2. zpráva z arktické expedice JU na Svalbard - terénní cvičení klimatologické a geologické skupiny

Klimatologická a geologická skupina se zúčastnila terénního cvičení na české polární stanici na Svalbardu v termínu 16.7.-31.7.2012.

Obr. 1. Účastníci kurzu.

Klima-skupina splnila na Svalbardu hned několik úkolů. Jedním z nich bylo pravidelné pozorování počasí (stupeň pokrytí oblohy oblačností, výška základny oblačnosti, druh, případně typ nebo odrůda oblaků, dohlednost, stav a průběh počasí, denní úhrn srážek). Zápis se prováděl každou celou hodinu do meteorologického deníku, v noci po dvou hodinách. Studenti zároveň fotografovali oblačnost za účelem vytvoření nového atlasu arktických oblaků. V průběhu kurzu bylo velmi proměnlivé počasí. Nejlepší počasí pro práci v terénu určovala tlaková výše, provázená modrou oblohou a vysokou oblačností (obr. 2), podobně také hřeben vysokého tlaku vzduchu. Méně oblíbeným typem počasí už byla brázda nízkého tlaku vzduchu a severní cyklonální situace, při kterých na obloze převládala hustá oblaka druhu stratus, často doprovázená mrholením nebo velmi slabým deštěm. Zároveň se nám podařilo pozorovat optický úkaz, halový jev, označovaný jako malé halo okolo Slunce (obr. 3). Malé halo vzniká lomem světelných paprsků na ledových krystalcích oblaků typu cirostratus ve vzdálenosti 22 úhlových stupňů od Slunce.

Obr. 2. Oblačnost druhu cirrus (cirrus vertebratus a cirrus fibratus).

Obr. 3. Malé halo okolo Slunce.

Dalším úkolem bylo zkontrolovat stav meteorologických stanic po zimě, stáhnout data z datalogerů, vyměnit baterie a opravit ohradníky používané jako ochrana proti sobům. V dalším kroku byly nainstalovány 2 nové stanice - na vrcholu Fortet jsme stanici pokřtili na "Honzíkovu cestu" (obr. 4) a novou stanici na měření tepoty a vlhkosti vzduchu ve střední části ledovce Bertillbreen na "Deep Ice". Na horském hřbetu Mumien Peak byl přidán k měření teploty a vlhkosti vzduchu anemometr, který umožní podrobnější popis větrných podmínek zátoky Petunie.

Obr. 4. Stanice na hřebeni Mumien Peak. Úspěšné ukončení instalace anemometru.

Hlavní stanici AWS 1, kde se měří teplota a vlhkost vzduchu, teplota půdy, sluneční záření, půdní vlhkost a mikroklimatické údaje jsme přejmenovali na "Husí pírko" a stanici AWS 2 v kopečkové tundře na "Filipův špatný den". Stanice AWS 1 měřila bez problému po celý rok díky napájení z fotovoltaických panelů.

Studenty čeká po skončení expedice další úkol - zpracování dat ze stanic a jejich prezentace na závěrečném semináři na konci září v Třeboni. S nejdůležitějšími výsledky vystoupí studenti na začátku října na mezinárodní konferenci v Českých Budějovicích.

Klimatologická skupina zvládla také velmi náročnou část - instalaci ablačních tyčí na ledovci Bertillbreen. V letošním roce zapůjčilo Univerzitní centrum Svalbard (UNIS) pro účely navrtávání 4 metrových tyčí "parní vrtačku" (steam drill). Ta se dala vedle vrtání použít také k jednomu příjemnému úkolu - vaření polévky a ohřívání čaje. Během 2 dní se podařilo vyvrtat 30 děr a nainstalovat do nich novodurové tyče pro měření ablace. Studenti pak zaznamenali pomocí GPS přijímače polohu tyčí a jejich výšku nad povrchem ledovce. Zároveň byly zaměřeny polohy tyčí a kamenných mužíků z loňského roku.

Obr. 5. Hloubení děr na ledovci Bertilbreen.

Skupina GEO (Geologie-geomorfologie) se během pobytu na polární stanici zabývala třemi hlavními studijními tématy a úkoly:

1) sedimentární petrografií uloženin ledovců Horbyebreen a Bertilbreen.

2) odběrem vzorků pro studium písčité frakce ledovcových sedimentů.

3) strukturními změnami a teplotním režimem aktivní vrstvy permafrostu.

