MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA ÚSTAV GEOLOGICKÝCH VĚD DENISA POULOVÁ CHARAKTER A ROZŠÍŘENÍ NICKAMÍNKU V MORAVSKÝCH JESKYNÍCH Bakalářská práce Vedoucí práce: doc. RNDr. Jindřich Štelcl, CSc. Brno 2008 2008 Denisa Poulová Všechna práva vyhrazena BIBLIOGRAFICKÁ IDENTIFIKACE Jméno a příjmení autora: Denisa Poulová Název bakalářské práce: Charakter a rozšíření nickamínku v moravských jeskyních Název v angličtině: Charakterization and occurence of moonmilk in the Moravian Caves Studijní program: bakalářský Studijní obor: Geologie ­ prezenční studium Vedoucí bakalářské práce: doc. RNDr. Jindřich Štelcl, CSc. Rok obhajoby: 2008 ANOTACE Předkládaná práce popisuje minerální a chemické složení nickamínku a vztah mezi jeho rozšířením a mikroklimatem jeskyní na vybraných lokalitách v Moravském krasu. Dále zkoumá přítomnost mikroorganismů v tomto druhu speleotémy. První část je koncipována jako literární rešerše dosavadních poznatků o mineralogii, vzniku a výskytu nickamínku. Vdruhé části práce jsou prezentovány výsledky terénních prací a laboratorních výzkumů zaměřených na identifikaci minerálních fází a chemického složení nickamínku, dokumentaci přítomných mikroorganismů ve vzorcích a také posouzení vlivu mikroklimatu na jeho vznik a rozšíření. Z mineralogického hlediska se jedná o karbonát s mikrosparitovou a vláknitou stavbou a s relativně vysokým a výrazně kolísajícím obsahem volné vody. Jsou v něm přítomny psychrotrofní bakterie (převážně fluorescentní pseudomonády) a skupina anamorfních hub hyfomycetů. Jeho tvorba a rozšíření jsou závislé na komplexních environmentálních podmínkách. Klíčová slova: nickamínek, vláknitý kalcit, jeskyně, mikroklima, mikroorganismy, Moravský kras ABSTRACT This thesis is engaged in mineralogy and chemistry of a moonmilk and relationship between its occurrence and microclimate of caves in area of The Moravian Karst. There was investigated a presence of microorganisms in this speleothem too. The first part is compilation of knowlegde about mineralogy, genesis and occurrence of the moonmilk. The results of field study and laboratory analyses are presented in the second part. They were focused on identification of mineral phase, chemical composition and microorganisms and they rewiewed influence of microclimate to origin and currency of moonmilk. Moonmilk is mostly composed of calcium carbonate with microsparitic and fibrous structure. The water content is relatively high but it oscillates. The presence of microorganisms was confirmed. There were identified fluorescent Pseudomonads and anamorphic fungi Hyphomycetes. The formation and occurrence of moonmilk depend on a complex of environmental conditions. Key words: moonmilk, fibre calcite, caves, microclimate, microorganisms, Moravian Karst Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracovala samostatně. Literaturu a další prameny, které jsem použila při tvorbě této práce, řádně cituji a uvádím v seznamu literatury. Souhlasím s půjčováním bakalářské práce v knihovně PřF MU. V Brně 24. 4. 2008 .................................................. Denisa Poulová PODĚKOVÁNÍ Děkuji svému vedoucímu doc. RNDr. Jindřichu Štelclovi, CSc., že mi umožnil zpracovat toto téma, za podněty a také za cenné rady a připomínky. Dále děkuji RNDr. V. Vávrovi, Ph.D. za trpělivost a vstřícnost při zpracování mineralogických analýz. Doc. Ing. J. Faimonovi, Dr. děkuji za poskytnutí měřících přístrojů. Velký dík patří J. Povolnému za pečlivé zpracování vzorků a výbrusů a P. Kadlecovi za provedení analýz obsahu vody. Za umožnění zhotovení fotografií výbrusů děkuji L. Plchové. Poděkování patří i doc. RNDr. M. Gregerové, CSc. za pomoc se zpracováním výbrusů. Děkuji také Mgr. M. Kosinovi a Ing. M. Laichmanové, Ph.D. za vypracování biologických analýz. Dále bych ráda poděkovala MUDr. P. Slavíkovi, RNDr.A. Tůmovi a dalším, kteří mi umožnili vstup do jeskyní. V neposlední řadě děkuji všem ostatním, kteří přispěli k úspěšnému dokončení této bakalářské práce. - 9 - OBSAH 1. ÚVOD .................................................................................................................................... 10 2. CHARAKTERISTIKA ZÁJMOVÉHO ÚZEMÍ .............................................................. 11 2.1 Geografie ........................................................................................................................ 11 2.1.1 Lokality odběru vzorků ......................................................................................... 12 2.2 Geologie ......................................................................................................................... 13 3. TEORETICKÁ ČÁST ......................................................................................................... 16 3.1 Vlastnosti nickamínku .................................................................................................... 16 3.1.1 Vzhled a minerální složení .................................................................................... 16 3.1.2 Vnitřní stavba ........................................................................................................ 17 3.1.3 Luminiscence ........................................................................................................ 18 3.2 Vznik a výskyt nickamínku ............................................................................................ 19 4. METODIKA ......................................................................................................................... 23 4.1 Terénní práce .................................................................................................................. 23 4.1.1 Odběr vzorků a dokumentace stavu jeskynní atmosféry ....................................... 23 4.2 Laboratorní práce ........................................................................................................... 24 4.2.1 Stanovení obsahu vody .......................................................................................... 24 4.2.2 Studium v procházejícím světle ............................................................................ 24 4.2.3 RTG difrakční analýza .......................................................................................... 24 4.2.4 Mikrobiální analýza ............................................................................................... 25 5. VÝSLEDKY TERÉNNÍCH A LABORATORNÍCH VÝZKUMŮ ................................. 26 5.1 Makroskopický a mikroskopický popis vzorků ............................................................. 26 5.2 Teplota a relativní vlhkost jeskynní atmosféry, obsah CO2 ........................................... 27 5.3 Analýza obsahu vody ..................................................................................................... 27 5.4 RTG difrakční analýza ................................................................................................... 27 5.5 Mikrobiální analýza ....................................................................................................... 27 6. DISKUZE .............................................................................................................................. 29 7. ZÁVĚR .................................................................................................................................. 31 8. POUŽITÁ LITERATURA .................................................................................................. 32 PŘÍLOHY ................................................................................................................................. 