Nowe spojrzenie na gliny lodowcowe w Gdyni Orłowie

Transkrypt

1 Piotr Paweł Woźniak, Piotr Czubla ROZDZIAŁ 13 Nowe spojrzenie na gliny lodowcowe w Gdyni Orłowie Piotr Paweł Woźniak 1, Piotr Czubla 2 1 Uniwersytet Gdański, Katedra Geomorfologii i Geologii Czwartorzędu, ul. Bażyńskiego 4, Gdańsk, geopw@ug.edu.pl; 2 Uniwersytet Łódzki, Pracownia Geologii, ul. Narutowicza 88, Łódź, piczubla@geo.uni.lodz.pl Wprowadzenie Kępa Redłowska jest jednym z najmniejszych płatów wysoczyznowych na Pobrzeżu Kaszubskim. Jej zwrócone ku morzu wschodnie zbocza niemal na całej długości mają charakter klifu (Ryc. 13.1A). Ze względu na cenne walory przyrodnicze część kępy podlega ochronie prawnej w ramach rezerwatu przyrodniczego Kępa Redłowska. Z racji sąsiedztwa z jedną z dzielnic Gdyni (Orłowem), odcinek klifu objęty granicami rezerwatu, z charakterystycznym cyplem o niemal pionowych ścianach, zwany jest klifem orłowskim. Jego wysokość i aktywność pozwalają na systematyczną obserwację odsłaniających się osadów budujących Kępę Redłowską. Wśród nich występują także pokłady glin lodowcowych, na temat których literatura geologiczna jest dość skromna, a poglądy na ich wiek bywają rozbieżne. Najczęściej jest mowa o dwóch lub trzech glinach glacjalnych: najmłodszy z pokładów wiązany jest zazwyczaj ze stadiałem głównym zlodowacenia wisły, starszy ze stadiałem świecia, zaś w przypadku trzeciego, najstarszego, zakłada się jego powstanie w czasie któregoś ze zlodowaceń środkowopolskich (por. m.in.: Mojski, 1979a, b; Zaleszkiewicz i in., 2000; Kaulbarsz, 2005; Kaulbarsz i in., 2008). Występowanie najstarszej z glin jest ograniczone tylko do wspomnianego cypla (buduje jego trzon, por. Kaulbarsz, 2005), natomiast dwie młodsze można obserwować na dłuższym odcinku klifu. Nowsze badania pozwalają na wyróżnienie tylko dwóch glin: starszej ze stadiału świecia lub zlodowacenia warty/odry, budującej trzon cypla i występującej także na północ od niego oraz młodszej ze stadiału głównego zlodowacenia wisły, odsłaniającej się w stropowej części klifu na całej jego długości (Sokołowski, 2013, 2014, w tym tomie). To najnowsze podejście jest zgodne z obserwacjami autorów niniejszego tekstu. Metody badań Badania wykonano w dwóch stanowiskach: na południe od cypla ORL-I, na północ ORL-II (Ryc. 13.1A). W pierwszej kolejności skartowano badane stanowiska, opisano cechy makroskopowe występujących w nich osadów i wyróżniono jednostki sedymentologiczne. Należy podkreślić, że pełne rozpoznanie osadów nie było możliwe ze względu na formalne ograniczenia zakresu dozwolonych badań geologicznych w rezerwacie. Szczegółowymi badaniami objęto przede wszyst-

2 116 Piotr Paweł Woźniak, Piotr Czubla Ryc Lokalizacja i widok ogólny omawianych stanowisk. A: Lokalizacja stanowisk; źródło zdjęcia: google.com. B: stanowisko ORL-I górnovistuliańska glina glacjalna z okrywą ablacyjną; wysokość młotka 28 cm. C: górna część profilu w stanowisku ORL-II górnovistuliańska glina glacjalna; poniżej jej spągu występują redeponowane i zdeformowane glacjalnie osady podłoża, w stropie widoczne przejawy ługowania i utleniania; wysokość młotka 28 cm. D: widok ogólny stanowiska ORL-II; z racji perspektywy zdjęcia skala zmienna, wysokość ściany ok. 20 m.