Kromě vlastního výzkumu absolvovavala skupina GEO poznávací exkurze v okolí zátoky Petunia, s cílem seznámit se naživo s periglaciálními a glaciálními procesy a tvary reliéfu a také s geologií předkvarterních útvarů.

Výzkum

Základem sedimentárně petrografického výzkumu byly analýzy štěrkových klastů ledovcových sedimentů (klast je odborným termínem pro valoun). Studenti na vybraných lokalitách vymezili plochu 1 m², na které vyhodnotili 100 klastů velkých 64-256 mm (obr. 1, 2). U každého klastu určili tyto parametry:

a) petrografii (typ horniny, která každý klast tvoří).

b) stupeň zaoblení, čímž rozumíme míru opracování výchozího tvaru klastu. Zcela nezaoblený klast má ostré hrany a rohy a naopak zaoblený klast má průběžné oblé okraje a připomíná vajíčko. K zaoblování klastů dochází při jejich posouvání ledovcem, vzájemným otloukáním valounů v řekách apod. Celkem vymezujeme šest základních kategorií zaoblení od velmi ostrohranných po dokonale zaoblené, kdy pro každou kategorii je typický určitý tvar.

c) velikost (měření délky, šířky a výšky každého klastu, tedy os a, b, c).

d) přítomnost ledovcových rýh. Zjištění podílu rýhovaných klastů v různých typech ledovcových sedimentů je jedním z hlavních cílů prováděného výzkumu, protože rýhy představují typický znak ledovcového transportu. Při posouvání klastů v bazální zóně ledovců dochází k jejich vzájemnému otírání, při čemž se na povrchu klastů tvoří rýhy.

Obr. 1. Studium štěrkových valounů v glacifluviální řece před ledovcem Horbyebreen.

Výzkum v letošní sezóně navázal na výsledky sezóny 2011, z nichž vyplynulo, že nejvíce nových poznatků může poskytnout studium materiálu transportovaného na bázi a ve vnitřních zónách ledovce a dále studium vlivu následného říčního (přesněji glacifluviálního) transportu na ledovcem opracované klasty. Z tohoto důvodu se výzkum na ledovci Horbyebreen zaměřil na tillovou plošinu, kopečkové morény a na čelní morénu z malé doby ledové a poté na glacifluviální sedimenty v předpolí čelní morény. Na ledovci Bertilbreen byly zhotoveny analýzy z morény s ledovým jádrem, z tillové plošiny a z glacifluviálních sedimentů v předpolí čelní morény z malé doby ledové. Tyto analýzy doplňují poznatky získané v roce 2011.

Obr. 2. Kopečkové morény a čelní moréna před ledovcem Horbyebreen byly jedním z hlavních předmětů výzkumu.

V předpolí ledovce Horbyebreen byly zhotoveny 4 analýzy na tillové plošině, 3 analýzy na kopečkových morénách a 13 analýz na čelní moréně. V glacifluviálním toku bylo provedeno 7 analýz. U ledovce Bertilbreen byla zhotovena 1 analýza z morény s ledovým jádrem, 1 analýza z tillové plošiny a 5 analýz z glacifluviálního toku v předpolí čelní morény.

Na každé lokalitě pro analýzy štěrkových klastů byl odebrán i vzorek písku, který bude zpracován až v Praze. Z písku budou vyseparována křemenná zrnka, u kterých bude studován jejich tvar, protože ledovcový i glacifluviální transport ovlivňují i tvar drobných částic. Výsledky analýz pískové a štěrkové frakce ze stejných lokalit určitě poskytnou zajímavá srovnání.

Obr. 3. Tříděné pruhy na západních svazích zátoky Petunia.

Výzkum periglaciálních tvarů reliéfu a procesů je tvořících rovněž navázal na sezónu 2011, kdy byly do aktivní vrstvy permafrostu umístěny přístroje měřící a zaznamenávající teplotu okolního prostředí (dataloggery). V letošní sezóně byla data za uplynulý rok stažena a přístroje byly znovu umístěny do půdy k dalšímu měření. Přístroje jsou uloženy do hloubek 5 cm, 15 cm a 30 cm, aby mohly zaznamenávat teplotu v různých úrovních pod povrchem. Aktivní vrstva permafrostu je povrchovou zónou trvale zmrzlé půdy, která během arktického léta rozmrzá, zatímco hlubší části zůstávají celoročně zmrzlé. V aktivní vrstvě dochází k různým procesům spojeným se zamrzáním vody a táním ledu (gravitační pohyb hmoty, zrnitostní třídění půdy aj., viz obr. 3).

