Prach Ukrajiny - rozřešení!

Dne 24. března 2007 se nad naším územím prohnala větrná bouře, doprovázená většinou deštěm. Kromě běžných škod však s sebou přinesla i tmavě žlutohnědý prach, který neobvykle souvisle a v neobvykle silné (dobře viditelné) vrstvě pokryl nejenom území skoro celé ČR.

Výhodou pro geologicky zaměřenou studii bylo, že se podařilo zajistit vhodná odběrová místa. V horských polohách nad 1000 m n.m. totiž krátce předtím sněžilo a prach spadl na velmi čistý podklad. Pro vzorkování byly také zjištěny a využity čerstvě očištěné umělé povrchy v nižších polohách, kde sněhová pokrývka chyběla. Další velkou výhodou bylo rozšíření několika desítek referenčních míst dosažitelných pro geology o unikátní soubor několika set zpráv a fotodokumentací ze sítě příznivců IAN (J. Kondziolka), jakož i pomoc meteorologických prognostických a monitorujících pracovišť (M. Šálek, W. Birmili).

Obr.: Prach navátý na čerstvém sněhu. Nízké Tatry, okolí Ďumbieru.

To, že naše území bylo pokryto viditelnou a takřka souvislou vrstvou prachu vzdáleného původu se samozřejmě nestalo poprvé. Prach přinesený z větší dálky ovšem většinou pocházel z území Sahary nebo severního pobřeží Afriky a na naše území se dostává ve vyšších vrstvách atmosféry. O usazeninách pocházejících z těchto nedávných či dnešních událostí však víme velmi málo. Týká se to jejich objemu, přesného složení i dalšího osudu v horninovém prostředí při povrchu naší krajiny. To, že událost z 24. března 2007 přinesla neobvyklý prach v nezvyklém množství, spolu se zmíněnou absencí přesných charakteristik prachu umožňujících rozlišovat zdroj či trasu prachové události, vyvolalo okamžitý zájem geovědních pracovišť.

J. Hladil z Geologického ústavu AV ČR, v.v.i. zorganizoval proto akci, do které zapojil na desítku svých kolegů z celé republiky. Cílem bylo zjistit co nejvíce podrobností o původu tohoto prachu, způsobu jakým se na území naší republiky dostal a také o tom, co tato událost může říci o podobných záznamech zachovaných v sedimentech z dřívějška a případných klimatických změnách.

Obr.: Uložený prach tvoří vzorky na hladké dlažbě.

Již od počátku bylo podle meteorologických pozorování zřejmé, že materiál, který byl při větrné bouři přinesen na území ČR a okolních středoevropských států, pocházel z Ukrajiny. Chyběla však stoprocentní jistota a stále byla zvažována možnost příměsi afrického nebo asijského prachu z východního Středomoří. Metodicky byl usazený prach zhodnocen nejenom z mineralogického a geochemického hlediska, ale také po stránce palynologické, genetického záznamu na povrchu křemenných zrn a na základě izotopových složení olova. Všechna takto získaná data byla interpretována spolu s meteorologickými pozorováními a měřeními a celkově poskytla přímé doklady o původu prachu z jv. části Ukrajiny.

Obr.: Pohled na ukrajinský prach v atmosféře před a po jeho sedimentaci u nás.

Způsob, jakým byl prach přinesen odpovídá jen částečně klasické, suché větrné depozici, protože na většině míst se na tom také významně podílel tzv. špinavý déšť anebo mrholení (mokrý způsob sedimentace). Hlavní fáze celé sedimentace byla poměrně krátká. Byla často provázena rychle zvýšenou koncentraci PM10 částic v atmosféře blízko nad zemským povrchem a zhruba 50 % prachového sedimentu se usadilo během 15 minut, 80 % během širšího časového intervalu 1 hodiny, a celý proces ukládání (takřka 100 % sedimentu) nikde nepřesahoval několik prvních hodin.

Studium prokázalo, že přinesený materiál byl typický polydisperzním a multimodálním zrnitostním složením. Obsahoval především ostrohranná nebo polozaoblená zrníčka křemene prachové velikosti (siltu), přičemž menší či větší frakce byly zastoupeny podřadně. Přesto však několikaprocentní hmotnostní podíl zrn pískové velikosti, přenesených na vzdálenost 1400 až 2000 km, patří mezi velmi zajímavá a nová zjištění. Prachový sediment uložený v širokém pásu přes Slovenskou a Českou republiku (včetně přilehlých území sousedních států), tedy na ploše zhruba 1000 km dlouhé a 400 km široké představoval depozici 2,3 g/m2. Lokálně však tyto hodnoty byly překročeny až 10x, a to díky redepozici – navátí či naplavení sedimentu.

