Vítejte na EC, která osvětluje, proč vznikají nejen šestihranné, ale i jinak tvarované čedičové sloupce, a při krátké procházce uvidíte i příklady.
Jak na keš?
1.) Na úvodních souřadnicích můžete vidět solitérní čedič se zasazenou pamětní deskou připomínající rekonstrukci mostu a předmostí. Pěkná ukázka čedičového sloupce. Proč jsou stěny jinak zbarvené než povrch, kde byl kámen zlomen? Odpověď najdete např. v listingu.
2.) Na stage Lavičky můžete vidět dva čedičové solitéry, které mohou sloužit k sezení nebo jako stolek pro odložení např. oděvů či nápojů. Ten vzdálenější od mostu má na horní straně přibližně tvar:
A) sedmiúhelníku (heptagonu)
B) pravidělného pětiúhelníku (pentagonu)
C) lichoběžníku (trapezoidu)
3.) Další solitérní kámen můžete najít na stage 3 - Solitérní sloup. Zde pořiďte foto ze strany s letopočtem a spočítejte, kolik má sloupec stěn.
Fotografii přiložte k logu, odpovědi mi pošlete přes zprávy a můžete logovat.
EN:
This EC is about basalt stone form Dubičná quarry used as building material and decorations at Bridge of TGM in Kralupy. It shows how the basalt columns can sometimes be not only hexagonal.
1.) At the starting coords, examine the stone (with the tablet commemorating reconstruction). Why it has different color at the sides and at the part where it was broken?
2.) Stage 2 - Lavičky: There are stones used as the tables here. The one further from the bridge has on the upper side roughly the shape of:
A) heptagon B) pentagon C) trapezoid
3.) Stage 3 - Solitérní sloup: Make a photo with the stone and you or your nick and count the sides of the column.
Send me the answers via mail or PM and you can log immediately.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Vznik lokality
Předmostí v Kralupech na kralupské straně se dočkalo generální rekonstrukce a revitalizace, jež byla dokončena roku 2016. Vkusná realizace získala Cenu za nejlepší realizaci veřejného prostoru v soutěži Stavba roku Středočeského kraje 2016. Ke kvalitnímu výsledku snahy pomohlo také použití přírodního kamene, zvolen byl čedič z lomu v Dubičné. Ten je zde použit na solitérní dekorační kameny, jako odkládací plochy u laviček a jako náplň gabionů. A protože se do aktivního lomu nedá bezpečně vstoupit, earthcache je právě zde.
Sloupcový čedič
Čedič neboli bazalt je velice četná tmavá výlevná vyvřelá hornina s charakteristickou porfyrickou nebo sklovitou strukturou, někdy s vyrostlicemi jednotlivých minerálů. Vyskytuje se však i ve formě škváry, bez viditelných krystalů. Obvykle má šedou či černou barvu, zvětralý čedič má barvu spíše šedou. Čedič na řadě míst v ČR tvoří charakteristické útvary díky sloupcovité odlučnosti, procesu, kdy se z tuhnoucí lávy vytvoří nejprve sloupce obdélníkové, později typicky šestiboké, ale mohou být i jiné tvary - pěti- až osmiúhelníkový průřez je také relativně běžný. Do mezer mezi jednotlivými sloupci může vzlínat nebo zatékat voda, která dále čedič definuje a přispívá k jeho zvětrávání. Proces vzniku sloupců objasňuje precizně hned několik earthkeší nejen v ČR, např. Sloupcovitá odlučnost bazaltu od Bubenik_CZ (mimochodem i zde byl na pomník použit kámen z Dubičné). Součástí podobných keší bývá obrázek tento či podobný:
Zdroj: https://www.geologie-astronomie.cz/Fotogalerie/_fotogalerie/Sloupcovita-odlucnost-pod-hradem-Preitenstein-v-Nectinech/1718.html
Na obrázku vypadá vše idylicky a geometricky, až poslední část najednou překvapí - pětiboká odlučnost? V předchozí fázi je přece horní povrch ideálně rozdělen do šestihranů (hexagonů). Ve skutečnosti tomu tak není vždy.