35 - 10 1. ÚVOD Termín nickamínek (angl. moonmilk, něm. Mondmilch, rus. oe , slovin. jamsko mleko, latin. nihilum album) označuje druh jeskynní výplně. Základním znakem nickamínku jsou mikrokrystalická struktura a relativně vysoký obsah vody (40­80 %). Minerální složení této speleotémy je variabilní. Ve vápencových jeskyních je nickamínek tvořen převážně kalcitem, v dolomitových jeskyních hydromagnezitem. Ve vlhkém stavu se makroskopicky nickamínek jeví jako měkký a plastický. Tato plasticita může být způsobena vysokým obsahem vody. Po vyschnutí bývá drobivý, práškovitý. Většinou mívá sněhově či krémově bílou barvu nebo může být i jinak zbarven. Vytváří povlaky na stěnách, speleotémách i sedimentech nebo sám tvoří chuchvalcovité či koralitové tvary, krápníky nebo jeskynní perly. Vyskytuje se v široké škále zeměpisných šířek a nadmořských výšek od krasu tropického po vysokohorský. První písemná zmínka pochází z díla G. Agricoly z roku 1546. Nickamínek byl používán v lidovém léčitelství jako prostředek proti velké řadě neduhů (Hill a Forti 1997). Ačkoliv je nickamínek znám už dlouhou dobu, u nás se jeho výzkumu komplexně nikdo nevěnoval. Jednotlivé literární poznatky o nickamínku shrnul ve své publikaci Rozšíření a ochrana nalezišť nickamínku Antonín Pakr (1979). Tato práce si klade za cíl shrnout dřívější i soudobé poznatky o nickamínku. Analýzami odebraných vzorků prověřit vlastnosti nickamínku z Moravského krasu, porovnat je s výsledky ostatních autorů a vytvořit tak základ pro budoucí detailnější výzkum této jeskynní výplně. - 11 2. CHARAKTERISTIKA ZÁJMOVÉHO ÚZEMÍ 2.1 Geografie Moravský kras je území situované ssv. od Brna, dlouhé přibližně 25 km a široké 3 ­ 6 km. Tento pruh karbonátových hornin probíhá přibližně severo-jižním směrem od obcí Sloup a Holštejn na severu po sv. okraj Brna na jihu. Z geomorfologického hlediska je součástí většího celku - Drahanské vrchoviny v jv. části České vysočiny. Moravský kras je plochá vrchovina tvořená devonskými a spodnokarbonskými vápenci s povrchem v průměrné nadmořské výšce 448 m a středním sklonem svahů 5o 48´ (Demek in Musil et al. 1993). Vzorky byly odebrány z jeskyní poblíž obcí Sloup, Ostrov u Macochy a v Suchém žlebu. Všechny tyto lokality leží v severní části Moravského krasu. Geomorfologicky náleží do okrsku Suchdolské plošiny. Při pojmenování geomorfologických jednotek Moravského krasu vycházím z geomorfologického členění České republiky (Tab. 1) (Demek a Mackovčin 2006). Tab. 1 Geomorfologické začlenění zájmového území Provincie Česká vysočina Soustava Česko-moravská soustava Podsoustava Brněnská vrchovina Celek Drahanská vrchovina Podcelek Moravský kras Okrsek Suchdolské plošiny Hydrograficky patří severní část Moravského krasu do povodí Punkvy, která ústí do řeky Svitavy. Hlavními zdrojnicemi Punkvy jsou Sloupský potok a Bílá voda. Tyto dva ponorné toky se spojují v Amatérské jeskyni a jejich vody pokračují dále jako Punkva, vyvěrající ve Vývěru Punkvy v Pustém žlebu. Na severní oblast Moravského krasu jsou vázány ještě dva menší hydrografické systémy vod ostrovských (Lopač, Krasovský potok) a vilémovických (Vilémovické propadání), které vyvěrají v Malém výtoku v Pustém žlebu (Vlček a Dvořák in Musil et al. 1993). - 12 2.1.1 Místa odběru vzorků Vzorky byly odebrány ze Sloupsko-šošůvských jeskyní (jeskyně Nicová a Eliščina) (Příloha 1.), Císařské jeskyně (Bílý a Nagelův dóm) (Příloha 3.), jeskyně Suchožlebské zazděné (vchodové partie) (Příloha 2.), Kateřinské jeskyně (Hlavní dóm) (Příloha 5) a Horní v Chobotu (vchodové partie) (Příloha 4). Následující charakteristiku studovaných jeskynních systémů uvádím podle Absolona (1970), Bílkové a Cílka (2002) a Přibyla a Vodičky (1984). Sloupsko-šošůvské jeskyně (Obr. 1, 1) leží na j. okraji obce Sloup. Jedná se o více než 6 km dlouhý komplex chodeb a dómů dělící se na dvě patra, která jsou spojena až 80 m hlubokými propastmi. Spodní patra jsou protékána Sloupským potokem. Tyto jeskyně mají pět vchodů, jsou vyvinuty ve vilémovických vápencích a jejich součástí je i jeskyně Kůlna. Roku 2005 se podařilo potápěči J. Sirotkovi překonat sifon mezi Sloupsko-šošůvskými jeskyněmi a jeskyní Amatérskou. Jeskyně je využívána především k turistickým prohlídkám, ale část slouží také jako speleoterapeutická léčebna. Císařská jeskyně (Obr. 1, 2) je situována přibližně 0,5 km s. od obce Ostrov u Macochy. Má dva vchody s různou nadmořskou výškou a její celková délka je asi 250 m a denivelace 21 m. Tato jeskyně je vyvinuta ve vilémovických vápencích. Chodby a dómy jsou částečně zatopeny jezírky. Císařská jeskyně je využívána ke speleoterapii a pro tyto účely zde byla provedena řada velkých zásahů do původní podoby jeskyně. Kateřinská jeskyně (Obr. 1, 5) leží v Suchém žlebu, nedaleko od jeho vyústění do údolí Punkvy. Délka této jeskyně je přibližně 950 m a denivelace 63 m. Vyvinuta je v lažáneckých vápencích. Hlavní dóm, který je součástí prohlídkové trasy je 94 m dlouhý, 44 m široký a 20 m vysoký a je největším zpřístupněným podzemním dómem v ČR.. Ve skalním hřebenu zvaném Chobot, asi 50 m nad úrovní vchodu do Kateřinské jeskyně, se nalézá jeskyně Horní v Chobotu (Obr. 1, 4). Vstupuje se do ní přibližně 7 m hlubokou propástkou. Délka chodeb a síněk nacházejících se v lažáneckých vápencích je přibližně 90 m. V levé (jižní) stráni Suchého žlebu přibližně 11 m nad silnicí leží vchod do jeskyně Suchožlebské (Krápníkové) zazděné (Obr. 1, 3). Tato členitá jeskyně je vyvinuta v lažáneckých vápencích a její délka dosahuje přibližně 135 m. - 13 2.2 Geologie Podloží paleozoických sedimentů tvoří granitoidy, jejich krystalinický plášť a metabazity brunovistulika. Brunovistulikum je proterozoického stáří a bylo kadomsky konsolidováno. Staré zlomy směru SZ ­ JV, SSV ­ JJZ, S ­ J a V ­ Z omezující jednotlivé kry, byly aktivizovány při pozdější variské orogenezi. Různá rychlost poklesu ker ovlivňovala mocnost a facie sedimentů ukládaných během devonu a spodního karbonu (Musil et al. 1993). Brunovistulikum bylo k jádru Českého masivu přičleněno během variské orogeneze. Horniny brunovistulika vystupují na západ od Moravského krasu jako brněnský masiv (Chlupáč a kol. 2002). Devonský vývoj Moravského krasu nazýváme též platformním, zasáhl mnohem rozsáhlejší oblast a byl zachycen hlubinnými vrty v podloží mladších útvarů od Ostravy až po jižní Moravu. Na erodovaném povrchu brunovistulika spočívá diskordantně bazální devonské klastické souvrství. Jak naznačil mikropaleontologický výzkum bazálních klastik z vrtů u Měnína a Němčiček (odhalil přítomnost spodnokambrických akritarch), mohou být tato klastika i starší než devonská. Hranice mezi kambrickými a devonskými klastiky není zatím jasná. Jedná se o křemenné slepence, pískovce, arkózy a prachovce, často červenavě zbarvené, usazené v kontinentálním prostředí. U devonských klastik se předpokládá stáří od spodního devonu do počátku frasnu (Chlupáč a kol. 2002). Na povrch vystupují při z. okraji Moravského krasu (Hanžl a kol. 1999). V mělkovodním mořském prostředí začala během svrchního eifelu karbonátová sedimentace, která pokračovala po faciální změně při hranici frasnu a famenu až do spodního karbonu (tournai-visé) (Musil et al. 1993). Mořská záplava postupovala od severu. Nastala sedimentace karbonátového komplexu nazývaného macošské souvrství. Jeho celková mocnost dosahuje až 1000 m a náleží k němu vápence obsahující útesotvornou faunu: vápence vavřinecké- nejstarší, josefovské, lažánecké a vilémovické-nejmladší. Sled tmavších a světlejších vápenců se několikrát opakuje v tzv. cyklech (čelechovický, cyklus Býčí skály, ochozský a mokerský) (Hladil 1983). Vavřinecké vápence obsahují čočkovitá tělesa s bohatou stromatoporoidovou faunou. Josefovské vápence jsou lavicovité, tmavě šedé a jsou typické polohami nahromaděných schránek brachiopodů. Při západním okraji Moravského krasu vytvářejí maximálně 50 m mocné protažené těleso, sahající od Nových Dvorů po Babice nad Svitavou. Místy jsou dolomitizované. V nadloží josefovských vápenců sedimentovaly vápence lažánecké. Jsou tmavě šedé, většinou lavicovité a bohaté na stromatoporoidovou faunu (např. Amphipora). Mohou dosahovat mocnosti až 600 m, ukládaly se během givetu, místy i ve sp. frasnu. Do nadloží přecházejí lažánecké vápence pozvolna do vápenců vilémovických. Vilémovické vápence jsou světle šedé, masivní či hrubě