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

Leona Chadimová: Krásy v prachu

< předchozí | seriál: Jsem z Akademie věd | další >
Publikováno: Vesmír 94, 626, 2015/11
Obor: Geologie

V kanceláři má dvě zásuvky s nápisem PRACHY. Místo bankovek v nich ukrývá prachové vzorky z různých částí světa. Zárodek jakéhosi archivu světového prachu, sloužícího k vzájemnému srovnávání, k výzkumu.

Ta vášeň ale začala o pár týdnů dříve. Ve školce. Leona, tehdy ještě Koptíková, sbírala malé olivíny, které na procházkách nacházela podél cest. Líbila se jí jejich barva. Později ji dědeček vzal na pole, kde našla své první acháty, kolem rodných Semil se jich dalo najít velké množství. Nejraději se za nimi vypravovala na jižní stranu Kozákova.

V té době mezi její nejoblíbenější hračky patřily „krásy“, jak jim říkala; broušené kusy různobarevných sklíček, která se v Pojizeří a kolem Železného Brodu vyráběla. „Mívala jsem plný pytlík, ale už mi jich zůstalo jen pár,“ směje se geoložka. Asi proto nepřekvapí, že když přišla do první třídy a padla obligátní otázka na budoucí povolání, odzbrojila okolí okamžitou odpovědí, že touží být průvodkyní v Bozkovských dolomitových jeskyních.

„Ačkoliv všichni říkali, že mne zájem o minerály přejde a později mne od toho začali i jemně odrazovat s tím, že pro ženskou něco takového není, kameny mě zajímaly dál,“ vzpomíná a za nejpřínosnější pro rozvoj své lásky považuje geologickou rozmanitost okolí svého bydliště: pískovcová skalní města, naleziště achátů, lomy, kde se dal sbírat zelený olivín, apod. V patnácti letech splnila své předsevzetí a začala skutečně provázet v Bozkovských dolomitových jeskyních (vydrželo jí to dalších 11 let) a po gymnáziu zamířila do Prahy, na Přírodovědeckou fakultu Univerzity Karlovy. Studovat geologii.

Měla štěstí na několik vynikajících pedagogů. Hned v prvním ročníku vysoké školy to byl prof. Petr Čepek, který přednášel všeobecnou geologii. Teprve tehdy pocítila pravé utvrzení, že si zvolila správný obor. Následující impuls přišel v 2. ročníku při přednáškách další postavy naší geologie, paleontologie a stratigrafie – prof. Ivo Chlupáče (1931–2002). Udělala kompromis mezi svými dvěma hlavními vášněmi (jeskyněmi a minerály) a za svou budoucí specializaci si vybrala vápencové systémy, v nichž je obojí. Diplomovou práci pak začala psát u prof. Chlupáče na téma „sedimentologický a stratigrafický výzkum vápencových uloženin ve středním devonu na území Českého krasu“. Když začala studovat 4. ročník, prof. Chlupáč zemřel. Ujal se jí proto doc. Jindřich Hladil z Geologického ústavu Akademie věd a přivedl ji k metodám, jež se dají aplikovat na vápencové horniny. Tak se dostala ke specializaci, jíž se věnuje dosud.

Prach

Kolem nás každoročně proletí stovky tun prachových částic. Leona Chadimová se podílí na jejich zachytávání a pak pod elektronovým mikroskopem zkoumá jednotlivé součásti. Velké procento takto získaného materiálu vděčí za vznik lidské činnosti a vědci mají velký problém odlišit je od přírodních zdrojů. „Často nacházíme nějaké produkty vysokoteplotního spalování – železné nebo křemito-hliníkové kuličky a ‚bramboroidní‘ částice nepravidelně kulovitého tvaru s jamkami a důlky, dále různé strusky, ale třeba i kovové šupiny, které, jak se domníváme, mohou pocházet z různých metalízových laků nebo třeba i brzdných kotoučů,“ říká. Většinu prachu ale tvoří minerální zrna a organický materiál, především různé druhy plastů. „Je důležité se tomu věnovat právě proto, abychom byli schopni odlišit to, co pochází ze sopečné činnosti, od toho, co vyletí z komína nebo výfuku auta, a v ideálním případě aby se dal vystopovat konkrétní zdroj,“ upozorňuje vědkyně. Výzkum je ale důležitý i pro posouzení dějů v dávné minulosti.

