Seznam anotací:

1. Odezva úplného slunečního zatmění v zemském magnetickém poli (GFÚ)
2. Stanovení parametrů tahových zemětřesení v oblasti západních Čech (GFÚ)
3. Změny klimatu ve Finsku odvozené z geotermických a meteorologických dat (GFÚ)
4. Mikrogravimetrický průzkum pro zjištění rizikového poddolování na stavbě železničního tunelu v Březně u Chomutova (GFÚ)
5. Fylogeneze žab čeledi Discoglossidae v Evropě: Rekonstrukce na podkladě ontogenetických a paleontologických dat (GLÚ)
6. Variské diastrofické siliciklastické sedimenty moravsko-slezské zóny (Český masív): zdroj a tektonické prostředí sedimentace (GLÚ)
7. Výzkum složení vnější atmosféry (ÚFA)
8. Fyzikální aplikace teorie deterministického chaosu (ÚFA)
9. Využití nových klimatických modelů (GCM) ke konstrukci scénářů pro dopadové studie v ČR (ÚFA)
10. Kvalifikace a kvantifikace přírodních a technických faktorů ovlivňujících vznik a projevy důlních otřesů (ÚGN)
11. Řešení rozsáhlých úloh matematického modelování v geomechanice s využitím dekompozice, kombinovaných vnitřních - vnějších iterací a výpočtů na víceprocesorových systémech (ÚGN)
12. Abraziva pro technologie vysokorychlostního vodního paprsku (ÚGN)
13. Příprava a vlastnosti SiOC skel získaných pyrolýzou silikonových laků (ÚSMH)
14. Nález a studium nového minerálu (ÚSMH)
15. Textura a elastická anizotropie amfibolitů ze superhlubokého vrtu KSDB-3 měřená za vysokého tlaku (ÚSMH)
16. Monitoring účinků trhacích prací na dole Tušimice-Nástup (Severočeské doly a.s.) (ÚSMH)

---

3.1 Odezva úplného slunečního zatmění v zemském magnetickém poli.

J. Střeštík

Úplné zatmění Slunce 11. 8. 1999 bylo mimořádnou příležitostí ke zkoumání odezvy tohoto zatmění v zemském magnetickém poli, protože bylo pozorovatelné ve střední Evropě v oblasti pokryté celou řadou geomagnetických observatoří. Krátkodobé zastínění ionosféry po dobu úplného slunečního zatmění způsobí pokles její vodivosti. Tím se na krátkou dobu naruší systém elektrických proudů, které způsobují pravidelnou denní variaci geomagnetického pole, což se odrazí na pozorovaném průběhu pole na Zemi. Protože ve dnech kolem zatmění byla geomagnetické aktivita velmi nízká, bylo možné tento efekt dobře sledovat na řadě evropských stanic. K tomu účelu byla shromážděna data ze 14 geomagnetických observatoří od Anglie po Turecko, k tomu pro kontrolu ze tří stanic vzdálených. Po dobu kolem úplného zatmění vzrůstá především intenzita pole ve složce Y (východ-západ) přibližně o 10 nT. Tento vzrůst začíná přibližně hodinu před zatměním a končí hodinu po něm a je pozorován ještě v okolí pásu totality, kde zakrytí Slunce dosáhlo jen 70%. V magnetické deklinaci (úhel mezi směrem geomagnetického pole a poledníkem) je stejná změna ještě výraznější. Ve složkách X a Z nastává před zatměním pokles o 5 nT a pak vzrůst o 10 nT nad očekávané hodnoty. Tatáž změna se objeví v celkové intenzitě geomagnetického pole. Všechny tyto změny jsou časově spojeny se zatměním a nenastávají proto na všech stanicích současně. Na stanicích mimo oblast zatmění se nevyskytují, v menším rozsahu jsou však pozorovatelné na jižní polokouli na stejném poledníku a rovnoběžce.

• Střeštík, J.: The response of the 11. August 1999 total solar eclipse in the geomagnetic field. - Earth, Moon and Planets 85-86: 561-566 (2001).

---

3.2. Stanovení parametrů tahových zemětřesení v oblasti západních Čech.

V. Vavryčuk

Zemětřesná aktivita v oblasti západních Čech je charakteristická tím, že velká část pozorovaných zemětřesení vykazuje tzv. nestřižný mechanismus. Jedná se o netypický způsob uvolňování seismické energie, který nelze vysvětlit pohybem tektonických bloků ve směru podél zlomu. Nestřižný mechanismus lze pozorovat u tahových zemětřesení, při kterých je pohyb tektonických bloků i ve směru kolmo na zlom, což způsobuje rozevírání zlomu a jeho následné vyplnění fluidy. Na základě pozorování nestřižných mechanismů v oblasti západních Čech byl vytvořen teoretický model tahového zemětřesení a stanoven způsob výpočtu základních parametrů popisujících tento výjimečný zdrojový proces. Bylo prokázáno, že tahová zemětřesení jsou vázána na zlomy či zlomové systémy s anomální orientací vůči tektonickému napětí a jsou podmíněna vysokým tlakem fluid v zemské kůře. Z analýzy tahových zemětřesení vyplývá, že tlak fluid v ohniskové oblasti se blíží litostatickému tlaku a že pohyb bloků se při zemětřesení odkláněl od roviny zlomu až o 20 stupňů. Výsledky studia tahových zemětřesení přispívají k objasnění úlohy fluid při generaci zemětřesení a příčin výskytu zemětřesných rojů v této oblasti.