Studijní exkurze

Skupina GEO podnikla šest studijních exkurzí. Při první tůře se seznámila s celým údolním ledovcem Svenbreen. Studenti si na této exkurzi prohlédli sedimenty v předpolí ledovce, tj. v proglaciální zóně (kopečkové morény odpovídající čelní moréně z malé doby ledové, dále nevelkou glacifluviální plošinu), poté tvary reliéfu způsobené ledovcovou abrazí (ledovcem přemodelované pahorky s ohlazeným povrchem a rýhami - oblíky, viz obr. 4), dále ablační zónu ledovce se středními a bočními morénami a toky proudícími na povrchu ledovce. Nakonec výprava dospěla do akumulační zóny, ve které se ledovec tvoří a kde byl dobře patrný reliéf karů.

Obr. 4. Oblíky před ledovcem Svenbreen.

Druhá exkurze spočívala ve výstupu na vrch Mumien (770 m), odkud se naskýtá pohled na celou zátoku Petunia základní typy ledovců vyskytujících se na Svalbardu (obr. 5). Prvním typem jsou údolní ledovce vystupující z karů a ve formě splazů vyplňující starší údolí. Druhý typ představují ledovcové čapky, které tvoří rozlehlé ledovce pokrývající vyvýšené oblasti, z nichž stékají jednotlivými údolími dílčí splazy.

Obr. 5. Výstup na horu Mumien. V pozadí severní polovina zátoky Petunia a ledovec Ebbabreen.

Obr. 6. Mohutná střední moréna ledovce Ebbabreen.

Cílem třetí exkurze byl ledovec Ebbabreen, stékající z Lomonosovy ledovcové čapky, která se rozprostírá sv. od zátoky Petunia. Na tomto ledovci se pozornost zaměřila na nezvykle mohutnou střední morénu a příčné pukliny v ledovci (obr. 6). Velmi zajímavou se však ukázala glacifluviální plošina před ledovcem Ebbabreen (obr. 7).

Obr. 7. Divočící řeka před ledovcem Ebbabreen.

Vykazuje totiž všechny charakteristické znaky divočících toků v předpolí ledovců. Při pohledu z ledovce se zjevně vykresluje morfologie řečiště, začínající jednotlivými zaříznutými koryty, která se po několika stovkách metrů začínají větvit až se nakonec změní v soustavu velmi širokých a mělkých kanálů. Společně se změnami morfologie se vyvíjejí i sedimenty. Blíže k ledovci (v proximální zóně řeky) se jedná o hrubé štěrky s valouny až přes 20 cm velkými (obr. 8), které se s rostoucí vzdáleností od ledovce zjemňují do štěrků s valouny velkými okolo 1 cm. Dále po proudu se do jemných štěrků vkládají polohy písku až se tok nakonec stane zcela písčitým (obr. 9). Trend od hrubých štěrků k pískům odráží klesající unášecí schopnost vody v řece. Glacifluviální řeka před ledovcem Ebbabreen je tedy vhodným didaktickým příkladem vývoje divočícího toku v předpolí ledovce.

Obr. 8. Hrubé štěrky v proximální části divočícího toku.

Obr. 9. Písčité čeřiny v distální části divočícího toku, tj. dále od ledovce.

Na čtvrté exkurzi se skupina GEO odpoutala od kvartéru a zamířila hlouběji do geologické minulosti. V údolí Munindalen, sz. od města Pyramiden, navštívila velmi zajímavou lokalitu v devonských kontinentálních sedimentech facie Old Red. Na dvou místech jmenovaného údolí odkrývá zářez současného říčního koryta devonské slepence, ve kterých se zachovaly kmeny plavuní rodu Archaeosigillaria v růstových pozicích, tedy tak, jak za svého života zhruba před 370 miliony lety stály v půdě (obr. 10). Zachovalé zkameněliny kmenů, vysoké několik decimetrů, stojí hustě vedle sebe, takže člověk se v podstatě dívá do devonského lesa.

Obr. 10. Kmeny devonských plavuní fosilizované v růstové pozici.

