Prírodovedecká fakultaUniverzita Komenského v Bratislave

Projekt "SOURCE & SINK"

Title

From Source to Sink: Integrated Natural Hazard Assessment through the Quantification of Mass Transfer from Mountain Ranges to Active Sedimentary Basins

About

Scientific interdisciplinary project solved within the international project  Source & Sink at the Comenius University in Bratislava, Slovakia

Synthetic model of georelief of the West Carpathians and adjacent basins created on the basis of multidisciplinary geophysical, geological and geomorphological research. Evolution of the georelief from the viewpoint of the geodynamics and lithosphere’s building enables complex definition of regions with hazards occurrence.

Principal national investigators

Jozef Minár and Michal Kováč

Period

2008 – 2012

Support

The project has been supported by the Slovak Research and Development Agency (APVV) and European Science Foundation in the framework of the scheme EUROCORES 2007 in the program 4-D Topography Evolution in Europe : Uplift, Subsidence and Sea Level Change – The Geoscience of Coupled Deep Earth – Surface Processes (TOPO-EUROPE)

WWW

fns.uniba.sk/SourceSink

Main results

Summary (in Slovak)

1) Geofyzikálny model zemskej kôry a litosféry poukazujúci na závislosť pôsobenia hlbinnej stavby na reliéf krajiny

Integrované 2D modelovanie tiažového poľa, geoidu, georeliéfu a povrchového tepelného toku na jednej strane a na základe seizmického experimentu CELEBRATION 2000 utvorený veľkomierkový 3D litosférický gravimetrický model na strane druhej boli základom pre analýzu štruktúry a hrúbky zemskej kôry a litosféry. Podarilo utvoriť aj veľmi presný seizmický model hrúbky kôry na základe dát CELEBRATION 2000. Tieto charakteristiky boli konfrontované s originálne definovanými morfoštruktúrnymi charakteristikami (regiónmi), pričom sa ukázali výrazné väzby medzi hlbinnou stavbou a povrchovým priebehom georeliéfu. Výrazná diferenciácia morfoštruktúrnych jednotiek pozdĺž stredoslovenského zlomového systému významne koreluje s rôznou hrúbkou litosféry po oboch stranách tohto zlomového systému. Ešte výraznejšia je však väzba priestorového rozloženia koncentricky usporiadaných morfoštruktúrnych regiónov s namodelovanými hrúbkami zemskej kôry. Celkový trend narastania výšky do centra morfoštruktúry má zrkadlový odraz v hrúbke kôry, čo poukazuje na izostáziou sprostredkovanú väzbu medzi týmito fenoménmi. Lokálne disproporcie v tomto vzťahu pri kolapse orogénu (najmä kladná odchýlka v JV a záporná v SZ časti morfoštruktúry) však môžu poukazovať aj na úlohu mladej transpresnej tektoniky pri formovaní georeliéfu. Túto interpretáciu podporuje aj analýza povrchov eróznych báz a iných morfotektonických markerov.

2) Model vývoja georeliéfu v kľúčovej oblasti Viedenskej panvy a Dunajskej panvy ako aj v pohoriach Malé Karpaty, Považský Inovec a Tribeč v časových intervaloch vrchný miocén – recent.Definícia napäťového a morfotektonického poľa, morfoštruktúrna a morfometrická analýzy súčasného georeliéfu

Pre oblasť Turčianskej kotliny bol utvorený najkomplexnejší model vývoja izolovanej panvovej štruktúry a okolitého georeliéfu vrátane základného bilančného modelu v ktorom boli systematicky zjednotené dáta o denudácii a akumulácii materiálu a vertikálnych tektonických pohyboch.  Využité boli všetky dostupné existujúce i originálne generované geologické dáta (sedimentačný záznam, FT analýzy), geofyzikálne údaje (VES a seizmické profily) a geomorfologické informácie (zarovnané povrchy a riečne terasy, povrchy eróznych báz, profily dolín, z morfolineamentov generované morfotektonické pole a ďalšie geomorfologické markery). Výsledkom je v mnohých aspektoch nový systémový pohľad na vývoj tohto sedimentačného bazénu (nový koncept litostratigrafie podporený aj poslednými výsledkami FT analýz) a morfoštruktúry (najmä upresnenie počiatku jej formovania a korelácia zarovnaných povrchov s litostratigrafiou bazénu). Za významný metodický výstup pokladáme rozpracovanie metód analýzy morfotektonického poľa na základe morfotektonickej mriežky (morfolineamentov) a povrchov eróznych báz vyvinutý pri analýze tohto regiónu.