• Vavryčuk, V.: Inversion for parameters of tensile earthquakes. J. Geophys. Res. 106, No. B8, 16.339-16.355 (2001).
• Vavryčuk, V.: Non-double couple earthquakes of January 1997 in West Bohemia, Czech Republic: Evidence of tensile faulting. Geophys. J. Int. (2001, v tisku).

---

3.3. Změny klimatu ve Finsku odvozené z geotermických a meteorologických dat.

V. Čermák, J. Šafanda, P. Štulc, L. Bodri (Eötvös Univ., Budapešť), I. Kukkonen (Geological Survey of Finland, Espoo)

Klimatické změny, k nimž došlo v minulých stoletích, byly rekonstruovány z měření teploty v několikasetmetrových svislých vrtech. Teplotní profily ze 41 vrtů na území Finska byly podrobně analyzovány a z nich byla odvozena historie povrchové teploty v 18.-20.století. Ta byla porovnána s průměrnými ročními teplotami vzduchu měřenými na 14 finských meteorologických stanicích od první poloviny 19.st. Ukázalo se, že klimatický signál obsažený v teplotních profilech z vrtů dobře souhlasí s hlavním trendem teploty vzduchu zaznamenaným na meteorologických stanicích. Je jím oteplení, které začalo v druhé polovině 19.st. a jehož amplituda do poloviny 80-tých let 20.st. činila přibližně 0.6 oC. Kombinací meteorologických dat s teplotními profily z vrtů bylo možné určit dlouhodobé průměrné teploty vzduchu na jednotlivých stanicích před počátkem registrace. Jejich hodnoty naznačují, že průměrná teplota vzduchu v 18.století byla ve Finsku stejná nebo o několik desetin stupně C vyšší než v 19. století. Část recentního oteplení možná tak představuje návrat k předchozím vyšším teplotám v důsledku přirozené variability klimatu.
Teplotní profily ze tří nejhlubších vrtů byly využity k rekonstrukci klimatu v posledních dvou tisíciletích. Společným rysem všech tří rekonstrukcí je postupné oteplování v první polovině 2.tisíciletí, s maximem kolem roku 1500-1750. Tím se tato oblast liší od zbytku Evropy, kde v 15.-17. století byly naopak teploty podprůměrné a období se nazývá malá doba ledová.
· Bodri, L., Čermák, V. and Kukkonen, I.: Climate change of the last 2000 years inferred from borehole temperatures: data from Finland. Global Planet. Change, 29, 2001, pp.189-200.

---

3.4. Mikrogravimetrický průzkum pro zjištění rizikového poddolování na stavbě železničního tunelu v Březně u Chomutova.

J. Mrlina, V. Blecha (PřF UK)

V důsledku pokračující těžby uhlí v chomutovské pánvi bylo rozhodnuto provést přeložku železniční trati Žatec - Chomutov včetně výstavby tunelu. Při budování portálové stěny v ústí tunelu byla zastižena dutina v místech, kde není známo historické poddolování. Tato situace byla vyhodnocena jako vysoce riziková jak pro vlastní stavební práce, tak i stabilitu a bezpečnost tunelu.
Investor i ostatní zúčastněné instituce si vyžádali geofyzikální průzkum. Zvolena byla mikrogravimetrie jako nejvhodnější metoda k lokalizaci podzemních dutin. Měření byla realizována nad vstupní částí tunelu za portálovou stěnou v obtížných terénních a klimatických podmínkách (leden 2001). Tzv. reziduální tíhová mapa zobrazila indikace deficitu hmot na několika místech, z nichž některá byla interpretována jako efekt poddolování a navržena k ověření mělkými vrty. Ověřování bylo zahájeno v místě nejintenzivnější anomálie. Vrt se jevil jako negativní až do úrovně stropu námi interpretované dutiny. Na této hloubkové úrovni došlo k propadu vrtného nářadí o 5 metrů. Tento pozitivní výsledek, který prokázal existenci neznámé historické důlní komory, podpořil následnou realizaci husté sítě vrtů, která ve většině případů potvrdila naše gravimetrické indikace. Vrty byly současně využity k injektáži a sanaci celé plochy s ohledem na vysoký stupeň geomechanického rizika.

• Blecha, V., Mrlina J., (2001): Microgravity prospecting for the voids in an abandoned coal-working field. - Proceedings of 7th Meeting of EEGS, Birmingham, England, p. 134-135.

---

3.5. Fylogeneze žab čeledi Discoglossidae v Evropě: Rekonstrukce na podkladě ontogenetických a paleontologických dat.

Zbyněk Roček

Žáby čeledi Discoglossidae jsou paleontologicky doloženy již v juře, ale přežily až do dnešní doby. Existují tedy skoro 170 mil. let a jsou proto vhodným modelem pro studium morfologické evoluce. Druhohorní zástupci se podobali dnešnímu rodu Discoglossus a žili na celém superkontinentu severní polokoule, který se později rozpadl na Severní Ameriku a Eurasii. Na konci křídy (před 65 mil. let) však v Severní Americe vymřeli a dočasně vymizeli rovněž v Asii. V Evropě se rozdělili do dvou linií. První byla reprezentována drobnými až středně velkými formami. Od této linie diskoglosidů, kteří přežili krizi na hranici křída/terciér, se v oligocénu (před cca 30 mil. let) odštěpila druhá linie, představovaná robustními typy, shrnovanými do rodu Latonia. Ty byly specializované a citlivější na klimatické změny než příslušníci první linie. Dokládá to skutečnost, že Latonia zmizela z fosilního záznamu ve střední Evropě již koncem pliocénu a její poslední doklady jsou z pleistocénní lokality Pietrafitta (Itálie). To naznačuje její ústup před kontinentálním ledovcem do zbytkových refugií v mediteránní oblasti. Otevřeným problémem zůstává původ moderních rodů Discoglossus, Bombina, Alytes (rozšířených v Evropě) a rodu Barbourula (v jv. Asii). Možné jsou dvě hypotézy: (1) všechny vznikly v rámci první linie a mají tudíž svůj původ již v mesozoiku; (2) Discoglossus se mohl vyvinout z rodu Latonia zkrácením somatogeneze (doprovázené hypoosifikací) v důsledku pleistocenního ochlazení a podobný evoluční mechanismus lze předpokládat u rodů Bombina a Alytes, které lze strukturálně odvodit od slabě osifikovaných zástupců rodu Discoglossus.

