3. Sekce věd o Zemi
- Opakované série zemětřesení v západní části České republiky (GFÚ)
- Magnetizmus hornin a problémy znečištění životního prostředí (GFÚ)
- Předpověď geomagnetických bouří (GFÚ)
- Říční niva v nejmladší geologické minulosti (GLÚ)
- Permokarbonský vulkanizmus v pozdně variských kontinentálních pánvích v Českém masívu (GLÚ)
- Vliv pozemských procesů na magnetický záznam meteoritů (GLÚ)
- Dlouhodobé změny klimatických prvků v České republice (ÚFA)
- Numerické simulace komprimovaného plazmatu: Marginální stabilita (ÚFA)
- Iontová teplota ve vnější ionosféře Země v období slunečního maxima (ÚFA)
- Proces porušování a jeho vliv na změny fyzikálních vlastností hornin (ÚGN)
- Využití paralelních výpočtů na klastrech PC (ÚGN)
- Soubor studií hodnotících změny životního stylu obyvatel Ostravska (ÚGN)
- Vznik topazových granitů části Českého masívu (ÚSMH)
- Magnetický filtr s permanentními magnety na bázi vzácných zemin (ÚSMH)
- Lokalizace seismických jevů v okolí podzemního zásobníku plynu Háje-Příbram (ÚSMH)
3.1 Opakované série zemětřesení v západní části České republiky
T. Fischer, J. Horálek, J. Mrlina, A. Boušková, P. Kolář, L. Skalský, A. Špičák
Západní část České republiky je z geologického hlediska naší nejdynamičtější oblastí. Charakteristickým projevem jsou opakující se série slabých, výjimečně až středně silných zemětřesení, tzv. zemětřesné roje. Poslední silný zemětřesný roj proběhl v období srpen-prosinec 2000. Seismické stanice Geofyzikálního ústavu v tomto období zaznamenaly přes 25 000 otřesů, z nichž mnohé obyvatelstvo pocítilo. Celá série zemětřesení sestávala z devíti fází oddělených několikadenními klidovými intervaly. Prokázalo se, že ohniska všech zemětřesení se nacházejí ve velmi malém prostoru, v jediné zlomové zóně severojižního směru na svislé kruhové ploše o průměru 3 km v hloubkách 7,5-10,5 km. Ze záznamů seismických stanic vyplývá, že při zemětřeseních docházelo zpravidla k levostrannému pohybu horninových bloků podél zlomové plochy. Tomu odpovídají interpretace geodetických pozorování na zemském povrchu uskutečněných družicovou metodou GPS a klasickou metodou velmi přesné nivelace. První silná zemětřesení tohoto roje byla indikována výraznými anomáliemi kolísání hladiny spodní vody, monitorovaného kontinuálně ve vrtu v blízkosti ohniskové oblasti, a anomáliemi tíhového pole.
Rozložení ohnisek zemětřesení v nejaktivnější oblasti západní části České republiky (oblast Nového Kostela) v období 1991 - 2001. Nahoře: průběh zemětřesné činnosti v prostoru (projekce do dvou svislých rovin - kolmo na zlomovou plochu a podél ní). Dole: průběh zemětřesné činnosti v čase. Barevně jsou rozlišeny jednotlivé zemětřesné roje.
Fischer, T., Horálek, J.: Space-time distribution of earthquake swarms in the principal focal zone of the NW Bohemia/Vogtland seismoactive region: period 1985-2001. - J. Geodynamics 35: 125-144 (2003).
3.2 Magnetismus hornin a problémy znečištění životního prostředí
E. Petrovský, A. Kapička
Environmentální magnetismus se zabývá studiem magnetických minerálů jako nosičů informace o změnách životního prostředí. Jedná se jednak o dávné změny klimatu, které např. určují magnetické vlastnosti sprašů a paleopůd, tak i o změny zcela nedávné, vyvolané lidskou (průmyslovou) činností. V našem ústavu se zaměřujeme hlavně na tuto druhou oblast. Vedlejším produktem průmyslové činnosti jsou, mezi jinými, i magnetické částice, které jsou součástí atmosférického spadu a dostávají se do půd a povrchových vod. Např. úletové popílky z tepelné elektrárny (spalující hnědé uhlí) obsahují až 10% silně magnetických částic. Ty se akumulují ve svrchních vrstvách půd a lze je snadno detekovat magnetickými měřeními. Studium magnetických vlastností, společně s geochemickými analýzami půd umožnilo odlišit komponenty přírodního původu od polutantů a prokázalo, že magnetometrii půd lze využít i v relativně čistých oblastech (Kapička et al., 2003; Lesovaya et al., 2003). Prokázali jsme, že antropogenní magnetické částice se vyskytují i v kořenech rostlin (Jordanova et al., 2003). V neposlední řadě, výsledkem studia sedimentů z řeky Arc v jižní Francii byla zjištěna zatím nejvyšší korelace mezi koncentrací magnetických částic a vybraných těžkých kovů (Desenfant et al., 2003).
