Seznam anotací:

1. Geotermická anomálie v severovýchodním Polsku a podnebí poslední doby ledové (GFÚ)
2. Směrová závislost rychlosti Pg vln v centrální části Českého masívu (GFÚ)
3. Záznam krátkodobých klimatických změn ve "skleníkovém" období křídy (GFÚ)
4. Současná depozice a migrace olova v lesních ekosystémech (GLÚ)
5. Vysokotlaké eklogity doprovázené granátickými peridotity (GLÚ)
6. Výzkum mineralogické vazby arsenu v životním prostředí (GLÚ)
7. Dlouhodobé trendy v systému ionosféra-atmosféra (ÚFA)
8. Plošné odhady pravděpodobné maximální srážky pro území ČR s využitím radarových měření (ÚFA)
9. Šíření hvizdových vln ve vnitřní zemské magnetosféře (ÚFA)
10. Využití nekonformní metody konečných prvků (ÚGN)
11. Příspěvek k automatické klasifikaci seismologických signálů (ÚGN)
12. Nové metody prognózy poklesů povrchu ovlivněného hlubinnou exploatací rudných žilných ložisek typu Rožná (ÚGN)
13. Zpracování odpadního polyethylenu s uhlím (ÚSMH)
14. Objev nového minerálu (ÚSMH)
15. Aplikace optické mikroskopie v oblasti požární ochrany

3.1 Geotermická anomálie v severovýchodním Polsku a podnebí poslední doby ledové
J. Šafanda, J. Szewczyk, J. Majorowicz

    V rámci česko-polského projektu "Současné a minulé změny podnebí odvozené z teplotních měření ve vrtech a hydrogeologickou analýzou" byla karotážní aparaturou GFÚ provedena v letech 2003 a 2004 přesná měření ustálené teploty v několika vrtech v severovýchodním Polsku. Měření potvrdila v měřítku Evropy ojedinělou anomálii, kdy se v oblasti zhruba 16 km x 8 km pozoruje pokles teploty s hloubkou (8 °C na povrchu, 5 °C v hloubce 400 m). Kombinací nově získaných dat s dřívějšími výsledky základního geotermického výzkumu bylo možné podrobně analyzovat pozorovaný jev, sestavit geotermický model lokality, rekonstruovat průměrnou povrchovou teplotu oblasti během poslední doby ledové, odvodit profil teplota-hloubka na počátku poledového období a simulovat numerickým řešením rovnice vedení tepla jeho časový vývoj od konce doby ledové do současnosti. Výsledný model, konzistentní se všemi pozorovanými skutečnostmi, ukazuje, že průměrná povrchová teplota během doby ledové zde činila -10 °C, mocnost věčně zmrzlé půdy dosáhla 520 m, k nástupu poledového oteplení s průměrnou teplotou +7 °C došlo před 14 tis. lety, poslední zbytky podzemního ledu roztály teprve před 4 000 lety v hloubce 300-400 m a v posledních 150 letech vzrostla povrchová teplota o další 1 °C, takže celková amplituda oteplení povrchu od doby ledové po současnost je 18 °C. Příčinou tak pomalého odeznívání podmínek doby ledové pod povrchem je výjimečná geologická stavba oblasti.

   Profily teplota - hloubka naměřené ve vrtech Sidorowka a Udryň v oblasti teplotní anomálie a matematická simulace jejich časových změn. Počáteční rozložení teploty s hloubkou na konci poslední doby ledové (počátek simulace, čas 0) je v rovnováze s povrchovou teplotou -10.3°C a hlubinným tepelným tokem 40 mW/m². Profil zcela vpravo odpovídá vyššímu toku 50 mW/m² vně oblasti s teplotní anomálií. Křivky T_L -1.7 °C a T_L vymezují hloubkově závislý interval teplot tání podzemního ledu. Popis křivek v tisících let od počátku simulace.

Šafanda, J., Szewczyk, J., Majorowicz, J.: Geothermal evidence of very low glacial temperatures on a rim of the Fennoscandian ice sheet.- Geophys.Res.Letters, 31: L07211, doi:10.1029/2004 GL019547 (2004).

3.2 Směrová závislost rychlosti Pg vln v centrální části Českého masívu
V. Vavryčuk, P. Hrubcová

      V rámci česko-polského projektu "Současné a minulé změny podnebí odvozené z teplotních měření ve vrtech a hydrogeologickou analýzou" byla karotážní aparaturou GFÚ provedena v letech 2003 a 2004 přesná měření ustálené teploty v několika vrtech v severovýchodním Polsku. Měření potvrdila v měřítku Evropy ojedinělou anomálii, kdy se v oblasti zhruba 16 km x 8 km pozoruje pokles teploty s hloubkou (8 °C na povrchu, 5 °C v hloubce 400 m). Kombinací nově získaných dat s dřívějšími výsledky základního geotermického výzkumu bylo možné podrobně analyzovat pozorovaný jev, zejména sestavit geotermický model lokality, rekonstruovat průměrnou povrchovou teplotu oblasti během poslední doby ledové, odvodit profil teplota-hloubka na počátku holocénu a simulovat numerickým řešením rovnice vedení tepla jeho časový vývoj od konce glaciálu do současnosti. Výsledný model, konzistentní se všemi pozorovanými skutečnostmi ukazuje, že průměrná povrchová teplota během glaciálu zde činila -10 °C, mocnost permafrostu dosáhla 520 m, k nástupu holocenního oteplení s průměrnou teplotou +7 °C došlo před 14 tis. lety, poslední zbytky podzemního ledu roztály teprve před 4 tis. lety v hloubce 300 - 400 m a v posledních 150 letech vzrostla povrchová teplota o další 1 °C, takže celková amplituda oteplení povrchu od glaciálu po současnost je 18 °C. Příčinou tak pomalého odeznívání glaciálních podmínek je výjimečná geologická stavba oblasti.

Vavryčuk, V., Hrubcová, P., Brož, M., Málek, J., & the ALP 2002 Working Group: Azimuthal variation of Pg velocity in the Moldanubian, Czech Republic: observations based on a multi-azimuthal common-shot experiment. - Tectonophysics: 387, 189-203 (2004).

3.3 Záznam krátkodobých klimatických změn ve "skleníkovém" období křídy
J. Laurin, , D. Uličný

   Rychlost a rozsah současných klimatických změn se od změn, které probíhaly v geologické minulosti liší hlavně v důsledku lidské činnosti. Je zřejmé, že tyto změny mohou být činností člověka urychleny. Nicméně klimatické změny v geologické minulosti i současnosti byly řízeny analogickými procesy a proto nám studium geologického záznamu umožní lépe porozumět současným i budoucím změnám klimatu. Geologické disciplíny mohou pomoci odpovědět na otázku: Jaký je vztah mezi úrovní hladiny oceánů a dopadem slunečního svitu (insolací) řízeného orbitálními cykly v obdobích tzv. skleníkového klimatu (tj. klimatu s vysokou koncentrací CO₂ a jiných skleníkových plynů v atmosféře).
Mořské sedimenty české křídové pánve (stáří c. 96 - 86 mil. let) nabízejí vzácnou možnost studia změn úrovně hladiny oceánu a tzv. Milankovičovských orbitálních cyklů, které jsou hlavní příčinou přirozených změn insolace v časovém řádu c. 20 tis. až 400 tis. let. Výsledky našeho výzkumu v této oblasti naznačují úzký kauzální vztah mezi pohyby břežní linie na straně jedné a cykly excentricity oběžné dráhy Země (c. 100 a 400 tis. let) a precese zemské osy (c. 20 tis. let) na straně druhé. Nejdelší (400 tis. let) cykly posunu břežní linie směrem do pevniny (transgerese) a zpět do moře (regrese) byly prokazatelně způsobeny změnami úrovně mořské hladiny, jejíž zvyšování a snižování bylo řízeno orbitálně. Přestože skleníkové období křídy je obecně považováno za období bez kontinentálních ledovců, výše uvedený vztah naznačuje možnost periodického vázání vody ve formě ledu v kontinentálních ledovcích (pravděpodobně ve vysokohorských oblastech Antarktidy) i v období vrcholného skleníkového klimatu.

Laurin, J., Uličný, D.: Controls on a shallow-water hemipelagic carbonate system adjacent to a siliciclastic margin; example from Late Turonian of central Europe. - J. Sed. Res. 74: 697-717 (2004).

3.4 Současná depozice a migrace olova v lesních ekosystémech
Ekosystémy planety země jsou z velké části kontaminovány olovem (Pb), které je z velmi podstatné části antropogenního původu. Vzhledem k toxicitě a míře kontaminace životního prostředí olovem patří mezi dlouhodobě monitorované prvky. Zjistili jsme že, atmosférický depoziční tok olova ve středních Čechách, poklesl v období 1993 až 2001 o 80 %. Tento značný pokles je srovnatelný s trendy v Německu či USA v 70. až 80. letech minulého století. Významný pokles atmosférické depozice olova v ČR nastal zejména po 1. lednu 2001, kdy byl zastaven prodej olovnatého benzínu. Zbývající (současný) depoziční tok olova je přisuzován transportu aerosolů obsahujících Pb na velké vzdálenosti (přes hranice státu) a zbytkovým emisím z českých hnědouhelných elektráren. Depoziční tok Pb významně koreluje s depozičními toky prvků As, Cd, Cu, Zn a Be, které jsou obsaženy v typickém elektrárenském popílku. Podkorunové depoziční toky olova byly nižší než na volné ploše. Autoři tak dokazují, že vegetace (např. lesní porosty) zachycuje část olova ze srážek. Velmi nízké koncentrace olova nalezené ve dřevní hmotě a borce lesní vegetace svědčí o jeho téměř zanedbatelném kořenovém příjmu. Svrchní horizonty lesních půd s vysokým podílem organické hmoty obsahují vysoké koncentrace deponovaného olova, které je vázáno na rozkládající se organickou hmotu a na humus. Velmi malý výstup Pb povrchovým odtokem (0,002 g.km^-2.rok^-1) ve srovnání s průměrnou hodnotou vstupu depozicí (1,890 g.km^-2.rok^-1) dokazuje pokračující akumulaci olova v zalesněných územích.

Změna depozice olova (Pb) na volné ploše v období 1993 - 2003

Navrátil T., Vach M., Skřivan P., Mihaljevič M., Dobešová I.: Deposition and fate of lead in a forested catchment, Lesni potok, central Czech Republic. - Water, Air, and Soil Pollution: Focus, 4: 619-630 (2004).

3.5 Vysokotlaké eklogity doprovázené granátickými peridotity
V posledním desetiletí byly z několika orogenních pásem světa popsány vysokotlaké (UHP) metamorfované horniny, které pomáhají objasnit procesy v kolizních zónách kontinent-kontinent. Český masiv vznikl kolizí dvou hlavních kontinentů - Gondwany na jihu a Laurusie (Baltiky) na severu a řadou dílčích mikrokontinentů. Jednou z jednotek Českého masivu je i gföhlská jednotka moldanubika, která se skládá i z vysoce metamorfovaných hornin tvořených granulity pocházejícími z kůry a plášťovými horninami představovanými peridotity a eklogity.
Tlakově-teplotní (P-T) podmínky byly vypočteny pro eklogit z Nových Dvorů (poblíž Brna), který obsahuje kyanit, a to za použití granát-klinopyroxenového určení teploty horniny a kyanit-křemen (koesitového) určení tlaku horniny. Odhad P-T podmínek ukazuje na teploty 1 050-1 150°C při tlacích 4.5-4.9 GPa. Tak vysoké tlaky, odpovídající hloubkám asi 150 km, byly sice zjištěny u granátických peridotitů z gföhlské jednotky v Českém masivu, avšak výpočet tlaku v eklogitech nebyl ještě nikdy předtím určen. Je to první podstatný nález eklogitů, dosahujících tak vysokých tlaků v rámci gföhlské jednotky Českého masivu. Ostatní horniny této jednotky nedosahují tak vysokých tlaků (>2.5 GPa). Lze předpokládat, že přinejmenším některé eklogity, doprovázené granátickými peridotity, skutečně byly v hloubkách okolo 150 km a že odtud dokázaly velice rychle vystoupit. Jeden z možných modelů pro vysvětlení způsobu výstupu těchto hornin při kontinetální kolizi je tzv. delaminace, tedy odtržení eklogitového kořene. Model předpokládá, že během prvohorní kontinentální kolize, kdy orogenní kořen moldanubika byl silně ztluštěn, začala delaminace litosférického materiálu. Spodní těžká eklogitová část kůry se odpojila od orogenního kořene a propadla se do pláště, zatímco zbytek odlehčeného kořene začal stoupat rychle vzhůru.

Mikrofotografie studované horniny ve výbrusu. Velká zrna představuje minerál granát (grt) a v něm jsou uzavřeniny kyanitu (ky). Čáry A-B a C-D jsou zkoumané profily, na kterých se studovalo pomocí mikrosondové analýzy minerální složení.

Nakamura D., Svojtka M., Naemura K., Hirajima T: Very high-pressure (>4 GPa) eclogite associated with the Moldanubian Zone garnet peridotite (Nové Dvory, Czech Republic). - J. Metamorphic Geol., 22: 593-603 (2004).

3.6 Výzkum mineralogické vazby arsenu v životním prostředí
Škodlivost arsenu (As) pro člověka je zdokumentována četnými výzkumy. Nejčastějším primárním nositelem As v geologickém prostředí je minerál arsenopyrit (aspy). Tento minerál však nemá ekonomický význam, proto je při dolování rud deponován na haldy. V klimatických podmínkách ovšem zvětrává a přeměňuje se na nestabilní sekundární minerály, při čemž dochází k uvolňování As. Zvětrávání aspy probíhá ovšem i na přírodních výchozech hornin, které aspy obsahují. V poslední době se výzkumy zaměřují na experimentální modelování chování As v přírodě za účelem předvídání možných rizik kontaminací pitné vody a půd. Prvotní znalostí ke každému modelování je však vždy informace o tom, v jakých minerálech se As v přírodě vyskytuje. Proto také bylo studováno několik specifických lokalit, které dávaly naději na osvětlení mineralogické vazby As v různých prostředích.
    Na lokalitě Přebuz v Krušných horách byl studován arsenový odpad po úpravě cínové rudy s vysokým obsahem aspy. Bylo jištěno, že při jeho zvětrávání dochází k rozkladu aspy a k tvorbě sekundárních minerálů: arsenolitu, skoroditu, kaatialaitu, aj. Loužícím experimentem bylo prokázáno rozpouštění těchto minerálů a s tím spojená migrace As. Ve dvou profilech u haldy byly stanoveny koncentrace As až přes 13 500 mg.kg^-1! Vysoké obsahy (přes 2 000 mg.kg^-1) byly stanoveny také v přírodně kontaminovaných, avšak zemědělsky využívaných půdách na lokalitě Mokrsko ve středních Čechách. Zjištěné obsahy převyšují 70x limit pro zemědělské půdy v ČR. Bylo zjištěno, že mineralogická vazba As v těchto půdách závisí na typu horninového podloží. Nad granodioritem byly jako hlavní nositelé As zjištěny sekundární minerály farmakosiderit, arseniosiderit a skorodit. Nad vulkanosedimentárními horninami je to především goethit. Obsahy As (až 2 500 mg.kg^-1) spojené především s výskytem zatím nerozloženého aspy byly stanoveny na odkališti bývalého zlatodolu Roudný u Vlašimi, které je kvůli výskytu vzácného hmyzu vyhlášeno přírodní rezervací.
    Výzkumy výše zmiňovaných lokalit ukazují, že množství a vazba As závisí na chemickém složení prostředí, na morfologii terénu, na oxidačně redukčních podmínkách, hodnotě pH a na dalších faktorech, které jsou předmětem dalšího studia. Zjištění nositelé As mají různé vlastnosti v různých prostředích a tudíž jsou různě účinnými "lapači" As před další migrací.

Obraz vzorku v odražených elektronech pořízený skenovacím elektoronovým mikroskopem. Světlá zrna (aspy-sm) jsou krystaly arsenopyritu přeměněné na sekundární minerály. Uvolňování roztoků s arsenem je dokumentováno sekundárními minerály (sm) vysráženými v prasklinách živců.


Filippi M.: Oxidation of the arsenic-rich concentrate at the Přebuz abandoned mine (Erzgebirge Mts., CZ): the mineralogical evolution. - Science of the Total Environment, 322: 271-282 (2004).
Filippi M., Goliáš V., Pertold Z.: Arsenic in contaminated soils and anthropogenic deposits at the Mokrsko, Roudný, and Kašperské Hory gold deposits, Bohemian Massif (CZ). - Environmental Geology, 45, 5: 716-730 (2004).

3.7 Dlouhodobé trendy v systému ionosféra-atmosféra
J. Laštovička
Zesílený skleníkový efekt ovlivňuje celou atmosféru až po horní ionosféru. Prokázali jsme, že dlouhodobé trendy v systému ionosféra-atmosféra, které byly na počátku 20. století převážně slunečního původu dokonce i v troposféře a u povrchu, byly ke konci 20. století již převážně způsobeny nárůstem koncentrace skleníkových plynů, a to včetně dolní a střední ionosféry. Výjimkou je horní ionosféra, F2 vrstva, kde i na konci 20. století podstatnou roli v trendech hraje geomagnetická aktivita. Prokázali jsme, že trendy v elektronové koncentraci v dolní ionosféře z různých metod měření a parametrů jsou navzájem konsistentní (kromě sporadických raketových měření v její horní části) - růst elektronové koncentrace na konstantních výškách, způsobený kontrakcí horní atmosféry díky "skleníkovému" ochlazování (ne oteplování) a změnami v iontovém složení vyvolanými teplotní závislostí řady chemických reakcí. Ukázali jsme, že příčinou odlišného výsledku raketových měření v horní části dolní ionosféry je malý počet měření v kombinace se zcela nepravidelným sezónním, časovým a geografickým rozdělením. Prokázali jsme, že změna trendu absorpce radiových vln v dolní ionosféře s výškou (dole kladný, uprostřed záporný, nahoře opět kladný) je vysvětlitelná pozorovanou změnou gradientu elektronové koncentrace s výškou. Měření absorpce radiových vln v dolní ionosféře umožnila v této oblasti nalézt tendenci k zesílení aktivity planetárních vln nad Evropou.

Laštovička, J.: On the role of solar and geomagnetic activity in long-term trends in the atmosphere-ionosphere system. - J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 67: 83-92 (2005).
Laštovička, J., Bremer, J.: An overview of long-term trends in the lower ionosphere below 120 km. - Surv. Geophys. 25: 69-99 (2004).

3.8 Plošné odhady pravděpodobné maximální srážky pro území ČR s využitím radarových měření
D. Řezáčová, Z. Sokol, P. Pešice, M. Kašpar, M. Müller, V. Kakos, D. Hanslian
Radarová měření umožňují zpřesnit některé hydrometeorologické charakteristiky, které se využívají při odhadu návrhových povodní. Jde zejména o odhad pravděpodobné maximální srážky (PMP), která vyjadřuje limitní fyzikálně reálnou hodnotu srážkového úhrnu pro danou dobu trvání srážky a v daném místě. Kromě bodových hodnot PMP je nezbytná znalost plošného odhadu PMP. Odhadem PMP pro území ČR se zabývalo oddělení meteorologie ÚFA AV ČR v letech 1998-2004 ve spolupráci s Českým hydrometeorologickým ústavem (ČHMÚ). V roce 2004 byly s využitím rozšířené databáze historických dat nově stanoveny bodové hodnoty PMP pro území ČR pro délku trvání srážky 1-3 dny. Současně byla vyvinuta metodika pro vyjádření vztahu mezi bodovým a plošným odhadem PMP, která využila výsledky měření meteorologických radarů z území ČR. Dva meteorologické radary sítě CZRAD jsou provozovány ČHMÚ a jejich měření pokrývají území ČR. Hustota pokrytí v síti 2 x 2 km umožnila odvodit převodní vztah, který byl verifikován na srážkových datech z povodní v letech 1997 a 2002. Byly odvozeny plošné odhady PMP pro různé oblasti na území ČR a pro délku trvání srážky 1-3 dny, které nahradily předběžné hodnoty odvozené v roce 2000.

Plošné odhady PMP [v mm] pro povodí 3. řádu pokrývající území ČR a pro dobu trvání srážky 1-3 dny.

Řezáčová, D., Pešice, P., Sokol, Z.: An estimation of probable maximum precipitation for river basins in the Czech Republic. - Atmos. Research (v tisku). Řezáčová, D., Kašpar, M., Müller, M., Sokol, Z., Kakos, V., Hanslian, D., Pešice, P.: A comparison of flood precipitation in August 2002 with historical extreme precipitation events from the Czech territory. Atmos. Research (v tisku).

3.9 Šíření hvizdových vln ve vnitřní zemské magnetosféře
J. Chum, F. Jiříček, J. Šmilauer
Magnetosféricky odrážené hvizdy pozorované na družici MAGION 5 ve větších vzdálenostech od roviny magnetického rovníku mají často ve spektrogramech tvar řeckého "n". Podrobným rozborem a srovnáním s výsledky simulací se podařilo ukázat, že se jedná zpravidla o pozorování hvizdů, které pronikly do magnetosféry Země v nízkých magnetických šířkách a jsou pozorovány v oblasti svého magnetosférického odrazu (dolní spojená část stop) či blízko nad ní (vyšší frekvence). S rostoucím počtem odrazů se pozorované frekvenční pásmo hvizdů zužuje, stopy jsou více protažené v čase (disperze narůstá). V magnetosféře s nevýrazným gradientem plazmové hustoty dochází k rozdělení trajektorií vln různých kmitočtů. Při dostatečné četnosti bleskových výbojů ve středních šířkách pak tato skutečnost spolu s mechanismem magnetosférického odrazu, přechodem vln v kvazirezonanční režim a následnou velkou disperzí umožňuje vytváření oblastí v magnetosféře, ve kterých dominují pouze vlny určitých kmitočtů. Ty se v přehledových spektrogramech, pořízených podél dráhy družice prolétající těmito oblastmi, projeví jako výrazná šumová pásma. Šikmá šumová pásma jsou pozorována zejména za klidných geomagnetických podmínek ve večerních hodinách lokálního času. Z výsledků simulace vyplývá, že oblast, kterou vlny z bleskových výbojů pronikají do magnetosféry, zahrnuje ~20° magnetické šířky (~2000 km). Tento závěr platí za předpokladu, že vlny pronikají do magnetosféry s vlnovým vektorem kolmým k zemskému povrchu.

Příklad pozorovaní magnetosféricky odrážených hvizdů ve tvaru "?" na družici MAGION 5.

Shklyar, D., Chum, J., Jiříček, F.: Characteristic properties of Nu whistlers as inferred from observations and numerical modelling. - Annales Geophysicae 22: 3589-3606 (2004)
Chum, J., Jiříček, F., Šmilauer, J.: Nonducted propagation of chorus emissions and their observation. - Planetary and Space Science, 53: 307-315 (v tisku)

3.10 Využití nekonformní metody konečných prvků
Radim Blaheta, ÚGN, Owe. Axelsson, Univerzita Uppsala, Svetozar Margenov, Institute for parellel processing BAS Sofia, Maya Neytcheva, Univerzita Uppsala

Nekonformní metoda konečných prvků je vhodná pro řešení úloh, kdy standardní konformní konečné prvky dávají špatnou aproximaci, protože trpí tzv. locking efektem. Příkladem úlohy, pro kterou je použití nekonformní metody konečných prvků výhodné, je elasticita či plasticita s objemově nestlačitelným či skoro nestlačitelným materiálem. Obecněji, nekonformní konečné prvky jsou možnou a levnější alternativou smíšené formulace.
Při použití nekonformní metody konečných prvků vzniká otázka, zda lze využít obdobné iterační řešiče jako pro konformní konečné prvky. V našem případě jsme se zabývali otázkou možnosti využití optimálních víceúrovňových předpodmínění a řešičů. Otázka možnosti použití víceúrovňových metod v nekonformním případě přitom není jednoduchá, protože vnořené triangulace zde nevedou k vnořeným prostorům konečných prvků.
Výsledkem naší práce je zavedení dvou typů algebraické konstrukce rozkladu prostoru konečných prvků, analýza jejich vlastností a vytvoření optimálního předpodmínění a řešiče s využitím této konstrukce. Mimo to jsme ukázali robustnost tohoto řešiče vzhledem k fyzikální i numerické anizotropii v úlohách typu vedení tepla a pružnosti se zadaným posunutím na celé hranici.

Projekty : K1019101, UPPMAX p2004009, AVCR-BAS, BIS

R. Blaheta, M. Neytcheva, S. Margenov: Robust optimal multilevel preconditioners for nonconforming FE systems, submitted to NLAA. To appear in Numerical Linear Algebra with Applications.
R. Blaheta, M. Neytcheva, S. Margenov: Uniform estimate of the constant in the strengthened CBS inequality for anisotropic non-conforming FEM systems , Numerical Linear Algebra with Applications 11(2004), issue 4, 309-326. Podpora BIS-21.
O. Axelsson, R. Blaheta, Two simple derivations of universal bounds for the C.B.S. inequality constant, Appl. Math. 49(2004), 57-72.
R. Blaheta, S. Margenov and M. Neytcheva: Aggregation-based multilevel preconditioning of non-conforming FEM elasticity problems, Proc. PARA'04, Workshop on state-of -the-art in scientific computing, June 20-23, 2004 Copenhagen (http://imm.dtu.dk/~jw/para04/ ). To appear in Springer-Verlag
R. Blaheta, S. Margenov, M. Neytcheva:, Robust optimal multilevel preconditioners for non-conforming finite element systems, In: Iterative Methods, Preconditioning & Numerical PDEs (R. Blaheta, J. Starý, eds.). Institute of Geonics AS CR, Ostrava, 2004. ISBN 80-86407-99-3. Pages 34-37

3.11 Příspěvek k automatické klasifikaci seismologických signálů
Zdeněk Kaláb, ÚGN, Nina Častová, VŠB-TUO, Alexej A. Lyubushin jr., Ústav fyziky Země, Moskva

Typová analýza je často řešený problém při předběžné automatické interpretaci seismologických signálů. V rámci výzkumu na ÚGN jsou dlouhodobě zkoumány vlastnosti waveletové transformace pro tuto oblast digitálních dat. Waveletová transformace, na rozdíl od nejčastěji užívané Fourierovy transformace, automaticky adaptuje šířku okna jak ve frekvenční oblasti tak i v časové oblasti (patří tedy mezi metody časově-frekvenční analýzy).
Nejnovější práce byly zaměřeny na zkoumání vlastností paketových rozkladů digitálních seismologických signálů pomocí waveletovy transformace. Ověřili jsme využití rozkladů pro stanovení nástupu jednotlivých vlnových skupin ve vlnovém obraze a stanovení převládajících vlnových skupin v záznamu. V současné době jsme vyvinuli metodiku pro automatickou klasifikaci třísložkových seismologických signálů s využitím dříve vyvinuté metodiky výběru optimálního waveletu a jeho báze, nově jsme vyvinuli metodiku pro použití paketového a singulárního rozkladu zkoumaných signálů. Tyto práce přispěly k posouzení použitelnost waveletů při interpretaci digitálně registrovaných seismologických signálů.

Projekty:

Program rozvoje badatelského výzkumu K 3012103 "Procesy uvnitř a na povrchu zemského tělesa…"
Společné téma s Ruskou akademií věd (2000-2002) a 2003-2005 Analýza geofyzikálních dat s použitím moderních matematických metod
Lyubushin Jr., A.A., Kaláb, Z., Častová, N.: Application of Wavelet Analysis to the Automatic Classification of Three-Component Seismic Records - Izvestiya, Physics of the Solid Earth, Vol.40, No.7, 587-593, (2004). IF 0,295
Častová, N., Kaláb, Z.: Waveletový rozklad seismologických signálů - Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava, řada stavební, 12. Regionální konference Nové výsledky seismologických, geofyzikálních a geotechnických průzkumů, roč. III, č. 2/2003, ISSN 1213-1962, ISBN 80-248-0499-9, 51-60 (2002).
Častová, N., Kaláb, Z., Lyubushin Jr., A.A.): Discrete Wavelet Analysis of Digital Records of Seismic Signále - In: Kováčová, M. (ed.): 1^st International Conference APLIMAT. Proceedings, Bratislava, Slovak Republic, ISBN 80-227-1654-5, 127-132 (2002).
Častová, N., Horák, D., Kaláb, Z.: Description of Seismic Events using Wavelet Transform. International Journal of Wavelets, Multiresolution and Information Processing. (přijato do tisku)

3.12 Nové metody prognózy poklesů povrchu ovlivněného hlubinnou exploatací rudných žilných ložisek typu Rožná
Karel Hortvík a Petr Konečný, ÚGN, Antonín Hájek, GEAM Dolní Rožínka

Metody prognózy vlivu dobývání na deformace povrchu jsou dnes v ČR i ve světě dobře rozpracovány pro sedimentární, zejména uhelná ložiska, v nichž se aplikuje technologie dobývání zpravidla stěnovými poruby. Prognóza vývoje poklesových kotlin nad hlubinně dobývanými rudnými žilnými ložisky, deskovitého typu s pevnými průvodními horninami (ložiska typu Rožná) je však velmi specifickým problémem a není doposud, podle dostupné odborné literatury, uspokojivě vyřešena.
V návaznosti na dlouhodobá geodetická pozorování byl popsán nově pojatý mechanismus vzniku poklesové kotliny nad uranovým ložiskem Rožná. Na jeho základě je vypracován geomechanický model situace na ložisku, který pak s využitím matematického modelování vývoje poklesů povrchu umožňuje prognózovat vývoj poklesové kotliny jak ve fázi dobývání ložiska, tak i v období po ukončení těžebních prací.
Řešení této problematiky bylo oceněno jako jeden ze dvou nejlepších příspěvků mladých důlních měřičů na 12^th International Congress of International Society for Mine Surveying (ISM) v září 2004.

Projekty :

Grantový projekt č. 105/02/P026 Grantové agentury České republiky
Program cíleného výzkumu Akademie věd České republiky č. S3086005 Vliv útlumu hornictví na děje v litosféře.
Hortvik, K., Stas, L.: The prognosis of surface subsidence affected by underground exploitation of ore vein deposits of Rozna Type. In. 12^th Asian Regional Conference - Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Singapore, 2003, Poster presentation.
Hortvík, K.: Využití dlouhodobých nivelačních měření na povrchu hlubinně dobývaného uranového ložiska k matematickému modelování a prognóze poklesů povrchu. In. 10. výroční konference Společnosti důlních měřičů a geologů, Zvole nad Pernštejnem, 2003, Sborník anotací, plné znění na CD-ROM, ISBN 80-284-0463-8.
Hortvík, K: The prognosis of surface subsidence affected by underground exploitation of ore vein deposits of Rozna type, In. XII. INTERNATIONAL CONGRESS OF INTERNATIONAL SOCIETY FOR MINE SURVEYING, Fuxin and Bejing, 2004.
Hortvík, K: Pokles povrchu jako projev vlivu poddolování na ložisku Rožná, jeho prognóza a aplikace výpočetní metodiky na ložiska v obdobných podmínkách, In.: 11. konference SDMG, Velké Karlovice, 2004

3.13 Zpracování odpadního polyethylenu s uhlím
Pavel Straka

Průmyslový i komunální odpad obsahuje významná množství polyethylenu, který však může být tepelně zpracován v přítomnosti uhlí na užitečné uhlovodíkové směsi. Metodou diferenciální skenovací kalorimetrie studovali pracovníci Ústavu struktury a mechaniky hornin tepelné reakce polyethylenu s ostravsko-karvinským uhlím. Uhlí se při nízkých teplotách (do 550 °C) rozkládalo endotermně v dosti širokém teplotním rozmezí. Samotný polyethylen se rozkládal až v blízkosti uvedené teplotní hranice, přítomnost uhlí však jeho rozklad usnadnila a posunula k teplotě výrazně nižší (viz obrázek).
Pyrolýzou polyethylenu samotného vznikají nestabilní nenasycené uhlovodíky - alkeny a alkadieny. Analýza získaných produktů a termogravimetrická měření ukázala, že při ohřevu směsi polyethylenu s uhlím se za nízkoteplotních podmínek tvoří z uhlí polokoks a uvolňuje se vodík. Nenasycené uhlovodíky se nejprve adsorbují na vnitřní povrch uhlí a polokoksu a vodík posléze nenasycené uhlovodíky hydrogenuje na stabilní nasycené uhlovodíky. Obdobně se chová i polypropylen.
Výsledek bude využit ke stanovení procesních podmínek zpracování lehkých odpadních plastů s uhlím na stabilní uhlovodíkové směsi pro další použití.

. Křivka 1 odpovídá rozkladu uhlí. Rozklad polyethylenu (křivka 3, vyšší teplota maxima) je snazší v přítomnosti uhlí (křivka 2, nižší teplota maxima)

Straka P., Náhunková J.: Thermal reactions of polyethylene with coal (TG/DSC approach). - Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 76: 49-53 (2004).

3.14 Objev nového minerálu
Vladimír Šrein
Vznik minerálů je velmi úzce vázán na okolní prostředí jejich výskytu. Změny v tomto prostředí vedou ke krystalizaci minerálů se zásadně odlišným chemickým složením, s odlišnými fyzikálně chemickými parametry a ve velmi vzácných případech může dojít ke vzniku zcela nových minerálů,dosud neznámých v mineralogickém systému. K takové situaci došlo na významné lokalitě polymetalických rud u Smrkovce ve Slavkovském lese v západních Čechách. Zde autoři nalezli polohu kvarcitu obohacenou fosforitem, která ovlivnila změnu krystalizace fosforem bohatých supergenních fází ve zvětrávací zóně rudní žíly s uraninitem a vizmutem. V roztoku převládl fosfor nad arzenem a došlo ke krystalizaci minerálu fosfowalpurgínu, který byl na této lokalitě popsán poprvé na světě. Minerál a jeho jméno byly schváleny před publikací mezinárodní Komisí pro nové minerály a jejich jména, IMA. Tento minerál tak doplnil řadu vzácných minerálů (smrkovecit, atelestit, walpurgin) nalezených na této lokalitě v minulých letech a potvrdil tak jedinečnost zdejší zkoumané parageneze v supergenní zóně.

Sejkora J., Čejka J., Hloušek J., Novák M. a Šrein V.: Phosphowalpurgite, the P-dominant analogue of walpurgite from Smrkovec, the Slavkovský les Mts., Czech Republic.- Canad. Mineral., 42: 963-972 (2004).

3.15 Aplikace optické mikroskopie v oblasti požární ochrany
Ivana Sýkorová
Součástí rozsáhlého výzkumu vlastností a chování technických a stavebních materiálů při požárech je mikroskopické studium původních materiálů a jejich produktů z experimentálního ohřevu při teplotách 200 - 900 °C v inertní a v oxidační atmosféře. U každého materiálu, jak původního (plasty, pryskyřice, PVC, dřevotřísky) tak alterovaného (polokoksy až koksy) byly sledovány makroskopické charakteristiky zahrnující barvu, lesk, texturu, vrstevnatost. Zvláštní pozornost byla věnována mikroskopickým charakteristikám v odraženém světle. V monochromatickém a v polarizovaném světle byly stanoveny světelné odraznosti a mikrotvrdosti všech složek typických pro daný materiál a teplotu. Zároveň byla studována optická anizotropní textura, tloušťka stěn, velikost pórů, barva, barevné reflexy, deformace a výskyt oxidačních či teplotních lemů.
Mikrofotometrickým studiem změn optických a morfologických vlastností vybraných materiálů byly definovány teplotní intervaly základních fází jejich tepelné alterace. Výsledky ukázaly, že na změny materiálů vyvolané vzestupem teploty a reakční atmosférou nejcitlivěji reagovala světelná odraznost. Na základě světelné odraznosti R_max = 0,9 - 2,8 % byl určen počátek zásadních změn většiny plastů při teplotě 400 oC. U dřevotřísek byl počátek tvorby polokoksu se světelnou odrazností R_max = 2,0-3,0 % stanoven již při 300 °C a naopak u pryskyřic až při teplotě 500 °C. V závislosti na materiálu a na reakční atmosféře byla závěrečná fáze alterace materiálů, která se vyznačovala ztrátou vrstevnatosti, relativně stabilní texturou polokoksu a minimálními změnami odraznosti v intervalu Rmax = 5,0 - 7,5 %, definována při teplotách 600 - 700 °C. Světelná odraznost byla zařazena mezi základní parametry databáze, která je využívána při klasifikaci technických a stavebních materiálů po požárech a při rekonstrukcích požárů.