Výzkum Arnoldky a dalších jeskyní lomu Čeřinka a otázky jejich vzniku a vývoje

Investigations in the Arnoldka Cave and of other caves in the Čeřinka Quarry, and questions af their origin and development

Jiří Bruthans, Michal Filippi

(Český kras 25; str.23—30; Beroun 1999)

(Poznámka MK: oproti originálu obsahuje tato webová verze některé obrázky v barevném provedení.)

 

 

The Arnodka Cave (1250 m long, −111 m) is situated in the central part of the Bohemian Karst in the Čeřinka Quarry. At least 4 evolution stages can be distinguished in all cave systems of the quarry.

 

1. Úvod

Jeskyně Arnoldka je se svou délkou 1260 m druhou nejdelší jeskyní Českého krasu, po Koněpruských jeskyních. Přesto, že Arnoldka patří k větším jeskyním, nebyl v ní až dosud prováděn žádný rozsáhlejší výzkum; nachází se tak trochu stranou pozornosti (srv. Nosek a Hromas 1973; Kozák 1976). Tento příspěvek se snaží toto bílé místo zacelit a upozornit na některé zjištěné zajímavosti. Zároveň s výzkumem v Arnoldce byla studována i propast Na Čeřince pro získání dalších údajů a možnosti srovnání.

Důležitou etapou v dokumentaci Arnoldky bylo její zaměření provedené mladými členy skupiny Geospeleos v letech 1992—94.

Dosud bohužel neexistuje podrobná půdorysná mapa Arnoldky ani její příčné profily. Naproti tomu je jeskyně hustě protkána sítí 340 přesně zaměřených bodů. Vykreslením bodů byl vytvořen trojrozměrný obraz Arnoldky, který vzhledem k zaměření i nejmenších odboček věrně odráží charakter celé jeskyně. Tímto modelem pak bylo rotováno podél osy Z a byly hledány vazby prostor (tj. skupin bodů) na určité linie, značící buď litofacie, nebo zlomy atd.

 

2. Litologie

Jeskyně Arnoldka je vytvořena v loděnických a sliveneckých vápencích stupně prag, devonského stáří (Nosek a Hromas 1973).

Slivenecké vápence představují masivní narůžovělé biodetritické vápence, bez jakýchkoliv jílovitých vložek, s hojnými laminity.

Loděnické vápence nasedají na slivenecké vápence, ve vertikálním směru lze vyčlenit několik litologicky odlišných jednotek. V nadloží sliveneckých vápenců se nachází 8 m mocná poloha masivních vápenců bez jílovitých vložek, které se od sliveneckých liší jen převahou mikritu nad alochemickými součástmi (projevuje se při zvětrání, viz kap.7). Ve sledu pokračuje několik metrů mocná poloha tvořená deskovitými vápenci s hlíznatým povrchem vrstevních ploch a oddělenými až 3 cm mocnými vložkami jílovců. Směrem do nadloží se objevují lavicovité vápence s tenkými jílovitými vložkami. Posledním členem zastoupeným v jeskyni jsou masivní hlíznaté vápence, místy s jílovitými mázdrami mezi hlízkami, které se po několika metrech střídají s 1—3 lavicemi vápenců oddělených jílovitými vložkami. Ty obsahují hojný biodetrit, zejména schránky hlavonožců, jedná se zřejmě o kalové kupy.

Jak je zřejmé z vertikálního řezu jeskyní ve směru rovnoběžném se sklonem vrstev (obr.1), prostory jeskyně jsou vázány na 2 soubory vrstev, oddělené 10 m mocnou polohou s jen slabým zkrasověním.

Spodní maximálně 20 m mocný krasovějící soubor vrstev náleží sliveneckým vápencům, masivním loděnickým a jejich rozhraní s deskovitými vápenci. V sliveneckých vápencích jsou vytvořeny prostory Kalcitky, z části Hřebečný a Balvanitý dóm. Ostatní části Bludiště jsou většinou vytvořeny na rozhraní masivních a deskovitých vápenců loděnických.

