Během několika posledních let se nad územím naší republiky znatelně zaprášilo hned několikrát. Významné „zásilky“ prachu však na sobě nemají nálepku se zpáteční adresou, a tak je někdy nalezení zdrojové oblasti prachu tvrdým oříškem.

Vědci z Geologického ústavu AV ČR jsou však schopní nalézt i stopy prachu staré stovky milionů let.

Prach z ukrajinských stepí, z vulkánů Aljašky nebo Islandu, to jsou nejaktuálnější případy, kterými se v poslední době geologové z Geologického ústavu AV ČR zabývali. Vystopování, odkud prach pochází a jaké jsou procesy v atmosféře, které vedou k přenosům mnohem větších prachových částic, než se dosud předpokládalo, na značné vzdálenosti, nyní nachází společnou řeč i se sférou průmyslu.

Geolog se tak stává detektivem, který dokáže rozpoznat ve směsi přírodního a průmyslového prachového znečištění příspěvek konkrétní firmy a ukázat, kam až doletěl.

Cesta do hlubin času

Práce geologů, kteří se snaží nahlédnout do dávné minulosti naší Země, bývá často velice složitá. Aby totiž odhalili některou z důležitých událostí v minulosti Země (takzvaný „event“), musejí nejprve přijít s metodou, jak příslušná data z hornin „vydolovat“.

Poté musejí zformulovat hypotézu, co vlastně tato data říkají. A nakonec se musí spojit s řadou vědeckých kolegů, aby si ověřili, zda jejich hypotéza platí i jinde ve světě.

Práce českých prachových detektivů začala právě u hledání takové metody. Tým Jindřicha Hladila z Geologického ústavu AV ČR, v němž pracuje i mladá geoložka Leona Koptíková, se pokoušel najít způsob, jak vyčíst informace o „eventech“ v prvohorním devonu z vápenců, které budují jak středočeskou oblast Barrandienu, tak oblast Moravského krasu.

„Vápence jsou totiž v podstatě čistý uhličitan vápenatý. Jakékoliv nápadné zvýšení množství příměsí, tedy nečistot, v nich již znamená, že se v době, kdy se tato příměs v hornině usadila, mohlo stát něco zvláštního,“ vysvětluje sympatická vědkyně.

21. století vysvětluje:

Co je vlastně pro geologa událost?

Anglické slovo „event“, které užívají geologové pro označení nějaké náhlé změny, běžně znamená totéž co „událost“. Geologové pochopitelně nejsou schopní odhalit globální události, které trvaly příliš krátkou dobu (kromě pádů velkých bolidů či erupcí supervulkánů), nebo byly jejich stopy zahlazeny pozdějšími procesy jako je např. zvětrávání, tepelná, tlaková nebo chemická přeměna apod.

Typickou „geologickou“ událostí může být např. změna v atmosférickém či oceánském proudění, výrazné oteplení či ochlazení atmosféry a oceánu, stoupnutí či klesnutí hladiny oceánu v důsledku oteplení nebo naopak ochlazení zeměkoule, vytvoření nových překážek v podobě kontinentů nebo ostrovů či intenzivní vulkanismus. Takové „události“ probíhaly během tisíců a nezřídka až milionů let.

Stopy po miliony let starém prachu

„Role nečistot eolického (větrného) původu je mezi specialisty na vápence stále poněkud podceňována. Před námi se tady otevřelo široké pole působnosti,“ vysvětluje Leona Koptíková. Hledání nepatrných stop po 380 milionů let starém prachu přirozeně není jednoduchou věcí.

Nejprve je třeba si vytipovat zhruba správný interval ve vrstvách vápenců. K tomu geologové tradičně užívají metodu biostratigrafie, která se opírá o roli tzv. vůdčích zkamenělin v daném období.

Hledání drobných nečistot je už ale složitější. Pražští geologové užívají v podstatě dvě vzájemně se doplňující metody. První hledá ve vápenci, který je tvořen pouze nemagnetickými prvky (Ca,C,O), magnetizovatelné příměsi, např. železo, které je přítomné v řadě minerálů.