V Dunajskej panve sme rovnako na základe celého komplexu dostupných a novo generovaných informácií dospeli k návrhu principiálnej revízie jej litostratigrafie, neogénneho vývoja a zmien depozičných prostredí.  Vekové posuny dosahujúce až 3 mil. rokov idú vo veľkej miere na vrub charakteru sladkovodných usadenín bez biostratigrafickej kontroly. Spoluprácou s expertmi z maďarskej spoločnosti MOL sa nám takto podarilo magnetostratigraficky upresniť vek sedimentov.  Časť nami detekovaných hlbokovodných sedimentov bola doteraz považovaná za plytkovodné. Prvýkrát došlo k systematickému zjednoteniu stratigrafie a faciálneho vývoja usadenín slovenskej a maďarskej časti panvy rešpektujúcemu prirodzené priestorové väzby v regióne. Boli tiež definované zásadné nové hypotézy ohľadom zdrojov sedimentovaného materiálu, ako i pochovania a exhumácie okrajových pohorí (Malé Karpaty, Považský Inovec, Tribeč), podporené aj výsledkami morfoštruktúrnej analýzy. Prvé výsledky morfometrickej a morfoštruktúrnej analýzy v regióne poukazujú tiež na starší (dlhšie trvajúci) kvartérny zdvih pahorkatinnej časti regiónu na JV v porovnaní s jeho SZ časťou. Tento trend sa čiastočne odráža i v diferenciácii najmladšej holocénnej denudácie a akumulácie, najmä v pomere denudovaného a lokálne usadeného materiálu (sediment delivery ratio).

V regióne Vysokých Tatier bolo získané veľké množstvo originálnych geochronologických (AFT termochronologické dáta a datovanie konca zaľadnenia pomocou kozmogénnych nuklidov Be10) ale i geofyzikálnych a geomorfologických dát. Potvrdzujú etapovitý výzdvih pohoria akcelerujúci v pliocéne a kvartéri a signalizujú „omladenie“ glaciálnych sedimentov a reliéfu (existenciou glaciálnych sedimentov prevažne len z posledného glaciálneho maxima a mladších). Príprava kľúčovej publikácie však bola pozastavená kvôli vyššie spomenutej prebiehajúcej revízii výsledkov metódy Be10).

3) Model denudačnej histórie Západných Karpát na základe geologických a geomorfologických údajov

Denudačná história Západných Karpát sa tradične odvíjala najmä od ich zarovnaných povrchov a korelátnych sedimentov. Moderné konštrukcie denudačnej histórie sa opierajú najmä o termochronologické FT analýzy. Náš model bol utvorený pomocou revidovanej litostratigrafie Dunajskej panvy a Turčianskej kotliny, moderných geodynamických koncepcií priestoru, komplexného zhodnotenia publikovaných i nových FT analýz z oblasti Západných Karpát ale aj súboru nových morfometrických a morfoštruktúrnych analýz vyúsťujúci do nového (neotektonicky orientovaného) morfoštruktúrneho členenia Západných Karpát. Naše výsledky ukazujú, že denudačná história obsiahnutá v publikovaných FT analýzach z oblasti Západných Karpát sa spravidla neviaže na ich súčasný georeliéf, ktorý sa sformoval prevažne len v priebehu posledných 4 – 6 mil. rokov. Potvrdzujú to aj naše nové FT analýzy v najdynamickejších regiónoch Západných Karpát – vo Vysokých Tatrách a oblasti Turčianskej kotliny. Aj keď systém vnútrohorských kotlín typický pre Západné Karpaty má štruktúrno-tektonický pôvod v miocéne, súčasný reliéf sa utvoril až jeho reaktiváciou a čistočnou exhumáciou pri stupňovitom vyklenutí eliptickej morfoštruktúry Západných Karpát v pliocéne a kvartéri. Minimálne v oblasti Vnútorných Západných Karpát tejto etape predchádzala rozsiahla planácia reliéfu, ktorej zodpovedajú dominantne jemnozrnné vrchnomiocénne sedimenty v okrajových a vnútrohorských panvách a systém zarovnaných povrchov tradične označovaný ako stredohorská roveň. Jej chronologické zaradenie sa oproti starším predstavám stále viac omladzuje. Charakter (výška) zvyškov pedimentov a systému riečnych terás poukazuje (podľa ich súčasného chronologického zaradenia) na zvýšený tektonický zdvih celej morfoštruktúry od stredného pleistocénu, kedy došlo aj k výraznej tektonickej inverzii okrajov okrajových panví (Podunajská pahorkatina a Východoslovenská pahorkatina). Problémom však je absencia moderného numerického datovania zvyškov riečnych terás na území Slovenska.

