Druhým rokem běží v ČR projekt občanské vědy Měření průhlednosti vody na rybnících. Druhým rokem se na stovkách rybníků intenzivně měří průhlednost vody, a to ve třech klíčových obdobích: v druhé polovině dubna a června a na přelomu srpna a září. Druhým rokem si doma stovky dobrovolníků vyrábí Secchiho desky, aby mohli pomoci v ochraně tzv. deštníkového druhu potápky černokrké, ale i dalších druhů živočichů a rostlin vázaných na mokřady. Připomeňme si v rámci stopadesátiletého výročí „vzniku“ tohoto limnologického nástroje osobu jeho „objevitele“, astronoma, meteorologa, přírodovědce a jezuity Pietra Angela Secchiho.

Hádám ostatně, že jen málokterý odborník četl normu ČSN EN ISO 7027:2000 (75 7343) Jakost vod – Stanovení zákalu. Stejně tak vzácným bude mezi vodohospodáři výkon tzv. průhledové zkoušky, ale ani metrologičtí puristé netuší, co za poklad skrývá definice: „Zkušební deska pro měření průhlednosti, vyrobená z litého bronzu a potažená bílým plastem, připevněná na řetízek nebo na tyč.“ Většina z povolaných bere do ruky Secchiho desku a finesy definice je nechávají zcela chladné. Rovněž tak mne. Tedy do chvíle, než jsem začal „podporovat“ projekt Měření průhlednosti vody na rybnících a musel zodpovědět překvapivě banální otázku: „Jak přesně má ta deska vypadat?“ Proto jsem se značnou pílí prohledal málo známé texty. V následujícím článku bych chtěl seznámit čtenáře s nálezy vynesenými z hlubin zapomnění. Je mým přáním, abyste se pak na webu www.voda.birds.cz zapojili do projektu České společnosti ornitologické, který podporují Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v. v. i., Česká limnologická společnost a Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy.

Pietro Angelo Secchi

Když před 150 lety vyšel v pařížských zprávách ze zasedání Akademie věd (Comptes Rendus de l‘Académie des sciences) čtyřstránkový článek O průhlednosti moře, skoro nikdo neočekával, autory zřejmě nevyjímaje, že se stane něčím přelomovým. Je pravda, že za dopisem projednaným na zasedání ze 17. července 1865 byl podepsán (jako druhý za kapitánem lodi Alessandro Cialdim) také italský meteorolog, astronom, fyzik, ředitel vatikánské observatoře a jezuita Pietro Angelo Secchi. A je také pravda, že o rok starší italská předloha článku je se svými 32 stranami mnohem podrobnější. Ve zpětném pohledu na Secchiho celoživotní dílo nám ale přesto připadá, že plavba na korvetě Neposkvrněné početí v okolí Civitavecchia měla spíš charakter „nedělního pikniku“. Posuďte sami.

Fiala ilustracni obrazek 2
Pietro Angelo Secchi, SJ (18. 6. 1818–26. 2. 1878), (zdroj Wikipedie)

V roce 1865 byl Pietro Angelo Secchi, SJ (Societas Jesu), ve vědeckých kruzích již dostatečně známý jakožto autor obsáhlého Souhrnu fyziky sluneční soustavy (1859) či revidovaného Struveova katalogu dvojhvězd (1859), kterých během sedmi let práce potvrdil přes 10 000. Díky fotografování zatmění Slunce (1860) prokázal, že koróna a protuberance jsou vlastní projevy Slunce. Jeho fotografie musely být velmi kvalitní. Ostatně jeho snímky měsíčního kráteru Copernicus se rozhodla distribuovat mezi ostatní astronomy sama Královská společnost v Londýně. Secchi měl na kontě mj. také primát ve studiu spekter Uranu a Neptunu.

