Geofyzika je jednou z novějších disciplín, používaných i ve speleologii k vyhledávání podzemních dutin a volných prostor. Tento vědní obor využívá poznatků geologie, fyziky, elektroniky a hromadného zpracování dat. Současně je aplikovanou vědou, která studuje přirozená nebo umělá fyzikální pole.

Geofyzika využívá pole tíhové, magnetické, elektrické, elastické vlnění, radioaktivní a tepelné záření. Podle toho se dělí geofyzikální metody na gravimetrii, magnetometrii, geoelektriku, seismiku, radiometrii a geotermiku. Geofyzikální metody mohou být užity podle podmínek a způsobu měření v různých variantách – letecké, pozemní, důlní, vrtné a pod. Každá z metod má svoji metodiku a přístrojové a interpretační zvláštnosti.

Geoelektrické metody lze rozdělit na:

Metody Stejnosměrné:
- odporové (profilování, sondování)
- potenciálové – metoda nabitého tělesa
- elektrochemické – metoda spontánní polarizace

Metody Elektromagnetické:
- metoda velmi dlouhých vln
- elektromagnetické prosvěcování

Metody Geomagnetické:
- vyhodnocování intenzit zemského pole pomocí gravimetru
- sledování rozdílů a proměnlivosti zemského pole geomagnetometrem

Metody Alternativní:
- detekce senzibila - telestéta pomocí virgulí


Jedna ze starších metod k hledání dutin, dle vodivosti - "Geska" | Foto: Kamil Pokorný

Geoelektrika vychází z elektrických vlastností hornin. Nejdůležitějším parametrem je zde měrný odpor. V menší míře lze využít měření samovolně vznikajících filtračních potenciálů – polarizovatelnost a permitivitu prostředí. Měrný odpor je pak stanoven odporem krychle horniny o hraně 1 m a vyjadřujeme jej v ohm – metrech. Je ovlivněn množstvím faktorů – mineralogickým složením, porozitou, stupněm nasycení vodou, její mineralizací, strukturou a texturou hornin, teplotou a tlakem. Odpor stoupá se stupněm zpevnění horniny, se snižováním pórovitosti a s vysoušením horniny. Naopak, klesá se stupněm zvodnění a nasycení mineralizovanými roztoky a s navětráním a porušením horniny. Ze souvislostí a praxe vyplývá, že „snadno“ lze odhalit pouze větší, širší prostory, vyskytující se spíše hned pod povrchem. Konkrétně jeskyně se většinou projevují jako vodivé zóny, protože objem těch částí krasové struktury, které jsou vodivější než krasověním neporušený vápenec, bývá zpravidla mnohem větší než těch, které se mohou projevit oproti svému okolí zvýšením odporu. Pruh zkrasovělého vápence, nebo vyzděná chodba, zvláště pórovitými cihlami nasáklými vlhkostí, se většinou v geofyzikálním poli projevuje jako vodivá zóna.

Odporové profilování – je jednou ze základních metod, kterou lze praktikovat v mnoha variantách a možnostech uspořádání elektrod, přičemž je u všech odporových měření nutno elektrické pole vytvořit. Elektrodami proudovými (A,B) zavádíme do horniny proud. Elektrodami potenčními, měřícími (M,N), pak měříme elektrický potenciál nebo gradient. Velikost hloubkového dosahu pak určuje vzdálenost proudových elektrod A, B od sebe, přičemž hloubkový dosah většinou odpovídá třetině až čtvrtině jejich vzdálenosti.

Vertikální elektrické sondování – spočívá ve studiu naměřené sondážní odporové křivky. Při měření se používá Schlumbergerova symetrického uspořádání.

Metoda potenciálová – metoda nabitého tělesa – sleduje hodnoty elektrického pole v okolí bodového samostatného zdroje – proudové elektrody. Přístrojové vybavení je zde stejné. Nesleduje se však elektrický odpor, ale křivky nebo izo-linie buď vlastního potenciálu, nebo jeho gradientu (spádu). V druhém případě jsou výsledky přesnější.

