Na dnie dewońskiego morza

Na dnie dewońskiego morza to podróż do świata sprzed około 390–360 milionów lat, gdy na obszarze dzisiejszych Kielc, położonym w strefie międzyzwrotnikowej, rozciągało się płytkie, ciepłe morze tropikalne.

Z tego artykułu dowiesz się:

• jak wyglądał obszar dzisiejszych Kielc około 390–360 milionów lat temu, gdy znajdował się na dnie ciepłego, tropikalnego morza,
• dlaczego dawne kamieniołomy, a obecnie rezerwaty przyrody: Kadzielnia, Ślichowice i Wietrznia w Kielcach należą do najcenniejszych geostanowisk Gór Świętokrzyskich,
• jak powstawały rafy dewońskie budowane przez koralowce i gąbki,
• jak w profilach kamieniołomów Kadzielni i Wietrzni zapisało się pogłębienie morza dewońskiego,
• jak wyglądają fałdy obalone na ścianach kamieniołomu Ślichowice,
• jak na przestrzeni milionów lat zmieniało się środowisko dewońskiego morza, widoczne dziś na Wietrzni,
• czym są procesy krasowe i jak doprowadziły do powstania szczelin, lejów oraz jaskiń w wapieniach,
• jak dawne morze, ruchy górotwórcze i działalność człowieka wpłynęły na współczesny krajobraz Kielc,
• dlaczego obszar Kielc odgrywa ważną rolę w Świętokrzyskim Światowym Geoparku UNESCO.

W morzu tym rozwijały się struktury rafowe, budowane przez stromatoporoidy i koralowce, żyły liliowce, małże, ślimaki, ramienionogi oraz ryby pancerne, a na dnie osadzały się muły wapienne, przepełnione szczątkami obumarłych zwierząt.

Z biegiem czasu, w wyniku procesów lityfikacji, luźny osad wapienny przemienił się w twarde skały, nazywane wapieniami organodetrytycznymi. Budują one Kadzielniański Pas Skałkowy, rozciągający się równoleżnikowo w południowej części miasta. pisywane geostanowiska – Kadzielnia, Ślichowice i Wietrznia – położone są w granicach Świętokrzyskiego Światowego Geoparku UNESCO (Holy Cross Mountains UNESCO Global Geopark) i należą do najważniejszych miejsc dokumentujących historię rozwoju dewońskiego morza w Polsce. To wyjątkowy obszar, gdzie na niewielkiej przestrzeni można obserwować zapis dawnych raf, zmian poziomu morza, ruchów górotwórczych, procesów krasowych oraz śladów wielowiekowej działalności górniczej.

Kadzielnia – zapis dewońskiego morza w centrum Kielc

Kadzielnia należy do najbardziej rozpoznawalnych geostanowisk Gór Świętokrzyskich i uznać ją można za jeden z najcenniejszych obiektów geologicznych Polski. Położona w południowej części Kielc, pomiędzy ulicami Krakowską, Pakosz, Gagarina i Aleją Legionów, przez około 250 lat była miejscem eksploatacji wapieni, wykorzystywanych głównie do wypalania wapna dla potrzeb budownictwa. Jest to wyjątkowe miejsce, gdzie w samym centrum Kielc można obserwować zapis historii dawnego, tropikalnego morza sprzed setek milionów lat.

Dziś dawny kamieniołom jest jednym z symboli miasta i obfituje w różne atrakcje, nie tylko geologiczne: amfiteatr, podziemną trasę turystyczną „Jaskinie na Kadzielni”, podniebną trasę widokową „Tyrolki na Kadzielni” trasę wspinaczkową Via Ferrata „Dwie Skałki” oraz skatepark.

Wzgórze Kadzielnia położone jest w centralnej części Pasma Kadzielniańskiego. Pod względem geologicznym obszar ten stanowi fragment dużej struktury tektonicznej, zwanej synkliną kielecką, ukształtowanej podczas waryscyjskich ruchów górotwórczych w późnym karbonie. Pasmo budują głównie wapienie i margle środkowego oraz górnego dewonu, które powstały około 369–383 milionów lat temu.