Obr.: Pohled na větší zrna pod mikroskopem.

Studium sedimentu tedy umožnilo odhadnout celkové množství materiálu uloženého napříč Centrální Evropou asi na 1×10⁹ kg (= 1 Tg, nebo Mt, neboli milión tun). To zároveň ukazuje, že celkový náklad prachového oblaku či vrstev v atmosféře musel být až trojnásobný (3 Tg, neboli tři milióny tun), protože velké množství jemného prachu se dostalo až do Západní Evropy a nad Atlantský oceán a četná velká zrna se uložila už dříve, než se dostala do hlavní depoziční oblasti. To hodně převyšuje odhady založené na meteorologických metodách.

Na rozdíl od běžně známých zrnitostních rozdělení eolického prachu přepravovaného atmosférou na velkou vzdálenost měl tento prachový sediment viditelně multimodální zrnitostní složení. To může být vysvětleno několika způsoby. Mezi procesy, které se na tom zřejmě podílely, je třeba zmínit různou velikost částic v místě vznosu, převažující mokrou depozici (tzv. špinavý déšť, sbírání částic kapkami po cestě), skupinové chování částic ve vzduchu, a v neposlední řadě také jejich druhotné velikostní uspořádání přímo v procesu ukládání na zemském povrchu (např. i na sněhu nebo na umělých podkladech). Pro sediment složený převážně z větších a ostrohranných prachových zrníček byly typické síťovité struktury. Právě složení z několika velikostních módů zrníček a vznik těchto tzv. paternových struktur (s uspořádáním podle vzoru) patří k výrazným jevům spojeným s touto depozicí.

Minerální složení studovaného materiálu je jednotné, kolísá jen v rámci několika prvních procent anebo vůbec ne. Uložený prach typicky obsahoval 59 % křemene, 16 % draselného živce (i pertitického a antipertitického), 11 % plagioklasu (dominuje albit a oligoklas, řídce zastoupen je andezín a labradorit), 5 % slídy a jílových minerálů, 4 % chloritů a 3 % oxidů železa. Zbývající 2 % jsou tvořena jednak organickou hmotou, jednak anorganickými solemi a těkavými látkami v rámci obtížně rozlišitelných nanometricky složených směsí a příměsí.

Obr.: Ukrajinský prach v optickém mikroskopu, vzorky z Krkonoš.

Chemické složení studovaného materiálu je charakteristické poměry Na20/K2O = 1,3; CaO/MgO =1,9; a MgO/Fe2O3 = 0,5. Obsahy MnO jsou nízké, nicméně v některých případech stále několikrát vyšší než u klasických spraší či prachu obvykle přicházejícího z území Afriky. Oxidy titanu jsou v množství normálním pro průměrná složení svrchní kůry kontinentů, nicméně jsou soustředěny především ve formě inkluzí v křemeni, nejedná se tedy o titanem obohacené jílové minerály či Ti minerály vzniklé při půdním procesu.

Vzácné zeminy jsou obsažené v množstvích dobře odpovídajících krystalinickým horninám svrchní zemské kůry a převaze křemenných zrn. Jsou též v perfektní shodě se složením eolických sedimentů a povrchu půd na jv. Ukrajině, v okolí Chersonu (vzorky R. Melichar). Poměry Hf/Sc = 0,65; Zr/Hf = 32; Zn/Sc = 50; Th/U = 6,6; La/Th = 2.89 a Hf/Sc = 0,65 ukazují totéž. Také obsahy ceru nejsou významně sníženy a obsahy europia nevykazují žádné signifikantní anomálie.

Poz. redakce: Někteří čtenáři v době spadu "panikařili", zda nemůže být prach radioaktivní, vzhledem k jeho původu na Ukrajině.

Vzhledem k zmiňovaným prvkům (U, Cs), byl tento prach opravdu poměrně "panenský a neškodný". Bylo to dáno také tím, že značná část materiálu byla derivována ze siltu a písku "napřed propraného vodou a potom převátého větry" a pocházela z jihovýchodu Ukrajiny, kde již při černobylské havárii (vlivem směru větru) byl povrch méně znečištěn izotopem cesia 137Cs než např. zasažené oblasti na východě a severu Čech. Takže obavy tohoto typu ohrožení nebyly v tomto případě odůvodněné.