Ukazuje se, že mineralogická složka dnešního prachu je prakticky identická s tím, co nacházíme v prachu před stovkami milionů let, přitom mají zároveň mnoho odlišností. Vždyť i u současného prachu záleží na tom, odkud vzorek získáváme. Jiné složení má na parapetu nějakého domu v blízkosti lomu, kde se těží čedič, a docela jiné složení má ten sesbíraný v Krkonoších, ve výšce 1400 m n. m. „Rozdíly jsou veliké, což muselo být stejné i v geologické minulosti,“ podotýká geoložka. Je proto velkou výzvou nalézt v této změti nesourodých dat jednotný signál.

Funguje to

V letech 2009–2014 se Leona Chadimová zúčastnila pětiletého Mezinárodního geologického srovnávacího programu (projekt IGCP č. 580) pod záštitou UNESCO. Se svými kolegy si ke studiu vybrala horniny Moravského krasu staré kolem 380 milionů let (z devonu), které již zpracovali jejich předchůdci. Výsledky se rozhodli porovnat s devonskými horninami v belgických Ardenách. Data z profilů ukázala velmi zajímavou shodu. Tak velikou, že bylo možné na jednotlivých po sobě jdoucích vrstvách sledovat podobný průběh magnetické odpovědi. To znamená nejen to, že horniny vznikly ve stejné době, ale že se v nich uložil i prach podobného složení. Musel tedy být ovlivněn nějakým atmosférickým mechanismem globálního významu. Totéž se děje i dnes.

K tomu, aby něco takového bylo možné zkoumat, je však zapotřebí co nejlépe určit stáří hornin z různých částí světa, které mezi sebou geologové porovnávají. Daří se to díky spolupráci s paleontology a biostratigrafy, určujícími stáří hornin pomocí zkamenělých stop života, jež se v daných vrstvách vyskytují. Tak se například podařilo zahrnout do testování i oblast jižní Číny. Měření magnetických vlastností tam prokázalo obdobné výsledky jako horniny z Belgie a Česka. Ve svém důsledku tento výzkum pomáhá zpřesnit datování jednotlivých geologických vrstev.

Jak je to možné?

„Tu otázku ‚Jak je to možné‘ jsem dostala i u obhajoby své disertační práce,“ vzpomíná Chadimová na slova jednoho z největších světových specialistů na magnetismus hornin – prof. Františka Hroudy –, který ji položil. Je to logická otázka. Posuzovaným horninám je zpravidla mnoho stovek milionů let, podléhají zvětrávání, pocházejí ze zcela rozličných oblastí vzniku, které byly i ve své době v různých podnebných pásmech, žili v nich tudíž jiní tvorové, celkové složení se také trochu liší a vzájemné porovnání je složité. Překvapeni svými výsledky byli i kolegové z týmu Leony Chadimové, proto se rozhodli prověřit důvod, proč navzdory všem faktorům, hovořícím proti, jsou výsledky z dané doby pro celý svět prakticky totožné anebo velmi podobné.

Dlužno říci, že celý magnetický signál, který ve starých horninách „čtou“, není stoprocentně stejný. Porovnatelná je jen jeho velmi malá část. Lokální podmínky tak často globální signál překrývají. Vědci jej přesto pomocí moderních metod dokážou z hornin doslova vypreparovat. Nejen pomocí magnetických měření vlastností či gama spektrometrie, ale i mikroskopického průzkumu jednotlivých minerálních zrn. Tak se dá poznat, zda jde o podobné materiály.

Prach se tak začíná stávat „důležitým hráčem“, jehož roli v sedimentárním záznamu někteří odborníci ještě donedávna poněkud podceňovali.

Nové metody ve svém důsledku umožňují několikanásobné zpřesnění výsledků, získaných stávajícími postupy. Je to navíc i velmi efektivní a rychlé. Zatímco paleontolog v terénu musí posbírat mnoho kilogramů vzorků, rozpouštět je a v laboratoři následně pod mikroskopem zkoumat zkameněliny (často) mikroskopických rozměrů, což je velmi nákladné a časově náročné (někdy i nemožné, protože fosilie v daném místě mohou chybět úplně), pro nové metody stačí odebrat pouze malé množství vzorků, obvykle jen 20–40 g. U nich se nejprve zjišťují magnetické vlastnosti. Pokud se díky nim ukáže, že je vzorek zajímavý, odebere se větší množství, hornina se ponoří do kyseliny, v níž se rozpustí. Zůstane směs minerálních částic různého původu, u kterých se pak na základě chemismu, stáří a vzhledu porovnává, zda tyto částice mohou odpovídat stejným zdrojům. Teprve poté se dá říci, že signál, nebo jeho část, např. 10 %, odpovídá jiným vzorkům z jiného profilu, odebraným třeba i o několik tisíc kilometrů dále.