Desenfant, F., Petrovský, E., Rochette, P.: Magnetic signature of industrial pollution of stream sediments and correlation with heavy metals: case study from South France. - Water, Air and Soil Pollution (in print).
Jordanova, N., Jordanova, D., Veneva, L., Yorova, K., Petrovský, E.: Magnetic response of soils and vegetation to heavy metal pollution - a case study. - Environ. Sci. Technol. 37: 4417-4424 (2003)
Kapička, A., Jordanova, N., Petrovský, E., Podrázský, V.: Magnetic study of weakly contaminated forest soils. - Watre, Air and Soil Pollution 148: 31-44 (2003)
Lesovaya, S.N., Kapička, A., Petrovský, E., Aparin, B.F.: Pedogenic and Lithogenic Features in the Mineralogical Composition of Chernozem Developed from Red-Earth Deposits. - Eurasian Soil Science 36: 1325-1333 (2003)
3.3 Předpověď geomagnetických bouří
Vojen Ložek, Václav Cílek
Pracovníci geomagnetické oddělení Geofyzikálního ústavu, v rámci činnosti světové sítě regionálních varovných středisek (RWC) s koordinačním centrem v Boulderu (USA), vydávají denní předpovědi geomagnetické aktivity pro oblast střední Evropy od roku 1994. Úspěšně předpověděli nejen výskyt řady velmi silných geomagnetických bouří, ke kterým došlo v říjnu a listopadu 2003, ale i jejich intenzitu. Včas upozornili na to, že 20.11.2003 dojde ve střední Evropě k výskytu polární záře výjimečně velké intenzity, když na základě rozboru parametrů slunečního větru zjistili, že bouře z 20.11.2003 vyvolaná prudkým výronem sluneční hmoty (CME) o rychlosti ~700 km/s, dávaným do souvislosti s erupcí filamentu v blízkosti středu slunečního disku dne 17.11.2003, bude intenzivnější, než bouře z 29.-30.10.2003 vyvolaná mimořádně rychlým (~2000 km/s) CME, dávaným do souvislosti se široce medializovanou erupcí X17/4b. Příčinou rozdílu v intenzitě těchto dvou bouří, tj rozdílu ve velikosti poklesu geomagnetického pole nad rovníkem bylo meziplanetární magnetické pole (MMP), které v případě CME z 17.11.2003 bylo orientováno tak, že jeho vertikální složka zůstala setrvale záporná po dobu 12 hodin, přičemž dosáhla výjimečně velké amplitudy ~ -55 nT po dobu téměř 2 hodin. MMP v případě CME z 28.10.2003 sice rovněž vykázalo velkou zápornou vertikální složku, a to o amplitudě ~ -50 nT, avšak pouze v impulzu trvajícím několik málo minut. Vzhledem k tomu, že za intenzitu přenosu energie slunečního větru do magnetosféry je odpovědná velikost a setrvalost záporné vertikální složky MMP, došlo u bouře z 20.11.2003 jak k rozvoji silnějšího prstencového proudu (ten snižuje geomagnetické pole nad rovníkem), tak k rozšíření aurorálních oválů směrem do nižších geomagnetických šířek. Aurorální aktivita dosáhla na desetistupňové škále stupeň číslo 10 a na území naší republiky byla pozorována nejsilnější polární záře za několik posledních desetiletí.
Každodenní poskytování předpovědi geomagnetické aktivity do hromadných sdělovacích prostředků (ČT).