Průměrné obsahy uranu okolo 1,5-2 ppm byly dokonce nižší než je normalní průměr pro svrchnokorove zemské horniny (= 2.8 ppm). Cesium také nepřevyšovalo "přirodní hodnoty", v prachu se pohybovaly koncentrace okolo průměru 4,6 ppm (a průměr pro svrchnokorové zemské horniny je stejný, také 4,6 ppm). Takže to jsou variace ve srovnaní s různými přírodními a technickými (druhotnými) anomáliemi existujícími na našem dnešním zemském povrchu poměrně nevýznamné, či spíše skutečně zanedbatelné.

Obr.: Ukrajinský prach v elektronovém mikroskopu, vzorky z Prahy a Nízkých Tater.

Takovéto obsahy jsou předpokládatelné pro eolický materiál transportovaný na velkou vzdálenost, a to zejména v kombinaci s nepříliš zvětralým materiálem z krystalinických hornin, který je ve zdrojové oblasti přinášen řekou Dněpr a potom větrem rozptylován napříč touto oblastí. Významnými zdroji byly tedy tamní váté sedimenty a povrch tzv. kaštanových půd. Izotopová složení stopově přítomného olova mají značně litogenní (přírodní) charakter, se slabými odchylkami odpovídajícími kontaminaci tzv. "evropským" typem spalování benzínu. Proto je trend izotopových složení tohoto východoevropského prachu mírně avšak zřetelně odlišný od údajů o prachu z Afriky či Středního východu.

Podle zkoumaných povrchů křemenných zrn z oblasti Ukrajiny je také zřejmé, že materiál přinesený prachovou bouří odpovídá vytříděnému materiálu z kaštanových půd suchých stepí okolo Azovského moře a zejména prachovitému až písčitému materiálu erodovanému povodňovými a větrnými procesy z původně proterozoických krystalinických komplexů při-azovského masivu a ukrajinského štítu. Nápadným příkladem takového materiálu jsou písčité duny východně od Chersonu (jsou dobře vidět i na satelitních mapách – srovnej např. Google Earth).

Obr.: Písková pole u Chersonu na Ukrajině.

Pylová spektra zpracovaná V. Jankovskou jsou celkem uniformní napříč oblastí sedimentace tohoto prachu, přičemž výsledky podrobných palynologických analýz ze čtyř vzorkovacích míst (v Praze, Brně, Krkonoších a Nízkých Tatrách) vyloučily africký původ či původ z oblasti Středního východu. Naopak potvrzuji ukrajinskou zdrojovou oblast. Během eolického přemístění se palynologický materiál ze zdrojové oblasti částečně namíchal s pylovými zrny v atmosféře nad Východní a Centrální Evropou. Palynologický materiál obsahuje pylová zrna z roku 2006 (Ambrosia, typ Cerealia), které nevykazují známky bakteriálního rozkladu. Např. právě tento hojný a časný (březnový) výskyt pylů vězdnicovitých, svlačce a specifických travin ukazuje dobře na ukrajinskou zdrojovou oblast, kde byla předcházející zima velmi teplá, prakticky bez sněhu.

Obr.: Příklady pylových zrn transportovaných spolu s prachem.

Poděkování:

Za možnost provést související analýzy autoři děkují zejména Grantové agentuře AV ČR. Událost totiž souvisela s mechanizmy sedimentace partikulárních materiálů a vzniku vzorů v sedimentu, projekt IAAX00130702 "Stromatakty", a také se změnami sedimentačního pozadí a klimatu, což má vazbu na IAA300130702 "Sklerochronologie". Koordinace proběhla v rámci záměru AVOZ30130516 – Zemský systém. Velký dík patří také všem našim čtenářům, kteří se podíleli na sběru pozorování. Děkujeme!

Odkazy

Originál studie, PDF - 6MB, angličtina

ČR pod vrstvou prachu

Jednoduchý návod ke sběru prachu

Odkud spadl prach Severní Moravě?

www.chmi.cz, Galerie zajímavých družicových snímků

Komentáře ke článku  2008-04-22 | albireo

Myslím, že ten prach z Ukrajiny je pro nás kupodivu exotičtější než saharský.

zobrazit ostatní komentáře (celkem 4)