Jan Kalvoda, Andrew Goudie: Geomorfologické procesy v Hunza

Geomorfologické procesy v Hunza Karákóram
Jan Kalvoda1, Andrew Goudie2
1)
P írodov decká fakulta Univerzity Karlovy v Praze, Albertov 6, Praha 2, 128 43, eská republika
[email protected]
2)
University of Oxford, School of Geography and the Environment, Mansfield Road, Oxford, OX1 3TB,
United Kingdom [email protected]
Výzkum povrchových tvar a geomorfologických proces v Hunza Karákóram (Goudie, Kalvoda 2004) byl
zam en na 1) vývoj extrémn lenitého vysokohorského reliéfu, 2) p írodní ohrožení a rizika. Tato témata
sm ují k poznání integrace morfotektonických a exogenních proces v horských oblastech, kde probíhá kolizní
orogeneze. Snaha o interpretaci vývoje reliéfu jako záznamu orogeneze (Owen 1989, Kalvoda 1992, Fielding
1996) je v Hunza Karákóram tradi n spojována se studiem recentních zm n povrchových tvar (Paffen et al.
1956, Schneider 1959, Goudie et al. 1984a). P íroda Hunza Karákóram je zkoumána více než století
(Finsterwalder 1989, 1996) a již první pozorování ledovc (Workman, Workman 1910, Mason 1930, 1935)
indikovala mimo ádné rysy p írodních ohrožení v Karákóram (Hewitt 1969, 1988, Gardner, Hewitt 1990).
Dalšími tématy výzkumu Hunza Karákóram byly dynamika ledovc (nap . Zhang Xiansong, Shi Yafeng 1980,
Goudie et al. 1984b, Kalvoda 1987) a zvlášt historie zaledn ní tohoto horstva v kvartéru (Derbyshire et al.
1984, Kuhle 1988, 2001, Meiners 1997, Owen et al. 2002). Tyto práce jsou také spojeny s analýzou
sedimentárního záznamu geomorfologických proces v mladším kvartéru (Derbyshire, Owen 1990, Iturrizaga
2001) a údaj o velmi rychlé erozi (Foster et al. 1994, Bhutiyani 2000, Shroder, Bishop 2000) v Karákóram a
západním Himálaji.
Studium souboru povrchových tvar velmi r znorodých typ reliéfu mezi Distaghil Shar (7 886 m) a
údolím Hunza (2 000 m) sv d í o extrémn vysoké denudaci a transportu sediment (Ferguson 1984, Whalley et
al. 1984, Kalvoda 1990). Nápadná je vertikální hierarchie horských reliéf od extrémn chladných
extraglaciálních h eben Velkého Karákóram p es siln zaledn né a periglaciální oblasti až k sezónn
chladným/teplým vlhkým nebo semiaridním zónám v údolích Bualtar, Nagar and Hunza. Tato klimaticky
podmín ná zonalita ovliv uje
i r znorodost morfostrukturních a litologických rys zv trávání hornin (Cílek,
Kalvoda 1983, Goudie 1984, Waragai 1999). Recentní klimato-morfogenetické procesy se v uvedených zónách
velmi podstatn liší. Pro extraglaciální vysokohorskou zónu se skalními povrchovými tvary alpinských h eben
je typická kombinace hlubokého kryogenního zv trávání krystalinických hornin ve velmi chladném a
semiaridním prost edí s rozsáhlým p sobením glacigenních a niválních proces . asté jsou laviny, skalní ícení
a silná je v trá eroze. Glaciální zóna je nápadná stagnací nebo ústupem a úbytkem objemu ledovc a také
výraznými projevy sezónních periglaciálních proces v jejím spodním patru. Rozsáhlé pokryvy sutí bez stálého
sn hu a ledu v glaciální zón nad 5 000 m n. m. mají asto typickou ervenohn dou barvu, známou z chladných
nebo semiaridních pouští. Cílek a Kalvoda (1983) na t chto sutích popsali zv trávací k ry s mocností n kolika
centimetr . Mrazové zv trávání zv tšuje objem pór v hornin a tedy také citlivost k ob asné vlhkosti
podmín né p ímým slune ním ozá ením. Intenzita, doba a trvání teplot pod bodem mrazu vedou k hluboké
dezintegraci hornin a k makrogelivaci. Rozsah mikrogelivace je ízen p ipovrchovými cykly mrznutí a tání.
