et al., 1992).
5
Vadózní zónou přechází voda z epikrasu do freatické zóny. Je omezena nejvyšší a nejnižší hladinou podzemní vody a dochází zde k intenzivnímu krasovění a tím i ke zvětšování propustnosti hornin pro vodu (Ford, Williams, 2007). V této zóně, dobře rozvinuté, jsou vodivé kanály schopny odvést všechnu povrchovou vodu. Hloubka této zóny v krasových masivech může dosahovat i stovek metrů v horských oblastech a až 1,5 km v některých vysokohorských oblastech (Pulina, 1999).
3.2.3. Freatická zóna (nasycená) Nasycená zóna je charakteristická trvalým zatopením podzemními vodami. U této zóny jsou zpravidla vyvinuty 2 podzóny (Přibyl et al., 1992). V zóně epifreatické kolísá hladina podzemní vody. Je to zóna zvýšené hydraulické vodivosti která umožňuje poměrně intenzivní horizontální pohyb vody dobře vyvinutými krasovými dutinami (Ford, Williams, 2007). S postupujícím krasověním aktivní epifreatické zóny může dojít ke snížení spádu podzemní vody a vzniku stagnující freatické zóny v hlubších partiích nasycené zóny, kde je cirkulace vody výrazně zpomalena (Ford, Williams, 2007).
4. Povrchové krasové tvary Povrchové krasové tvary vznikají na povrchu rozpustné horniny procesy krasovění. Vytvářejí charakteristický tvar reliéfu. Mezi povrchové krasové útvary řadíme krasové planiny, škrapy, závrty, bogazy, krasové ulice, slepá a poloslepá údolí, kaňony, polje, izolované vápencové elevace, geologické varhany, ponory a hltače, vyvěračky, krasová jezera, zpevněné suťové haldy a travertinové útvary. Povrchové krasové tvary jsou spojeny s podzemními tvary (Přibyl et al., 1992). Dále bude pojednáno o tvarech, které je možno nalézt v zájmové oblasti:
4.1. Krasová planina/plošina Představuje rozsáhlý zarovnaný povrch krasovějících hornin nacházející se obvykle ve výrazné relativní výšce nad okolním povrchem a omezený strmými skalními svahy. Většinou jde o vyzdviženou a izolovanou část krasového reliéfu v různém stupni destrukčního vývoje (Panoš, 2001).
6
4.2. Škrapy Vytvářejí mnohotvárný komplex drobných tvarů vhloubených do skalního podkladu. Vznikají působením koroze vlivem srážkové nebo půdní vody obohacené o CO2
z vegetace
a humusových půd (Přibyl et al., 1992). Rozčleňují holý i pokrytý skalní povrch, nebo stěny jeskyní v rozpustných horninách různých typů (Panoš, 2001).
4.3. Závrty Závrty jsou výsledkem hloubkového rozpouštění směrem do podzemí. Je to mísovitá nebo nálevkovitá prohlubeň, vytvořená v rozpustných horninách vodami odtékajícími do podzemí (Přibyl et al., 1992). Závrty vznikají
rozpouštěním skalního povrchu konsolidovaných
matečních hornin meteorickou vodou, podél puklin, průlin a vrstevních spár a následným řícením a sedáním matečných hornin do hroutících se endokrasových prostor (Panoš, 2001).
4.4. Ponory Termín ponor se užívá ve volném slova smyslu pro místo, kde tok mizí do podzemí. Ponory se vyskytují v mnoha velikostech a tvarech. Některé z nich jsou místa, kde hlavní toky mizí náhle v podzemí, a to buď vertikálně, skrze dno, nebo horizontálně do svého břehu. Některé ponory jsou šachty, jiné otevřené jeskynní vchody. Některé z nich jsou částečně uzavřeny. Ostatní ponory jsou v korytě, kde se ztrácí voda. Proti proudu od ponoru teče tok v plném objemu, po proudu od něj je dno suché. Mezi je prostor, kde se voda postupně ztrácí v náplavech potoka (White, 1988). Ponor je označení místa, v němž povrchová voda do podzemí vsakuje zvětralinami, sedimenty, či průlinami a puklinami, kavernami, anebo vtéká jeskyněmi různých rozměrů (Panoš, 2001).
4.5. Vyvěračky Vžité označení pro krasový pramen velké vydatnosti, představující volný výtok podzemního vodního toku z jeskynního systému. Často vznikají tam, kde nepropustné podloží krasových hornin leží nehluboko pod povrchem terénu, anebo vystupuje přímo na povrch (Panoš, 2001). V místě, kde se krasové vody vrací do povrchového koryta jsou často vydatné prameny. Některé prameny vytékají z otevřených jeskyní bez hydrostatického tlaku. Tyto jsou označovány jako prameny gravitační. U jiných pramenů stoupá voda z malé hloubky pod povrchem. Obvykle se jedná o prameny aluviální. Voda překonává překážky ze zřícených
7
skal, ledovcové usazeniny, nebo prosakuje usazeninami povrchových toků. Prameny, které vytékají pod tlakem jako artézské vody, se nazývají jako vyvěračky typu Vauclouse (White, 1988).
