Strategický plán výzkumu České geologické služby na léta Jan Pašava, Zdeněk Venera a kol. Česká geologická služba

Strategický plán výzkumu České geologické služby na léta 2016–2020 Jan Pašava, Zdeněk Venera a kol.

www.geology.cz

Česká geologická služba


2/

Obsah

Úvod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1/ Výzkum stavby a vývoje zemské kůry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1. Geologické mapování a regionální geologický výzkum v ČR a v zahraničí . . . . . . . . . . . . 5 1.2. Modelování a vizualizace 3D stavby zemské kůry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3. Porozumění endogenním procesům v minulosti a v současnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4. Exogenní geologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2/

15 16 17

ýzkum biodiverzity a globálních změn v minulosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V 2.1. Studium vývoje biodiverzity a biotických krizí v mořském ekosystému . . . . . . . . . . . . . 2.2. Studium vývoje biodiverzity a biotických krizí v terestrickém ekosystému . . . . . . . . . . 2.3. Studium vývoje sedimentárních pánví a aplikace litostratigrafických a biostratigrafických metod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Studium globálních změn ve složení oceánů a změn klimatu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3/

Výzkum a využití přírodních zdrojů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Nerostné suroviny a vliv těžby na životní prostředí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Výzkum a hodnocení stavu podzemních vod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Výzkum geoenergií . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19 19 22 25

4/ Výzkum interakce geosféra – biosféra – atmosféra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1. Současný stav monitoringu vodních a suchozemských ekosystémů v ČGS . . . . . . . . . . 4.2. Biogeochemické procesy v krajině . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. Užití izotopů v biogeochemii a environmentálním výzkumu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4. Kontaminace organickými polutanty a těžkými kovy včetně jejich transportu, zachycení a degradace v krajinných celcích . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29 29 30 31

18 18

32

5/ Výzkum geologických rizik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5.1. Současný stav výzkumu geologických rizik v ČGS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5.2. Strategické cíle výzkumu 2016–2020 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 6/ Výzkum a vývoj geochemických a mineralogických metod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1. Laboratoře stabilních izotopů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2. Ultrastopová laboratoř (USL) a laboratoře hmotové spektrometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3. Laboratoř rentgenové mikroanalýzy LAREM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4. Laboratoř rentgenové difrakce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37 37 37 39 40

/3

Úvod

ROLE VĚD O ZEMI VE SPOLEČNOSTI VE DRUHÉ DEKÁDĚ 21. STOLETÍ Potřeba udržitelného rozvoje ve vztahu k omezeným přírodním zdrojům a tváří v tvář nevratným změnám v užití krajiny si vybojovala přední místo ve společenském vědomí. Výzkum trvale udržitelného hospodaření s půdou, vodou, ovzduším a nerostným bohatstvím, jakož i opatření k zachování biodiverzity patří mezi prioritní témata všech vyspělých zemí. Hlavní výzvou dneška je potřeba pochopit složité propojení mezi geologickými, biologickými, pedologickými, hydrologickými, klimatickými a socioekonomickými systémy. Velkého pokroku bylo dosaženo v porozumění dopadů lidské činnosti na látkové toky v exosféře. Člověk každoročně ničí stokrát více půdy, než kolik jí vzniká přirozenými pedogenetickými procesy. Svět se mění nebývalou rychlostí a stále naléhavěji je třeba propojovat údaje o kvantitě probíhajících změn s tvorbou strategií k omezení globálních environmentálních rizik. Environmentální rizika však nelze prvoplánově odstraňovat na úkor ekonomických cílů, zvláště v hospodářsky méně vyspělých regionech. Musí jít o jemnou rovnováhu mezi klady a zápory – cenou a účinností – opatření přijatých ke stabilizaci podmínek k životu. Musí být zajištěna bezpečnost obyvatelstva a zabezpečeny energetické zdroje. Nejen v místech předpokládaných častých přírodních katastrof, k nimž ve střední Evropě náleží povodně, sesuvy půd a skalní řícení, je třeba dobudovat systémy včasného varování. Tato oblast geovědní agendy se má stát příkladem neoddělitelnosti základního a aplikovaného výzkumu. Důležitým předpokladem úspěšného řešení řady z výše uvedených celospolečenských problémů je rozvoj 3D modelování geovědních dat, neboť bez detailní znalosti stavby zemské kůry nelze navrhnout optimální využití surovinových zdrojů, geometrii podzemních staveb nebo dimenzovat inženýrské bariéry ani objektivně zhodnotit jejich bezpečnost. Ačkoliv jsme byli u řady nebezpečných látek svědky klesajících úrovní znečištění všech částí ekosystémů, stále hrozí kumulativní efekt, obzvláště u perzistentních polutantů v půdách a podzemních vodách. Plíživé, dlouhodobé znečištění zranitelných částí ekosystémů se může stát časovanou bombou. Dosažení geochemické bariéry může způsobit náhlou mobilizaci toxických látek. Bezpečné ukládání CO2 a produktů štěpných reakcí při mírovém užívání jaderné energie rovněž zůstane doménou geovědních disciplín.

CÍLE STRATEGICKÉHO PLÁNU VÝZKUMU ČGS NA LÉTA 2016–2020 V souvislosti s měnícími se národními a globálními prioritami je nutné, aby ČGS periodicky adaptovala a optimalizovala strategické směry svého rozvoje. V průběhu 21. století se geologické vědy vyvinuly ve skutečný interdisciplinární obor, který využívá spolupráce s ostatními vědeckými disciplínami včetně biologických, materiálových, informatických a sociálních věd.

4/

Strategický plán výzkumu České geologické služby na léta 2016–2020

Komplexní zpracování a efektivní poskytování geovědních informací se stále více podílí na řešení klíčových a mnohdy pro naši společnost existenčních otázek. Cíle strategického plánu výzkumu vycházejí z vize ČGS: Vizí ČGS je být pilířem českého státu v poskytování geovědních informací pro rozhodování ve věcech přírodních zdrojů, rizik a udržitelného rozvoje a na základě vysoké odbornosti posilovat svoje postavení vůdčí výzkumné instituce v oboru věd o Zemi. S využitím obdobných strategických materiálů rozvoje výzkumu schválených na národní, mezinárodní i globální úrovni, následné široké interní diskuse odborníků reprezentujících různé geovědní obory a po finální redakci vznikl tento strategický dokument ČGS. Hlavní tematické priority Strategického plánu výzkumu ČGS na léta 2016–2020 jsou následující: 1. Stavba a vývoj zemské kůry (K. Schulmann, J. Pertoldová) 2. Biodiverzita a globální změny v minulosti (J. Frýda, Z. Šimůnek) 3. Přírodní zdroje a jejich využití (B. Kříbek, L. Rukavičková, V. Hladík) 4. Interakce geosféra – biosféra – atmosféra (M. Novák, J. Hruška) 5. Geologická rizika (O. Krejčí, P. Kycl) 6. Vývoj geochemických a mineralogických metod (T. Magna, F. Laufek).

/5

1/ Výzkum stavby a vývoje zemské kůry K . S C H U L M A N N , J . P E R T O L D O VÁ , J . F R A N Ě K , T. H R O C H , V. J A N O U Š E K , L . K O N D R O VÁ , V. K O PA Č K O VÁ , Z . K R E J Č Í , V. R A P P R I C H

1.1. G EOLOGICKÉ MAPOVÁNÍ A REGIONÁLNÍ GEOLOGICKÝ VÝZKUM V ČR A V ZAHRANIČÍ J . P E R T O L D O VÁ , Z . K R E J Č Í

Úvod Geologické mapování a vzájemně provázaný geovědní regionální výzkum podávají nové informace o geologické stavbě a geologickém vývoji daných oblastí, hodnotí přírodní prostředí z hlediska nebezpečí extrémních geodynamických jevů. Tvorba geovědních map a regionální výzkum patří mezi hlavní priority výzkumu ČGS a generují širokou datovou základnu, na kterou navazuje podrobný výzkum exogenních a endogenních procesů v litosféře i rozvíjející se metodiky 3D modelování zemské kůry. Nová data a informace vznikající v rámci geologického mapování jsou zpracovávána moderními metodami geografických informačních systémů (GIS) a relačních databází. Jsou

Základní geologická mapa ČR 1 : 25 000 – list Chotěboř.

6/


ukládána v Národní geologické mapové databázi (NGMD), která je součástí geologického informačního systému ČGS (GeoIS). Rozvoj a využití NGMD se zaměřuje na tvorbu metodik zpracování dat, na poskytování přístupu k digitálním geologickým datům a na produkci digitálních map. V současné době se věnuje i návaznosti dat na vstupní data pro 3D modelování. V mezinárodním měřítku jsou získané údaje základem pro uplatňování dat v INSPIRE (standardizovaná data pro evropskou infrastrukturu geovědních prostorových informací). Základní geologické mapování se řídí certifikovanou metodikou „Směrnice pro sestavení Základní geologické mapy České republiky 1 : 25 000 (Hanžl a kol. 2009)“ a dále návaznými metodickými pokyny pro sestavení Základní geologické mapy a standardy České geologické služby.

1.1.1. Současný stav v oblasti geologického mapování a regionálního výzkumu v ČGS Aktuální projekt „Základní geologické mapování ČR v měřítku 1 : 25 000“ zahrnuje tvorbu 26 geologických a aplikovaných map společně s vysvětlujícím textem. Listy jsou v různém stupni rozpracování. Mapování probíhá v osmi oblastech (Železné hory, Novohradské hory, Pošumaví, Český ráj, Brdy, Střední Morava, Moravský kras, Centrální moldanubický pluton). Geologické mapování v zahraničí je současně s geologickým výzkumem směrováno i na vymezení a zhodnocení geologických rizik v tektonicky aktivních oblastech a mezi přímé ekonomické přínosy pro danou rozvojovou oblast patří i záznamy o nových výskytech nerostných surovin a vodních zdrojů. Výzkum a mapování probíhají dále ve variském pásu (severní Afrika, Pyreneje, Český masiv, Centrální masiv ve Francii, Vogézy), v karpatském oblouku, v centrální Asii (oblast západního Mongolska, severní Číny, Tibetu a Himálaje), v subsaharské Africe (Etiopie, Namibie), v Latinské Americe (Uruguay, jihovýchodní Brazílie, Peru), v severoamerických Kordillerách a v Antarktidě.