Interval se slabým zkrasověním se dá vcelku přiřadit deskovitým a lavicovitým vápencům s jílovitými vložkami.

Svrchní 10 m mocný krasovějící interval představovaný Hlavním a Panoptikálním tahem je vytvořen v masivních vápencích s vložkami lavicovitých vápenců.

Podle chemických analýz vápenců v lomu Čeřinka (Chybík a kol. 1958) mají slivenecké vápence okolo 96 % CaCO3, směrem do nadložních loděnických vápenců dochází k poklesu CaCO3 na 93 %.

Je pravděpodobné, že větší roli než samotný chemizmus zde hraje litologie a struktura vápenců. Tvar prostor má zřejmou vazbu na litologii. Ve sliveneckých a navazujících masivních loděnických vápencích vznikaly především vysoké a velmi úzké prostory vázané na svislé pukliny a zlomy. Dómy vznikají odpadáním bloků mezi jednotlivými prostorami.

Naproti tomu v deskovitých vápencích a ve svrchním krasovějícím intervalu jsou vytvořeny vertikálně protažené elipsovité chodby vedoucí šikmo podél sklonu vrstev a zlomu na němž vznikly.

 

3. Tektonika

Směr sklonu vrstev se pohybuje v jeskyni většinou v úzkém rozmezí okolo 330°, sklon dosahuje 30—40°.

V Mlaskačce a Panoptikálním tahu byly naměřeny směry sklonu vrstev i 280°, což by mohlo souviset s deformacemi podél zlomů Hlavního tahu.

Chodby Arnoldky jsou vytvořeny podle nepatrných puklin, vyznívajících po několika metrech, i na zlomech s 20 cm mocnou výplní žilného kalcitu a s ohlazy na dislokačních plochách. Část chodeb, zejména v Bludišti však nemá ve stěnách patrné pukliny podle nichž by se měla vyvíjet.

Nejvíce zřetelnou dislokací je rozvětvený zlom Hlavního tahu (40/80). Zlom je vyplněn kalcitovou žilovinou se stopami rýhování a to několika směrů. Převládající směr a sklon rýhování je 100/30, jedná se tedy spíše o subhorizontální posuny, další tentokrát vertikální pohyby na zlomu indikuje již méně zastoupené rýhování. Tento zlom sledují prostory horního vstupu až po Příbův dóm, Mlaskačka, Tobogán až do Richardovy síně. Porucha stejného směru, sklonu a rýhování se objevuje též v Jezerním dómu.

Je zřejmé, že pohyby na zlomech nepřesahují deset metrů.

 

4. Žilné výplně a jejich doprovod (brekcie, paleokras)

Žíly hrubozrnného kalcitu (štěpná zrna 0,5 až 10 cm) tvoří souvislejší výskyty na vzdálenost několika metrů, kde vykliňují, ale objevují se i samostatná hnízda krystalického kalcitu. Některé výskyty mají i volnou dutinu s klencovými krystaly do 10 cm. (Bistro, Dóm Naděje)

Žíly o mocnosti několika centimetrů se místy nacházejí v celé jeskyni. Větší mocnost má žíla v prostoru Jezerního dómu, vázaná na zlomy Hlavního tahu (přes 20 cm), nejmocnější je žíla v Kalcitce (přes 60 cm, viz obr.3). V Tobogánu a u bodu č.37 v propasti Na Čeřince lze sledovat zonalitu uvnitř hnízd, kdy je načervenalá kalcitová výplň ukončena černými krystaly.

V blízkosti spodního vchodu se vyskytují menší žilky ze zbytky oxidovaných Fe minerálů.

Brekcie byly nalezeny nad Kleštěnicí a v Dómu Naděje, jejich výskyty jsou vázány na žíly, resp. na zlomy na nichž jsou vyvinuty. V Dómu Naděje se mimoto v blízkosti zlomu vyskytuje i dutina velikosti 20×5 cm vyplněná vápencem fialové barvy s úlomky ?sintrů?

Žíly nemají žádné pokračování v jeskyni; jsou korozí seřízlé podobně jako okolní hornina, proto je jejich vznik možno datovat daleko před vznik jeskynních prostor.