4.6. Vchody do jeskyní Jeskyně je podzemní dutina vzniklá přirozenými procesy, která je částečne obklopena matečnou horninou. Za jeskyni se ve speleologickém slova smyslu považuje dutina, která umožňuje dospělému člověku vejít (Hromas et al., 2009).
4.7. Paleokras Soubor exokrasových a endokrasových forem a jevů vyvinutých většinou, nebo zcela, v různých obdobích geologické minulosti (Panoš, 2001). Kras fosilní – krasové systémy vzniklé v geologické minulosti za morfogenetických podmínek odlišných od dnešních. Vývoj těchto forem je v současnosti zastaven (sedimentární pokryvy, mořská transgrese, aridní klima) (Přibyl et al., 1992).
5. Geologické poměry zájmového území Vápence Lažánecko-heroltického krasu jsou devonské, ve vývoji tišnovském (okrajovém): Tento vývoj je poměrně nejméně znám, neboť se omezuje na části moravika a silesika, kde je regionálně metamorfován, značně tektonicky porušen a jen vyjímečně obsahuje určitelné nálezy fosílií (Chlupáč et al.,
2011). Tyto změny jsou důsledkem násunu moravika
a moldanubika ve svratecké klenbě: K regionální jednotce moravika patří dvě velká tektonická okna v z. části Českomoravské vrchoviny označovaná jako klenba svratecká (severnější) a klenba dyjská. V jádru obou kleneb vystupují horniny brunovistulika (s devonským pokryvem), na něž jsou nasunuty ve formě příkrovů silněji metamorfované jednotky moravika (s charakteristickou bítešskou rulou). Metamorfózy zřetelně přibývá od jádra kleneb směrem k periferii, tj. od jednotek tektonicky nižších k jednotkám tektonicky vyšším. Na klenby jsou pak jako tektonicky nejvyšší jednotka od Z nasunuty horniny moldanubika s lemem svorových hornin (Chlupáč et al., 2011). V centru svratecké klenby vystupují paraautochtonní tišnovské brunidy. Je to tektonicky nejníže položená jednotka odpovídající granitům kadomského stáří. Granitoidní horniny
8
svrateckého masivu intrudovaly do sedimentárního obalu, dnes reprezentovaného krystalinickou deblínskou skupinou. V nadloží hornin deblínské skupiny leží ve dvou odlišných vývojích paleontologicky doložené devonské sedimenty. V závistském vývoji převažují na bázi kvarcity a konglomeráty, které přechází do nadložních karbonátů. V květnickém vývoji převažují různé druhy vápenců (Müller, Novák et al., 2000). Devon v květnické sérii byl prokázán nálezem zkameněliny Amphipora ramosa západně od Lažánek v pruhu herolticko-lažáneckých vápenců. Květnická série transgreduje přes svrateckou ortorulu souvrstvím klastik. Na bázi souvrství tvořeného kvarcity a arkózovými kvarcity s břidlicemi vystupují křemité slepence se vzácnými valouny svratecké žuloruly. Klastické souvrství přechází v nadložní souvrství modrošedých vápenců, které vystupují na Květnici, Dřínové a v pruhu herolticko-lažáneckém (Svoboda et al., 1964) Givetské a frasnské vápence devonu macošského souvrství jsou chemicky poměrně čisté, místy značně tektonicky porušené, částečně metamorfované a dolomitizované. Devonské horniny tvoří plášť plutonických hornin brněnského a svrateckého masivu. Jsou překryty příkrovem svratecké klenby moravika. Vápence lažánecko – heroltického pruhu leží rovněž v těsném podloží dřínovského nasunutí. Střídají se zde vrstvy světleji šedých masivních vápenců a tmavě šedých silně laminovaných vápenců, jejichž velikost se pohybuje v řádech desítek metrů. Jsou zde zastoupeny velmi silně provrásněné a tektonicky postižené tmavé, grafitické vápence. Pásmo je asi 6 km dlouhé. Mocnost vápencového komplexu j. od Heroltic je asi 150 m, max. šířka pásma (v sz. okolí Lažánek – lomová oblast) 600 m (Hromas et al., 2009).