1.1.2. Strategické cíle výzkumu 2016–2020 • ČR – projekt základního geologického mapování: 26 geologických map s vysvětlivkami a 129 odvozených geovědních map v měřítku 1 : 25 000. • ČR – tisk ZGM25: Křivoklátsko, Brněnsko, Šumava. • ČR – tvorba monografií shrnujících poznatky z ucelených mapovaných oblastí. • ČR – geologické mapování oblastí spjatých s jadernou energetikou (úložiště jaderného odpadu, okolí jaderných elektráren: SURAO, SUJB). • Evropské variscidy – výzkum prográdní metamorfózy, korového ztluštění a spodnokorového toku: nový koncept budování kořene variského orogénu – porovnání s Himálajem (GAČR); tavení metagranitoidů: důležitý, avšak málo pochopený aspekt vývoje kontinentální kůry; mapování a výzkum v příhraniční oblasti Novohradských hor a Šumavy (spolupráce s Geologische Bundesanstalt ve Vídni a Univerzitou v Salzburku). • Západní Karpaty – vyřešení hranice jura – křída ve spolupráci JU Krakov (Polsko) a GÚ SAV Bratislava (Slovensko) – (GAČR). • Subsaharská Afrika – komplexní výzkum geologické stavby a litologie, který zahrnuje zhodnocení možných geologických rizik v tektonicky aktivní oblasti východoafrického riftového systému v jižní Etiopii (projekt zahraniční rozvojové spolupráce); studium tektonického vývoje neoproterozoických horských pásem odkrytých v Namibii (GAČR); rozvoj geovědních dovedností v afrických geologických službách – mapování a dálkový průzkum Země (spolupráce s EGS na projektu PanAfGeo). • Latinská Amerika – rozvoj geovědních dovedností v geologických službách Latinské Ameriky – mapování, GIS modelování, dálkový průzkum Země, výzkum a vyhledávání nerostných surovin a jejich alternativních zdrojů, zhodnocení dopadu těžby na životní prostředí, studium

1. Výzkum stavby a vývoje zemské kůry

/7

a zhodnocení přírodních rizik včetně hydrogeologických studií a modelování (spolupráce s EGS); výzkum neoproterozoických horských pásem na pobřeží Uruguaye a jihovýchodní Brazílie (GAČR). • Centrální Asie – tisk geologických map 1 : 50 000 a zhodnocení ekonomického potenciálu vybrané oblasti západního Mongolska (projekt zahraniční rozvojové pomoci). Modelování akrečního vývoje orogénu na příkladu Mongolského Altaje (GAČR). • Antarktida – výzkum paleontologického a sedimentologického materiálu získaného během předchozích expedic ČGS (interní projekt). • USA – strukturní a geochronologický výzkum vybraných granitových intruzí v oblasti Českého masivu a severoamerických Kordiller (spolupráce s University of Houston-Downtown).

1.2. MODELOVÁNÍ A VIZUALIZACE 3D STAVBY ZEMSKÉ KŮRY J . F R A N Ě K , L . K O N D R O VÁ , V. K O PA Č K O VÁ

Úvod Již od raného středověku buduje člověk podzemní důlní díla, v posledním století pak stále častěji umisťuje pod povrch Země stavby, úložiště, hluboké těžní/geotermální vrty apod. Zkušenosti získávané během všech těchto činností ukazují, že horninové prostředí je silně heterogenní a jeho využívání, v mnoha případech velmi žádoucí, s sebou nese široké spek trum rizik. Pro efektivní a zároveň bezpečné využívání horninového prostředí je nezbytná detailní znalost stavby zemské kůry. Jde zejména o definici geometrie základních litologických celků, míry homogenity jednotlivých horninových bloků, průběhu zlomových struktur a dalších tektonických prvků. Bez těchto údajů nelze navrhnout optimální využití surovinových zdrojů, optimální

Geologický model tektonicky složitého území poblíž východního okraje moldanubika ukazuje složitou litologickou situaci kombinovanou s relativně hustou sítí křehkého zlomového porušení (J. Franěk).

8/


geometrii podzemních staveb nebo dimenzovat inženýrské bariéry ani objektivně zhodnotit jejich bezpečnost. Co nejpřesnější reprezentace geologické situace a zejména tektonické stavby je základním předpokladem pro případné navazující modely a simulace (geomechanické, hydrogeologické apod.).

1.2.1. Současný stav výzkumu v ČGS V ČGS je v současnosti vyvíjen jednotný systematický přístup k tvorbě geologických modelů, jejich centrálnímu ukládání, sdílení a prezentaci. V případě samotné tvorby 3D geologických modelů aktuálně probíhají tyto projekty: 3D strukturně-geologické modely horninového prostředí pro hlubinné úložiště, Studie napjatostních poměrů a vnitřní anizotropie v prostředí granitických hornin, Komplexní geologická charakterizace prostorů PVP Bukov, REPP-CO2, Rebilance zásob podzemních vod, CEEMIR a COST suburban. V oboru dálkového průzkumu Země rozvíjí ČGS dlouhodobě metody kvalitativního a kvantitativního modelování vybraných parametrů zemského povrchu a vyvíjí nové nástroje pro klasifikaci a fúzi obrazových dat. V oblasti geofyzikálních modelů a interpretací ČGS dlouhodobě spolupracuje s externími firmami, avšak sama rozsáhlejší geofyzikální modely dosud nevytváří. Aktuálně jsou v ČGS zpracovávány pouze rozsáhlé modely kontinentální kůry nadregionálního měřítka (např. z oblasti mongolského Altaje).

1.2.2. Strategické cíle výzkumu 2016–2020 Naším cílem je za účelem modelování a vizualizace 3D stavby zemské kůry získávat multidisciplinární geologická data, která budou využita pro extrapolaci geologické stavby známé z povrchu do kilometrových hloubek nově vytvářených geologických 3D modelů. Účelně budou využita existující regionální strukturní, petrografická, vrtná a geofyzikální data. Ta budou průběžně doplňována daty novými, zahrnujícími například geofyzikální průzkumné metody, dálkový průzkum Země včetně pokročilých analýz digitálních modelů reliéfu a hyperspektrálních analýz, gravimetrické a magnetické modelování geologických těles a geologické mapování. Geofyzikální modelování je výkonný nástroj k pochopení architektury konkrétních geo logických těles, od podpovrchového rozsahu až po měřítko celé zemské kůry, v závislosti na rozlišení údajů a na rozsahu dané studie. 2D a 3D gravitační a magnetické modelování bude nadále intenzivněji rozvíjeno pomocí SW balíku GM-SYS z programu Oasis Montaj (pro 2D) a softwaru IGMAS (pro 3D). Modely budou vymezeny geologickými daty, jako jsou strukturní, petrologické a petrofyzikální údaje, ale i doplňkovými geofyzikálními daty, jako jsou např. seiz mická data. Dálkový průzkum Země (DPZ) patří k nejrychleji se rozvíjejícím disciplínám díky technologickému rozvoji a rostoucímu počtu nových satelitních misí. Pro období 2016–2020 je plánováno spuštění několika satelitních misí tzv. nové generace. Data družice Sentinel 2 (ESA) jsou již k dispozici od roku 2016, hyperspektrální družice EnMap (DLR/GFZ/ESA) bude spuštěna v roce 2018. Díky navázané spolupráci s GFZ (Helmholtz Centre Potsdam GFZ German Research Centre for Geosciences) se tým DPZ od roku 2015 věnuje vývoji nových modelů (detekce minerálů, modelování půdních parametrů) využívajících data, jež byla nasimulována tak, aby odpovídala svými parametry datům pořizovaným senzory Sentinel 2 a EnMap (technické parametry vlastního senzoru a vliv atmosféry, kterou signál prochází na cestě mezi snímaným povrchem a družicí). Pracoviště DPZ se zaměří i na využití metody radarové interferometrie, jež umožňuje detekci vertikálních a horizontálních pohybů v řádu několika mm. Tato metoda bude testována v oblasti detekce svahových pohybů, ale i pro možné využití při strukturně-


geologických interpretacích (etiopský rift). Další směr, který bude pracovištěm DPZ rozvíjen v tomto období, je pořizování distančních dat bezpilotním letadlem (UAV). Praktické zkušenosti ukazují, že bez kvalitní a názorné vizualizace formou (3D) modelů je informace o hloubkovém vývoji geologie jen omezeně přenositelná do sféry projektantů a tvůrců počítačových simulací. Právě tito odborníci však co nejpodrobnější představu o podpovrchové geologii nutně potřebují pro optimální navržení přesné lokalizace, tvaru a uspořádání podzemních staveb, stejně jako pro iniciální charakteristiku jednotlivých úseků modelovaného prostředí, nastavení úvodní geometrie modelů a mnoha materiálových parametrů horninového prostředí. Bez vytvoření syntetického 3D geologického modelu je pravděpodobné, že významná část pracně a nákladně získaných dat nenajde odpovídající zhodnocení, část velmi specializovaných údajů pak může v delším výhledu zůstat téměř nevyužita. V této souvislosti je navrženo založení 3D referenčního rámce České republiky v návaznosti na stávající centrálně spravované datové zdroje ČGS. Jeho součástmi budou: • prostorová databáze pro centrální ukládání, správu a využívání 3D dat pro vytváření modelů geologické stavby ČR (databáze GEOČR3D), • metodické pokyny pro sběr primárních dat a využití stávajících databází ČGS, • metodické pokyny pro tvorbu 3D geologických modelů (včetně používaného softwaru, propojení s prací v GIS a metadatového popisu modelů), • metodické pokyny pro zajištění odborné kvality modelů (proces schvalování, kvantifikování míry nejistoty vytvářených modelů), • metodické pokyny pro sdílení geologických modelů pro odbornou i laickou veřejnost (metody vizualizace a sdílení 3D dat a modelů, interaktivní práce s modely). Propojení modelů s databázemi umožní později relativně snadné úpravy a opravy modelů v závislosti na nově pořizovaných datech nebo dokonalejších metodách jejich zpracování. Zároveň dovolí efektivnější využití získaných údajů pro zájemce z řad odborné veřejnosti, průmyslu i státní správy, např. během procesu územního plánování nebo projektování podzemních

/9

< Extruze magmatito-migmatitového dómu v Altajském orogénu na příkladu Chandmanského dómu (Lehmann et al., v revizi pro Geological Society of American Bulletin). První (levý) panel ukazuje postupné natékání natavené (podtlakované) spodní kůry do jádra vrásy (tzv. „injekční vrásy“) odlepené od fundamentu. Pravý panel ukazuje zralé stadium amplifikace „injekční vrásy“, kdy je (přetlakované) magma extrudováno do svrchní kůry. Spodní pravý panel ukazuje detail hřbetu „injekční vrásy“, charakterizovaný intruzí pozdního magmatu ve formě žil rovnoběžných s osní kliváží injekční vrásy.

10/


staveb. V prostředí České republiky budou mít tyto nové informační zdroje význam například pro využívání rozsáhlých podzemních zásob pitné vody, stavby tunelů, úložiště radioaktivního odpadu a kapalného CO2, pro těžbu nerostných surovin nebo jímání geotermální energie.

1.3. POROZUMĚNÍ ENDOGENNÍM PROCESŮM V MINULOSTI A V SOUČASNOSTI K . S C H U L M A N N , V. J A N O U Š E K

Úvod Problematika vzniku a vývoje zemské kůry a její interakce s pláštěm jsou fundamentální povahy v geologických vědách a jako takovým jim ČGS věnuje adekvátní pozornost. Studium různých aspektů této výzkumné tématiky vyžaduje nasazení a interakci široké palety odborníků: strukturních geologů/tektoniků, geofyziků, petrologů, mineralogů a geochemiků, jakož i expertů na DPZ, numerické a analogové modelování. Velkou výhodou ČGS je, že disponuje řadou takovýchto specialistů. Ti mají pevné zakořenění v mapovacích, regionálněgeologických i čistě vědeckých projektech, jež proběhly nebo probíhají v ČR i zahraničí. ČGS má rovněž solidní zázemí ve svých laboratořích, které nabízejí kromě jiného i moderní geochemické a izotopové metody. Navíc stimulace multidisciplinární kooperace a získání dalších expertů dosud působících v zahraničí vyústily v založení Centra litosférického výzkumu v ČGS v roce 2012 v rámci programu MŠMT „Návrat“.