Metody elektrochemické – zejména metoda spontánní polarizace, je postupem měření přirozených elektrických polí filtračního původu. Při průtoku vody horninovým prostředím, při dostatečné rychlosti a mineralizaci, dochází ve směru toku k vytváření relativně kladného potenciálu oproti místům, odkud voda teče. V příznivých případech tak lze vysledovat směr proudění podzemní vody v sedimentech (zatopenou nezděnou podzemní chodbou), skryté vývěry a ponory, místa netěsností v přehradní hrázi a pod.

Přístroje pro měření stejnosměrným proudem – u nás šlo převážně o různé typy přístrojů řady Geska, které vyráběl podnik Geofysika Brno. Tyto přístroje musí mít při měření napětí vysoký vstupní odpor. Měří proud a napětí, nebo přímo odpor. Jsou vybaveny spínačem proudu a kompenzátorem polarizace (odstraňuje rušivá stejnosměrná napětí na měřících elektrodách).

Metody elektromagnetické – pracují se střídavým polem generovaným cívkou, smyčkou, přímkovým uzemněným kabelem, nebo anténou. Primární generované pole indukuje ve vodivých objektech pole sekundární, které má stejnou frekvenci ale je fázově posunuto a skládá se s ním v pole výsledné, které se detekuje zpětně měřícím dipólem (cívkou, smyčkou, anténou). Výhodou je rychlost měření, bez potřeby vytvářet často pracné galvanické spojení se zemí. Nevýhodou je časté rušení kabely, potrubím, a jen omezená možnost vyhledávání objektů, které se projevují jako nevodiče.

Metoda velmi dlouhých vln – řadíme ji do pasivních nízkofrekvenčních metod ( 15 – 20 kHz). Měření je jednoduché, není třeba kabelů, elektrod a generování vlastního pole, aparaturu obslouží jeden člověk. Tato metoda využívá pole vzdálených navigačních vysílaček na frekvenci 15 – 20 kHz. Využívá se vzniku vířivých proudů, které spolu s koncentračními proudy vytvářejí nad geologickými vodiči obecně orientované a fázově posunuté sekundární pole. Výsledný vektor je pak elipticky polarizován – jeho průvodič opisuje elipsu. Přístroj české výroby EDA (n.p. Geofysika Brno), měří sklon malé poloosy elipsy polarizace a poměr délky obou poloos elipsy polarizace a z anomálií se vyvozuje situace v podloží.

Elektromagnetické prosvěcování – řadí se do vysokofrekvenčních aktivních metod s generovaným primárním polem. Sovětské aparatury řady SRP užívaly frekvenci od 100 kHz do 100 MHz. Tím se zajišťuje rozdílná pronikavost vln prostředím. Šířené pole je do značné míry přímočaré a podléhá zákonům vlnové optiky. Principem metody je sledování útlumu vln v souvislosti s elektrickým odporem prostředí. Vodivé objekty (zdi chodby, rudná tělesa, jeskynní sedimenty), jsou místy zvýšeného útlumu. Nevodivé horniny (nezkrasovělý vápenec, dutina) pole naopak snáze propouštějí.

Ve speleologické praxi se pro vyhledávání předpokládaného směru pokračování dutin používaly běžné kapesní vysílačky. Pro amatérské vysílání bývalo státními orgány vyhrazeno frekvenční pásmo 3 MHz, pro účely organizací pak okolo 80 MHz. Zvláště při malých výkonech dostupných vysílaček by nemělo docházet k navázání spojení už při průchodu horninovým prostředím na vzdálenost několika desítek metrů. Vhodnější způsob než vyhledávat oblasti „slyšitelnosti“ byl, vybavit přijímač měřidlem intenzity přijímaného signálu a sledovat přesnější hodnoty a rozdíly zaznamenat konkrétně do mapy izo-linií měřeného pole, což poskytlo lepší obraz o poloze maxim a minim. Maxima bývají většinou úzkého protáhlého tvaru, sledujíc směr dutin ať již zkrasovělých, nebo vyzděných (chodeb).