lavicovité, s vysokým obsahem CaCO3. Místy jsou bohaté na korálovou a stromatoporoidovou faunu. Jejich ukládání začalo zejména v severnější části Moravského krasu již od givetu a končí během svrchního frasnu a spodního famenu. Dosahují mocnosti až 600 m. V jednotlivých krách Moravského krasu se ve směru od S k J transgrese a také - 14 pozdější regrese opožďovaly. Ukončení útesové sedimentace nastalo nejdříve na severu- ve svrchním frasnu, na jihu pak ve spodním famenu (Musil et al. 1993). V nadloží macošského souvrství je vyvinuto souvrství líšeňské (famen- sp. visé), skládající se ze dvou litostratigraficky odlišných členů- vápenců křtinských a hádsko-říčských. Neobsahuje již útesotvornou faunu. Křtinské vápence jsou hlíznaté s jílovitou hmotou, bývají červenavé nebo šedé a nedosahují velkých mocností. Sedimentovaly v hlubším a klidnějším prostředí. Vápence hádsko-říčské jsou tmavě šedé, deskovité a často jsou v nich přítomny vložky vápnitých břidlic. Ukládaly se v dynamičtějším prostředí a mají charakter kalciturbiditů. Rozšířeny jsou hlavně v jižní části Moravského krasu. Uvedené facie se vzájemně zastupují, křtinské vápence jsou více rozšířeny spíše v nižších částech souvrství. Karbonátová sedimentace pokračuje do spodního karbonu bez změny sedimentů (Chlupáč a kol. 2002). Nástup flyšové sedimentace kulmu Drahanské vrchoviny byl předznamenán sedimentací březinských břidlic s polohami prachovců v jižní části Moravského krasu. V severní části se uložily slabě silicifikované jílovité ostrovské břidlice (Musil et al. 1993). V nadloží sedimentovaly flyšové horniny kulmské facie jako prvé signály nastupující variské orogeneze (při hranici tournai-visé). Vystupují při východním okraji Moravského krasu. Jsou to souvrství protivanovské (břidlice s vložkami prachovců a drob), rozstáňské (břidlice) a myslejovické (slepence, droby, břidlice). Přítomnost krystalinických hornin moldanubika ve valounovém materiálu slepenců myslejovického souvrství dokládá přičlenění brunovistulika k Českému masivu. Synsedimentární pohyby přešly do hlavních orogenních deformací nejdříve ve svrchním visé (Chlupáč a kol. 2002). Sedimentace probíhala i během mezozoika. V juře sedimentovaly písčité vápence a deskovité vápence s rohovci rozšířené hlavně v tzv. blanenském prolomu (v okolí Olomučan, Rudic, Babic a Habrůvky). Dosahují mocnosti až 50 m. V okolí Brna (např. Hády, Stránská skála) sedimentovaly bioklastické vápence s rohovci, často dolomitizované. V blanenském prolomu se zachovaly terestrické sedimenty, označované jako rudické vrstvy. Jedná se o spodnokřídové písky a kaolonické jíly s polohami konkrecionálních rohovců (tzv. rudické koule) a vyplňují krasové deprese. Při bázi této výplně bývají polohy limonitických železných rud. V nadloží rudických vrstev jsou místy zachovány cenomanské sedimenty (Chlupáč a kol. 2002). V terciéru docházelo k intenzivnímu zvětrávání, obnažení karbonátů a jejich krasovění. Vzhledem k poklesávání karpatské předhlubně, docházelo k zahlubování toků a vzniku hlubokých kaňonů. Během spodního badenu byly tyto kaňony zality mořem a sedimentovaly zde písky a vápnité jíly. Po regresi moře docházelo k vyklízení těchto sedimentů. Díky cyklickému zanášení a vyklízení vznikaly různé jeskynní úrovně (Musil et al. 1993). V pleistocénu došlo k výraznému ochlazení klimatu a střídání glaciálů a interglaciálů. Ukládaly se fluviální, eolické a svahové sedimenty. Podzemní prostory byly i nadále zanášeny a vyklízeny. - 15 Obr. 1 Geologická mapa severní části Moravského krasu s lokalitami odběru, (1- Sloupsko-šošůvské jeskyně, 2- Císařská jeskyně, 3- jeskyně Suchožlebská zazděná, 4- jeskyně Horní v Chobotu, 5- Kateřinská jeskyně) (upraveno podle mapového serveru ČGS, http://nts5.cgu.cz) Legenda: hlíznaté vápence (kalciturbidity) holocén vápence, brekcie (kalciturbidity) navážka, halda, výsypka, odval (antropogenní) devon střední, devon svrchní, nivní sediment (fluviální nečl. + sed. vodních nádrží) vápence (kalciturbidity) smíšený sediment (deluviofluviální) písčito-hlinitý až hlinito-písčitý sed. (deluviální) devon střední, devon svrchní kamenitý až hlinito-kamenitý sediment (deluviální) vápence (mělkovodní karbonáty) pleistocén vápence a dolomity (mělkovodní spraš a sprašová hlína (eolická) vápence (mělkovodní karbonáty) písek, štěrk (fluviální) (složení pestré) vápence (mělkovodní karbonáty) písek, štěrk (fluviální) (složení pestré) devon spodní, devon střední jílovité břidlice, vápence karbon spodní arkózy, slepenece (složení jílovité břidlice jílovité břidlice, prachovce, droby (turbidity) zbřidličnatělý biotitický droby (turbidity) amfibol biotitický granodiorit jílovité břidlice, prachovce, droby (turbidity) šedý, biotitický granodiorit droby (turbidity) křemenný diorit - tonalit (složení slepenece (turbidity) aplit, pegmatit devon svrchní, karbon spodní granitový porfyr kremité břidlice se silicity (složení křemen) neoproterozoikum paleozoikum až proterozoikum karbon devon, karbon devon kvartér - 16 3. TEORETICKÁ ČÁST 3.1 Vlastnosti nickamínku 3.1.1 Vzhled a minerální složení Nickamínek bývá popisován jako bílá a plastická hmota, povlékající v mocnostech od milimetrů po přibližně dvě desítky centimetrů stěny a stropy jeskyní nebo jiné speleotémy. Sám o sobě může tvořit speleotémy (krápníky, záclony, květákovité útvary, jeskynní perly). Může mít černé nebo i jiné zabarvení. Po vyschnutí ztrácí svoji plasticitu a mění se na drobivou hmotu (Gradziňski 1997, Hill a Forti 1997, Onac 1995, Richter 2007). Minerály popsané u subéricky vzniklého nickamínku Karbonátové minerály jsou nejčastějšími minerály nickamínku: - kalcit CaCO3 : trigonální, nejběžnější minerál nickamínku ve vápencových jeskyních, varieta lublinit (jemně vláknité mikrokrystalické agregáty) - aragonit CaCO3: rombický (kosočtverečný) - vaterit CaCO3: hexagonální - hydromagnezit Mg5(CO3)4(OH)2.4H20 : monoklinický, nejběžnější minerál nickamínku v dolomitových jeskyních - huntit CaMg(CO3)4 : trigonální - nesquehonit Mg(HCO3)(OH).2H2O : monoklinický - magnezit MgCO3 : trigonální - dolomit CaMg(CO3)2 : trigonální - monohydrokalcit CaCO3.H2O : trigonální - hydrozinkit Zn5(CO3)2(OH)6 : monoklinický. Sírany, fosforečnany a silikáty tvoří nickamínek v menší míře. V některých rumunských a norských jeskyních byly nalezeny různé varianty a kombinace minerálů nickamínku. Např. sádrovec-kalcit, hydromagnezit-aragonit, kalcit-vaterit-monohydrokalcit, kalcitvaterit-aragonit, kalcit-aragonit, kalcit-monohydrokalcit. Byly též objeveny pseudomorfózy kalcitu po monohydrokalcitu nebo paramorfózy kalcitu po aragonitu nebo vateritu (Hill a Forti 1997). Nickamínky mohou v malé míře obsahovat i další prvky jako např. Al, Fe, Mn, Sr, Ba , Na, K, Si a Ti (Pakr 1979). - 17 Radiokarbonovým datováním (poměr 14 C/12 C) bylo určeno stáří nickamínkových usazenin z vybraných jeskyní v italských Alpách na 7700-6400 let před přítomností (Borsato et al. 2000). Autoři tyto nickamínky popisují jako fosilní- bez patrné aktivity. 