Rytmika powodziowa w aluwiach pozakorytowych Wisły, Drwęcy i TąŜyny

Transkrypt

1 Rytmika powodziowa w aluwiach pozakorytowych Wisły, Drwęcy i TąŜyny Jacek B. Szmańda Zakład Geomorfologii i Paleogeografii Czwartorzędu, Instytut Geografii UMK, Toruń 1. Wprowadzenie Wezbrania pozakorytowe występują w dolinach rzek NiŜu Polskiego z duŝą regularnością. Mają one charakterystyczny przebieg, który moŝna ująć w trzech fazach: wznoszenia, ustabilizowania się i opadania fali wezbraniowej. Z tych powodów cechują się one określoną cyklicznością oraz sekwencją przebiegu procesów. Cykliczność ta znajduje wyraz w aluwiach powodziowych. Z punktu widzenia analizy litofacjalnej niezwykle interesujące jest zagadnienie zapisu pojedynczych powodzi w warstwach (laminach) lub ich zestawach. W jednej z pierwszych prac dotyczących tej problematyki Mansfield (1938) stwierdza, Ŝe w aluwiach pozakorytowych występuje uziarnienie frakcjonalne normalne, z ziarnami najgrubszej frakcji w spągu, osadzonymi w czasie kulminacji powodzi lub uziarnienie frakcjonalne pensymetryczne związane ze wnoszeniem i opadaniem fali powodziowej. W pracach Klimka (1994), Teisseyre a (1988) i Zwolińskiego (1985) uziarnienie sekwencji osadów powodziowych równiny zalewowej, stanowiące zapis pojedynczego wezbrania, odzwierciedla trzy wspominanie wcześniej fazy. W spągu występują masywne osady mułkowe z licznymi szczątkami organicznymi stanowiące zapis pierwszej fazy wezbrania. W fazie tej następuje powolny wzrost prędkości płynięcia wody na równinie zalewowej, hamowany przez roślinność, stąd obecność ich szczątków. PowyŜej zalegają osady piaszczyste ze strukturami prądowymi akumulowanymi w fazie miecenia lub transportu rytmicznego. Reprezentują one drugą fazę wezbrania. Strop budują osady drobnoziarniste o strukturze masywnej pochodzące z fazy opadania fali wezbraniowej. Na podstawie opracowań innych autorów: m.in. Antczak (1985, 1986) McKee ego i in. (1967), Mycielskiej-Dowgiałło, Zielińskiego (1997), Schumma, Lichty ego (1963), Tomczak (1971), moŝna stwierdzić, Ŝe w osadach rejestrujących pojedynczą powódź występują dwie warstwy w spągu osady gruboziarniste (piaski), a w stropie drobnoziarniste (mułki), oddzielone często wyraźną granicą. Litologiczna sekwencja takiego zapisu nie odzwierciedla początkowej fazy wezbrania, czyli wznoszenia fali powodziowej. Zestawy warstw rejestrujące stopniowy zanik przepływu powodziowego, składające się z zalegających parami na przemian warstw (lamin) piasków i mułków Antczak (1986) określa za Reineckiem i Singhem (1973) mianem rytmitów. Zdefiniowane są one w następujący sposób: rytmit jest to zespół osadów, w których występuje charakterystyczny zestaw warstw powtarzających się w charakterystycznym porządku w profilu pionowym. Opisywane przez Antczak (1986) facje pokryw rytmitów, wykształconych w formie cyklotemów piaszczysto-mułkowych w dolinie Warty, mają postać warstw piasku i mułku zwykle o strukturze masywnej. Przejście między osadami piaszczystymi i mułkowatymi jest stopniowe, a kontakt między zestawami ma wyraźny ostry charakter. Osady rzeczne wykształcone w postaci rytmitów opisuje takŝe Zieliński (1998). W osadach tych występuje dwuczłonowa sekwencja warstw wykształcona w postaci piasku drobnoziarnistego w spągu i mułku piaszczystego lub mułku w stropie. Taki zestaw charakteryzuje normalne uziarnienie frakcjonalne. 2. Aluwia rytmicznie warstwowanie w dolinie Wisły, Drwęcy i TąŜyny Badania litofacjalne aluwiów powodziowych w wybranych odcinkach Wisły, Drwęcy i ŁąŜyny (ryc. 1) prowadziłem w latach (Szmańda 2002). Stwierdziłem, Ŝe rytmika