Údolí a h ebeny Hispar Karákóram jsou ve výškách nad 6 000 m n. m. vypln ny masivními
ledovcovými hmotami. Velká zaledn ná území nad 5 000 m n. m. asto kontrastují s velmi úzkými ka onovými
spodními ástmi údolí. Recentní ústup ledovc je doprovázen výraznou fluvioglaciální inností a rozsáhlými
svahovými pohyby. D sledkem tohoto procesu je jak podstatné zvýšení objemu p emís ovaných produkt
denudace lenitého reliéfu, tak rozsahu p írodních ohrožení, nap . astých velmi rychlých pohyb skalních hmot
a zv tralinového plášt v podob plovoucích ledovc (glacier surging), lavin, sesuv a bleskových povodní.
Periglaciální zóna je charakteristická rychlou fluvioglaciální a fluviální erozí strmých horských svah , dna
ka onovitých údolí a mladokvartérních sediment . Velmi etné jsou svahové pohyby r zného typu a rozsahu
jako jeden z impulz náhlých a rozsáhlých zm n krajiny.
Geomorfologická pozorování nasv d ují, že etnost a rozsah recentních zm n povrchových tvar v
Hunza Karakoram se zvyšují od velmi chladné a sezónn suché extraglaciální oblasti p es periglaciální zónu až
k subtropické oblasti se semiaridními klimatickými podmínkami. Zm ny tvá nosti krajiny jsou kontrolovány
rychlými endogenními a exogenními procesy a náhlými událostmi (zem t esení, protržení akumulací hrází jezer
apod.), které jsou specifickým rysem p írodních ohrožení. Hunza Karákóram je velehorské území z etnými
p írodními katastrofickými jevy a tedy s vysokým stupn m rizika pro všechny innosti lov ka. Na p íklad
rozsáhlá horské oáza Nagar vznikala na velkém komplexu fosilních sesuv a ledovcových akumulací s etnými
aktivními svahovými pohyby.
Geomorfologická analýza povrchových tvar Hunza Karákóram umožnila specifikovat morfotektonické
rysy reliéfotvorných proces v mladším kenozoiku. Tyto poznatky byly využity pro hodnocení dynamiky eroze a
exhumace hornin v pr b hu kolizní orogeneze. Denudace p ipovrchové ásti hornin Vysokého Karákóram od
neogénu do sou asnosti je zp sobena jejich orogenetickým zdvihem (Searle et al. 1999 a další) a globálními
resp. regionálními zm nami klimatu. Velehorský reliéf je zárove výsledkem vysoké intenzity klimato-
morfogenetických proces s velmi efektivní denudací, erozí a transportem zv tralého materiálu. Tento fenomén
Karákóram je v nápadném kontrastu s relativn menší mocností a rozsahem dlouhodobé denudace a transportu
zv tralého materiálu v severn ji ležících chladných a semiaridních oblastech Tibetu (Fielding 1996).
Foster et al. (1994) studovali apatit separovaný ze vzork krystalinických hornin masivu K2 (8 611 m)
v oblasti ledovce Baltoro. Apatit vykázal „fission-track“ stá í 2,1 ± 0,6 až 4,3 ± 1,4 milionu let, což nasv d uje,
že po átek denudace (s pr m rnými hodnotami 3 – 6 mm za rok) byl mladší než 5 milion let. Zrno zirkonu z
výšky 6 600 m ukázalo stá í 32 ± 6 milionu let. St edn terciérní stá í zirkonu vymezuje maximální rozsah
denudace v pliocénu na 7 000 m. Celkový rozsah denudace p i pr m rné výšce povrchu kolem 6 000 m n. m.
byl stanoven p ibližn na 6 000 m.
V Nepálském Himálaji jsme studovali hlavní exhuma ní procesy ve vztahu k denudaci a tektonickému
zdvihu na krystalinických horninách masivu Makalu (8 470 m) v oblasti ledovce Barun (Svojtka et al. 2003,
Kalvoda et al. 2004). Stá í a termální historie hornin Vysokého Himaláje byly zjiš ovány pomocí stop po
spontánním št pení 238U (fission track) v zirkonu a apatitu ve t ech typech vzork : v migmatitické ortorule,
v biotiticko-sillimanitické pararule a ve sm sném vzorku glacifluviálních sediment . Zjišt ná stá í zirkonu, ve
kterém dochází k áste nému zkracování stop po spontánním št pení (partial annealing zone – PAZ) v rozmezí
310 – 230 oC, byla 7,1 ± 1,0 milionu let pro migmatitickou ortorulu a 12,2 ± 1,0 milionu let pro Bt-Sil pararulu.
