Katedra geológie a paleontológie PriF UK: Za kamennými tajomstvami našej Zeme

„Geológia je životný postoj,“ ozve sa docentka Natália Hlavatá Hudáčková, keď vidí, ako s fotografom na dlhej chodbe vedúcej k jej pracovni obzeráme parapetné dosky súvisle pokryté kameňmi rôznych farieb a veľkostí. Ako nám objasňuje, každý kúsok je originál a každá hornina sa sem dostala z nejakého dôvodu. „Múzeum má exponáty, ktoré sú pekné, výstavné, ale my tu máme kúsky, ktoré sú vzácne z pohľadu vedy,“ dodá nadšene. Ak by ste si však – podobne ako na začiatku ja – mysleli, že geológia je len o hľadaní a opisovaní exemplárov do sklenenej vitríny, aby sme si v prírodovedných múzeách mali čo obzerať, nemohli by ste byť ďalej od pravdy... Viac sme sa dozvedeli na Katedre geológie a paleontológie Prírodovedeckej fakulty UK, ktorej základy položil v roku 1938 Dimitrij Nikolajevič Andrusov – vnuk Heinricha Schliemanna, objaviteľa bájnej Tróje.


21. 08. 2020 09.48 hod.
Od: Redakcia NU

Koľko rokov má Zem a ako na nej vznikol život? Prečo niektoré druhy rastlín a živočíchov vymreli a iné nie? Prečo sú v Austrálii klokany a vtáci tam nelietajú? Ako vplýva náklon zemskej osi na klimatické zmeny? Čo je príčinou zemetrasení? Kde skladovať odpad jadrových elektrární? Môže byť na Marse voda? Ako nájsť ropu a plyn? Prečo už nemáme na Slovensku more? To je len niekoľko otázok, ktoré zazriem na plagáte katedry približujúcom oblasti jej odborného záujmu. Ak ste si niekedy vraveli, že si toho na plecia nakladáte veľa, mali by ste zavítať sem.

Čo sa v mladosti na geológii Slovenska naučíš...

„Geológia je naozaj veľmi komplexná prírodná veda. Keďže sa zaoberá zložením, stavbou, vlastnosťami a vývojom Zeme, čo nie je práve malý výskumný objekt, spracúva obrovské množstvo dát z rôznych oblastí ľudského poznania. A rovnako tak paleontológia, ktorá ako veda o vývoji života na našej planéte skúma fosílie vyhynutých organizmov,“ vysvetľuje mi zanietene docentka Natália Hlavatá Hudáčková. Niet sa prečo diviť, že z katedry vychádzajú odborníci, ktorí sa uplatnia nielen vo vyštudovanom odbore, ale aj ako stratégovia vo veľkých podnikoch.

„Zvlášť geológovi vyštudovanému na Slovensku sa otvárajú dvere do celého sveta.Prečo? „Geologické podložie Slovenska je totiž veľmi zložité. Keď si pozriete videá o tom, ako sa kontinenty v priebehu vekov hýbali a putovali, zistíte, že prostredie Západných Karpát je ako obrovská horská zmes, akási viacúrovňová skladačka, kde sa jednotlivé diely navzájom pozakrývali a následne zamiešali. Z každej strany k nám niečo prišlo. Napríklad tieto amonity,“ ukáže na špirálovitú schránku uchovanú v skale, ktorých má plnú pracovňu, „sme u nás našli v horninách, ktoré sa pred cca 120 miliónmi rokov nachádzali ešte takmer pri rovníku.“ Predstaviť si do detailov obrovské pohyby zemskej kôry, ktoré spôsobili, že tu teraz máme všetko na jednej hromade, musí byť náročné. „Áno, je. Veľmi pomáha poznanie konkrétnej geologickej situácie. Preto sa aj Česi dodnes podrobne učia i slovenskú geológiu,“ dodáva. A aj preto sa katedra dlhodobo teší záujmu zahraničných študentov o štúdium i stáže (napr. Erasmus+ či CEEPUS), a to nielen z európskych krajín, ale napríklad aj z Turecka či Indie.