Ano, byla to doba rozmachu spektrálního měření. Připomeňme stručně, že sice již padesát let byl znám objev 574 absorpčních čar ve slunečním záření (1814) slavného optika Josepha Fraunhofera. Nicméně až v roce 1859 chemici Robert Bunsen a Gustav Kirchhoff svými heidelberskými pokusy poskytli vysvětlení jejich původu. Fraunhofer byl také prvním, kdo díky své výjimečně kvalitní optice zjistil, že Sírius a další hvězdy nejvyšší magnitudy se absorpčním spektrem od Slunce podstatně liší. Byl to ale až Secchi, kdo díky systematickému pozorování dokázal, že některé absorpční čáry nemají původ v atmosféře Slunce, ale v atmosféře Země. Pro limnologii klíčový rok 1865 zastihl Secchiho uprostřed jeho největšího díla, katalogizace hvězd. Tento italský astronom na základě pozorování spekter 4 000 hvězd vytvořil jejich první klasifikaci (1868). Přičemž čtyři hlavní skupiny doplnil později objevem tzv. uhlíkatých hvězd. Dodejme na závěr spektroskopického odbočení, že i tak mistrovský systematik se „tesařsky utnul“, resp. přehlédl jednu maličkost. Roku 1868 amatérský pozorovatel Slunce Norman Lockyer prohlásil, že ve slunečním spektru našel jednu čáru, která nepatří žádnému z dosud známých prvků. Pozorování výrazně žluté emisní čáry provedl sice až v říjnu, tedy dva měsíce po Juliu Janssenovi, ale s kolegou chemikem pohotově pojmenoval nový prvek po řeckém bohu Slunce. Jednalo se mj. o první chemický prvek objevený dříve mimo Zemi než na Zemi.

Fiala ilustracni obrazek 1
Leč vraťme se k dokončení pestrého výčtu Secchiho prací. Z počátku kariéry se v meteorologických bádáních věnoval výzkumu elektrického pole Země, polárních září, blesků, vzniku krup a všeho podstatného k prognostice počasí. Stranou zájmu nezůstal ani magnetismus, pročež Secchi založil magnetickou observatoř (1858). Slávu mocných a lidu získal za vynález meteorografu, automatického záznamníku denního průběhu tlaku, teploty, deště, směru větru a relativní vlhkosti. Insignie důstojníka Čestné legie převzal od Napoleona III. a Řád zlaté růže od krále Brazílie, obojí na světové výstavě v Paříži (1867). Ještě předtím se stihl věnovat trigonometrii Via Appia a Vatikánu, a to tak důkladně, že se jeho měření stala základem geodetického popisu Apeninského poloostrova a jižní Evropy.

Životopisné medailonky se uzavírají členstvími, učiňme tak i zde. P. A. Secchi byl zvolen členem britské Královské společnosti v Londýně, francouzské Akademie v Paříži i ruské Akademie v Sankt­‑Petěrburgu. Podle jiných pramenů také akademií v Bruselu, Madridu, Filadelfii a Berlíně. Není zkrátka divu, že po Secchim nesou jména nejen krátery na Měsíci a Marsu, planetka a kometa, ale také sestava kamer umístěných na dvojici družic STEREO asynchronně obíhajících Slunce (vypuštěny r. 2006). Tyto kamery umožňují sledovat výrony koronární hmoty ve 3D projekci od jejich vzniku až po dopad na Zemi a mj. tak varovat naši elektronickou civilizaci.

Deska

Trpělivě se ptáte, jak do úctyhodného seznamu zapadá limnologicky zřejmě nejprimitivnější nástroj, Secchiho deska? Vraťme se k přelomovému článku z roku 1865 a na moře. Hloubka vody se tehdy měřila na nejpraktičtější známé jednotky, tedy sáhy. Byť asi nebyly u všech mužů a posádek zcela jednotné, upažení lodníka je při uchopování kotevního lana zcela přirozeným pohybem (1 fathom, česky sáh = 6 stop = 18 dlaní = 72 palců a tedy 1,8288 metru). Lodníky ovšem zajímala také zcela prostá věc, maximální průhlednost moře. Jednak kvůli základní bezpečnosti plavby, ale také z prozaičtějších důvodů, při hledání vraků a pokladů ze starých lodí. Secchi vůbec nebyl první, kdo průhlednost měřil a rozhodně nebyl první, kdo vynalezl „bílou desku“. Nebyl by to ovšem on, kdyby se úkolu neujal zcela systematicky. Začněme ale popořádku. V elektronicky dostupné literatuře se jako nejstarší měření průhlednosti moře opakovaně uvádí pozorování kapitána Johna Wooda Jr. z roku 1677. Ten při hledání Severní cesty se svojí fregatou Speedwell zaznamenal do deníku: „Voda mezi krami a zemí je nejslanější, co jsem kdy chutnal, a o poznání těžší, zejména však je také nejprůhlednější na světě… mohl jsem vidět dno v 80 sázích vody velmi hladce a mohl jsem vidět lastury na dně velmi hladce.“ Aby byly překonány obtíže pozorování při neklidné hladině, byla vynalézána důmyslná podvodní kukátka a „stolečky“ na zklidnění hladiny. Hlavní prvek instrumentu, tedy ponořovaná část, prodělal v 19. století „bouřlivý“ vývoj.