Stá í získaná pro zirkony z glacifluviálních sediment jsou 9,0 ± 0,7 milionu let a 9,2 ± 1,0 milionu let. Údaje
pro
tyto vzorky hornin odpovídají pr m rné rychlosti chladnutí 25 – 26 oC za 1 milion let, a to za období od
miocénu do sou asnosti. Datováním apatitu (PAZ = 120oC) byla získána stá í 3,2 ± 0,2 milionu let a 6,6 ± 0,6
milionu
let pro migmatitickou ortorulu a pro Bt-Sil pararulu (Svojtka et al. 2003, Kalvoda et al. 2004). Stá í
apatit z fluvioglaciálních sediment jsou 3,7 ± 0,5 milionu let a 4,0 ± 0,5 milionu let. Modelováním termálního
vývoje apatit bylo zjišt no, že horniny vysokohimálajské jednotky v oblasti Makalu chladly z teploty PAZ
apatitu (120oC) na teplotu 20oC v období p ed 3 – 2 miliony let, tedy pr m rnou rychlostí 1oC za 5 000 let. To
sv d í o rychlé erozi lenitého reliéfu, který se pravd podobn vyvíjel p i postupném morfotektonickém zdvihu
již v pliocénu. V posledních dvou milionech let se teplota studovaných vzork krystalinických hornin významn
nem nila.
Shroder a Bishop (2000) ukázali, že rozsáhlá denudace a odkrytí krystalinika masivu Nanga Parat (8
125 m) v západním Himálaji, tedy jižn od Karákóram, za aly p ed 12 – 10 miliony let. Pr m rné hodnoty
maximální eroze, ur ované podle konfigurace povrchových tvar sou asného reliéfu, jsou v posledních 55 000
letech odhadovány na 2,2 – 1,1 cm/rok. Podobn jako ve výše uvedených oblastech je také v Hunza Karákóram
zajímavé zjišt ní, že nejstarší zachované kvartérní sedimenty jsou mladší než 2 x 105 let. V tšina t chto relikt
akumula ních tvar je pravd podobn mladší než 50 x 103 let. Rozsah denudace sou asného extrémn lenitého
reliéfu této ásti Karákóram m že být odhadnut na 6 000 m za 1 milion let.
Porovnání geomorfologických a geologických poznatk z Karákóram a Himálaje sv d í o dlouhodobé
interakci mezi morfostrukturními procesy (v etn rozsáhlé tektonické exhumace hlubokých krystalinických
hornin) a klimaticky ízenou denudací a transportem erodovaného materiálu. Dynamika recentních
geomorfologických proces ve vertikáln uspo ádaných klimato-morfogenetických zónách Hunza Karákóram
ukazuje, že variabilní kombinace glaciálních, kryogenních, fluviálních a dalších proces p i destrukci
horninových komplex , které jsou vyzdvihovány v pr b hu kolizní orogeneze, jsou velmi efektivní. Rychlé
odkrývání a exhumace hlubokých ástí horninových komplex vyžaduje také dlouhodobé p sobení ú inných
transportních initel , nap . trangresi ledovc , intenzivní innost v tru v extraglaciálních a glaciálních zónách
resp. erozní a transportní innost vody v periglaciálních a sezónn chladných/teplých horských oblastech.
Klimatické fluktuace ur ují zejména rychlé geomorfologické zm ny v krajin . Dynamika a intenzita klimatomorfogenetických proces zárove ovliv ují dlouhodobý rozsah eroze a denudace, které jsou ízeny aktivními
tektonickými procesy. Efektivita zv trávání a transportu jeho produkt se zvyšuje s etností st ídání glaciálních,
periglaciálních a fluviálních proces v pr b hu vývoje georeliéfu poho í. Extrémní denudace krystalinických
hornin v oblasti Hunza Karákóram je tedy d sledkem jak intenzivních morfotektonických proces , tak
efektivního vylad ní paleogeografických zm n v rozší ení klimato-morfogenetických zón v mladším kenozoiku.
