AUTOREFERAT (załącznik nr 2 do wniosku o wszczęcie postępowania habilitacyjnego)

Transkrypt

1 AUTOREFERAT (załącznik nr 2 do wniosku o wszczęcie postępowania habilitacyjnego) 1. Imię i nazwisko Katarzyna Skolasińska 2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe/ artystyczne z podaniem nazwy, miejsca i roku ich uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej 2000 stopień doktora nauk o Ziemi w zakresie geologii uzyskany na Wydziale Nauk Geograficznych i Geologicznych Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu (w skrócie UAM) po odbyciu studiów doktoranckich w latach Tytuł rozprawy: Przeobrażenia osadów doliny rzecznej w warunkach infiltracji wód powierzchniowych na przykładzie poznańskich ujęć wody, promotor: prof. dr hab. Jan Przybyłek (UAM), recenzenci: prof. dr hab. Stanisław Lorenc (UAM) oraz prof. dr hab. Andrzej Sadurski (Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu) magisterium na kierunku geologia ze specjalnością geologia stratygraficzno-poszukiwawcza na Wydziale Nauk Geograficznych i Geologicznych UAM w Poznaniu, po odbyciu 5-letnich studiów magisterskich w latach Praca magisterska pt.: Wykształcenie i cechy petrograficznomineralogiczne glin morenowych z rejonu na południe od Poznania, promotor: prof. dr hab. Stanisław Lorenc egzamin zawodowy w Liceum Ekonomicznym im. Oskara Langego w Poznaniu i uzyskanie tytułu: technik ekonomista o specjalności ekonomika i organizacja przedsiębiorstw handlowych; egzamin maturalny w Liceum Ekonomicznym w Poznaniu. 3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych/ artystycznych od obecnie starszy wykładowca, Instytut Geologii, UAM Poznań adiunkt, Instytut Geologii, UAM Poznań asystent, Instytut Geologii, UAM Poznań studia doktoranckie, Instytut Geologii, UAM Poznań 1

2 4. Wskazanie osiągnięcia wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.): a) tytuł osiągnięcia naukowego/artystycznego, Współczesne procesy sedymentacyjne w środkowym odcinku uregulowanej rzeki nizinnej (na przykładzie rzeki Warty) b) autor/autorzy, tytuł/tytuły publikacji, rok wydania, nazwa wydawnictwa, Na osiągnięcie naukowe składają się cztery, wymienione niżej recenzowane publikacje naukowe, które zostały przygotowane i opublikowane po otrzymaniu stopnia naukowego doktora. Artykuły zostały opublikowane w czasopismach znajdujących się na liście Journal Citation Reports (JCR). 1. Skolasińska K., Inquiry of levee formation by grain size analysis - A case study from the Warta River (central Poland). Catena, 122: IF2014 2,82; punkty MNiSW: 35; mój wkład: 100%. 2. Skolasińska K., Szczuciński W., Mitręga M., Jagodziński R., Lorenc S., Sedimentary record of 2010 and 2011 Warta River seasonal floods in the region of Poznań, Poland. Geological Quarterly, 59, 1: IF2015 0,858; punkty MNiSW: 20; mój wkład: 60%. 3. Niedzielski P., Skolasińska K., Kozak L., Kowalewski P., Wachowiak W., Environmental impact of flood: The studies of self-cleaning of river ecosystem during consecutive flood events. Journal of Flood Risk Management, 1 11, IF2015 1,377; punkty MNiSW: 25; mój wkład: 50%. 4. Skolasińska K., Nowak B., What factors affect suspended sediment concentrations in rivers? A study of the upper Warta River (Central Poland). River Research and Applications, 1 12, IF2017 2,274; punkty MNiSW: 30; mój wkład: 70%. Sumaryczny Impact Factor osiągnięcia naukowego (zgodnie z rokiem opublikowania): 7,329 Sumaryczna liczba punktów za publikacje składające się na osiągnięcie naukowe według punktacji MNiSW: 110 c) omówienie celu naukowego/artystycznego ww. pracy/prac i osiągniętych wyników wraz z omówieniem ich ewentualnego wykorzystania. 2

3 WSTĘP Prace składające się na osiągnięcie naukowe dotyczą obszaru doliny Warty. Warta jest trzecią co do długości (808 km) rzeką w Polsce, po Wiśle i Odrze, której jest głównym dopływem. Powierzchnia jej zlewni wynosi km 2, co stanowi ok. 17,4 % obszaru Polski. Obszar zlewni ma wydłużony kształt (SE-NW). Tam gdzie rzeka wykorzystuje sieć pradolin zmienia kierunek na bardziej równoleżnikowy (zachodni), natomiast odcinki południkowe stanowią przełomy przez wały morenowe. Sieć hydrograficzna zlewni została ukształtowana w czwartorzędzie, a jej charakter, podobnie jak innych rzek Niżu Środkowopolskiego, zdeterminowany został przez dwa czynniki: rzeźbę polodowcową i nachylenie powierzchni ku północy. Reżim Warty zalicza się do niwalno-pluwialnego w górnym jej biegu oraz niwalnego w środkowym i dolnym (Dynowska 1972). Dominują wezbrania wczesnowiosenne spowodowane uwalnianiem wody z pokrywy śnieżnej oraz zamarzniętego podłoża, które stanowią ok. 80 % w ciągu ostatnich 450 lat (Kaniecki 2004). Drugorzędne znaczenie mają letnie wezbrania opadowe, które pojawiają się nieregularnie, lecz mogą być wyższe niż wiosenne. Właśnie okresy wezbraniowe, które są nieodłącznym i naturalnym zjawiskiem w środowisku doliny rzecznej, stały się przedmiotem moich zainteresowań i badań, które przedstawię w dalszej części autoreferatu. Współcześnie, kiedy człowiek odgrywa duży udział w zmianie pierwotnych cech dolin rzecznych, na przykład poprzez wylesianie zlewni, urbanizację, prace regulacyjne i budowle hydrotechniczne, o wezbraniach mówi się przede wszystkim w kontekście powodzi, a więc wezbrań, które wywołują straty materialne i społeczne. To że wezbranie staje się powodzią, wynika najczęściej z nieracjonalnej ingerencji człowieka w środowisko doliny rzecznej. Na badanym obszarze doliny Warty powodzie, obok okresów susz, zalicza się do najważniejszych geozagrożeń. W związku z rosnącym zagospodarowaniem terenów zalewowych oraz intensyfikacją ekstremalnych zjawisk pogodowych, wzrasta zarówno częstotliwość jak i intensywność powodzi (np. Milly i in. 2002, Kundzewicz i in. 2010). W Polsce, największym problemem był dotąd brak szczegółowych informacji, które wskazywałyby zagrożone zalaniem obszary. W ostatnich latach, kiedy to dyrektywa unijna z 2007 roku (Dyrektywa 2007/60/WE) zobowiązała nas do opracowania map terenów zagrożonych zalaniem nastąpił tu wyraźny postęp. Od 2015 roku każdy obywatel ma dostęp do Informatycznego Systemu Osłony Kraju (ISOK) przed nadzwyczajnymi zagrożeniami 3

