Hranická propast je od roku 2016 se svými 404 metry podvodních prostor nejhlubší zatopenou propastí na světě. Její celková ověřená hloubka i se suchou vstupní částí dosahuje úctyhodných 473,5 metru, nicméně její skutečná hloubka je stále neznámá. V návaznosti na geofyzikální průzkum propasti v roce 2017 (viz Na čem pracujeme: 6/2017) jsme se poslední tři roky věnovali v okolí dalším geofyzikálním pracím, které přinesly překvapivé výsledky ohledně možného vzniku propasti a byly nedávno publikovány v odborném časopise Journal of Geophysical Research: Earth Surface.
Schéma zobrazující propojenost Hranické propastí s příkopem, který později zaplnily mořské sedimenty. Podle týmu vědců tak propast vznikla stejným způsobem jako většina jeskyní, tedy krasověním směrem od povrchu.
Hluboké zatopené propasti se vyskytují v krasových oblastech po celém světě jako např. v Itálii (Pozzo del Merro, 392 m), v Mexiku (El Zacatón, 335 m), v Brazílii (Lagoa Misteriosa, 220 m) nebo v Jihoafrické Republice (Boesmangsat, 283 m). Původ těchto propastí je nejčastěji přisuzován tzv. hydrotermálnímu krasovění (hypogenní vznik), při kterém je hornina rozpouštěna podzemní vodou obohacenou o agresivní sloučeniny jako jsou CO2 nebo H2S netradičně zespodu vzhůru.
Podobně velké vertikální jeskyně však mohou vzniknout i tradičním (epigenním) způsobem, kdy se povrchová voda obohacená o CO2 (z atmosféry a půdy) dostává do podzemí a rozpouští horniny seshora dolů, jako k tomu došlo např. ve Francii (Fountaine de Vaucluse, 308 m) nebo v Chorvatsku (Crveno jezero, 350 m).
Hranická propast
Hranická propast je součástí Hranického krasu, malého krasového území v okolí Teplic nad Bečvou, které je tvořeno devonskými a spodnokarbonskými vápenci (stáří cca 390‒340 mil. let). Krasové horniny zde vystupují na povrch na ploše cca 15 km2 ve formě izolovaných vápencových elevací (vyvýšenin). Povrch krasu je z velké části pohřben pod mladšími sedimenty karpatské předhlubně a příkrovů vnějších Karpat.
Vznik propasti byl tradičně přisuzován hydrotermálnímu krasovění. Celá oblast totiž leží na styku Českého Masivu a Západních Karpat, kde se po hlubokých zlomech k povrchu dostává CO2 a helium plášťového původu. Agresivní kysličník uhličitý poté obohacuje podzemní vodu a může rozpouštět vápence Hranického krasu odspodu.
Vrtání děr pro odpalování patron generujících seismické vlny
Za účelem zjištění hloubky vodou saturované zóny (výplně propasti), a tím tedy i hloubky propasti jako takové, jsme realizovali měření magnetotelurickou metodou, pomocí které jsme zjistili elektrický odpor hornin až do hloubky 2 kilometrů. Pro odhalení reliéfu pohřbeného vápencového povrchu jsme využili komplex mělčích geofyzikálních metod reagujících na různé fyzikální vlastnosti hornin. Jako základní metodu jsme použili elektrickou odporovou tomografii na třech 1 km dlouhých profilech, která nám poskytla elektrické odpory hornin do hloubky 200 metrů. Pro upřesnění výsledků jsme měření doplnili na jednom z profilů o gravimetrické (rozlišuje horniny dle hustoty) a seismické měření s umělým zdrojem (rozlišuje horniny dle rychlosti seismických vln).
Výsledky z magnetotelurické metody ukázaly elektricky vodivější prostředí (saturované vodou) do hloubky zhruba 1 km, zatímco mělčí geofyzikální metody nám poskytly obraz reliéfu vápencového povrchu. Ten se dle našich výsledků skládá z vápencových věží a hřbetů, které jsou přerušovány až desítky metrů hlubokými údolími ve směru jihovýchod-severozápad. Měření nám tak potvrdilo to, co naznačovaly výsledky vrtného průzkumu pro lázeňské účely a těžbu vápence prováděné v 30. až 70. letech minulého století. Hranický kras byl v době svého pohřbení na počátku středního miocénu vyzrálým krasovým územím se členitým povrchem, závrty a slepými i poloslepými údolími.