Gravimetrie – využívá působení gravitačního zrychlení (tíže) na zemském povrchu, které je vektorovým součtem především přitažlivosti zemského tělesa a odstředivé síly rotující Země, přičemž se zapisují lokální anomálie, vznikavší z menší hloubky. Zkrasovění nebo dutiny chodeb se projevují většinou úbytkem hmoty, zápornými gravimetrickými anomáliemi – tíhovými minimy.

Geotermika – od hloubky 20 m níže teplota Země stále stoupá. Teplotní variace v důsledku střídání ročních období se projevují od 20 – 30 m níže podle tepelné vodivosti hornin. Termometrie je jednou z přímých metod, které mohou vést k vyhledávání dutin. V mělce uložené chodbě, prostoře pod povrchem, která je dostatečně rozsáhlá, dochází zejména v zimním období k cirkulaci vzduchu a prohřívání stropu. Vzduch často cirkuluje i v uzavřené prostoře, kdy jsou konce chodby zasypány, jen proto, že spodní část prostoru je teplejší, než strop. Termometrie byla speleologům dávno známa v primitivnější podobě, jako hledání tzv. „mastných fleků“ – míst, kde je roztátý sníh, nebo výskyt jinovatky.

Mnohem efektnější je snímkování na materiál citlivý na tepelné záření, nebo snímání a sledování přímo termokamerou. Pro tyto účely se využívaly v infračervené oblasti především dvě pásmová okna, pro které je atmosféra propustnější (pásma vlnových délek 3 – 5 µm a 8 – 14 µm). Snímkování se lépe osvědčuje v místech se sporou vegetací. Při snímání termokamerou je potřeba vyloučit i působení zimního sluníčka, které dokáže povrchy významně ohřát a zkreslit tak detekci teplotních anomálií. Termokameru rovněž k hledání chodeb, sklepů a jiných skrytých prostor využíváme.


Termosnímek povrchu terénu zde nepříznivě ovlivňuje vliv
zahřátí svitem sluníčka | Termofoto: Kamil Pokorný

Seismické metody – využívají umělých elastických vln v zemské kůře při odpalu trhavin, nebo v mělčích případech i úderu kladiva, dopadu závaží na podložku, přičemž se sledují vlny, odražené od podzemního objektu zpět k povrchu země – vlny přímé, odražené a čelné. Seismická energie vyvolaná výbuchem, se šíří jistou rychlostí jako vlna, dokud nenarazí na rozhraní – pak vznikají druhotné vlny – odražená a lomená. Zvukové vlny se šíří rychlostí 340 m/s, difragované vlny vznikají při střetu s ostrými nehomogenitami a neregulérní vlny vznikají rozptylem na mělkých nehomogenitách. Objemová deformace vytváří příčné vlny (odražené a čelné), vázané na tvarové a střižné deformace, kdy šíření těchto vln je pomalejší a nešíří se v kapalinách a plynech. Transformované vlny zase vznikají při dopadu podélné vlny na rozhraní spolu s příčnými vlnami vertikálně nebo horizontálně polarizovanými. Zpětným odrazem vln od zemského povrchu a také od některých rozhraní uvnitř zkoumaného profilu, vznikají násobné odrazy. Sledovány jsou i mikroseismy – nepravidelné pohyby půdy.
Seismické signály se zpracovávají pomocí přeměny mechanické energie na elektrický signál – využívají se tzv. Geofony. Uvnitř tohoto zařízení se magnet rozkmitá okolo cívky a tím vzniká na principu mikrofonu slabé elektrické pole. To se zesílí dále podle typu záznamu.

Takto se sledoval výskyt uhelných nezavalených slojí a dutin, částečně narušených šachet a chodeb, výskyt dutin podzemí v Klatovech, metodou lomených vln byl prováděn průzkum podzemí v Táboře. Metoda porovnává amplitudy vln odražených od dutin a od horizontu, kdy se využívá „stínu“ za dutinou. Metody lomených vln – vějířů (varianta kruhového uspořádání geofonů) se také využívalo při dohledávání krypt s dobrými výsledky, pokud nepřekračovala mocnost nadloží krypty více než několik metrů. To je pro případ chodeb ideální – vyskytují se naprosto převážně do 3 – 5 metrů hloubky. Seismika se aplikovala i při vyhledávání podzemních prostor a dutin v širším okolí hradu Veveří u Brna. Aparatura TRIO registrovala lomené vlny na 4 profilech s 2 m vzdáleností geofonů. Zdrojem vlnění byl úder kladiva ve středu kruhu. Byl takto zjištěn náznak určité příčné dutiny poblíž kapličky a konstatovala se možnost existence hlubšího recentního zásahu a nebo zavalené chodby.