2 powodziowa związana z fazami wezbrań jest dobrze zarejestrowana w budowie wałów przykorytowych. Niemal we wszystkich analizowanych tego typu formach występowała róŝna ilość warstw lub lamin o zróŝnicowanej miąŝszości, co uniemoŝliwiało ich korelację. Na tej podstawie moŝna wnioskować, Ŝe nie kaŝda powódź pozostawia za sobą efekt sedymentacji w postaci aluwiów w jednym i tym samym miejscu. Ponadto wcześniej nagromadzone osady często ulegają zniszczeniu, o czym świadczą deformacje erozyjne. W opisie cech strukturalnych osadów posługiwałem się z kodem zaproponowanym przez Zielińskiego (1995, 1998). W jednym wypadku zastosowałem dodatkowo nowy rodzaj wydzielenia strukturalnego. Dla oznaczenia struktury rytmicznie warstwowanych aluwiów powodziowych (rytmitów) zastosowałem oznaczenie literowe rt (rythmithe), które nazwałem litofacją rytmitów powodziowych. Litofację tą tworzą horyzontalne lub subhoryzontalne monofrakcyjne laminy piaszczyste (Srt) albo mułkowe (Frt), często zdeformowane. Laminy występują zwykle w zestawach składających się z dwóch lamin reprezentujących słabo wyraŝone normalne uziarnienie frakcjonalne. Dolna lamina zawiera zwykle nieco większą domieszkę grubszych ziaren tej samej frakcji. Tego typu litofacja powstaje prawdopodobnie w wyniku nieznacznej zmiany prędkości przepływu w czasie pojedynczego epizodu powodziowego lub kilku powodzi o zbliŝonych warunkach przepływu. Aluwia litofacji rytmitów mogą takŝe składać się z lamin polifrakcyjnych róŝniących się pod względem uziarnienia, np. piaszczystych i mułkowych zalegających na przemian. Wówczas zamiast stosowania oddzielnego opisu lamin charakteryzujących się strukturą masywną (Sm, Fm), dla oznaczenia rytmicznej laminacji zaproponowałem skrót S/Frt. Jako przykład zapisu powodziowego litofacji rytmitu w wałach przykorytowych zamieszczam opis dwóch stanowisk w dolinie Drwęcy i TąŜyny. Stanowisko w dolinie Drwęcy znajduje się w powierzchni rozległego wału przykorytowego (Szmańda, Hołowiecki 1997). Dwa wkopy wykazały odmienną budowę tej formy. W pierwszym przypadku (ryc. 2) stwierdziłem aluwia litofacji rytmitu mułkowego (Frt i FS/Frt), masywne warstwy mułkowe (Fm) i masywne warstwy mułkowo-piaszczyste (FSm). Od spągu do stropu moŝna zauwaŝyć wzrost w osadach frakcji piaszczystych, co przejawia się w zwiększaniu się wartości średniej średnicy ziarna (M z ) oraz we wzroście miąŝszości warstw. W litofacji rytmitu (Frt) zmienność laminacji wynika z niewielkich róŝnic w uziarnieniu poszczególnych lamin oraz zmianie zabarwienia związanego ze zróŝnicowaną zawartością materii organicznej. W drugim wkopie (ryc. 3) stwierdziłem aluwia piaszczyste, piaszczysto-mułkowe 267

3 i mułkowo-piaszczyste tworzące zestaw rytmitu powodziowego S/SFrt lub S/FSrt. PoniŜej wspominanego pakietu rytmika powodziowa wyraŝona jest w warstwach litofacji Sm, SFm i FSm o miąŝszości od 5 cm do 12 cm. Wzrost miąŝszości warstw następuje tu od stropu do spągu. W podłoŝu osadów prezentowanego wału przykorytowego zalegają osady litofacji mułkowej (Fm) lub mułkowo-piaszczystej (FSm). Ryc. 2 Profil litofacjalny aluwiów wału przykorytowego w dolinie Drwęcy (wkop1) Ryc. 3 Profil litofacjalny aluwiów wału przykorytowego w dolinie Drwęcy (wkop 2) W stanowisku w dolinie TąŜyny stwierdziłem odmienny od opisanych wcześniej, przykład litofacji rytmitu powodziowego (ryc. 4). Na torfach (C), które w badanej części dna doliny TąŜyny często występują w podłoŝu aluwiów powodziowych, stwierdziłem warstwy litofacji piaszczystej o strukturze masywnej (Sm) i o strukturze rytmitu (Srt). Występująca tu piaszczysta litofacja rytmitu powodziowego (Srt) dobrze wyraŝona jest w zmiennym zabarwieniu poszczególnych lamin piaszczystych wynikającym z róŝnej zawartości materii organicznej. Ryc. 4 Profil litofacjalny aluwiów wału przykorytowego w dolinie TąŜyny PoniewaŜ w podłoŝu prezentowanego wału przykorytowego występują torfy, moŝna sądzić, Ŝe większa domieszka materii organicznej w niektórych laminach pochodzi z redepozycji torfów w fazie opadania fali wezbraniowej. Identyfikacja litofacjalna wałów przykorytowych w dolinie Wisły jest utrudniona ze względu na podobieństwo ich budowy wewnętrznej do struktury równi zalewowej. Rytmika powodziowa wyraŝona jest tu w postaci naprzemianległego zalegania zmiennej miąŝszości warstw róŝnych litofacji. Reprezentatywnym przykładem budowy równiny zalewowej w dolinie Wisły jest profil osadów na Kępie Bazarowej w Toruniu ryc. 5 (Szmańda 2000). W stanowisku tym 268