Proč nejen hexagon
Hexagon neboli pravidelný šestiúhelník je definován jako pravidelný šestihran se stejně dlouhými stranami a všechny jeho vnitřní úhly tedy svírají úhel 120°. Přesně v takové útvary by láva ztuhla za naprosto ideálních podmínek. Jenže nic v přírodě není dokonalé. Vědci dovedou vysvětlit proces tuhnutí lávy a tvorbu čedičových sloupů. Původně homogenní láva se nakonec přestane pohybovat a začne tuhnout. Proces ochlazování trvá dlouhá desetiletí a staletí podle mocnosti lávové vrstvy, nejdříve se ochlazuje povrch. Tento proces je provázen praskáním povrchu; protože tekutá láva zaujímá větší objem než tuhá lávová hornina, vytvoří se praskliny. Proces lze sledovat nejen na lávě, ale také na bahně či zasychajícím škrobu. Podívejme se na příklad s tuhnutím povrchu bahna, ten netrvá tak dlouho a lze snáze pozorovat.
Tuhnutí a praskání bahna
Zdroj: http://www.lgoehring.com/Papers_files/2014_PhysicsToday.pdf
Pokud bahno vyschne, vytvoří se v něm praskliny, které na sebe budou navazovat ve zhruba pravých úhlech (T - praskliny, mají spoje typu T). Pokud však bahno opakovaně vyschne a znovu se zavlaží a opět vyschne, postupně se začnou vytvářet spoje, které začnou připomínat písmeno Y, Důvod je ten, že původní dvě praskliny, které se stýkají v úhlu cca 90°, uvolní napětí a vytváří se další prasklina, která se již tvoří za jiných tlakových podmínek. Časem se původní tvary začínají přesouvat směrem k úhlu s nejmenším napětím v ploše - 120° Samozřejmě nemůžeme vždy hovořit o úhlu v plném smyslu, v procesu jsou zastoupeny nejen přímky.
Zdroj: http://www.lgoehring.com/Papers_files/2014_PhysicsToday.pdf
Po mnoha cyklech takového vysušení a namočení budou nakonec převládat na povrchu struktury zhruba hexagonální, neboť vyplňují plochu s nejměnším napětím vůči svému okolí. A to nejen u bahna a nejen na Zemi.
Zdroj: http://www.lgoehring.com/Papers_files/2014_PhysicsToday.pdf
Na posledním obrázku jsou příklady z Antarktidy, Marsu a dokonce z hlavy krokodýla, kde je tvořena jeho kůže šestihrannými destičkami, zatímco jinde na těle ne - i zde totiž původně byla jednolitá pokožka a během embryonálního vývoje se rozdělila na jednotlivé kožní destičky.
Praskání kamene
Nabízí se otázka, proč tedy čedič, kde lze předpokládat, že vychladl a už zůstal chladný (narozdíl od neustále vlhčeného a sušícího se bahna), není na počátku uvedeného stavu - u T spojnic. Zde se totiž uplatňuje jiná okolnost, a sice hloubka, ve které sloupce tuhly. Zcela na povrchu se vytvořila spíše pravoúhlá struktura puklin, protože však proces trval desetiletí, za vhodných podmínek se do puklin dostávala voda, podzemní i povrchová, jejíž vypařování a opětovné ochlazování přispívalo k relativní stabilizaci prostředí a tedy k tvorbě téměř ideálních hexagonů směrem dovnitř v chladnoucí a tuhnoucí hmotě. Rychlost tuhnutí se odráží také na šířce čedičových sloupců, kde rychleji tuhnoucí sloupce jsou tenčí, i když jsou ze stejného materiálu. Nikdy se však nestane, že by prostředí bylo natolik ideální, aby se vytvořila naprosto přesná geometrická struktura jako v úvodním diagramu.
Proces v angličtině:
Zdroj: https://imgur.com/i0Z4j6s
Proč tedy pětihrany, sedmihrany a jiné?
Horninotvorné procesy probíhají za přírodních podmínek a sloupcovitá odlučnost čediče je sama o sobě jevem, který vzniká pouze za specifických podmínek. Vzhledem k místním zvláštnostem - okolní hornina, podloží, (ne)přítomnost vody a její množství aj. - to vše se podílí na distribuci chladnoucí horniny. Vzhledem k tom, že praskliny nebudou v chladnoucím kameni nikdy zcela pravidelné, tlakem se přenáší tyto anomálie na okolí a způsobují, že dlouhodobě chladnoucí a homogenní horniny budou mít více šestihranů a více pravidelnosti. Ve výsledku se počet stran u velikého vzorku bude v průměru šesti hranám blížit, stejně jako jejich styčný úhel se bude blížit 120°, nicméně anomálie vždy budou.