1.3.1. Současný stav výzkumu v ČGS V současné době probíhá výzkum v oblasti endogenních procesů zejména v rámci projektu „Návrat – ROPAKO“, který je lokalizován zejména v Centru výzkumu litosféry, avšak za významného přispění pracovníků jiných odborů (Barrandov, Brno). Tento výzkum zahrnuje petrologický, strukturně tektonický a geochemický výzkum orogenních procesů spjatých s kontinentální kolizí a akrecí oceánské kůry. Regionálně je výzkum zaměřen na oblasti Variscid Evropy a severní Afriky, středoasijského orogenního pásu v Mongolsku a severní Číně, Tibetu a Himálaji. Tyto výzkumy zahrnují i procesy korového růstu, recyklace kůry, tečení magmat a deformace, reologie kůry a struktury a formování kůry za použití široké škály metod od metamorfní a magmatické petrologie, přes geofyziku, geochronologii, strukturní geologii po numerické a analogové modelování. Výzkumy jsou z velké části podporovány čtyřmi aktivními projekty GAČR, jedním projektem Agence National de Recherche ve Francii a třemi interními projekty ČGS.

1.3.2. Strategické cíle výzkumu 2016–2020 • Geodynamika kolizních a akrečních orogenních systémů – Studium hlubokého geofyzikálního obrazu recentních (Himálaj/Tibet) i fosilních orogénů (variské pohoří v Evropě a severní Africe a středoasijský orogenní pás). – Geologické, geochemické a geochronologické studium kolizních a akrečních orogenních systémů, jejich laterální a vertikální zonality a vývoje v prostoru a čase. Srovnání mladých, dosud nedostatečně odkrytých orogénů a starších, silně erodovaných horninových komplexů Variscid a středoasijského orogenního pásu (CAOB). – Numerické a analogové modelování reologie a termální historie orogénů na příkladu Variscid a Tibetu. – Příčiny, časování a mechanismus relaminace hluboce subdukované felsické kontinentální kůry v kořenové doméně kolizních orogénů zejména v evropských Variscidách.


/11

– Charakteristika a důležitost procesů kontinentálního růstu přídavky juvenilního materiálu derivovaného ze zemského pláště na příkladu středoasijského orogenního pásu. – Mechanismus akrece fragmentů oceánské kůry na periferiích velkých kontinentů, jejich přeměny na kůru kontinentálního typu a vznik akrečních orogénů na příkladu středoasijského orogenního pásu. • Termální a tlakový vývoj spodní kůry a svrchního pláště a jejich vzájemná in terakce – C harakteristika, geodynamický kontext a vývoj regionálně metamorfovaných horninových komplexů, stáří a charakteristika jejich protolitu, datování metamorfních událostí.

Nb/Y – Zr/TiO2 diagram Winchestera a Floyda (1977, modifikovaný Pearcem 1996) pro čtyři hlavní suity devonských metavulkanitů vrbenské skupiny v Hrubém Jeseníku (podle Janouška et al. 2014).

– Strukturní záznam vrcholných podmínek a následné exhumace vysoce metamorfovaných terénů, jeho propojení s geochronologickými daty. – Petrologické a chemické změny během metamorfózy v podmínkách granulitové facie, termodynamické modelování P–T–t drah. – Vysokoteplotní termochronologie tektonometamorfních procesů. – Distribuce, povaha a geneze UHP metamorfitů a jejich geotektonický význam.

Roj hybridních mafických enkláv uzavřených v sázavském tonalitu (354 mil. let). Lom Teletín, středočeský plutonický komplex (foto V. Janoušek).

• Orogenní a postorogenní magmatismus – Struktura granitoidních plutonů, mechanismus jejich vmístění v kontextu vývoje hostitelských jednotek.

12/


– Petrologie, složení a geneze vyvřelých hornin v různých geotektonických prostředích, od subdukčních systémů, přes kolizní/akreční až po postkolizní magmatismus (zdroje magmatu, podmínky a mechanismus parciálního tavení, frakční krystalizace, asimilace, hybridizace magmat). – Vývoj granitoidního magmatismu v prostoru a čase jako odraz změn zdrojových hornin, P–T podmínek parciálního tavení a fluidního režimu ve střední a spodní kůře. – Petrogenetické procesy spjaté s aktivními i fosilními magmatickými oblouky; charakter a příčiny zaobloukového vulkanismu. – Vznik ultra-K magmat z anomálních litosférických plášťových domén (plášťová metasomatóza, kontaminace hluboce subdukovanou kůrou) a další intrakrustální vývoj. – Procesy parciálního tavení v granulitové/eklogitové facii různých krustálních protolitů. – Vývoj softwaru pro prezentaci a numerické modelování geochemických dat magmatitů. • Vnitrodeskový magmatismus a magmatismus spjatý s rifty – Variabilita složení a procesů, jež se uplatňují v petrogenezi anorogenních granitoidních plutonů (A-typ). – Variabilita plášťových zdrojů bazických riftových magmat a jejich další vývoj – zejména procesy frakční krystalizace a krustální asimilace. – Studium petrologického charakteru a geochemického složeni plášťových xenolitů. – Vulkanologie intrakontinetálních riftů (např. Český masiv, východoafrický rift). – Vznik kyselých alkalických magmat v intrakontinetálních riftech, role různých korových rezervoárů vs. extenzivní frakční krystalizace. – Geneze a geotektonický význam bazaltů středooceánských riftů (MORB). – Petrogeneze karbonatitových magmat ve stabilních kratonech.

1.4. EXOGENNÍ GEOLOGIE V. R A P P R I C H , T. H R O C H

1.4.1. Současný stav výzkumu v ČGS Současné výzkumy exogenní geologie v ČGS je možno rozdělit do pěti základních kapitol: neoproterozoikum a paleozoikum, mezozoikum, Karpaty, kvartér a vulkanické systémy. Dlouholeté mapovací projekty, vrtné práce a dokumentace archivních vrtných dat i hmotné dokumentace přispěly k objasnění geometrie, stratigrafie a tektoniky většiny pánevních systémů na území ČR. Pro posun v poznání neoproterozoika a svrchnopaleozoických pánví měly klíčovou úlohu projekty geologického mapování (interní i VaV), u mnoha pánví však zbývá dořešit příčiny laterální proměnlivosti sedimentárních sekvencí a stěhování depocenter. Paleobotanika permokarbonských pánví je pak průběžně řešena v rámci projektů GAČR. V mezozoických a kenozoických sedimentárních sekvencích na území České republiky včetně Karpat bylo pořízeno velké množství dat, včetně zpřesněných geometrických modelů pánví a hmotné dokumentace v rámci projektu „Rebilance zásob podzemních vod“. Množství paleontologických dat se stratigrafickými implikacemi pak v rámci projektů GAČR. Kvartérní geologické systémy představují významnou složku vývoje současné krajiny. Při jejich poznání se tak vedle prací na geologických mapách (interní i VaV) významně podílely práce navazující na katastrofické události spojené s mimořádnými srážkami (OG MŽP). V oblastech kenozoického alkalického vulkanismu Českého masivu již byla v rámci řešení interních výzkumných úkolů a mapování (interní i VaV) prokázána přítomnost povrchových facií i v případě drobných monogenetických vulkánů a byly identifikovány různé genetické typy


/13

vulkanoklastik. Byla také prověřena možnost identifikace přívodních drah za použití detailní pozemní magnetometrie.

1.4.2. Strategické cíle výzkumu 2016–2020 V kontinentálních sedimentech mladšího paleozoika a jejich rostlinných společenstvech budou studovány reakce na změny prostředí, příčiny těchto změn při hraničním intervalu karbon-perm a statigrafie a architektura pánví mladšího paleozoika. Dále bude prováděn multidisciplinární výzkum klimaticky citlivých archivů a jejich korelace s globálními trendy. Jeho součástí bude i studium disperzních kutikulárních a palynologických společenstev uhelných slojí a jezerních sedimentů, zaměřené na vývoj a interakci slojové a mimoslojové flóry. Materiál z křídových sekvencí Českého masivu a miocenních sekvencí karpatské předhlubně bude dále zpracováván včetně výzkumu změn složení sedimentů v reakci na změny prostředí, reakce biosféry na změny paleoprostředí v geologické minulosti, stratigrafie a paleobiogeografie s využitím moderních metod – paleontologických, sedimentologických, geochemických a geo-

Textura mísení magmat v žíle prorážející tufový kužel Zebín (foto V. Rapprich). Mlž Cremnoceramus z vrtného jádra vrtu Příchvoj u Sobotky (foto S. Čech). Dokumentace vrtu Kluky u Mšena (foto S. Čech).

14/


fyzikálních. Nově bude řešena izotopová stratigrafie České křídové pánve a je připravován projekt „Studium provenience hrubých klastik české křídy, založené především na distribuci těžkých minerálů“. V karpatské předhlubni budou komplexně zpracována tělesa miocenních sedimentů, což přispěje k moderní interpretaci geneze a architektury pánví. Definování hranic horninových těles jednotlivých stupňů v karpatské předhlubni vůči podloží a nadloží umožní jejich prostorovou rekonstrukci v návaznosti na již zpracovanou litostratigrafii polské a rakouské části alpsko-karpatské předhlubně. Součástí výzkumu je i projekt „Multidisciplinární studium hranice jura-křída (GAČR 2016–2018)“. Kvartérní uloženiny, u kterých je díky dlouholetým výzkumům známa stratigrafie a geneze, lze využít jako cenný archiv environmentálních změn v nejmladší historii Země. Území ČR poskytuje jedinečné oblasti pro supraregionální paleoenvironmentální rekonstrukce. Významným příspěvkem se stanou i data pořízená v průběhu projektu „Rebilance zásob podzemních vod“. K základním metodickým postupům patří geochemické analýzy, environmentální magnetismus a geochronologické datovací metody. Magneto-mineralogické metody a interpretace geomorfologických dat, zejména LiDAR, jsou důležitými nástroji k rekonstrukci environmentálních změn včetně vývoje reliéfu. V rámci výzkumu kvartéru jsou v přípravě projekty „Holocenní acidifikace v pískovcových oblastech ČR“ (GAČR 2017–2019) a „Neotektonické procesy v třeboňské pánvi ve vztahu ke genezi pleistocenních jezer“ (OG MŽP 2017). V případě kenozoických monogenetických vulkánů je hlavním cílem porozumění procesu výstupu magmatu skrz pyroklastický kužel v různých prostředích. Zkušenosti získané s interpretací genetických typů vulkanoklastik a identifikací přívodních drah kenozoického vulkanismu budou aplikovány i na paleozoické vulkanické systémy. Pro přesnější časové zařazení vývoje vulkanických systémů budou využívány geochronologické metody a pro identifikaci zdrojů magmatu a procesů jeho diferenciace budou vedle tradičních izotopů využity i netradiční izotopické systémy.

/15

2/ Výzkum biodiverzity a globálních změn v minulosti J. FRÝDA

Úvod V současnosti patří výzkum vývoje biodiverzity a globálních změn k nejintenzivněji studovaným vědeckých tématům a je často podporován i širší společností mimo akademickou sféru (viz např. Národní priority orientovaného výzkumu ČR). Většina vědeckých týmů se zaměřuje na výzkum biodiverzity současných ekosystémů, globálních změn ve složení atmosféry a oceánů nebo změn klimatických. Velkou výhodou takového zaměření je možnost studovat téměř libovolné množství fyzikálních, chemických a biologických faktorů. Naopak značnou nevýhodou studia současně probíhajících globálních změn a biodiverzity je skutečnost, že v krátkém časovém úseku je změna většiny studovaných faktorů velmi malá a zjištěné trendy jsou často statisticky nevýznamné. Tento nedostatek může být odstraněn, pokud studium vývoje biodiverzity a globálních změn provádíme na delších časových intervalech (tj. v geologické minulosti), neboť změny v amplitudě sledovaných faktorů jsou často o mnoho řádů větší než změny v současnosti. Z tohoto důvodu je v ČGS studium vývoje biodiverzity a globálních změn zaměřeno převážně na vybrané úseky geologické minulosti. Hlavním cílem studia jsou

Mořské sedimenty spodního devonu v pohoří Pamír zaznamenávající tzv. dalejský event, spojený s přestavbou mořského ekosystému (foto J. Frýda).

