Białe, wapienne ostańce są jednym z najbardziej charakterystycznych elementów krajobrazu polskiej Jury. Na wielu skalnych ścianach można jednak zauważyć szare, brunatne lub niemal czarne zacieki. Nie są one zwykłym „brudem”. Powstają tam, gdzie spotykają się woda, skała, związki mineralne, zanieczyszczenia atmosferyczne i mikroskopijne organizmy.
Dlaczego jurajskie wapienie są jasne?
Skały Jury Krakowsko-Wieluńskiej zbudowane są przede wszystkim z późnojurajskich wapieni, które powstały około 160–145 milionów lat temu w ciepłym, stosunkowo płytkim morzu. Ich głównym składnikiem jest kalcyt, czyli węglan wapnia.
Czysty kalcyt jest bezbarwny lub biały, dlatego świeże powierzchnie wapieni mają zwykle jasną barwę. Widoczny kolor skały zależy jednak również od jej porowatości, stopnia zwietrzenia oraz obecności minerałów ilastych, związków żelaza, krzemionki i substancji organicznej.
Powierzchnia wystawiona przez wiele lat na działanie atmosfery przestaje więc wyglądać tak samo jak świeży przełam skalny.
Czarne smugi podążające za wodą
Na odsłoniętych skałach ciemne pasy często pojawiają się dokładnie tam, gdzie okresowo spływa lub przesącza się woda. Takie smugi mogą być tworzone przez społeczności mikroorganizmów, przede wszystkim sinic, którym towarzyszą glony, grzyby, bakterie i porosty. Tworzą one cienką warstwę zwaną biofilmem. Składa się ona z komórek organizmów, wydzielanych przez nie substancji oraz zatrzymanych drobin pyłu i produktów wietrzenia skały.
Ciemne biofilmy rozwijające się wzdłuż dróg spływu wody bywają określane niemieckim terminem Tintenstrich, czyli „atramentowa smuga”. Można je spotkać na jasnych wapieniach i dolomitach w wielu częściach świata.
Woda ma tu kluczowe znaczenie. Nawet jeśli skalna ściana przez większość czasu pozostaje sucha, okresowe zwilżanie po deszczu może wystarczyć, aby mikroorganizmy przetrwały. Niektóre z nich są wyjątkowo dobrze przystosowane do naprzemiennego wysychania i ponownego nawodnienia.
Dlaczego sinice są niemal czarne?
Sinice kojarzą się zwykle z zielonymi zakwitami wody, ale żyjące na skałach gatunki mogą mieć barwę szarą, brunatną albo prawie czarną. Część z nich wytwarza ciemne pigmenty ochronne, między innymi scytoneminę.
Związek ten pochłania część promieniowania ultrafioletowego i działa jak biologiczny filtr przeciwsłoneczny. Chroni komórki żyjące na odsłoniętej powierzchni skały, gdzie są narażone na intensywne światło, wysychanie i duże wahania temperatury.
Ciemna smuga może więc być czymś w rodzaju mikroskopijnego miasta, którego mieszkańcy wyposażyli się we własny „krem z filtrem”.
Niektóre mikroorganizmy żyją nie tylko na powierzchni, lecz także w porach, szczelinach i tuż pod przezroczystą, zewnętrzną warstwą skały. Dlatego mechaniczne starcie nalotu nie zawsze oznacza całkowite usunięcie jego mieszkańców.
Czym są czarne skorupy gipsowe?
Inny mechanizm odpowiada za powstawanie czarnych skorup często obserwowanych na wapiennych i marmurowych zabytkach w miastach. Związki siarki obecne w zanieczyszczonym powietrzu mogą w obecności wilgoci uczestniczyć w reakcjach prowadzących do przekształcania kalcytu w gips, czyli uwodniony siarczan wapnia.
Sam gips jest jasny. Czarną barwę nadają skorupie przede wszystkim zatrzymane w niej cząstki sadzy, popiołów, pyłów komunikacyjnych i innych zanieczyszczeń atmosferycznych.