3.1.2 Vnitřní stavba nickamínku V anglicky psané literatuře rozlišují autoři dva základní názvy vláken: fibre označuje rovné vlákno s předpokládaným anorganickým vznikem, naproti tomu filament je vlákno deformované (zprohýbané a pokroucené), vzniklé pravděpodobně za účasti organických procesů. Aby se nezaměňovaly termíny jehličkovité vlákno a niťovité vlákno, užívám místo pojmu jehličkovitá vlákna výraz jehličky, který dobře vystihuje rovný a tenký habitus. Za českým pojmenováním uvádím anglický název. Názvosloví pro popis vzhledu krystalů v nickamínku není jednotné a ustálené. Habitus krystalů bývá popsán nejčastěji na základě šířky jehliček a kvalitou povrchu, užívány jsou při tom následující výrazy: Jehličky (jehličkovitá vlákna) (needle-shaped fibres). Bývají rovné (zakřivené jehličky vznikají v důsledku mechanického působení při úpravě vzorků, undulózně zháší). Lze je charakterizovat relativně neměnnou tloušťkou a tupými konci. Poměr délka - šířka je větší než 6:1. Jsou nejběžnějším typem krystalů v nickamínku. V rámci této skupiny jsou rozlišovány: nanojehličky (nanofibres, microrods 1. kategorie ): šířka do 1 m (často přibližně 50-150 nm) a délka od 1 do 10 m. Tyto krystaly jsou téměř bez defektů a běžně tvoří hustě propletenou síť ("chomáče", "závoje" - pollycrystalline mat, nanofibre veil) spojující či pokrývající mikrojehličky a vlákna. Některé nanojehličky mají výrůstky rombických destiček s ostrými hranami (Borsato et al. 2000). mikrojehličky (microfibres, microrods 2. kategorie): šířka 0,5 až 2 m, někdy i 5 m a délka nad 10 m) samostatné hladké jehličky (smooth rods) složené hladké jehličky (coupled rods, composite fibres): průměr přibližně 0,5 až 2 m. Vyskytují se v párech, po čtyřech, po šesti a v jiných konfiguracích (jehličky se dvěma, čtyřmi, popř. šesti "laloky"). Vzájemně jsou uspořádány rovnoběžně a jsou stmeleny k sobě (Richter et al. 2007). jehličky s podélnými drážkami (fibres with longitudinal grooves) (Richter et al. 2007) zoubkované jehličky (s výrůstky rombických destiček) (Borsato et al. 2000). - 18 Polykrystaly (polycrystals, rhomb chains): jde o řetězce složené z navrstvených tenkých romboedrů. Tyto romboedry jsou přibližně 10 nm silné. Šířka polykrystalů 100 až 500 nm, nebo i více a délka nad 50 m (Borsato et al. 2000). Kalcifikovaná vlákna s centrálním kanálkem (calcified filaments with a central hole), můžeme rozlišovat dva typy: s průměrem do 1,5 m a délkou více jak 100 m. Vlákna jsou tvořena mikritem. s průměrem 3 - 7 m a délkou větší než 100 m. Tato vlákna jsou pokroucená, propojená či propletená. Jsou složena z mikritu a nanovláken. Pokusy o vypěstování bakteriálních kolonií se nezdařily (Borsato 2000). Jejich vznik je spojován s biologickými procesy. 3.1.3 Luminiscence U kalcitových útvarů (sintry, krápníky, nickamínky) byla zjištěna luminiscence. Tento jev je intenzivnější v dlouhovlné oblasti UV záření. Pro sledování fosforescence (luminiscence s dohasínáním) se dá použít i fotoblesk. Aktivátory luminiscence mohou být ionty některých prvků, strukturní poruchy krystalové mřížky či organické molekuly. U organických látek (např. huminové kyseliny, aminokyseliny, porfyriny) má luminiscence jiné spektrální složení. Rozdíl je také v tom, že tyto látky luminiskují stejnou intenzitou a zbarvením i při změně stupně disperze, zatímco u anorganických látek dochází často ke snížení intenzity. Vlastnosti luminiscence záleží na druhu aktivátoru, jeho množství ve sledovaných útvarech a také obsahu jiných prvků. Obecně u kalcitů jsou častými aktivátory např. mangan (růžová luminiscence, za přítomnosti olova cihlově červená), stroncium (bílá). V Moravském krasu jsou ve vápencích a speleotémách relativně nízké obsahy Mn, pohybující se od stop po přibližně 0,06 %, takže Mn obecně není považován za aktivátor. Ovšem i při nízkém obsahu Mn ale poměru zastoupení Mn/Fe > 4 je v literatuře popsána červená fluorescence. Pokud je stroncium zastoupeno nejvýše do 0,005 % speleotémy fluoreskují, při obsahu 0,01 ­ 0,06 % už k tomuto jevu nedochází (Slačík 1975). U nickamínků byla popsána bílá či žlutavá fluorescence s relativně vysokou intenzitou, nezávislou na stupni disperzity (vzorek vysušen a namlet na jemnost pod 75 m). To naznačuje vliv organických látek na fluorescenci. Kolonie bakterií vykultivované z nickamínku mohou mít bílou, žlutavou, namodralou či růžovou fluorescenci o relativně nízké intenzitě (Slačík a Schlemmerová 1974). - 19 3.2 Vznik a výskyt nickamínku Geneze nickamínku není doposud spolehlivě objasněna. Bývají uváděny čtyři možné způsoby vzniku subérického nickamínku : 1. Namrzáním vody na povrchu vápence, kdy se z ní uvolňuje CO2 a vytváří se mléčně zbarvený film na stěnách. Tuto teorii můžeme uplatnit na jeskyně vysokohorského krasu, nemůžeme ji ale aplikovat na jeskyně např. tropického krasu (Hill a Forti 1997). 2. Činností organismů (baktérií, řas, hub). Role mikroorganismů je stále diskutovaným a nevyjasněným tématem. Existují názory, že bakterie mohou podporovat rozpouštění vápence a tím nepřímo ovlivňovat vznik nickamínku. Nebo mohou bakterie působit jako krystalizační zárodky (Borsato et al. 2000). Uvažován je také přímý vliv bakterií - nickamínek může vznikat srážením intra i extracelulárně. Může být vedlejším produktem jejich životního cyklu (chemoautolitotrofní -vodík oxidující- bakterie) nebo může vznikat autolitickou kalcifikací uvnitř bakteriálních buněk. Vodík oxidující bakterie ("knallgas" bacteria) vstřebávají CO2 a jsou schopny zvýšit pH okolí nad hodnotu 9 (Gradziňski et al. 1997). Podobně mohou působit i řasy, dýchající CO2 (Northup et al. 2001). Mikrobiálně vyvolaný nebo řízený vznik se předpokládá u kalcifikovaných vláken a složených hladkých jehliček v nickamínku. U složených hladkých jehliček se předpokládá vznik biomineralizací uvnitř houbových vláken v rámci myceliárních svazků (Verrecchia a Verrecchia 1994). Mikroorganismy ovšem nebyly v nickamínku vždy nalezeny. Druhou slabinou této teorie je fakt, že jejich přítomnost nemusí nutně znamenat jejich aktivní podíl na vzniku nickamínku (Hill a Forti 1997). V nickamínku byly nalezeny autotrofní psychrofilní a hydrofilní bakterie (Pakr 1979). Na základě orientace krystalografické osy c se dá pravděpodobně usuzovat na způsob vzniku krystalů (Richter et al. 2007). Někteří autoři uvádějí rovnoběžnou orientaci osy c s prodloužením jehličkovitých krystalů v nickamínku (Borsato et al. 2000), naproti tomu jiní nalezli odchylku osy c 0o až 90o od směru prodloužení krystalu. Přitom orientace osy c je v každém místě jedné jehličky téměř identická (Richter et al. 2007). Na základě předpokladu, že pro krystaly tvořící se anorganickou cestou je běžná orientace osy c paralelně s prodloužením krystalu a že při biologicky vyvolané krystalové nukleaci uvnitř organické tkáně (v již existujících vláknech, např. hub nebo řas) je orientace osy c závislá na náhodné orientaci kalcitového zárodku uvnitř organického vlákna, usuzují někteří autoři na biologické ovlivnění vzniku jehliček (Richter et al. 2007). Tato orientace se dá ověřit polarizačním mikroskopem (metodou Fjodorovova univerzálního stolku) nebo analýzou difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD) na elektronovém skenovacím mikroskopu (SEM). - 20 3. Rozpadem matečné horniny či speleotém. Je to nejstarší a nejpoužívanější vysvětlení. Nickamínek ovšem často obsahuje křemen a jiné nečistoty, které nemusí být v matečné hornině přítomny. Avšak zvětralinové reziduum matečné horniny obsahuje určité množství nickamínku (Hill a Forti 1997). 4. Přímým srážením z podzemní vody podobně jako jiné speleotémy, ovšem takto vzniklý nickamínek má pouze mikrokrystalickou strukturu. Důležitým faktorem je přesycení zdrojového roztoku vůči kalcitu (Borsato et al. 2000). Tuto teorii lze dobře aplikovat na hořčík obsahující karbonátové minerály- jejich přirozenou vlastností je tvořit mikrokrystalické až kryptokrystalické usazeniny (Hill a Forti 1997). I přítomnost Al(OH)3 může omezovat růst velkých krystalů při srážení z roztoku (Pakr 1979). Anizotropní jehličky bez defektů rostou díky mechanismu šroubového růstu (Borsato et al. 2000). Běžně se tak děje při nízkém přesycení roztoků (Frisia et al. 2000). Je známo několik výskytů subakvatického nickamínku ze dna a stěn jezírek se studenou vodou (okolo 4-6 o C). Má podobu houbovitých kyprých chomáčů a připomíná vatu. Údajně se tento typ nickamínku vyskytuje i v tropické jeskyni Caverna Santana v Brazílii, takže studená voda nemusí být nutnou podmínkou jeho tvorby (Hill a Forti 1997). Na Slovensku je výskyt subakvatického nickamínku popsán na dně jezírek v jeskyni Izbica, kde má podobu jeskynních perel (Kukla 1953). Habitus krystalů a typ struktury jsou závislé na růstových mechanismech a podmínkách okolního prostředí (saturace roztoku, příměsi, kinetika růstových procesů, míra a oscilace průtoku zdrojových vod, odplynění, teplota) (Frisia et al. 2000). Struktura (uspořádání jehliček v pórech) může být nahodilé (všesměrné) nebo tangenciální (Jones a