Leona Chadimová ve své doktorské práci zjistila, že popsané metody mohou dosavadní biostratigrafické členění geologické minulosti zpřesnit pětkrát až desetkrát. Následně lze snáze oddělit regionální signál od globálního a učinit celoplanetární atmosférické či oceánické děje pro danou dobu čitelnějšími.

Nedostatky

Použití agresivních kyselin (např. kyseliny chlorovodíkové) je sice v rozpouštění hornin velmi efektivní, ale při použití této metody zmizí i část materiálu, který je na působení silných kyselin citlivý (např. oxidy a hydroxidy železa). Vhodnější je proto použít méně agresivní rozpouštědla, jako např. kyselinu octovou nebo kyselinu mravenčí, které ovšem mají také své nedostatky. „Zkoušíme vždy takové postupy, aby byly k danému typu zkoumaného materiálu co nejšetrnější,“ upřesňuje Leona Chadimová.

Tímto způsobem nelze zkoumat všechny druhy hornin. Vhodné jsou vápence, které jsou bezvadným prachovým archivem především proto, že jejich základní hmota – uhličitan vápenatý – je sama o sobě čistá, bez jakýchkoliv dalších stopových prvků. Leona Chadimová si proto může být jista, že vše, co tu najde – od magnetických příměsí přes minerály obsahující draslík, uran, thorium a další prvky – je cizorodou příměsí. Jediným dalším materiálem, s nímž lze pracovat podobným způsobem, je led. Nejstarší (pro jejich účely použitelný) led na zeměkouli je však nanejvýše jeden milion let starý, zatímco vápencový archiv sahá až do stovky milionů let vzdálené geologické minulosti. Je navíc mnohem obsáhlejší, a tím i zajímavější.

Létající geoložka…

Aniž by to nějak měla v plánu, koníčky Leoně Chadimové pomáhají i ve vědecké práci. Díky létání s padákem si prý dokáže lépe představit, jak se masa vzduchu nad námi pohybuje a jak je členitá. Jinak se vítr pohybuje v prvních desítkách metrů nad zemí, jinak o něco výše, třeba ve 100 metrech. „To je neocenitelná zkušenost, díky které člověk o prachu a jeho přemisťování uvažuje trochu jinak. Jak ve velkém měřítku, tak v malém.“

…a létající obři

V poslední době narazil tým Leony Chadimové při studiu distribuce prachu na velké vzdálenosti na poměrně neobvyklou věc. Stalo se to při zkoumání prachu, který do střední Evropy doletěl z islandské sopky Eyjafjallajökull v roce 2010. Nakonec vlastně i u prachu ze Sahary, který se nad naše území dostává poměrně pravidelně. Vědce zarazilo, když na lapačích nalezli částice i daleko větší, než by tam podle předpokladů být měly. Často tyto velké částice o velikosti až několika desítek mikrometrů unikají pozornosti ostatních vědců jen proto, že neprojdou filtry např. v monitorovacích systémech, které pracují na principu aktivního nasávání vzduchu.

Nejprve si mysleli, že jde o chybu měření, ale opakování měření a zpřesňující analýzy stále ukazovaly tentýž výsledek. Vypadalo to, že s prachem běžných rozměrů jsou schopny cestovat na opravdu veliké vzdálenosti, to znamená stovky až tisíce kilometrů, i částice, které přesahují 50 či 70 mikrometrů. Pro odborníky, kteří se věnují např. fyzice atmosféry (nebo meteorology), je něco takového mimo veškeré předpoklady.

Je to opravdu materiál ze vzdálených oblastí? Nemůže jít o blízký zdroj? Aby tým vyvrátil pochybnost, nechal si od svých islandských kolegů poslat vzorky přímo z okolí vulkánu. Zjistili, že jde o velmi podobný materiál: krystaly různých pyroxenů nebo amfibolů a vulkanických skel. Je tedy prokazatelné, že zdrojová oblast prachu ležela právě na Islandu, a přesto tyto částice dokázaly překonat vzdálenost nejméně 2500 km a spadnout ve střední Evropě.

Tato zjištění navázala na událost, ke které došlo o dva roky dříve a kterou jim příroda připravila další podmínky pro hledání odpovědi na tyto otázky. Na jaře r. 2008 se totiž sníh v několika oblastech Česka zabarvil do hněda. Měření ukázala, že prach, který na jeho povrch sedl, se nad naše území dostal z černomořského pobřeží Ukrajiny. Chadimová se svými kolegy v něm našla další podivuhodně velká zrna.