Korelace geomorfologického záznamu aktivní orogeneze v Hunza Karákóram a okolních poho í
s geologickými výzkumy sv d í o pom rn rychlé exhumaci hornin hlubších partií zemské k ry. Unikátní jsou
zejména velmi dynamické projevy a) zp tné vazby mezi rozsahem tektonické exhumace hornin v pr b hu
kolizní orogeneze a intenzitou klimato-morfogenetických proces , b) morfostrukturních a litologických vliv
na zv trávání hornin a mladokvartérních sediment . Extrémn lenité a geneticky r znorodé typy reliéfu Hunza
Karákóram jsou výsledkem dlouhodobé interakce morfotektonických proces a ú innosti denudace a eroze
v m nících se paleoklimatických podmínkách mladšího kenozoika. Vysoká intenzita denudace a transportu
zv tralého a erodovaného materiálu a nápadná absence starších kvartérních sediment nasv d ují, že efektivita
t chto geomorfologických proces v pr b hu kolizní orogeneze urychluje exhumaci hlubších ástí zemské k ry
a ovliv uje tak dynamiku orogenních zdvih Karákóram a Himálaje. Podstatným rysem chronodynamiky
výzdvihu t chto horstev je tedy integrace orogenetických proces , v etn tektonické exhumace hornin hlubších
ástí zemské k ry, s klimaticky podmín nými variacemi denudace a odnosu erodovaného materiálu.
Literatura:
Bhutiyani M.R. (2000): Sediment load characteristics of a proglacial stream of Siachen Glacier and the erosion
rate in Nubra valley in the Karakoram Himalayas, India. – J. Hydrol., 227, 1 – 4, 84 – 92.
Cílek V., Kalvoda J. (1983): Weathering rinds of the Karakoram crystalline rocks. – as. Mineral. Geol., 28, 2,
127 – 137, Praha.
Derbyshire E., Li-Jijun, Perrott F.A., Xu-Shuying, Waters R.S. (1984): Quaternary glacial history of the Hunza
Valley, Karakoram mountains, Pakistan. – In: Miller K.J.: The International Karakoram Project, Vol. 2,
456 – 495, Cambridge.
Derbyshire E., Owen L.A. (1990): Quaternary alluvial fans in the Karakoram mountains. – In: Rachocki A.H.,
Church M.: Alluvial fans, 27 – 53, London.
Derbyshire E. (1996): Quaternary glacial sediments, glaciation style, climate and uplift in the Karakoram and
northwest Himalaya: review and speculations. – Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol., 120, 147 –
157.
Ferguson R.I. (1984): Sediment load of the Hunza River (Karakoram). – In: Miller K.J.: The International
Karakoram Project, Vol. 2, 581 – 598, Cambridge.
Fielding E.J. (1996): Tibet uplift and erosion. – In: Burg J.P. (Ed.): Uplift and exhumation of metamorphic
rocks, the Himalayan Tibet region, Tectonophysics, 260, 1 – 3, 55 – 84, Amsterdam.
Finsterwalder R. (1989): Seit 100 Jahren Beobachtungen am Minapingletscher im Hunza Karakorum. – Z.
Gletscherkunde Glazialgeol., 25, 2, 209 – 216, Innsbruck.
Finsterwalder R. (1996): Accompanying text for the Hunza-Karakoram 1 : 100 000 map. – Erdkunde, 50, 3,
169 – 172.
Foster D.A., Gleadow A.J.W., Mortimer G. (1994): Rapid Pliocene exhumation in the Karakoram (Pakistan),
revealed by fission-track thermochronology of the K2 gneiss. – Geology, 222, 1, 19 – 22, Boulder.
Gardner J.S., Hewitt K. (1990): A surge of Bualtar Glacier, Karakoram Range, Pakistan: a possible landslide
trigger. – J. Glaciol., 36 (123), 159 – 162.
Goudie A.S. (1984): Salt efforescences and salt weathering in the Hunza Valley, Karakoram mountains,
Pakistan. – In: Miller K.J.: The International Karakoram Project, Vol. 2, 607 – 615, Cambridge.