Alternativní měření:

Telegnostika, Radiosteze a Biolokace

Nedá mi to, abych tyto alternativní metody nezmínil a přešel bez povšimnutí, jestliže jich celé roky osobně využívám, ku prospěchu reálného nalezení podzemních prostor typu stará skrytá studna, sklep i podzemní chodby pro oficiální průzkum a sanaci brněnského podzemí, ale i pod nádvořími hradů, zámků a jinde, zejména pro zachycení krasových dutin, poruch, výskytů a toků vody včetně hloubek.

Naopak - tyto metody je nutno jako velmi funkční metodu nejenom respektovat, ale i s úctou využívat, jestliže přináší tak pozoruhodné výsledky, jaké zaznamenáváme! A zároveň jsou jasnou součástí oboru Geofyzikálních metod, vždyť co jiného by to také bylo!

Tyto „proutkařské“ metody nemohu opomenout, jestliže s nimi sám osobně opakovaně detekuji např. chodbu na jižním i východním svahu Špilberku (možno navštívit), chodbu podcházející východní nádvoří hradu Veveří (možno navštívit), a desítky jiných reálných chodeb. Nezbývá mi, než svojí mnohaletou praxí skutečně potvrdit funkčnost této metody alternativní detekce, v mém případě nejvíce pomocí nerezové pružiny a L - drátů, a troufat si tyto služby i nabízet s úspěšností většinou 80 %.

Příjemným potvrzením pro mne i pro kolegy speleologické seniory, kteří také využívají tyto nástroje již mnoho let je, že se výborně shodujeme a při měření v terénu setkáváme, co se týče reakcí našich virgulí na stejné fenomény ve stejných místech s přesností půl metru. Například když jsem nedávno detekoval větev horního patra Ochozské jeskyně, reakce (stáčející se dutina) mne postupně přivedla až na místo, které již měli moji kolegové označeno na místních stromech několik let dříve, ale ne tak viditelně - barva na kmeni byla rozpoznatelná trochu z cesty, ale nebyla značena ze směru lesa, z něhož jsem s reakcí virgule přicházel... To bývají radostná překvapení a potvrzení.
Více o virgulích a mé práci s nimi - meníčko vlevo.

Trochu historie:

Kovové proutky prý přinesly do Evropy mongolské kmeny. I kyvadélka se vyráběla z nejrůznějších materiálů, z černého dřeva, z kosti, ze zlata, ze skla, z bronzu, z mosazi, z mědi, z hliníku, z titanu.

Ve 20. století se začala v kyvadlech vydlabávat díra na umístění tzv. svědka - vzorku materiálu, který se v terénu hledal – pomocí shodné rezonance či energie. Naši předkové hledali virgulí nejen rudy, kovy, ale i poklady ukryté pod zemí, ve zříceninách a pod. Nejvíc rukopisných knížek, určených hledačům pokladů, bylo zasvěcených patronovi skrytých podzemních bohatství sv. Kryštofovi. Podle jeho jména lid pojmenoval tyto knížky "Kryštofky". V 18. století a na začátku 19. století se kromě sv. Kryštofa často vzýval a zaklínal archanděl Gabriel, aby pomocí posvátné virgule pomohl čarujícímu prosebníkovi vypátrat poklady - zlato, stříbro.