Na prípravu všestranného absolventa potrebujeme

Pokiaľ ide o výučbu, katedra geológie a paleontológie spolu s ostatnými pracoviskami geologickej sekcie sprostredkúva základné vedomosti o neživej prírode nielen pre geologické, ale i ostatné študijné programy na fakulte. „Priamo na našej katedre môžu záujemcovia na bakalárskom stupni štúdia študovať geológiu a paleobiológiu a na magisterskom stupni potom pokračovať v dynamickej geológii alebo paleontológii,“ dozvedám sa. Študenti sa tu zoznámia s uceleným prierezom všetkých geologických špecializácií od základného výskumu až po aplikované odbory. „Získajú tu predovšetkým základné odborné znalosti zo všeobecnej geológie, kde spoznávajú zákony a sily, ktoré pôsobia na vývoj zemského telesa. Oboznamujú sa teda s príčinami a priebehom základných geologických procesov, ktoré môžu za súčasnú podobu našej Zeme, či už ide o vnútorné geologické činitele, ako sú tektonické pohyby, vulkanická činnosť a zemetrasenia, alebo vonkajšie geologické činitele, napríklad činnosť vetra a vody v podobe dažďa, vodných tokov či ľadovcov,“ objasňuje.

Študenti sa tiež naučia čítať geologickú mapu, čo je zručnosť oveľa náročnejšia, než by sa mohlo zdať na prvé počutie. „V porovnaní s geografickou mapou, na ktorej sú zaznačené nížiny, pohoria či pahorkatiny, je geologická mapa, ktorá vyjadruje znalosti o geologickej stavbe skúmaného územia, oveľa farebnejšia,“ hovorí a rovno predo mnou rozprestiera geologickú mapu Slovenska, ktorá sa skutočne hmýri desiatkami rôznofarebných polí. „Každá farba hovorí o tom, aký je ňou zaznačený masív hornín starý, čo sú to vôbec za horniny, aké majú chemické zloženie, takže je tam vlastne zakódovaná aj informácia o tom, ako vznikli,“ vysvetľuje. „K tomuto si prirátajte znalosti o jednotlivých nerastoch z mineralógie a horninách z petrológie, základy z geochémie, ložiskovej geológie, aplikovanej geofyziky, inžinierskej geológie, hydrogeológie a environmentálnej geológie a už teraz máte súceho absolventa, ktorý vie vyhodnotiť, kde sa môže realizovať stavba budovy, mostu alebo diaľnice, či cez ten a ten horský masív môže viesť tunel, či tá a tá oblasť disponuje vhodnými geologickými podmienkami na výstavbu priehrady a podobne,“ približuje odborné kompetencie vyštudovaného geológa.

Nevyhnutné praktické zručnosti získavajú študenti priamo v teréne. „V rámci kurzu geologického mapovania strávia dva týždne zvyčajne na Orave alebo Donovaloch, kde si cibria jednak schopnosť správneho vyhodnotenia pozorovaných geologických javov, napr. aj za pomoci geologického kompasu, ktorým zisťujeme údaje o orientácii geologických štruktúrnych prvkov, geologických rozhraní, jednak schopnosť zaznačiť tieto pozorovania do mapy pomocou farieb a geologických značiek.“ Na terénnych cvičeniach, počas ktorých postupne spoznajú celé Slovensko i niektoré zahraničné lokality – najmä v Alpách a sopky v Taliansku, sa zoznamujú s metódami terénneho geologického výskumu. „Predovšetkým sa naučia správne odoberať vzorky, na čo si potrebujú osvojiť aj prácu s lopatou a geologickým alebo paleontologickým kladivom,“ ozrejmuje.