4 Ryc. 5 Profil litofacjalny aluwiów równiny zalewowej na osadach korytowych litofacji Sm, zalega około 20 cm miąŝszości seria osadów przejściowych (Tomczak 1971) litofacji Sm i SFm. Osady przejściowe łączą w sobie cechy aluwiów korytowych i pozakorytowych, ale powstają w korycie rzeki. Przypominają jednocześnie osady górnego członu odsypów meandrowych tzw. epsilon cross-stratification ECS (Allen 1965). Aluwia piaszczyste są osadzane w czasie pojedynczego wezbrania, a mułkowe są efektem akumulacji w spokojnym przepływie podczas stanu wód średnich (Zieliński 1998). Nad nimi występuje wydzielana w aluwiach Wisły, między innymi przez Myślińską (1980), seria mady ilastej wykształcona w postaci rytmitów powodziowych litofacji Frt. PowyŜej zalega mada piaszczysta wykształcona w postaci róŝnej miąŝszości warstw litofacji piaszczystych i piaszczystomułkowych o strukturze masywnej lub smuŝystej (Sm, SFm, SFf) oraz mułkowo piaszczystych i mułkowych o strukturze masywnej lub smuŝystej (FSm, Fm, Ff). NaleŜy zwrócić uwagę, Ŝe rytmiczna akumulacja powodziowa w serii ilastej wyraŝona jest w postaci litofacji na Kępie Bazarowej w dolinie Wisły rytmitu powodziowego Frt. Natomiast w serii mady piaszczystej w zestawach warstw litofacji SFm/FSm, FSm/Fm lub SFm/Fm, reprezentujących normalne uziarnienie frakcjonalne. Odsłonięcie to obrazuje charakterystyczną, ogólną tendencję zwiększania się średnicy ziaren w całej serii aluwiów powodziowych, a takŝe tendencję zmniejszania się miąŝszości warstw w serii mady piaszczystej, ku stropowi, jaka występuje w strukturze równiny zalewowej Wisły. Jedną z przyczyn takiej budowy geologicznej jest zmiana obciąŝenia rzeki wynikająca z odlesienia dorzecza oraz dna doliny w okresie subatlantyckim (Szmańda i in. 2004). Ponadto, nadbudowa równiny zalewowej aluwiami powoduje, Ŝe poza koryto rzeczne wylewają się wody o coraz to wyŝszej energii, co przyczynia się do akumulacji coraz to grubszych osadów. Jednocześnie wraz ze wzrostem wysokości równiny zmniejsza się warstwa wody pokrywająca ją w czasie powodzi, dlatego w stropie serii aluwiów obserwuje się coraz drobniejszy rytm sedymentacji (Tomczak 1971). 3. Podsumowanie W aluwiach powodziowych stwierdziłem dwa rodzaje zapisu wezbrań w rytmicznie warstwowanych osadach. Pierwszym z nich są aluwia litofacji rytmitu powodziowego (rt) o róŝnej teksturze, występujące przede wszystkim w wałach przykorytowych w dolinie Drwęcy i TąŜyny oraz w serii mady ilastej w dolinie Wisły. Litofację rytmitu powodziowego zdefiniowałem jako mono- (Srt, Frt) lub polifrakcyjny (S/Frt, FS/Frt) wielozestaw lamin horyzontalnych lub semihoryzontalnych składający się z rytmów, czyli zestawów dwóch lamin, powstających w czasie wznoszenia i opadania fali wezbraniowej. Granice pomiędzy poszczególnymi rytmami (zestawami par lamin) w przypadku aluwiów wielofrakcyjnych są ostre, często erozyjne oraz podkreślone róŝnicami 269