4) Definícia komplexných hazardových regiónov: vznik, charakter a prejavy

Rozšírenie skôr publikovanej syntetickej hazardovej regionalizácie Slovenska na celú oblasť Západných Karpát bolo limitované nekomplexnosťou a nekompatibilitou národných databáz o jednotlivých prírodných hrozbách na jednej strane a nižšou mierou kvality (rozlíšenia, ale aj homogenity) nadnárodných celoeurópskych databáz na strane druhej. Napokon sme využili pre splnenie tohto cieľa čiastočne zjednotené národné databázy (hrozba gravitačných deformácií a snehových lavín), generovanie originálnych vlastných vrstiev (povodňová hrozba), extrapolovanie hrozby z územia Slovenska do celých Západných Karpát na základe ich korelácie s charakteristikami georeliéfu, litosféry a krajinnej pokrývky (hrozby v krasovej krajine a hrozba extrémnych vetrov) ako aj niektoré celoeurópske databázy (hrozba vodnej erózie pôdy a seizmická  hrozba). Pre stanovenie váh jednotlivých hrozieb v syntetickom hodnotení sme využili štatistické údaje o materiálnych škodách a stratách na ľudských životoch, ktoré spôsobujú na území Slovenska so zohľadnením plošného výskytu jednotlivých stupňov jednotlivých hrozieb. Utvorili sme niekoľko variantov syntetickej hrozbovej regionalizácie, ktoré umožňujú identifikovať relatívne stabilné priestorové štruktúry komplexných hazardových regiónov v oblasti Západných Karpát. Tieto reflektujú nielen klasickú morfoštruktúrnu regionalizáciu (maximálne ohrozené regióny Vonkajších Západných Karpát) ale vykazujú väzbu i na našu neotektonickú morfoštruktúrnu regionalizáciu (celkový trend nárastu hrozieb smerom do centra eliptickej morfoštruktúry a vyššie hodnoty hrozieb v morfoštruktúrnych regiónoch a subregiónoch západne od Stredoslovenského zlomového systému). Vznik najmenej ohrozeného regiónu prechádzajúceho z okraja Dunajskej panvy  až do Slovenského rudohoria možno vysvetliť najväčšou vzdialenosťou od aktívnych okrajov eliptickej morfoštruktúry.

 

List of top publication outputs

Main publication outputs of the Source & Sink project (2008 – 2012)

1

MINÁR, Jozef; BIELIK, Miroslav; KOVÁČ, Michal; PLAŠIENKA, Dušan; BARKA, Ivan; STANKOVIANSKY, Miloš; ZEYEN, Hermann. 2011. New morphostructural subdivision of the Western Carpathians: An approach integrating geodynamics into targeted morphometric analysis. In: Tectonophysics. 2011, 502, 158-174.

2

KOVÁČ, Michal; HÓK, Jozef; MINÁR, Jozef; VOJTKO, Rastislav; BIELIK, Miroslav; PIPÍK, Radovan; RAKÚS, Miloš; KRÁĽ, Ján; ŠUJAN, Martin; KRÁLIKOVÁ, Silvia. 2011. Neogene and Quaternary development of the Turiec Basin and landscape in its catchment: a tentative mass balance model. In: Geologica Carpathica. 2011, 62, 4, 361-379.

3

KOVÁČ, Michal; SYNAK, Rastislav; FORDINÁL, Klement; JONIAK, Peter; TÓTH, Csaba; VOJTKO, Rastislav; NAGY, Alexander; BARÁTH, Ivan; MAGLAY, Juraj; MINÁR, Jozef. 2011. Late Miocene and Pliocene history of the Danube Basin: inferred from development of depositional systems and timing of sedimentary facies changes. In: Geologica Carpathica. 2011, 62, 6, 519-534. ISSN 1335-0552.

4

BIELIK, M.; ALASONATI-TAŠÁROVÁ, Z.; ZEYEN, H.; DÉREROVÁ, J.; AFONSO, J. C.; CSICSAY, K. 2010. Improved geophysical image of the Carpathian-Pannonian basin region. In: Acta Geod. Geoph. Hung. 2010, Vol. 45, 3, 284-298. ISSN 1217-8977.

5

MINÁR, J., SLÁDEK, J. 2009. Morphological network as an indicator of a morphotectonic field in the central Western Carpathians (Slovakia). In: Zeitschrift für Geomorphologie. 2009, 53, Suppl. 3, 215-221.