4 ( Opracowane przez IMGW mapy zagrożenia powodziowego mają służyć przede wszystkim prowadzeniu racjonalnej gospodarki przestrzennej i nie powielaniu błędów z przeszłości budowania na terenach zalewowych. W modelu map ujęto dane hydrologiczne uwzględniające przepływy maksymalne, które wystąpiły podczas powodzi w 2010 roku. Latem owego roku, po obfitych i długotrwałych opadach deszczu miała miejsce powódź, która objęła kilka krajów Europy Środkowej, a szczególnie Polskę, Czechy i Słowację (Bissoli i in. 2011). W Polsce doszło do wezbrania powyżej stanów alarmowych w zlewniach głównych rzek: Wisły, Odry i Warty, co pociągnęło za sobą podtopienie wielu miejscowości, ewakuację mieszkańców i olbrzymie straty materialne. Z jednej strony, okresy wezbrań rzecznych traktuje się jako geozagrożenie, ale z drugiej można je rozpatrywać jako zjawiska, które dają ogromne możliwości badawcze dla osób zajmujących się środowiskiem naturalnym jak: hydrologów, geomorfologów, sedymentologów, geochemików, etc. Jako sedymentolog, we współczesnych wezbraniach, które osiągają stany przepływu ponadpełnokorytowego, znajduję znakomitą szansę obserwacji zjawisk, które stymulują procesy sedymentacyjne systemów rzecznych erozję, transport i depozycję osadów. Badania sedymentologiczne w obrębie równi zalewowych rzek, prowadzone ex-post facto dają znakomitą szansę obserwacji skutków tych procesów oraz ich przemian w czasie, pod kątem możliwości ich zapisu w stanie kopalnym. Dają też możliwość przewidywania skutków powodzi w przyszłości. Współcześnie, badania równi zalewowych prowadzi się w 3 grupach tematycznych (Hudson 2003): 1) przemiany obszarów równi zalewowych w odpowiedzi na zmiany klimatu w holocenie, 2) wspominany już, wpływ człowieka na obszary równi zalewowych rzek i 3) procesy sedymentacyjne na równiach zalewowych. Przeprowadzone przeze mnie badania wpisują się przede wszystkim w temat 3 i koncentrują na procesach sedymentacyjnych towarzyszących okresom wezbraniowym meandrującej rzeki nizinnej w klimacie umiarkowanym. Z dotychczasowych badań sedymentologicznych współczesnych osadów powodziowych wynika, iż efekty powodzi w środowisku naturalnym są niezmiernie zróżnicowane i wynikają z wielu lokalnych uwarunkowań. Badania równi zalewowych (terenowe, eksperymentalne jak i modele matematyczne) obejmują zwykle analizę rozprzestrzenienia osadów pozakorytowych na równi zalewowej ich zespołu facji oraz miąższości (np. Teisseyre 1985, Pizzuto 1987, Marriott 1992, Asselman i Middelkoop 1995, Zieliński 1998, Ferguson i Brierley 1999, Bathurst i in. 2002, Fraselle i in. 2010). Podkreśla 4

5 się tu wpływ szerokości i krętości koryta, hydrauliki przepływu (mocy strumienia), a także wpływ roślinności porastającej równię zalewową. Badania cech teksturalnych i strukturalnych osadów powodziowych dostarczają informacji między innymi o litologii obszarów źródłowych, długości i rodzaju transportu, rodzaju i reżimie przepływu (np. Allen 1972, Singh 1972, Sengupta 1979, Mycielska-Dowgiałło i Ludwikowska-Kędzia 2011). W badaniach sedymentologicznych dąży się ponadto do uchwycenia prawidłowości w profilach osadów powodziowych zależnych np. od fazy powodzi, czy długości trwania i przebiegu powodzi (np. Teisseyre 1988, Iseya 1989, Zwoliński 1992, Rubin i in. 1998, Lehotský i in. 2010). Jako rezultat pojedynczego wezbrania dokumentowane są sukcesje o ziarnie drobniejącym, grubiejącym oraz pensymetryczne. Wymienione powyżej aspekty badań sedymentologicznych, jak: rozprzestrzenienie, miąższość i rodzaje osadów powodziowych, analiza teksturalna osadów zmierzająca do określenia źródeł osadu i mechanizmu ich transportu, pionowa zmienność w osadach powodziowych oraz porównanie skutków dwóch następujących po sobie powodzi o różnej magnitudzie i czasie trwania były przedmiotem moich badań w dolinie Warty w okolicach Poznania, których wyniki opublikowane zostały w artykułach wymienionych jako osiągnięcie naukowe (artykuły 1 i 2). Dodatkowo, zajmowałam się źródłami zanieczyszczeń wód i osadów doliny Warty i ich migracji w czasie wezbrań w związku z zagrożeniem dla środowiska, szczególnie w obszarach funkcjonowania ujęć wody dla miasta Poznania (artykuł 3). Przeanalizowałam także dane o transporcie materiału zawieszonego w Warcie w związku ze znikomą obecnością powodziowych osadów przyrostu pionowego (artykuł 4). OBSZAR I ZAKRES BADAŃ Badania prowadzono w okolicach Poznania, na obszarze młodoglacjalnej rzeźby, ukształtowanej głównie w czasie nasunięcia i deglacjacji lądolodu zlodowacenia bałtyckiego. Deglacjacja przyczyniła się między innymi do powstania form dolinnych jak Pradolina Warszawsko-Berlińska o równoleżnikowym przebiegu, czy południkowo zorientowane jej rozgałęzienie jakim jest przełomowa dolina Warty, której kształtowanie przypada na subfazę chodzieską BP (Kozarski 1991). Warta jest nizinną rzeką meandrującą, której średni spadek wynosi 0,46, a w rejonie Poznania ok. 0,18 (Wiśniewski 1995). Przez Poznań rzeka przepływa ~15-kilometrowym odcinkiem o południkowym przebiegu, odziedziczonym po rynnie subglacjalnej z okresu vistulianu (Antczak 1986). Na podstawie badań prowadzonych przede wszystkim przez Bartkowskiego (1957), Witta (1974), Kozarskiego (1983), Antczak (1986) i Gonerę (1986) stwierdzono, że w późnym vistulianie koryto Warty podlegało zmianom 5

6 od układu roztokowego do meandrowego. Na zmiany w charakterze spływu wód i transformację doliny do obecnego stanu wpłynęły przede wszystkim zmiany klimatyczne i zmiany szaty roślinnej, jakie miały miejsce w późnym vistulianie i holocenie (Falkowski 1975, Kaniecki 2004). Rekonstrukcję układu koryt rzecznych środkowej Warty i ich zmian w młodszym dryasie i holocenie w oparciu o zdjęcia lotnicze przedstawił Forysiak (2010), który zinterpretował funkcjonujący wówczas układ jako rzekę wielokorytową. Ostatnio, coraz bardziej powszechny staje się pogląd, że rzeki anastomozujące były częste w holocenie Europy, a przekształcone zostały w dzisiejsze układy rzeczne wskutek prac regulacyjnych (np. Słowik 2017). Okresy wezbrań w dolinie Warty występują sezonalnie (1-2 razy w ciągu roku): w okresie zimowo-wiosennym i letnim. Badania w okolicach Poznania prowadzono po dwóch dużych powodziach mających miejsce latem 2010 i zimą 2010/2011 roku. Powódź w maju i czerwcu 2010 roku miała regionalny zasięg i objęła również inne kraje Europy Środkowej (Bissoli i in. 2011). Na stany Warty, szczególnie w okresach podwyższonego przepływu, ma obecnie wpływ zbiornik retencyjny Jeziorsko (Przedwojski i Wicher 1999, Miler 2001), niestety w czasie powodzi w 2010 roku zbiornik nie był w stanie powstrzymać fali powodziowej. Stany alarmowe przekroczone zostały wtedy na całym odcinku Warty oraz na wszystkich jej dopływach. W poznańskim odcinku Warty (wodowskaz na Moście Św. Rocha) powódź rozpoczęła się 10 maja 2010 roku przyrostem stanów od 270 cm (przepływ 115 m 3 /s) do maksimum 668 cm (1 czerwca 2010), kiedy to przepływ wyniósł 682 m 3 /s. Przepływ ten był ponad 6-krotnie wyższy od średniego przepływu rocznego. Przekroczenie stanu alarmowego na rzece (450 cm) trwało 3 tygodnie (od do ). Następnie, wysokie stany na Warcie w Poznaniu (przekraczające stan ostrzegawczy = 400 cm) wystąpiły w okresie zimowym (od listopada 2010 do lutego 2011). Były to dwie największe powodzie w dolinie Warty po wezbraniu roztopowym w 1979 roku i pierwsze tak duże od 1986 roku, kiedy wybudowano zbiornik retencyjny w Jeziorsku (Ryc. 1). 6

7 Ryc. 1. Łata pomiarowa na przęśle mostu przez Wartę na terenie ujęcia wody Dębina w Poznaniu z zaznaczonymi stanami powodziowymi od 1966 roku. Zero łaty pomiarowej wynosi 50,29 m n.p.m., (Skolasińska i Rotnicka, 2011). Stanowiska badawcze zlokalizowane były w środkowym odcinku Warty, na ok. 40 km odcinku wzdłuż biegu rzeki, od Krajkowa na południu do północnych krańców Poznania Ryc. 2. Dolina Warty ma tu zmienny charakter od naturalnej szerokiej doliny (ok. 2 km) w odcinku Pradoliny Warszawsko-Berlińskiej na południu (stanowiska: Krajkowo 275 km biegu rzeki, Sowiniec 265 km) do wąskiego pasa doliny (kilkaset do kilkudziesięciu m) w odcinku przełomowym (stanowiska: Dębina km, Most Lecha 239 km, Naramowice most kolejowy 238 km i Naramowice leśniczówka 236 km). Ryc. 2. Lokalizacja stanowisk badawczych w obrębie doliny Warty w rejonie Poznania. Na terenie Poznania, począwszy od XIX wieku po lata 70-te XX wieku, bieg rzeki podlegał sztucznym regulacjom, które miały na celu ochronę przeciwpowodziową. Brzegi Warty w obrębie miasta są umocnione płytami betonowymi (których zasięg wynosi około 8 7