Kahle 1993). Pestrost habitu jehliček a polykrystalů v nickamínku indikuje rozmanitost růstových mechanismů, podílejících se na jejich tvorbě (Borsato et al. 2000). Jehličkovitý kalcit může vznikat v různých environmentálních podmínkách (v kalkrustách- aridní klima, vápnitých půdách mírného pásu, periglaciálních půdách, jeskyních). Takže habitus nemá přímý klimatický či environmentální význam- záleží na přísunu iontů Ca2+ a vody (Verrecchia a Verrecchia 1994). - 21 Environmentální faktory ovlivňující vznik nickamínku Nasycení skapových vod vůči kalcitu ­ Nejdůležitější faktor zajišťující nukleaci a růst kalcitových krystalů. Závisí na rozdílu parciálních tlaků CO2 v půdě a v jeskyni. Nasycení je ovlivněno i intenzitou a kolísáním průtoku skapových vod. U aktivního nickamínku jsou skapové vody nasycené nebo mírně přesycené vůči kalcitu (SICAL= 0,0- 0,2). Nickamínek se netvoří z více přesycené vody (SICAL= 0,3-0,6)(Borsato et al. 2000). Přísun zdrojových vod se může dít v obdobích s nižším průtokem skapových vod kapilárním tokem (Frisia et al. 2000) nebo srážením vzdušné vlhkosti (Gradziňski et al.1997). Míra průtoku infiltrační vody ­ Nickamínek se tvoří při nízkém a kolísajícím průtoku (nejčastěji kapilární tok) (Borsato et al. 2000). Dochází k prodloužení odplynění, roste přesycení (Frisia et al. 2000). Teplota, tlak, relativní vlhkost atmosféry a ventilace- Průměrné teploty jeskynní atmosféry v místech výskytu plastického nickamínku se pohybovaly v rozpětí 3,5- 11 o C (Borsato et al. 2000, Onac 1995, Richter et al. 2007). Relativní vlhkost se blížila 100 % (95-100 %). Vysoká vlhkost brání vypařování vody a tak zpomaluje srážení kalcitu (Borsato et al. 2000). Vegetace a půda- Biologická aktivita v půdě ovlivňuje její obsah CO2. Vyšší parciální tlak CO2 byl zjištěn na jaře a v létě, kdy je biologická aktivita intenzivnější. V italských Alpách se nickamínek tvoří častěji pod hranicí lesa, v místech pokrytých jehličnatým lesem. Průměrný parciální tlak CO2 byl 0,4 - 0,6 % (Borsato et al. 2000). Horninové prostředí- Nickamínek byl nalezen v jeskyních vyvinutých v jurských vápencích a terciérních dolomitech (Borsato et al. 2000). V jeskyních v kalcitových a dolomitových mramorech za polárním kruhem (Onac 1995) a v devonských vápencích (Richter et al. 2007). Nickamínek byl pozorován v jeskyních s i bez aktivního podzemního toku (Borsato et al. 2000, Onac 1995, Richter et al. 2007). Škála nadmořských výšek jeskyní s výskytem nickamínku je pestrá (280- 1800 m.n.m. v polských Tatrách (Gradziňski 1997), 900 až téměř 2500 m.n.m. v italských Alpách (Borsato et al.2000)). - 22 Místa výskytu nickamínku Nickamínek se v jeskyních vyskytuje převážně na místech nepříliš vzdálených od vchodu nebo povrchu, tedy blízko dosahu venkovní atmosféry a vody (Pakr 1979). Výskyt jehlicovitých skeletálních karbonátů není vázán pouze na jeskyně. Byly nalezeny i v půdách, sladkovodních karbonátech či v prostředí dnešních korálových útesů (Cílek 1990). Jejich výskyt byl popsán i ze sklepů a na puklinách opuk (Pakr 1979). Nickamínek se vyskytuje v široké škále zeměpisných šířek a nadmořských výšek od krasu tropického po vysokohorský (Hill a Forti 1997). Výskyt nickamínku v Moravském krasu Nicová jeskyně (až 3 cm tlusté houbovité povlaky bílé barvy na stěnách a stropě, nasycené vodou) a Eliščina j. (povlaky na stropě, místy s červenavými pruhy) v Sloupsko-šošůvských jeskyních, Nová Rasovna (jižní větev v horních patrech), Popeluška v jeskyni Balcarka (šedobílé a vodnaté květákovité útvary), Králova jeskyně v Suchém žlebu (nicové pecny a povlaky), Krápníková zazděná (Suchožlebská zazděná) (nicové povlaky přes 10 cm tlusté). Horní v Chobotu (Bílá chodba), Koudelkovy propasti 1 (Nicové dómy) (Absolon 1970). Býčí skála- při severní stěně předsíně je uveden "nález silné vrstvy dřevěného uhlí a popela, pod kterým byla vápencová skála vypálená na vápno, které do sebe vsálo jeskynní vlhkost a rozpadlo se na kousky" (Kříž 1940). Moderními analytickými metodami byla tato vrstva identifikována jako nickamínek (Přichystal 1993). Ochozská jeskyně, Malčina, Pekárna (Dvořák 1953). Existují i další lokality s výskytem nickamínku uváděné v literatuře: Němcova jeskyně 2 u Suchdola, Dagmar, v Suchém žlebu např. Kravská díra, jeskyně č. 27, Kalova propast, v Křtinském údolí Výpustek, Jáchymka, JV od Babic Babická jeskyně, v údolí Říčky Netopýrka. Podrobně se lokalitám s nickamínkem věnuje kapitola Rozšíření nickamínku (Pakr 1979). Další moravské a slezské lokality: Králova jeskyně (tišnovský kras), Javoříčské jeskyně (jihozápadně od Litovle), Slámova sluj (Štrambersko), Tvarožné díry (Králický Sněžník), jeskyně Na Pomezí, jeskyně Na Špičáku (severně od Hrubého Jeseníku). Detailnější popis nalezišť nickamínku je uveden v kapitole Rozšíření nickamínku (Pakr 1979). - 23 4. METODIKA 4.1 Terénní práce 4.1.1 Odběr vzorků a dokumentace stavu jeskynní atmosféry Pro odběr vzorků byly zvoleny tři veřejnosti přístupné jeskyně, z nichž jedna je využívána zejména pro speleoterapii a dvě jeskyně veřejnosti nepřístupné. Nejvíce je antropogenní ovlivnění nickamínku patrné v Kateřinské jeskyni kde se odběrové místo nachází přímo na prohlídkové trase. Celkem jsem odebrala 8 vzorků v září 2007. V rámci této etapy bylo odebráno po jednom vzorku ze Sloupsko-šošůvských jeskyní ( jeskyně Nicová a Eliščina), jeskyně Suchožlebské zazděné (vchodové partie), Kateřinské jeskyně (Hlavní dóm) a Horní v Chobotu (vchodové partie). V Císařské jeskyni byl odebrán jeden vzorek z Bílého dómu a dva vzorky z Nagelova dómu. V Nagelově dómu byl proveden jeden odběr ze stěny nad jezírkem a druhý ze stropu pod únikovým východem. Nickamínek byl seškrábán zednickou špachtlí do uzavíratelných skleniček se šroubovacím víčkem. Současně s odběrem vzorků jsem provedla i měření teploty (ve o C) a relativní vlhkosti (v %) jeskynní atmosféry digitálním přístrojem GFTH 200 (Greisinger electronic GmbH, Německo). Odběrová místa jsem fotograficky zdokumentovala. V prosinci 2007 jsme s Mgr. Marcelem Kosinou sterilně odebrali vzorky z lokalit Kateřinská jeskyně, Suchožlebská zazděná, Horní v Chobotu a Císařská jeskyně (Bílý dóm) za účelem mikrobiální analýzy. Z každé jeskyně byl z dostupného a reprezentativního místa sterilně odebrán vzorek do 50 ml vzorkovnice. Jako reprezentativní místo bylo zvoleno takové, kde se nacházel nickamínek měkké konzistence, co nejdále od případného zdroje kontaminace (brán v úvahu pohyb lidí, netopýři ­ tj. stropy jeskyní apod.). Hmyzu jako zdroji kontaminace nebylo možné se vyhnout. Vzorky byly do laboratoře transportovány v chladu v polystyrenové přepravce a zpracovány do 24 h od odběru (M. Kosina). Opět byly změřeny atmosférické podmínky. V dubnu 2008 jsem navštívila stejné lokality jako v září 2007. Odebrala jsem sterilně vzorky pro další biologické analýzy, změřila teplotu, relativní vlhkost a parciální tlak CO2 v jeskynní atmosféře (univerzální měřící přístroj ALMEMO 2290-4 s infračerveným detektorem FYA600CO2H, Ahlborn, Německo). Současně jsem prověřovala také fluorescenci nickamínkových povlaků. - 24 4.2 Laboratorní práce 4. 2.1 Stanovení obsahu vody Ve vzorcích byl zjišťován obsah vody volné (vlhkost) a vody krystalické. Analýzy provedl P. Kadlec z ÚGV PřF MU Brno gravimetrickou metodou (vážkově). Obsah volné vody (- H2O) byl zjištěn z rozdílu hmotností nevysušené a vysušené navážky. Vzorek byl sušen při 110 o C. Při stanovení krystalické vody (+H2O) byla použita tzv. Penfieldova metoda. Část vysušené navážky se žíhá při teplotě okolo 900 o C v zazátkované skleněné baňce. Na chlazeném tubu baňky se vysráží voda, baňka se zataví, zváží se, poté se odzátkuje, vysuší a opět zváží. Rozdíl představuje námi hledanou hodnotu. Jako tavidlo byl použit Pb3O4. 