3.4 Říční niva v nejmladší geologické minulosti
E. Petrovský, A. Kapička
Hlavním motivem výzkumu bylo shrnutí vývoje říční nivy v období mezi koncem poslední doby ledové a dneškem. V důsledku náhlých klimatických oscilací v období před 12-16 tisíci lety došlo k intenzivní erozi a místy i vzniku přehloubených údolních brázd. Epizodické říční průtoky byly mnohonásobně vyšší a povodně pravděpodobně podstatně častější, než jsou dnes, což zřejmě souviselo jak s podmrznutím podloží, do něhož se nevsakovala voda, tak i s náhlým jarním táním. Říční údolí byla v pleistocénu formována zejména katastrofickými eventy, zatímco v holocénu erozně-akumulačními cykly. Před 10-12 tisíci lety se paralelní koryta divočících řek začala spojovat do meandrujících systémů s jednou hlavní proudnicí. Hluboce zaříznutá údolí byla ještě koncem pleistocénu vyplňována sedimenty, ale řeka v nich vytvářela 2-3 erozní stupně. V průběhu celého holocénu pozorujeme pozvolnou agradaci říční nivy v průměru o 10-12 m. K podstatné změně dochází zejména od středověké revoluce, kdy je niva zaplňována 2-4 m mocným souvrstvím hnědých fluvizemí (tzv. povodňových půd). V průběhu posledního tisíce let můžeme rozlišit tato klimaticky výrazná období:
1. Středověké optimum 875-1200, během kterého dochází k rozsáhlé vnitřní kolonizaci země, plošné erozi a zaplňování údolí.
2. Chladné období v letech 1200-1466 s kolísavým klimatem a výrazným erozním eventem v 15. století.
3. Teplé mezidobí 1466-1618 s kolísavým klimatem a sérií jedněch z nejteplejších zim za celé tisíciletí.
4. Malá ledová doba 1618-1899 s kolísavým klimatem, několika výrazně chladnými mezidobími a zvýšenou erozí.
5. Teplé období 20. století s výrazným přetvořením řek lidskou činností.
Projekt: Klíčová oblast vědy 08 "Vliv klimatických a antropogenních faktorů na živé a neživé prostředí. Dílčí projekt: Klimatické a antropogenní vlivy na vývoj životního prostředí. CEZ Z3-013912.
Ložek, V. : Naše nivy v proměnách času. I. Vznik a vývoj dnešních niv. - Ochrana přírody, 58, 4: 101-106. Praha (2003).
Ložek, V.: Naše nivy v proměnách času. II. Osud niv v dnešní době. - Ochrana přírody 58, 5: 131-136. Praha(2003).
Svoboda, J., Vašků, Z., Cílek, V. (2003): Velká kniha o klimatu zemí koruny české. - REGIA: 1-650. Praha (2003)
3.5 Permokarbonský vulkanizmus v pozdně Variských kontinentálních pánvích v Českém masívu
Jaromír Ulrych, Jiří Pešek, Jana Štěpánková-Svobodová, Pavel Bosák, Felicity Evelyn Lloyd, Volker von Seckendorff, Miloš Lang, Jiří K. Novák
Studium bylo iniciováno nutností pochopit tektonické postavení rozsáhlého permokarbonského vulkanizmu Českého masívu. Ke studiu byly používány zejména geochemické metody jako studium stopových prvků a izotopických charakteristik.
Rozsáhlý permokarbonský vulkanizmus byl dokumentován z oblasti Českého masívu. Pozdně karbonská vulkanická epizoda započala na hranici duckmantian-bolsovian a pokračovala občasně od westfalu D do stefanu B a produkovala zejména felzické, vzácněji mafičtější vulkanity ve středočeských pánvích a sudetské pánvi. Během ranně permské vulkanické epizody, po intra-stefanském hiatu, další velké objemy felzických a mafických vulkanitů extrudovaly do sudetských pánví. Vulkanity obou epizod mají rozpětí od zcela subalkalických (vápenato-alkalických do tholeiitických) typu okrajů konvergentních desek do přechodných a alkalických vnitrodeskového charakteru. Sr-Nd izotopické poměry spolu s negativními hodnotami Nd připouštějí významné zastoupení korové komponenty ve vulkanických horninách, což může být dědictvím ze svrchnoplášťového zdroje a/nebo vzniklo asimilací staré kůry během magmatického "underplating" a výstupu primárního bazického magmatu. Dva odlišné typy vývoje primárního magmatu a tvorby bimodálních vulkanických sérií byly prokázány: (i) tvorba jednotného magmatu v důsledku asimilačně frakčně-krystalizačních procesů v rámci mělkého rezervoáru (typ vnitrosudetská pánev), nebo (ii) tvorba a míšení nezávislého mafického a felzického magmatu, posledně uvedeného parciálním tavením svrchnokorového materiálu ve vysoko-úrovňovém krbu (typ podkrkonošská pánev).