• Kordikova, E. G., Polly, P.D., Alifanov, V.A., Roček, Z. , Gunnell, G.F., Averianov A.O. (2001): Late Cretaceous and early Tertiary microvertebrates from the North Eastern Aral Sea Region of Kazakhstan. - Journal of Paleontology, 75: 390-400.
• Rage, J.-C., Roček, Z.: Evolution of the Anuran Assemblages in the Tertiary and Quaternary of Europe, in context of palaeoclimate and palaeogeography. - Amphibia-Reptilia (Leiden) (v tisku).

---

3.6. Variské diastrofické siliciklastické sedimenty moravsko-slezské zóny (Český masív): zdroj a tektonické prostředí sedimentace.

F. Patočka, J. Hladil, P. Pruner (GLÚ AV ČR), L. Maštera, J. Otava and H. Gilíková ((ČGÚ, Brno)

Moravskoslezská zóna (MSZ) je v. okrajem Českého masivu. Tvoří jí výplně devonských až spodnokarbonských bazénů diastrofické (kulmské) facie, které byly při variské orogenezi odděleny od podloží, zvrásněny a po nasunutí na neoproterozoikum brunovistulika rozčleněny systémy střižných zlomů. Paleomagneticky zaznamenané rotace (ve směru hodinových ručiček) dílčích bloků moravskoslezské zóny jsou mezi hodnotami 90o a 110o vzhledem k paleolatitudám stabilního předpolí (Fennosarmatie). Kulmské sedimentární soubory MSZ se vyznačují hojností siliciklastických sedimentů - drob, arkóz a lithických pískovců. Geochemická data (o obsazích hlavních a stopových prvků) v těchto sedimentech jsou podkladem nové představy o jejich zdroji a tektonickém prostředí sedimentace. Stáří sedimentárních souborů MSZ se snižuje k východu. Nejzápadnější sedimentární výplně jsou většinou spodnoviséského stáří (s bazální částí pravděpodobně až givetskou). Jejich klastický materiál pocházel z mladého oblouku kontinentálního okraje (CIA), který měl některé rysy oceánského ostrovního oblouku (OIA). Oblouk by situován na starém pasivním okraji kontinentu (okraji mikrodesky brunovistulika). Do materiálu siliciklastik přispívala pestrá sada magmatických hornin (od bazických až po kyselé) resp. jejich metamorfovaných ekvivalentů. Středno- až svrchnoviséské bazény se vyvíjely v tektonickém prostředí vyzrávajícího CIA (s jen ojedinělými rysy OIA). Zdrojem siliciklastik byly horniny proměnlivého chemismu intermediárních až kyselých granitoidů. Na kyselé granitoidy bylo omezené spektrum složení zdroje následujících svrchnoviséských siliciklastik. Tektonickým prostředím byl vyspělý CIA přecházející v aktivní kontinentální okraj (ACM). Nejmladší soubory stáří nejsvrchnějšího visé až spodního namuru se ukládaly v prostředí CIA až ACM a byly tvořeny homogenním materiálem kyselých hornin. Vývoj zdrojů klastického materiálu diastrofických sedimentů MSZ odpovídá vývoji tektonických událostí od dílčích stadií orogenní kolize až po následný výzdvih a exhumaci kolizí zanořených tektonických šupin. Je pravděpodobně odrazem akrece tepelskobarrandienské mikrodesky na brunovistulikum v průběhu formování teránové mozaiky Českého masivu.

• Krs, M., Pruner, P., Man, O. (2001): Tectonic and paleogeographic interpretation of the paleomagnetism of Variscan and pre-Variscan formations of the Bohemian Massif, with special reference to the Barrandian terrane. - Tectonophysics, 332, 93-114. Amsterdam.
• Winchester, J.A. and the PACE TMR Network Team (contract ERBFMRXCT97-0136) including Belka Z., Patočka F., Kachlík V. (v tisku): A new interpretation of the Palaeozoic amalgamation of the Central Europe, based on new geological and geophysical investigations. - J. Geol. Soc. London, Spec. Pap.

