Tajemství systému nadzemních a podzemních prostředí

Řeka pod řekou

Tajemství systému nadzemních a podzemních prostředí
Řeka pod řekou

Obsah dostupný jen pro předplatitele.
Přihlásit se můžete zde.

Pokud nemáte předplatné, nebo vám vypršelo, objednat si ho můžete zde.

Obsah dostupný jen pro předplatitele.
Předplatné můžete objednat zde.

Pokud nemáte předplatné, nebo vám vypršelo, objednat si ho můžete zde.

Řeku obvykle vnímáme jako mokrý tekoucí pás mezi dvěma břehy, ale řeka je také říční niva a všechny štěrky a písky pod jejím korytem. Těmi může téct srovnatelné či ještě větší množství vody než samotným říčním tokem. Je to neviditelná podzemní řeka, která pomáhá doplňovat prameny a udržovat stálou hladinu vody ve studních. Když hydrologové v suchých oblastech měřili průtok Eufratu, byli překvapeni, že jeho kapacita kolísá, a to i v dlouhých úsecích, kde řeka nemá žádný povrchový přítok. Mohou za to vlastnosti hlouběji položených říčních sedimentů. Prostředí pod dnem řeky a nad pevnými horninami v podloží říkáme hyporeál.

Můžeme jej definovat jako tu část nivy, která je nasycená podzemní vodou. Tato voda nejenom proudí hlavně ve směru toku řeky, odebírá říční vodu, či ji podle místní situace do řeky vrací. V suchých obdobích zvýšenou měrou dotuje okolní podzemní zásobníky mimo vlastní nivu. V anglosaské literatuře se setkáváme s příbuzným slovem „hyporeická zóna“ (hyporheic zone), kde předpona „hypo“ značí jev odehrávající se „pod“, slovo „rheos“ můžeme přeložit jako „tok“. Zjednodušeně by šlo říct, že hyporeál je řeka pod řekou. Do hyporeálu se během sucha či povodně schovají drobné organismy. Pak vylezou z podkorytových úkrytů, které většinou leží jen do jednoho metru hloubky, a řeku rychle oživí. Ještě o něco hlouběji leží zóny, které řeku čistí, a to nejenom mechanickým způsobem jako pískový filtr, ale jako biologická čistička, pro kterou je typická existence drobných oživených prostorů mezi zrny sedimentů. Mikrobi dokážou z dusičnanů vytvořit dusík a ten uvolnit do atmosféry, a dokonce zvládají i takové reakce, že sloučeniny arzénu či rtuti převádějí na plyny podobné metanu. Na hyporeál se tak můžeme dívat jako na obrovskou filtrační a reakční kolonu, ve které dochází k mnoha anorganickým a pravděpodobně ještě víc biologickým reakcím.

Kolem viditelné řeky a pod ní teče ještě jedna neviditelná. Největší množství vody proudí v korytech vyplněných štěrky. Hydrologický výzkum Severočínské nížiny, kde na vodě z hlubokého hyporeálu závisí 120 milionů lidí žijících na pouhých 136 tisících čtverečních kilometrů, ukázal šest fází vzniku koryt. Zhruba 90 % vody pro stamilionovou populaci se získává ze starých řečišť z hloubek kolem 10–30 m, zatímco hlubší pozdně glaciální koryta obsahují brakickou vodu. Třetinu pitné vody pro Prahu dodává hyporeál v Káraném, ale Bratislava a podunajská města závisejí na dunajských štěrcích rozhodující měrou.

Jak se pohybuje voda?

Základní schéma vsakování a pohybu vody si představme odshora dolů po vrstvách následujícím způsobem: Úplně nahoře je půda, která je podle toho, v jakém je stavu a jak pršelo, více či méně nasycená. Trávy včetně obilí vesměs pocházejí ze stepní zóny, a tak jsou částečně adaptované na sucho. V Čechách býval hladomor, když obilí shnilo na poli, ale i za velkého sucha se vždy něco urodilo podle přísloví Sucho hlad nedělá. Některé stromy s povrchovým kořenovým systémem (jako například smrky) půdní sucho snášejí lépe, jiné stromy jako buky s kůlovým kořenem hůř. Po roce 2015 pozorujeme, že většina krajiny je i za sucha docela svěže zelená, protože rostliny vyžijí z občasných srážek a stačí jim vláha z horních několika cm půdy.

Pod půdou svlažovanou deštěm leží hlubší půdní horizonty, které vodou bývají nasyceny jen částečně. Ideálem je, že když prší dostatečně, tak voda prosakuje půdou hlouběji a vytváří zásobárnu půdní vody, nebo se dokonce propojí s níže ležícím nasyceným horizontem. Bývá to snazší v lese, kde půdy jsou obvykle tenké a kamenité. V zimě málokdy promrzají. Otvory po vyhnilých kořenech a samotné okolí kořenů umožňuje rychlý vsak. Již v roce 1894 měřil německý lesník E. C. Ney odpar z různých prostředí a výsledky shrnul v tehdy slavné knize Der Wald und die Quellen (Les a prameny). Změřil, že zastíněná lesní půda pokrytá průlinčitou hrabankou měla roční odpar 80 mm vody, nekrytá hrabankou 210 mm a nekryté pozemky mimo les 510 mm. Byl to les, který nejvíc ze všeho doplňoval podzemní horizonty.