Výsledek grantu GAAVČR IAA301203903 Tektonomagmatická pozice a vývoj pozdněpaleozoického vulkanismu ve variském oblouku v Evropě.
3.6 Vliv pozemských procesů na magnetický záznam meteoritů
Kohout T., Kletetschka G.
V raném stádiu vývoje naší sluneční soustavy docházelo k procesům, které mohly mít za následek namagnetování primitivních prachových částic kondenzujících ze sluneční pramlhoviny. Magnetický záznam těchto procesů může být pozorován při laboratorním studiu meteoritů, které dopadnou na Zemi. Pozemské procesy však mohou vyvolat změny v magnetomineralogii, mohou ovlivnit magnetické vlastnosti vzorků a mohou přepsat primární magnetický záznam. Na různých typech meteoritů byl studován vliv tepelného šoku (při průletu atmosférou), vliv tlakového šoku vyvolaného třením a odporem atmosféry během pádu a vliv pozemské oxidace a zvětrávání. Během experimentů byla provedena měření průběhu magnetické susceptibility za nízkých a vysokých teplot, měření magnetizace a její stability a měření hysterezích parametrů. Z výsledků plyne, že pozemské procesy mohou výrazně pozměnit magnetické vlastnosti meteoritů a mohou mít za následek přepsání primárního magnetického záznamu. V budoucnu chceme použít laboratorně získané fyzikální vlastnosti nepostižených meteoritů k interpretaci dat získaných během kosmických misí k asteroidům - zdrojovým tělesům meteoritů.
Výsledek spolupráce s NASA, USA
Kletetschka, G., Kohout, T., Wasilewski, P. J. : Magnetic Remanence in Murchison Meteorite. - Meteoritics & Planetary Science 38 (3), 399-406 (2003)
Kohout T., Kletetschka G., Kobr M., Pruner P., Wasilewski P. J. (2003): The Influence of Terrestrial Enviroment on Meteorite Magnetic Records. - Geophysical Research Abstracts, Vol. 5, 07743 (2003)
Kletetschka, G., Kohout, T., Wasilewski, P.J. (2003): TRM/SIRM of magnetic minerals. - Geophysical Research Abstracts, Vol. 5, 06085, 2003
Kohout T., Donadini F., Kletetschka G., Kobr M., Pesonen L. J., Pruner P., Wasilewski P. J. (2003): Evidence for Terrestrial Magnetic Contamination of the Chondritic Meteorites. - EOS Trans. AGU, 84(46), Fall Meet. Suppl., Abstract GP21C-0044 (2003)
3.7 Dlouhodobé změny klimatických prvků v České republice
Radan Huth, Lucie Pokorná, Jan Kyselý
Analýza 11 klimatických prvků na síti 21 stanic v ČR ukazuje, že v období 1961-1998 dochází na jaře, v létě a nejvíce v zimě k oteplování (to platí pro denní průměrné, maximální i minimální teploty), k růstu denní amplitudy teploty, prodlužování doby slunečního svitu a k poklesu relativní vlhkosti a pokrytí oblačností. Na podzim nabývají změny všech uvedených prvků opačného znaménka. Změny parametrů větru a srážek jsou přitom až na výjimky nevýznamné. Z dat za celé sledované období vyplývá, že oteplování v zimě a v létě se urychluje a např. změna délky slunečního svitu se mění z poklesu na nárůst. Trendy byly počítány běžnou metodou regrese pomocí nejmenších čtverců a neparametrickou metodou mediánu sklonů. Výsledky jsou si velmi blízké a rozdíl mezi nimi nezávisí na normalitě statistického rozdělení dané proměnné.
Porovnání změn přízemních klimatických prvků s dlouhodobými změnami atmosférické cirkulace ukázalo, že zimní změny teploty a některých dalších prvků lze jen z části vysvětlit změnami cirkulace; letní změny na změnách cirkulace prakticky nezávisí. Letní výskyt teplotně extrémních událostí (horké vlny, extrémně teplá a chladná období) může však být se změnami cirkulace přece jen částečně spojen.
Huth, R., Pokorná, L.: Parametric versus non-parametric estimates of climatic trends. - Theor. Appl. Climatol. (přijato do tisku) (2004).
Domonkos, P., Kyselý, J., Piotrowicz, K., Petrovic, P., Likso, T.: Variability of extreme temperature events in south-central Europe during the 20th century and its relationship with large-scale circulation. - Int. J. Climatol. 23: 987-1010 (2003).