16/


Mořské sedimenty spodního siluru na ostrově Gotland zaznamenávající výraznou klimatickou změnu (tzv. ireviken event), spojenou se zhroucením globálního cyklu uhlíku (foto J. Frýda). globální události (bioeventy), které výrazně ovlivnily vývoj globální biodiverzity mořského nebo terestrického ekosystému a které jsou spojeny s globální změnou klimatu a změnou chemického složení atmosféry a oceánů. Tento výzkum, rozdělený mezi následující čtyři intenzivně spolupracující týmy, je nutně multidisciplinární a zahrnuje použití paleontologických, sedimentologických, geochemických, paleoekologických, stratigrafických, biogeografických a numerických metod.

2.1. STUDIUM VÝVOJE BIODIVERZITY A BIOTICKÝCH KRIZÍ V MOŘSKÉM EKOSYSTÉMU Studium vývoje biodiverzity a biotických krizí v mořském ekosystému bude zaměřeno především na paleozoikum a naváže na předcházející a probíhající výzkumy. Světová výjimečnost českého mořského paleozoika, které patří k nejlépe prozkoumaným mořským sekvencím, umožnuje testovat výsledky výzkumu na rozsáhlých souborech paleontologických a sedimentologických dat. Významná část tohoto výzkumu v letech 2016–2018 má již zajištěno financování několika granty GAČRu. Studium vývoje biodiverzity a biotických krizí v mořském ekosystému bude v období 2016–2020 zaměřeno především na: – kvantitativní analýzu vývoje biodiverzity modelových skupin bentických organismů před nejvýraznějšími paleozoickými globálními krizemi, v jejich průběhu a po nich, – kvantitativní analýzu vývoje biodiverzity modelových skupin planktonních organismů před nejvýraznějšími paleozoickými globálními krizemi, v jejich průběhu a po nich, – analýzu vztahu vývoje biodiverzity a změn abiotických faktorů životního prostředí v průběhu globálních krizí mořského ekosystému, – porovnání mechanismu studovaných paleozoických krizí, formulaci obecného modelu a jeho porovnání s modely popisujícími současné globální změny.

2. Výzkum biodiverzity a globálních změn v minulosti

/17

2.2. STUDIUM VÝVOJE BIODIVERZITY A BIOTICKÝCH KRIZÍ V TERESTRICKÉM EKOSYSTÉMU Studium vývoje biodiverzity a biotických krizí v terestrickém ekosystému bude zaměřeno především na mladší paleozoikum a na kvartér a naváže na předcházející a probíhající výzkumy. Předchozí paleobotanické a sedimentologické výzkumy permokarbonských pánví Českého masivu, po doplnění detailnějšími daty z klíčových časových intervalů, poskytují možnost rozsáhlé analýzy vývoje terestrické flóry v průběhu výrazných globálních klimatických změn mladšího paleozoika. Současně bude probíhat i regionální a nadregionální rekonstrukce svrchně pleistocenních a holocenních environmentálních změn v prostoru střední Evropy pomocí instrumentální analýzy dobře stratifikovaných sedimentárních sekvencí (sprašové série, jezerní sedimenty, pěnovce, rašeliny). Část výzkumu bude financována granty GAČR. Studium vývoje biodiverzity a biotických krizí v terestrickém ekosystému bude v období 2016–2020 zaměřeno především na: – studium kutikulárních a palynologických společenstev permokarbonských sedimentů, – návrh nové klasifikace dispersních kutikul, – analýzu floristických a paleoekologických změn v průběhu globálních krizí karbonského a permského terestrického ekosystému, – porovnání mechanismu studovaných krizí a formulaci obecného modelu vztahu biodiverzity permokarbonských flór a globálních změn klimatu, – studium pozdně glaciálních a holocenních jezerních sedimentů Třeboňska, na rekonstrukci klimatu a korelaci biotických a abiotických změn, – rekonstrukci dynamiky holocenních geochemických a sedimentárních (např. erozních) procesů v archeologickém kontextu v oblasti Českého ráje,

< Kalové kupy ve spodnodevonských sedimentech Maroka (foto J. Frýda).

Vzorek spodnodevonských fosilií z Maroka z období dalejského eventu (foto J. Frýda).

18/


– studium pěnovců a sladkovodních sedimentů (např. vápnitá gyttji) jako archivu paleoteplot v krasové oblasti ČR a na Slovensku, – na dynamiku pedogeneze posledního klimatického cyklu ve sprašových oblastech ČR, SR a Rakouska.

2.3. STUDIUM VÝVOJE SEDIMENTÁRNÍCH PÁNVÍ A APLIKACE LITOSTRATIGRAFICKÝCH A BIOSTRATIGRAFICKÝCH METOD Výzkum vývoje biodiverzity a biotických krizí není možný bez podrobné charakteristiky prostředí. Takové údaje poskytne pánevní analýza a aplikace litostratigrafických a biostratigrafických metod. Zvláště v aplikacích biostratigrafických metod na mořské paleozoické sedimenty bude plánovaný výzkum navazovat na předcházející a probíhající mezinárodní výzkumy. Výzkum ČGS v minulosti již vyústil k definici několika globálních stratotypů (pro bázi oddělení přídolí, stupňů lochkov a prag). Studium vývoje sedimentárních pánví a aplikace litostratigrafických a biostra tigrafických metod bude v období 2016–2020 zaměřeno především na: – faciální analýzu a karbonátovou sedimentologii paleozoických mořských sedimentů, – studium permokarbonských sedimetárních profilů a korelaci permokarbonských pánví, – návrh nové konodontové, tentakulitové a skolekodontové biostratigrafie středočeského paleozoika, – aktivní práci v mezinárodních stratigrafických subkomisích (International Commission on Stratigraphy, IUGS) a projektech IGCP, – návrh dvou nových mezinárodních silurských stratotypů stupňů aeron a homer.

2.4. STUDIUM GLOBÁLNÍCH ZMĚN VE SLOŽENÍ OCEÁNŮ A ZMĚN KLIMATU Výzkum vývoje biodiverzity a biotických krizí není rovněž možný bez znalosti změn hydrosféry a atmosféry. Takové údaje může poskytnout aplikace některých nových geochemických metod. Komplexní výzkum využívající hlavních i stopových prvků a několika tradičních i netradičních izotopových systémů jako indikátorů různých procesů (např. rychlosti zvětrávání a transportu prvků do oceánských pánví, rychlosti precipitace karbonátů v mořských pánvích, míry salinity, obsahu CO2 v atmosféře, průměrné teploty mořské vody atd.) může poskytnout klíč k nalezení příčin a pochopení mechanismů globálních biologických krizí. Část výzkumu v letech 2016–2018 má již zajištěno financování prostřednictvím projektů GAČR. Studium globálních změn ve složení oceánů a změn klimatu bude v období 2016–2020 zaměřeno především na: – s tudium změn globálního cyklu uhlíku v průběhu paleozoických krizí, – užití hlavních i stopových prvků a tradičních i netradičních izotopových systémů (C, Sr, Cr, Ca, Mg atd.) jako indikátorů procesů spojených s globálními biologickými krizemi, – studium biomarkerů jako indikátorů změn ve složení hlavních primárních producentů v mořském ekosystému, – studium změn biomineralizačních strategií organismů v průběhu globálních krizí mořského ekosystému, – studium chování některých netradičních izotopových systémů v současných oceánech.

/19

3/ V ýzkum a využití přírodních zdrojů B . K Ř Í B E K , L . R U K AV I Č K O VÁ , V. H L A D Í K

3.1. NEROSTNÉ SUROVINY A VLIV TĚŽBY NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ B. KŘÍBEK

3.1.1. Současný stav ložiskově-geologického výzkumu v ČGS V současné době ložiskoví geologové České geologické služby řeší nebo se podílejí na řešení celé řady národních i mezinárodních projektů zaměřených na rozvoj surovinové základy České republiky a Evropské unie v podmínkách udržitelného rozvoje. Jejich výzkum je soustředěn zejména na ložiska rud technologicky zajímavých kovů, nerud, stavebních surovin i energetických surovin (uhlí, zemní plyn a uran). Velkou pozornost věnují i vlivům těžby a úpravy surovin na životní prostředí a zdraví obyvatelstva, zejména v oblastech současné těžby hnědého uhlí a v opuštěných důlních revírech. Podstatnou součástí jejich práce je rovněž legislativní podpora státních orgánů při rozpracování surovinové politiky České republiky, rozvoj nových metod výzkumu ložisek nerostných surovin, montanistický výzkum a práce v zahraničí, zaměřené především na výzkum a vyhledávání surovin a na environmentální problematiku v rozvojových zemích. Při řešení ložiskové problematiky spolupracují s řadou špičkových výzkumných pracovišť v zahraničí a podílejí se na výchově studentů a odborných pracovníků.

3.1.2. Strategické cíle výzkumu 2016–2020 Strategické cíle výzkumu navazují na výsledky předchozího období, vycházejí z Priorit orientovaného výzkumu, experimentálního vývoje a inovací ČR a zohledňují strategické dokumenty Evropské surovinové iniciativy, především Strategický implementační plán platformy pro nerostné suroviny na období do roku 2020.

3.1.3. Prioritní témata výzkumu 2016–2020 K zajištění strategických cílů výzkumu budou práce v ložiskových oborech seskupeny do následujících prioritních témat: 3.1.3.1 Zhodnocení potenciálu a využití kritických, strategických a energetických surovin v rámci České republiky a Evropské unie Plánované práce v této oblasti budou zahrnovat zejména: • Výzkum nedostatkových nerostných surovin (zdroje lithia, tantalu a niobu, fluoritu a grafitu) v EU a v České republice prostřednictvím centra kompetence financovaného z TAČR (Centrum pro ekologické a ekonomické vyžití nerostných zdrojů – CEEMIR).

20/


• Výzkum technologických možností získávání vzácných kovů v ČR s ohledem na minimalizaci dopadů na životní prostředí a jejich legislativní zajištění (projekt TAČR programu BETA). V rámci řešeného projektu TAČR je připravován výzkum indicií tantalu, niobu a vzácných zemin na území České republiky. Cílem výzkumu k tomuto tématu je zvýšení surovinové bezpečnosti České republiky a Evropské unie. 3.1.3.2. Výzkum vlivu těžby a úpravy nerostných surovin na životní prostředí a zdraví obyvatelstva V rámci tohoto tématu budou řešeny následující projekty: • Zhodnocení rizikových vlastností důlních odpadů v České republice, zaměřené zejména na odpady po těžbě uhlí a uranu (projekt GAČR). • V zahraničí bude výzkum zaměřen na monitorování vlivu těžby na životní prostředí a zdraví obyvatelstva v zemích subsaharské Afriky (projekt GAČR, projekt SIDA/UNESCO/IGCP). Cílem všech uvedených projektů je zhodnocení vlivu důlní činnosti na složky přírodního prostředí a zdraví obyvatelstva jako předpokladu pro přijetí účinných opatření ke snížení environmentálních a zdravotních rizik, vypracování metodického postupu týkajícího se přístupu k ekologicky získatelným zdrojům a legislativní zajištění. 3.1.3.3. Výzkum v oblasti legislativy a podpory územního plánování surovinové politiky Výzkum v této oblasti bude zahrnovat několik dílčích projektů, zejména: • Rozpracování státní surovinové politiky ČR na úroveň krajů (příprava certifikovaných metodik podle požadavků MPO a MŽP ČR). • Vypracování strategie využití ochrany ložisek nerud a stavebních surovin v ČR (připravovaný projekt TAČR). • Legislativní podpora komplexního využití nerostných surovin a jejich ochrany (na základě požadavků MPO a MŽP ČR).