---

3.7. Výzkum složení vnější atmosféry.

V. Truhlík, L. Třísková, J. Šmilauer

Znalost složení ionizované složky v oblasti vnější atmosféry Země je důležitým podkladem ke studiu řady jevů (např. vznik a šíření elektromagnetických vln) a proto je také model iontového složení součástí rozsáhlého mezinárodního projektu IRI (International Reference Ionosphere).
Našim příspěvkem je vytvoření nového globálního empirického modelu iontového složení ve vnější ionosféře Země pro výšky od 400 km až do 2500 km nad zemským povrchem. Tento model udává relativní zastoupení nejdůležitějších iontů - H+, O+, He+, a N+ - na základě dat měřených v období slunečního maxima na palubě družice INTERCOSMOS 24 přístroji vyvinutými v ÚFA AVČR a doplněný obdobnými daty měřenými americkými družicemi Atmospheric Explorer C a E v období slunečního minima. Sestává ze submodelů pro tři výškové hladiny při nízké sluneční aktivitě a pro čtyři hladiny při aktivitě vysoké. Zahrnuje interpolace pro různé výšky, daný den roku a pro danou sluneční aktivitu. Model je založen na reprezentaci poměrné koncentrace jednotlivých iontů přidruženými Legendrovými polynomy do 6. řádu v souřadnicích místní čas a šířka, modifikovaných pro reálný tvar geomagnetického pole Země. Výškové profily jsou aproximovány Bookerovými funkcemi, pro sluneční aktivitu a den roku je použita zatím aproximace lineární. Nově navržený model byl porovnán s dostupnými měřeními iontového složení z datových archivů americké agentury NASA a japonské ISAS. Výsledky porovnání ukazují, že nový model ve většině případů (pro O+ takřka vždy) lépe vystihuje reálná data než stávající model IRI, a proto bylo na zasedání mezinárodní pracovní skupiny COSPAR/URSI pro referenční ionosféru v roce 2001 navrženo jeho začlenění do nové verze tohoto mezinárodního modelu.

• L. Třísková, V. Truhlík, and J. Šmilauer, 2001. On possible improvements of outer ionosphere ion composition model in IRI. Adv. Space Res., v tisku.
• L. Třísková, V. Truhlík, and J. Šmilauer, 2002. An empirical model of ion composition in the outer ionosphere. Adv. Space Res., v tisku.
• V. Truhlík, L. Třísková, J. Šmilauer, and I. Iwamoto, 2002. Comparison of a new global empirical ion composition model with available satellite data. Adv. Space Res., v tisku.

---

3.8. Fyzikální aplikace teorie deterministického chaosu.

J. Horák

Těžiště činnosti v teoretické meteorologii spočívá v aplikacích matematické teorie chaosu na atmosférické systémy. Potíže při integraci prognostických rovnic atmosféry obcházíme přechodem na jejich konečnědimenzionální aproximace, které zachovávají kvadratickou nelinearitu původních parciálních diferenciálních rovnic termohydrodynamiky atmosféry. Smysluplnost tohoto počinu, tj. redukce na konečný počet dimenzí a tím i na konečný systém obyčejných diferenciálních rovnic, je založena na námi prokázané existenci invariantních přitahujících množin v modelech barotropní atmosféry, tzv. inerciálních variet známých z teorie dynamických systémů. Jsou to konečnědimenzoiální útvary, na nichž je posléze pro velké časy soustředěna dynamika atmosférických systémů. Na tomto poznatku zakládáme matematickou teorii klimatu, v níž posuzujeme otázky prediktability, možných změn klimatu (klimatických katastrof) a citlivost klimatických modelů na vnější perturbace. Závažným poznatkem, k němuž jsme dospěli při matematickém modelování procesů v atmosféře, je důležitost úlohy teorie singularit (bifurkace, katastrofy) pro poznávání chaotických režimů atmosféry. Neúspěšnost dlouhodobé předpovědi není způsobena neschopností prognostických týmů, ale neodstranitelnou vnitřní vlastností atmosféry. Matematické studium klimatu je značně obtížné a vysvětluje to, mimo jiné, i na jistotu, která stále zůstává v otázce oteplování atmosféry způsobené rostoucí koncentrací CO₂ v atmosféře. Poznatky, které jsme získali, jsou diskutovány v monografii autorů z ÚFA AVČR, ÚFP AVČR a MFF UK, která vyjde v nakladatelství Academia a která navazuje na předchozí monografii, pojednávající o teorii deterministického chaosu (Horák,J., Krlín,L.:Deterministický chaos a matematické modely turbulence. Academia, Praha 1997).

• Horák, J.: Equation of barotropic fluid on a rotating spherical surface and its inertial manifold. Studia geoph. geod., 2000, 44, 26-37.
• Horák, J., Krlín,L., Raidl,A.: Deterministický chaos a jeho fyzikální aplikace. Academia Praha, 2002, cca 500 stran (v tisku)

---

3.9. Využití nových klimatických modelů (GCM) ke konstrukci scénářů pro dopadové studie v ČR.

M. Dubrovský, I. Nemešová

Pro výzkum dopadů klimatické změny, který probíhá v několika oblastech (zemědělství, hydrologie, hydrobiologie, lesnictví), jsou třeba vstupní údaje ve formě meteorologických údajů s denním časovým rozlišením pro očekávané budoucí klima (tzv. scénáře klimatické změny). Scénáře byly získány z výstupů z globálních klimatických modelů (s měsíčním rozlišením) metodami přímé modifikace a pomocí zdokonaleného stochastického generátoru Met&Roll. Studovány byly výstupy sedmi spřažených modelů systému atnosféra-oceán s růstem koncentrací antropogenních příměsí sledujícím skutečné hodnoty v minulosti a rostoucí podle emisního scénáře IS92a do konce 21. století. Globální modely byly validovány (tj. byla ověřena jejich schopnost simulovat současné klima) v globálním i regionálním měřítku; pro konstrukci scénářů byly vybrány ty, které současné klima simulují nejlépe: německý model ECHAM4, britský HadCM2 a americký NCAR. Oběma metodami byly zkonstruovány časové řady denních hodnot teploty, srážek, sluneční radiace, vlhkosti, směru a rychlosti větru pro různé časové horizonty (roky 2020, 2050, 2080).
S využitím denních meteorologických řad byly pomocí růstových simulačních modelů studovány dopady změny klimatu na výnosy kukuřice na zrno, pšenice ozimé a ječmene jarního ve třech lokalitách ČR. Bylo zjištěno, že přímý efekt nárůstu koncentrace CO₂ se projeví výrazněji než změna "počasí" v podmínkách změny klimatu. Podle zavedené metodiky by v důsledku změny došlo ke zvýšení výnosů všech studovaných plodin. Tři varianty scénáře změny klimatu (2xCO₂) se promítly do hydrologie a složení vody ve vybraných vodních nádržích v ČR následujícím způsobem: přítok kolísal, teplota vody v období letní stratifikace vzrostla o 0,8 až 2,2 °C, o 3 až 4 týdny se zkrátila doba zámrzu nádrže, trofie nádrže vyjádřená koncentrací chlorofylu se výrazněji nezměnila, ale došlo k poklesu koncentrace rozpuštěného kyslíku.