3.8 Numerické simulace komprimovaného plazmatu: Marginální stabilita
Petr Hellinger, Pavel Trávníček
Kosmické plazma není obvykle v termodynamické rovnováze. Například v magnetoobálce za rázovou vlnou je natahováno a komprimováno. Bezsrážkové plazma v magnetoobálce je charakterizováno dvěma teplotami pro každou populaci částic: teplotou paralelní a kolmou k magnetickému poli. Natahování a stlačování plazmatu v magnetoobálce vede ke vzniku protonové teplotní anizotropie T_|p>T||p, T_|p a T||p jsou kolmá a paralelní protonová teplota. Teplotní anizotropie T_|p/T||p však nemůže nabýt velké hodnoty, protože pro velké T_|p/T||p je plazma nestabilní vůči iontově cyklotronním vlnám pro malé beta ßp|| a vůči zrcadlovým vlnám pro velké ßp|| ( ßp|| : podíl paralelního protonového a magnetického tlaku). Teplotní anizotropie v magnetoobálce je pozorována blízko marginální stability jedné z těchto dvou nestabilit a předpokládá se, že se plazma vyvíjí podél této marginální stability. Hellinger et al. (2003) testovali tuto hypotézu v případě pomalé komprese pomocí numerické simulace. Výsledek tohoto testu je ukázán na obrázku, který znázorňuje vývoj plazmatu během komprese v prostoru ( ßp||, T_|p/T||p). Barevná škála na obrázku označuje stabilitu plazmatu vůči iontově cyklotronním vlnám: čím tmavší odstín červené barvy, tím silnější nestabilita; bílá barva označuje oblast, která je stabilní. Vývoj systému (plná čára) začíná ve stabilní oblasti ßp|| = 0.1 a T_|p/T||p = 1.5. Plazma je neustále komprimováno a T_|p/T||p roste v souladu s teoretickou předpovědí (čerchovaná čára) v oblasti, která je stabilní vůči iontově cyklotronním vlnám (bílá barva). V okamžiku, kdy se systém stane nestabilním vůči iontově cyklotronním vlnám, tyto vlny jsou generovány, udržují systém marginálně stabilní, růstový faktor těchto vln je konstantní, blízký nule. Výsledky této simulace jsou přímým ověřením hypotézy evoluce podél marginální stability v magnetoobálce a jsou v dobrém souhlasu s teorií a pozorováním.
Hellinger, P., Trávníček, P., Mangeney, A., Grappin, R.: Hybrid simulations of the magnetosheath compression: Marginal stability path. - Geophys. Res. Lett. 30, doi:10.1029/2003GL017855 (2003).
3.9 Iontová teplota ve vnější ionosféře Země v období slunečního maxima
Vladimír Truhlík, Ludmila Třísková, Jan Šmilauer
Znalost parametrů ionizované složky v oblasti vnější atmosféry Země je důležitým podkladem ke studiu řady jevů (např. vznik a šíření elektromagnetických vln), a proto jsou modely těchto paramerů součástí rozsáhlého mezinárodního projektu IRI (International Reference Ionosphere). Jedním z těchto parametrů jsou údaje o teplotě nabitých částic. Z globálního rozdělení těchto teplot lze např. určit koncentrace iontů a elektronů. Dále je toto rozdělení teplot důležité pro pochopení energetické bilance mezi ionosférou a vnitřní magnetosférou.
Plazma však v této oblasti není v tepelné rovnováze, a proto jsou teploty elektronů a iontů rozdílné. Jedním z našich příspěvků byl zcela nedávno vývoj modelu elektronové teploty. Tento model se zakládá na měření metodou radiofrekvenční sondy. Naopak získání údajů o iontové teplotě je poměrně náročnější, neboť vyžaduje zpracování voltamperových charakteristik metodou nelineární aproximace. Za použití interaktivní metody bylo dokončeno vyhodnocení výsledků měření přístroje RPA (Retarding Potential Analyzer) vyvinutého a vyrobeného v ÚFA a pracujícího v rámci mise ACTIVE na palubě družice INTERKOSMOS 24. Byl tak získán unikátní soubor hodnot teploty iontů ve vnější ionosféře Země (500-2500 km) v období vysoké sluneční aktivity. Tato data umožnila konstruovat první verzi empirického modelu iontové teploty pro výšky od 500 do 1500 km pro Mezinárodní referenční ionosféru. Sestává ze submodelů v několika výškových hladinách, kde jsou pro reprezentaci iontové teploty použity ortogonální funkce - přidružené Legendrovy polynomy v souřadnicích místní čas a šířka, modifikovaných pro reálný tvar geomagnetického pole Země. Výškové profily jsou aproximovány tzv. Bookerovými funkcemi. Srovnání s modely, které iontovou teplotu odvozují na základě tepelné rovnováhy mezi ionty, elektrony a neutrálními částicemi ukazují, že tyto modely iontovou teplotu ve výškách nad 1000 km značně nadhodnocují. Na zasedání mezinárodní pracovní skupiny COSPAR/URSI pro referenční ionosféru v roce 2003 bylo navrženo jeho začlenění do nové verze tohoto mezinárodního modelu.
