Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Jak vznikla Ďáblova hora?

Co mají společného Bořeň a Ďáblova hora ve Wyomingu?

Publikováno: Vesmír 94, 400, 2015/7
Obor: Geologie

K řadě výrazných skalních útvarů se pojí vyprávění o čertech a ďábelské moci. Bývají to viklany, osamocené skály nebo balvany na louce, které čerta buď připomínají svým vzhledem, nebo je tam čert měl se zlým úmyslem zanést. Například Čertova zeď u České Lípy měla být dílem ďábla, který se vsadil se sedlákem, že do svítání postaví zeď od Ještědu k Bezdězu. Když prý letěl pro poslední náklad kamení, zakokrhal kohout. Nebyl to však kohout, ale sedlák, který ďáblovi upsal duši. Ze strachu, že sázku prohraje, napodobil kokrhání kohouta a vzápětí začali kokrhat všichni kohouti v okolí.

Ďáblova hora ve Wyomingu ve Spojených státech amerických si ale spojení s pekelnými silami získala trochu nedopatřením. Její jméno vzniklo špatným překladem původního slova lakotských indiánů wahanksica – medvěd. Kartografové mu zřejmě špatně porozuměli, protože v lakotštině podobné slovo wakansica znamená „zlý duch“. Proto se monument místo Medvědí doupě začal nazývat Ďáblova hora – Devils Tower. Jiné indiánské národy ji nazývaly Bizoní roh, Hora mytické sovy nebo Kamenný strom. Jak ale vznikla hora, která je zpodobněna téměř v každé americké středoškolské učebnici geologie? Její původ vysvětluje jedna indiánská legenda: „Tři děvčata si hrála v lese, když tu je náhle přepadl medvěd. Dívky se daly na útěk a vylezly na skálu. Modlily se k Velkému duchu, aby jim pomohl. Ten jejich prosby vyslyšel. Nechal skálu vyrůst v horu, aby na ně šelma nemohla. Rozzuřený medvěd, který se na dívky snažil dosáhnout, vydrápal ve stěnách hory hluboké zářezy. Jsou tam vidět dodnes…“

Ďáblova hora ve Wyomingu je známou krajinnou dominantou severozápadních plání. O jejím geologickém původu se vedou odborné diskuse již od konce 19. století (obr. 8). Prezident Theodore Roosevelt ji r. 1906 vyhlásil jako první národní přírodní monument. Je také známá z kultovního filmu Stevena Spielberga Blízká setkání třetího druhu, kde se u ní setkají lidé s návštěvníky z vesmíru. Je oblíbeným místem sportovních horolezců a posvátným místem řady indiánských kmenů. V geologických učebnicích se uvádí jako typický příklad erodované přívodní dráhy vulkánu nebo nějakého podpovrchového tělesa tvaru klobouku, kdy se magma rozlilo mezi vodorovné vrstvy a vyklenulo je vzhůru. Vulkanologický výzkum velmi podobné znělcové hory v Českém středohoří nám ale napověděl, že všechno mohlo být docela jinak. Jak tedy Ďáblova hora pravděpodobně vznikla? Pojďme se nejdříve podívat do Českého středohoří na jejího méně známého sourozence, Bořeň u Bíliny (obr. 4).