• Dubrovský M., Žalud Z. and Šťastná M., 2000: Sensitivity of CERES-Maize yields to statistical structure of daily weather series. Climatic Change, 46, 447-472
• Hejzlar J., Dubrovský M., Buchtele J., Růžička M.: The effect of climate change on the concentration of dissolved organic matter in a temperate stream (the Malše River, South Bohemia). Science of Total Environment (submitted)
• Hejzlar J., Dubrovský M., Růžička M., Buchtele J.: Impacts of climate change in a temperate drinking water reservoir (Římov reservoir, Czechia) - II. Model development for the "Atmosphere-Catchment-Reservoir" system. J.Hydrol. Hydromech. (submitted)
• Kalvová J., Halenka T., Bezpalcová K. Nemešová I.: Koeppen climate types in observed and simulated climates. Studia geoph.geod. (accepted)
• Nemešová I., Kalvová J., Farda A. (2001): On selected temperature characteristics in the observed and simulated climates. In: Global Change - Open Science Conference, Amsterdam, 2001, CD-ROM
• Růžička M., Hejzlar J., Dubrovský M., Buchtele J.: Impacts of climate change in a temperate drinking water reservoir (Římov reservoir, Czechia) - III. Testing climate change scenarios. J. Hydrol. Hydromech. (submitted)
• Žalud Z., and Dubrovský M.: Modelling climate change impacts on maize growth and development in the Czech Republic. Theor. Appl. Climatol. (accepted)

---

3.10. Kvalifikace a kvantifikace přírodních a technických faktorů ovlivňujících vznik a projevy důlních otřesů.

Na základě analýz 77 důlních otřesů, ke kterým došlo v OKR od roku 1989, matematického modelování napěťodeformačních stavů v horninovém masivu indukovaných hornickou činností, hodnocení vývoje indukované seismicity, laboratorního výzkumu charakteru procesu porušování vybraných hornin, vycházejícím ze sledování projevu akustických emisí při zatěžování horninových vzorků a statistického hodnocení přírodních a hornických faktorů spolupůsobících při důlních otřesech bylo prokázáno, že s postupem do hloubky, zejména pod mocné komplexy pevných a lavičnatých hornin tvořících nadloží sloje 37 (a jejího ekvivalentu) nabývají na významu otřesy s ohnisky mimo sloj (tzv. otřesy horninového masivu), zatím co slojové otřesy jsou díky trvalému uplatňování protiotřesové prevence méně četné.
Byly formulovány:
- typické přírodní poměry, v nichž otřesy horninového masivu vznikají a kvalifikovány typické fyzikální (mechanické) vlastností hornin a horninového masivu, založené na schopnosti materiálů akumulovat, a při porušení uvolňovat elastickou energii, včetně možností ovlivňování těchto poměrů,
- napěťové změny v horninovém masivu indukované postupem důlních děl při ražení a dobývání, které vedou k náhlému porušení hornin i ve vzdálenějším okolí důlního díla. Matematické modely prokázaly vliv přírodních a hornicky indukovaných diskontinuit v horninovém masivu (tektonické poruchy, uhelné pilíře atd.) na kritické (nebezpečné) přerozdělení napěťových polí,
- význam a úloha pevných hornin v nadloží a podloží, ovlivňujících vznik otřesů v důsledku neúplného zavalení či prolomení vrstev a to zejména s využitím seismického monitoringu a matematického modelování. Experimentálně byla prověřena účinnost trhacích prací velkého rozsahu ve vyšším nadloží a zhodnocen jejich dosah.
Získané poznatky byly využity pro zpřesnění metod prognózy a prevence důlních otřesů i pro návrhy úprav stávající legislativy - vyhlášky ČBÚ č. 45/1995 a vyhlášky ČBÚ č. 104/1988 ve znění pozdějších předpisů.
Práce byly podporovány grantovými projekty GAČR 105/99/1218 "Důlní otřesy v české části Hornoslezské pánve - analýza geomechanických a hornických faktorů ovlivňujících jejich vznik a projevy", GAČR 105/00/P064 "Faktory ovlivňující vznik akustických emisí ve vzorcích hornin za trojosého stavu napjatosti", projekt ČBÚ II - "Prognóza důlních otřesů, příčiny jejich vzniku a metody prevence"