Najbardziej charakterystycznym elementem Kadzielni są jasne, masywne wapienie, budujące centralny ostaniec skalny zwany „Skałką Geologów”. Skały te, określane jako wapienie kadzielniańskie, należą do franu i powstały na platformie węglanowej w spokojnym, płytkim morzu. Tworzące się na jego dnie kopce z mułu wapiennego zasiedlały organizmy rafowe – gąbki masywne – stromatoporoidy i koralowce, tworząc małe, odizolowane formy, tzw. rafy łatowe (patch reef). W wielu miejscach na powierzchniach skał można dostrzec fragmenty tych organizmów, zachowane w postaci skamieniałości.

Wyżej w profilu wschodniej ściany kamieniołomu pojawiają się wapienie ziarniste oraz charakterystyczne wapienie mantikocerasowe, zawierające szczątki głowonogów z rodzaju Manticoceras.

W ich obrębie występują także brekcje śródformacyjne, czyli skały złożone z pokruszonych fragmentów wapieni, tkwiących w węglanowym tle. Ich obecność świadczy o okresowej niestabilności dna morskiego oraz zaburzeniach procesu sedymentacji w wyniku aktywności tektonicznej.

Po osadzeniu się wapieni mantikocerasowych miała miejsce przerwa w sedymentacji, związana z ruchami tektonicznymi, w efekcie których doszło do zatopienia płytkiej platformy węglanowej i pogłębienia się morza. Ruchy te spowodowały wychylenie warstw wapieni manticocerasowych z pierwotnie poziomego położenia. Młodsze, fameńskie warstwy wapieni cheilocerasowych leżą na nich niezgodnie. Pomiędzy nimi występuje luka stratygraficzna, czyli przedział czasu, z którego nie zachowały się osady. Na wapieniach cheilocerasowych leżą cienkoławicowe wapienie i łupki margliste, widoczne w górnych partiach ścian kamieniołomu.

Kadzielnia jest również jednym z najważniejszych obszarów krasowych w obrębie Kielc. W wapieniach przez miliony lat rozwijały się liczne szczeliny, kominy i jaskinie, tworzone przez wodę rozpuszczającą skały węglanowe. Szczególnie dobrze widoczne są one w obrębie „Skałki Geologów”, gdzie znajdują się liczne otwory jaskiniowe oraz charakterystyczne leje krasowe wypełnione brunatnymi iłami i glinami. Jaskinie rozwijały się przede wszystkim wzdłuż spękań i uskoków tektonicznych, które stanowiły drogi przepływu wód podziemnych.

Duże znaczenie dla rozwoju zjawisk krasowych miała przebiegająca przez północno-wschodnią część kamieniołomu strefa uskoku tektonicznego. Powstała ona podczas waryscyjskich ruchów górotwórczych w późnym karbonie i doprowadziła do przemieszczenia bloków skalnych o kilkadziesiąt metrów. Wzdłuż tej strefy rozwinął się najdłuższy system jaskiniowy Kadzielni, obejmujący Jaskinię Odkrywców, Prochownię i Szczelinę na Kadzielni, połączone dziś w Podziemną Trasę Turystyczną o długości około 130 metrów. W czasie eksploatacji kamieniołomu część jaskiń wykorzystywano gospodarczo – jedna z nich służyła m.in. jako magazyn materiałów wybuchowych, stąd nazwa Prochownia.

W ścianach kamieniołomu można obserwować również liczne formy krasowe, rozwinięte wzdłuż powierzchni tektonicznych – kotły krasowe, kawerny oraz leje krasowe, powstałe wskutek rozpuszczania wapieni przez wodę krążącą w szczelinach. Wypełniające je brunatne osady ilaste są śladem dawnych procesów krasowych, zachodzących głównie w neogenie i czwartorzędzie.

Kadzielnia ma także ogromne znaczenie paleontologiczne. W wapieniach famenu licznie występują szczątki organizmów żyjących w toni wodnej – przede wszystkim głowonogów, goniatytów i łodzików, które dokumentują zmiany środowiska morskiego pod koniec dewonu. Dzięki temu odsłonięcia na Kadzielni należą do najważniejszych stanowisk pozwalających odtworzyć historię dewońskiego morza w Górach Świętokrzyskich.