Naprosto zřejmá je však jejich hydrologická funkce, jsou na ně často vázány krápníky a tvoří tedy dobře propustné cesty pro vodu.

 

Obrázek 1: Vertikální řez Arnoldkou (polygonové body) ve směru sklonu vrstev (330°). Síť tvoří čtverce o straně 10 m. Na vertikální ose je vynesena nadmořská výška.

Figure 1: Vertical section of the Arnoldka Cave along the direction of dip (330°). The net is composed of quadrancles 10 by 10 m. Altitude is marked on vertical axis.

 

 

5. Zarovnané stropy

V jeskyni Arnoldka i v propasti Na Čeřince se nachází mnoho tvarů, zřetelně vázaných na rovinu rovnoběžnou s hladinou podzemní vody. Tyto tvary popsali v propasti Na Čeřince již Hromas a Kučera (1970), jako tvary vznikající stagnující vodou na sedimentech, či ve zvodnělém sedimentu. Jde o tzv. Laugdecken (ang. bevels) ve smyslu Kempe a kol. (1985).

V Arnoldce je zřejmě první zaznamenal slovinský karstolog F. Šusteršič, který zde byl v roce 1995 na exkurzi. Jedná se o zarovnané stropy a srdčité chodby, které velmi připomínají tvary vyvinuté v jeskyni Na Špičáku. Na rozdíl od jeskyní Na Špičáku se těchto úrovní vyskytuje v Arnoldce nejméně patnáct (obr.2). Mnoho z nich má však plochu jen první čtvereční metry a jednotlivé menší úrovně se neodráží v jiných místech. Proto nelze vyloučit, že menší zarovnané stropy vznikaly pouze stojící vodou na sedimentech nezávisle na hladině spodních vod. Ze srdcovitého rozšíření chodeb sahajícího až 2 m pod vlastní „hladinu“ je zřejmé, že hloubka vody musela být nejméně 2 m.

V Arnoldce tvoří zarovnaný strop souvislý horizont 371,3 m n.m. v prostoru Balkonu, Hřebečného dómu, Vstupní chodby, o celkové ploše okolo 70 m2. O jediný metr výše se nachází neméně mohutná úroveň v prostoru Srdcové chodby 20 m2, aniž by však pod ní byl zaznamenám horizont 371,3 m n.m. Vysvětlením (vzhledem k předpokládané hydraulické spojitosti celého systému) je možnost pozdějších tektonických pohybů, či naklonění celého bloku (přesnost měření polygonu byla kontrolována opakovaným měřením a vylučuje tak velkou chybu). Další horizonty v Arnoldce nepřesahují již 10 m2 a jsou situovány v Bludišti a Mlaskačce v rozmezí 352 až 372 m n.m. (obr.2).

V propasti Na Čeřince se také vyskytuje několik rozsáhlých úrovní, které se však koncentrují do intervalu 379—382 m n.m., tedy o 7—10 m výše než v Arnoldce. Tento rozdíl je již možné vysvětlit rozdílnou výškou hladiny podzemní vody v obou jeskyních. Zarovnané stropy by mohly vznikat i stagnující vodou na sedimentech, bez kontaktu s hladinou spodních vod, tomu ale neodpovídá jak značný objem a rozsah vzniklých prostor, tak zejména fakt, že se v propasti Na Čeřince nachází tyto úrovně v podobné nadmořské výšce.

Je zřejmé, že větší horizonty musely vznikat za zcela jiných podmínek než dnes, kdy kolísá hladina podzemní vody i o 20 m za rok. Stabilní hladinu vody lze zajistit jedině odtokem dobře propustnými cestami do povrchové vodoteče (Bubovického potoka), v dnešní době, kdy voda proudí v délce několika kilometrů v stametrové hloubce málo propustnými cestami, není možné udržení stabilní hladiny.