Goudie A.S., Brunsden D., Collins D.N., Derbyshire E., Ferguson R.I., Hashnet Z., Jones D.K.C., Perrott F.A.,
Said M., Waters R.S., Whalley W.B. (1984a): The geomorphology of the Hunza valley, Karakoram
Mountains, Pakistan. – In: Miller K.J.: The International Karakoram Project, Vol. 2, 359 – 411,
Cambridge.
Goudie A.S., Jones D.K.C., Brunsden D. (1984b): Recent fluctuations in some glaciers of the western
Karakoram mountains, Hunza, Pakistan. – In: Miller K.J.: The International Karakoram Project, Vol. 2,
411 – 455, Cambridge.
Goudie A.S., Kalvoda J. (2004): Recent geomorphological processes in the Nagar region, Hunza Karakoram. –
Poster, Abstract Volume of the 30th Congress of the International Geographical Union and Joint
International Geomorphology Conference, August 2004, Glasgow.
Hewitt K. (1969): Glacier surges in the Karakoram Himalaya (Central Asia). – Canad. J. Earth Sci., 6,
1009 – 1018.
Hewitt K. (1988): Catastrophic landslide deposits in the Karakoram Himalaya. – Science, 242, (9. 10.), 64 – 77
Hewitt K. (1989): The altitudinal organisation of Karakoram geomorphic processes and depositional
environments. – In: Derbyshire E., Owen L.A.: Quaternary of the Karakoram and Himalaya. – Z.
Geomorphol., Supplbd, 76, 9 – 32, Stuttgart.
Iturrizaga L. (2001): Lateroglacial valleys and landforms in the Karakoram Mountains (Pakistan). – In: Kuhle M.
(Ed.): Glaciogeomorphology and Prehistoric Glaciation in the Karakorum and Himalaya. GeoJournal,
Vol. 55 and 56, No 1 – 4, 397 – 428, Dordrecht.
Kalvoda J. (1987): The main features of glaciation in West Karakoram. – Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Geogr.,
4, 16 – 28, Moskva.
Kalvoda J. (1990): Geomorphology of the Gharesa glacier region in the Karakoram. – Acta Univ. Carol., Geogr.,
XXV, 2, 3 - 27, Praha.
Kalvoda J. (1992): Geomorphological Record of the Quaternary Orogeny in the Himalaya and the Karakoram. –
In: Development in Earth Surface Processes, 3, 315 p. and 4 encl., Elsevier, Amsterdam.
Kalvoda J., Košler J., Svojtka M. (2004): Morphotectonic evidence for chronodynamics of uplift in the Eastern
Nepal Himalaya. – Poster, Abstract Volume of the 30th Congress of the International Geographical
Union and Joint International Geomorphology Conference, August 2004, Glasgow.
Kuhle M. (1988): Letzteiszeitliche Gletscherausdehnung vom NW-Karakoram bis zum Nanga Parbat (Hunza–
Gilgit- und Indusgletschersystem). – In: Becker H. (Ed.): Tagungsber. Wissenschaftl. Abhandl. 46.
Deutschen Geographentag. München 1987, 606 – 607, Stuttgart.
Kuhle M. (2001): The maximum Ice Age (LGM) glaciation of the Central- and South Karakoram: an
investigation of the heights of its glacier levels and ice thickness as well as lowest prehistoric ice
margin positions in the Hindukush, Himalaya and in East-Tibet on the Minya Konka-massif. – In:
Kuhle M. (Ed.): Glaciogeomorphology and Prehistoric Glaciation in the Karakorum and Himalaya.
GeoJournal, Vol. 55 and 56, No 1 – 4, 397 – 428, Dordrecht.
Mason K. (1930): The glaciers of the Karakoram and neighbourhood. – Rec. Geol. Surv. India, 63, 214 – 278,
Dehra Dun.
Mason K. (1935): The study of threatening glaciers. – Geogr. J., 85, 24 – 41, London.
Meiners S. (1997): Historical to Post Glacial glaciation and their differentiation from the Late Glacial Period
on examples of the Thian Shan and the Northwest Karakorum. – GeoJournal, 42, 2 – 3, 259 – 302,
Dordrecht.