„Neminie ich ani historická geológia, ktorá rekonštruuje fázy dejín našej planéty,“ doplní. Inak vedeli ste, že Zemi ťahá už na 4,6 miliardy rokov? Na priblíženie predstavy o čase v geologickej histórii navrhol americký astronóm Carl Sagan kozmický kalendár: 1. január predstavuje Veľký tresk, okolo polovice septembra vzniká naša Zem a 17. decembra sa končí obdobie prahôr. Nasledujú prvohory, 25. až 29. decembra druhohory a začínajú sa treťohory. Celé obdobie štvrtohôr, ktoré trvá už približne dva milióny rokov, sa podľa kalendára udialo na Silvestra, pričom historická doba človeka je koncentrovaná do poslednej polminúty roka. Ale späť k historickej geológii – ako geológovia dokážu vysvetliť miliardy rokov staré geologické procesy? „Predveké deje sa kvalitatívne zásadne nelíšili od tých súčasných. To je princíp aktualizmu – všetky udalosti v dejinách Zeme sú výsledkom pôsobenia takých síl, aké účinkujú i dnes. Zjednodušene možno konštatovať, že dnešok je kľúčom k minulosti. A naopak,“ vysvetlí mi.

Bez paleontológie to nepôjde

K povinnej výbave dobrého geológa patria aj vedomosti z paleontológie o vývoji biosféry, biodiverzity a evolúcii ekosystémov. Prečo je to aj pre geológa, zaoberajúceho sa prioritne horninami, také dôležité? „Jednoduchý pohľad na skameneliny v hornine je totiž jeden z najrýchlejších a najjednoduchších spôsobov, ako určiť relatívny vek danej horniny, príp. vek vrstiev hornín nad alebo pod týmito skamenelinami. To je kľúčová informácia nielen pre geológa, ale napríklad aj pre ťažobný priemysel, hlavne pri vyhľadávaní ropy a plynu,“ odpovedá. Okrem toho sa na základe rôznych ukazovateľov dá zo spoločenstva fosílií zistiť i to, ako vyzeralo prostredie, v ktorom vzniklo. „Vieme určiť, či to bola suchá zem, alebo dno hlbokého mora, dokonca vieme povedať aj to, aká bola teplota a chemické zloženie vody a množstvo iných vecí,“ dodáva. „To je na našej práci to nádherné – ako detektív starostlivo zhromažďujete všetky dostupné stopy z biológie, chémie a fyziky a snažíte sa dospieť k zmysluplnému riešeniu záhady.“

Kým všeobecná paleontológia skúma celý proces, ako sa živý organizmus stane fosíliou, systematická paleontológia presne opisuje jednotlivé skupiny organizmov a študuje príbuzenské vzťahy medzi nimi. Z fosílií zakonzervovaných v horninách však paleontológovia vyčítajú nielen to, ako sa vyvíjali rôzne organizmy, ale i to, ako na flóru a faunu na Zemi vplývali rôzne zmeny klímy či prírodné katastrofy, napr. výbuchy sopiek, cunami alebo pád mimozemských telies. „To je nesmierne dôležité. Tieto vedomosti nám totiž umožňujú jednak predvídať niektoré veľké zmeny, a to na základe menších zmien, ktoré im predchádzali, jednak sa pripraviť na ich dôsledky,“ zdôrazní. Preto je škoda, že odborníkov na geológiu a paleontológiu z klimatických debát často vynechávajú. Geochemické štúdie hornín a pevných schránok fosílnych organizmov umožňujú totiž spätne rekonštruovať teplotu a chemické zloženie atmosféry či hydrosféry až 600 miliónov rokov dozadu. A to je už celkom slušná vzorka.“

Katedru kvôli poznatkom z paleontológie a osteológie, ktorá sa zaoberá štúdiom kostí a zubov, navštevujú aj študenti archeológie. „Pre archeológiu je to veľký posun vpred. Archeológovia sa totiž veľmi dlho sústreďovali len na zvyšky, ktoré po sebe zanechal človek. Takto však dokážu získať komplexnejší prehľad o prostredí, v ktorom ľudia nimi skúmaného obdobia žili,“ hovorí.