Dziś obszar Kadzielni obejmuje zarówno Park Kadzielnia, pełniący funkcję rekreacyjną i turystyczną, jak i rezerwat przyrody nieożywionej Kadzielnia, który chroni najcenniejszy fragment dawnego kamieniołomu – centralnie położoną „Skałkę Geologów” wraz z najlepiej zachowanymi odsłonięciami skał dewońskich i form krasowych.

Kamieniołom Ślichowice – ruchy górotwórcze zapisane w fałdach

Kamieniołom Ślichowice wraz z rezerwatem skalnym im. Jana Czarnockiego należy do najcenniejszych geostanowisk Gór Świętokrzyskich i jest jednym z najbardziej rozpoznawalnych przykładów deformacji tektonicznych w Polsce. Położony jest w zachodniej części Kielc, na wzgórzu Ślichowica (303 m n.p.m.). W trakcie eksploatacji wapieni górnego dewonu odsłonięto tu przepiękne struktury fałdowe, obrazujące potęgę sił Natury.

Kamieniołom Ślichowice składa się z dwóch wyrobisk, rozdzielonych wąską grzędą skalną.

W ścianach kamieniołomu odsłaniają się skały górnego dewonu, powstałe około 370–360 milionów lat temu. Dolną, starszą część ścian budują osady franu – wapienie i wapienie margliste z cienkimi wkładkami łupków marglistych, określane jako warstwy z Wietrzni. Powyżej leżą warstwy kostomłockie, reprezentowane przez wapienie margliste i gruzłowe, które powstawały z materiału dostarczanego podczas niszczenia raf koralowych, rozwijających się w rejonie dzisiejszej Kadzielni i Wietrzni. Najmłodsze skały, odsłaniające się w południowej ścianie kamieniołomu, należą już do famenu i reprezentowane są przez łupki oraz wapienie margliste, dokumentujące stopniowe pogłębianie się morza pod koniec dewonu. Kontakt wapieni warstw kostomłockich z kompleksem łupków i wapieni marglistych jest niezgody, gdyż warstwy skalne w obu tych wydzieleniach nachylone są pod różnymi kątami: warstwy łupków i wapieni marglistych stoją prawie pionowo, natomiast warstwy wapieni kostomłockich zapadają na północ pod kątem 45°.

Największą atrakcją rezerwatu są jednak spektakularne fałdy obalone, widoczne szczególnie w górnych partiach ściany wschodniej. Powstały one podczas orogenezy waryscyjskiej, pod koniec karbonu. W wyniku ogromnych nacisków poziomo leżące ławice wapieni zostały pofałdowane, a osie fałdów nachylone ku południowi. Skrzydła fałdów są asymetryczne, a w skrzydłach obalonych warstwy są odwrócone, to znaczy, że warstwy starsze leżą na warstwach młodszych. To właśnie wyjątkowa czytelność tych struktur sprawiła, że Ślichowice uznawane są za jedno z najlepszych miejsc do nauki tektoniki w Polsce.

Silne deformacje tektoniczne doprowadziły również do intensywnego spękania skał. Powstałymi szczelinami krążyły gorące roztwory mineralne, z których wykrystalizowały minerały tworzące żyły przecinające wapienie. Najczęściej jest to kalcyt, rzadziej dolomit i kwarc, a miejscami występują także minerały rudne zawierające miedź, ołów, cynk i żelazo.

W kamieniołomie spotkać można także formy krasowe. Niewielka jaskinia „Pod Fałdem”, mająca około 11 metrów długości, stanowi przykład współczesnego, aktywnego krasu. Starszy, paleogeńsko-neogeński etap rozwoju zjawisk krasowych, dokumentują kopalne leje krasowe wypełnione kremowymi i różowawymi iłami oraz piaskami, widoczne w północno-zachodniej części wyrobiska.

Kamieniołom pozwala obserwować również procesy modelujące krajobraz współcześnie. W południowej części wyrobiska dobrze widoczne są stożki usypiskowe, tworzone przez fragmenty skał odpadające ze ścian kamieniołomu i transportowane miniaturowymi żlebami erozyjnymi.

