Nr wniosku: 155189, nr raportu: 12662. Kierownik (z rap.): dr hab

Nr wniosku: 155189, nr raportu: 12662. Kierownik (z rap.): dr hab. Krzysztof Bąk
Wśród skał budujących Tatry są takie, które powstały z magmy we wnętrzu Ziemi (np. granity) i takie, które tworzyły się
w dawnych morzach i na lądach, czyli tzw. skały osadowe (np. wapienie, piaskowce, łupki). Potoki spływające po
północnej części Tatr odsłoniły różne skały osadowe, które powstawały przez ok. 150 mln lat, głównie na dnie dawnych
mórz w czasie ery mezozoicznej, tj. od triasu (ok. 245 mln. temu) do kredy (ok. 100 mln lat temu). Najmłodsze ze skał
osadowych w Tatrach są jednocześnie jednymi z najmniej odpornych na procesy wietrzenia i erozji. Są to margle, łupki i
mułowce, które tworzą dzisiaj znane turystom szerokie części dolin tatrzańskich, z szerokimi polanami (np. Hala Pisana w
Dolinie Kościeliskiej), szerokie żleby (np. Żleb Żeleźniak pod Kominiarskim Wierchem) i szerokie przełęcze (np.
Przełęcz Liliowe na grzbiecie obok Kasprowego Wierchu).
Przedmiotem badań w niniejszym projekcie były te najmłodsze skały tatrzańskie (z kredy), których sumaryczna
miąższość sięga ok. 200 m. Postawiono dwa główne cele w tych badaniach: (1) odczytać czas ich powstania na podstawie
mikroskamieniałości oraz izotopów węgla, występujących w tych skałach. Pozwoliłby to na szczegółowe określenie czasu
różnych wydarzeń morskich jakie mogły zapisać się w skałach. (2) Owa interpretacja wydarzeń z cech skał była drugim
celem w tym projekcie. Był on o tyle ważny, że wydarzenia tamtego okresu czasu w morzach były szczególne w całej
historii Ziemi, bowiem były one związane z kilkoma długimi okresami cieplarnianymi, trwającymi po ok. 100-400 tys.
lat, które objęły wtedy całą Ziemię. Temperatura wody morskiej w umiarkowanych szerokościach geograficznych sięgała
wtedy ok. 250 C i była ona bardzo ciepła aż do samego dna (nawet 180 C).
Autorom projektu udało się wyseparować ze skał mikroskamieniałości, tj. węglanowe i krzemionkowe szkielety
organizmów morskich, żyjących jako plankton, a mających ok. 0,1-0,5 mm wielkości; były to otwornice i promienice.
Gatunki tych organizmów ewoluowały w tamtym czasie szybko (co ok. 1-2 mln lat) i dlatego służą one jako wskaźniki
czasu geologicznego. Z kolei stosując nowoczesne metody badania składu chemicznego skał, jakim są analizy
sproszkowanych próbek przy użyciu spektrometru mas, można było otrzymać informację o zmianach w składzie stałych
izotopów węgla i tlenu. Wzorując się na opracowanych w innych obszarach skalach czasu opartych na zmianach wartości
tych izotopów, osiągnęliśmy wysoką rozdzielczość podziału czasu geologicznego, w czasie którego osadzane były iły,
muły i piaski w dawnym basenie tatrzańskim, mogąc tym samym rozpoznać, które ze skał tworzyły się w okresach czasu
o największych zmianach izotopów węgla, a więc w tych, które były wtedy okresami „stresowymi” dla wielu środowisk
morskich i lądowych. W oceanach, takie „stresowe” okresy czasu, z bardzo wysoką temperaturą wody, wiązały się z
bardzo wolną cyrkulacją wód powierzchniowych, a szczególnie wód dennych, utrudniając wymianę gazową. Z tego
powodu duża objętość wód ze średniej i dużej głębokości pozostawała niedotleniona lub całkowicie pozbawiona tlenu.