V koži výskumníka

Na katedre sa nachádza najkompletnejšia zbierka fosílnych desaťnožcov v Európe. „Máme aj veľmi peknú zbierku trilobitov a mnoho ďalších vzácnych exemplárov,“ povie, ukazujúc nám snáď už tretiu chodbu plnú výkladných skríň. Ako sa k takému množstvu vzoriek dostali? „Dostať sa k vzorkám nie je až taký problém. Vďaka geologickej mape ako výskumníci presne vieme, kam máme ísť. Napríklad ja sa venujem mikropaleontológii mladých hornín, ktoré sú na geologickej mape vyznačené žltou farbou. Takže stačí prísť na miesto a odobrať si vzorku v potrebnom objeme – to sú často aj desiatky kilogramov materiálu. Ďalší postup závisí od toho, čo tam nájdem,“ približuje.

„Pri väčšej hornine mi veľa prezradí už prvý pohľad na ňu – napr. takéto jemnozrnné,“ siahne po skale na stole, „vznikli v tichom, hlbokovodnom prostredí. Ak chcem skúmať zloženie takejto horniny pod mikroskopom, v našej brusiarni si viem pomocou špeciálneho prístroja spraviť tzv. výbrus, čo je tenulinký priehľadný plátok horniny, ktorý má niekoľko mikrometrov.“

Čo ak má výskumník šťastie a natrafí na skamenelinu viditeľnú už voľným okom? „Vtedy je potrebné fosíliu vyčistiť natoľko, nakoľko je to len možné, aby sa mohla ďalej skúmať – teda vyslobodiť ju z horniny tak, aby sme videli každý záhyb nevyhnutný na správne určenie zvyškov organizmu zakonzervovaného v hornine,“ odpovedá. Na to slúži napr. špeciálna pneumatická ihla v laboratóriu na preparovanie a konzerváciu makrofosílií. „Následne spravíme zo špeciálnej zubárskej hmoty formu na výliatok, ktorý odlejeme zo sadry či iného materiálu,“ pokračuje. Fosília sa tak lepšie študuje, navyše originál sa tak uchráni pred možným poškodením. „Modelovanie je ďalšia praktická zručnosť, ktorú našich študentov učíme. Využijú ju nielen počas štúdia či vo výskume – máme absolventov, ktorí sa živia kreslením a vytváraním modelov fosílií pre múzeá či filmové ateliéry na Slovensku i v zahraničí. Naši absolventi dokonca spolupracovali aj na prvom Jurskom parku,“ pochváli sa úspechom niekdajších študentov.

Detailné skúmanie povrchu fosílie však zväčša nestačí. „Často sa potrebujeme pozrieť aj dovnútra, lebo niektoré skupiny organizmov vieme rozlíšiť napríklad len podľa umiestnenia dýchacej trubice. Takže horninu s fosíliou buď rozrežeme v brusiarni na polovicu, čím vznikne tzv. nábrus, alebo využijeme tomograf, ktorý umožňuje 3D snímkovanie vnútornej štruktúry fosílie bez toho, aby sme ju z horniny vyberali,“ dodáva.

Ak si výskumník z terénu odnáša vzorku s menšími horninami, postup je iný. „Vzorku vtedy vezmem najprv do našej veľkokapacitnej plaviarne, kde to množstvo hornín na sitách preplavím s cieľom získať frakciu do jedného milimetra.“ Takto vyseparovaná vzorka následne putuje do jedného z troch sedimentologických laboratórií, kde sa na základe toho, ako sa sedimenty usadzujú vo vode, určia ich fyzikálno-chemické vlastnosti. „Tie mi opäť prezradia veľa o dynamike prostredia, v ktorej hornina vznikala. Napr. takto sme určili, kadiaľ presne viedla paleodelta Dunaja pred 13 miliónmi rokov,“ objasňuje.