Hlavním současným problémem lesních půd je to, že jsou víc utužené (může za to hlavně smrk), takže do hlubších partií propouštějí méně vody. Do toho prší nepravidelně, za tepla se zvyšuje odpar a víc vody stéká například lesními cestami.

Úplně nejhlouběji leží nasycený horizont. Může být různě mocný a podle toho třeba pojme dost vody pro studnu v malé chatové kolonii, ale ne pro sto chat s padesáti bazény. Tento horizont se sytí buď seshora deštěm a tajícím sněhem, anebo ze stran, je-li odkud brát. Voda z nasyceného horizontu stoupá jako v savém papíru nahoru díky kapilárním silám. Je-li nasycený horizont nedaleko pod povrchem, tak nějaký čas nemusí moc pršet a většině vegetace to příliš nevadí.

Česká niva je v průměru 4–6 a místy i víc metrů mocná. Obsahuje v sobě sice nivní půdy a jílovité čočky a polohy, ale vcelku převládá písek. Je velmi často vložena do štěrkových sedimentů z poslední ledové doby, které mají jednak vysokou porozitu a jednak vodu snadno uvolňují. Když na rovnou podložku vysypete mokrý písek, voda začne sama vytékat. S jílem se to nepovede, přestože do sebe pojme víc vody než písek. O množství a dostupnosti vody v nivě si snadno uděláte představu, když do ní vyhloubíte jámu třeba u Lysé nad Labem. Přítok vod většinou ani nebudete schopni nevyčerpat, a tak do zatopené jámy nasadíte plavidlo s korečkovým rypadlem a písek těžíte pod vodou. Vodní nádrže v zatopených pískovnách mají svoji dynamiku. Voda je zpočátku úžasná, ale postupně se do pískovny natáhnou splachy z polí, vítr přinese hlínu, vzniklé bahno na sebe sorbuje fosfor a letní koupaní se zhruba po deseti letech pokazí.

Niva se dotýká svahů údolí. Ty bývají kryty mnohometrovým „obalem“ svahových sedimentů. Typická svahovina je tvořena kameny s jílovitou mezihmotou anebo slehlými půdami. Ty buď přijímají vodu ze strany od říční nivy, anebo ze svahů. V každém případě vytvářejí další, většinou už méně významný zdroj vody, který nicméně tradičnímu venkovskému domu stačil. Neexistuje žádný jednoduchý, univerzální návod, co dělat se suchem, ale krajině – a to i daleko od vlastní řeky – pomáhá, když je niva v dobrém stavu. K vsakování vody výborně slouží tůně v korytu řeky, které mnohdy komunikují s hlouběji uloženými podložními štěrky, ale nejvíc užitečné práce odvedou paralelní koryta, pokud nejsou obrněná nepropustnou hradbou zdí.

Říční niva je ploché území podél řeky, které je vytvářeno její činností a zaplavováno občasnými povodněmi. Má složku geologickou a hydrologickou danou typem nivních sedimentů, ale hlavně to je celé prostředí nivních luk a lužních lesů. - Foto: Jan Zatorsky

Ze všech hornin vodu nejlépe vedou štěrky a čistý písek. I kvůli nim je niva nenahraditelná. V běžném životě si neuvědomujeme dobrodiní, jaké nám prokázaly štěrky z ledových dob a na ně vázaná podzemní voda. Svůj dobrý vliv mají i kořeny stromů, které čerpají vodou, odpařují ji, ochlazují prostředí a podporují malý hydrologický cyklus. Ten je založen na tom, že co se „doma“ odpaří, to „doma“ spadne. Vítané jsou i překážky v řece. Říční proud se zarazí o hromadu kamenů, větší část je ze všech stran obteče, ale část proudu je nasměrována do dnových sedimentů a rozpuštěným kyslíkem provětrává dno.

Model děravé nivy

Většina vědeckých prací, které se týkají nivy, upozorňují, že jde o nepředvídatelně složité těleso. Profil vrtem umístěným o pár metrů dál může vypadat úplně jinak. V řece je rychlost nejrychlejšího proudu dejme tomu troj- či pětinásobek běžné rychlosti, ale v nivě jsou rozdíly v proudění podzemní vody padesátinásobné a jíly dokonce přenášejí vodu tisíckrát pomaleji než písky. Směr proudění podzemní vody se proto může rychle měnit z vodorovného na šikmý či svislý. Podzemní proudění je ještě složitější jev než proud v řece. Při klasických experimentech se umělá niva vysypala z korálků různého průměru a pak se pomocí obarvené vody sledovaly jednotlivé proudy. Ukázalo se, že voda se směrem dolů nepohybovala jako celek, ale místo toho vytvořila jakýsi oválný, vertikální komín či chobot, kde proudila o poznání rychleji a hlouběji než mezi okolními korálky o stejném průměru. Je to způsobeno tím, že proudící voda již překonala odpor prostředí a tak vytváří soustředěný odtok i v homogenním prostředí.