4.2.2 Studium v procházejícím světle Z odebraných vzorků zhotovil J. Povolný na ÚGV PřF MU Brno standardní výbrusy. Při přípravě byl nickamínek sušen na vyhřívané desce s termostatem na filtračním papíru při teplotě do 50 o C. Poté byl promíchán s epoxidovou pryskyřicí složka A: bisfenol-A- (epichlorhydrin), složka B: trimetylhexametylendiamin. Po vytvrdnutí byl přilepen kanadským balzámem na podložní sklíčko a dále upraven do podoby standardního výbrusu. Pozorování byla provedena v procházejícím světle na polarizačním mikroskopu JENALAB firmy ZEISS Germany. 4.2.3 RTG difrakční analýza Difrakční analýzu provedl RNDr. V. Vávra, Ph.D. na ÚGV PřF MU Brno. Difrakční záznamy byly načteny difraktometrem STOE Stadi P v transmisním módu. Bylo použito CoK1 záření (1,788965.10-10 m), primární Ge (111) monochromátor. Parametry generátoru 40 kV, 25 mA. Detekce byla provedena PSD lineárním detektorem, plněným směsí Ar- metan (P10). Záznamy byly načítány v rozsahu 5-80o 2 theta, posun detektoru 1o 2 theta/krok, doba načítání 500 s/krok. Poloměr goniometru 130 mm, napráškované (rozdrolené) vzorky byly upevněny mezi acetátové fólie. Vyhodnocení záznamů proběhlo pomocí softwaru Visual XPOW , kvalitativní fázová analýza byla provedena za pomocí databáze JCDPS (1994), set 46. Vzorky pro analýzu byly sušeny při teplotě okolo 25 o C. Pro porovnání byl jeden vzorek analyzován jak nevysušený, tak po vysušení. - 25 4.2.4 Mikrobiální analýza Bakteriologické analýzy vypracoval Mgr. M. Kosina z České sbírky mikroorganismů při Ústavu experimentální biologie PřF MU Brno. Analýzou hub ze vzorků nickamínku se zabývala Ing. Monika Laichmanová, Ph.D. z České sbírky mikroorganismů při Ústavu experimentální biologie PřF MU Brno. Oba jsou autoři podkapitol o metodice a výsledcích těchto analýz. Cílem mikrobiální analýzy bylo prokázat výskyt kultivovatelných bakterií a vláknitých mikromycet. Zpracování vzorků pro bakteriologický rozbor sestávalo z homogenizování 1 g nickamínku ve sterilním fyziologickém roztoku a následném ředění suspenze rovněž ve fyziologickém roztoku. Suspenzí byly inokulovány bakteriologické plotny s kultivačním médiem. Jako izolační médium bakteriálních kmenů bylo použito Macromonas médium (MM), NWRI­agar a King B médium. MM a NWRI-agar jsou půdy vhodné pro izolaci oligotrofních mikroorganizmů, tj. těch, jejichž kultivace vyžaduje nutričně chudá média. Tyto půdy byly voleny na základě předpokladu, že nickamínek obsahuje jen velmi málo využitelného organického substrátu. Médium King B bylo voleno pro cílenou izolaci tzv. fluorescentních pseudomonád. Dále byla zjišťována kvantita kultivovatelných bakterií v 1 g nickamínku, a to metodou přímého výsevu na bakteriologické plotny. Pro toto stanovení byly použity tyto kultivační půdy: TSA, NWRI-agar a MPA. Inokulovaná média byla inkubována při teplotě 10°C a 15°C. Izolované kultury byly dále kultivovány na Trypton-sojovém agaru. Izolace mikroskopických hub byla prováděna na sladinovém agaru za použití zřeďovací izolační metody a pomocí přímého výsevu malé části vzorku na agarovou plotnu. Plotny byly inkubovány při 16°C. Identifikace do rodů a druhů byla provedena na základě makroskopických a mikroskopických diagnostických znaků. - 26 5. VÝSLEDKY TERÉNNÍCH A LABORATORNÍCH VÝZKUMŮ 5.1 Makroskopický a mikroskopický popis vzorků Makroskopický popis Nickamínek na všech uvedených lokalitách tvoří většinou bělavé povlaky na stěnách a stropech (Příloha 6.). V Hlavním dómu Kateřinské jeskyně byl nickamínek na některých místech zbarven do zelena přítomností řas (osvětlení prohlídkové trasy) a místy potažen černým povlakem (patrně saze z loučí, manganové sloučeniny nebo organické zbytky). V jeskyních Nicové, Eliščině, Suchožlebské zazděné a v Bílém dómu byly nickamínkové povlaky převážně bílé (místy s rezavě hnědými skvrnami anebo tenkým černým povlakem), snadno odebíratelné a makroskopicky jevily vyšší stupeň nasycení vodou než vzorky z ostatních lokalit, které tvoří povlaky menší mocnosti a jsou tvrdšího charakteru. V Nagelově dómu (v Císařské jeskyni) byl nickamínek ze stropu pod únikovým východem tvrdý a s šedými skvrnami. Mocnost nickamínkových povlaků kolísá, zpravidla od 0,5 cm do 6 cm. Největší tloušťku jsem zaznamenala v jeskyni Suchožlebské zazděné (přes 8 cm). Nickamínek se zde deskovitě odlamuje od stěn a stropu. Také zde jsou na povrchu vidět černé povlaky. V místech po opadu desek je však nickamínek bílý. Na profilu spadených desek můžeme pozorovat relativně tmavší (béžové) a tvrdší vrstvičky, které pod UV zářením světélkují intenzivněji žlutozeleně než okolní hmota. V Horní v Chobotu jsem též místy pozorovala černé povlaky a béžové až světle hnědé skvrny. Tato narezavělá místa vykazovala v UV světle intenzivnější luminiscenci s žlutozeleným zabarvením. Nickamínky ze sledovaných lokalit obecně vykazují slabou žlutozelenou fluorescenci. Pozorování v procházejícím světle Ve vnitřní stavbě nickamínku je patrné velké zastoupení různě jemných jehliček (pravděpodobně kalcitových) a mikritové a sparitové hmoty (Příloha 7.). Jehličky mají buď hladký povrch (rozlišitelné v rámci možností zvětšení polarizačního mikroskopu) nebo jsou jejich okraje zoubkované. U některých zoubkovaných jehlic bylo pozorováno paralelní narůstání romboedrů. Ve velmi ojedinělých případech byla pozorována minerální zrna (jedná se pravděpodobně o kalcit nebo snad dolomit, křemen a shluky Fe oxidů). Jejich identifikaci bude třeba ověřit mikrosondou. Stavba nickamínku jeví známky rekrystalizace. - 27 5.2 Teplota a relativní vlhkost jeskynní atmosféry, obsah CO2 V některých jeskyních kolísá více teplota při celkově ustálené relativní vlhkosti (Horní v Chobotu, Suchožlebská zazděná), v Císařské jeskyni je tomu přesně naopak (Příloha 8., 9.). Teplota se ve sledovaných jeskyních pohybovala v rozmezí 3,9 ­ 12,5 o C. Nejnižší průměrná teplota byla v jeskyni Suchožlebské zazděné (7,8 o C) a nejvyšší v Nicové jeskyni (11 o C) (2 měření), resp. v Bílém dómu (10,1 o C) (3 měření). Relativní vlhkost kolísala mezi 69,5 % - 91,2 %. Nejnižší průměrná relativní vlhkost byla v Bílém dómu (80,4 %) a nejvyšší v jeskyni Suchožlebské zazděné (89,6 %). Za povšimnutí stojí i skutečnost, že v prosinci 2007 byly naměřené teploty nižší oproti podzimu s výjimkou Císařské jeskyně, kde teplota naopak stoupla. Obsah CO2 v jeskynní atmosféře se pohyboval přibližně v rozmezí 700 ­ 1190 ppm (Příloha 10.). Nejvyšší hodnota byla naměřena v jeskyni Suchožlebské zazděné (1190 ppm). Jinak se hodnoty pohybovaly v rozmezí 700 ­ 915 ppm. Obsah CO2 se může lišit i v rámci jedné jeskyně (v Císařské jeskyni Bílý a Nagelův dóm). 5.3 Analýza obsahu vody Jak je patrné z grafu (Příloha 11.), obsah volné vody v nickamínku kolísá přibližně od 34 do 85,8 hm. %. Podíl krystalické vody ve vzorcích je v rozmezí 0,88 až 3,13 hm. %. Relativně vysoký obsah krystalické vody nám naznačuje, že vzorky mohou obsahovat i hydratované minerály (např. monohydrokalcit). Přesnější údaje bude nutné získat pomocí DTA. Nejméně volné vody obsahoval dle očekávání vzorek ze stropu Nagelova dómu u nouzového východu, není totiž plastický. 5.4 RTG difrakční analýza Tato metoda identifikovala, jako jedinou minerální fázi podílející se na složení nickamínku, kalcit. Nebyl zaznamenán rozdíl v difrakčních křivkách mezi vysušeným a vlhkým vzorkem. 