• Konečný, Petr: Changes of nature of rockbursts with increasing mining depth in Czech part of Upper Silesian Coal Basin. RASIM 5, Fifth International Symposium on Rockbursts and Seismicity in Mines, The Dynamic Rockmass Response to Mining Mount Amanzi Hartbeestpoort, Republic of South Africa, 2001
• Konečný, Petr, Velička, V.: Některé poznatky z důlních otřesů v Ostravskokarvinském revíru v období od zahájení útlumu těžby. Uhlí, rudy, geologický průzkum 10 - 11/2001
• Holečko, J., Ptáček, J., Takla, G., Konečný, Petr: Rock bursts in the Czech part of the upper Silesian Coal Basin - features, theoretical models and conclusions for practice. 9th Int. Congress on Rock Mechanics, Paris, 2000
• Konečný, Petr: Akustické emise při cyklickém zatěžování hornin z české části Hornoslezské pánve - Kaiserův efekt. Documenta geonica, Ostrava 1999. - S 303-310
• Konečný, Petr: Důlní otřesy v české části Hornoslezské pánve při dobývání slojí pod mohutnými bezeslojovými partiemi. Přijato na mezinárodní konferenci Nerostné suroviny a hornická činnost 21. století, VŠB - TU Ostrava, 30. až 31. ledna 2001
• Konečný, Petr: Acoustic emissions during cyclic loading of Carboniferous rocks and manifestations of Kaiser effect. Proceedings of the Eurock 2000 Symposium, Aachen, March 2000, Verlag Glückauf, Essen, pp.649-652
• Konečný, Pavel: Factors influencing the origin of the acoustic emission in rock samples in uniaxial stress conditions. Proc. of the ISRM 2001 - 2nd ARMS, Beijing.

---

3.11. Řešení rozsáhlých úloh matematického modelování v geomechanice s využitím dekompozice, kombinovaných vnitřních - vnějších iterací a výpočtů na víceprocesorových systémech.

Matematické modelování v geomechanice vede k řešení rozsáhlých úloh v případě studia jevů v třírozměrných oblastech velkých rozměrů. Výpočetní požadavky mohou být dále zvýšeny uvažováním nelineárního chování geomateriálů, posouzením více konstrukčních variant a optimalizací návrhu i posouzením nejistoty ve vstupních datech, Numerické řešení úloh geomechaniky metodou konečných prvků pak vede (MKP), pak vede k vysokým nárokům na řešení rozsáhlých soustav algebraických rovnic. Pro řešení těchto soustav se většinou používají iterační metody typu CG nebo GMRES kombinované s předpodmíněním pro snížení počtu iterací. Předpodmínění je realizováno tak, že v každé iteraci řešíme jednodušší úlohu, která je blízká původní úloze a kterou lze vytvářet různými technikami dekompozice původní úlohy. Takový postup je výhodný i pro paralelizaci výpočtů. V naší práci byla využita dekompozice posunutí v úlohách mechaniky, dekompozice oblasti a dekompozice na hrubou globální MKP diskretizaci a jemnější lokální MKP diskretizaci pro lokálně přesnější modelování a studium detailů. V každé iteraci je potom potřeba řešit částečné úlohy vzniklé dekompozicí. Často je výhodné tyto částečné úlohy řešit opět iteračně, přičemž lze vystačit s méně přesným řešením. Takový postup s vnitřními iteracemi však vyžaduje doplnit metodu sdružených gradientů explicitní ortogonalizací směrů. Použití kombinovaných vnitřních - vnějších iterací je pak efektivní a navíc umožňuje optimalizovat celkový výpočetní proces a zmenšovat počet vnějších iterací, které mohou být silně zatížené přesuny dat či komunikací při použití paralelních výpočtů. Pomocí vnitřních iterací lze i balancovat zatížení jednotlivých procesorů. Popsané metody byly vyzkoušeny na řešení modelových i praktických úloh na různých počítačích. Ukázalo se, že popsaný přístup umožňuje dobrou adaptaci na použitý hardware. Zajímavým důsledkem této skutečnosti bylo například dosažení srovnatelných výpočetních časů na výkonném multiprocesorovém počítači a klastru levných PC.
Výzkum badatelský (B)
Práce byla podporována grantem GA ČR 105/99/1229 a zapojením do mezinárodní spolupráce podporované grantem EC INCO KIT 977006.

• Blaheta R.: GPCG - generalized preconditioned CG method and its use with nonlinear and nonsymmetric displacement decomposition preconditioners. Zasláno do Num. Linear. Alg. Appl.
• Blaheta R., Byczanski P., Jakl O., Starý J.: Space decomposition preconditioners and their application in geomechanics. Přijato do Math. Computer Simulation
• Blaheta R., Jakl O., Starý J.: Parallel Displacement Decomposition Solvers for Elasticity Problems, vyjde v Parallel Processing and Applied Mathematics, Springer-Verlag, Lecture Notes in Computer Science
• Blaheta R., Jakl O., Starý J. : Parallel high-performance computing in geomechanics with inner/outer iterative procedures, vyjde v Proceedings of International Conference on Computational Science ICCS 2002, v Springer Verlag, Lecture Notes in Computer Science