Někdy uvažujeme o modelu děravé nivy. Některé její části jsou dobře propustné, ale jiné dobře izolované. Podzemní voda proudí jak celým objemem štěrkového tělesa, tak i propustnějšími „trubicemi“. Když prohlížíme strmý, nárazový břeh jakékoli řeky, tak z jeho štěrkopísků voda příliš neprosakuje, ale pak přijdete na místo, kde vedle sebe vyvěrá hned několik vrstevních pramínků. A přitom není vidět žádný rozdíl ani v morfologii nivy, ani ve složení sedimentů. Voda si na některých místech prostě našla svoji trasu a téměř se nedá odhadnout, kde to bude.

Intenzitu a směry proudění v nivě mění stavby, zejména pokud zasahují do vodivých štěrkopísků. Slovo vodič je odvozené od vody, i když se dnes používá pro elektřinu; slovo „odvozený“ znamenalo vodní stružku vybíhající z říčního toku a rovněž slovo „rozvod“ jako rozdělení původně jednolitého proudu či svazku má hydrologický význam. Překážkami pro proud podzemní vody mohou být základy budov anebo například stoky či potrubí velkého vodovodu, který prochází nivou napříč. Tyto stavby mohou vody odklánět i vzdouvat. Někdy je zpomalují, ale jindy si naopak proud najde cestu podél potrubí, kde je stavební jáma zaházená zatím neslehlým materiálem, a vymele si vlastní podzemní kanál.

Jak niva dýchá

Jedny z nejúplnějších pozorování vztahu mezi průtokem řeky a výškou vody v nivě provádí brněnská pobočka ČHMÚ na jižní Moravě, a to již od roku 1933. Měření hladiny probíhá v týdenních intervalech. Pozorování mělo původně sloužit jako východisko k vybudování kanálu Dunaj–Odra–Labe, který se plánuje již od roku 1895 a většinou skončí na nutnosti překonávat velký výškový rozdíl na rozvodí Labe a Dunaje, kde se uvažovalo až o dvaceti komorách na stoupající i klesající větvi průplavu.

Databáze měření na 330 vrtech seřazených do 21 příčných profilů nivou je ohromující. Ukazuje, že za běžných podmínek má výška hladiny podzemní vody v nivě sezonní chod. Nejnižší hladina bývá v říjnu a nejvyšší v dubnu. Vegetace tak mívá na jaře dost závlah, které naopak nepotřebuje, když shazuje listí. Projevuje se zde jedna z příznivých „harmonií“ vesmíru. Hladina podzemní vody v nivě může zaklesnout až 8 m pod úroveň terénu, anebo za jarních povodní vystoupit nad něj. Staré stromy, které mají kořenový systém vybudovaný dejme tomu v hloubce 2–3 m, usychají, když voda klesne byť o pouhý metr. Podzemní voda v nivě běžně kolísá až o 3–8 m.

Staré studny proto mívají takovou hloubku, aby byly funkční i za nízkých stavů. Čerpáním se úroveň vody může snížit u nás až o několik metrů, v Číně a Indii běžně až o 120 m. Kolísá nejenom hladina podzemní vody, ale i její chemismus a zejména kyselé (acidifikační) vlny, které jsou doprovázené až několikanásobnými změnami koncentrace síranů a stopových prvků. Již během několika dnů se mění i samotný sediment, kde dochází k rozpouštění či srážení mnoha látek. Kromě ročního chodu závisí dech řeky a její nivy i na jedenáctiletém slunečním cyklu.

Řeka je velké posvátné zvíře

Možná se už nikdy nebudeme dívat na řeku jenom jako na vodní proud, ale jako na celou nivu a její blízké okolí, kde proudí podzemní vody, rostou stromy a žijí tisíce druhů drobných organismů. Toto prostředí je sítem, filtrem a reakční kolonou pro stopové prvky a stovky chemických látek. Řeka je systémem mnoha různých nadzemních i podzemních prostředí, která jsou někdy od sebe izolována, ale častěji spolu souvisejí a ovlivňují se. Korýši se v době sucha schovají pod říční dno, malé rybky potřebují převislé břehy a kořínky olší, aby se měly kde schovat. Mikroorganismy mění dusičnany na dusík, ale dokážou „vyrobit“ třeba pyrit. Řeka dýchá hlavně v ročním cyklu. Od jara do podzimu jejími sedimenty procházejí acidifikační vlny i redukčně-oxidační rozhraní, zvyšuje se a klesá hladina spodní vody a s ní se stěhují početné mikroorganismy. A pokud nechtějí migrovat, tak „usnou“ a počkají si na vhodné podmínky. Věda poodkryla tušené. Nedivíme se, že celé generace našich předků považovaly řeky za posvátné, za velké bytosti či zvířata, které jsou blahodárné, ale umějí se rozzlobit.

 

23. února 2020