3 Nowe spojrzenie na gliny lodowcowe w Gdyni Orłowie 117 kim gliny lodowcowe. Najpierw zbadano skład petrograficzny zawartej w nich frakcji 5-10 mm, stosując metodykę zaproponowaną przez Trembaczowskiego (1961) z modyfikacjami wg Rzechowskiego (1971). Próbki pobierano z odcinków nie dłuższych niż 30 cm. Dla każdej z nich wykonano także oznaczenia zawartości węglanów we frakcji <0,1 mm metodą Scheiblera (Myślińska, 1998). Na podstawie stwierdzonego pionowego zróżnicowania petrograficznego frakcji 5-10 mm, pokłady gliny lodowcowej podzielono na subpoziomy. W każdym z nich oddzielnie wykonywano dalsze badania: analizy cech kierunkowych oraz składu petrograficznego frakcji średnio- i grubożwirowej. W ramach pierwszej z grup badań, przede wszystkim mierzono orientację dłuższej osi klastów o wyraźnym wydłużeniu (proporcje osi a:b co najmniej jak 1,5:1) i długości osi a od 2 do 10 cm. W jednym ze stanowisk zmierzono także orientację rys na górnej powierzchni głazu występującego w spągu gliny. Do badań składu petrograficznego frakcji średnio- i grubożwirowej (pobierano z gliny klasty frakcji > 20 mm) posłużono się analizą eratyków przewodnich. Po określeniu udziałów w próbce poszczególnych skał wskaźnikowych, obliczono położenie teoretycznego centrum głazowego (TCG) w oparciu o metodę zaproponowaną przez Lüttiga (1958), zmodyfikowaną przez Vinxa i in. (1997) i Czublę (2001) oraz wykreślono mapy kołowe prezentujące udział procentowy oznaczonych skał wskaźnikowych (metoda prezentacji za Smed, 1993). Opisanym badaniom towarzyszyły także prace zmierzające do określenia wieku osadów pod- i nadglinowych. Datowania przeprowadzono metodami luminescencyjnymi (TL i OSL). Podstawowe cechy osadów Pomiędzy glinami glacjalnymi oraz pod nimi obserwuje się dużą zmienność litologiczną i wiekową osadów, często także znaczną ich redukcję. W północnej części klifu widoczne są utwory neogeńskie (Ryc. 13.1D), których strop znajduje się na zmiennej wysokości (czasem budują one większość ściany klifu); zdarzają się także ich porwaki wśród osadów plejstoceńskich. Na północ od cypla, w strefie występowania obydwu glin lodowcowych, zazwyczaj młodsza zalega bezpośrednio na starszej (Ryc. 13.1D). Pokład dolnej gliny lodowcowej jest silnie zaburzony i urywa się na cyplu (dalej na południe już go brak), gdzie obserwuje się największe jego spiętrzenie. W tym miejscu miąższość dolnej gliny sięga nawet ponad 15 metrów. Młodsza glina lodowcowa (Ryc. 13.1B-C) cechuje się niedużą miąższością, zazwyczaj nieprzekraczającą 2 m. W skrajnie południowej części świeżo odsłoniętej ściany klifu jej miąższość jest zredukowana do ok. 40 cm (Ryc. 13.2D). Ponieważ brak śladów erozji jej stropu (wszędzie obserwuje się kontakt akumulacyjny z okrywającymi ją osadami ablacyjnymi), należy przypuszczać, że redukcja miąższości wynika z depozycji glacjalnej po stronie dystalnej przekraczanej przeszkody terenowej. Charakter deformacji (Ryc. 13.2F) w osadach podglinowych wskazuje na funkcjonowanie ciepłego reżimu termicznego stopy lądolodu. Oprócz utworów plejstoceńskich, w deformacjach biorą udział także porwaki osadów miocenu. W spągowej części gliny występują świadectwa odspajania stopy lądolodu w warunkach wzrostu ciśnienia wód subglacjalnych (glina