Rozkvět přírodních a technických věd v 19. století vyvolal rázný odpor proti lidovým pověrám a pověstem a věcem okolo používání virgulí a kyvadel, ale dnes se to opět stalo předmětem moderních psychotronických průzkumů. Uplatnění se nachází i v architektuře, při hledání ropy, lokalizaci nebezpečných patologických zlomů, hledání nezvěstných lidí a v alternativní medicíně. Rozvinuly se i nové názvy pro proutkaření:

Radiosteze je způsob detekce (odhalování, odkrývání) všeho, co v přírodě vibruje a vysílá záření. Název vytvořil francouzský kněz abbé Bouly, který měl kromě teologického vzdělání velké vědomosti v oblasti medicíny a fytoterapie. Tento název je z latinského slova Radius (paprsek, záření) a z řeckého slova Sthesia (vnímání, citlivost), jde tedy o citlivost na záření.

Biolokace a Bioindikace - totožné názvy pro schopnost organismu (nejen lidského) v případě člověka interpretovat informace o terénu na určitém místě, předmětu, ale i živočiších a jiném člověku. Jev biolokace se užívá i při distančním (dálkovém) vytváření zónogramů, kdy například psychotronik kreslí na mapu - půdorys objektu, zóny a jiné zjištěné skutečnosti.

Nověji tyto metody technicky vysvětluje Ing. Růžička na bázi geofyzikálního působení vektorů rozdílných sil zemského pole a anomálií v podloží na rameno virgule, jež se vůči své ose pootočí. Princip detekce pak souvisí se zesílením rozdílného potenciálu oproti bioenergii člověka. Tyto jevy běžně využívají stavaři při potřebě rychle dohledat staré kabely nebo potrubí na pozemku stavby – ohnou si svařovací dráty a držíc je za kratší rameno coby osu, prochází terén, sledujíc překřížení drátů. Pověstnou variantou takových měření pak byla metoda uchopení krumpáče rukama za obě kovová ramena, přičemž dlouhá dřevěná rukojeť směřuje dopředu a jako anténa pak je přitahována podobně jako známější vrbový proutek ve tvaru písmene Y především do místa s protékající vodou nebo pramenem! Měl jsem tendenci se tomu smát - dokud jsem to sám nevyzkoušel!

Této metodě vyhledávání chodeb, prostor, sklepů, studní a jiných dutin – s použitím pružiny, se osobně spolu se studiem místních předpokladů a poměrů geofyzikálních (podloží) i historických a lidských (reálnost a důvody pro nákladné zhotovení chodeb v daném místě) věnuji nejraději, protože tato metoda je nejsnadnější (pro mne), dostatečně spolehlivá a přitom nejrychlejší, samozřejmě se vší nutnou objektivitou. Je potřeba výborná zkušenost a správná interpretace detekovaných anomálií spolu se znalostí tektoniky, místních poruch. Například reakce na dutinu, široká 3 metry, nemusí naznačovat hned takto širokou skalní prostoru, ale svisle promítnutou velmi úzkou skalní poruchu, která je šikmá. Senzibil pak zachytává půdorysně šířku jakoby od spodní levé části až po horní pravou část té šikmé úzké štěrbiny. Ale ten zkušenější už si to více "osahá" a rozliší i pomocí určování hloubek oněch reakcí. Detailněji to popisovat nebudu, lepší je, ukázat si to přímo v terénu :)


Detekuji dutiny kolem hradu Veveří | Fotoarchiv: Kamil Pokorný


Některé prameny:

- Časopis Stalagmit 3/1988 – RNDr. Libor Kraus a RNDr. Stanislav Mayer, Speleologický Klub Praha
- Radiotechnika ve speleologii – Burkhardt R., Nesrsta R., 1970, sbor. Okr. Vlast. Muzea v Blansku, 2/1970 Blansko
- Vysokofrekvenční sdělovací technika ve speleologii - Burkhardt R., Nesrsta R., - Slovenský kras XII. Sbor. Muz. Slov. Krasu, L. Mikuláš
- Úvod do užité geofyziky – Mareš a kol. 1983 – SNTL Praha
- Užitá geofyzika pro SPŠ hornické - SNTL Praha 1972
- Zpráva o geol. Měření v již.č. M.krasu – Hašek V., Dvořák J. 1972 – Geofyzika n.p. Brno

a řada dalších, mohu poskytnout a uvádí je onen časopis Stalagmit, celý zaměřený na tuto všechnu problematiku.