5.5 Mikrobiální analýza V této kapitole prezentují výsledky mikrobiálních analýz Mgr. M. Kosina a Ing. M. Laichmanová, Ph.D.. Bakteriologickými analýzami bylo izolováno celkem 69 bakteriálních kmenů. Většina z nich byla kultivovatelná při teplotě 30°C. Tyto kmeny lze označit za psychrotrofní, tj. schopné růstu i při nízkých teplotách (např. kolem 0°C). Pouze 5 kmenů bylo psychrofilních, tj. jejich teplotní optimum optimum je okolo 15°C nebo nižší, maximální teplota růstu je okolo 20°C a minimální teplota růstu okolo 0°C nebo nižší (Morita 1975). Těchto 5 psychrofilů bylo kultivováno při pokojové teplotě. - 28 Kvantitativní analýzou bylo zjištěno, že v 1 g vzorku nickamínku z Císařské jeskyně je přítomno řádově 103 - 104 KTJ (kolonie tvořící jednotky; 1 KTJ je přibližně tvořena 1 bakteriální buňkou). V případě vzorků z jeskyně Horní v Chobotu to bylo řádově 103 ­ 105 KTJ. Ve vzorku z Kateřinské jeskyně řádově 104 KTJ a ve vzorku z jeskyně Suchožlebská zazděná pak 103 KTJ. Všechny izolované bakteriální kultury byly charakterizovány pomocí základních biochemických a fyziologických testů, které sloužily k rozřazení do skupin. Z dalších metod, které byly použity na charakterizaci těchto kmenů, to byla analýza celkových buněčných proteinů pomocí SDS-PAGE (polyakrylamidová gelová elektroforéza v prostředí dodecyl sulfátu sodného; odlišení na úrovni druhu až kmene). Všechny kmeny kromě 1 izolátu (grampozitivní pleomorfní tyčka) patřily mezi gramnegativní tyčky. Dle základních biochemických testů (především produkce fluorescentních pigmentů) bylo zjištěno, že dominantní složkou kultivovatelných bakterií jsou tzv. fluorescentní pseudomonády (rod Pseudomonas), které si jsou biochemicky navzájem velmi podobné a nelze je dle tohoto kriteria spolehlivě identifikovat. Většina kmenů těchto fluorescentních pseudomonád vykazovala navzájem téměř shodné proteinové profily a je tedy pravděpodobné, že se jedná o různé kmeny téhož druhu. Izolované fluorescentní pseudomonády byly ze vzorků nickamínku z jeskyně Horní v Chobotu v 33 % zastoupení, v případě Kateřinské jeskyně to bylo 42 % a u Suchožlebské až 84 %. Tato pozorování dokládají, že zástupci rodu Pseudomonas jsou zde dominantní kultivovatelnou složkou. Mykologickými analýzami bylo získáno 12 izolátů z pěti vzorků nickamínku. Vzhledem k tomu, že vzorky pro izolaci mikromycetů byly odebírány jednorázově, byl i počet izolovaných kmenů nižší než při dlouhodobějším studiu. Nejdříve byly izolovány rychle rostoucí druhy rodu Mucor, které vytváří na agarových plotnách mohutné kolonie znemožňující izolaci dalších druhů. Zástupci tohoto rodu byly rovněž izolovány z exkrementů netopýrů v jeskyních NP Slovenský kras (Nováková, 2004) a z atmosféry, půdy a aragonitu v jeskyních Moravského krasu (Bosák ­ Vasátko, 2001). Nejpočetnější skupinu tvořily izoláty druhu Geomyces pannorum a rodu Cladosporium, které reprezentují skupinu mesofilických druhů hojně rozšířených v biosféře, schopných adaptace na nižší teploty. Další skupinu izolátů tvořily entomogenní druhy Beauveria bassiana a Isaria farinosa. Jejich výskyt byl rovněž popsán na aragonitu v rámci rozsáhlé mykologické studie (Bosák, P. ­ Vasátko, J. 2001). Poslední skupinu izolátů tvoří sterilní mycelia. Variabilita druhového spektra mikroskopických hub je vázána na přítomnost jeskynní fauny a přítomnost návštěvníků, kteří v prostorách jeskyně zanechávají bavlněná vlákna z oblečení a ty se stávají živným substrátem pro mikroskopické houby (Hanuláková - Marvanová, 1994). - 29 6. DISKUZE Makroskopický vzhled nickamínku z jeskyní v Moravském krasu je podobný popisu nickamínků z jiných oblastí (Gradziňski et al.1997, Hill a Forti 1997, Richter et al. 2007). Dá se charakterizovat jako povlaky na stěnách a stropech jeskyň, většinou bílé barvy a měkké konzistence, místy s hnědým, zeleným nebo černým zabarve-ním. Zeleně zabarvená místa jsou nejlépe patrná v Hlavním dómu v Císařské jeskyni, kde osvětlení blízké prohlídkové trasy umožňuje růst řas. Vnitřní stavbu nickamínku lze označit jako mikrosparitovou a vláknitou (fibrolitickou). Byly pozorovány různě jemné jehlice karbonátu s hladkým nebo zoubkovaným povrchem. Tyto tvary pozorovali i jiní autoři (Richter et al. 2007, Borsato et al. 2000). Ze snímků nickamínku ze skenovacího elektronového mikroskopu mohli lépe usuzovat na mikroskopické stavbu, neboť pozorování nanojehliček a bakterií nebylo možné za použití polarizačního mikroskopu. Nepozorovala jsem ani útvary podobné deformovaným vláknům (kalcifikovaná vlákna). V některých jeskyních kolísá více teplota při relativně ustálené vlhkosti, v Císařské jeskyni je tomu přesně naopak. Kolísání teploty u jeskyní Horní v Chobotu a Suchožlebské zazděné je dána blízkostí míst měření ke vchodu a morfologií jeskyní (klesající vstupní partie umožňují "vtékání" studeného vzduchu v chladnějším období). Kolísání vlhkosti v Císařské jeskyni může být způsobeno jednak prouděním vzduchu v jeskyni (jeskyně s dynamickým režimem) a vliv na mikroklima mohou mít i relativně rozsáhlé vodní plochy jezírek. Různé obsahy CO2 v atmosféře v rámci Císařské jeskyně může být důsledkem malé výměny vzduchu mezi Nagelovým a Bílým dómem. Na základě rozšíření nickamínku v jeskyních s rozdílnými atmosférickými podmínkami se lze domnívat, že tvorba nickamínku přímo nesouvisí s teplotou a vlhkostí jeskynní atmosféry. Hlavním faktorem řídícím tvorbu nickamínku je patrně nasycení zdrojových vůči kalcitu a jejich přísun k nickamínkovým povlakům. Ovšem kvůli malému počtu měření nelze vyvozovat rozsáhlé závěry o mikroklimatu ve sledovaných jeskyních. Pro takové studium je potřeba pravidelné a dlouhodobější měření. Teplota i vlhkost v jeskyni kolísá i v rámci denní doby i ročních období (Quitt in Musil et al. 1993). Analyzovaný obsah volné vody v nickamínku kolísá přibližně od 34 do 85,8 hm. %. Tyto hodnoty souhlasí s procentuálním zastoupením vlhkosti nickamínku uváděným v literatuře (40 ­ 80 % Hill a Forti 1997, 92 ­ 96 % Gradziňski et al. 1997). Plasticita je zřejmě opravdu způsobena vysokým obsahem volné vody, jak uvádí Hill a Forti (1997), neboť vzorek ze stropu Nagelova dómu v Císařské jeskyni byl velmi tvrdý v porovnání s ostatními vzorky a analýza v něm prokázala nejnižší vlhkost ze všech odebraných vzorků. Nickamínek je pravděpodobně dotován kondenzující atmosférickou vlhkostí i když okolní atmosféra nedosáhla rosného bodu, protože hornina je chladnější než atmosféra a její teplota se již nachází pod mezí rosného bodu. Nepozorovala jsem žádný aktivní skap, který by protékal přes plastický nickamínek. Obsah - 30 krystalické vody prokázaný ve vzorcích nám poukazuje na možnost, že kalcit není jedinou minerální fází v nickamínku. RTG difrakční analýza identifikovala, jako jedinou minerální fázi podílející se na složení nickamínku, kalcit. Ovšem kvůli vysokým detekčním limitům (1-10 %) nemusely být minoritní složky (hydratované minerály) odhaleny, přestože analýza vody dokládá přítomnost molekul vody v krystalické struktuře. Mikrobiálními analýzami byla zjištěna přítomnost bakterií a vláknitých hub v nickamínkových vzorcích. Byly identifikovány i v nickamíncích z polských Tater (Gradziňski et al.1997) nebo Pavoučí jeskyně v Novém Mexiku (Northup et al. 2000). Ovšem Borsato et al. (2000) nezjistili ve vzorcích nickamínku žádné mikroby. Zjišťování přítomnosti mikroorganismů a jejich určování je komplikovaná problematika. Záleží na mnoha okolnostech souvisejících již s odběrem vzorků (možnost kontaminace) nebo kultivací mikroorganis-mů a živných půdách (vhodné médium, teplota, životaschopnost mikroorganismů,...) i složitosti a časové náročnosti těchto metod. Identifikované fluorescentní pseudomonády fluoreskují nazelenale pod UV světlem, lze se tedy domnívat, že se určitou měrou mohou podílet na fluorescenci nickamínků, kterou jsem pozorovala u nickamínků ze sledovaných jeskyní. - 31 7. ZÁVĚR Nickamínek je speleotéma a ve sledovaných jeskyních se vyskytuje jako bílý povlak na stěnách a stropech. Časté jsou oranžově nebo černě zbarvená místa. Zelené plochy na nickamínku indikují přítomnost řas (vlivem osvětlení jeskynních partií). Povlaky jsou převážně plastické a již makroskopicky (např. promnutím mezi prsty) rozeznáme vyšší obsah vody. Tloušťka se pohybuje v řádech centimetrů. Jak bylo pozorováno v jeskyni Suchožlebské zazděné, nickamínek není homogenní a tvoří vrstvičky odlišné zbarvením a tvrdostí. Vnitřní stavba nickamínku je velmi jemně zrnitá a vláknitá a jeví známky rekrystalizace. Nickamínek se vyskytuje poblíž vchodů nebo v místech blíže k povrchu (pod komíny). Teplota v místech odběru vzorků kolísala v rozmezí 3,9 ­ 12,5 o C, relativní vlhkost se pohybovala mezi hodnotami 69,5 % - 91,2 %. Teplota a vlhkost přímo neovlivňují vznik nickamínku. Důležitým faktorem je míra přesycení zdrojového roztoku vůči kalcitu a přísun vody. Z mineralogického hlediska je nickamínek tvořen kalcitem, ovšem je pravděpodobné, že obsahuje i hydratované minerály, díky relativně vysokému obsahu krystalické vody ve vzorcích (0,9 ­ 3,13 hm. %). V odebraných vzorcích byla prokázána přítomnost psychrotrofních bakterií a vláknitých hub. Díky jejich přítomnosti nelze vyloučit biologicky vyvolaný nebo řízený vznik nickamínku. Jejich podíl na vzniku nickamínku ovšem není dostatečně znám a bude předmětem dalších studií. Pro lepší znalost chemického složení nickamínku bude zapotřebí provést další analýzy (mikrosonda, termická analýza). Jejich výsledky by bylo vhodné porovnat s chemickým složením okolních vápenců. Pro detailnější pozorování mikrostavby nickamínku bude vhodné využít velkého rozlišení skenovacího elektronového mikroskopu. Studium mikrostavby by nám mohlo více napovědět vzniku nickamínku. Z výše uvedených poznatků vyplývá, že problematika nickamínku je složitá. Jeho vznik je přímo i zprostředkovaně ovlivňován mnoha faktory, které spolu úzce i vzdáleněji souvisí. Je tedy nezbytné komplexní studium tohoto jeskynního fenoménu. - 32 8. POUŽITÁ LITERATURA Absolon K. (1970): Moravský kras I.