Jak je to s podílem sloupců jiných než šestihranných
Následující tabulka ukazuje porovnání na vzorcích známých přírodních ukázek sloupcovité odlučnosti čediče - prvních 18 - s matematickými modely; a na závěr tři příklady ze zasychání škrobu (starch). První sloupec ukazuje množství změřených sloupců, druhý průměrný počet stran. Třetí sloupec od konce tabulky pak ukazuje průměrný úhel svíraný prasklinami, ten bohužel neměřili u všech vzorků. Všimněte si např. prvního řádku Giant's Causeway, kde bylo měřeno vše.
Zdroj: https://imgur.com/UUpY02F
Je tedy zjevné, že celkově se struktura blíží ideální hexagony pokryté ploše, ale za přírodních podmínek díky drobným nepravidelnostem vznikají také tvary jiné, přičemž nejpočetnější jsou méně pravidlené šestiúhelníky (úplně přesný přírodou vytvořený geometrický pravidelný šestiúhelník je takřka zázrak), následované útvary s jiným počtem stran - nejčastější jsou pak pětihrany a sedmihrany, které mají k šestce nejblíže. Jejich podíl je v každém ze sledovaných útvarů jiný a nelze hovořit o trendu jakýmkoli směrem, snad jen, že kameny mají tendenci tvořit kromě šestihranných spíše sloupce s menším počtem stran (což potvrzuje předchozí zkoumání), zatímco rychle tuhnoucí škrob v pokusech vykazuje tendenci k většímu počtu stran (což jistě vyžaduje další zkoumání, ale přece jen škrob tuhne mnohonásobně rychleji a v menším měřítku a je použit hlavně pro srovnání).
Zjednodušeně si můžeme představit zhruba následující stav (matematický model, Voroného teselace):
Zdroj: https://imgur.com/cK4SBaK
Faktický součet na lokalitách u nás prováděn a publikován nebyl, ale např. ve Francii proběhl výzkum na několita lokalitách v Centrálním masivu a přinesl následující součty:
Vidíme v předposledním sloupci, že šestihranný průřez sloupců převažuje, nicméně pěti- a sedmihrany jsou běžné (tvoří cca 30 - 40% sloupců) a jiný počet stran je spíše výjimkou.
Zdroj: https://www.researchgate.net/profile/Etienne-Medard/publication/225458985/figure/tbl3/AS:669005647982617@1536514784799/Statistics-resulting-from-clicking-the-drawing-in-Fig-6a-by-different-users-of-the.png
Jinde v přírodě
Pro zajímavost, pokrytí plochy hexagony najdeme i jinde v přírodě a všude jsou v nich nepravidelnosti. Zde vidíme další použití hexagonu v přírodě, plást včelí i vosí, i ten je za ideálních podmínek rovněž tvořen pravidelnými šestihrany.
Zdroj: https://www.snexplores.org/article/bee-wasp-build-nests-math-geometry
(Na příkladu můžeme vidět plást včely medonosné Apis mellifera /sic., správně je skutečně mellifera/ či vosy obecné Vespula vulgaris; třetí druh, Vespula shidai, se vyskytuje ve východní Asii)
Bonus
Na videu zde je pěkně celý proces vysvětlen (v angličtině).
Jak vznikají čedičové sloupce
Shrnutí
Různé tvary průřezu jednotlivých sloupců čediče jsou dány nerovnoměrnými pomínkami, za kterých láva tuhla a praskala. Ačkoli většina známých čedičových útvarů je tvořena převážně hexagonálními sloupci, každý útvar a každý sloupec v něm bude trochu jiný díky specifickým podmínkám, za kterých vznikl.
Zdroje
U obrázků jsou zdroje uvedeny.
Další zdroje neuvedené v textu:
https://cs.wikipedia.org/wiki/Sloupcov%C3%A1_odlu%C4%8Dnost
https://cs.wikipedia.org/wiki/%C4%8Cedi%C4%8D
https://www.geologie-astronomie.cz/Fotogalerie/_fotogalerie/Sloupcovita-odlucnost-pod-hradem-Preitenstein-v-Nectinech/1718.html
https://is.muni.cz/th/spwwn/Bakalarska_prace.pdf
https://coord.info/GCAFGPV