8 metrów od brzegu), a dolina otoczona jest wałami przeciwpowodziowymi. Na wysokości stanowisk Sowiniec, Dębina i Most Lecha brzegi są umocnione ostrogami faszynowokamiennymi. Stanowiska Krajkowo i Dębina są obszarami objętymi ochroną ze względu na funkcjonujące tam ujęcia wód dla miasta Poznania. W wymienionych stanowiskach badawczych przeprowadzono kompleksowe badania terenowe, które obejmowały: udokumentowanie popowodziowych struktur powierzchniowych, kartowanie świeżo zdeponowanych osadów powodziowych, wykonanie wkopów do spągu osadów powodziowych, które pozwoliły określić miąższość osadów powodziowych oraz ich zmienność w profilu pionowym, opróbowanie osadów powodziowych (punktowo lub w profilach ciągłych co 5 cm) w celu opisu ich cech teksturalnych (uziarnienie, skład mineralny, kształt i obtoczenie ziaren) oraz wykonania badań chemicznych. Badania terenowe powtórzono w marcu i kwietniu 2011 roku na wymienionych stanowiskach oraz na zakolu rzeki w Marlewie (S część Poznania), gdzie po powodzi zimowej doszło do akumulacji dużych ilości osadów wzdłuż koryta rzeki. W ciągu 2 kolejnych lat prowadzono monitoring poligonów badawczych, który miał na celu określenie rodzajów i tempa przemian postdepozycyjnych osadów, a w efekcie ich potencjału prezerwacyjnego. Jako że jednym z wniosków z przeprowadzonych po powodziach badań był brak na równi zalewowej osadów przyrostu pionowego (mułów), przeprowadzono analizy danych o ilości materiału unoszonego w zlewni Warty. Dane pochodziły z roczników hydrologicznych za lata dla posterunków batymetrycznych: Sieradz, Poznań i Gorzów Wielkopolski. Wyniki tych analiz częściowo opublikowano, a częściowo są w opracowaniu. Niestety nie było możliwości przeanalizowania bardziej aktualnych danych koncentracji zawiesiny w rzece, gdyż pomiary takie obecnie wykonywane są sporadycznie (raz w miesiącu albo rzadziej), więc nie nadają się do szczegółowych analiz. W czasie ostatnich powodzi nie były prowadzone. OPIS PUBLIKACJI STANOWIĄCYCH OSIĄGNIĘCIE NAUKOWE Publikacje stanowiące osiągnięcie naukowe, wymieniłam w punkcie 4 autoreferatu w porządku chronologicznym, natomiast poniżej omówię je w kolejności: 2, 1, 3, 4, tak aby zaprezentować najpierw bardziej ogólne, a później szczegółowe wyniki. 8

9 Skolasińska K., Szczuciński W., Mitręga M., Jagodziński R., Lorenc S., Sedimentary record of 2010 and 2011 Warta River seasonal floods in the region of Poznań, Poland. Geological Quarterly, 59, 1: W artykule zaprezentowano wyniki badań sedymentologicznych przeprowadzonych po dwóch powodziach w 2010 i 2011 roku na ok. 40-kilometrowym odcinku doliny Warty od Krajkowa do północnych krańców Poznania. Po ustąpieniu wód powodziowych stwierdzono różne formy i struktury, które powodzie pozostawiły na powierzchni, zarówno w strefie przykorytowej (proksymalnej), jak i na obszarze równi zalewowej (w strefie dystalnej). W artykule przedstawiono przykłady struktur erozyjnych i depozycyjnych, które zostały udokumentowane, a następnie monitorowane w celu określenia ich potencjału prezerwacyjnego. Część struktur zaliczono do efemerycznych (krótkotrwałych), nie mających żadnego znaczenia dla zapisu kopalnego. Struktury erozyjne powstałe w wyniku powodzi Procesy erozyjne to przede wszystkim: podcinanie brzegów koryta oraz zniszczenie roślinności porastającej brzegi koryta. Stopniowemu opadaniu wód powodziowych towarzyszyło powstawanie mikroteras na brzegach koryta. Takie stopnie oddzielone kilkucentymetrowymi progami obserwowano szczególnie na stromych brzegach koryta. Z obecnością dużych pni drzew na brzegach koryta związane było występowanie struktur cieniowych (shadow structures). Struktury te były także powszechne na ujęciu wody Dębina wzdłuż lewarów, za obudową studni. Miejscami predysponowanymi do powstania rozmyć / nisz erozyjnych były tereny zagospodarowane, gdzie wcześniej prowadzone były prace ziemne naruszające pierwotną strukturę osadów. Na terenie ujęcia wody Dębina spotykano także zagłębienia sufozyjne o znacznych głębokościach. Czynniki atmosferyczne takie jak wiatr, deszcz, oraz działania człowieka związane z usuwaniem popowodziowych szkód na terenach zagospodarowanych przyczyniły się do szybkiego zaniku tych śladów. Na trawiastych powierzchniach równi zalewowych, gdzie szczególnie w lecie trawa jest dobrze zakorzeniona, nie zaznaczyły się żadne formy erozyjne. Formy depozycyjne Równia zalewowa jest środowiskiem, w którym w zależności od wielu czynników, takich jak: ukształtowanie terenu, pokrycie roślinnością, czy pora roku, procesy sedymentacji mogą przebiegać wielorako. Pomimo, że w czasie powodzi interakcja pomiędzy korytem a równią zalewową jest duża, to na prostolinijnych odcinkach rzeki przepływ prostopadły do brzegu koryta prawie nie odgrywa roli (James 1985, Bathurst i in. 2002). Dyspersja osadów jest 9

10 więc słaba i nadbudowywane są tam przede wszystkim wały brzegowe, które rzeczywiście były dominującym przejawem akumulacji powodziowej. W czasie powodzi, po obu stronach koryta, powstały zarówno nowe wały brzegowe, jak i nadbudowane zostały starsze. Miejscami wały osiągały wysokość do 2,5 m (liczone od średniego poziomu Warty). W miejscach, w których nie doszło do uformowania wałów lub brzeg był obniżony, wody powodziowe łatwiej wydostawały się z koryta i powstawały krewasy, u wylotu których tworzyły się glify krewasowe. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że najwięcej osadów powodziowych zostało nagromadzonych na tym odcinku brzegu, na którym jego przebieg zmienia się z wypukłego na wklęsły (stanowisko Marlewo), gdzie w czasie powodzi zimowej powstał glif krewasowy o rozciągłości ok. 100 m w strefie osiowej. Ciekawy jest fakt, że powódź zimowa pozostawiła dużą ilość osadów, w miejscach, które w czasie powodzi letniej nie stanowiły obszarów depozycyjnych. Wypływa stąd wniosek, że osady kolejnych powodzi nie muszą być (często nie są) deponowane w tych samych miejscach. Fakt, że aluwia pozakorytowe są nierównomiernie rozprzestrzenione wzdłuż koryta rzeki oraz że kolejne powodzie pozostawiają osady w różnych miejscach doliny rzecznej znajduje potwierdzenie w wynikach innych badań, m.in. Zwolińskiego (1985), Szmańdy (2006), Lehotský ego i in. (2010). Osady powodziowe Osady powodziowe to przede wszystkim piaski drobno- i średnioziarniste (średnia średnica ziarna: 2,0-2,5 phi), dobrze wysortowane (odchylenie standardowe: ~0,45 phi), o dodatnioskośnym rozkładzie uziarnienia, pozbawione frakcji pyłowej i iłowej. Niezależnie od miejsca pobrania piasków ich rozkłady uziarnienia oraz statystyczne parametry uziarnienia były podobne. Piaski powodziowe były w większości bardzo dobrze wysortowane, co powodowało, że ich struktura wewnętrzna w stanie wilgotnym była niewidoczna i osad wyglądał jak homogeniczny. Struktury były widoczne dopiero na przesuszonych ścianach wkopów. Typową strukturą sedymentacyjną w obrębie wałów brzegowych było małoskalowe warstwowanie przekątne (miąższość zestawów ok. 1-2 cm) związane z migracją małych riplemarków prądowych. W ich obrębie częste były wielozestawy riplemarków wstępujących typu A i B. Z kolei w osadach glifów krewasowych występowało warstwowanie przekątne w dużej skali, świadczące o progradacji form stożkowych, lub małoskalowa laminacja riplemarkowa, będąca zapisem okresu szybkiej depozycji piasków na zamierających glifach krewasowych. 10