Třísková, L., Truhlík, V., Šmilauer, J.: An empirical model of ion composition in the outer ionosphere. - Advances in Space Research 31: 653-663 (2003)
Truhlík, V., Třísková, L., Šmilauer, J.: New advances in empirical modelling of ion composition in the outer ionosphere. - Advances in Space Research (v tisku) (2004)
3.10 Proces porušování a jeho vliv na změny fyzikálních vlastností hornin
Proces porušování hornin a jeho vliv na změny fyzikálních vlastností hornin byl dlouhodobě studován různými metodami: měřením deformací, akustických emisí, měřením změn rychlosti průchodu ultrazvukových vln, změn propustnosti za trojosého stavu napjatosti, optickou mikroskopií a počítačovou tomografií. Plochy makroporušení byly charakterizovány také pomocí měření drsnosti. Prokázali jsme, že nejcitlivější z měřených parametrů, odrážející změny v pórovém prostoru a v systému nově vzniklých ploch porušení (puklin) je propustnost. Teto parametr je sledován v celém průběhu zatěžování a odráží velmi citlivě změny filtračních vlastností pro plyn v důsledku změn pórového prostoru. Sledovali jsme jak změny pórového prostoru vyvolané napěťovým nebo tepelným namáháním, tak vliv puklin, a to umělých i vzniklých v procesu porušování. U tepelně namáhaných vzorků jsme materiál analyzovali až po ukončení tepelného namáhání, ale u napěťově namáhaných těles se podařilo experimentálně zaznamenat změny propustnosti v průběhu celého procesu zatěžování. Velikost změn propustnosti odráží intenzitu porušení horninového materiálu, která byla stanovena po experimentech na speciálně připravených mikroskopických preparátech pomocí analýzy obrazu.
Plazma však v této oblasti není v tepelné rovnováze, a proto jsou teploty elektronů a iontů rozdílné. Jedním z našich příspěvků byl zcela nedávno vývoj modelu elektronové teploty. Tento model se zakládá na měření metodou radiofrekvenční sondy. Naopak získání údajů o iontové teplotě je poměrně náročnější, neboť vyžaduje zpracování voltamperových charakteristik metodou nelineární aproximace. Za použití interaktivní metody bylo dokončeno vyhodnocení výsledků měření přístroje RPA (Retarding Potential Analyzer) vyvinutého a vyrobeného v ÚFA a pracujícího v rámci mise ACTIVE na palubě družice INTERKOSMOS 24. Byl tak získán unikátní soubor hodnot teploty iontů ve vnější ionosféře Země (500-2500 km) v období vysoké sluneční aktivity. Tato data umožnila konstruovat první verzi empirického modelu iontové teploty pro výšky od 500 do 1500 km pro Mezinárodní referenční ionosféru. Sestává ze submodelů v několika výškových hladinách, kde jsou pro reprezentaci iontové teploty použity ortogonální funkce - přidružené Legendrovy polynomy v souřadnicích místní čas a šířka, modifikovaných pro reálný tvar geomagnetického pole Země. Výškové profily jsou aproximovány tzv. Bookerovými funkcemi. Srovnání s modely, které iontovou teplotu odvozují na základě tepelné rovnováhy mezi ionty, elektrony a neutrálními částicemi ukazují, že tyto modely iontovou teplotu ve výškách nad 1000 km značně nadhodnocují. Na zasedání mezinárodní pracovní skupiny COSPAR/URSI pro referenční ionosféru v roce 2003 bylo navrženo jeho začlenění do nové verze tohoto mezinárodního modelu.