6. Hydrogeologie zkoumaného území Značná část krasu je vázána na vápence v hlubokém Maršovském žlebu, jímž 3 km teče Maršovský potok od lomů u Lažánek k Pejškovskému potoku. V pravé údolní stráni je několik portálů jeskyní, z nichž nejvýznamější jsou Mločí kaple, Jezevčí a Vinšova vyvěračka. V místě pravostranného přítoku od Lažánek do Maršovského žlebu je v řečišti aktivní ponor. Jižně od Heroltic, cca 1 km před ústím do Svratky má pejškovský potok při průtoku přes pruh vápenců, v korytě krytém štěrky také ponory. Vývěr, zčásti zachycený pro tišnovský vodovod, je cca 500 m níže po toku. Evidováno je 9 jeskyní (Hromas et al., 2009). Vodohospodářsky nejvýznamnější částí hydrogeologického masivu krystalinika v okolí Brna jsou vilémovické vápence květnické a závistské skupiny tišnovských brunid, s morfologicky příhodnými podmínkami pro akumulaci podzemní vody. Vilémovické vápence macošského
9
souvrství jsou porušeny řadou tektonických poruch, které podmiňují jejich krasovopuklinovou porozitu s dosti silnou až silnou propustností. Poměrně značný plošný rozsah a dostatečná mocnost, spolu s možnostmi snadné infiltrace atmosférických srážek vytvářejí předpoklady pro vznik vodárensky využitelných akumulací podzemní vody. Heroltickolažánecký pruh vápenců je na linii dřínovského nasunutí odvodňován pramenem Heroltice – Pod skálou, který se využívá pro vodárenské zásobování Tišnova. Jeho průměrná vydatnost dosahuje více než 20 l za sekundu (Müller, Novák et al., 2000).
7. Povrchové objekty Krasový reliéf Lažánecké plošiny je odkryt v několika opuštěných a jednom aktivním lomu. V horních partiích těžebních řezů jsou obnaženy deprese paleogenního až spodnomiocenního paleokrasu (složité závrtovité tvary, geologické varhany vyplněné pestrobarevnými sedimenty karpatu). V lomech se objevují fragmenty jeskynních chodeb a jeskyní s probořenými stropy značných rozměrů. Evidováno je 7 jeskyní. (Hromas et al., 2009). V kamenolomu nacházejícím se s. od obce Lažánky, byly v roce 1973 při těžbě vápenců nalezeny dvě větší, spolu nesouvisející jeskyně. Jeskyně Kašparcova byla ponorového charakteru a vznikla v tmavých grafitických vápencích. Bagristova jeskyně byla vytvořena slabším tokem autochtonního původu a byla nejdelší známou jeskyní Lažánecko-heroltického krasu (Himmel, 1989). Nedaleko obce Lažánky se nachází asi 8 m hluboký závrtový ponor, vetknutý do okruhu terasy malého poloslepého údolíčka vzniklého na okraji geologické hranice vápenců. Směrem k severu v úbočí Petrova kopce lze nalézt Jezevčí jeskyni a níže v pravé údolní stráni Maršovského žlebu byla nalezena periodická vyvěračka (Ondroušek, 1965).
10
8. Použitá literatura Ford, D. C. (1989): Charakteristiky jeskynních systémů vzniklých rozpouštěním karbonátových hornin. – Knihovna ČSS, 16: 66 s., Praha. Ford, D. C. – WILLIAMS, P.W. (2007): Karst Hydrogeology and Geomorphology. – John Wiley & Sons, 562 s., Chichester Himmel, J., (1989): Záchranný výzkum dvou jeskyní v Lažánecko-heroltickém krasu. – Čs. kras, 40: 122-128, Academia, Praha. Hromas, J. et al. (2009): Jeskyně: chráněná území ČR XIV. – Agentura ochrany přírody a krajiny ČR, 608s, Praha. Chlupáč, I. – Brzobohatý, R. – Kovanda, J. – Stráník, Z. (2011): Geologická minulost České republiky. — Akademie věd ČR, 436 s, Praha. Müller, P. – Novák, Z. et al. (2000): Geologie Brna a okolí. – Český geologický ústav, 90 s., Praha Ondroušek, O. (1965): Tajemství Lažánecko-Heroltického krasu na Tišnovsku. – Kras v Československu 1965: 16-17, Brno. Panoš, V. (2001): Karsologická a speleologická terminologie. – Knižné centrum Žilina, 352 s., Žilina. Pulina, M. (1999): Kras Formy i procesy. – Wydawnitstwo Universytetu Ślaskiego, 376 s., Katowice. Stumm, W. – Morgan, J.J. (1996): Aquatic chemistry: Chemical equilibria and rates in natural waters. - John Wiley & Sons, 1022 s., New York
Svoboda, J. et al. (1964): Regionální geologie ČSSR, sv.1 – Krystalinikum. – Ústřední ústav geologický, 380 s., Praha White, W. B. (1988): Geomorphology and Hydrology of Karst Terrains. – Oxford University Press, 464 s., New York.
11