Ďalším dôležitým krokom je určovanie geochronologického veku hornín. „Veľa metód datovania je založených na princípe prirodzenej rádioaktivity. Atómy rádioaktívnych izotopov, teda nestabilné formy niektorých chemických prvkov sa totiž časom spontánne rozpadajú, t. j. atóm izotopu sa mení na atóm iného prvku a súčasne vyžiari alfa alebo beta častice – inými slovami: radiáciu. Vek sa potom určuje meraním pomeru množstva izotopu a jeho rozpadového produktu. V geológii sa využíva tzv. metóda stôp štiepenia, ktorá skúma priame účinky rádioaktívneho rozpadu v zrnách minerálov, teda poruchové stopy v štruktúre nerastu,“ vysvetľuje. „Ďalšou metódou je datovanie pomocou kozmogénnych nuklidov.“ To je čo? „Kozmogénny nuklid je vlastne chemický produkt, ktorý sa v hornine tvorí v dôsledku jej vystavenia kozmickému (slnečnému) žiareniu. Na základe koncentrácie kozmogénneho nuklidu, ktorá klesá s narastajúcou hĺbkou, tak vieme určiť, kedy bol daný sediment ožiarený Slnkom, t. j. kedy sa nachádzal na povrchu, čím určím jeho vek,“ znie odpoveď.

Ak chceme zistiť, či sa v horninách nachádzajú mikrofosílie, musíme sa vydať do špeciálneho mikropaleontologického laboratória, vybaveného chemikáliami, na ktoré upozorňujú hrozivo pôsobiace nápisy na stenách. „Na to, aby sme vedeli, akú chemikáliu môžeme použiť, aby sme fosíliu z horniny vyseparovali, potrebujeme najprv identifikovať, o akú fosíliu ide. Ak chceme z horniny dostať vápenatú fosíliu, teda schránky a zvyšky obsahujúce uhličitan vápenatý (napr. dierkavce), nemôžeme použiť nič iné, len peroxid vodíka, lebo všetko ostatné nám ju rozpustí. Ak chceme získať kremičitú fosíliu (napr. mrežovce), môžeme použiť všetky kyseliny okrem kyseliny fluorovodíkovej. A ak chceme vyseparovať organické zvyšky, ako sú peľové zrnká či semená rastlín, tak môžeme použiť všetky kyseliny,“ objasňuje. Ako dlho sa to rozmáča? „To závisí od typu horniny. Keď je to slabo spevnená, mladá hornina (napríklad len 13 miliónov rokov stará), tak sa to rozmočí za tri dni, no niekedy to trvá aj mesiac.“

Nasleduje systematická časť paleontológie, počas ktorej sa fosílie podrobne opisujú. „Kým pri makrofosíliách si často vystačíme s rôznymi špecializovanými lupami, mikrofosílie skúmame mikroskopmi, ktoré vedia dosiahnuť až stotisícnásobné zväčšenie. Vieme tak sledovať aj nanofosílie do veľkosti dvoch-troch mikrometrov,“ hovorí. Výsledkom je obrovské množstvo dát, ktoré treba spracovať. Študenti si preto musia osvojiť aj prácu s geologickými softvérmi a štatistickými metódami.

Špičkoví doma aj vo svete

Po tomto neprekvapí, že členovia katedry vo vede bez zveličovania dosahujú vysokú európsku úroveň – svedčí o tom kvalita ich publikácií vo vysoko impaktovaných časopisoch, zahraničné a domáce ocenenia, ako i participácia na riešení domácich a zahraničných grantových úloh, ktorých sumarizácia by bola na samostatný článok. Na katedre pôsobí aj špičkový tím výskumu geodynamického vývoja Západných Karpát – Geodynamics, ktorý integruje interdisciplinárny geologický, geofyzikálny a geomorfologický výskum do jednoliateho celku. Vedúcim tímu je profesor Michal Kováč, ktorý sa špecializuje na sedimentológiu. Katedru geológie a paleontológie okrem neho v tíme reprezentuje aj profesor Dušan Plašienka, odborník na tektoniku. O tom, že sú Západné Tatry mimoriadne vďačným výskumným objektom, svedčí aj medzinárodná konferencia ESSEWECA zameraná na ich environmentálny, sedimentárny, stratigrafický a štruktúrny vývoj, ktorej sa pravidelne zúčastňujú aj zahraniční vedci. Katedra ju organizuje každé dva roky už od roku 1998. Tá tohtoročná sa však pre pandémiu koronavírusu musela zrušiť.