Experimentální výzkum systémů s Pt-kovy. Mikrofotografie srůstů syntetických minerálů coldwellitu (Pd3Ag2S, bílá), akantitu (Ag2S, světle šědá) a vysotskitu (PdS, tmavě šedá), při teplotě 550 °C (foto A. Vymazalová).

Cílem výzkumu v rámci tohoto tématu je přispět ke zvýšení kvality české legislativy v oblasti surovinové politiky a k její implementaci na úrovni krajů.

> Mobilní technologické zařízení na výhradním ložisku stavebního kamene Horní Bory (foto J. Godány).

3.1.3.4. Z hodnocení možností využití odpadních surovin z těžeb a úpravárenských provozů V rámci tohoto tématu budou práce zaměřeny na následující projekty: • Vypracování metodických postupů pro hodnocení odpadních surovin s přihlédnutím k historii vývoje objektů a v návaznosti na vývoj technologií úpravy (v rámci projektu H2020).

3. Výzkum a využití přírodních zdrojů

/21

Model těžby a distribuce stavebních surovin v Libereckém kraji do roku 2020 (J. Godány a kol., 2015). • Výzkum technologických možností získá vání vzácných kovů v ČR s ohledem na minimalizaci dopadů na životní prostředí a jejich legislativní zajištění (projekt TAČR BETA). Součástí prací na tomto tématu bude i účast na vytvoření databáze sekundárních surovin včetně odpadů z těžby v rámci Evropské unie (projekt Prospecting Secondary raw materials from the Urban Mine and Mining waste – ProSUM). Cílem tématu je zvýšení využívání důlních odpadů jako druhotných surovin. 3.1.3.5. Montanistický výzkum Cílem montanistického výzkumu je záchrana technických památek pocházejících z dob historické těžby jakožto součásti kulturního dědictví v hornické krajině. Práce budou realizovány v rámci následujících projektů: • Výzkum historického dědictví týkající se dolování v oblasti Krušných hor (projekt Archeomontan II). • Montanistický výzkum v Jeseníkách a v Železných horách (připravované projekty). 3.1.3.6. Teoretické základy prognózování nerostných zdrojů Plánovaným cílem tohoto tématu je rozvoj teoretických základů prognózování nerostných zdrojů jako předpokladu vyhledávání a využití nerostných surovin. Výzkumné práce zahrnují: • Metalogenetický a minerogenetický výzkum v České republice a v zahraničí, včetně datování různých typů mineralizací a hornin metodami Re-Os a U-Pb s cílem upřesnění metalogene-

Odběr vzorků pro zhodnocení možností využití odpadů z těžby ložiska Horní Benešov jako druhotné suroviny (foto P. Rambousek).

22/


tických map (projekty GAČR, projekt CEEMIR). Zvláštní pozornost bude věnována netradičním a perspektivním typům mineralizací. • Dokumentace a vyhodnocení zákonitosti vývoje ložisek nerostných surovin pro tvorbu jejich 3D modelů (metodický úkol ČGS). • Výzkum podmínek vzniku a distribuce Sn-W (Li, Rb, Cs, Nb, Ta) mineralizace v Krušných horách (rekonstrukce koncentrace fluid a odhad doby toku a průtoku fluid během formace Sn, W, Mo a ostatních potenciálně využitelných kovů). • Výzkum minerálních paragenezí a rudotvorných procesů na ložiscích stříbra v České republice i v zahraničí. • Experimentálně-mineralogický výzkum systémů s platinovými kovy s aplikací na geometalurgii, zpracování rud a materiálové vědy (projekty GAČR). Výsledky řešení tohoto tématu budou publikovány v mezinárodních časopisech, předneseny na konferencích a workshopech v České republice a na mezinárodních konferencích.

3.2. VÝZKUM A HODNOCENÍ STAVU PODZEMNÍCH VOD L . R U K AV I Č K O VÁ

3.2.1. Současný stav výzkumu a hodnocení stavu podzemních vod v ČGS Hydrogeologický výzkum v České geologické službě je motivován potřebou poznání mechanismů a zákonitostí proudění podzemních vod v hydrogeologických strukturách. Součástí výzkumu je studium ovlivnění přírodních zdrojů podzemních vod činností člověka, udržitelnosti využívání těchto zdrojů a jejich ochrany. Podzemní vody jsou určeny zejména pro zásobování obyvatel pitnou vodou a na kvalitě vodních zdrojů závisí zdraví lidské populace. Pracovníci ČGS se věnují studiu vlivu klimatických změn na dotaci a kvalitu podzemních vod v různých místech ČR. Pro vybrané bilanční celky jsou hodnoceny zásoby podzemních vod a stanovovány podmínky a limity jejich odběrů. Pozornost je zaměřena také na ochranu podzemních vod mělkých kolektorů před vzrůstajícím trendem kontaminace vod v důsledku intenzivního zemědělského hospodaření. V rámci aplikovaného hydrogeologického a hydrochemického výzkumu je realizována řada výzkumných projektů spojených s vyhledáváním a hodnocením vhodného prostředí pro situování podzemních úložišť a zásobníků včetně hlubinného úložiště radioaktivních odpadů. Součástí výzkumu je rozvoj metod výzkumu, ochrany a hodnocení přírodních zdrojů podzemních vod a vývoj nových zařízení pro terénní výzkum. Několik zařízení je již zaregistrováno a chráněno Úřadem průmyslového vlastnictví ČR. Při řešení hydrogeologické problematiky odborníci ČGS spolupracují s řadou špičkových výzkumných pracovišť nejen v ČR, ale i v Evropě. Podílejí se rovněž na výchově studentů a odborných pracovníků.

3.2.2. Strategické cíle výzkumu 2016–2020 V následujících pěti letech bude hydrogeologický výzkum v ČGS dále rozvíjet již řešená výzkumná témata a naváže na dosažené výsledky. Práce budou soustředěny do čtyř prioritních témat: 3.2.2.1. Bilanční hodnocení vybraných hydrogeologických struktur Výzkum v této oblasti bezprostředně navazuje na výsledky regionálních hydrogeologických


/23

Čištění průzkumného hydrogeologického vrtu 4523_43 Snědovice, který bude monitorovat kolektor C v České křídové pánvi (projekt „Rebilance zásob podzemních vod“, foto P. Čáp). prací řešených v rámci projektu „Rebilance zásob podzemních vod“. Výchozím podkladem pro výzkum jsou národní strategické dokumenty i dokumenty EU, které kladou důraz na udržitelnost a zlepšování stavu útvarů podzemních vod. Jelikož podzemní vody nerespektují správní ani státní hranice, je potřebné se zabývat studiem dynamiky a oběhu podzemních vod v regionálním měřítku z důvodu jejich komplexní ochrany a udržitelnosti. ČGS se v následujících letech zaměří na: • Studium vlivu probíhajících klimatických změn na dynamiku oběhu podzemních vod a na možnosti jejich doplňování v různých typech hydrogeologických kolektorů. • Studium makrosložek v podzemních vodách a jejich vývoj v souvislosti s probíhajícími klimatickými změnami. • Ověření metodických postupů stanovení přírodních zdrojů podzemních vod v oblastech s nesouvislým zvodněním. 3.2.2.2. Studium zranitelnosti a ochrany zdrojů podzemních vod Cílem tohoto tématu je stanovení principů ochrany vodních zdrojů před negativními důsledky antropogenní činnosti. Hlavní důraz bude kladen na nalezení vhodných postupů zemědělského hospodaření, které by zamezily nadměrnému úniku dusíkatých látek mimo kořenové systémy pěstovaných plodin a následné kontaminaci podzemních vod dusíkatými a dalšími látkami používanými v zemědělství. Tato problematika bude řešena ve spolupráci s VÚRV Ruzyně v projektu NAZV MZe v povodí řeky Jizery a v plánovaném mezinárodním projektu v povodí řeky Moravy. 3.2.2.3. Minerální vody Minerální vody jsou velmi specifické a cenné přírodní zdroje regionu střední Evropy. Jejich využívání ve zdravotnictví, lázeňství a cestovním ruchu přispívá k hospodářskému růstu regionů. Výzkum v oblasti minerálních vod bude zaměřen na: • Vývoj a implementaci komplexního přístupu k minerálním vodám v oblasti jejich ochrany a udržitelného využívání včetně řešení střetů zájmů při využívání území jejich výskytu. Připra-

24/


vovaný projekt MINERWA, OP INTEREG – CE, řešící toto téma, bude probíhat ve spolupráci se sousedními státy EU v regionu střední Evropy. • Využití nových metod stanovení nestandardních stabilních izotopů v minerálních vodách při interpretaci geneze minerálních vod. • Revizi zdrojů minerálních vod v České republice. 3.2.2.4. Aplikovaná hydrogeologie Výzkumné práce v oboru aplikované hydrogeologie se zaměří na rozvoj témat řešených v současnosti. Jedná se o čtyři základní výzkumné okruhy: Měření fyzikálněchemických parametrů podzemních vod v průběhu odběru vzorků ve vodovodním přivaděči Bedřichov (projekt „Výzkumná podpora pro bezpečnostní hodnocení hlubinného úložiště“ SÚRAO, foto J. Holeček).

A. Hydrogeologický výzkum pro vyhledávání vhodné lokality pro hlubinné úložiště vy hořelého jaderného paliva a radioaktivního odpadu V rámci projektu „Výzkumná podpora pro bezpečnostní hodnocení hlubinného úložiště“ Správy úložišť radioaktivních odpadů bude probíhat výzkum v podzemních prostorách vodárenského přivaděče Bedřichov a v Podzemním výzkumném pracovišti Bukov, které je v současné době budováno v dole Rožná. Předmětem studia bude proudění a chemické složení podzemních vod v různých hloubkách horninového masivu a jejich vývoj v čase, hydraulické vlastnosti hornin a možnost transportu látek v podzemní vodě. Součástí bude také hydrogeologický výzkum na lokalitách zvažovaných pro umístění hlubinného úložiště a v okolí jaderných elektráren.


B. Hydrogeologický výzkum směrovaný na skladování energie v horninovém prostředí V tomto tématu se výzkum bude věnovat studiu změn chemického složení podzemních vod a hydraulických vlastností hornin vlivem skladování tepelné energie v horninovém prostředí. C. Hydrogeologický výzkum v oblasti využívání geotermální energie. Výzkum bude zaměřen na využití podzemních vod jako nosného média při jímání tepelné energie z geotermálních vrtů. Další práce se soustředí na výzkum chemického složení hlubokých fluid a jejich vliv na technickou infrastrukturu jímacího zařízení. Nedílnou součástí výzkumu bude i monitoring stavu a chemických vlastností zvodní v okolí geotermálních zdrojů a navržení opatření zamezujících znehodnocení zdrojů podzemních vod využívaných pro vodárenské účely. Tato témata budou řešena v rámci výzkumné infrastruktury RINGEN MŠMT a připravovaného projektu HDR Litoměřice OP VVV MŠMT. Další oblast výzkumu se bude týkat využití tepelného potenciálu zvodnělého horninového prostředí pomocí tepelných čerpadel pro lokální zásobování tepelnou energií (mezinárodní projekt GeoPlasma-CE, OP INTERREG). D. Zabezpečení odolnosti kritické infrastruktury dálkových přivaděčů pitné vody S ohledem na stávající bezpečnostní situaci v Evropě a průběžné technické zastarávání dálkových přivaděčů je zapotřebí poskytnout provozovatelům dostatek informací pro zajištění ochrany přivaděčů. ČGS ve spolupráci s VÚV TGM, v. v. i., a dalšími subjekty připravuje projekt zaměřený na identifikaci rizik a zvýšení odolnosti kritické infrastruktury – dálkových přivaděčů pitné vody pro velké městské aglomerace.