Other important publication outputs after 2012

CSICSAY, Kristián, BIELIK, Miroslav, MOJZEŠ, Andrej, SPEVÁKOVÁ, Eva, KYTKOVÁ, Bibiána & GRINČ, Michal. 2012. Linearization of the Sobolev and Babeyko's formulae for transformation of P-wave velocity to density in the Carpathian-Pannonian Basin region. In: Contributions to Geophysics and Geodesy. 2012, Vol. 42, 1, s. 15-23.

DOTTERWEICH, Markus, STANKOVIANSKY, Miloš, MINÁR, Jozef, KOCO, Štefan & PAPČO, Pavol. 2013. Human induced soil erosion and gully system development in the Late Holocene and future perspectives on landscape evolution – The Myjava Hill Land, Slovakia. In: Geomorphology. 2013, 201, s. 227-245.

ENGEL, Zbyněk, MENTLÍK, Pavel, BRAUCHER, Régis, MINÁR, Jozef, LÉANNI, Laetitia & Aster Team. 2015. Geomorphological evidence and 10Be exposure ages for the Last Glacial Maximum and deglaciation of the Velká and Malá Studená dolina valleys in the High Tatra Mountains, central Europe. In: Quaternary Science Reviews. Vol. 124, s. 106-123. ISSN 0277-3791.

FEKETE, Kamil & VOJTKO, Rastislav. 2013. Neotectonic activity of the Pravno fault in the area of the Žiar Mts. In: Acta geologica slovaca.2013, Vol. 5, Iss. 2, s. 117-127.

HOLEC, Juraj, BEDNARIK, Martin, ŠABO, Marián, MINÁR, Jozef, YILMAZ, Isik & MARSCHALKO, Marián. 2013. A small-scale landslide susceptibility assessment for the territory of Western Carpathians. In: Natural Hazards. 2013, Vol. 69, Issue 1, s. 1081-1107.

KRAJŇÁK, Martin, BIELIK, Miroslav, MAKARENKO, Irina, LEGOSTAEVA, Olga, STAROSTENKO, Vitaly I. & BOŠANSKÝ, Marián. 2012. The first stripped gravity map of the Turčianska Kotlina Basin. In: Contributions to Geophysics and Geodesy. 2012, Vol. 42, 2, s. 181-199.

KRÁLIKOVÁ, Silvia, VOJTKO, Rastislav, ANDRIESSEN, Paul, KOVÁČ, Michal, FÜGENSCHUH, Bernhard, HÓK, Jozef & MINÁR, Jozef. 2014. Late Cretaceous-Cenozoic thermal evolution of the northern part of the Central Western Carpathians (Slovakia): revealed by zircon and apatite fission track thermochronology. In: Tectonophysics. 2014, 615-616, p. 142-153.

KRÁLIKOVÁ, Silvia, VOJTKO, Rastislav, SLIVA, Ľubomír, MINÁR, Jozef, FÜGENSCHUH, Bernhard, KOVÁČ & Michal, HÓK, Jozef. 2014. Cretaceous-Quaternary tectonic evolution of the Tatra Mts (Western Carpathians): constraints from structural, sedimentary, geomorphological, and fission track data. In: Geologica Carpathica. 2014, Vol. 65, Iss. 4, s. 307-326.

MAGYAR, Imre, RADIVOJEVIC, Dejan, SZTANÓ, Orsolya, SYNAK, Rastislav, UJSZÁSZI, Katalin & PÓCSIK, Márta. 2013. Progradation of the paleo-Danube shelf margin across the Pannonian Basin during the Late Miocene and Early Pliocene. In: Global and Planetary Change. 2013, Vol. 103, Special Issue, s. 168-173.

MATENCO, Liviu, ANDRIESSEN, Paul, AVRAM, C., BADA, G., BEEKMAN, F., BIELIK, Miroslav, KOVÁČ, Michal, KRÁLIKOVÁ, Silvia, MINÁR, Jozef, PLAŠIENKA, Dušan & STANKOVIANSKY, Miloš. 2013. Quantifying the mass transfer from mountain ranges to deposition in sedimentary basins: Source to sink studies in the Danube Basin-Black Sea system. In: Global and Planetary Change. 2013, Vol. 103, Special Issue, s. 1-18.

PLAŠIENKA, Dušan. 2012. Jurassic syn-rift and Cretaceous syn-orogenic, coarse-grained deposits related to opening and closure of the Vahic (South Penninic) Ocean in the Western Carpathians – an overview. In: Geological Quarterly. 2012, 56, 4, s. 601-628.