4 118 Piotr Paweł Woźniak, Piotr Czubla wytopnieniowo-odspojeniowa, Ryc. 13.2C). W wyższych partiach pokładu zanotowano przejawy subglacjalnej sedymentacji z wód płynących w czasie stagnacji lądolodu, po której nastąpiła jego reaktywacja (Ryc. 13.2C, E). Jak wspomniano, najmłodszą glinę glacjalną okrywają osady ablacyjne. Ich miąższość bywa znaczna (nawet rzędu 4-5 m), ale i zróżnicowana, a na znacznym odcinku na północ od cypla orłowskiego wręcz ich brak. Wynika to z nierównomiernej akumulacji osadów podczas deglacjacji. W ich spągowej części, bezpośrednio nad gliną glacjalną często występują osady zbudowane z bardzo drobnych frakcji, głównie mułowych, deponowanych w stagnujących wodach. Wyżej obserwuje się duże zróżnicowanie osadów (choć wciąż dominują osady drobnoziarniste muły i drobne piaski), a ich cechą wspólną jest powszechność efektów grawitacyjnego przemieszczania: od pociętych uskokami normalnymi oraz zrotowanych bloków osadów o zachowanej pierwotnej laminacji (Ryc. 13.2A) po melanże różnego rodzaju osadów (Ryc. 13.2B). Skład petrograficzny glin lodowcowych Analiza makroskopowa osadów oraz badania petrograficzne frakcji 5-10 mm pozwoliły na wydzielenie w najmłodszej glinie glacjalnej dwóch subpoziomów. W profilu całego pokładu zauważa się wyraźne skokowe zmiany zawartości niektórych skał (zwłaszcza paleozoicznych dolomitów i piaskowców oraz kwarcytów) i wartości współczynników petrograficznych. W stanowisku na północ od cypla (ORL-II) część stropowa pokładu nosi świadectwa postdepozycyjnej modyfikacji pierwotnego składu petrograficznego (efekty ługowania i utleniania). W obydwu stanowiskach wykonano również analizy składu petrograficznego frakcji >20 mm. W opisywanej glinie występują w dużej ilości skały wskaźnikowe z kilku regionów (Ryc. 13.3A). Dość liczne są skały z Dalarny (nr 8-14), choć trzeba pamiętać, że jest to region bogaty w skały wskaźnikowe, w tym odporne na wietrzenie skały wulkaniczne. Występuje też granit sztokholmski (7) i mające wychodnie nieco na północ granity z Upplandu (5 i 6). W dość dużej liczbie obecne są także granity ze wschodniego Smålandu (15). Oprócz szwedzkich obszarów źródłowych dobrze reprezentowane są Wyspy Alandzkie (3) oraz skromniej dolomity ze wschodniego Bałtyku (21). W obydwu stanowiskach sytuacja powtarza się. Należy jednak zauważyć, że w górnym subpoziomie w stanowisku ORL-II mniej jest skał węglanowych, szczególnie dolomitów. To zubożenie w skały węglanowe wynika z częściowego odwapnienia stropowej części pokładu. Generalizując, analizowana glina lodowcowa powstała przy zasilaniu w materiał eratyczny głównie z obszaru centralnej i wschodniej Szwecji przez lód napływający szeroką strefą, obejmującą także centralną część niecki Morza Bałtyckiego (wskazuje na to występowanie skał alandzkich). W stanowisku ORL-II występuje również druga, starsza glina glacjalna. W świetle wyników analiz składu petrograficznego frakcji 5-10 mm od gliny ze stadiału głównego zlodowacenia wisły odróżnia ją m in. znacznie niższa w partiach spągowych zwartość dolomitów paleozoicznych oraz występowanie lokalnych piaskowców i okruchów węgla brunatnego. Analizy składu petrograficz-