---

3.12. Abraziva pro technologie vysokorychlostního vodního paprsku.

V roce 2001 byla v rámci mezinárodního projektu INCO-COPERNICUS No. IC 15- CT9B-0821 (1999-2001) zpracována publikace pod názvern "Abrasives for AWJ Cutting". Publikace shrnuje poznatky získané v letech 1989- 2001 v oblasti výzkumu abraziv pro technologie abrazivního vysokorychlostního vodního paprsku (AWJ) získané v rámci řešení výše uvedeného projektu INCO COPERNICUS, grantových projektů GA AVČR 31 654, 31 655 a GA ČR 202/93/2338 a 201l96/0931 a badatelských projektů AVČR K1-042-603 a K 301 2103. Jako abraziva pro technologie vysokorychlostního paprsku se používají různé druhy minerálních koncentrátů jako jsou granáty různého složení, staurolit a olivín, nebo i recyklované druhotné suroviny jako strusky nebo keramika. Tyto materiály představují abrazivajak pro dělení, tak pro otryskávání konstrukcí.
Abrazivní materiály byly zhodnoceny jak z hlediska mineralogického a petrologického, tak také z hlediska jejich chování v procesu generování abrazivního vodního paprsku a při působení na rozpojovaný materiál. Byly vypracovány metodiky pro hodnocení vlastností abrazivních koncentrátů na vstupu do systému AWJ, řezného výkonu abraziva v referenčních materiálech, opotřebení zaostřovací trysky, metodika pro popis a morfologickou analýzu zrna a řezných stop pomocí obrazové analýzy v makro- a mikro- měřítku. Zcela původním výsledkem je stanovení biologické škodlivosti respirabilní frakce prachu, která vzniká desintegrací přírodních a syntetických abraziv a minerálů skupiny křemene při aplikaci abrazivního vodního paprsku. Dále byl studován vliv teploty na vlastnosti minerálních abraziv a to na příkladu almandinu, pyropu a olivínu. Metodika hodnocení řezného výkonu abraziva byla použita v průběhu výše uvedeného projektu INCO- COPERMCUS všemi partnerskými institucemi (14 partnerů z osmi evropských zemí). Práce přispěla k formulování přetrvávajících problémů a nových témat pro další výzkum v této oblasti.

• Martinec P., Foldyna J., Sitek L., Ščučka J., Vašek J.: Abrasives for AWJ Cutting, ÚGN Ostrava, prosinec 2001. {V této publikaci je uvedena bibliografie k dané problematice).
• Foldyna J., Martinec P., Sitek, L.: Testing of Mineral Types of Abrasives for Abrasive Water Jet Cutting. Proceedings of the 2001 WJTA American Waterjet Conference, Hashish (ed.), WJTA, 2001, pp. 291 - 303.
• Barčová K., Mašláň M., Zboňl R., Martinec P., Kula P.: Thermal decomposition of almandine garnet: Mossbauer study. Czech. J. Phys. 51, 2001, 749-754.

---

3.13. Příprava a vlastnosti SiOC skel získaných pyrolýzou silikonových laků.

Pyrolýzou polysiloxanů v inertní atmosféře vznikají kompaktní sklovité materiály, značně odolné proti oxidaci za vysokých teplot. Tyto materiály jsou modifikacemi křemenného skla, ve kterém je některá z dvojic atomů kyslíku nahrazena atomem uhlíku. Kromě toho je přítomna jistá část uhlíkových struktur, volně rozptýlených v síti SiOC. Z hlediska odolnosti proti oxidaci za zvýšené teploty je třeba, aby obsah volného uhlíku byl pokud možno nízký a tvořil izolované domény, které nekomunikují s povrchem.
Cílem výzkumu bylo studovat možnosti přípravy SiOC skel pyrolýzou silikonových laků, vybrat vhodný typ prekurzoru a optimalizovat pyrolyzní proces z hlediska odolnosti produktu při zahřívání v oxidační atmosféře. Byly studovány pryskyřice Lukosil M130, Lukosil 150 a Lukosil 901, které se výrazně liší v obsahu metylových a fenylových skupin. To se projeví ve struktuře a vlastnostech pyrolyzátů na jejich bázi.
Komerčně dostupné silikonové pryskyřice jsou většinou tvořeny smíšenými metylfenylpolysiloxany, které se vytvrzují při teplotách okolo 250 ⁰C. Vytvrzené pryskyřice se vyznačují dobrými elektroizolačními vlastnostmi a dobře odolávají povětrnosti a jsou stálé do cca 300 ⁰ C. V oxidační atmosféře dochází k porušení vazby Si-C, samotná siloxanová vazba se však neporušuje.
SiOC skla byla připravena tepelným vytvrzením a následným zahříváním silikonových laků v inertní atmosféře dusíku. K analýze výchozích laků a produktů byly použity chemické a fyzikálně chemické metody jako jsou elementární analýza, nukleárně magnetická rezonance, infračervená spektroskopie a termogravimetrie.
Bylo zjištěno, že řízenou pyrolýzou v inertní atmosféře dochází k postupné transformaci zesíťovaných polysiloxanů. Produkty pyrolýzy tvoří dvě poměrně nezávislé fáze: oxykarbidové sklo o složení SiO_x C_1-x/2 a vysoce kondenzovaný polyaromatický systém blízký uhlíku. Obsah výše uvedených struktur závisí na typu prekurzoru a na konečné teplotě pyrolýzy. V případě Lukosilu M130 pyrolyzovaného za teploty 1000 ⁰C jsou klastry aromatických struktur izolované a velmi malé, což je výhodné z hlediska odolnosti proti oxidaci za vysokých teplot. Naopak u pyrolyzátu na bázi Lukosilu 901 vzniká spojitá uhlíková struktura, která komunikuje s povrchem.

• Brus, J., Kolář, F., Machovič, V., Svítilová, J.: Structure of silicon oxycarbide glasses derived from poly[methyl(phenyl)siloxane] precursors, - J. Non-crystalline Solids 289: 62-74 (2001).