11 Lokalnie osady zawierały znaczną domieszkę napławionych szczątków organicznych (liście, łodygi, trawy) oraz pokruszone muszle mięczaków. Maksymalna miąższość osadów piaszczystych w wykonanych wkopach po powodzi letniej wyniosła 40 cm, natomiast po powodzi zimowej 90 cm. Interesujący jest fakt, że w ogóle nie było osadów drobnoziarnistych (mułów). Poza strefą akumulacji piasków w strefie przykorytowej, dalej od brzegu, występowały wyłącznie maty glonowe, bruki muszlowe oraz nagromadzenia przyniesionych przez powódź szczątków organicznych (gałęzi, traw, a także różnych śmieci), które - o ile miały wydłużony kształt tworzyły niekiedy lineację prądową równoległą do kierunku przepływu. Brak osadów deponowanych z zawiesiny na równi zalewowej był inspiracją do dalszych badań, których wyniki zaprezentowano w artykule 4. W profilach osadów wałów brzegowych stwierdzono prawidłowość, że sekwencje osadów jednego epizodu powodziowego tworzą powtarzalne sekwencje o ziarnie grubiejącym ku górze (co szczegółowo opisano w artykule nr 1, który będzie omówiony w dalszej kolejności). Ponadto, dla piaszczystych osadów wałów brzegowych istnieje wyraźna tendencja: ze wzrostem średniej średnicy ziarna rośnie wysortowanie. Taka tendencja jest powszechna w osadach pozakorytowch (Mycielska-Dowgiałło 1995, Kaczmarczyk i in. 2008, Mycielska- Dowgiałło i Ludwikowska-Kędzia 2011) Ryc. 3B. A. B. Ryc. 3. A. Porównanie wskaźników uziarnienia piasków powodziowych i piasków korytowych; B. trendy wskaźników uziarnienia charakterystyczne dla osadów fluwialnych wg Mycielskiej-Dowgiałło i Ludwikowskiej- Kędzia, 2011 (Skolasińska i in., 2015). 11

12 Wynika ona z tego, że w czasie wezbrań procesy sortowania przeważają w obrębie grubszej frakcji, a wygasanie energii wód powodziowych stwarza dla transportowanego materiału warunki akumulacyjne z małym udziałem czynnika sortującego. Pogarszanie wysortowania jest więc wskaźnikiem wypadania z zawiesiny gradacyjnej (graded suspension). Jednocześnie, taki osad jest wzbogacony we frakcje drobnoziarnistą, co czyni go dodatnioskośnym. W strefie brzegu koryta, dochodzi do powstania turbulentnych wirów (turbulent eddies) odpowiedzialnych za unoszenie materiału i przenoszenie go do strefy pozakorytowej (turbulent diffusion of suspended material; Pizzuto 1987, Marriott 1992, Asselman i Middelkoop 1995). Do analizowanego zbioru osadów powodziowych dołączono również próbki osadów pobrane z brzegu i dna Warty na stanowisku Dębina podczas niskich stanów rzeki, w celu ich porównania. Okazuje się, że osady te zlewają się w jedno pole (Ryc. 3A), choć jeden i drugi zbiór punktów wykazują tendencje, które zostały wcześniej wskazane przez Mycielską- Dowgiałło (1995), Mycielską-Dowgiałło i Ludwikowską-Kędzię (2011) Ryc. 3B. Podobieństwo uziarnienia współczesnych osadów powodziowych do osadów korytowych wskazuje na efekt krótkiego transportu materiału korytowego i na deficyt dostawy materiału z obszarów przyległych, co potwierdziły wyniki badań w SEM (opisane w następnym rozdziale). Mikrocechy powierzchni ziaren kwarcu osadów pozakorytowych Kwarc jest dominującym składnikiem piaszczystych osadów powodziowych (stanowi ok. 90% ziaren). Stopień obtoczenia ziaren kwarcu (skala Krubmein a, 1941) i charakter powierzchni (błyszczące, matowe) opisano dla 5 wybranych próbek osadów wałów brzegowych we frakcji 0,25-0,35 mm i 0,35-0,5 mm. Dominacja ziaren średnio obtoczonych błyszczących (ok. 55%) i matowych (ok. 32%) Ryc. 4A, świadczy o obróbce w środowisku wodnym (Mycielska-Dowgiałło i Woronko 1998). Dla dwóch ziaren o średnicy 0,35-0,5 mm opisano mikrocechy powierzchni na podstawie obserwacji w mikroskopie skaningowym (Ryc. 4B). Na obydwu ziarnach zaznacza się przede wszystkim trawienie chemiczne, na co wskazuje gładka, wypolerowana powierzchnia (dulled surface) i chropowata (dissolution surface), szczególnie w mikrozagłębieniach powierzchni Ryc. 4D (Krinsley i Doornkamp 1973). Inwentarz struktur będących efektem abrazji mechanicznej ziaren jest ubogi i ogranicza się do pojedynczych v-kształtnych nacięć (v-shaped percussion cracks Fig. 4C). Gdzieniegdzie 12

13 można znaleźć pojedyncze przełamy muszlowe (conchoidal fractures) (Fig. 4E) i mikrostruktury typu subparallel linear fractures, ale nie są one świeże, są zmienione przez procesy wietrzenia chemicznego, którym podlegały ziarna w ostatnim etapie kształtowania ich powierzchni. Powierzchnia typu dulled powstaje w czasie ciągłego transportu w środowisku wodnym, przy jednoczesnym trawieniu powierzchni. W czasie ruchu ziaren dochodzi do ciągłej wymiany wody wokół ziarna, co prawdopodobnie potęguje intensywność trawienia (nie następuje nasycenie roztworu otaczającego ziarno). Bardzo podobne wyniki obróbki ziaren w środowisku fluwialnym otrzymały Woronko i Ostrowska (2009). Ryc. 4. Mikrocechy powierzchni ziaren kwarcowych. A. próbka, w której dominują ziarna błyszczące, półobotczone; B. przykład ziarna błyszczącego, obtoczonego w SEM; C, D, E. szczegóły powierzchni ziarna: vp v-shaped percussion cracks, dl dulled surface, ds dissolution surface, cf conchoidal fractures (Skolasińska i in., 2015). Opisane wyżej cechy ziaren nabyte w środowisku fluwialnym wskazują, że rzeka przerabia własne aluwia i że w czasie wezbrań przykorytowe formy depozycyjne są nadbudowywane przez materiał pochodzący wyłącznie z koryta. Różnice w zapisie powodzi letniej 2010 i zimowej 2011 W czasie powodzi zimowej stany wody i wartości przepływów były niższe niż w czasie powodzi letniej, natomiast sam okres powodziowy trwał znacznie dłużej i cechował się wystąpieniem trzech etapów powodzi, kiedy to następował wzrost i spadek poziomu wody. Badania prowadzone zarówno po letniej jak i zimowej powodzi pozwoliły stwierdzić, że w okresie zimowym ilość zdeponowanego materiału znacznie przekraczała ilość z okresu 13