5 Nowe spojrzenie na gliny lodowcowe w Gdyni Orłowie 119 Ryc Wybrane cechy osadów w stanowisku ORL-I. Duże białe strzałki wskazują kierunek płynięcia lodu lodowcowego. A, B: okrywa gliny lodowcowej powstała w czasie deglacjacji, w tym pocięte uskokami normalnymi oraz zrotowane bloki osadów o zachowanej pierwotnej laminacji (A). C: część dolna gliny lodowcowej facja wytopnieniowo-odspojeniowa, małe żółte strzałki wskazują ślady krótkotrwałych odspojeń stopy lądolodu, duża żółta strzałka zapis okresu dłuższej sedymentacji wód subglacjalnych. D: glina lodowcowa o miąższości zredukowanej do ok. 40 cm w skrajnie południowej części świeżej ściany klifu; w spągu gliny zapis procesów ścinania. E. Deformacje osadów w glinie lodowcowej. F: Deformacje osadów występujących bezpośrednio pod spągiem gliny lodowcowej. nego frakcji >20 mm potwierdzają znaczne różnice pomiędzy obiema glinami (por. ryc. 13.3A i 13.3B). Starszą z nich odróżnia od młodszej, leżącej wyżej, przede wszystkim bardzo skromna reprezentacja skał ze Smålandu i skrajnie południowej Szwecji oraz bardzo wysoki udział dolomitów (nr 21). Skutkuje to także położeniem teoretycznego centrum głazowego (TCG), które w przypadku dolnej gliny leży wyraźnie na wschód (przesunięcie o około 2 długości geograficz-

6 120 Piotr Paweł Woźniak, Piotr Czubla Ryc Wyniki badań składu petrograficznego gliny glacjalnej (frakcja > 20 mm) w Gdyni Orłowie w stanowisku ORL-II mapy kołowe: A: część spągowa młodszej gliny lodowcowej, B: część spągowa starszej gliny lodowcowej; powierzchnia koła proporcjonalna do udziału danej skały wśród zidentyfikowanych w próbce eratyków wskaźnikowych (prezentacja graficzna za Smed 1993); numery na mapach: 1 granitognejs Ångermannland; 2 pyterlit alandzki lub Nystad; 3 granit alandzki, Haga, rapakiwi, granit aplitowy alandzki i granitoporfir alandzki; 4 porfir bałtycki brunatny; 5 granit Uppsala, Vänge, Arnö; 6 granit Sala; 7 granit sztokholmski; 8 porfir szary z Dalarna i czerwony Grönklitt, diabaz Åsby; 9 porfir Åsen, Bredvad, Kåtilla, granit Garberg; 10 porfir Blyberg, porfir i ignimbryt Klittberg, ignimbryty Rännås, Blyberg, Orrlok, inne porfiry i ignimbryty z Dalarny; 11 diabaz i melafir Öje, piaskowiec Dala, piaskowiec i zlepieniec Digeberga; 12 porfir Heden; 13 granit Järna; 14 granit Siljan, rapakivi Siljan, porfir Månsta; 15 granity Småland czerwone i Vislanda, porfiry Småland; 16 granit Vånevik; 17 piaskowiec Kalmarsund i Tessini; 18 piaskowiec Hardeberga; 19 bazalt ze Skanii; 20 granit Hammer i Vang, gnejsy bornholmskie; 21 dolomity; 22 czerwone piaskowce kambru; 23 czerwone wapienie ordowickie; 24 wapienie beyrichiowe; 25 wapienie paleoporellowe. nej) w stosunku do TCG gliny zalegającej wyżej. Badania składu petrograficznego obydwu frakcji potwierdzają między innymi hipotezę o tym, że jedyny pokład położony w górnej części klifu na południe od cypla orłowskiego jest kontynuacją najmłodszego pokładu widocznego na północ od cypla, a nie starszego, leżącego niżej, jak to wcześniej proponowano (Kaulbarsz, 2005). Cechy kierunkowe glin lodowcowych W świetle badań petrograficznych gliny ze stadiału głównego zlodowacenia wisły, w Orłowie nie obserwuje się w niej takiego zapisu zmiany kierunku napływu lodu lodowcowego, jaki udokumentowano w Babich Dołach (Woźniak, Czubla, 2014, w tym tomie). Mimo, że w pionowym profilu występuje zmiana składu petrograficznego, to jest ona jednak nieduża, co w sposób