Fiala ilustracni obrazek 3
První záznam ponoření bílé desky za účelem zjištění průhlednosti pochází podle znalců od Adelberta von Chamisso a datuje se rokem 1815. Nicméně již zde nacházíme pravděpodobně první povýšení talíře z důstojnické jídelny na vědecké zařízení, když čteme: „For want of this, a white earthen plate, or a board covered with white stuff, might be used.“ Osvědčil se mu mnohem lépe, než na laně připevněný červený hadr.

Fiala ilustracni obrazek 4
Další zásadní poznatek k metodice přinesl Xavier de Maistre (1832), když čtvercový plech natřený bíle pozoroval nejlépe: „pod stínem deštníku, kterýž byl držen nad mojí hlavou“. Další námořníci alternovali s bíle natřeným hrncem, obručemi obalenými bílou látkou, aby překvapivě skončili u jídelních talířů. Aby si čtenář nemyslel, že čte aprílový příspěvek, citujme ze zápisů plavby 1838–1842: „First we tried an iron pot, painted white, next we tried a sphere of hoops, covered with white cotton cloth. Then we tried a mere hope, covered with a canvas. At last we took a common white dinner plate. It was good enough.“

Fiala ilustracni obrazek 5
Originálně se problematiky doslova „musel chopit“ Michael Faraday, když při plavbě parolodí přes zakalenou Temži v r. 1855: „vzhled a smrad přinutil jich věnovat pozornost vodě. Řeka byla plná neprůhledné bledě hnědé tekutiny. K řádnému otestování stupně průhlednosti, natrhal jsem jednu bílou kartu na kousky, omočil je, aby lépe klesaly pod hladinu.“ Pozorný čtenář zajisté tuší, že se historický exkurz blíží klíčovému letopočtu 1865 a spravedlivě očekává zápletku. Ta přichází zaslouženě s trpkou vzpomínkou Josefa Romana Lorenze, později rytíře von Liburnau. Jmenovaný, jakožto přírodovědec, později ministerský úředník mocnářství a nakonec prezident rakouské Meteorologické společnosti podnikl roku 1858–60 výzkumy v Kvarnerském zálivu, aby prozkoumal fyzikální poměry a rozšíření organismů. Samozřejmě, že opakovaně měřil průhlednost vody bílým diskem. Nenapadlo jej však, byť dílo vykonal celých sedm let před Secchim, aby „diskovou metodu“ (das Scheiben System) pojmenoval podle sebe!

Již 150 let

Na tomto místě se ovšem vkládá do historie limnologie Pietro Angelo Secchi a parní korveta Neposkvrněné početí, píše se rok 1864. Secchi jako obvykle postupuje zcela systematicky, jak můžete snadno sami nahlédnout z následující excerpce jeho francouzského článku.

„Secchi sleduje a zaznamenává všechny meteorologické a astronomické okolnosti měření. Zkouší několik velikostí disku, počínaje deskou 3,73 m velkou, aby optimalizoval průměr na 0,40 m. Mění jejich povrchy co do barvy i materiálu. Měří při různých deklinacích Slunce, při různém stavu oblohy, při různě klidné či zčeřené hladině. Pokusy opakuje na několika místech plavby, na různých stranách lodi a také sestupuje do člunu těsně k hladině, aby výsledek srovnal s měřením z paluby. Používá i spektrograf, ale bez výrazného zpřesnění výsledku.

