Záhada tufu bělka rozlousknuta

Jednou ze záhad geologické minulosti Českého masivu byla všudypřítomná vrstva tufu (zpevněného sopečného popela), zvaného bělka, v karbonských pánvích středních a západních Čech. Jak ale jednotlivé vrstvy z různých koutků Česka spojit a určit jejich zdroj? Na to se podívali odborníci z Přírodovědecké fakulty UK, Akademie věd ČR a České geologické služby v čele s Filipem Tomkem z Ústavu geologie a paleontologie PřF UK.

Během konečných fází variské orogeneze vznikala ve svrchním karbonu (období mladších prvohor před ca. 320–300 miliony lety = ~320–300 Ma) řada vnitrokontinentálních pánví. Do těch se ukládal sedimentární materiál z okolních hor a místy byly proloženy vulkanickými uloženinami. Vrstva tufu bělka v těchto pánvích byla zdokumentována jako unikátní chronostratigrafický marker (chronostratigrafie=popis a korelace vrstvení v sedimentech a jejich datování; marker=vyznačuje konkrétní polohu v sedimentárním sledu) v řadě vrtů a černouhelných dolech na vzdálenost přes 100 km. Problém však byl, že nebylo zcela jasné, k jaké sopce se tato vrstva vztahuje, a jak ji zařadit do geologického vývoje Českého masivu. To je i proto, že tyto pánve nejsou vždy odkryté celé, jsou různě zerodované či deformované pozdějšími procesy a s rostoucím stářím může mít jejich radiometrické datování větší a větší odchylky. Takové jsou už běžně problémy sedimentologů a stratrigrafů.

Další otázka spjatá s bělkou je: odkud se to všechno vlastně vzalo? Jedna sopka s podobným odhadovaným stářím jako tuf bělka (a s impozantními rozměry 35 km × 18 km) se u nás nachází na hranici s Německem v Krušných horách a nazývá se altenbersko-teplická kaldera, podle měst přes která se rozléhá. Co to vlastně taková kaldera je? Při přílišném a náhlém odčerpání hmoty z kůry se často stane, že povrch ztratí podporu zespoda a klesne (subsiduje) do vyprázdněného magmatického krbu. Výsledné struktuře se říká kaldera, a často je její vznik spjat s poměrně velkými a ničivými erupcemi (mezi takové nejničivější příklady patří i Yellowstone v USA, či Toba v Indonésii). Tvar altenbersko-teplické kaldery je v dnešním geologickém řezu velmi dobře viditelný díky žilám porfyrického mikrogranitu, který se vmístil do puklin vzniklých právě subsidencí.

Tato kaldera se tedy zdála jako vhodný kandidát pro větší erupce, avšak datování jejích jednotek nebylo zcela přesně sjednoceno. Tým Filipa Tomka a jeho kolegů se ujal rozsáhlé unifikace starších datování a měření nových U/Pb stáří na zirkonech metodou LA-ICP-MS (hmotnostní spektroskopie). To platilo pro zkompletování datování jak altenbersko-teplické kaldery, tak tufu bělka. Pro samotný tuf bělka byla dále analyzována distribuce mocnosti vrstvy a její zrnitosti, a kalkuloval se odhadovaný objem eruptovaného materiálu.

Výsledek stanovil trvání vulkanické aktivity altenbersko-teplické kaldery mezi ~318–313 Ma. Tuf bělka sám spadá právě asi ke kalderotvorné erupci okolo ~314 Ma. Na základě distribuce zrnitosti a mocnosti ukazují rekonstrukce, že vrstva mocná 10 cm se mohla vyskytovat až ve vzdálenosti 220 km od kaldery v okolí německého Řezna (vítr vanul pravděpodobně na jihozápad). Uloženiny pyroklastických proudů (rychle se pohybující velmi žhavá směs sopečného materiálu a plynů) se mohly dostat až do vzdáleností asi 50 km od centra kaldery. Minimální objem této kalderotvorné erupce byl vypočítán na 100 km3, což z ní dělá erupci 7. stupně (z 8) vulkanického explosivního indexu. Dohromady veškerý vulkanický materiál této kaldery za dobu její vulkanické aktivity se odhaduje na >350 km3. Řadí se tak mezi středně velké kaldery, jako je například i Valles kaldera v Novém Mexiku (USA).