Kožušníková A. & Konečný P. jr. (2003): Plynopropustnost karbonských sedimentů hornoslezské pánve za trojosého stavu napjatosti.- Uhlí, rudy, geologický průzkum, 10, č.2, 7 - 12, Praha.
Konečný P. jr., Kožušníková A. & Nowakowski A.(2003) :Vliv působení teploty na změny propustnost hornin za trojosého stavu napjatosti.- Uhlí, rudy, geologický průzkum, v tisku.
Konečný, P., Kožušníková, A., Mlynarczuk, M. (2003): Filtration properties of discontinuities in triaxial state of stress. 19th World Mining Congress, New Delhi.
3.11 Využití paralelních výpočtů na klastrech PC
Řešení rozsáhlých úloh matematického modelování vyžaduje nejen výkonnou výpočetní techniku, ale i speciální numerické metody, které umožňují její maximální využití. Výpočty se provádějí na paralelních počítačích či na svazcích (tzv. klastrech) počítačů PC. Zapojením více procesorů se jejich výkon násobí a při vhodném rozdělování dat jsou jimi procesory rychleji zásobovány. U výpočetní metody konečných prvků lze paralelizovat všechny fáze výpočtu, nejdůležitější a nejobtížnější je přitom paralelizace řešení rozměrných soustav lineárních či nelineárních algebraických rovnic (až i desítky milionů). Autoři analyzovali a implementovali řadu metod založených na dekompozici řešených úloh a vytvořené programy testovali na různých typech paralelních počítačů IBM SP (VŠB-TU Ostrava, KTH Stockholm), SUN (KUN Nijmegen, SARA Amsterdam, EPCC Edinburgh) a na klastrech PC (VŠB-TU Ostrava, SARA Amsterdam, EPCC Edinburgh). Na základě získaných zkušeností vytvořili v ÚGN klastr THEA, na kterém dosáhli velmi slibných výsledků při řešení vybraných náročných geotechnických úloh, např. při výpočtu napěťových změn indukovaných těžbou uranu v ložisku Rožná.
Blaheta, R., Byczanski, P., Jakl, O., Starý, J.: Space decomposition preconditioners and their application in geomechanics. - Mathem. Computers Simulation 61: 409-420 (2003).
Blaheta, R., Jakl, O., Starý, J.: Linear system solvers based on space decompositions and parallel computations. - Engin. Mechan./Inženýrská mechanika 10(speciální číslo High Performance Computing, Supercomputing, Náročné počítání): 439-454 (2003).
3.12 Soubor studií hodnotících změny životního stylu obyvatel Ostravska
V rámci Programu rozvoje badatelského výzkumu v klíčových oblastech vědy a Programu podpory cíleného výzkumu a vývoje jsme zpracovali studie interpretující změny životního stylu. Výzkumy byly provedeny na výběrových souborech dvou vybraných dolů (Paskov-Staříč a ČSM) a obyvatel městského obvodu Ostrava - Michálkovice.
Tyto další výzkumy prohlubují poznání v oblasti vnímání posunu životního stylu samotnými respondenty - zaměstnanci v hornictví a obyvatel ostravsko - karvinského regionu. Na základě analýz těchto výzkumů jme hodnotili kategorie v obecnější rovině - vertikální a horizontální mobilita pracovních sil, nezaměstnanost, životní úroveň, kvalita života, hodnotové orientace, atd.
Tyto studie jsou pokračováním chronologické řady, naplňující koncepci řešeného výzkumného programu.
PhDr. B. Kolibová, RNDr. Oldřich Mikulík, CSc.: Percepce transformačních změn životního stylu zaměstnanců v hornictví po roce 1990, s. 275 - 283. Sborník referátů, Mezinárodní konference Landecká Venuše 11. hornická Ostrava 2003
Kolibová, B., Mikulík, O.: Changes of Social Climate in the Ostrava Region. Sborník referátů, 5th Moravian geographical conference Congeo´03, Regional Geography and Its Applications, s.83 - 90
Mikulík, O., Kolibová, B.: Evaluation of the changes in the life style in the Ostrava region. Moravian Geographical Reports, Brno 2003, Vol. 11, 2/2003
Závěrečná výzkumná zpráva: Změny životního stylu zaměstnanců v hornictví po roce 1990 - důl Paskov-Staříč a.s., ÚGN AV ČR, pobočka Brno, Brno 2003, (120 str.)