Druhou z metod, které vědci pro hledání významných příměsí užívají, je takzvaná gamaspektrometrie, s jejíž pomocí se měří zastoupení radioaktivních izotopů různých prvků, v tomto případě thoria, uranu a draslíku. Jejich množství je také úměrné množství „nečistot“ ve vápenci.

Prastaré vápence a zaprášený stůl

K jakým výsledkům zatím pátrání českého týmu hledačů nečistot zatím vedlo? „V poslední době jsme se věnovali časovému období na hranici mezi geologickými stupni devonu, tzv. emsem a eifelem, kterou lze nalézt i na řadě jiných míst na světě.

Tato změna se projevila úbytkem kyslíku ve vodě, který byl způsoben buď proměnou oceánského proudění a výšky hladiny, nebo rozkvětem života ve vyšších vrstvách vody,“ popisuje první vlaštovky Koptíková.

Výzkumem prastarých vápenců však dnešní aktivity geologů v oblasti výzkumu prachu teprve začaly. „Po práci jsme si často chodívali zahrát ping-pong ke stolu, umístěném v zahradě ústavu v Praze-Lysolajích.

Všimli jsme si, že stůl bývá občas neobvykle zaprášený. Díky naší práci jsme si tohoto prachu začali všímat více,“ vrací se k počátkům Koptíková. Netrvalo dlouho, a geologové začali sbírat prach cíleně.

Využívají způsob, kterému sami položertem říkávají „pekáčová metoda“. Prach tedy nevysávají prostřednictvím filtrů rovnou z ovzduší, ale nechají jej popadat přímo ze vzduchu do připravených záchytných nádob.

Prach pod mikroskopem i v laboratoři

Na sbírání vzorků prachu však nejsou vědci zdaleka sami. Pomáhá jim totiž zejména řada dobrovolníků, amatérských nadšenců, kteří se často rekrutují z řad amatérských astronomů. Ti jsou na prachu totiž také velmi zainteresováni.

Větší prašnost na jednu stranu znesnadňuje astronomická pozorování, na druhou stranu však způsobuje prach řadu krásných optických efektů.

Nasbírané vzorky poté putují do řady různých laboratoří, které k poznání složení prachu přispívají. Nejkomplexnější testy se provádějí ve spolupráci s chemiky. Ti např. pomocí rentgenových technik (EDX) či hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS) určí chemické i minerální složení vzorku.

Další významnou součástí rozboru prachu je jeho analýza prostřednictvím elektronového mikroskopu. Detailní snímky prachových mikročástic pak putují do rukou geologů, kteří podle jejich tvaru a struktury dokážou odhadnout jejich původ.

Zapomenout bychom však neměli ani na biologické specialisty – palynology, kteří se věnují organické složce prachu, především pylům.

Hledání nového prachu

Jak vlastně vypadá způsob, jímž se z usazeného prachu vyčtou důležité informace? V první řadě musí být nejprve vytvořen standard, tedy jakýsi „prachový podpis krajiny“. Prach se totiž usazuje v krajině prakticky neustále.

K tomuto takzvanému „prachu pozadí“ (angl. „background“) přispívají tradiční místní složky, tedy drobné částečky místních hornin, chemického a průmyslového znečištění, pyl zdejších rostlin a další organické příměsi.

Pokud je takový běžný prach již dobře známý, není velký problém rozpoznat, co k nám přicestovalo nového. Drobných prachových částeček se totiž mohou zmocnit např. velké a silné atmosférické proudy podobné silným mořským proudům, tzv. „jet-streams“ ve velkých výškách (okolo 7 až 16 km).

Díky nim k nám doletí prach i z velkých dálek, např. z Aljašky, jako tomu bylo v případě výbuchu sopky Mt. Redoubt v roce 2009. Další krok pak udělají meteorologové a klimatologové. Pomocí svých záznamů a modelů mohou určit tzv. „zpětnou trajektorii“, tedy trasu, jíž k nám prach přiletěl.