Takie naskorupienia najłatwiej rozwijają się w miejscach osłoniętych przed deszczem: pod gzymsami, w niszach, zagłębieniach i pod przewieszkami. Gips jest częściowo rozpuszczalny w wodzie, dlatego regularnie spłukiwane powierzchnie nie sprzyjają narastaniu grubej skorupy.
Skała naturalna to nie elewacja budynku
Mechanizm tworzenia czarnych skorup gipsowych jest bardzo dobrze rozpoznany na zabytkach i budynkach znajdujących się w zanieczyszczonym środowisku miejskim. Nie oznacza to jednak, że każda ciemna smuga na naturalnym ostańcu Jury jest zbudowana z gipsu i sadzy. Na skalnych ścianach regularnie zwilżanych wodą szczególnie prawdopodobne jest pochodzenie biologiczne nalotu. W miejscach osłoniętych, położonych blisko dróg, zakładów przemysłowych lub dużych miast większe znaczenie mogą mieć pyły i wtórne minerały, w tym gips.
Czasami w zaciekach mogą występować także związki żelaza i manganu. Pierwsze z nich częściej nadają powierzchni barwę rdzawą, żółtą lub brunatną, natomiast związki manganu mogą tworzyć naloty ciemnobrunatne i czarne. Ich obecność trzeba jednak potwierdzić badaniami – sam kolor nie wystarcza do określenia składu smugi.
Deszcz jednocześnie tworzy i usuwa
Woda opadowa odgrywa w wietrzeniu wapieni kilka ról. Zawierając rozpuszczony dwutlenek węgla, tworzy słaby roztwór kwasu węglowego, który powoli rozpuszcza kalcyt. W ten sposób rozwijają się szczeliny, zagłębienia i inne formy krasowe.
Wilgoć umożliwia również rozwój biofilmów oraz zachodzenie reakcji pomiędzy skałą a związkami obecnymi w atmosferze. Jednocześnie spływająca woda usuwa luźne osady, rozpuszcza część wtórnych minerałów i wypłukuje produkty wietrzenia.
Dlatego wygląd skały zależy nie tylko od ilości opadów, lecz również od kierunku spływu wody, ekspozycji ściany, nasłonecznienia, długości okresów wilgotnych, porowatości wapienia i osłonięcia powierzchni przed deszczem.
Jak ustalić pochodzenie smugi?
Na podstawie samego zdjęcia można zwykle postawić jedynie wstępną hipotezę. Ciemny pas biegnący dokładnie wzdłuż drogi spływu wody może wskazywać na biofilm, ale podobny wygląd mogą mieć również osady mineralne i nagromadzone pyły.
Do pewnego rozpoznania wykorzystuje się obserwacje mikroskopowe, badania składu chemicznego, dyfrakcję rentgenowską oraz spektroskopię. Analizy biologiczne pozwalają natomiast rozpoznać organizmy tworzące nalot i pigmenty odpowiadające za jego barwę.
Dopiero takie badania mogą wykazać, czy oglądamy społeczność sinic, skorupę gipsową, nalot związków manganu, mieszaninę pyłów czy kilka nakładających się procesów.
Ciemna smuga jako zapis środowiska
Zacieki na wapiennych skałach są niewielkim archiwum warunków panujących na ich powierzchni. Pokazują, którędy przepływa woda, gdzie najdłużej utrzymuje się wilgoć, które miejsca są chronione przed deszczem i gdzie rozwijają się mikroorganizmy.
Mogą również rejestrować wpływ działalności człowieka. Pyły, sadza i związki siarki przyspieszają przemiany zachodzące na powierzchni skał, choć sam proces wietrzenia jest naturalny i trwa od chwili odsłonięcia wapienia.
Czarne smugi na białych ostańcach nie mają więc jednej uniwersalnej przyczyny. Najczęściej są wynikiem współdziałania wody, mikroorganizmów, minerałów i warunków atmosferycznych.