Wyjątkowa wartość naukowa odsłoniętych struktur sprawiła, że już w 1949 roku Ślichowice uznano za pomnik przyrody, a w 1952 roku utworzono tutaj ścisły rezerwat przyrody im. Jana Czarnockiego, obejmujący centralną grzędę skalną z najlepiej zachowanymi deformacjami tektonicznymi. Ochroną objęto nie tylko skały, ale także ciepłolubną roślinność muraw kserotermicznych, m.in. wisienkę stepową, berberys i dziką różę.

Ze środkowej części wzgórza Ślichowica rozciąga się rozległa panorama Kielc i okolicznych pasm górskich. Na północnym wschodzie widoczne są najwyższe pasma Gór Świętokrzyskich – Łysogóry z Łysicą i Świętym Krzyżem, zbudowane ze starych skał kambryjskich, natomiast na południu dobrze widoczne są wzgórza Pasma Kadzielniańskiego z Karczówką i Brusznią. Dzięki temu Ślichowice są również świetnym punktem widokowym, pozwalającym zrozumieć budowę geologiczną regionu.

Wietrznia – jak zmieniało się dewońskie morze

Rezerwat przyrody nieożywionej Wietrznia im. Zbigniewa Rubinowskiego należy do najważniejszych geostanowisk Gór Świętokrzyskich i stanowi jedno z najlepszych miejsc do poznawania historii dewońskiego morza. Dawny kamieniołom, położony w południowo-wschodniej części Kielc, odsłania niemal 100-metrowy profil skał dewońskich, dokumentujących zmiany środowiska morskiego sprzed około 390–360 milionów lat. To wyjątkowe miejsce, gdzie można prześledzić zapis przemian dawnego tropikalnego morza – od płytkich, dobrze nasłonecznionych płycizn pełnych życia po głębszy zbiornik morski, rozwijający się pod koniec dewonu.

Wietrznia położona jest we wschodniej części Pasma Kadzielniańskiego. Kamieniołom składa się z trzech wyrobisk: Wietrzni, Międzygórza i Międzygórza Wschodniego, które dziś tworzą rozległy rezerwat geologiczny. W ich wysokich ścianach można prześledzić nie tylko następstwo skał, czyli profil geologiczny, lecz także zjawiska i procesy, które tu zachodziły na przestrzeni setek milionów lat.

Najstarszą część profilu budują jasnobeżowe, gruboławicowe wapienie warstw z Wietrzni, które powstały w środkowym dewonie (żywecie, 379-388 mln lat temu) w ciepłym, płytkim morzu o głębokości zaledwie kilku–kilkunastu metrów. Było to środowisko przypominające współczesne tropikalne platformy węglanowe. Dno morza licznie zasiedlały koralowce, gąbki masywne – stromatoporoidy, ramienionogi i liliowce. W wielu miejscach w ścianach kamieniołomu można dostrzec ich skamieniałości. Szczególnie efektownie prezentują się kolonie koralowców oraz wapienie organodetrytyczne, zbudowane z rozkruszonych szczątków organizmów morskich.

Z biegiem czasu, we franie (371-379 mln lat temu), warunki panujące w morzu zaczęły się zmieniać. Po okresie płytkowodnej sedymentacji nastąpiło stopniowe pogłębienie zbiornika, czego świadectwem są cienko- i średnioławicowe wapienie margliste oraz margle, tworzące wyższe partie profilu.

Powstawały one już w spokojniejszych wodach, poniżej strefy intensywnego falowania, na głębokości kilkudziesięciu metrów. Okresowo podczas sztormów do głębszych części morza transportowane były pokruszone fragmenty koralowców i świeżego mułu wapiennego. Dzięki temu w skałach można dziś obserwować ciekawe struktury sedymentacyjne oraz nagromadzenia szczątków organizmów morskich, przemieszanych z marglistym osadem.

Najmłodsze skały widoczne w rezerwacie pochodzą już z famenu, czyli końcowego etapu dewonu (359-371 mln lat temu). Jest to kompleks łupków i wapieni marglistych, powstały w znacznie głębszym morzu – nawet na głębokości około 200 metrów, a być może miejscami jeszcze większej. W skałach tych rzadziej spotyka się skamieniałości. Są to szczątki trylobitów, łodzików czy ryb pancernych, dokumentujące życie dawnego oceanu. W skałach rezerwatu Wietrznia zatem wyjątkowo dobrze widoczny jest zapis, jak na przestrzeni milionów lat zmieniało się środowisko sedymentacji: od płytkiego morza rafowego po głębszy basen morski.