Sopečná krajina Českého středohoří je plná malebně zaoblených kuželovitých útvarů, které tvarově sice sopky připomínají, ale většinou jsou to jen jakési zasypané „košťály“ nebo „tvrdé suky“ tvořené zbytky přívodních drah původně daleko rozsáhlejších sopek a lávových výlevů. Bořeň u Bíliny, výrazný znělcový vrch se svislými vulkanickými sloupy na zaobleném vrcholu, je jedním z řady znělcových těles, která vystoupila k povrchu podél přívodních drah oherského prolomu zhruba před 30 miliony let. Důležitým vodítkem k pochopení okolností jejich vzniku byla sopečná hornina rezavě hnědé barvy nalezená na úpatí znělcových těles Zlatník a Hněvín na Mostecku (obr. 3). Tato hornina se skládá z úlomků znělce a starších magmatických hornin, ale také z okolních hornin krystalinika (přeměněných hornin prvohor). Ostrohranný tvar úlomků v této hornině, jejich nevytříděnost a také velké množství úlomků z podloží (granity a ruly) jsou typické znaky hornin, které vznikají ve freatomagmatických vulkánech (z řeckého phrear – studna, magma – rozžhavená hornina). Tyto vulkány se tvoří tam, kde se vystupující magma stýká s podzemní vodou. Ta se v kontaktu se žhavým magmatem o teplotě okolo 1000 °C rychle mění v rozpínající se páru a dochází k explozím, které drtí jak magma, tak okolní horniny (obr. 5). Tyto exploze postupně vytvoří kráter se strmými stěnami (diatremu), jenž je ve spodní části vyplněn chaotickou směsí úlomků hornin a magmatu (mělký kráter vulkánu na povrchu se nazývá maar). Síla explozí žene směrem k povrchu proudy úlomků, které mohou vystoupit až do atmosféry, kde vytvoří typický sopečný oblak. Sopečný materiál odtud padá ve formě horkých pyroklastických proudů zpět do kráteru a jeho blízkého okolí. Síla freatomagmatických explozí je schopna k povrchu z hloubky přesahující jeden kilometr vynést až metr velké bloky hornin. Zatímco u klasické sopky, jako je stratovulkán, se materiál hromadí ve formě ohromného kužele (hory) nad povrchem, freatomagmatický vulkán se buduje směrem do hloubky drcením okolních hornin a spíše připomíná ohromnou past larvy mravkolva. V závěru aktivity freatomagmatického vulkánu může magma z přívodní dráhy dokonce vstoupit do kuželové diatremy nebo až do úrovně maaru. Principy řídící freatomagmatický vulkanismus byly vysvětleny při průzkumech různých vyhaslých i aktivních vulkánů v sedmdesátých letech 20. století německým geologem s českými kořeny V. Lorenzem. Na našem území byla řada těchto sopek popsána L. Kopeckým.

Z nálezů freatomagmatických hornin na Bílinsku jsme předpokládali, že i Bořeň může tvořit zbytek podpovrchového tělesa nebo výlevu lávy, která se protlačila k povrchu diatremou, podobně jako u vrchu Hněvín v Mostě. Abychom mohli zrekonstruovat původní tvar Bořně, kombinovali jsme několik přístupů. Na Bořni jsme na desítkách lokalit měřili jednak orientaci plošného uspořádání minerálů, které vzniká během toku magmatu (magmatické stavby), a jednak orientaci puklin sloupcové odlučnosti včetně šířky sloupů, které vznikaly během chladnutí tělesa. Uskutečnili jsme i řadu modelových experimentů, v nichž jsme simulovali protlačení vazkého magmatu (v experimentu sádry) hydraulickým lisem do kuželovitého kráteru (diatremy) vyplněného pískem. V posledním kroku jsme matematicky modelovali chlazení. Jinými slovy jsme testovali, jaké vzory sloupcové odlučnosti a magmatických staveb by vznikaly v přírodních magmatických tělesech tvaru našich sádrových modelů. Protože pukliny vulkanických sloupů (obr. 6) rostou kolmo na plochy chladnutí, mohli jsme přímo geometricky porovnávat vzor sloupcové odlučnosti na Bořni s výsledky matematických modelů (obr. 7). Tento přístup vyloučil řadu pokusů, které jsme připravili s hustou sádrou, protože k jejímu vytlačení byl potřeba příliš velký tlak a vytvořily se pouze malé výtlačné kupy neboli kryptodómy (obr. 7B, tělesa D-6, D-7). Naopak v pokusech s řidší sádrou, která se snadno roztéká, vznikly často nízké výlevné dómy nebo lávová jezera v maaru (obr. 7B, tělesa D-19, D-22). Matematické modely chlazení jasně ukázaly, že tvary sloupcové odlučnosti, které by vznikly chlazením takto rozlitého tělesa v prostoru maaru, by velmi dobře odpovídaly vzoru sloupcové odlučnosti na Bořni zrovna v místě, kde se z hlubších částí diatremy protlačilo magma k povrchu a rozlilo se do stran. Výpočty také potvrdily, že celé těleso se z původních 1100 °C chladilo několik tisíc let. Vnitřní stavba našich sádrových modelů se také dobře shodovala s uspořádáním minerálů v znělci z Bořně.