3.3. VÝZKUM GEOENERGIÍ V. H L A D Í K

3.3.1. Současný stav výzkumu geoenergií v ČGS Výzkum v oblasti geoenergetických technologií v ČGS je veden potřebou reagovat na nové lokální i globální výzvy naší doby. Problematika změny klimatu, omezování emisí skleníkových plynů, zajištění energetické bezpečnosti a připravované vize nízkouhlíkové ekonomiky přinášejí nová témata výzkumu a vývoje, spojená s novými pohledy na využití geologického prostředí. V současné době se pracovníci ČGS podílejí na řešení celé řady národních i mezinárodních projektů s tímto zaměřením. Pozornost je věnována problematice skladování energie v horninovém prostředí, výzkumu geotermální energie a geologického ukládání oxidu uhličitého, jakož i tématu hlubinného uložení radioaktivních odpadů. Řada výzkumných projektů je přitom realizována v rámci mezinárodní spolupráce, která má silnou oporu v členství ČGS v mezinárodních výměnných výzkumných sítích.

3.3.2. Strategické cíle výzkumu 2016–2020 V období 2016–2020 bude ČGS pokračovat v rozvoji výzkumných témat, která byla rozpracována ve Strategickém plánu výzkumu ČGS na léta 2012–2015 a naváže na již dosažené výsledky v této oblasti. Hlavní výzkumná témata vycházejí zejména z Národních priorit orientovaného výzkumu, experimentálního vývoje a inovací a ze Strategického energetického technologického plánu EU1, zejména těch jeho částí, které mají souvislost s geologickým prostředím. Lze je rozdělit do pěti hlavních skupin: 1 http://ec.europa.eu/energy/en/topics/technology-and-innovation/strategic-energy-technology-plan

/25

26/

Podzemní laboratoř pro výzkum skladování energie v horninovém prostředí ve štole Josef u Mokrska (foto J. Franěk).


3.3.2.1. Výzkum úložišť radioaktivních odpadů Hlavním strategickým cílem v tomto tématu je podpořit – z hlediska geologického poznání – vybudování bezpečného hlubinného úložiště vyhořelého jaderného paliva a dalších vysoce radioaktivních odpadů. Plánované práce v této oblasti budou zaměřeny zejména na: • trojrozměrné strukturně geologické modelování geologické stavby kandidátských lokalit hlubinného úložiště, • geologický, hydrogeologický a hydrogeochemický výzkum těchto lokalit a výzkum petrofyzikálních vlastností hostitelského prostředí, • výzkum vlivu exogenních procesů na stabilitu úložiště, • budování podzemní laboratoře pro provádění experimentů vedoucích k poznání geologických, hydrogeologických a geochemických procesů v úložišti, • výzkum hydraulických, geochemických, mineralogických a strukturních parametrů těsnicích materiálů úložiště, zejména materiálů na bázi bentonitu, • rozvoj alternativní metody ukládání radioaktivních odpadů do hlubokých širokoprofilovývh vrtů. 3.3.2.2. Skladování energie v horninovém prostředí V rámci tohoto tématu je hlavním cílem rozvoj a zdokonalování metodiky skladování energie a mapování potenciálu úložišť energie v ČR i v Evropě, zejména pomocí:


/27

Trojrozměrný geologický model potenciálního úložiště CO2 se zobrazením vrtů a povrchu terénu. • dalšího rozvoje podzemní laboratoře ve štole Josef u Mokrska, • mezinárodní spolupráce v rámci evropského projektu ESTMAP (Energy Storage Mapping and Planning) z programu Horizon2020 a připravované sítě ERA-NET pro aplikované geovědy, kde bude ČGS spolupracovat s dalšími evropskými geologickými službami. 3.3.2.3. Geotermální energie Výzkum v této oblasti bude převážně zaměřen na rozvoj metodiky, strategii a výzkumnou podporu využití geotermální energie, a to jak v mělkých, tak i v hlubokých vrstvách geosféry. Hlavní pozornost bude zaměřena hlavně na: • mezinárodní projekt GeoPlasma CE (Shallow Geothermal Energy Planning, Assessement and Mapping Strategies in Central Europe) v rámci programu INTERREG, • aktivity v rámci výzkumné infrastruktury RINGEN zaměřující se na využití hlubinné geotermální energie v oblasti Litoměřic a případně projektu DEGREE, předloženého do operačního programu Věda, výzkum a vzdělávání, • podporu uplatňování Místní Agendy 21 (MA21) řízené MŽP a MMR jako hlavních principů dlouhodobého rozvoje městských aglomerací ČR, a to formou implementace urbanistické geologie se zaměřením na strukturované informace o geologickém podloží měst, zdroje geotermální energie a podzemní vody, • mezinárodní spolupráci v připravovaném geovědním ERA-NETu. 3.3.2.4. Geologické ukládání CO2 Dlouhodobým strategickým cílem v tomto tématu je realizace výzkumného pilotního projektu geologického ukládání oxidu uhličitého do vhodné struktury na území ČR. Na cestě k tomuto cíli se v období 2016–2020 plánuje uskutečnění těchto postupných kroků: • dokončení velkého česko-norského projektu REPP-CO2 (Příprava výzkumného pilotního projektu geologického ukládání CO2 v České republice) spolufinancovaného z Norských fondů, • zahájení další etapy přípravy vybraného úložiště v rámci mezinárodní spolupráce v síti CO2GeoNet s využitím prostředků EU (program Horizon 2020). 3.3.2.5. Využití podzemních prostor vzniklých důlní činností Cílem tohoto tématu je prostřednictvím výzkumných aktivit oživit zájem odborné veřejnosti, orgánů státní správy i místních samospráv o intenzivnější využití dosud nerozvinutého potenciálu starých důlních děl. Významným krokem tímto směrem je návrh projektu pilotního testu ukládání tepelné energie do opuštěných zatopených důlních děl, který vznikl v rámci česko-rakouské spolupráce a o jehož financování z evropských zdrojů bude ČGS usilovat v rámci mezinárodního partnerství ve výměnné síti ENeRG.

28/


Řešení prioritního tématu „Výzkum geoenergií“ bude probíhat v úzké spolupráci s dalšími výzkumnými pracovišti v ČR a v zahraničí, ale také v kooperaci s inovativními firmami ze soukromého sektoru a s orgány státní správy. Prioritou je podpora budoucího průmyslového využití zkoumaných technologií v praxi. Vybrané výsledky budou publikovány v mezinárodních i domácích odborných periodikách a prezentovány na národních a mezinárodních konferencích a workshopech.

/29

4/ Výzkum interakce geosféra – biosféra – atmosféra M . N O VÁ K , J . H R U Š K A , P. K R Á M , F. O U L E H L E , J . F R A N C Ú

4.1. SOUČASNÝ STAV MONITORINGU VODNÍCH A SUCHOZEMSKÝCH EKOSYSTÉMŮ V ČGS Systém dlouhodobého sledování chemismu a hydrologie srážek, povrchových vod, půd a vegetační struktury, vybudovaný v České geologické službě, je důležitou součástí výzkumu změn životního prostředí České republiky. Součástí monitorovacího systému ČGS jsou ledovcová jezera na Šumavě, s nepřetržitou řadou měřeného chemismu vod od roku 1984, a síť 14 malých lesních povodí GEOMON s konsolidovanou řadou měsíčních údajů o chemismu a hydrologii srážek a povrchové vody od roku 1994. Údaje z těchto monitorovacích systémů umožňují hodnotit trendy, příčiny a následky změn v ekosystémech na úrovni povodí i krajiny. Získané informace jsou využívány při tvorbě strategií a legislativy ochrany životního prostředí na národní a evropské úrovni. Monitorovací systém je součástí mezinárodních a národních aktivit: – LRTAP (Convention on Long-range Transboundary Air Pollution), úmluva o dálkovém znečišťování ovzduší přesahujícím hranice států, která je významným nástrojem k omezení přenosu látek znečišťujících ovzduší. – ILTER (International Long-term Ecological Research Network), síť dlouhodobého ekologického výzkumu, která celosvětově propojuje bádání na úrovni ekosystémů pro lepší pochopení dlouhodobých změn způsobených globální změnou klimatu. – CZEN (Critical Zone Exploration Network), celosvětová síť observatoří kritické zóny zaměřená na výzkum zvětrávacích procesů spojených s tvorbou půdy. – ISKO (Informační systém kvality ovzduší) s údaji o chemickém složení atmosférických srážek, sloužící k hodnocení stavu a vývoje kvality ovzduší v ČR. Výzkumné využití dlouhodobých dat bude v období 2016–2020 zaměřeno na: – Studium regenerace vodních a suchozemských ekosystémů z acidifikace – vliv chemického složení srážek a lesnického managementu na dlouhodobý stav půd a tekoucích vod. – Studium eutrofizace vodních a suchozemských ekosystémů – imobilizace a uvolňování živin z půd. – Určování kritických zátěží síry a dusíku pro půdy a vody. – Výzkum zvětrávacích procesů v měřítku malých povodí i půdních a horninových profilů. – Vliv klimatických změn na bilanci vody a koloběh prvků v horských povodích. – Matematické modelování dlouhodobých změn půdního a vodního prostředí – vývoj a aplikace biogeochemických a hydrologických modelů. – Studium vztahů mezi jednotlivými procesy ovlivňujícími fungování ekosystémů – interakce historické zátěže (acidifikace, eutrofizace) a současných změn klimatu (sucho, povodně).

30/


– Kvantifikaci zásob uhlíku a dusíku v lesním ekosystému (půda, biomasa, depozice a odtok). – Lokalizace zdrojů rozpuštěného organického uhlíku (DOC) v povrchových vodách. – Studium vztahů mezi chemickým složením půd a obsahy prvků ve stromech. – Studium biodiverzity lesní vegetace v závislosti na abiotických podmínkách prostředí (chemismus a vlhkostní poměry půd, světlo). – Studium diverzity vodních organismů v závislosti na chemickém složení tekoucích vod.

Jezero Laka v NP Šumava na podzim 2015 (foto F. Oulehle). > Povodeň v povodí Lysina (GEOMON) v CHKO Slavkovský les (foto P. Krám).