Závěrečná výzkumná zpráva: Změny životního stylu zaměstnanců v hornictví po roce 1990 - důl ČSM a.s., ÚGN AV ČR, pobočka Brno, Brno 2003 (120 str.)
Závěrečná výzkumná zpráva: Sociální klima městského obvodu Michálkovice, ÚGN AV ČR, Pobočka Brno, Brno 2003, (128 str.)
3.13 Vznik topazových granitů části Českého masívu
Topazové granity části Českého masívu (Saxothuringika), na kterou jsou vázána významná ložiska cíno-wolframových rud (Horní Slavkov, Ehrenfriedersdorf, Geyer), vznikly postupnou krystalizací granitové taveniny, jejímž zdrojem byly regionálně přeměněné sedimenty kontinentální části zemské kůry. Tento původ granitové taveniny byl nově doložen na základě izotopického složení kyslíku a vodíku. Mikroskopická metoda (katodová luminiscence) spolu s distribucí obsahu titanu a hliníku umožnila rozlišit několik generací křemene a jejich krystalizační historii. Její výsledky (viz foto) na příkladu několika generací křemene prokázaly komplikovaný vývoj původní taveniny.
René M. (2003): Origin of topaz-bearing granites of the Saxothuringian Zone. - J. Czech Geol. Soc., 48, 112-113.
Müller A., René M., Behr H. - J., Kronz A. (2003): Trace elements and cathodoluminescence of igneous quartz in topaz granites from the Hub Stock (Slavkovský Les Mts., Czech Republic). - Mineral. Petrol., 79, 167-191.
3.14 Magnetický filtr s permanentními magnety na bázi vzácných zemin
S použitím permanentních magnetů na bázi vzácných zemin bylo vytvořeno v prostoru vzduchové mezery magnetické pole s hodnotou magnetické indukce přibližně 3,4x vyšší než je tomu v případě dosud užívaných feritových bloků. Toto magnetické pole je v prostoru vzduchové mezery relativně homogenní, na rozdíl od stávajících zařízení, kde hodnota magnetické indukce s rostoucí vzdáleností od povrchu bubnu, válečku nebo tyče prudce klesá. V rámci vývoje se podařilo zvládnout sestavování velkých magnetických bloků z magnetů ze vzácných zemin, způsob jejich zmagnetování a montáže do magnetického obvodu. Zvolené řešení rovněž umožňuje vytvořit magnetické pole s hodnotou magnetické indukce podle konkrétních technologických požadavků při čistění určité suroviny. Vysokých hodnot této magnetické indukce (0,9 Tesla ve středu vzduchové mezery šířky 30 mm), dosahovaných dosud pouze pomocí elektromagnetů, je přitom možno docílit bez vysokých pořizovacích nákladů a v důsledku značných energetických úspor i s nižšími provozními náklady.
Uspokojivé technické parametry a příznivá cena tohoto typu magnetického obvodu s permanentními magnety s vysokým energetickým součinem vytvářejí dobré předpoklady pro jeho rozšíření nejen ve stávajících aplikacích (např. v již zmíněné oblasti magnetické separace surovin), ale i v dalších průmyslových oborech.
Žežulka V., Straka P., Mucha P. (2004): A magnetic filter with permanent magnets on the basis of rare earths. Elsevier Amsterdam, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 268 (2004) 219-226.
3.15 Lokalizace seismických jevů v okolí podzemního zásobníku plynu Háje-Příbram
Podzemní zásobník plynu byl vybudován v roce 1998 poblíž Příbrami v hloubce 950 m. Od té doby je zde provozována lokální seismická síť za účelem monitorování seismické aktivity. Dosud bylo zaznamenáno více než 300 lokálních seismických jevů. Přesnost lokalizace byla studována na základě dvou seismických jevů, hlavního otřesu a dotřesu, které byly zaznamenány v blízkosti podzemního zásobníku. Byly testovány tři různé rychlostní modely, jeden homogenní a dva vertikálně nehomogenní. Dále byly uvažovány čtyři různé definice misfit funkce, založené na normách L1 nebo L2, a výpočet zahrnoval buď P i S vlny nebo pouze P vlny. Přesnost lokalizace je lepší v horizontální rovině (přibližně 100 m) než v hloubce (250 m). Analýza misfit funkce ukázala, že použití S vln v lokalizačním procesu nemusí nutně zlepšit přesnost výpočtu.
Málek J., Brokešová J. (2003): Seismic event location in the vicinity of the underground gas storage Háje-Příbram. Acta Montana 22 (129), 65-73.