-- Academia, Praha. Bernard J. H. - Rost R. (1992): Encyklopedický přehled minerálů.-- Academia, Praha. Bílková D. ­ Cílek V. ­ Hromas J. ­ Novotná J. ­ Vávra M. (2002): Podzemí v Čechách, na Moravě a ve Slezsku.-- Olympia, Praha. Borsato A. ­ Frisia S. ­ Jones B. ­ van der Borg K. (2000): Calcite moonmilk: crystal morphology and environment of formation in caves in the Italian Alps.--Journal of Sedimentary Research, 70, 5, 1171-1182. Bosák, P. ­ Vasátko, J. (2001): Czech Republic.-- In: C. Juberthie ­ V. Decu, Eds. Encyclopaedia Biospeologica. Societé de Biospéologie, Moulis-Bucărest, 1405­1426. Cílek V. ­ Koloušek D. (1990): Mineralogické výzkumy v Českém krasu.-- Československý kras, 41, 7-24. Academia, Praha. Demek J. - Mackovčin P. a kol. (2006): Hory a nížiny: zeměpisný lexikon ČR.-- AOPK ČR, Brno. Dvořák J. (1953): Příspěvek ke genesi nickamínku.-- Československý kras, 6, 72-73. Faimon, J. -- Štelcl, J. -- Sas, D. (2006): Anthropogenic CO2-flux into cave atmosphere and its environmental impact: A case study in the Císařská Cave (Moravian Karst, Czech Republic). -- Science of the Total Environment 369: 231-245. Frisia S. ­ Borsato A. ­ Fairchild I. J. ­ McDermott F. (2000): Calcite fabrics, growth mechanisms, and environmetns of formation in speleothems from the Italian Alps and Southwestern Ireland. -- Journal of Sedimentary Research, 70, 5, 1183-1196. Gradziňski M. ­ Szulc J. ­ Smyk B. (1997): Microbial agents of moonmilk precipitation. -- In: Jeannin P.Y.(ed) Proceedings 12th International Congress of Speleology, vol. 1. Swiss Speleological Society, La Chaux-de-Fonds, 275-278. Hanuláková, D. - Marvanová, L. (1994): Závěrečná zpráva o výskytu mikromycet ve Zbrašovských jeskyních a ověření možného fungicidního působení roztoku Boronitu na tyto mikroorganismy.-- Ms. Ces. Úst. Ochr. Přír., 14. Praha. Hanžl a kol. (1999): Geologická mapa Brna a okolí. 1:50 000, ČGÚ, Praha. Hill C.A. - Forti P. (1997): Cave Minerals of the World (2nd edition).-- National Speleological Society, Huntsville, Alabama. Hladil J. (1983): Cyklická sedimentace v devonských karbonátech macošského souvrství. -- Zemní plyn a nafta, 28, 1, 1-14. Hromas J. - Kučera B. - Skřivánek F. (1981): Jeskyně a propasti v Československu. -- Academia, Praha. - 33 http://www.cavemk.cz, 12.3. 2008 Chirienco M. (2004): The crystalline phase of the carbonate moonmilk: a terminology approach. -- Acta Carsologica, 33,1, 257-264. Ljubljana. Chlupáč I. ­ Brzobohatý R. ­ Kovanda J. ­ Stráník Z. (2002): Geologická minulost České republiky. -- Academia, Praha. Jones B. ­ Kahle C.F. (1993): Morphology, relationship, and origin of fibre and dendrite calcite crystals.-- Journal of Sedimentary Petrology, 63, 1018-1031. Kříž M. - Koudelka F. - Absolon K. (1940): Jeskyně Moravského Krasu.-- A. Píša, Brno. Reedice knihy Kříž M., Koudelka F.(1900,1902): Průvodce do Moravských jeskyň. Kukla J. (1953): Excentrické krápníky a nickamínek v jeskyni Izbici v Harmance na Slovensku.-- Československý kras, 6, 2-11. Praha. Losos Z. - VávraV.: Chemické složení minerálů a jeho vyjádření. -- http://www.sci.muni.cz/mineralogie/kap_3_6_prepocty/kap_3_6_prepocty.htm 12.2.2008 Mapový server ČGS, http://nts5.cgu.cz , 12. 3. 2008 Morita, R. Y. (1975): Psychrophilic bacteria.-- Bacteriological Review, 39, 144­167. Musil R. a kol. (1993): Moravský kras: labyrinty poznání. -- Jaromír Bližňák GEO program, Adamov. Northup D. E. ­ Dahm C. N. ­ Melim L. A. et al. (2000): Evidence for geomicrobiological interactions in Guadulpe Caves. ­ Journal of Cave and Karst Studies, 62, 2, 80-90. Northup D. E. ­ Lavoie K. H. (2001): Geomicrobiology of Caves: A Review.--Geomocrobiology Journal, 18, 199-222. Nováková, A. (2004): Saprotrofní mikroskopické houby v jeskyních Národního parku Slovenský kras.-- In: P. Bella, Výskum, využívanie a ochrana jaskýň, 4. Zborník referátov, 162­168. Liptovský Mikuláš. Onag B. P. (1995): Mineralogical data concerning moonmilk speleothems in few caves from Nothern Norway.--Acta Carsologica, 24, 429-437. Pakr A. (1979): Rozšíření a ochrana nalezišť nickamínku.-- Krajské středisko státní památkové péče a ochrany přírody, Ostrava. Panoš V. (2001): Karsologická a speleologická terminologie.-- Knižné centrum, Žilina. Přibyl J. ­ Vodička J. ­ Kuzdasová Z. ­ Hofírková S. (1984): Přehled údajů o jeskyních Moravského krasu, textová část 1.-- ČSAV, Brno. Přichystal A. (1993): Nová fakta do diskuse o nálezu z doby halštatské v jeskyni Býčí skála (Moravský kras).-- Časopis Moravského muzea, LXXVIII, 1/2, 75-86. Brno. - 34 Richter D.K. ­ Immenhauser A. ­ Neuser R.D. (2007): Electron backscatter diffraction documents randomly orientated c-axes in moonmilk calcit fibres: evidence for biologically induced precipitation.-- Geophysical Research Abstracts, 9, 02714, 1-11. Slačík J. ­ Schlemmerová L. (1974): Příspěvek k fluorescenci nickamínku a sintru. -- Československý kras, 26, 96-97. Slačík J. (1975): Fotoluminiscence v českých jeskyních.-- Československý kras, 27, 29-34. Academia, Praha. Verrecchia E. P. ­ Verrecchia K. E. (1994): Needle- fiber calcite: a critical rewiew and proposed clasification.-- Journal of Sedimnetary Research, 64, 3, 650- 664. - 35 - PŘÍLOHY Příloha 1. Plánek Sloupsko- šošůvských jeskyní s vyznačenými odběrovými místy (upraveno podle http://www.cavemk.cz) Příloha 2. Plánek jeskyně Suchožlebská zazděná s místem odběru vzorků (upraveno podle Absolon 1970) - 36 Příloha 3. Plánek Císařské jeskyně s místy odběru vzorků (upraveno podle Faimon et al. 2006) Příloha 4. Plánek jeskyně Horní v Chobotu s místem odběru vzorků (upraveno podle Absolon 1970) - 37 Příloha 5. Plánek Kateřinské jeskyně s místem odběru vzorků (upraveno podle http://www.cavemk.cz) - 38 Příloha 6. Makrofotografie nickamínku - 39 Příloha 7. Fotografie výbrusů v procházejícím světle (zelená škála = 0,39 mm) - 40 Příloha 8. Graf teplot jeskynní atmosféry na místech odběru vzorků 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Bílýdóm Nagelůvdóm Nicováj. Eliščinaj. Kateřinskáj. HornívChobotu Suchožlebská zazděná o C teplota 4.9. 2007 teplota 14.12. 2007 teplota 13.4. 2008 Příloha 9. Graf relativní vlhkosti jeskynní atmosféry na místech odběru vzorků 65 70 75 80 85 90 95 Bílýdóm Nagelůvdóm Nicováj. Eliščinaj. Kateřinskáj. Hornív Chobotu Suchožlebská zazděná % vlhkost 4.9. 2007 vlhkost 14.12. 2007 vlhkost 13.4. 2008 - 41 Příloha 10. Graf obsahu CO2 v jeskynní atmosféře poblíž míst odběru vzorků 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 Bílýdóm Nagelůvdóm Nicováj. Eliščinaj. Kateřinskáj. Hornív Chobotu Suchožlebská zazděná ppm obsah CO2 13.4. 2008 Příloha 11. Obsah volné a krystalické vody ve vzorcích nickamínku 47,2933,98 63,86 73,22 85,78 75,86 61,24 71,07 1,29 3,13 0,90 1,28 0,88 1,04 1,15 1,24 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Bílýdóm Nagelůvdóm jezírko Nagelůvdóm exit Nicováj. Eliščinaj. Kateřinskáj. Hornív Chobotu Suchožlebská zazděná hm % volná voda krystalická voda