O množství hmoty odstraněné korozí u hladiny podzemní vody je možné si udělat obrázek z průběhu četnosti geodetických bodů v jednotlivých nadmořských výškách v Arnoldce, které potažmo ukazují na délku a objem prostor. V intervalu 362—372 m n.m. dosahuje počet bodů (tj. přibližně objem chodeb) 400 % průměrné hodnoty, která je jinak poměrně stálá. Odhadem se jedná nejméně o stovky kubických metrů vápence.

 

Obrázek 2: Spojitý graf je klouzavým průměrem počtu geodetických bodů v závislosti na nadmořské výšce v jeskyni. Sloupcovými grafy je znázorněna plocha jednotlivých zarovnaných stropů (m2). Z obrázku je zřejmá korelace mezi počtem bodů, délkou a objemem prostor a intervalem výskytu zarovnaných stropů.

Figure 2: Continuous graph represents average of number of survey points in dependance to altitude in the cave. Histograms represent the area of individual bevels (m2). The correlation between the number of points, length and volume of cavities and the interval of occurrence of bevels is clear.

 

 

6. Stropní korýtka

Vyskytují se na několika místech v Bludišti. Nejlepším příkladem je 10 cm široké korýtko vedoucí ze Srdcové chodby do Poradního dómu, které je zařízlé až 3 m hluboko do stropu, není vázáno na tektoniku a nepatrně meandruje. Další korýtka se vyskytují v Jídelně a dómu Naděje.

Korýtka jsou jedním z důkazů pro značnou míru zanesení prostor Bludiště.

 

7. Zvětrání vápenců a bílé vrstvy

V Arnoldce i v propasti Na Čeřince byly zjištěny typy zvětrání vápenců, které připomínají intergranulární korozi (ve smyslu Cílek, Bosák a Bednářová 1995; srv. i Bosák 1995).

Detailní průzkum ukázal, že prakticky celou plochu jeskynních stěn pokrývá většinou jen několik milimetrů silná vrstva měkkého zvětralého materiálu. Mocnost této zvětralé zóny byla ověřována na místech, kde je vlivem řícení obnažená čerstvá hornina (vlivem lomové činnosti je těchto míst v obou jeskyních mnoho desítek). Zvětraná zóna pokrývá jak zarovnané stropy, tak i stropní koryta, takže se jedná o jev z hlediska vývoje jeskyně velmi mladý a vázaný na chladné vody. Při srovnání s dalšími jeskyněmi (např. Barrandova) i s kapsami, které byly zbaveny výplní (Bubovická propast), je zřejmá vazba této zóny na místa, která byla po určité období vyplněna sedimenty. Je proto pravděpodobné, že zvětrání způsobují vody protékající sedimenty, které jsou často nenasycené kalcitem (jeskynní sedimenty jsou často dekalcifikované a nereagují s HCl). Trvání takového procesu může dosahovat milionů let. Charakter zvětrání je závislý na struktuře horniny. V mikritických vápencích loděnických jsou zvětralinové zóny mocné většinou několik mm, výjimečně více (na Galerii v propasti Na Čeřince přes 1 cm) a mají prachovitý charakter. Naopak v detritických sliveneckých vápencích pokrývají stěny jen tenké povlaky na omak připomínající hrubozrnný pískovec. Je však možné, že zvětralinová zóna je natolik nesoudržná, že dochází k její destrukci při odnosu sedimentů.

Zvětralé úlomky vápenců byly hojně nalezeny přímo v sedimentech, kde byly tímto způsobem postiženy celé klasty i o mocnosti 5 cm. Právě skutečnost, že nejvíce postižené jsou klasty pohřbené v sedimentu podporuje teorii o vzniku zvětrání roztoky kolujícími v sedimentech.

Mocnější polohy zvětralých vápenců se nachází v blízkosti dna Arnoldky, především u Kleštěnice a v plazivce od Jezera ke Sněhulákovi. Zde mocnost „bílých vrstev“ přesahuje 20 cm, nejedná se již o souvislý pokryv stěn, ale pouze o určité polohy.

Je pravděpodobné, že toto zvětrání způsobily roztoky infiltrující se do hornin ze sedimentárních výplní jeskyně.