Owen L.A. (1989): Terraces, uplift and climate in the Karakoram Mountains, Northern Pakistan: Karakoram
intermontane basin evolution. – In: Derbyshire E., Owen L.A.: Quaternary of the Karakoram and
Himalaya. Z. Geomorphol., Supplbd, 76, 117 – 146, Stuttgart.
Owen L.A., Derbyshire E. (1989): The Karakoram glacial depositional system. – In: Derbyshire E., Owen L.A.:
Quaternary of the Karakoram and Himalaya. Z. Geomorphol., Supplbd, 76, 33 – 73, Stuttgart.
Owen L.A., Finkel R.C., Caffee M.W., Gualtieri L. (2002): Timing of multiple late Quaternary glaciations in the
Hunza Valley, Karakoram Mountains, northern Pakistan: Defined by cosmogenic radionuclide dating
of moraines. – Bull. Geol. Soc. Amer., 114, 5, 593 – 604.
Paffen K.H., Pillewitzer W., Schneider H.J. (1956): Forschungen im Hunza-Karakoram. – Erdkunde, 10, 1,
1 – 33.
Schneider H.J. (1959): Zur diluvial Geschichte des NW-Karakoram. – Mitt. Geogr. Ges. München, 44, 201 –
216, München.
Searle M.P., Asif Khan M., Gough S.J., Qasim J.M. (1999): The tectonic evolution of the Kohistan-Karakoram
collision belt along the Karakoram Highway transect, north Pakistan. – Tectonics, 18, 6, 929 – 949.
Shroder J.F., Bishop M.P. (2000): Unroofing of the Nanga Parbat Himalaya. – In: Khan M.A., Treolar P.J.,
Searle M.P., Qasim J.M. (Eds): Tectonics of the Nanga Parbat syntaxis and the western Himalaya.
Geol. Soc. Spec. Publ., 170, 163 – 179, London.
Svojtka M., Tagami T., Košler J., Miková J., Buriánková K. (2003): Source and thermal evolution of High
Himalayan rocks in the Makalu region interpreted from U-Pb and fission-track dating of zircon. –
Abstracts of the 13th Golsdschmidt Conference, A 462, Kurashiki Sakuyo University, Kurashiki, Japan.
Waragai T. (1999): Weathering processes on the rock surfaces in the Hunza Valley, North Pakistan. – Z.
Geomorphol., Supplbd, 119, 119 – 136, Stuttgart.
Whalley W.B., McGreevy J.P., Ferguson R.I. (1984): Rock temperature observations and chemical weathering in
the Hunza region, Karakoram: preliminary data. – In: Miller K.J.: The International Karakoram Project,
Vol. 2, 613 – 633, Cambridge.
Wiche K. (1959): Klimamorphologische Untersuchungen im westlichen Karakorum. – Verh. dt. Geographentag.,
32, 190 – 203.
Workman F.B., Workman W.H. (1910): The Hispar Glacier. – Geogr. J., 35, 105 – 125, London.
Zhang Xiangsong, Shi Yafeng (1980): Changes of the Batura Glacier in the Quaternary and recent times. –
Prof. Papers on the Batura Glacier, Karakoram Mountains. – Science Press, 173 – 190, Beijing.
Summary
Geomorphological processes in the Hunza Karakoram
Observations of landform patterns of peculiar relief types between the Great Karakoram Range and Hunza
valley are presented. Climate-morphogenetic processes are described in a vertical hierarchy of variable highmountain reliefs from the extremely cold extraglacial ridges through the heavily glaciated and periglacial areas
to the seasonally warm semiarid Nagar and Hunza valleys. Morphostructural and lithological control of
characteristic weathering phenomena in these landform complexes and their distinctive vertical climatic zoning
are demonstrated. The recent retreat of the glaciers is accompanied by a distinctive increasing of the active
periglacial zone. It raises not only the volume of transported products of denudation, but in this rugged landscape
also the level of geomorphological hazards, including glacier surging, avalanches, landslides and flash floods.
High-mountain landform patterns of the Hunza Karakoram are the result of morphotectonic
processes, denudation and erosion efficiency in different paleoclimatic conditions during the Late Cenozoic. The
high intensity of denudation and transport of weathered and eroded material suggests a long-term influence of
these geomorphological processes on the rapid exhumation of deep crustal rocks and the dynamics of uplifts of
the Karakoram during the mature stages of collisional orogeny.