V čem se tedy Bořeň a Ďáblova hora podobají? Obě hory mají sloupy u báze zahnuté do stran a mají velmi podobné složení i rozměry, i když Bořeň má dvojnásobný průměr základny. Protože o Ďáblově hoře existovaly jen stručné zprávy, které zmiňovaly i přítomnost vulkanoklastických hornin, rozhodl jsem se do Wyomingu vyrazit a provést nový průzkum v terénu. Než jsem dostal povolení k práci v přírodní rezervaci, byl už listopad a na první expedici jsem vyrazil sám v prosinci. U Ďáblovy hory bylo −14 °C. Naštěstí nenapadlo mnoho sněhu, takže jsem brzy našel freatomagmatické horniny podobné těm u vrchů Zlatník a Hněvín, i když u Ďáblovy hory jsou úplně zvětralé. Stejný materiál (obr. 3B) se hojně vyskytuje i u další skupinky magmatických těles – nedalekých Missouri Buttes, které jsou stejně staré jako Ďáblova hora. Tyto horniny z usazeného vulkanického materiálu obsahují velké oblé póry, které zřejmě v době vzniku uzavíraly vulkanické plyny a páru. Horniny mají relativně malou hustotu 1,55–1,80 g/cm3 (pro srovnání granit nebo vápenec má hustotu 2,7 g/cm3). Mikroskop odhalil různé texturní typy magmatického materiálu stejného složení (obr. 9) a větevnaté mikrokrystaly živců v klastech fonolitu. To jsou typické znaky pro rychlé chladnutí, rozpad a mísení úlomkového materiálu mnohočetnými explozemi ve freatomagmatickém vulkánu. Proto jsme dále pracovali jako u Bořně s hypotézou, že Ďáblova hora a Missouri Buttes představují tělesa původně žhavého magmatu, které se vtlačilo do prostoru diatremy.

Naštěstí jsem našel spolupracovníky a v létě mohl k Ďáblově hoře podniknout další expedici. S Petrem Dědečkem a s americkými geology jsme provedli gravimetrická měření a dokončili terénní průzkum. Podmínky mi umožnily i výstup na vrchol hory. Po expedici jsme vytvořili sérii dalších matematických modelů chlazení založených na pokusech se sádrou. Zjišťovali jsme, v jakých tvarech by vznikly svislé a dole do stran mírně zahnuté vulkanické sloupy. Nejlepší shodu ukázal jeden z modelů, kde se sádra rozlila do mělkého maaru a vytvořila lávové jezero (obr. 10D). Vzor sloupcové odlučnosti a dokonce i vnitřní stavba se perfektně shodovaly pro oblast přímo nad přívodním kanálem, odkud zespodu proudilo magma do lávového jezera. Podobně jako u Bořně i na Ďáblově hoře je vidět zhruba nad polovinou svislých stěn rozhraní sloupců, které rostly ze spodní a z vrchní části původního tělesa během chlazení. Tlusté sloupy svrchního sloupořadí se tady rozpadají na dva až tři sloupy spodní řady (obr. 11). Rozhraní nám tedy ukazuje úroveň, kde se fronty chlazení setkaly, a nepřímo tak můžeme odhadnout původní výšku celého lávového tělesa.