Wpływało to niekorzystnie na ekosystemy dna morskiego i ekosystemy planktonu morskiego. Analizując zatem składniki
biogeniczne w skałach, można odczytać cechy warunków w środowisku morskim, z którego one pochodzą, zarówno z
tego dennego, jak i związanego z tonią morską, bo na dno opadały w różnej ilości, wielkości i składzie produkty
przemiany materii organizmów swobodnie pływających (planktonożerców), tzw. pelety.
W czasie osadzania różnego rodzaju składników na dnie morskim, pochodzenia biogenicznego i mineralnego, z wody
morskiej następowała krystalizacja różnych substancji pomiędzy tymi składnikami, zależnie od cech chemicznych wody,
jej pH, EH i temperatury. Analizując zatem skład chemiczny skał, przy zastosowaniu spektroskopów mas z różnymi
typami przystawek, możemy odczytać zawartość składników skał (na poziomie tlenków i pierwiastków) z rozdzielczością
sięgającą miliardowych części wagowych w skale. Obydwa typy analiz skał, nazywanych mikrofacjalnymi i
geochemicznymi dają możliwość odczytania różnych parametrów wody morskiej i środowiska wód uwięzionych
pomiędzy ziarnami z dna morskiego.
Stosując takie metody badań do najmłodszych skał tatrzańskich, które powstawały w czasie od ok. 107 mln lat do ok. 95
mln lat temu, opisaliśmy warunki ich powstawania, szczególnie w czasie okresów beztlenowych i okresów bezpośrednio
je poprzedzających. Na dnie basenu tatrzańskiego tworzyły się wtedy okresowo czarne muły zawierające do ok. 0.3-0.7%
wagowych czystego węgla organicznego, który powstawał z nieutlenionej materii organicznej pochodzącej z organizmów
morskich i dostarczanej z lądu przez prądy morskie. Woda morska była wtedy niedotleniona, zatem na dnie życie było
możliwe tylko dla nielicznej grupy streso-odpornych organizmów, albo na dnie panowała biologiczna pustynia. Główną
masę osadu na dnie stanowił wtedy muł węglanowy, zawierający różne biologiczne i mineralne składniki zbudowane z
węglanu wapnia o wielkości od tysięcznych do dziesiątych części milimetra. Dopiero ok. 97 mln lat temu na dno tego
zbiornika morskiego, które miało głębokość kilkuset metrów, prądy morskie zaczęły przynosić drobny piasek z odległości
ok. 20-50 km, pochodzący z delt rzecznych, znajdujących się na brzegu lądu położonego na południe od basenu
tatrzańskiego. Był to piasek dostarczany do koryt rzecznych z wietrzenia różnych skał magmowych (granitów) i skał
przeobrażonych (gnejsów). Szczegółowe badania geochemiczne tego materiału piaszczystego dostarczyły wiele
informacji o obszarze źródłowym, z którego rzeki przynosiły ten materiał do morza.
Dno morza tatrzańskiego przez cały okres osadzania materiału mułowo-piaszczystego podlegało ruchom pionowym,
obniżającym. W czasie ok. 107-100 mln lat, tym ruchom mającym charakter trzęsień ziemi, które prowadziły do
obniżania dna morskiego, towarzyszyły również procesy wulkaniczne jak wybuchy wulkanów podmorskich, wylewy
magmy w postaci żył i wyziewy ciepłych wód na dnie morza z tzw. kominów hydrotermalnych. Te zjawiska zachodziły w
najbliższym otoczeniu obszaru tatrzańskiego, ale ciepłe wody niosące związki żelaza i rozpuszczoną krzemionką dotarły
do dna tatrzańskiej części basenu i wykrystalizowały w spękaniach skał. Widzimy je dzisiaj jako czerwone żyły w
Nr wniosku: 155189, nr raportu: 12662. Kierownik (z rap.): dr hab. Krzysztof Bąk
wapieniach (barwa od związków żelaza), np. w starym kamieniołomie na Hali Gąsienicowej, tuż obok szlaku
turystycznego, blisko schroniska Murowaniec.
Po okresie osadzenia opisywanych skał mułowcowo-piaszczystych, czyli ok. 94 mln lat temu, wszystkie skały osadowe
tworzące dzisiejsze Tatry zaczęły podlegać fałdowaniu. We wstępnej fazie, z całą pewnością, miało ono miejsce w
warunkach podwodnych.