Na katedre pracuje aj jeden z najoceňovanejších mladých vedcov Slovenska – doktor Matúš Hyžný, ktorý má na svojom konte viacero významných objavov. „Pred pár rokmi medzinárodný tím vedcov pod jeho vedením našiel najstarší fosílny doklad tzv. pištoľových kreviet z hornín starých asi 28 miliónov rokov,“ uvádza jeden z jeho nedávnych úspechov.

Členom katedry sa však výskumne darí aj ďaleko za hranicami Európy. „Kolegovia na čele s profesorom Romanom Aubrechtom absolvovali v rokoch 2002 až 2011 niekoľko výprav do Venezuely, kde skúmali miestne stolové hory a jaskyne,“ prezradí.

Ako mi však opätovne zdôrazní, výskumné portfólio pracovníkov katedry je oveľa širšie. Časť z nich sa venuje vzniku a zdôvodneniu seizmického hazardu na Slovensku. Iní študujú pohyb mikrokontinentov a rozsah ponorenia oceánických dosiek v oblasti hlbokých priekop na dne oceánov, ako aj s tým spojenú vulkanickú činnosť. Skúma sa tu aj variabilita klímy na našom území v období mladších treťohôr. Časť kolektívu sa venuje biostratigrafii, teda objasneniu veku druho-, treťo- a štvrtohorných súvrství na základe fosílií.

V roku 2009 na katedre oživili tradíciu vydávania odborného časopisu, ktorý dostal nový názov AGEOS (z lat. Acta geologica Slovaca). „Vychádza dvakrát ročne – od roku 2016 v angličtine – a pomaly sa prepracováva na popredné miesta medzi stredoeurópskymi odbornými geologickými periodikami a aktuálne je zaradený do druhého kvartilu Q2. Naďalej však slúži aj ako platforma pre publikovanie unikátnych výsledkov práce doktorandov a začínajúcich pracovníkov geologických odborov, čo je pre nich úžasná škola,“ teší sa.

Vedu popularizujú v múzeu i na školách

Okrem toho sa pracovníci katedry usilujú o propagáciu geológie a paleontológie medzi širokým laickým publikom prostredníctvom prednášok, diskusií, rozhovorov či článkov v médiách. Jednou z najaktuálnejších akcií je organizovanie výstavy TRITRI – Tatry očami geológov v Slovenskom národnom múzeu, ktorá je verejnosti prístupná ešte do 12. júla. Návštevníkov zaujmú predovšetkým unikátne nálezy stôp dinosaurov z Tichej doliny z obdobia pred cca 200 miliónmi rokov, lebky leva jaskynného nájdenej v Medvedej jaskyni či zubov fosílnych rýb z doby, keď Tatry boli ešte morským dnom, ako i zlato či horniny privezené priamo z Tatier.

Pozvi svojich spolužiakov na expedíciu po geologických zaujímavostiach v blízkosti svojho bydliska“ je názov zaujímavého projektu pod vedením docentky Hlavatej Hudáčkovej, určeného pre základné školy. Žiaci odborníkom posielajú foto- alebo videodokumentáciu zaujímavého miesta neživej prírody, ktorým môže byť aj obklad budovy, a odborníci potom do školy prídu a predstavia im lokalitu z odbornej stránky. „Výsledkom projektu bude elektronická platforma, kde chceme na interaktívnej mape zhromaždiť sprievodcu po geologických lokalitách, ako ich vidia žiaci,“ objasňuje jeden z cieľov. „Projekt je tiež skvelou príležitosťou zoznámiť deti a mládež s obrovským potenciálom geológie a paleontológie pre každodenný život a ukázať im, že sa toho netreba báť. Všetko sa človek naučí, keď chce. To vzrušujúce bádanie stojí za to.“

Erika Hubčíková

Zaujímavé príbehy, fakty, rozhovory a reportáže nájdete v každom čísle časopisu Naša univerzita