4.2. BIOGEOCHEMICKÉ PROCESY V KRAJINĚ Studium biogeochemických procesů v krajině se neobejde bez detailního výzkumu cyklů prvků v půdním prostředí a jejich toků na úrovni ekosystémů. V současné době plně funguje výzkumná stanice Načetín v Krušných horách s infrastrukturou zajišťující detailní sledování chemického složení srážek, půd, opadu a půdního roztoku, dále emisí CO2 z půdy (respirace), meteorologie (teplota a vlhkost půd) a vegetační struktury bylinného patra. Všechna měsíční měření jsou komplementárně prováděna ve dvou porostech – ve smrkovém (stáří 80 let) a bukovém lese (stáří 130 let). Na lokalitě probíhá celá řada řízených experimentů s cílem studovat vliv chemického složení půd (pH, dostupnost N, P, C) na transformaci půdní organické hmoty (složení mikrobiálních společenstev, analýzy enzymů, měření procesů transformace C a N – dekompozice, mineralizace, nitrifikace). Společným cílem experimentů je lepší pochopení procesů v lesních půdách (regenerace z acidifikace, eutrofizace, klimatická změna). Studium biogeochemických procesů bude v období 2016–2020 zaměřeno na: – Srovnání biogeochemických (zásoby a toky prvků ekosystémem), biologických (mikrobiální společenstva) a biochemických (enzymatické aktivity) procesů v půdě porostů smrkového a bukového lesa. – Propojení biogeochemického a mikrobiálního výzkumu v lesních půdách – výzkum vztahu mezi chemickým složením půdních vod, mikrobiálním složením půd a respirací půdy. – Studium vlivu změny půdního pH a dostupnosti živin (C, N, P) na transformaci půdní organické hmoty.

4. Výzkum interakce geosféra – biosféra – atmosféra

/31

– Kvantifikace koloběhu uhlíku v lesních ekosystémech se zaměřením na vliv atmosférické depozice na bilanci půdního uhlíku. – Experimentální sucho a jeho vliv na biogeochemii půd, mikrobiální společenstvo a fyziologii lesa. – Využití experimentálních výsledků pro zpřesnění kalibrací stávajících biogeochemických modelů.

4.3. UŽITÍ IZOTOPŮ V BIOGEOCHEMII A ENVIRONMENTÁLNÍM VÝZKUMU Tradiční i netradiční izotopové systémy budou užívány dvojím způsobem: (i) k určení zdrojů živin a toxických prvků v ekosystémech a (ii) k identifikaci procesů v jednotlivých složkách životního prostředí. Poměry četnosti stabilních a radiogenních izotopů lze využít k identifikaci zdrojů chemických prvků a sloučenin v případě, že se tyto zdroje liší svým izotopovým složením a nedochází k izotopovým frakcionacím. Izotopy lze užít k identifikaci environmentálních či geologických procesů v případě, že jsou tyto procesy spojeny s diagnostickou, tedy jedinečnou, izotopovou frakcionací. Izotopová data lze rovněž použít k nalezení dosud neznámých zdrojů a propadů skleníkových plynů (CO 2, CH 4, N 2O) na zemském povrchu. Studium stabilních izotopů bude v období 2016–2020 zaměřeno na: – b iogeochemické cykly lehkých (H, C, N, O, S) a těžkých (Pb, Sr) prvků,

Pohled od povodí Jezeří (GEOMON) se stejnojmenným zámkem a dolem ČSA v pozadí (foto F. Oulehle). Půdní profil kambizemí v povodí Polomka (GEOMON) v CHKO Železné hory (foto F. Oulehle).

32/


Experimentální plocha Načetín v Krušných horách (foto F. Oulehle). Automatizované měření půdní respirace (foto F. Oulehle).

– užití netradičních izotopových systémů (Zn, Cu, Cd, Cr) jako přirozených značkovačů v exosféře a užití netradičního izotopového systému Mg v lesních ekosystémech, – š irokou škálu aplikací v (bio)geochemii, biochemii, forenzní vědě, archeologii, při testování biotechnologií a studiu přírodních zdrojů energie.

4.4. KONTAMINACE ORGANICKÝMI POLUTANTY A TĚŽKÝMI KOVY VČETNĚ JEJICH TRANSPORTU, ZACHYCENÍ A DEGRADACE V KRAJINNÝCH CELCÍCH Persistentní organické polutanty (POPs) budou sledovány spolu s těžkými kovy (HM) v půdách, jezerních sedimentech a polétavém prachu. Vznikají jako nežádoucí zplodiny nedokonalého spalování, průmyslové výroby, dopravy a čím dál víc používáním chemikálií v zemědělství. Pomocí molekulárního a izotopového složení budou sledovány osudy a míra akumulace těchto těžce odbourávaných složek našeho životního prostředí. K prioritním řešeným otázkám v letech 2016–2020 budou patřit: – integrace geochemie anorganických a organických polutantů v kontextu využívání krajinných celků a intravilánů, – vybudování geografických informačních systémů (GIS) s prostorovou distribucí geochemických charakteristik polutantů, – analýza faktorů podmiňujících genetické typy a kvantitu POPs a HM v životním prostředí, – modelování umožňující regionální předpovědi distribuce polutantů v krajině, – studium vlivu horninového složení geologického podloží, např. černých břidlic, na přírodní pozadí geochemických indikátorů znečištění ve specifických krajinných celcích.

/33

5/ Výzkum geologických rizik O . K R E J Č Í , P. K Y C L , I . B A R N E T, T. H R O C H

5.1. SOUČASNÝ STAV VÝZKUMU GEOLOGICKÝCH RIZIK V ČGS Navrhované výzkumné práce jsou v souladu s Národní politikou výzkumu, vývoje a inovací České republiky na léta 2016–2020, s výhledem do roku 2025. V subkapitole Ministerstva životního prostředí v tématu Udržitelný rozvoj krajiny a lidských sídel je uvedeno: „Zajištění odborných podkladů založených na výsledcích aplikovaného výzkumu pro ochranu a využívání horninového prostředí, podzemních vod a zdrojů nerostných surovin a snížení jejich zátěže vlivem působení antropogenních činitelů v krajině (např. zábory, kontaminace, ztížení podmínek pro vyhledávání, inventarizaci, využívání a vyhodnocování geologických podmínek, přírodních zdrojů a geofaktorů).“ ČGS se bude zabývat těmito tématy: • Výkony funkcí oblastních geologů, hydrogeologů a ložiskových geologů pro potřeby státní správy a samosprávy, posudková činnost, zavedení geologických limitů do legislativy územního plánování obcí i vyšších územních celků. • Dokumentace a výzkum geologických rizik včetně jejich kategorizace v regionálním i lokálním měřítku, řešení problematiky negativních antropogenních vlivů na kvalitu složek ŽP (staré zátěže po těžbě, kontaminace horninového prostředí a možná zdravotní rizika). • Rozvoj portálu geologické služby a poskytování údajů o geologických rizicích pro odbornou i laickou veřejnost. V oblasti výzkumu geologických rizik bude také soustředěn inženýrsko-geologický výzkum v ČGS. Práce budou dále probíhat v souladu s iniciativou Evropské komise – platformy pro podporu implementace požadavků směrnice INSPIRE a zjišťování stavu prací v rámci implementace dat, a to v její části Oblasti ohrožené přírodními riziky.

5.2. STRATEGICKÉ CÍLE VÝZKUMU 2016–2020 Strategické cíle výzkumu navazují na výsledky předchozího období a vycházejí z Priorit orientovaného výzkumu, experimentálního vývoje a inovací ČR a ze strategických dokumentů Ministerstva životního prostředí, které pravidelně v případě povodňových a dalších krizových situací vyžaduje rychlé vyhodnocení situace, včetně prezentace zjištěných výsledků v rámci webových aplikací pro veřejnost. Výsledky výzkumu budou využívány městy, obcemi a Státním fondem životního prostředí pro potřeby hodnocení žádostí o dotace z evropských fondů z operačního programu Životní prostředí 2014–2020 v souladu s platnými programovými dokumenty. Data budou dále využívána pro potřeby Generálního ředitelství Hasičského záchranného sboru v rámci nově připravované Metodiky pro vydání výstrahy před hrozbou sesuvů podle Scénáře podpory

34/


Geologická mapa ČR s vymezením sesuvů (data ČGS).

Pohled na odlučné hrany aktivního sesuvného území nad dolem ČSA pod zámkem Jezeří (foto O. Krejčí).

krizového řízení geoinformačními technologiemi a Českým statistickým úřadem pro evidenci přírodních pohrom ve státech Evropské unie. K zajištění těchto cílů výzkumu budou práce v oblasti výzkumu geologických rizik soustředěny do následujících prioritních témat:

5.2.1. Svahové nestability Problematika vzniku a vývoje svahových pohybů je určována složitou interakcí mezi extrémními klimatologickými situacemi, geologickou stavbou území, geomorfologií terénu i lidskou činností. V místních podmínkách většinou bývají spouštěcím mechanismem extrémní srážkové situace, intenzivní tání sněhové pokrývky, důlní činnost a nevhodné zakládání staveb. Sesuvné jevy se na území České republiky vyskytují především v několika geologických jednotkách. V Českém masivu se jedná o sedimenty permokarbonu, české křídové pánve a třetihorní vulkanity Českého středohoří. V sedimentech flyšového pásma Západních Karpat se sesuvné jevy vyskytují také velmi často a intenzivní výzkum těchto formací probíhá od července 1997, kdy extrémní srážky aktivovaly mnoho set sesuvů se značnými materiálními škodami. Výzkum geohazardů bude vycházet z historických poznatků z archeologických lokalit, geochronologického datování a dobových

5. Výzkum geologických rizik

/35

kronik. Bude bezprostředně navazovat na již hotové digitální geologické mapy a jejich tematické vrstvy v měřítku 1 : 25 000. Z metodického hlediska budou využity moderní metody DPZ jako je LIDARové snímkování, satelitní radarová data SBAS-DInSAR a dále budou rozvíjeny geofyzikální metody. V posledních letech lze pozorovat stoupající požadavky na podklady o sesuvech, které ohrožují konkrétní stavby či soubory staveb. Pro tento účel bude třeba zpracovat tematické katalogy svahových deformací s vymezením nejvíce ohrožených lokalit či úseků. Od roku 1997 můžeme pozorovat zkracování intervalů mezi jednotlivými povodňovými událostmi; byly dokumentovány sesuvné kalamity v letech 2002, 2006, 2009, 2010, 2013 a 2014. Klíčovou otázkou je definice délky doby mezi vysokými srážkovými úhrny a vznikem série mělkých sesuvů v konkrétní oblasti. Rozbor vlivu klimatu na zvýšený výskyt svahových deformací v České republice v období 1997 až 2015 je proto důležitou součástí výzkumu geologických rizik. Cílem výzkumu v oblasti legislativy a podpory územního plánování a nápravy škod způsobených sesouváním a skalním řícením je přispět ke zvýšení kvality české legislativy v oblasti geohazardů a k její implementaci na úroveň krajů. Jedná se především o metodiku stanovení kategorie nebezpečnosti jednotlivých sesuvů. Výzkumné práce budou dále zahrnovat inovace metod monitoringu svažitých terénů a inovaci metodiky stanovení varovných stavů a budování varovných systémů na příkladu pilotních lokalit. Inženýrskogeologický výzkum patří mezi stěžejní obory studia geohazardů, protože zjišťuje a řeší interakci horninového prostředí s geohazardy (sesuvy) a stavbami. Inženýrskogeologické rajony budou vymezovány na základě podobnosti či stejnorodosti těch vlastností, které jsou důležité právě pro inženýrskou geologii a geotechniku. V dlouhodobém horizontu by měla být zajištěna průběžná inventarizace stávajících a zpracování nově vzniklých svahových nestabilit, s jejíž pomocí by měla být vytvořena interaktivní mapa náchylnosti k sesouvání.