Historia Wietrzni nie zakończyła się jednak wraz z zanikiem dewońskiego morza. Podczas orogenezy waryscyjskiej, około 320–300 milionów lat temu, skały dewońskie zostały sfałdowane i poprzecinane uskokami, czyli pęknięciami, wzdłuż powierzchni których bloki skalne uległy przesunięciu względem siebie. Szczególnie dobrze widoczna jest strefa uskokowa, przecinająca południową ścianę kamieniołomu Wietrznia (Fig. 12). Wzdłuż niej skały uległy spękaniu, a szczelinami z głębi Ziemi wędrowały gorące roztwory hydrotermalne, o temperaturze osiągającej nawet 200–300°C, powodujące miejscami przekształcenie wapieni w dolomity.

Spękania w obrębie wapieni i dolomitów sprzyjały późniejszym, wieloetapowym (perm, wczesny trias, paleogen, neogen, czwartorzęd) procesom krasowym. Wzdłuż uskoków powstawały szczeliny i niewielkie jaskinie, częściowo zachowane do dziś. W wielu miejscach widoczne są brunatne i czerwone gliny oraz iły wypełniające pustki i leje krasowe. Część tych osadów ma wiek około 250 milionów lat, co oznacza, że rozwój krasu rozpoczął się już na pograniczu permu i triasu, długo po ustąpieniu morza dewońskiego.

W najwyższych partiach południowej ściany kamieniołomu Wietrznia można obserwować jeszcze jeden interesujący zapis dawnych środowisk: permskie brekcje wietrzeniowe, zbudowane z ostrokrawędzistych fragmentów wapieni spojonych czerwonawym kalcytem. Powstały one już w warunkach lądowych, w półpustynnym klimacie permu.

Dziś rezerwat Wietrznia jest jednym z najważniejszych obiektów Świętokrzyskiego Światowego Geoparku UNESCO. Obszar rezerwatu połączony jest z nowoczesnym Centrum Geoedukacji, gdzie można zobaczyć wystawy poświęcone geologii regionu oraz odbyć wirtualną podróż do dewońskiego morza.

Po przeczytaniu tego tekstu wiesz, że:

• obszar dzisiejszych Kielc przez miliony lat znajdował się pod powierzchnią tropikalnego morza dewońskiego,

• skały wapienne Kielc powstały z mułu wapiennego i szczątków organizmów morskich, żyjących około 390–360 milionów lat temu,

• w kamieniołomach Kadzielnia i Ślichowice oraz w rezerwacie Wietrznia widoczny jest kopalny zapis pogłębiania się morza dewońskiego,

• w kamieniołomie Ślichowice można zobaczyć jedne z najlepszych przykładów fałdów obalonych w Polsce,

• rozwój procesów krasowych w wapieniach dewońskich przebiegał wieloetapowo od permu po czwartorzęd i doprowadził do powstania różnych form krasowych,

• współczesny krajobraz regionu jest efektem procesów sedymentacji, zachodzących w różnych środowiskach, ruchów tektonicznych, procesów krasowych i wielowiekowej działalności człowieka,

• opisywane geostanowiska należą do najważniejszych obiektów Świętokrzyskiego Światowego Geoparku UNESCO.

Opracowano na podstawie treści serwisu internetowego „Zrozumieć Ziemię” (red. G. Pieńkowski, S. Cwojdziński, A. Fijałkowska–Mader, M. Krzeczyńska, T. Krzywicki, J. Malec, J. Pacuła, K. Pochocka–Szwarc, J. Rychel, S. Salwa, Z. Szczepanik, P. Szrek, A. Wierzbowski, P. Woźniak, Z. Złonkiewicz).

Aktualizacja i adaptacja w ramach zadania psg pn. „Ochrona georóżnorodności, geoedukacja i geoturystyka”, finansowanego ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej: E. Bąk, A. Fijałkowska-Mader, A. Milianowicz, W. Wesołowski.