Pokud je to tak, jaké mechanismy jsou za takový dálkový transport odpovědné? Co vzduchové mase dovolí, aby byla schopna uchopit, udržet a přenést na velikou vzdálenost i svým způsobem obří minerály? To zatím netuší nikdo, krom recenzenta odborného článku, který na to téma napsali. Namítl, že něco takového rozhodně není možné, že se spletli. Leona Chadimová by se ráda v budoucnu věnovala rozluštění tohoto tajemství, které jí doslova vyrostlo pod rukama. Kdo ví, zda inspirace k pochopení zmíněného jevu nečíhá pod provazy jejího padáku, ve výškách, kam už nedoletí ani čápi.

Partnerem seriálu o mladých vědcích je Akademie věd ČR, která vznik tohoto seriálu podpořila.

Leona Chadimová (*1980)

Vystudovala Přírodovědeckou fakultu Univerzity Karlovy v Praze. V rámci postgraduálního studia se tam a v Geologickém ústavu AV ČR zabývala stratigrafií devonských vápenců v barrandienu. Od roku 2004 je v Geologickém ústavu AV ČR zaměstnána v Oddělení geologických procesů. Specializuje se na rozvoj multidisciplinárního přístupu ve studiu zejména devonských vápencových hornin pomocí kombinace petrofyzikálních metod zahrnující měření magnetických vlastností (susceptibility) a gamaspektrometrie. Zabývá se identifikací zdrojů nečistot zachycených ve vápencových sledech se zaměřením na prachové částice. Paralelně se věnuje i studiu ukládání a dálkového přemisťování prachových částic v současnosti. Jako externista přednáší sedimentologii uhličitanových hornin na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy v Praze.

V roce 2014 se svým snímkem lávových proudů tekoucích z kráteru Pu’u O’o na štítové sopce Kilauea (Havajské ostrovy) získala Cenu Akademické rady AV ČR v soutěži Věda fotogenická (z této série pochází i snímek na titulní stránce).

Patří ke mně: paraglidový padák

K létání s padákem jsem se dostala na Kozákově, což je známý pojem pro geology i paraglidisty. Chodila jsem tam tehdy se svým bývalým přítelem. Zprvu jsem dělala jen šoféra a svážela ty, kdo přistáli pod kopcem, ale pak jeden instruktor potřeboval dobrovolníka pro tandemový let a já kývla. Jako člověk, který byl vždy spojen se zemí, jsem při vzletu najednou pocítila úžasný pocit – vplout do volného prostoru a uvidět stromy z výšky. Tehdy jsem si řekla, že to musím zkusit taky.

Dnes už létám sama. Vlastně… Moc dobří společníci jsou čápi, vlaštovky (protože jsou velmi chytří a citliví na vyhledávání stoupavých proudů) a můj padák. Pár horkých chvilek už jsem s ním ve vzduchu také zažila. Několikrát se mi už stalo, že se ho část zaklapla a já se pak chvíli rychle snášela k zemi, než se mi ho zase ve vzduchu podařilo rozbalit. Ale jinak je to hodný padák, určený pro pokročilejší rekreační letce a ještě nemá rychlost a nestabilitu závodních kusů.

Zažil se mnou velké množství startů na Kozákově, Černé hoře i výlety do ciziny. Dostali jsme se spolu do Julských Alp ve Slovinsku, Itálie, do Rakouska, létali jsme ve Francii…

Jednou jsme spolu zase prořezávali čirý vzduch, když mne překvapilo, co všechno jím může létat. Přímo přede mnou najednou letělo vzhůru seno. A než jsem si stačila říci: „Aha, tady bude stoupavý proud“, už jsem v něm byla. Hnalo nás to výš a výš. Padák, mne a spousty sena uloupeného tam dole z nějaké posekané louky.

Čtyři otázky z Proustova dotazníku

V co nevěříte?

Že se něco zlého nemůže přetvořit v něco dobrého.

Jakou největší chybu jste v životě udělala?

Asi to, že jsem se nedostatečně ptala své maminky, babičky a dědečka, kteří už tu nejsou, a vlastně se jich už nemohu na spoustu věcí, týkajících se naší rodiny, zeptat.

Při jaké příležitosti lžete?

Nejvíce asi sama sobě, když řeším nějaký problém nebo dělám nějaký projekt či jakékoliv práce, tak si říkám, že příště určitě začnu dřív.

Co děláte v životě rychle?

Jím.

Všechny odpovědi:

 

Soubory

článek ve formátu pdf: V201511_626-629.pdf (544 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky