Abstract GEOMORFOLOGICKÉ PROCESY A ICH PRIESTOROVÉ ŠTRUKTÚRY VO VYSOKOHORSKEJ KRAJINE BELIANSKYCH TATIER Juraj Hreško, Martin Boltižiar, Gabriel Bugár This paper is focused on morphodynamic spatial structures (units) and their importance in the landscape-ecological research of the high-mountain areas. This approach is relatively less developed in the landscape ecology and therefore some authors emphasise its necessity (BAILEY 1996, TURNER, O NEIL 2001, HREŠKO 1994). Geomorphic processes and their spatial composition create a specific dynamic spatial units (areas) in the alpine and sub-alpine zone in which these extreme and dynamic processes operate. Their typical features are the transportation of great volumes of anorganic and organic materials and the significant contribution to the water and nutrient redistribution in these physiologically relatively dry areas. On the basis of long-term empiric research in the Belianske Tatry Mts. we introduce the model of the spatial units, in which energo-material transfer is driven by rainfall, snow, or melting snow. Úvod Vysoké pohoria Slovenska s glaciálnym a bralovo-hôľnym reliéfom predstavujú oblastí s vysokým stupňom dynamiky vývoja georeliéfu, kde sa uplatňuje celý rad geomorfologických procesov podmienených klimatickými podmienkami, litologickými vlastnosťami podložia a priamo alebo nepriamo aj činnosťou človeka. Pri analýze georeliéfu Belianskych Tatier vychádzame z prejavov morfoštruktúry v rôznych mierkach, z poznatkov o morfodynamických prejavoch súčasných geomorfologických procesov a morfometrickej analýzy územia s využitím GIS. V georeliéfe Belianskych Tatier sa prejavuje veľmi špecifický fenomén Západných Karpát v podobe pasívnej morfoštruktúry na úrovni makro i mikro reliéfu, čo sa prenáša aj do morfodynamických účinkov geomorfologických procesov. LUKNIŠ (1973) uvádza, že Belianske Tatry majú tvar mohutného hrebeňa typu crête, ktorý lemujú subsekventné doliny Bielej vody a Meďodolského potoka. Základnou vlastnosťou tejto naklonenej morfoštruktúry je asymetria severných a južných resp. juhovýchodných svahov. Konsekventné doliny na severnej strane, okrem toho, že boli iniciálne modelované ľadovcami, majú nevyrovnaný pozdĺžny profil s viacerými prahmi a stupňami. Severné svahy majú tvar skalných stien a dná dolín formuje celý rad procesov hlavne lavíny, sutinové prúdy a fluviálna erózia. Na južnej strane hrebeňa prevažujú hladko modelované svahy, ktoré sú v oblasti Zadných Meďodolov prerušované hradbovitými a vežovitými skalnými pruhmi odolných kremencov a dolomitov. Vymedzenie a charakteristika skúmaného územia Skúmané územie predstavuje vysokohorská krajina Belianskych Tatier, presnejšie svahy pohoria spadajúce do dolín Predných a Zadných Meďodolov, s celkovou plochou 10,6 km 2. Rozprestiera sa v nadmorských výškach 1220-2151m. Vzhľadom na výber skúmaného územia výrazne prevažujú JV, J a JZ svahy (cca 80% z celkovej plochy). Relatívne prevýšenie v sedlách dosahuje 400-600 m, vrcholy až 800 m. Sklonitosť svahov sa pohybuje od 7-12 na úpätí svahov a kužeľov, 20-25 v horných častiach kužeľov a úpätných svahov, 30-35 v stredných častiach svahov a žľabov, 35 a viac v horných a podvrcholových častiach svahov a žľabov. Skalné bralá a steny sú extrémne strmé až kolmé, so sklonmi viac ako 45. Priemerná dĺžka svahov (žľabov) v Zadných Meďodoloch sa pohybuje okolo 1500-1600 metrov, v Predných Meďodoloch okolo 800-1000 metrov.
Obr.1: Lokalizácia skúmaného územia Obr.2: Vybrané parametre georeliéfu skúmaného územia Predných a Zadných Meďodolov ich plošné zastúpenie vyjadrené v grafoch. Horizontálna krivosť georeliéfu Vertikálna krivosť georeliéfu Geometrické formy georeliéfu konkávny 33,0% konvexný 37,1% konvexný 30% konkávny 19% lili 10% likx 5% kkli 3% kkkx 8% kxkk 14% likk 11% kxli 5% lineárny 29,9% lineárny 51% kxkx 20% kkkk 24% % 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Orientácia georeliéfu 34,5 32,6 12,2 9,5 3,5 3,6 2,0 2,2 S SV V JV J JZ Z SZ % 25 20 15 10 5 0 Výškové stupne 19,38 19,89 19,14 15,31 11,84 7,21 4,81 1,10 1,22 0,12 1200-1300 1300-1400 1400-1500 1500-1600 1600-1700 1700-1800 1800-1900 1900-2000 2000-2100 2100-2152 m n.m. % 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 2,7 0-7 Sklonitosť georeliéfu 39,1 22,7 15,3 16,1 3,7 7-15 15-25 25-35 35-45 45-65 0,3 65-90 Tab.1: Typy krajinnej pokrývky v skúmanom území Predných a Zadných Meďodolov Krajinná pokrývka km 2 % trávne porasty 5,83 55,0 kosodrevina 2,52 23,8 lesy 1,71 16,2 skalné bralá 0,41 3,9 sutinové polia 0,12 1,1
Teoreticko-metodologické východiská Pod morfosystémom (morfodynamickým systémom) rozumieme priestorovú jednotku, v ktorej sa uplatňuje spravidla viacero procesov vzájomne prepojených energomateriálovým tokom v smere spádového gradientu (HREŠKO, 1994). V tomto príspevku sa okrem vertikálneho usporiadania procesov zameriavame aj na vzťahy v horizontálnom smere a predkladáme model priestorovej štruktúry morfodynamických systémov na južných svahoch Belianskych Tatier. Klasifikácia morfodynamických systémov vychádza z vertikálnych a horizontálnych vzťahov morfodynamických procesov, čím následne získavame syntetické operačné jednotky využiteľné v ekosystémovom výskume krajiny ako aj v rôznych krajinnoekologických aplikáciách. Dôležitým a pomerne náročným krokom je tvorba modelov morfosystémov v prostredí GIS s relevantnými databázami. Každý priestorový prvok morfosystému, resp. jeho modelu obsahuje okrem informácie o prevládajúcich procesoch ich intenzite a tendencii vývoja aj morfometrické veličiny georeliéfu. Základným metodickým krokom vymedzenia týchto morfodynamických systémov je podrobná terénna analýza a priestorová identifikácia jednotlivých procesov. Na tento účel využívame interpretáciu leteckých snímok a podrobný terénny prieskum. Spravidla ide o transektový spôsob zberu dát a popisu morfosystému v smere gradientu od dna doliny, resp. úpätia svahov po chrbty a vrcholy. Traverzový spôsob terénneho výskumu sme aplikovali najmä v oblasti vejárovitých záverov žľabov. Súčasťou terénneho výskumu je aj podrobná fotodokumentácia. Ďalšími podpornými metódami výskumu morfosystémov sú trvalé meracie profily a plochy na ktorých sa sleduje intenzita geomorfologických procesov a ich vplyv na deštrukciu pôdno-zvetralinovej pokrývky a priestorovú diferenciáciu vegetácie. Plochy a profily sú rozložené tak, aby zachytávali čo najširšie spektrum procesov a typov deštrukcie. Geomorfologické procesy Výskumom súčasných geomorfologických procesov v oblasti Belianskych Tatier sa zaoberal hlavne MIDRIAK (1972, 1977, 1978, 1983), ktorý sa venoval meraniu intenzity niektorých procesov a vymedzil periniveoglaciálnu zónu s typickými procesmi. V zmysle jeho klasifikácie (MIDRIAK, 1983) sme v skúmanom území potvrdili výskyt nasledujúcich procesov, resp. ich skupín: Gravitačné poruchy skalných masívov Geologická štruktúra mezozoického masívu Belianskych Tatier vytvára priaznivé podmienky pre rozvoj podpovrchových plazivých porúch, tak ako ich definoval Nemčok (1982). Najrozsiahlejšia gravitačná poruchu sme identifikovali na západnom svahu Ždiarskej vidly, ktorá prechádza naprieč hlavným hrebeňom v podobe zložitého systému jaziev a trhlín skalného masívu. Celý rad rozmermi menších porúch sa vyskytuje v bralách a skalnatých vrcholoch, napr. v masíve Hlúpeho, Zadných Jatiek a Bujačieho vrchu. Výslednými formami sú skalné jazvy - trhliny a odlučné hrany podložia v podobe skalných defilé. Inde sú gravitáciou naklonené vežičkovité a komínové formy s rozvinutým puklinovým systémom. Vlastné gravitačné procesy (rútenie, opadávanie úlomkov, zliezanie sutín) Výskyt procesov gravitačného rútenia a opadávania lemuje bralné formy a skalné steny vo vrcholových, hrebeňových a svahových pozíciách. Výsledkom sú blokoviská, sutinové pokrovy a roztrúsené bloky na svahoch a v záveroch žľabov. Proces gravitačného rútenia a opadávania je výsledkom intenzity zvetrávacích procesov vo vysokohorskej krajine, kde sa uplatňuje celý rad faktorov na báze vlastností horninového masívu. Za hlavný proces generujúci gravitačný rozpad hornín považujeme mrazové zvetrávanie sústredené v puklinových systémoch vápencov a kremencov.
Nivačno-gravitačné procesy (lavíny) Lavíny predstavujú vo vysokohorskej krajine Belianskych Tatier významný a veľmi dynamický proces, ktorý je determinovaný predovšetkým klimatickými faktormi, ale aj faktormi sklonitosti svahov, tvarov reliéfu, expozície voči svetovým stranám, členitosťou a drsnosťou povrchu vrátane charakteru vegetačného krytu. V skúmanom území sme pomocou terénneho výskumu a analýzou leteckých snímok potvrdili viac ako 10 morfosystémov, kde sa aktivita lavín prejavuje ako dominantný proces, preto ich môžeme považovať za lavínové morfosystémy. Priamy účinok lavín na vývoj reliéfu sa prejavuje v jednotlivých častiach tohto morfosystému rôzne. V zdrojovej zóne je to predovšetkým narušenie pôdno-zvetralinovej pokrývky, čím sa vytvárajú priaznivé podmienky pre uplatnenie ďalších procesov ako je nivácia a urýchľuje sa vznik vodno-gravitačných procesov. Izolované ostrovčeky pôdnozvetralinovej vrstvy sa dostávajú v dôsledku veľkého sklonu (viac ako 35 ) do gravitáciou riadeného pohybu, často aj s porastom kosodreviny. V zóne transportu, resp. pohybu lavíny sa aktivizujú nielen erózne procesy v podobe iniciálnych vodno-gravitačných rýh ale aj sutinových prúdov, ktoré prenášajú nahromadený úlomkovitý materiál na krátke vzdialenosti. V zóne akumulácie sa účinok lavín uplatňuje predovšetkým lokálnym porušovaním pôdnej vrstvy, zvlášť v prípadoch, keď dôjde k vytrhnutiu stromov aj s koreňovým systémom. Ďalším účinkom je akumulácia pôdnej a zvetralinovej hmoty ako aj nahromadenie úlomkov vetiev a kmeňov stromov v korytách potokov. Tab.2: Lavínová hrozba v skúmanom území Predných a Zadných Meďodolov s plošným zastúpením jednotlivých kategórií. Lavínová hrozba km 2 % Av1 (veľmi malá až žiadna) 4,16 39,3 Av2 (malá) 2,75 25,9 Av3 (stredná) 1,51 14,3 Av4 (veľká) 2,18 20,6 Spolu 10,60 100,0 Obr.3: Mapa skúmaného územia zobrazujúca mieru intenzity lavínovej hrozby, vypočítanú v zmysle HREŠKO, BUGÁR (2000) po úprave niektorých parametrov. Vyjadruje predispozíciu územia pre vznik (uvoľnenie lavíny).
Vodno-gravitačné procesy (sutinové prúdy - mury) Hlavným predpokladom vzniku sutinových prúdov je dostatočná produkcia úlomkovitého materiálu, ktorý opadáva na úpätia skalných stien a brál, príp. z výstupov narušeného skalného podložia na svahoch (južné svahy pod Hlúpym, 2061 m n.m.). Spúšťacím mechanizmom sutinových prúdov je presýtenosť zvetralín zrážkovou, príp. tavnou vodou v podmienkach exponovaného reliéfu, spravidla pri sklonoch okolo 30-35º. Výraznejšie sa vznik sutinových prúdov prejavuje v žľaboch, alebo záveroch severne orientovaných dolín (Nový potok, Tristárska dolina, severný kotol pod Jatkami), ktoré sú permanentne dopĺňané úlomkovitým materiálom gravitačnými a vodno-gravitačnými procesmi. Výslednými formami sutinových prúdov sú jednak erózne ryhy zahlbované do podložia, resp. v rámci samotnej transportovanej masy. V oblasti akumulácie sa formovali bifurkujúce ryhy s výraznými bočnými valmi. Kryogravitačné procesy (soliflukcia) Procesy soliflukčno-gravitačného zliezania pôdno-zvetralinovej vrstvy postihujú exponované, strmé svahy v zdrojových oblastiach morfosystémov a na konvexných chrbtoch. Pre tento typ procesov je charakteristické terasovité usporiadanie pôdno-zvetralinového plášťa, často s výskytom čerstvých odlučných trhlín, ktoré sa transformujú účinkami povrchového odtoku počas výdatných dažďových zrážok a pri rýchlom topení snehu. Eolické (veterné) procesy Prejavy veternej erózie, presnejšie vyvievania (deflácie) jemnozeme a zvetralinových častíc sa koncentrujú hlavne na sedlové a chrbtové polohy Belianskych Tatier. Účinky vetra sa prejavujú jednak v podobe štruktúrovania pôdno-zvetralinovej pokrývky, tzv. lysinové pôdy v zmysle LUKNIŠa (1973), resp. pásové pôdy, ktoré v skúmanom území popísal a skúmal MIDRIAK (1983, 1996). Ďalšou formou podmienenou veternou koróziou sú eolické niky plôšky s odstráneným pôdnym horizontom rôznych tvarov. Ich okraje lemujú previsy, spevnené koreňovým systémom, ktoré sú intenzívne podtínané nárazmi vetrom unášaných častíc. Pri intenzívnych zrážkach a topení snehu sa uplatňuje plošné vymývanie ník aj ustupujúcich okrajov. Priaznivé podmienky pre uplatnenie eolickej deflácie a korázie poskytujú najmä pestré bridlice a sliene. Nivačné (snehové) procesy Účinky topiaceho sa snehu v jarnom období formujú zreteľné nivačné zníženiny výklenky hlavne na lokalitách s dlhotrvajúcim výskytom snehových polí, spravidla na záveterných stranách sediel a chrbtov. Ďalšími formami sú nivačné niky, na ktorých pozorujeme úplnú deštrukciu pôdneho horizontu vrátane substrátu a môžu mať aj tvar eróznych rýh, ako na to upozornil MIDRIAK (1996). Morfodynamické systémy V skúmanom území prevládajú lavínové a lavínovo-fluviálne morfosystémy, ktoré tvoria súbory gradientovo usporiadaných geomorfologických procesov typických pre periniveoglaciálnu zónu. Vrchná (zdrojová) zóna morfosystémov J svahov východného hrebeňa Belianskych Tatier je charakteristická gravitačnými procesmi skalných stien a gravitačne porušených skalných hrebeňov. Ich úpätia lemuje úlomkovitý materiál, ktorý postihujú procesy gravitačného zliezania v podobe sutín usmernených do tvaru prúdov. Do vrchnej časti zdrojových zón sa sústreďujú aj nivačné procesy spojené s výskytom snehových polí. Prevažnú časť zdrojových zón lavínových a lavínovo-fluviálnych morfosystémov
postihujú soliflukčno-gravitačné procesy pôdno-zvetralinového plášťa s výskytom deštruovaných plôšok po opakovaných odtrhoch lavín. Výsledkom nivačných procesov a odtrhov snehových más je obnažená zvetralinová matrix, zvyčajne až na skalné podložie. Zdrojovo-transportná zóna lavínovo-fluviálnych morfosystémov korešponduje so soliflukčnogravitačne modelovanými periglaciálnymi svahmi. V iniciálnych fluviálnych ryhách a žľaboch dochádza k hromadeniu úlomkovitého materiálu s náznakmi aktivizácie juvenilných sutinových prúdov. Transportné zóny mofosystémov majú charakter svahových dolín tvaru V s evidentnými prejavmi prehlbovania a strhávania zvetralín z priľahlých svahov. V oblasti transportných zón morfosystémov sa uplatňujú fluviálno-erózne formy v podobe krátkych prelomových doliniek na pruhoch kremencov a vápencov, ktoré priečne pretínajú jednotlivé morfosystémy. Akumulačné zóny nesú stopy po fluviálnej erózno-akumulačnej činnosti a deštrukčných účinkoch lavín. Morfosystémy skúmanej časti Belianskych Tatier považujeme za veľmi aktívne sa formujúce priestorové jednotky, v ktorých sa koncentrujú procesy svahovej modelácie aktivované hlavne v jarnom a letnom období. Dominantné postavenie lavín tkvie predovšetkým v splachovacom efekte žľabov, t.j. v odstraňovaní vegetačnej zložky, v deštrukcii a následnom odnose pôdno-zvetralinovej pokrývky a predispozícií rozvoja vodno-gravitačných a fluviálnych procesov. Prípravným procesom pre uplatnenie koncentrovaného odtoku a formovania eróznych mikroforiem sú soliflukčno-gravitačné procesy na konvexných svahoch niektorých chrbtov medzi žľabmi. Ďalším výrazným znakom morfosystémov J a JV svahov Belianskych Tatier je ich sériové usporiadanie, vejarovitý tvar záverov žľabov s minimálnym vetvením a prevaha hladkých trávnatých svahov s veľmi nízkou drsnosťou povrchu. Faktor drsnosti spolu s parametrami georeliéfu a klimatickými podmienkami, ale aj historickými vplyvmi pastierstva a iných aktivít (do roku 1950) sa výrazne podieľali na akcelerácii lavín v oblasti Zadných a Predných Meďodolov, ktorá pretrváva aj v súčasnosti. Obr. 4: Lavínovo-fluviálne morfosystémy na J svahoch východného hrebeňa Belianskych Tatier medzi Zadnými a Prednými Jatkami. Foto: J. Hreško
Obr. 5: Veľkomierkový model lavínovo-fluviálneho morfosystému Predných Meďodolov. Legenda: typy morfosystémov: 1 gravitačný (opadávanie úlomkov, rútenie, gravitačné poruchy skalných masívov), 2 sutinovo-gravitačný (zliezanie sutín), 3 soliflukčno-gravitačný (kryogravitačný) 4 lavínový(nivačnoglavitačný), 5 lavínovo-murový, 6 fluviálny, 7 nivačný, 8 periglaciálno-sutinové svahy. Záver Na hlavných črtách vysokohorskej krajiny Belianskych Tatier sa najvýraznejšie podieľa pasívna morfoštruktúra strmo uklonenej kvesty na SV okraji Vysokých Tatier. Predovšetkým sú to masívne horninové komplexy odolných kremencov, vápencov a dolomitov, ktoré tvoria dominantné prvky mezo i mikroforiem georeliéfu na svahoch v dolín Predných a Zadných Meďodolov. Aktívnu, dynamickú zložku georeliéfu, t.j. morfotvorných procesov v prvom rade určuje veľké relatívne prevýšenie, strmosť svahov a špecifické klimatické podmienky. V príspevku sme prezentovali možnú priestorovú interpretáciu modelu morfodynamického systému vo veľkej mierke (1:10 000), ktorá vychádza z podrobného terénneho výskumu, priestorovej identifikácie súčasných geomorfologických procesov a interpretácie leteckých snímok. Význam takto vymedzených jednotiek v podmienkach vysokohorskej krajiny, umožňuje presnejšie vymedzenie, resp. členenie ekosystémov, hodnotenie ohrozenosti krajiny a stanovenie limitov v procese tvorby krajinno-ekologického plánu turisticky veľmi atraktívneho územia. Literatúra Bailey, R.G. 1996: Ecosystem Geography, Springer Verlag, 204 p. Hreško, J. 1994: The morphodynamic aspect of high mountain ecosystem research (Western
Tatras - Jalovec valley). In: Ekológia (Bratislava). Roč. 13, 1994, č. 3. s. 309-322. Hreško, J., Bugár, G. 2000: Avalanche hazard in the southeast part of the Belianske Tatry Mts. Ekológia (Bratislava), Vol. 19, Supplement 2/2000, p. 258-263. Lukniš, M. 1973: Reliéf Vysokých Tatier a ich predpolia. Bratislava: SAV, 1973. 175 s. Midriak, R. 1972: Deštrukcia pôdy vo vysokohorskej oblasti Belanských Tatier. Lesnícke štúdie 11-12. Bratislava: Príroda, 1972. 207 s. Midriak, R. 1977: Antropogénne vplyvy na vegetáciu a pôdu vo vysokých pohoriach Západných Karpát. In: Zborník Lesníckeho, drevárskeho a poľovníckeho múzea č. 9. Zvolen: Edičné stredisko, 1977, s. 141-182. Midriak, R. 1978: Intenzita potenciálnej erózie pôdy v Tatrách. In: Zborník prác o Tatranskom národnom parku 20. Martin: Osveta, 1978, s. 93-114. Midriak, R. 1982: Súčasné reliéfotvorné procesy a kategorizácia deštruovaných plôch nad hornou hranicou lesa. In: Lesnícky časopis. roč. 28, 1982, č. 4, s. 245-264. Midriak, R. 1983: Morfogenéza povrchu vysokých pohorí. 1. vyd. Bratislava: VEDA, 1983. 516 s. Midriak, R. 1996: Recentný geomorfologický vývoj Kopského sedla. In: Štúdie o Tatranskom národnom parku 1 (34). Martin: Gradus, 1996, s. 5-23. Nemčok, A. 1982. Zosuvy v slovenských Karpatoch. 1. vyd. Bratislava: Veda, 1982. 320 s. Turner, M.G., O Neill, R.V. 2001: Learning Landscape Ecology, Springer Verlag, 401 p. Príspevok bol vypracovaný v rámci vedeckého grantového projektu VEGA, GP č.2/7042/20 "Vegetačná mapa východnej časti Belianskych Tatier." Adresy autorov: Doc. RNDr. Juraj HREŠKO, PhD. Ústav krajinnej ekológie SAV, pobočka Nitra Akademická 2, 949 01 Nitra e-mail: landscape.eco@post.sk RNDr. Martin BOLTIŽIAR Ústav krajinnej ekológie SAV, pobočka Nitra Akademická 2, 949 01 Nitra e-mail: bolti@scientist.com Mgr. Gabriel BUGÁR Ústav krajinnej ekológie SAV, pobočka Nitra Akademická 2, 949 01 Nitra e-mail: gabrielbugar@hotmail.com