Využití paleomagnetických metod při studiu fluviálních systémů

Bc. Jaroslava Ježková

Bachelor's thesis

Application of palaeomagnetic methods in the research of fluvial systems

Abstract:

Bakalářská práce se věnuje aplikaci metod environmentálního magnetismu ve fluviálním systému řeky Moravy ve Strážnickém Pomoraví. Ze čtyř odlišných sedimentárních prostředí (břehová nátrž, aluviální zátka, proximální niva / předhrází, distální niva / zahrází) byly získány vertikální profily o hloubce 100–150 cm. Vzorkování probíhalo v intervalu 2,5 cm. Ve studii bylo zjišťováno, jak se charakter jednotlivých sedimentárních prostředí a jejich vzdálenost od říčního koryta projeví na výsledném magnetickém signálu, a jaké faktory ho nejvíce ovlivňují. Dále byly zkoumány vztahy mezi vybranými fyzikálními a fyzikálně-chemickými parametry (D50 / LOI / pH a χlf; D50 a LOI; D50 / LOI a pH), a to nejen pro jednotlivé profily samostatně, ale také pro celý datový soubor, za účelem odhalení obecných zákonitostí. S využitím magnetických vlastností fluviálních sedimentů a informací o publikovaných rychlostech agradace byl proveden pokus o jejich nepřímé datování. V prostředí laboratoře byly vykonány tyto analýzy: měření magnetické susceptibility a následný výpočet frekvenčně závislé susceptibility, stanovení pH a obsahu organické hmoty a zrnitostní analýza metodou laserové difrakce. K vyřešení dílčích cílů práce byly vybrány vhodné statistické metody: analýza hlavních komponent, faktorová analýza a jednoduchá lineární regrese. Magnetický záznam fluviálních sedimentů řeky Moravy je výsledkem interakcí přirozených i antropogenních faktorů. Na základě několika zjištění bylo usouzeno, že činnosti spojené s lidskou aktivitou (spalování uhlí, silniční doprava) představují majoritní podíl. Toto tvrzení dokládá nejen samotný charakter magnetického signálu (u BN a P), ale také závěry z již uskutečněných výzkumů, které ve Strážnickém Pomoraví identifikovaly přítomnost těžkých kovů (Pb, Zn, Cu) a jejich přímou korelaci s MS. Prokázal se nám pokles magnetického signálu s narůstající vzdáleností od koryta, což potvrzuje skutečnost, že říční transport představuje sekundární zdroj kontaminace. Význam přirozených faktorů (např. pedogenetických procesů) je spíše podružný. Všeobecně platné vztahy, jejichž závěry lze generalizovat, existují mezi: χlf a LOI (přímá závislost), LOI a D50 (nepřímá závislost), pH a D50 (přímá závislost). Naopak u závislostí D50 / pH na χlf a LOI na pH byly nalezené vztahy v jednotlivých částech nivy zcela rozdílné. Pro zařazení hloubkových profilů do časového rámce byly aplikovány výsledky několika studií, které provedly radiokarbonová datování a zjistily rychlost sedimentace. Báze zvýšených hodnot MS (BN – 80 cm, P – 30 cm) odpovídá pravděpodobně přelomu 19. a 20. stol. a vrstva s nejsilnějším magnetickým signálem (BN – 31 cm, P – 6 cm) spadá cca do 80. let 20. stol. Poznatky této práce jsou dokladem toho, že metody environmentálního magnetismu mají ve fluviální geomorfologii nepochybně své místo, neboť se ukázaly být vhodnými proxy parametry, v nichž se spolehlivě odrážejí nejen přímé či nepřímé lidské zásahy do prostředí vodních toků, ale také charakter sedimentace. Přestože se ve Strážnickém Pomoraví realizovalo již několik výzkumů, je to stále oblast natolik výjimečná se spoustou nezodpovězených otázek, jež jsou výzvou budoucnosti. Naše závěry proto mohou přispět, alespoň malým dílem, do složité mozaiky chování řeky Moravy, ať již v minulosti či v současnosti.

Abstract:

The bachelor´s thesis deals with the application of environmental magnetism methods in the fluvial system of the River Morava in Strážnické Pomoraví. Vertical profiles 100–150 cm deep were obtained from four different sedimentary environments (levee / exposed bank; oxbow lake / alluvial plug; proximal floodplain, distal floodplain). Sampling was at regular intervals 2.5 cm. The study investigated how the character of individual sedimentary environments and their distance from the river channel will be reflected in the resulting magnetic signal, and what factors affect it most. Furthermore, the relationships between selected physical and physico-chemical parameters were investigated (D50 / LOI / pH and χlf; D50 and LOI; D50 / LOI and pH), namely not only for individual profiles, but also for the entire data set in order to reveal general patterns. Using the magnetic properties of fluvial sediments and information on published rates of sedimentation, an attempt was made to indirectly date them. In the laboratory, these analyses were performed: the measurement of magnetic susceptibility (MS) and subsequent calculation of frequency-dependent susceptibility, determination of pH, loss on ignition and particle-size analysis by laser diffraction. To solve the partial objectives of the work, appropriate statistical methods were selected: Principal Component Analysis, Factor Analysis and Simple Linear Regression. The magnetic record of the fluvial sediments of the River Morava is the result of interactions of both natural and anthropogenic factors. Based on several findings, it was concluded that activities related to human activity (coal burning, road transport) represent a majority share. This statement illustrates not only the character of the magnetic signal (for levee and proximal floodplain), but also the conclusions from already conducted researches, which identified the presence of heavy metals (Pb, Zn, Cu) and their direct correlation with MS in Strážnické Pomoraví. A decrease in the magnetic signal with increasing distance from the river channel was shown, confirming the fact that river transport is a secondary source of contamination. The importance of natural factors (e.g. pedogenetic processes) is rather minor. Generally valid relationships, whose conclusions can be generalized, exist between: χlf and LOI (direct dependence), LOI and D50 (indirect dependence), pH and D50 (direct dependence). Conversely, for dependences of D50 / pH on χlf and LOI on pH, the relationships found in the different parts of the floodplain were completely different. For inclusion of depth profiles in the time frame, results of several studies were applied that conducted radiocarbon dating and found the rate of sedimentation. The base of elevated values of MS (levee – 80 cm, proximal floodplain – 30 cm) probably corresponds to the turn of the 19th and 20th century and the layer with the strongest magnetic signal (levee – 31 cm, proximal floodplain – 6 cm) belongs to the 1980s. The findings of this work show that the methods of environmental magnetism undoubtedly have a place in fluvial geomorphology, because they proved to be suitable proxy parameters in which not only direct or indirect human interventions in the watercourses are reliably reflected but also the character of sedimentation. Although several researches have already been carried out in Strážnické Pomoraví, this area is still so exceptional with lots of unanswered issues that challenge the future. Our conclusions can contribute, at least in a small amount, to the complex mosaic of the River Morava´s behaviour, whether in the past or at the present time.

Keywords

magnetické obohacení, nivní povodňové sedimenty, rychlost agradace, magnetická susceptibilita, ztráta žíháním, zrnitost sedimentů, stanovení pH, řeka Morava, Strážnické Pomoraví, magnetic enhancement, floodplain sediments, sedimentation rate, magnetic susceptibility, loss on ignition, grain size of sediments, determination of pH, the Morava River

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 5. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 26. 6. 2019
• Supervisor: doc. RNDr. Zdeněk Máčka, Ph.D.
• Reader: Mgr. Matěj Roman

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Geography and Cartography / Geography