Další zajímavý jev byl pozorován v obou jeskyních v blízkosti sintrů a to včetně nejmladší výzdoby čirých krápníků. Aniž by stěnu pokrývaly viditelné povlaky sintrů, je stěna v jejich těsné blízkosti vždy tvrdá, ačkoli z barvy a charakteru povrchu je zřejmé, že zvětrání prodělala. Tento jev je vysvětlitelný impregnací zvětralých stěn nepatrným množstvím sintrové hmoty.

Je možné, že výše uvedeným procesem vznikly i rozsáhlejší polohy bílých vrstev, které se vyskytují porůznu v Českém krasu.

 

8. Sedimentární výplně

Převážnou část dna chodeb v Arnoldce tvoří červené jílovité sedimenty místy je obnaženo skalní dno. Kde to bylo možné byly sedimenty studovány přímo na místě, mimoto bylo odebráno z různých částí jeskyně 14 vzorků, které byly zběžně prozkoumány (reakce s HCl, složení frakce nad 1 mm, i jemnějších, atd.). Podobný průzkum byl proveden na 15 vzorcích z propasti Na Čeřince.

V Arnoldce byly zjištěny dva typy sedimentů a to jíly bez hrubozrnějších příměsí a splachové sedimenty občasných toků.

Jíly bez hrubších příměsí se nachází v denudačních zbytcích, především v Bludišti, do úrovně 371 m n.m. (tj. po strop). Nachází se v mnoha případech v slepých kapsách mnoho metrů nad současnou úrovní sedimentů. Je zřejmé, že do kapes se nemohly dostat jinak než sedimentací v době, kdy bylo Bludiště vyplněno sedimenty až po tuto úroveň. Barva jílů je červená, 15 cm pod povrchem sedimentu však přechází do šedé (při vystavení na vzduchu přechází šedé jíly po několika dnech do červené barvy, což je způsobeno změnou ox. stavu Fe).

Ve vzorku od bodu č.246 byla v nadsítné frakci nad 0,1 mm nalezena pouze drobná zrna magnetitu? (magnetický Fe minerál). Jemnozrnný charakter sedimentu i úložné poměry svědčí pro jezerní původ těchto sedimentů. Sedimentace by mohla odpovídat vytváření zarovnaného stropu.

Splachové sedimenty

Největší část sedimentů tvoří jílové závalky (3—10 mm), jejich zastoupení může dosáhnout i 100 %. Nejlépe vyvinuté jsou tyto sedimenty v Potoční chodbě, kde se střídají polohy závalků o rozdílné velikosti. Závalky jsou tvořeny jílem, zřejmě odvozeným z výše popsaných jezerních sedimentů. V menší míře bývají zastoupeny valouny křemene velikosti písku až štěrku (vzácně až první cm). Místy sediment obsahuje i nezaoblené rohovce a velmi často i úlomky „bílých vrstev“, jejich velikost však ukazuje na napadání, nikoli na transport vodou. V málo navštěvovaných chodbách se dosud zachovaly splachová korýtka, kterými jsou sedimenty transportovány za katastrofických srážek (Vstupní chodba, chodba k Salonkům).

Zbytky zemních pyramid v stejnojmenné chodbě ukazují, jak dochází k erozi původních výplní.

 

9. Speleotémy

V Arnoldce jsou sintrové výplně poměrně vzácné. Nachází se zde ojedinělé krápníky a polevy. Na Hlavním a Panoptikálním tahu se místy vyskytují tenké povlaky pizolitů. V blízkosti Táborového dómku byla ve stropních kapsách nalezena menší bílá excentrika. V celé jeskyni místy stěny pokrývají tenké povlaky drobných, skelně lesklých krystalků kalcitu. Ty pokrývají vystouplá místa, především drobné žilky vystupující ze stěn. Pizolity a povlaky krystalků se vyskytují i na místech kde došlo k řícení a nasedají na nezvětralou horninu, takže jsou prokazatelně mladší než zvětrání povrchu stěn. Povlaky krystalků byly v propasti Na Čeřince objeveny i na úlomku kosti. Jedná se tedy o mladou, ne-li recentní výzdobu.

Mocnější nárůsty pizolitů se vyskytují v propasti Na Čeřince. Místy vykazují gravitační usměrnění, s bočními nárůsty navíc přednostně vyvinutými v jednom směru. Vznikaly tedy ve vadózním prostředí, jejich růst byl ovlivněn prouděním vzduchu v jeskyni.

 

10. Vznik a vývoj Arnoldky a dalších jeskyní lomu Čeřinka

Pro řešení vývoje jeskyní v lomu Čeřinka jsou brány v potaz dosud publikované práce i závěry rozsáhlého hydrogeologického výzkumu Českého krasu z let 1995—1998, při kterém byly autorem analyzovány údaje z pramenů, jeskyní, vrtů, atd. Rovněž byly zjištěny veškeré soustředěné přírony podzemních vod do povrchových vodotečí (mimo Berounky a Vltavy). Pro kvantitativní zhodnocení zkrasovění vápenců byla zjišťována souhrnná délka jeskynních chodeb v jednotlivých typech vápenců (mimo koněpruskou synklinálu).

Mezi nejpodstatnější závěry hydrogeologického průzkumu patří:

Z prvního bodu vyplývá úzká vazba jeskyní na horniny kolektoru (lochkov, prag, přídolí, zlíchov), v obklopujících horninách je rozsáhlejší pohyb vod omezen a je možné je pokládat za izolátor. Prostory Arnoldky jsou vázány na dvě rovnoběžné plochy, jedná se tedy o dvojitý dvourozměrný jeskynní labyrint (sensu Ford a Ewers 1978). Speleogeneze přitom probíhala v prostředí, kde je pohyb vod omezen. V Českém krasu je mnoho dalších jeskyní, které lze označit za dvojrozměrné labyrinty.

Základní plán prostor vázaný na krasovějící intervaly vznikal jednoznačně ve freatickém prostředí. Tomu odpovídají jak elipsovité profily chodeb, tak i menší korozní tvary (např. stropní kapsy vznikající směsovou korozí). Při značném sklonu, jaký prostory mají, by se ve vadózním prostředí zákonitě vytvářelo střídání horizontálních a vertikálních úseků. Freatickému prostředí odpovídá i nepřítomnost velkých klastů v sedimentech.

Mnohem méně zřejmý je však směr pohybu vod vytvářejících prostory (do jádra synklinály jako dnes, či opačně?), pro který chybí podstatné důkazy. Za pravděpodobnější je možné považovat spíše sestupný směr proudění vod a to z těchto důvodů:

Skutečnost, že vznik zarovnaných stropů vyžaduje stabilní hladinu vody, není s tímto v nesouladu, neboť při nižších hydraulických gradientech a vyšších specifických odtocích, které v té době panovaly, byla přebývající část vody nucena odtékat do Bubovického potoka.

Uplatnění teplých obohacených roztoků je možné považovat za nepravděpodobné, neboť v jeskyni se nenacházejí žádné staré povlaky krystalů ani sintrů, které jsou pro hydrotermální kras typické. Hydrotermální žíly v jeskyních jsou seříznuty korozí stejně jako okolní hornina (viz kap.9).

 

Obrázek 3: Mapa Arnoldky. Vyplněné plochy – horizont zarovnaného stropu 371,3 m n.m. a horizont Srdcové chodby, horizontální šrafa – ostatní úrovně zarovnaných stropů, + – mocnější kalcitové žíly, * – povlaky lesklých krystalků, P – pizolity, E – excentrika, B – polohy bílých vrstev.

Figure 3: Map of the Arnoldka Cave. Full areas – bevels at 371,3 m a.s.l. and the horizon of the Srdcová Passage, horizontal lines – other bevels, + – thicker calcite veins, * – coatings of translucent crystals, P – pisoliths, E – helictites, B – horizons of „white layers“.

 

11. Závěr

Ze získaných dat je možné vyčlenit nejméně 4 po sobě následující fáze vývoje jeskyní Arnoldka a propasti Na Čeřince:

 


Literatura:
Poděkování patří Jiřímu Slavíčkovi za pomoc při práci v terénu.