5.2.2. Radonové riziko geologického podloží Radonové riziko geologického podloží je jedním z významných geologických rizik přímo ovlivňujících radiační expozici obyvatelstva. Význam řešení problematiky výskytu radonu v geologickém podloží spočívá mimo jiné i v interdisciplinární návaznosti na sledování koncentrací radonu v pitné vodě a ve stavebních materiálech. Radonový program je koordinován Státním úřadem pro jadernou bezpečnost. Legislativní podklad výzkumného záměru splňuje vazbu na usnesení vlády ČR č. 594/2009 a na jeho bod II „Radonový program České republiky na léta 2010 až 2019 – Akční plán” ve smyslu kapitoly Akčního plánu č. 4 – Odborná vědecko-technická podpora realizace úkolů Akčního plánu a jejího bodu 4E „Vývoj geofyzikálních metod hodnocení radonového rizika“ (úkol Akčního plánu realizovaný v rezortu MŽP, bod 4E). Výzkumné práce jsou v souladu s cíli Státní politiky životního prostředí 2012–2020,

Skalní stěna nad levým založením hráze Znojemské přehradní nádrže s Kramerovou vilou, na níž jsou patrné projevy skalního řícení (foto O. Krejčí).

36/


Zobrazení komplexní radonové informace pro administrativní jednotky na celém území ČR na serverech www. geology.cz a www. radonovyprogram.cz (ČGS-SÚJB Praha). kapitola. 4. Bezpečné prostředí, oddíl 4.1. Předcházení rizik. Výzkumné práce budou aktuálně reagovat na požadavky meziresortního Radonového programu ČR, jehož participantem je Ministerstvo životního prostředí ČR.

5.2.3. Povodně V důsledku interakce mezi měnícím se klimatem, expandující urbanizací krajiny a rozvíjející se infrastrukturou dochází k nárůstu škod působených procesy vázanými na enormní dešťové srážky a následné povodně. Povodeň představuje přírodní jev způsobený rozlitím nadměrného množství vody v krajině mimo koryta vodních toků a je doprovázena dalšími rizikovými procesy, jako je laterální a hloubková eroze, změny trajektorií říčních koryt (laterální posun koryt, avulze), rychlá agradace materiálu. Jejími následky mohou být různě velké škody na majetku, ekologické škody či oběti na lidských životech. Povodně způsobují škody zejména domácnostem, infrastruktuře a podnikatelským subjektům, které se nacházejí v přirozených záplavových územích. Výzkum povodňových událostí a navržení opatření k nápravě škod z povodní je důležitou součástí výzkumných aktivit ČGS, a to zejména v následujících směrech: • Podrobná geomorfologická analýza a výzkum současných či nedávných změn a predikce vývoje říčních systémů v blízké budoucnosti s využitím distančních dat (LIDAR, letecké snímky, multitemporální satelitní snímky), bezpilotních leteckých prostředků, pozemního radaru a geo elektrických metod pro mapování dynamiky současných a nedávných změn říčních koryt a nivy (avulze koryt, progradace meandrů, tvorba průvalových kuželů, agradace materiálu). • Studium vlastního sedimentárního tělesa údolní nivy a s ním související návazné geologické stavby (břehová stabilita, geologický charakter zdrojových oblastí transportovaného materiálu) jako parametrů pro predikci charakteru eroze či akumulace, s využitím archivních vrtných a geofyzikálních dat, ale i nově aplikovaných geoelektrických metod. • Optimalizovaný přístup k návrhu suchých poldrů v říčních údolích (využití datových sad ČGS – databáze vrtů, plošně vymezené mapované jednotky a moderní metody mapování a studia vnitřní stavby – LIDAR, bezpilotní létající prostředky pro fotogrammetrii, GPR a geoelektrické metody k poznání vnitřní stavby nivy. Cílem výzkumu je získání klíčových dat pro potřeby územního plánování a civilní obrany, prevenci negativních dopadů geologických rizik a nápravy škod způsobených povodňovými riziky.

/37

6/ V ýzkum a vývoj geochemických a mineralogických metod T. M A G N A , F. L A U F E K

6.1. LABORATOŘE STABILNÍCH IZOTOPŮ Laboratoře jsou vybaveny následující přístrojovou technikou: – LGR analyzátor (laser 2012) – analýza D a 18O ve vodě, – Delta V (IRMS; pořízen v r. 2012) – analýza D, 13C, 15N, 18O, 34S (lehké uhlovodíky, organické látky, půdy, karbonáty, sulfidy, sulfáty, vody a rozpuštěné složky), – Geo 20-20 (IRMS; pořízen v r. 1996) – analytické možnosti jako Delta V, – Finnigan 251 (IRMS; pořízen v r. 1982) – využíván utilitárně pro „špinavé“ vzorky. Analýza: – vody a rozpuštěné složky, – sedimenty, přírodní plyny a organické látky, – sulfidická ložiska a sulfáty, – půdy, rašeliny, – nitrátové znečištění vodních zdrojů, – archeologické vzorky, – atmosférické depozice, – aplikované studie podle zákazníků (úložiště, skládky, úniky do vodních zdrojů aj.).

6.2. U LTRASTOPOVÁ LABORATOŘ (USL) A LABORATOŘE HMOTOVÉ SPEKTROMETRIE – laboratoř je vybavena vícenásobnou filtrací vzduchu, třemi pracovišti pro chemické separace, systémy pro destilaci ultračistých kyselin, přesnými váhami, centrifugou, digestoří, – stávající vybavení: Neptune MC-ICPMS pro simultánní měření izotopových složení, Finnigan MAT 262 TIMS pro simultánní měření izotopových složení, hydridová generace pro měření Hg izotopových složení ve spojení s MC-ICPMS.

6.2.1. Rozvoj a aplikace Sr, Nd, Pb, Os metod v obecné, ložiskové a environmentální geologii • Sr, Nd, Pb, Os – zdroje a procesy u korových hornin (protolit metamorfitů, tavení, mixing, asimilace, kontaminace, metasomatóza, zdroje sedimentů), datování pomocí izochron, datování minerálů, • Nd, Os – vývoj plášťových hornin (parciální tavení, metasomatóza), modelová stáří, • Sr – hydrogeologie (zdroje vod, rovnováha s horninou),

38/


• Sr, Pb – environmentální geochemie (látkové toky, zdroje znečištění), • Sr, Nd, Pb – archeometrie (zdroje materiálů, migrační trasy), • Hf – rozvoj analytiky, aplikace při studiu plášťové kontaminace, vývoje kůry.

6.2.2. R ozvoj a aplikace stávajících (Cd, Cr, Cu, Zn) a zavedení nových (Ca, Mg) netradičních izotopových metod v environmentální geologii Analýza izotopového složení vzorků pomocí MC-ICPMS (double-spiking; 106Cd–116Cd , 111Cd–113Cd): • minerály, horniny, půdy, mořská voda, biologický materiál (plankton, schránky mořských živočichů), odpadní materiály z průmyslové činnosti, kapalné vzorky (srážkové vody), • analytika Ca – rozvoj po nákupu nového TIMS (stávající pro Ca nevyhovuje), aplikace v životním prostředí.

Ultrastopová laboratoř ČGS v Praze na Barrandově (foto J. Míková). > Pracoviště multikolektorové hmotnostní spektrometrie (MC-ICPMS) ČGS v Praze na Barrandově, kde jsou na přístroji Neptune prováděna měření především netradičních izotopových systémů (foto P. Neubert).

6.2.3. A plikace netradičních izotopových metod (Cd, Cr, Cu, Li, Zn) v sedimentární, magmatické, metamorfní a ložiskové geochemii Chromatografie a analýza izotopového složení pomocí MC-ICPMS: • pevné materiály (minerály, horniny, půdy, kapalné vzorky), pevné částice, ložiska, environmentální vzorky.

6.2.4. Z avedení a rozvoj in-situ geochronologických a izotopových metod (laserová ablace + ICPMS) – Analyte Excite (Teledyne Cetac; 193 nm Excimer, HellEx cela, 2,5–150 mm svazek) + Agilent 7900x, – referenční materiály: NIST 612, GJ-1, 91500 new, Plešovice, – off-line zpracování dat pro U–Pb datování, nově Iolite software: • U–Pb datování zirkonů, monazitů – magmatická stáří, metamorfní procesy, provenience detritických zirkonů, • in-situ stopové prvky a izotopové složení Sr, Nd, Pb, Hf, zpracováni prvkových dat pomocí softwaru Glitter, • experimentální petrologie (distribuční koeficienty), • fluidní inkluse, • mineralogie, gemologie, • karbonáty, fosfáty.

6. Výzkum a vývoj geochemických a mineralogických metod

/39

Stáří zirkonů je určováno pomocí U-Pb metody na pracovišti LA-ICPMS v Praze na Barrandově (foto J. Míková).

6.3. LABORATOŘ RENTGENOVÉ MIKROANALÝZY LAREM Laboratoř je vybavena moderním elektronovým mikroskopem Tescan Mira3 GMU FEG-SEM s mikroanalytickým systémem EDS X-MaxN 80, WDS Wave 500 a EBSD Nordlys II Nano (Oxford Instruments). Vybavení umožňuje studovat pevné materiály v mikro- a nanoměřítku. Nedestruktivní způsob chemické analýzy je výhodný jak pro studium extrémně malých vzorků (mikrofosilie, meteority, vzácné minerální fáze, mikrostrukturní interminerální vztahy), tak pro studium chemických a strukturních vlastností hornin a geomateriálů. Laboratoř tak zajišťuje analytickou podporu stávajícím i nově plánovaným výzkumným projektům a rozvíjí nové metodiky analýz geomateriálů se zaměřením na analýzu v nanoměřítku.

Pracoviště elektronové mikroskopie a mikroanalýzy ČGS v Praze na Barrandově (foto P. Halodová).

40/


6.4. LABORATOŘ RENTGENOVÉ DIFRAKCE Rentgenová difrakce patří mezi základní metody fázové a strukturní analýzy pevných krystalických látek. Laboratoř je vybavena práškovými difraktometry Bruker D8 Advance s detektorem Lynx EYE XE a difraktometrem Philips X´Pert. Difraktometr Bruker D8 Advance umožňuje difrakční studium pevných krystalických vzorků v klasické Bragg-Brentanově geometrii na odraz, v transmisní geometrii na fólii a v kapiláře. Vybavení (XYZ stolek, fokusující Gobelovo zrcadlo, sada kolimátorů, kamera) umožňuje také snímkovat omezené malé plochy pevných vzorků (tzv. mikrodifrakce). Laboratoř provádí kvalitativní i kvantitativní fázovou analýzu včetně separace a následné difrakční analýzy jílové frakce a poskytuje tak základní analytickou podporu stávajícím i nově plánovaným projektům. Laboratoř také provádí semikvantitativní odhad celkového množství amorfní fáze ve vzorku a základní size-strain analýzu (program Topas). Výzkumná činnost pracovníků laboratoře se soustředí na následující oblasti: • Řešení a zpřesňovaní krystalových struktur nových přírodních a syntetických fází s platinovými kovy. • Vývoj a optimalizace metod kvantitativní fázové analýzy (vhodná příprava vzorku, rozvoj kvantitativní fázové analýzy bez použití standardů, vliv reálné struktury vzorku). • Rozvoj fázové analýzy z omezených malých ploch (tzv. mikrodifrakce). Detail goniometru rtg práškového difraktometru Bruker D8 Advance (foto F. Laufek).


www.geology.cz

Česká geologická služba

Strategický plán výzkumu České geologické služby na léta Jan Pašava, Zdeněk Venera a kol. Česká geologická služba

Recommend Documents