14 letniego. Zimą było zdecydowanie więcej obszarów depozycji osadów piaszczystych i większe miąższości osadów, a ponadto w wielu miejscach stwierdzono, że piaski powodzi zimowej były nieco grubiejziarniste (moda 1,5-2 phi) niż powodzi letniej (moda 2-2,5 phi). Nie wynika to z większej dostawy materiału ze zlewni, bo wykazano, że była ona znikoma (rzeka przerabia własne aluwia), ale prawdopodobnie większa gęstość, a zarazem lepkość wód w niskiej temperaturze, przyczyniła się do wzmożonego transportu osadów. Zimą efekty erozji mogą być potęgowane przemarznięciem gleb i obecnością w nich lodu gruntowego (termoerozja) oraz brakiem szaty roślinnej (Teisseyre 1985). Wycinanie krewas w czasie wezbrań nie było zbyt powszechne i w większości przypadków związane było z powodzią zimową. Tempo i charakter przemian post-depozycyjnych osadów powodziowych W artykule zaprezentowano szereg śladów oraz struktur sedymentacyjnych, które mają charakter krótkotrwały i nie mają żadnego znaczenia dla zapisu kopalnego. Szanse na zachowanie w stanie kopalnym mają osady piaszczyste, szczególnie tam gdzie osiągają duże miąższości (kilkadziesiąt centymetrów). W strefie przypowierzchniowej (do głęb. ~10 cm) podlegają one bardzo szybko przemianom, które zacierają i zmieniają ich pierwotne cechy. Transformację osadów należałoby przypisać do dwóch okresów: 1) bez przykrycia roślinnością okres zdominowany przez oddziaływanie czynników atmosferycznych i niekiedy ludzkich i zwierzęcych, 2) po kolonizacji osadów przez roślinność okres zdominowany przez procesy glebotwórcze. Efekty związane z pierwszym okresem obserwowano już w czasie badań terenowych. Do najważniejszych należą: redepozycja piasku przez wiatr, rozmywanie przez deszcz, ślady bytowania zwierząt oraz obecności ludzi (w tym ślady kół samochodowych). Intensywny transport eoliczny obserwowany w czasie prac terenowych (kwiecień 2011), przyczynił się do szybkiego przekształcania form depozycji fluwialnej w nowe formy depozycyjne wydmy poprzeczne (Ryc. 5A) z właściwą dla nich strukturą wewnętrzną osadów jaką jest wysokokątowe warstwowanie przekątne tabularne w dużej skali (Ryc. 5B). Kolonizacja osadów powodziowych przez roślinność (głównie trawy), zachodzi bardzo szybko. Aby przekonać się jak szybko powstanie poziom organiczny, który może być uznany jako ten powstały w okresach międzypowodziowych założono metalowe siatki w trzech miejscach na stanowisku Dębina. Po upływie 13 miesięcy od założenia siatek (tj. ok. 19 miesięcy po powodzi zimowej) we wszystkich 3 miejscach siatki przerosły trawą i pokryły się szczątkami roślinnymi (liście, łodygi). Wygląda na to, że przy kolejnym zalaniu tych miejsc 14

15 wodami powodziowymi i zdeponowaniu świeżych osadów, w ich spągu natrafilibyśmy na poziom organiczny z zakorzenioną trawą. A. B. Ryc. 5. A. Glif krewasowy na którym utworzyły się formy akumulacji eolicznej (wydmy); B. wkop w obrębie glifu krewasowego: w dolnej części profilu widoczne piaski laminowane riplemarkowo, natomiast w górnej tabularny zestaw piasków warstwowanych przekątnie w dużej skali, który powstał w wyniku redepozycji osadów rzecznych przez wiatr (Skolasińska i Rotnicka, 2011). Na podstawie przeprowadzonych obserwacji terenowych można stwierdzić, że potencjał prezerwacyjny osadów powodziowych zdeponowanych na równi zalewowej jest wprost proporcjonalny do ich miąższości. Zaledwie kilkucentymetrowe pokrywy piasku, które zostają zasiedlone przez roślinność i z czasem przekształcane są w poziomy glebowe mogą szybko stać się nieczytelne w zapisie kopalnym i w ten sposób może dochodzić do amalgamacji osadów kolejnych wezbrań. Wnioski zawarte w artykule były prezentowane podczas następujących konferencji: 59. Zjazdu Polskiego Towarzystwa Geograficznego Więcej Geografii w 2012 roku (referat), European Geosciences Union w Wiedniu w 2013 roku (poster), VI Polskiej Konferencji Sedymentologicznej POKOS 6 w Chęcinach w 2016 roku (referat). Skolasińska K., Inquiry of levee formation by grain size analysis - A case study from the Warta River (central Poland). Catena, 122: Wały brzegowe (levees) są formą depozycyjną, najczęściej wiązaną z proksymalną równią zalewową nizinnych rzek meandrujących (Zwoliński 1992, Zieliński 2014). Mogą się 15

16 one tworzyć także w innych środowiskach związanych z jednokierunkowym przepływem, w których co jakiś czas występują wysokie stany wód, w wyniku których woda przekracza brzegi koryta. Są to zarówno rzeki roztokowe, anastomozujące jak również kanały rozprowadzające na równiach deltowych (Brierley i in. 1997, Zieliński 2014). Wał brzegowy jest formą dobrze rozpoznaną morfologicznie, ale słabo sedymentologicznie. W pracy Brierley a i in. (1997) zestawiono charakterystyczne cechy wałów brzegowych i ich osadów prezentowane w literaturze fluwialnej. Z zestawienia wynika, że cechy teksturalne i strukturalne osadów wałów brzegowych mogą być silnie zróżnicowane. Zarówno Brierley i in. (1997) jak i Hudson (2005) wskazują, że nie ma takich cech sedymentacyjnych, które pozwalają na ich definitywną identyfikację i że wiele wcześniejszych interpretacji osadów wałów brzegowych w zapisie kopalnym może być wątpliwe. Porównanie wyników badań współczesnych form z tymi w stanie kopalnym (np. sensu Miall, 1985) pokazuje, że nie ma prostej analogii. Wały brzegowe rzeki Warty, które po dwóch następujących po sobie powodziach (latem 2010 i zimą 2010/2011 roku) w wielu miejscach zostały znacznie nadbudowane, poddano szczegółowym badaniom. Punkty badawcze, gdzie zanotowano duże miąższości osadów oraz zapis więcej niż jednej powodzi zlokalizowane były na lewym brzegu rzeki Warty, na terenie ujęcia wody dla miasta Poznania Dębina (D7, D22 i D24). W profilu D22 występowały wyłącznie osady powodzi zimowej 2010/2011 (70 cm miąższości), a w profilu D24 - osady powodzi letniej 2010 (30 cm miąższości) i powyżej cienkiej warstwy organicznej osady powodzi zimowej 2010/2011 (35 cm miąższości) Ryc. 6. Natomiast profil D7 reprezentowany był przez osady powodzi letniej (30 cm miąższości) pod cienką warstwą wzbogaconą w organikę i korzenie roślin, nad którą występowały osady powodzi zimowej (30 cm miąższości); poniżej w profilu występowały piaski powodzi jeszcze starszej Ryc. 6. Struktury sedymentacyjne w kwarcowych, drobnoziarnistych i dobrze wysortowanych piaskach były słabo widoczne. Na ścianach wkopów zaobserwowano laminacje riplemarków wstępujących oraz laminacje poziome. Wyniki badań uziarnienia próbek pobranych w pionowych profilach z rozdzielczością co 5 cm pokazują, że są to w przewadze piaski drobnoziarniste, a średnia średnica ziarna nieznacznie się różni i zmienia pomiędzy 1,94 2,49 phi (Ryc. 6). Pomimo niewielkiej zmienności frakcji piasków powodziowych dają się zauważyć pewne prawidłowości i trendy uziarnienia. Średnia średnica ziarna w profilach pionowych w obrębie osadów jednego epizodu powodziowego rośnie ku górze (Ryc. 6). Dla lepszego uchwycenia trendów zastosowano 16

17 metodę średniej ruchomej z 3 i 5 kolejnych wyników, która potwierdziła istnienie takich trendów. Ryc. 6. Profile osadów wałów brzegowych we wkopach oraz średnia średnica ziarna próbek w profilach pionowych. Na podstawie przeprowadzonych badań, w których uzyskano sekwencję o ziarnie grubiejącym ku górze można wywnioskować, że w osadach zapisany jest okres wzrostu fali powodziowej, natomiast etap opadania fali powodziowej nie zapisał się. W czasie maksymalnego wzrostu poziomu wody, kiedy zwiększa się prędkość i głębokość wody, przepływ jest na tyle wysokoenergetyczny, że osad jest podrywany w zawiesinę i może być transportowany również poza główne koryto. Zapisem tej wzrastającej siły przepływu jest zatem sekwencja o ziarnie grubiejącym. W schyłkowej fazie wzrostu, gdy poziom wody w rzece osiąga punkt kulminacyjny wezbrania, zauważalna jest tendencja do akumulacji osadu z zawiesiny gradacyjnej. Taki osad będzie się cechował spadkiem wysortowania i drobnieniem 17

18 ziarna. Etap opadania wezbrania, kiedy woda wraca do koryta, jest już niskoenergetyczny i płynąca woda nie jest w stanie transportować piasku, dlatego ten etap przeważnie nie zapisuje się. W oparciu o uzyskane wyniki uziarnienia osadów powodziowych w profilach pionowych, a także idee zawarte w pracach Teisseyra (1985), Iseyi (1989), Zwolińskiego (1992) zaproponowałam model sedymentacji powodziowej w obrębie wału brzegowego (Ryc. 7). W modelu tym wyróżniłam 3 główne fazy powodzi, które w różny sposób zapisują się w stanie kopalnym i jedną, która się nie zapisuje: I. wczesna faza wzrostu fali powodziowej - osad drobnoziarnisty wzbogacony w szczątki organiczne pochodzące z erozji brzegów rzeki i równi zalewowej. Osad jest ciemny (brązowoczarny), ponieważ szczątki organiczne butwieją i gniją, co prowadzi do powstania ciemnych smug w osadach. II. szybka faza wzrostu (do inflection point IP) - jest to okres maksymalnej energii transportu (krzywa natężenia przepływu stromo wznosi się) i powstawania sekwencji osadów o uziarnieniu frakcjonalnym odwróconym z maksymalną średnicą ziarna w stropie. Osady są dobrze wysortowane. Ryc. 7. Fazy powodzi (I IV) i ich odzwierciedlenie w modelowej sekwencji osadów wałów brzegowych (Skolasińska, 2014). 18