7 Nowe spojrzenie na gliny lodowcowe w Gdyni Orłowie 121 syntetyczny dokumentuje zmiana położenia TCG (por. ryc w: Woźniak, Czubla, 2014, w tym tomie). Potwierdzają to badania orientacji klastów w stanowisku ORL-I: w obydwu subpoziomach dominuje ten sam sektor (NNW). Wyniki wskazują również na zbieżność z kierunkiem o charakterze regionalnym (por. Woźniak i in., 2009). Należy jednak zauważyć, że część serii pomiarowych wykazuje specyficzne rozkłady kierunków. Dotyczy to obydwu glin lodowcowych w stanowisku na północ od Cypla Orłowskiego. Obserwuje się rozkłady bimodalne lub nawet polimodalne, a dużą liczbę klastów cechuje pochylenie dystalne. Niejednorodność rozkładów można wiązać z powstawaniem układów ścięciowych i rotacjami klastów w czasie odkładania materiału morenowego w sytuacji, gdy lód lodowcowy pokonywał barierę morfologiczną, wkraczając na zastane obszary wysoczyznowe. Niewykluczone, że przyczyną mogła być także postdepozycyjna rotacja pokładu (zaobserwowano wyraźne pochylenie pokładu starszej gliny). Podsumowanie W klifie orłowskim występują dwa pokłady glin lodowcowych. Wyraźnie różnią się one składem petrograficznym. Różnice zaznaczają się zarówno w składzie frakcji drobnożwirowej, jak i w obszarach źródłowych eratyków wskaźnikowych, identyfikowanych we frakcji średnio- i grubożwirowej (>20 mm). Należy przy tym dodać, że skład petrograficzny każdej z omawianych glin nie jest jednorodny zmienia się w ich profilu pionowym. Młodszą z nich niewątpliwie można wiązać z sedymentacją w stadiale głównym zlodowacenia wisły. Okolice Orłowa pozostawały w zasięgu lądolodu od nasunięcia maksymalnego do czasu deglacjacji u schyłku ostatniego zlodowacenia (pomimo wahań zasięgu lądolodu, jakie miały miejsce dalej na południe). Oznacza to, że opisywana glina reprezentuje bezpośrednią akumulację glacjalną podczas całego stadiału. Pokład drugiej, starszej gliny lodowcowej na znacznym odcinku jest silnie zaburzony, a rozmiar deformacji rośnie w miarę zbliżania się do cypla orłowskiego, gdzie obserwuje się największe spiętrzenie gliny. Na południe od cypla ta glina w klifie nie występuje. Jej pozycja stratygraficzna jest wciąż niejednoznaczna, mimo wykonanych datowań luminescencyjnych osadów międzymorenowych. W ich świetle można przypuszczać, że powstała ona w stadiale środkowym zlodowacenia wisły (stadiale świecia), choć wyniki datowań nie wykluczają możliwości wiązania jej także ze starszym zlodowaceniem (warta). Rozstrzygnięcie tych wątpliwości utrudnia to, że na południe od cypla orłowskiego brak starszej gliny lodowcowej, natomiast na północ od niego, gdzie w części klifu obie gliny występują w superpozycji, zalegają one albo bezpośrednio na sobie, albo są rozdzielone osadami, których datowania mogą być mało wiarygodne. Dodatkowe utrudnienie stwarza występowanie rozległych pokryw koluwialnych, których usuwanie jest niemożliwe ze względu na formalne ograniczenia zakresu prac ziemnych (teren rezerwatu). Badania finansowane ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie umowy nr 7669/B/P01/2011/40.