Vzorek z jednoho sloupu, který spadl z vrcholu Ďáblovy hory, ukazuje příčné trhlinky, jež se vytvořily v pozdních fázích toku magmatu po vytvoření jezera. Trhlinky napovídají, že se znělcové magma roztékalo do stran pod malým omezujícím napětím v mělkých nebo povrchových podmínkách. Naše sádrové modely také umožnily vysvětlit, proč je Ďáblova hora při pohledu ze severovýchodu asymetrická. Magma, které vystupovalo diatremou k povrchu maaru, vytlačilo nejdříve část sypkého materiálu z diatremy a vytvořilo val, přes který poté vystupující láva přetekla. Z modelů vyplynulo, že při chladnutí lávy před tímto valem mohly vzniknout zahnuté sloupy severozápadní stěny. Ďáblova hora tedy zřejmě představuje tvrdý suk nad samotným přívodním kanálem původně mnohem rozsáhlejšího tělesa. Toto těleso bylo ze stran postupně ukusováno kolapsem jednotlivých sloupů, které se od hlavní masy odklížily mrazovým zvětráváním. Dnešní zbytek již mrazovému zvětrávání vcelku dobře odolává, protože zbývající sloupy se pomyslně opírají o sebe navzájem a nejsou snadno vyviklány dilatacemi z krystalizace ledu v puklinách. Naše výsledky dále ukázaly, že se dnešní úroveň reliéfu po 50 milionech let eroze výrazně neliší od původního povrchu během sopečné činnosti, při které Ďáblova hora vznikla. Geologové přitom obecně předpokládali, že eroze v této oblasti odnesla několik set metrů mocná souvrství sedimentů.

Experimentální modelování je užitečnou metodou v geologických vědách, protože nám umožňuje trénovat trojrozměrnou představivost a testovat vliv vybraných fyzikálních parametrů na výsledný tvar těles – např. konzistenci magmatu nebo přetlak v magmatickém krbu pod povrchem. Ačkoli pokusy nejsou fyzikálně škálované (neznáme čas, během kterého magma vyteklo, a jeho původní viskozitu můžeme jenom odhadovat), dokázali jsme, že naše hypotéza o Ďáblově hoře jako lávovém jezeru v mělkém kráteru sopky je reálná a nejlépe vysvětluje všechny geologické jevy se vznikem hory spojené. Výrazně nám ve výzkumu pomohly výsledky, které jsme získali detailním zkoumáním Bořně. Jeho skály jsou členitější a přístupnější a také jsme na Bořni mohli odebrat víc vzorků, což nám na Ďáblově hoře nebylo umožněno. Geologický průzkum Ďáblovy hory je totiž citlivé téma. Pro původní indiánské kmeny je hora posvátná a nelíbí se jim ani horolezecké aktivity, které narušují rituály s tímto místem spojené. Dnešní název hory považují za urážlivý a marně navrhují změnu na původní „Bear Lodge“ – Medvědí doupě.

Literatura

Lukeš J.: Vážný i veselý průvodce po kraji Karoliny Světlé, Liberec 1991.

Závada P., Dědeček P., Lexa J., Keller G. R.: Devils Tower (Wyoming, USA): A lava coulée emplaced into a maar-diatreme volcano?, Geosphere 11, 354–375, 2015/2; doi: 10.1130/GES01116.1.

Závada P., Dědeček P., Mach K., Lexa O., Potužák M.: Emplacement dynamics of phonolite magma into maar-diatreme structures – Correlation of field, thermal modeling and AMS analogue modeling data, Journal of Volcanology and Geothermal Research 201(1–4), 210–226, 2011. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2010.07.012.

http://www.scientificamerican.com/article/volcanic-activity-not-giant-bears-created-enigmatic-devils-tower.

Soubory

článek ve formátu pdf: 201507_400-406.pdf (2 MB)

Diskuse

Žádné příspěvky