RYBÁR, Samuel, HALÁSOVÁ, Eva, HUDÁČKOVÁ, Natália, KOVÁČ, Michal, KOVÁČOVÁ, Marianna, ŠARINÓVÁ, Katarína & ŠUJAN, Michal. 2015. Biostratigraphy, sedimentology and paleoenvironments of the northern Danube Basin: Ratkovce 1 well case study. In: Geologica Carpathica. Vol. 66, 1, s. 51-67. ISSN 1335-0552.

SAKSA, Martin & MINÁR, Jozef. 2012. Assessing the natural hazard of gully erosion through a geoecological information system (GeIS): a case study from the Western Carpathians. In: Geografie. 2012, roč. 117, č. 2, s. 152-169.

SMETANOVÁ, Anna, GRZNÁR, Peter, BURIAN, Libor HORÁČKOVÁ, Šárka & LÉTAL, Aleš. 2012. Geoarcheologická interpretácia pochovaného výmoľa ako súčasť geomorfologického výskumu., [Geoarchaeological interpretation of buried gully in geomorphological research]. In: Geographia Cassoviensis. 2012, VI, 1, s. 49-58.

ŠABO, Marián, MINÁR, Jozef, HOLEC, Juraj & ŽIAK, Miroslav. 2012. Syntetické hodnotenie vybraných prírodných hrozieb v oblasti Západných Karpát – prvé priblíženie., [Synthetic evaluation of selected natural hazards in the Western Carpathians area – first approximation]. In: Geografický časopis. 2012, 64, 4, s. 335-355.

List of PhD theses

PhD theses connected with the Source & Sink project succesfully defended

GRINČ, Michal (2013)
Lithospheric structure in Central Europe: integrated geophysical modelling., [Štruktúra litosféry v strednej Európe: integrované geofyzikálne modelovanie] 
Tutors/Školitelia: prof. RNDr. Miroslav Bielik, DrSc. & Prof. Hermann Zeyen

HOLEC, Juraj (2015) 
Systémy riečnych terás vo vybraných morfoštruktúrnych regiónoch Západných Karpát., [River terraces systems in selected morphostructural regions of the Western Carpathians] 
Tutor/Školiteľ prof. RNDr. Jozef Minár, CSc.

KRÁLIKOVÁ, Silvia (2013)
Low-thermal evolution of the Central Western Carpathian rock complexes during the alpine tectogenesis., [Nízkotermálny vývoj horninových komplexov Centrálnych Západných Karpát počas alpínskej tektogenézy]
Tutor/Školiteľ doc. RNDr. Jozef Hók, CSc.

ORVOŠ, Peter (2015)
Modelovanie vzťahu litosféry a reliéfu Západných Karpát s dôrazom na Tatry a Centrálny morfoštruktúrny región., [Modelling the relationship between lithosphere and relief of Western Carpathians emphasizing Tatry and Central Morphostructural Region]
Tutor/Školiteľ prof. RNDr. Jozef Minár, CSc.

SYNAK, Rastislav (2013) 
Depozičné systémy a sekvenčná stratigrafia vrchnomiocénnych usadenín Dunajskej panvy., [Depositional environments and sequence stratigraphy of the Upper Miocene sediments in the Danube Basin]
Tutor/Školiteľ doc. RNDr. Jozef Hók, CSc.

SMETANOVÁ, Anna (2013)
Hodnotenie totálneho geomorfologického efektu denudačno-akumulačných procesov v nížinnej poľnohospodárskej krajine., [Evaluation of total geomorphic effect of denudation-accumulation
processes in lowland agricultural landscape]
Tutor/Školiteľ doc. RNDr. Miloš Stankoviansky, CSc.

ŠABO, Marián (2012)
Syntetické hodnotenie vybraných prírodných hrozieb a rizík v oblasti Západných Karpát., [Synthetics evaluation of selected natural hazards and risks in the Western Carpathians area]
Tutor/Školiteľ prof. RNDr. Jozef Minár, CSc.

ŽIAK, Miroslav (2012)
Lavínová hrozba, bilancia energie a hmoty vo vysokohorskom prostredí., [Avalanche hazards, energy and mass balance in High Mountain Regions]
Tutor/Školiteľ prof. RNDr. Jozef Minár, CSc.

Further research caused by the project

Project Neosynthesis – Database | A new synthesis of the Western Carpathian landform evolution – preparation of the database for testing of key hypotheses | supported by the Slovak Research and Development Agency under the contract No. APVV-0625-11 | solved in 2012 – 2015 | web of the project   >>  Slovak   English

Project DANUBE | Development of the Danube basin depositional systems | supported by the Slovak Research and Development Agency under the contract No. APVV-0099-11 | solved in 2012 – 2015