8 122 Piotr Paweł Woźniak, Piotr Czubla Literatura: Czubla P., Eratyki fennoskandzkie w utworach czwartorzędowych Polski Środkowej i ich znaczenie stratygraficzne. Acta Geographica Lodziensia 80, Kaulbarsz D., Budowa geologiczna i glacitektonika klifu orłowskiego w Gdyni. Przegląd Geologiczny 53, Kaulbarsz D., Jurys L., Kramarska R., Słodkowska B., Orłowo cliff geology, glaciotectonics and palynological study of neogene deposits [W:] Lisicki S. (red.), Quaternary of the gulf of Gdańsk and Lower Vistula regions in Northern Poland: sedimentary environments, stratigraphy and palaeogeography. PIG, Lüt t ig G., Met hodische Fr agen der Geschiebefor schung. Geol ogisches Jahr buch 75, Mojski J.E., 1979a. Objaśnienia do szczegółowej mapy geologicznej Polski w skali 1: , arkusz Gdańsk. Wyd. Geologiczne, Warszawa, Mojski J.E., 1979b. Objaśnienia do szczegółowej mapy geologicznej Polski w skali 1: , arkusz Gdynia. Wyd. Geologiczne, Warszawa, Myślińska E., Laboratoryjne badania gruntów. PWN, Warszawa, Rzechowski J., Granulometryczno petrograficzne własności glin zwałowych w dorzeczu środkowej Widawki. Biuletyn Instytutu Geologicznego 254, Smed P., Indicator studies: a critical review and a new data-presentation method. Bulletin of the Geological Society of Denmark 40 (3-4), Sokołowski R., Budowa geologiczna osadów plejstocenu w północnej i południowej części klifu orłowskiego. [W:] Procesy geologiczne w strefie brzegowej morza. Instytut Oceanografii Uniwersytetu Gdańskiego, Gdynia, Sokołowski R., Budowa geologiczna i analiza sedymentologiczna osadów klifu orłowskiego. [W:] Sokołowski R.J., (red.), Ewolucja środowisk sedymentacyjnych regionu Pobrzeża Kaszubskiego. Wydział Oceanografii i Geografii UG, Gdynia, Trembaczowski J., Przyczynki do metodyki badań granulometryczno petrograficznych utworów morenowych. Annales Universitatis Maria Curie Skłodowska, Sectio B 16 (3), Vinx R., Grube A., Grube F., Vergleichende Lithologie, Geschiebeführung und Geochemie eines Prä-Elster-I-Tills von Lieth bei Elmshorn. Leipziger Geowissenschaften 5, Woźniak P.P., Czubla P., Złożona sekwencja glacjalna osadów górnego vistulianu w stanowisku Gdynia Babie Doły. [W:] Sokołowski R.J., (red.), Ewolucja środowisk sedymentacyjnych regionu Pobrzeża Kaszubskiego. Wydział Oceanografii i Geografii UG, Gdynia, Woźniak P.P., Czubla P., Wysiecka G., Drapella M., Petrographic composition and directional properties of tills on the NW surroundings of Gdańsk Bay, Northern Poland. Geologija 51 (3-4), Zaleszkiewicz L., Masłowska M., Olszak I.J., Koszka-Maroń D., Michałowska M., Klif w Gdyni Orłowie. [W:] Stratygrafia czwartorzędu i zanik lądolodu na Pojezierzu Kaszubskim. VII Konferencja Stratygrafia plejstocenu Polski, 4-8 września PIG,