Koncem dubna je moře dokonale čisté a nemíchané, nacházejí se 6–12 mil od pobřeží, nad hloubkou 300 m. Třetí den plavby jsou podmínky obzvláště příznivé, a tak je průhlednost naměřena dokonale přesně a má hodnotu 44 až 45 metrů. Vítězí porcelán. Spolehlivý je pohled ze člunu od hladiny a velký stín na vodě. Malý disk je hůře rozeznatelný, ale postačuje vzhledem k odchylkám od velkého a jednodušší manipulaci. Bílé mraky snižují průhlednost oproti jasné obloze až o 4 m. Pečlivě jsou zaznamenány změny barvy vody s rostoucí hloubkou, postupně od odstínů nazelenalé a nakonec modré barvy, která postupně tmavne. Pak deska mizí z dohledu lidského oka, tedy je k nerozlišení od okolní vody. Žluté disky mizí v poloviční hloubce. Analýza spektroskopem vykazuje postupné mizení červené barvy, poté žluté a nakonec zelené barvy. Protože indigo a modrá zůstávají beze změny, je barva mořské vody modrá až do fialova.

Secchi správně usoudil, že těžko zjistí maximální průhlednost, dokud nebude přesně znát absorpci atmosféry. Stejně tak je správný postřeh, že zmizí­­­­‑li deska z dohledu, ještě to neznamená, že v dané hloubce již není světlo. Nemůže tedy stanovit hloubku úplné absorpce světla, ale pouze maximální průhlednosti, potažmo viditelnosti dna. Aby světlo dorazilo do našeho oka, musí urazit dvojnásobnou vzdálenost, která je rozhodně větší než naměřená průhlednost. Věří tedy v záznamy jiných pozorovatelů, v mořích jako je Středozemní, v rozsahu 50 m, těžko však 60 m. Pochybuje o záznamech 100–200 m tím spíš, že málokteré dno je stejně odrazivé jako dno talíře. Dodává nicméně, že by bylo vhodné zopakovat tato měření i v jiných mořích.“

V říjnu 1864 je uveřejněno zmíněných 32 stran v italském „Il Nuovo Cimento“, následujícího roku vychází stručná stať francouzsky v Comptes Rendus a začátkem 20. století je pojem „Secchi disc“ již běžně používán. A takový je základ měření průhlednosti vody. Zůstane zřejmě navěky nerozhodnuto, proč padla volba na dnešní průměr 30 cm (užíváno při výzkumu na moři, protože ve sladkých vodách bohatě postačuje 20 cm), ale porcelánové, resp. kameninové talíře zřejmě nemohly příliš vybočit z průměru a Secchiho velikost 40 cm se možná z ekonomických důvodů dlouho neudržela.

Závěr

Dodejme na závěr, že život Pietra Angela Secchiho, SJ, byl s vodou osudově spjat nejméně třikrát. Poprvé, když s dalšími jezuity prchal do USA před italskou revolucí roku 1848 a jeho spolubratr a učitel Francesco de Vico zemřel po plavbě do Londýna na tyfus. Tentýž de Vico ještě sepsal mladému bratrovi doporučení na místo ředitele observatoře, se kterým se Secchi, který zatím dokončil doktorát z teologie, vrátil o dva roky později do Vatikánu. Observatoř hbitě přesunul do chrámu sv. Ignáce, kde vybudoval moderní instituci, postupně ji vybavil svými přístroji a zůstal jejím ředitelem až do své smrti roku 1878. Podruhé, byť okrajově, se voda dotýká Secchiho osudu v rané fázi jeho meteorologických studií, když se zabýval povahou dobré pitné vody a původem „římského klimatu“. Konečně potřetí byl k vodě vztažen během jara 1864. To už ale třímal v rukou desky, z nichž jedna navždy ponese jeho jméno.

Poděkování

Práce nebyla podpořena žádným grantem a vznikla na sklonku astronomického jara ve snaze povzbudit kolegy limnology a vodohospodáře k zapojení se do akce „Měření průhlednosti vody na rybnících“ i v nastávajících měsících léta 2016. Kdyby někdo i po přečtení článku pochyboval o jednoznačné definici měřidla, nechť zjistí, že ČSN 75 7343 je doopravdy vyčerpávající: „V typickém provedení jde o disk průměru 200 mm, do kterého je vyvrtáno šest děr, každá průměru 55 mm, rozmístěných na kružnici průměru 120 mm“. Spolu s většinou prohlašuji, že jsem takové provedení v životě neviděl.