Pátrání po zpáteční adrese

„Prvním naším velkým stopařským úspěchem bylo odhalení původu prachu, který na naše území spadl poprvé koncem března 2007. Zatímco většina geologů i laiků předpokládala, že tento prach má původ na africké Sahaře, nám se podařilo ukázat, že přiletěl z oblasti Ukrajiny,“ vrací se zpět v čase Koptíková.

Úspěchy velmi komplikovaného propojení nejrůznějších metod tedy již existují. K čemu ale přesně tento vědecký postup můžeme využít? Kromě vylepšení meteorologických předpovědí, jež jsou důležité nejen pro běžnou populaci, ale právě např. pro astronomy, je největší využití prachové analýzy ve dvou oblastech.

Skládky a sopky

Tou první je propojení s průmyslem. „Průmyslový odpad dokáže tímto způsobem cestovat na velké vzdálenosti a my jeho trasy pomáháme odhalit,“ vysvětluje význam příspěvku geologů Koptíková.

Druhou možnou oblastí využití jejich výzkumů je letecká doprava a potenciál pro předpovědi. O tom, jak obrovskou roli hraje sopečný popel v letecké dopravě, nás naposledy přesvědčila islandská sopka Eyjafjallajökull (viz rámeček).

Podle všeho budou mít prachoví stopaři v budoucnu plné ruce práce. Nás může jen těšit, že výzkumníci prachu z naší republiky o sobě dávají vědět i ve světové vědecké komunitě.

Co to vlastně stíráme z poliček?

Jistě jen málokdo si při šůrování bytu položí otázku, z čeho se prach skládá a odkud se vlastně bere. Detailní vědecký pohled odhalí, že původ prachu je skutečně mnohočetný, a není proto divu, že k jeho podrobnému výzkumu je třeba spolupráce vědců z řady nejrůznějších oborů, kteří by se jinak setkali skutečně těžko.

Prach zajímá v první řadě geology. Velká část prachových částic (tedy takových, jejichž průměr nepřesahuje 500 mikrometrů) má totiž původ buď ve zvětralých horninách, nebo v současné vulkanické aktivitě (sopečný prach).

Svou ruku k dílu však při analýze prachu přiloží i biologové. Některé prachové částice jsou totiž ve skutečnosti výtrusy či pylem rostlin, sporami bakterií či drobounkými částečkami mrtvých organismů, např. hmyzu či roztočů, ale i částeček pocházejících z lidského těla (např. odumřelé buňky kůže).

Konečně poslední významnou součást prachu tvoří průmyslové exhalace, vzniklé při spalování fosilních paliv či průmyslové produkci.

Není prach jako prach

O prachu slýchá většina z nás také v momentech, kdy se mluví o všemožných zdravotních rizicích. Prachová zrnka menší než 10 mikrometrů tvoří ve směsi se vzduchem tzv. aerosoly. Takové částečky se dostávají až do plicních sklípků a mohou pro člověka znamenat řadu zdravotních ohrožení.

Právě tyto částečky jsou monitorovány prostřednictvím filtrů, s nimiž pracují hydrometeorologové, kteří pak vyšlou do světa varovný signál: Ovzduší je příliš znečištěné! Dalším ze zdravotních rizik, spojených s prachem, je riziko alergie.

Na alergických reakcích se pochopitelně podílí největší měrou pyl nejrůznějších rostlin, část však padá na vrub i drobným organismům, které se prachem přímo živí – roztočům.

Tito drobouncí příbuzní pavouků totiž pro strávení prachových částic vylučují trávicí enzymy, které se zpětně stávají součástí prachu. Do koloběhu se dostávají především díky exkrementům těchto drobounkých živočichů. A tyto látky dokážou u některých lidí vyvolat alergické reakce.

Letadla a sopečná nadílka

O prachu, zejména o prachu sopečném, se často začne v médiích mluvit a psát zejména v momentech, kdy taková nepředvídatelná sopečná exploze začne ovlivňovat leteckou dopravu.