Gravimetr měřící gravitační zrychlení
Kombinací nově získaných geofyzikálních výsledků s geologickým vývojem oblasti Hranického krasu a blízkého okolí vznikla nová interpretace vzniku Hranické propasti. Ta je spojena s časovým obdobím raného miocénu před cca 20 miliony let, kdy došlo severně od budoucí propasti k otevření karpatské předhlubně, která vznikla jako tzv. předpolní pánev v důsledku zatížení násuny karpatských příkrovů od JV. O lokální stavbě výplně této pánve v blízkosti Hranického krasu toho mnoho nevíme. Z několika málo hlubokých vrtů je známa mocnost sedimentů předhlubně o stáří stupně badenu až kolem 1 km. Zdá se, že před jejich uložením v pánvi mohlo vzniknout erozní údolí, možná až kaňon, pravděpodobně kombinací vodní erozní činnosti a tektonického výzdvihu podél zlomů ohraničujících je z jihovýchodu. Zde je třeba si uvědomit, že 1 km hloubky je pro údolí vzniklé erozní činností uvnitř pánve, i s podporou lokální tektoniky na blízkých zlomech, poměrně extrémní číslo. K vytvoření takového výškového rozdílu by tak nejspíš musela přispět i jiná plošně rozsáhlejší událost. Tou mohla být tzv. štýrská deformační fáze alpinského vrásnění (na rozhraní stupňů karpat/baden), která souvisí s regionálním výzdvihem, v jehož důsledku mohlo dojít k zesílení erozní činnosti.
Bohužel je zde stále mnoho nevyřešených otázek. Není jasně doložené, kam mohla voda z takto hlubokého kaňonu odtékat a odnášet erodovaný sediment uložený před badenem – snad až do vídeňské pánve v dnešním okolí Břeclavi, ovšem tento model by vyžadoval značný výškový rozdíl (více než kilometr) mezi oběma oblastmi. Je zde také možnost, že zmíněný výškový rozdíl vznikal postupně v důsledku tektonických pohybů a údolí vlastně nikdy podobu stovek metrů hlubokého otevřeného kaňonu nemělo. V okolí Hranického krasu se totiž našly mořské sedimenty podobné těm, které dnes kaňon vyplňují, ovšem jejich datování je značně nejisté – pokud by měly přesně stejné stáří jako sedimenty získané z vrtných jader ze dna badenského paleoúdolí, bylo by jasné, že dnešní výškový rozdíl byl způsoben jen tektonickými pohyby. Tuto jistotu však nemáme.
Pokud tedy připustíme, že před 20 miliony lety vznikl až 1 km hluboký kaňon v karpatské předhlubni v bezprostřední blízkosti dnešní Hranické propasti, mohlo se stát následující: Povrchové vody proudící směrem k SZ se propadaly do podzemí a klesaly k místní erozní bázi, kterou bylo dno kaňonu vzniklého v karpatské předhlubni. Ostatně náš mělký geofyzikální průzkum odhalil krasová údolí ve směru JV-SZ, která by tomuto odtokovému scénáři odpovídala. Je tedy pravděpodobné, že povrchová voda proudící směrem ke karpatské předhlubni využila zlomové a vrstevní plochy ve vápencích a postupně zde vytvořila systém vertikálních dutin. Po průchodu vápencem vyvěrala voda u dna kaňonu. Když počátkem badenu došlo k mořské transgresi a k postupnému vyplnění kaňonu i celé předhlubně mořskými sedimenty, byl krasový vývěr u dna předhlubně zablokován. Hladina podzemní vody postupně vystoupala na současnou úroveň a Hranická propast se zaplnila vodou.
Z navrženého propojení Hranické propasti s údolím v karpatské předhlubni vyplývá, že maximální hloubka propasti může dosáhnout zhruba hloubky tohoto údolí (tedy v extrémním případě až 1 km), v závislosti na velikosti a načasování tektonických pohybů v blízkosti předhlubně. Místo tradičně předpokládaného hydrotermálního původu propasti, tak nabízíme alternativní vysvětlení jejího vzniku, založené na běžném (epigenním) způsobu tvorby jeskyní. Jisté však je, že CO2, unikající ze spodních částí zemské kůry nebo zemského pláště, je ve vodě Hranické propasti přítomen. Podzemní vody se zvýšenou koncentrací CO2 nejsou v této části karpatské předhlubně výjimkou. Plyn vystupuje podél hluboce založených zlomů. Jeho přítomnost v podzemní vodě přispívá k rozpouštění vápence a v případě našeho alternativního vzniku k sekundárnímu dotváření epigeneticky vzniklého propasťovitého systému.
Důležitým výsledkem našeho projektu není pouze alternativní hypotéza o vzniku Hranické propasti a indikace její možné hloubky, ale též důkaz, že detailní geofyzikální průzkum propojený s geologickým zhodnocením vývoje dané oblasti, mohou překvapivým způsobem posunout naše dosavadní znalosti o hlubokých jeskyních typu Hranické propasti.