19 III. wolne tempo wzrostu i stabilizacja poziomu wody (pomiędzy IP i CP) - w tym okresie dochodzi do depozycji materiału głównie z zawiesiny gradacyjnej powstaje najwyższa część profilu o ziarnie drobniejącym. W tym czasie dochodzi też do zdeponowania szczątków roślinnych niesionych w wodzie (floating load). IV. spadku poziomu wody - faza niskoenergetyczna, w czasie której osad nie jest już transportowany. Faza ta nie zapisuje się w stanie kopalnym. Na podstawie analizy statystycznych wskaźników uziarnienia osadów wałów brzegowych wyciągnięto także wnioski na temat sposobu transportu i depozycji osadów. W zbiorze próbek piasków pobranych z wałów brzegowych odchylenie standardowe mieściło się w przedziale 0,36-0,55 phi (średnio: 0,42 phi dobrze wysortowane). W osadach tych wysortowanie malało wraz ze spadkiem średniej średnicy ziarna (Ryc. 8), co pokazuje, że podczas wezbrania sortowanie materiału grubszego jest lepsze i zachodzi przy wyższej energii przepływu. Zmniejszanie energii wód powodziowych stwarza warunki do akumulacji osadu drobniejziarnistego z mniejszym udziałem czynnika sortującego (o czym pisałam już w poprzednim artykule). Ryc. 8. A. Piaski wałów brzegowych na diagramach rozrzutu: średnia średnica ziaren vs. odchylenie standardowe, skośność, spłaszczenie. Piaski podzielono na pięć klas (I-V od najgrubszych do najdrobniejszych). B. krzywe częstości i histogramy piasków reprezentujących wydzielone pięć klas dobrze widoczne jak moda przesuwa się od klasy I do V (Skolasińska 2014). 19

20 Na diagramach rozrzutu (Ryc. 8) obrazujących skośność vs. średnia średnica ziarna i kurtoza vs. średnia średnica ziarna, punkty analizowanych próbek układają się w charakterystyczny kształt litery V (i odwrócone V). Cronan (1972), Sonu (1972), Barusseau (2011) uważają, że takie tendencje zmian skośności i kurtozy układające się sinusoidalnie, wynikają ze zmian dynamiki ośrodka transportującego materiał ziarnowy i że odchylenia od rozkładu symetrycznego są efektem zmieszania co najmniej dwóch subpopulacji ziaren. Liczne rozkłady uważane za unimodalne w rzeczywistości są mieszaniną frakcji, w której jedna lub kilka frakcji (subpopulacji) podrzędnych występuje obok tej dominującej (Barusseau 2011). Głównym mechanizmem odpowiadającym za transport i depozycję osadów w pobliżu brzegu koryta jest unoszenie w wyniku turbulencji wody (np. Pizzuto 1987, Asselman i Middelkoop 1995). Akumulacja osadów różnych frakcji i ich mieszanin jest tu związana z występowaniem zmian energii medium transportującego osad. Im wyższa energia przepływu tym grubszy i lepiej wysortowany osad zostaje zdeponowany, natomiast turbulencja przepływu oraz spadek energii odpowiedzialne są za mieszanie subpopulacji osadów transportowanych po dnie i w zawiesinie przydennej. W literaturze prezentowane są sukcesje osadów powstające podczas pojedynczego epizodu powodziowego, składające się z osadów odpowiadających wzrostowi energii fali powodziowej, jej kulminacji oraz fazy opadania (np. Klimek 1974, Antczak 1985, Teisseyre 1985, Iseya 1989, Zwoliński 1992, Lehotský i in. 2010). Wzrostowi energii przepływu przypisuje się grubienie ziarna w profilu, zaś spadkowi energii drobnienie ziarna. Prezentowany przeze mnie model różni się od poprzednich tym, że: 1) osad najbardziej gruboziarnisty odpowiada - na krzywej natężenia przepływu - punktowi związanemu z maksymalnym wzrostem przepływu (w pobliżu IP), po którym następuje stopniowe zwalnianie i stagnacja przepływu, 2) etap intensywnej depozycji nie jest związany z fazą opadania wody. Innym przykładem powodziowej sekwencji osadowej prezentowanym w literaturze jest sekwencja charakteryzująca się normalnym uziarnieniem frakcjonalnym, w której spadek wielkości ziaren przypisuje się spadkowi energii przepływu (np. Farell 2001, Bridge 2003). Jeszcze innym zapisem powodzi na równi zalewowej są 2-członowe sukcesje składające się z warstwy piaszczystej zdeponowanej podczas przepływu ponadpełnokorytowego (dolna część sukcesji) i pyłowej/mułowej osadzonej z zawiesiny w czasie stabilizacji przepływu (górna część sukcesji). Takie powtarzające się zestawy w aluwiach pozakorytowych określono jako rytmity powodziowe (np. Antczak 1985). Niektórzy uważają jednak, że górna warstwa nie musi powstać w warunkach powodziowych. Na przykład Baker (1983) twierdzi, że piaszczyste 20

21 osady kolejnych powodzi są często rozdzielone warstwą organiczną związaną z przerwą w sedymentacji i zapisem tego również jest rytmit wykształcony w postaci: piasek/gleba. Wówczas górny poziom nie jest zapisem stanu powodziowego, ale procesów działających w okresach międzypowodziowych. Jest to zgodne z obserwacjami podczas prowadzonych przeze mnie badań terenowych właśnie takie rytmity dokumentowano w profilach wałów brzegowych. Wnioski zawarte w artykule były prezentowane podczas 31st IAS Meeting of Sedimentology w Krakowie w 2015 roku (poster). Niedzielski P., Skolasińska K., Kozak L., Kowalewski P., Wachowiak W., Environmental impact of flood: The studies of self-cleaning of river ecosystem during consecutive flood events. Journal of Flood Risk Management, 1 11, Jednym z aspektów badań osadów powodziowych był transport zanieczyszczeń i substancji szkodliwych podczas powodzi, na co wskazują inni badacze (np. Bradley 1984, Ciszewski 2001, Navratil i in. 2008). Było to o tyle ważne, że badany obszar obejmował odcinek Warty, na którym funkcjonują dwa ujęcia wody dla miasta Poznania: Krajkowo i Dębina. Badania chemiczne próbek osadów powodziowych wykonałam we współpracy z dr hab. Przemysławem Niedzielskim z Wydziału Chemii UAM oraz Jego zespołem. Pokłosiem tych badań są dwie prace, w których brałam udział ta którą prezentuję jako osiągnięcie naukowe oraz praca Kozak i in Celem badań chemicznych osadów było określenie zawartości wybranych pierwiastków (głównie metali ciężkich) oraz potencjalnej możliwości migracji tych składników. Dodatkowo, ze względu na okoliczność wystąpienia po sobie dwóch epizodów powodziowych (latem i zimą) była szansa porównania czy próbki dwóch różnych powodzi pobrane w tych samych punktach różnią się pod względem składu chemicznego. Wykonano łącznie 67 analiz (38 próbek osadów pobranych w lipcu 2010 roku i 29 próbek pobranych w marcu i kwietniu 2011 roku). Wszystkie próbki pochodziły z równi zalewowej rzeki, ale miały różną genezę, stąd wydzielono wśród nich cztery grupy. Dwie z nich to osady zdeponowane w czasie powodzi: piaski powodziowe (flood sands - FS) i piaski mułowe tworzące maty mineralno-organiczne (muddy-organic mats - M). Dwie pozostałe to grunty, które były zalane przez wody powodziowe: gleby (soils - S) i grunty nasypowe (anthropogenic grounds - A). Grupy te zdecydowanie różnią się pod względem uziarnienia. Do 21

22 badań użyto frakcji poniżej 1 mm. Badania wykonano za pomocą spektrometru absorpcji atomowej SpectrAA 220FS firmy Varian (Australia) wyposażonego w atomizer płomieniowy. Zawartość metali Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Co, Fe, Mn oraz Ca i Mg została określona techniką absorpcyjnej spektrometrii atomowej, a także K i Na techniką emisyjnej spektrometrii atomowej, równocześnie dla pojedynczej próbki z użyciem trybu szybkiej sekwencji. Oddzielnie oznaczono zawartość metaloidów: As, Sb, Se. Badane osady różniły się pod względem zawartości badanych składników, jednak te pochodzące z poszczególnych poligonów badawczych (A, C, D, E Ryc. 2) wykazywały duże podobieństwo (co potwierdzono stosując narzędzia chemometryczne). Nie zanotowano żadnej tendencji związanej ze zmianami zawartości pierwiastków z biegiem rzeki (np. wzrostu stężeń), co potwierdza wcześniej postawiony wniosek (Kozak i in. 2012), że istnieją lokalne źródła zanieczyszczeń (tzw. finger prints ). Wyższe zawartości zarówno makro- jak i mikroskładników zanotowano dla gruntów (gleb, gruntów nasypowych) w stosunku do osadów piaszczystych zdeponowanych bezpośrednio przez wody powodziowe. Głównym wnioskiem wynikającym z analiz było stwierdzenie, że osady pochodzące z okresu powodzi letniej i pobrane w tych samych miejscach po powodzi zimowej różniły się zasadniczo pod względem zawartości badanych pierwiastków niemal w każdym przypadku zawartość badanego składnika w próbkach z okresu letniego była dużo większa niż z okresu zimowego. Największe różnice zanotowano dla cynku i arsenu, które to pierwiastki w próbkach z okresu letniego występowały w stężeniach średnio 30 (Zn) i średnio 95 (As) razy większych niż z okresu zimowego. Wywnioskowano, że zanotowany spadek stężeń był efektem oczyszczenia koryta rzeki i obszaru zalewowego w trakcie dwóch następujących krótko po sobie powodzi. Fala powodziowa przyczynia się do redepozycji osadów, które na zalanych terenach mogą powodować znaczne zanieczyszczenie środowiska. Badanie osadów powodziowych, zwłaszcza w kontekście potencjalnego uwalniania toksycznych pierwiastków, wydaje się być istotne z punktu widzenia ochrony obszarów podlegających powodziom. Zatem rozpatrywane skutki powodzi należałoby zwiększyć o aspekt potencjalnego zanieczyszczenia środowiska przez osady powodziowe, tym większego im katastrofalne powodzie są dla danej rzeki rzadsze. Wobec nasilania się częstotliwości występowania naturalnych katastrof naturalnych, w warunkach potencjalnych zmian klimatycznych, wiedza taka wydaje bardzo istotna. 22

23 Skolasińska K., Nowak B., What factors affect suspended sediment concentrations in rivers?: A study of the upper Warta River (Central Poland). River Research and Applications, 1 12, Biorąc pod uwagę modelowe sekwencje osadów równi zalewowych rzek meandrujących, dominują w nich osady mułowe przyrostu pionowego, deponowane z zawiesiny podczas wezbrań. Jednak na badanym obszarze doliny Warty, opisane powodzie nie pozostawiły takich osadów. Było to inspiracją do badań transportu zawiesiny przez rzekę. Okazało się jednak, że dostępne dane koncentracji zawiesiny z bieżących lat, pozyskane z Wojewódzkiego Inspektoratu Ochrony Środowiska w Poznaniu oraz z firmy Aquanet S.A. Poznań, były bardzo szczątkowe i niekompletne (średnio jeden pomiar na miesiąc lub rzadziej), a tym samym niewystarczające do analizy zmian tego parametru w czasie (w skali poszczególnych lat, w sezonach letnich i zimowych, czy podczas wezbrań). Regularne pomiary tego parametru były natomiast prowadzone na rzekach polskich przez Państwową Służbę Hydrologiczną (dziś IMGW) w wybranych posterunkach wodowskazowych począwszy od lat 50-tych (Soczyńska 1972) do początku lat 90-tych XX wieku. Do zaplanowanych badań wykorzystano najpełniejsze dane dla Warty pochodzące z okresu , które publikowane były w Rocznikach Hydrologicznych (Rocznik Hydrologiczny wód powierzchniowych - dorzecze Odry i rzeki Przymorza między Odrą i Wisłą). W rocznikach tych, oprócz danych koncentracji zawiesiny, znajdują się także codzienne dane stanu wody, natężenia przepływu, temperatury wody, zjawisk lodowych na rzece. Utworzono bazę danych, którą wykorzystano szukając zależności pomiędzy koncentracją zawiesiny, a czynnikami naturalnymi (natężenie przepływu, sezonowość termiczna) oraz rozpatrywano wpływ czynników antropogenicznych (przez innych badaczy tych procesów stawianych często jako dominujące). W omawianym artykule opublikowano wyniki badań dla posterunku pomiarowego w Sieradzu (w górnej części zlewni), gdyż tam zanotowano największą dynamikę zmian koncentracji zawiesiny. Analizy danych SSC (suspended sediment concentration) z posterunku pomiarowego Sieradz pokazały, że dane pomiarowe w skali 20-lecia jak i w poszczególnych latach wykazują dużą zmienność. Średnie roczne ilości transportowanej zawiesiny zmieniały się od 8 g/m 3 (rok 1964) do 117 g/m 3 (rok 1975), przyjmując trend rosnący na przestrzeni badanego okresu (Ryc. 9A). 23

24 Ryc. 9. Koncentracja zawiesiny (SSC) w Warcie wg danych IMGW z posterunku pomiarowego w Sieradzu: A. dynamika zmian SSC w dwudziestoleciu oraz trend rosnący SSC w wodzie rzecznej; B. SSC w poszczególnych latach z podziałem na klasy co 40 g/m 3 (Skolasińska i Nowak, 2017). Jeśli przyjmiemy, że materiał unoszony w ciekach jest w głównej mierze dostarczany z powierzchni zlewni, to jego obecność w wodzie uwarunkowana jest przede wszystkim wystąpieniem opadu na obszarze zlewni. Nie ma jednak bezpośredniego związku pomiędzy opadami, wywołującymi wzrost stanów rzeki, a ilością zawiesiny w wodzie rzecznej. W przeprowadzonych analizach nie stwierdzono prostej zależności pomiędzy wielkością przepływu, a ilością materiału zawieszonego. W wielu okresach wzmożonego przepływu nie stwierdzono wzrostu ilości materiału zawieszonego, a często tendencja była odwrotna, ze wzrostem natężenia przepływu malała ilość zawiesiny w wodzie. Dla analizowanego przedziału czasowego ilość materiału zawieszonego w wodzie w półroczach zimowych (jesień-zima) była mniejsza niż w półroczach letnich (wiosna-lato), choć przepływ wykazywał odwrotne relacje. W literaturze panuje pogląd, że dane pochodzące z długoterminowych pomiarów wykazują dodatnią korelację pomiędzy natężeniem przepływu i SSC, ponieważ wyższe przepływy w rzece są w stanie transportować większe masy zawieszonych osadów (np. Al- 24