5 uziarnienia sąsiednich lamin. W przypadku osadów jednofrakcyjnych granice rytmów są słabo wyraŝone w uziarnieniu lamin. Ich wyróŝnienie makroskopowe jest moŝliwe na podstawie zmiennego zabarwienia spowodowanego większą domieszką materii organicznej w laminach pochodzących z opadania fali wezbraniowej. Drugim rodzajem zapisu rytmiki powodziowej są zestawy składające się z dwóch warstw: w spągu warstwy gruboziarnistej zwykle piaszczystej (Sm, SFfm lub FSm) i w stropie warstwy drobnoziarnistej mułkowej (Fm) lub mułkowo piaszczystej (FSfm). Warstwy te są przewaŝnie o masywnej strukturze, rzadziej o strukturze falistej lub smuŝystej. Zestawy reprezentują normalne uziarnienie frakcjonalne i związane są z dwiema fazami powodzi, wznoszenia i opadania fali wezbraniowej. Tego typu zestawy warstw występują powszechnie w budowie równi zalewowych, a głównie w serii mady piaszczystej w dolinie Wisły. Literatura Allen J. R. L., 1965, The sedimentation and Palaeogeography of the Old Red Sandstone of Angllesey, N. Wales, Yorkshire Geol. Soc. Proc., 32. 2, 8, s Antczak B., 1985, Rhythmites on lower terraces of the Warta River, Poland, and their paleohydrologic implications, Questiones Geographicae, Spec. Issue, 1, s Antczak B., 1986, Transformacja układu koryta i zanik bifurkacji Warty w pradolinie warszawsko-berlińskiej i południowej części przełomu poznańskiego podczas późnego vistulianu, Ser. Geografia, 35, UAM, Poznań, s Klimek K., 1996, Aluwia Rudy jako wskaźnik 1000-letniej degradacji PłaskowyŜu Rybnickiego, [w:] Kostrzewski A. (red.), Geneza litologia i stratygrafia utworów czwartorzędowych, 2, wyd. UAM, s Mansfield G.R., 1938, Flood deposit of Ohio River January February 1937 a study of sedimentation, U. S. Geol. Surv. Water Supply Pap., 838, s McKee E. D., Crosby E. J. Berryhill H. L. Jr. 1967, Flood deposit, Bijou Creek, Colorado, June 1965, J. Sedim. Petrol., 37, s Mycielska-Dowgiałło E., Zieliński T. 1997, Wartość interpretacyjna cech teksturalnych i strukturalnych osadów rzecznych, [w:] Procesy, formy i osady fluwialne na obszarze młodoglacjalnym NiŜu Polskiego, Warsztaty Terenowe, Toruń-Słupsk, czerwca 1997 r., s Schumm S. A., Lichty R. W., 1963, Channel widening and flood-plain construction along Cimarron River in Southwestern Kansas, U. S. Geol. Surv. Prof. Pap., 352-D, s Szmańda J., 2000, Litodynamiczny zapis powodzi w aluwiach pozakorytowych Wisły, [w:] Dawne i współczesne systemy morfogenetyczne środkowej części Polski Północnej, Przewodnik wycieczek terenowych, V Zjazdu Geomorfologów Polskich, września 2000, Toruń, s Szmańda J. B., 2002, Litofacjalny zapis powodzi w wybranych fragmentach den dolin Wisły, Drwęcy i TąŜyny, rozprawa doktorska, Archiwum UMK, Toruń. Szmańda J, Hołowiecki M., 1997, Analiza litofacjalna aluwiów powodziowych na tle morfologii dna wybranego odcinka doliny Drwęcy w okolicy Elgiszewa, [w:] Procesy, formy i osady fluwialne na obszarze młodoglacjalnym NiŜu Polskiego, Warsztaty Terenowe, Toruń-Słupsk, czerwca 1997 r., s Szmańda J. B., Oczkowski H. L., Przegietka K. R., 2004, Age of the Vistula river overbank deposits in Toruń, Geochronometria, 23, s Teisseyre A. K. 1988, Mady dolin sudeckich, cz. II: Wybrane zagadnienia metodologiczne, Geol. Stud., 23, 1, s Tomczak A. 1971, Kępa Bazarowa na Wiśle w Toruniu w świetle badań geomorfologicznych oraz archiwalnych materiałów kartograficznych, Stud. Soc. Scien. Tor. 7, 6. Reineck H. E., Singh I. B., 1973, Depositional sedimentary environment, GEOPP Springer Verlang, Berlin. Zieliński T., 1995, Kod litofacjalny i litogenetyczny konstrukcja i zastosowanie, [w:] Mycielska-Dowgiałło E., Rutkowski J. (Red.), Badania osadów czwartorzędowych. Wybrane metody i interpretacja wyników, Warszawa, s Zieliński T., 1998, Litofacjalna identyfikacja osadów rzecznych, [w:] Mycielska-Dowgiałło E. (red.), Struktury sedymentacyjne i postsedymentacyjne w osadach czwartorzędowych i ich wartość interpretacyjna, Warszawa, s Zwoliński Z. 1985, Sedymentologia osadów przyrostu pionowego na terasie zalewowej Parsęty, Bad. Fizjogr. nad Polską Zach., 35, ser. A, Geogr. Fiz., s