Pátá exkurze zamířila na Nordenskiöldbreen, největšího ledovcového obra v blízkém okolí výzkumné stanice. Nordenskiöldbreen představuje tři spojené ledovcové splazy, původem z Lomonosovy ledovcové čapky, vstupující v Adolfově zátoce do moře, kde tvoří souvislé čelo široké 2,5 km (obr. 11). Skupina se nechala k ledovci převézt přes záliv zodiakem a poté postupovala už na souši podél jeho okraje. K vidění byla skutečná oblíková krajina a navíc v čerstvém stavu. Terén je tvořen oblíky různých velikostí s pěkně zaobleným, ohlazeným a rýhovaným povrchem (obr. 12). Atraktivitu terénu umocňují i podložní horniny budující oblíky, jimiž jsou svorové ruly s četnými provrásněnými křemennými žilkami. Textura horniny vyniká právě na ohlazených površích. U oblíků je velmi dobře vyvinutá morfologie s ohlazenou a rýhovanou náběžnou stranou a s rozpukavou neobroušenou protilehlou stranou, na níž se ledovcová modelace téměř neprojevila.

Obr. 11. Čelo ledovce Nordenskiöldbreen se telí do moře v Adolfově zátoce.

Na několika místech bylo možné dostat se přímo k bázi ledovce a pozorovat strukturu ledu, jeho krásně modrou barvu a ukládání klastů na ledovcové bázi (obr. 14, 15). Podél okraje ledovce byly objeveny pánve bývalých ledovcem hrazených jezer, ze kterých voda unikla náhle průvalem v ledovci a třetí, dosud existující jezero. Po překonání boční morény, odpovídající největšímu rozsahu ledovce během malé doby ledové uprostřed 19. století, procházela skupina zřetelně starší oblíkovou krajinou, ve které se oblíky už mrazově rozpadají a vzniklou suť již porůstá tundrová vegetace (obr. 13). Tato oblíková krajina vznikla v nějakém podstatně starším období ledovcového postupu, starém možná i několik tisíc let.

Obr. 12. Mladé oblíky s nezvětralými ohlazy z malé doby ledové. Protažení náběžné strany oblíků kopíruje plástevnatý charakter svorových rul skalního podloží.

Obr. 13. Oblíky podstatně starší než malá doba ledová. Ohlazy zmizely, povrch oblíků se mrazově rozpadá, terén zarůstá tundrovou vegetací.

Obr. 14. Průřez ledovcem Nordenskiöldbreen.

Obr. 15. Báze ledovce s probíhajícím ukládáním klastů.

Na poslední exkurzi se ke skupině GEO připojili klimatologové a biologové, kteří vydatně pomohli s posledními valounovými analýzami u ledovce Horbyebreen. Za odměnu je pak geologové a geomorfologové provedli celým předpolím Horbyebreenu i s výkladem (obr. 16). Součástí exkurze před Horbyebreenem bylo i nechtěné zkoumání hloubky divočících potoků broděním na boso či v botech, protože jinak řeku bohužel překročit nešlo. Pak početná výprava zamířila k ledovci Ragnarbreen, před nímž se rozlévá asi půl kilometru široké jezero, hrazené čelní morénou z malé doby ledové (obr. 17).

Během výzkumu se v červenci 2012 podařilo vyhodnotit celkem 34 analýz štěrkových klastů, tzn. prostudovat 3400 valounů, bylo odebráno stejné množství vzorků pro výzkum písčitých zrn, úspěšně se podařilo stáhnout data z přístrojů zapuštěných do permafrostu. Vzhledem k velmi příznivému počasí studenti absolvovali šest zajímavých exkurzí. Celkově tak lze považovat právě skončený letošní pobyt geologicko-geomorfologické skupiny na Svalbardu za vydařený. Na první výsledky letošního výzkumu se odborná i široká veřejnost může těšit na podzimní konferenci v Českých Budějovicích.

Obr. 16. Diskuse nad morénami před ledovcem Horbyebreen.

Obr. 17. Ledovec Ragnarbreen s jezerem hrazeným čelní morénou z malé doby ledové.

Poslední hodiny svého pobytu věnovali geologové i klimatologové ledovci Longyearbyenbreen na severním konci "svalbardské metropole" Longyearbyenu. Morény na povrchu tohoto nevelkého ledovce jsou známé fosíliemi listnatých a jehličnatých stromů, nejčastěji velkých listů, koncových větviček i silnějších větví (obr. 18). Zkameněliny pocházejí z paleogénu (hlavně eocénu) a dokládají tehdejší mírné až subtropické klima na Svalbardu.

Obr. 18. Fosilní listy a větve v paleogenních pískovcích na ledovci Longyearbyenbreen.

Mgr. Martin Hanáček, Přírodovědecká fakulta JU, 2. 8. 2012