---

3.14.  Nález a studium nového minerálu.

Studium geofaktorů horninového prostředí, které v běhu času působí jako velká unikátní laboratoř, umožňuje získat bohaté spektrum údajů o vzniku, přeměnách a rozpadech minerálů. Studium přírodních minerálních fází přináší poznatky, které úzce souvisejí s podmínkami jejich vzniku, k němuž často dochází v anomálním prostředí. Tak vznikly např. minerály bohaté vanadem, arsenem a fosforem v kontaktní zóně cínonosného granitu Slavkovského lesa. V současné době je možné minerální fáze připravovat i synteticky, což však mnohdy neumožňuje vznik takové struktury minerálů, která je běžná v přírodních hydrotermálních systémech - např. syntetický gustavit je rhombický, zatímco přírodní je monoklinický (1).
Podařilo se nám získat vzorky hornin, u nichž přírodní podmínky umožnily vznik fází s neobvyklým, dosud nepopsaným chemickým složením. O to cennější je studium, popis a zhodnocení minerálů intermetalických sloučenin s nízkým obsahem síry, které vznikly v podmínkách vysokoteplotní autometamorfózy. Kolektivem spolupracovníků objevený nový minerál telluroněvskit (2) indikuje extrémní podmínky segregace kovů v kulovitých částicích v sekundárním topazovém kvarcitu ze sopečného pohoří Vihorlat ve Slovenské republice. Syntetická příprava dříve neznámé fáze umožní prostudovat všechny její fyzikálně-chemické vlastnosti.

(1) Pažout R., Ondruš P., Šrein V.: Gustavite with variable Bi/Sb ratio from Kutná Hora deposit, Czech Republic, a new occurrence. - N. Jb. Miner., Stuttgart, 4: 157-168 (2000).

(2) Řídkošil T., Skála R., Johan J., Šrein V.: Telluronevskite, Bi3TeSe2, a new mineral. - Eur. J. Mineral.,13:, 177-185 (2001).

---

3.15. Textura a elastická anizotropie amfibolitů ze superhlubokého vrtu KSDB-3 měřená za vysokého tlaku.

V rámci geologického, geofyzikálního a geochemického výzkumu nejhlubšího vrtu na světě (12 262 m), který se nachází na poloostrově Kola v Rusku, byl prováděn laboratorní výzkum amfibolitových vzorků odebraných z hloubek od 8 868 m do 11379 m. Byly vybrány vzorky s rozdílnou texturou a mineralogickým složením. Z odebraných jader byly vyrobeny kulové vzorky o průměru 50 mm, které byly podrobeny vysokému hydrostatickému zatížení (až 400 MPa), které lze předpokládat v hloubce cca 15km pod povrchem. Při vysokém tlaku byla metodou ultrazvukového prozařování podélnými vlnami zjištěna elastická anizotropie hornin, tj. rozdílnost elastických vlastností vzorku v různých směrech. U stejných horninových vzorků dále byla stanovena jejich textura metodou neutronové difrakce. Na základě znalosti takto stanovené textury a petrologického složení jednotlivých vzorků hornin bylo možno modelovat - vypočítat elastické vlastnosti (elastickou anizotropii) hornin.
Zjištěné výsledky ukázaly, že je možno stanovit elastické vlastnosti hornin a jejich anizotropii dvěma zcela nezávislými metodami - ultrazvukovým prozařováním a metodou neutronové difrakce. Dále bylo zjištěno, že mineralogické tenzory amfibolu a biotitu (pokud je přítomen) jsou stejně orientované. Další přítomné minerály (křemen a plagioklas) nepřispívají k elastické anizotropii, protože nemají přednostní orientaci, ale podílejí se na jejím snížení.
Srovnání výsledků elastické anizotropie stanovené metodou ultrazvukového prozařování a metodou neutronové difrakce ukázalo, že experimentálně stanovená anizotropie je nižší, než anizotropie vypočtená na základě výsledků neutronové difrakce. Toto zjištění je možno vysvětlit tím, že i při působícím hydrostatickém zatížení 400 MPa jsou ve zkoumaném vzorku stále ještě přítomny stavební elementy, jako je přítomnost trhlin, které však při zatížení 400 MPa ještě nejsou zcela uzavřeny. Zjištěné výsledky pomohou k lepšímu poznání vlastností a výskytu hornin, které se nacházejí ve spodní kůře a svrchním plášti Země.

• Nikitin, A.N., Ivankina, T.I., Ullemeyer, K., Lokajíček, T., Pros, Z., Klíma, K.: Texture-controlled elastic anisotropy of amphibolites from the Kola Superdeep Borehole SG-3 at high pressures. - Izvestiya, Physics of the Solid Earth 37: 37-45 (2001).

---

3.16. Monitoring účinků trhacích prací na dole Tušimice-Nástup (Severočeské doly a.s.).

M. Brož

Byl uveden do provozu systém okamžitého hodnocení seismických účinků trhacích prací velkého rozsahu v oblasti povrchového dolu Tušimice - Severočeské doly a.s. Zprávy o amplitudách seismických kmitů jsou předávány automaticky během několika sekund vedoucímu trhacích prací pomocí mobilních telefonů. Na základě těchto údajů jsou navrhovány velikosti náloží a jejich časové odstupy tak, aby nedocházelo ke škodám na budovách v okolí dolu. Údaje o seismických účincích trhacích prací jsou současně přenášeny na internetovou stránku ÚSMH (http://seis.irsm.cas.cz/irsm/tus/svtp.txt). Takto jsou dostupné veřejnosti, zejména obecním úřadům v nejbližších obcích - Spořice, Černovice a Málkov.