25 Anseri i in. 1988, Asselman 1999). Nie znalazło to jednak potwierdzenia w badanym 20-letnim okresie czasu dla Warty. Wyniki naszych badań są zgodne z innymi wnioskami prezentowanymi w literaturze (np. Wood 1977, Siakeu i in. 2004), że wartości SSC dla wysokich, bądź niskich wartości natężenia przepływu mogą być bardzo różne. Należy więc brać pod uwagę i wskazywać inne czynniki niż tylko natężenie przepływu, wpływające na wielkość SSC. Z przeprowadzonych analiz wynika, że temperatura wody wykazuje bardziej wyraźny wpływ na ilość transportowanej zawiesiny, niż natężenie przepływu. Dla analizowanego 20- lecia, w okresie półrocza zimnego (listopad-kwiecień) temperatura zmieniała się w przedziale 0,0-17,9 C (średnio: 2,3 C), a w okresie półrocza ciepłego (maj-październik) mieściła się w granicach 1,4-25,3 C (średnio: 15,3 C). Z danych jednoznacznie wynika, że w czasie półroczy ciepłych następował wzrost koncentracji zawiesiny w rzece. Szczególnie w okresach wystąpień temperatury wody >20 C kiedy najbujniej rozwija się fitoplankton, następował wzrost ilości unoszonego materiału. Jednak brak danych obejmujących podział zawiesiny całkowitej na organiczną i mineralną w okresie analizowanych lat, nie pozwala na zweryfikowanie tej tezy. Z sezonowością termiczną występującą w Polsce, związany jest także inny czynnik - lód, który zmienia rozkład natężenia przepływu wody w rzece, a w okresie spływu śryżu i kry może powodować erozję brzegów (Ettema 2002, Hirshfield i Sui 2011). Ze zjawiskami lodowymi występującymi na rzece wiąże się dwa przypadki, kiedy ilość zawiesiny w wodzie gwałtownie wzrasta. Pierwszy przypadek ma miejsce podczas całkowitego zlodzenia rzeki, kiedy dochodzi do przepływu w kanale zamkniętym. Podczas przyrastania pokrywy lodowej zmniejsza się przekrój koryta, co z kolei zwiększa prędkość przepływu i możliwości erozji dna i transportu osadu (Hirshfield i Sui 2011). Taka sytuacja miała prawdopodobnie miejsce w Sieradzu zimą 1969 roku, kiedy stwierdzono wysoką średnią zawartość zawiesiny w półroczu zimowym i najwyższe jednostkowe wystąpienie SSC w całym analizowanym okresie (tj. 612 g/m 3 ) Ryc. 9A. Drugi przypadek wzrostu koncentracji zawiesiny związany jest z okresem pękania pokrywy lodowej. Ten czas zawsze odzwierciedlony jest wyraźnie na wykresach natężenia przepływu wyraźnym pikiem i w niektórych przypadkach występuje wtedy wyraźny wzrost SSC (np. Prowse 1993, Sui i in. 2000, Beltaos i Burrell 2016). W Sieradzu, zimą w 1962 w trakcie pękania pokrywy lodowej udział zawiesiny w wodzie wzrósł do 76 g/m 3, kiedy podczas zlodzenia wynosił średnio 3 g/m 3. Nie istnieje jednak jedna, powtarzająca się w każdym roku 25

26 tendencja zmian ilości zawiesiny podczas wystąpienia zjawisk lodowych. Z przeprowadzonych analiz wynika więc, że procesy zachodzące w czasie zlodzenia rzeki i podczas łamania pokrywy lodowej mogą w różny sposób wpływać na ilość zawiesiny w wodzie. Na chwilę obecną procesy te wydają się stosunkowo słabo poznane (Ettema, 2002). Oprócz naturalnych czynników, na koncentrację zawiesiny w rzece bardzo duży wpływ mają czynniki antropogeniczne. Wyniki dotychczasowych badań pokazują, że wpływ człowieka jest wyraźny i że może on wywołać duże zmiany (zarówno wzrost jak i spadek) w ilości transportowanych zawiesin na relatywnie małym obszarze i w stosunkowo krótkim czasie (np. Łajczak 1999, Nelson i Booth 2002, Walling i Fang 2003, Siakeu i in. 2004). W wyniku przeprowadzonych analiz dla Warty, wyraźny trend rosnący w latach 70-tych, z rekordowym pod względem ilości zawiesiny rokiem 1975 (Ryc. 9A) był również wynikiem działań człowieka. Wyraźny wzrost ilości transportowanej zawiesiny spowodowany został przez zrzuty wód kopalnianych, które rozpoczęły się od 1975 roku z kopalni węgla brunatnego Bełchatów do rzeki Widawki (Pierzchała 2010), w odległości ok. 50 km od ujścia Widawki do Warty. Zrzuty wód kopalnianych spowodowały zmiany wielkości przepływów, ale przede wszystkim rzutowały na znacznie odbiegającą od okresu wcześniejszego ilość materiału unoszonego w Warcie. Innym znaczącym czynnikiem, skutkującym tendencją wzrostową w koncentracji zawiesiny w rzece, która widoczna jest od połowy lat 70-tych XX w., wydaje się być wzrost ilości biogenów w rzece. W okresie tym, notowane jest wyraźne pogorszenie jakości wód rzecznych w całej Polsce (np. Chełmicki 2012), spowodowane przede wszystkim intensyfikacją nawożenia pól oraz niekontrolowanym spływem ścieków bytowych i zanieczyszczeń przemysłowych z rozwijających się miast i wielkich zakładów przemysłowych. Zwiększenie dostępności nutrientów w rzece stało się niewątpliwie impulsem do wzrostu koncentracji zawiesiny organicznej w wodzie rzecznej. Przeprowadzone badania wskazały także, iż jednym z bardziej znaczących czynników odpowiedzialnych za kształtowanie się ilości zawiesiny w Warcie, były regulacje koryta prowadzone w bliskim sąsiedztwie posterunku pomiarowego w Sieradzu. Krótkotrwałe, czy wręcz incydentalne wystąpienia bardzo wysokich koncentracji zawiesiny, stwierdzone w latach 70-tych XX w. należy wiązać z prowadzonymi wówczas zabiegami konserwacyjnymi, realizowanymi na tym odcinku rzeki. Prace te polegały przede wszystkim na przebudowie ostróg brzegowych oraz wałów przeciwpowodziowych. Istotnym ich elementem była także refulacja dna rzeki. W ich wyniku następowało naruszenie struktury dna i brzegów koryta rzeki, 26

27 co skutkowało każdorazowo zwiększeniem zmącenia rzeki, znajdując swoje odzwierciedlenie w wynikach pomiarów zawartości zawiesiny w przekroju rzeki, znajdującym się poniżej. Analizy koncentracji zawiesiny prowadzone przez różnych badaczy, na różnych rzekach świata pokazują, że wielkość ta może się znacznie zmieniać, zarówno w skali roku hydrologicznego, jak i w wieloleciu. Ze względu na taką specyfikę, parametr ten powinien być mierzony i monitorowany w możliwie krótkich odstępach czasowych. Olive and Rieger (1992) wskazują, że aby wyciągać na podstawie danych o rumowisku unoszonym jakieś sensowne wnioski, należy dysponować odpowiednio dużym zbiorem danych najlepiej, aby obserwacje były prowadzone w co najmniej 10-letnich ciągach. Na podstawie przeprowadzonych badań podkreślić należy, że nie ma jednego decydującego czynnika wpływającego na zawartość zawiesiny w rzece, a ustanowione zależności pomiędzy koncentracją zawiesiny, a badanymi czynnikami nie są jednoznaczne i powtarzalne. PODSUMOWANIE Do moich najważniejszych osiągnięć przedłożonego cyklu artykułów zaliczam: 1. Pokazanie, że dwie następujące po sobie powodzie, letnia i zimowa, różnią się zapisem osadowym. Osady powodzi zimowej były grubiejziarniste i o wiele bardziej miąższe. Prawdopodobnie, było to spowodowane większym natężeniem transportu osadu wynikającym z większej gęstości i lepkości wody w niższej temperaturze i brakiem szaty roślinnej w okresie zimowym. 2. Dowiedzenie, że wezbranie powyżej stanu ponadpełnokorytowego prowadzi do powstania w osadach wałów brzegowych powtarzalnej sekwencji o odwróconej gradacji ziarna. Wynika to ze zmian natężenia przepływu podczas wzrostu fali powodziowej - wzrost wielkości ziarna korelowany jest z maksymalnym tempem wzrostu natężenia przepływu. 3. Potwierdzenie, że w czasie wezbrań dochodzi do wymywania z zalanych obszarów zanieczyszczeń, które migrują w wodach stanowiąc zagrożenie dla środowiska naturalnego. Częste powodzie prowadzą do oczyszczenia równi zalewowej i spadku stężeń szkodliwych substancji w kolejnych epizodach powodziowych. 4. Naświetlenie, że współcześnie, w czasie wezbrań nie dochodzi do pionowego przyrostu osadów deponowanych z zawiesiny, gdyż rzeka transportuje wyłącznie ładunek unoszony 27

28 niemający znaczenia dla zapisu w osadach. Wzrostowi natężania przepływu towarzyszy raczej spadek koncentracji zawiesiny w wodzie rzecznej. 5. Wykazanie, że duże zmiany koncentracji zawiesiny w rzece na obszarze nizinnym spowodowane są przede wszystkim czynnikami antropogenicznymi (pracami regulacyjnymi, czy dopływem zawiesin z zakładów przemysłowych), a spośród czynników naturalnych temperaturą wody, wpływającą przede wszystkim na przyrost zawiesiny organicznej w okresach letnich. 6. Udokumentowanie, że potencjał prezerwacyjny osadów powodziowych jest niski. W warunkach klimatu umiarkowanego, gdzie obszary zalewowe najczęściej porośnięte są roślinnością, postdepozycyjne przeobrażenia osadów współczesnych powodzi zachodzą bardzo szybko (właściwie od razu po ustąpieniu wód powodziowych). W wyniku kolonizacji doliny przez roślinność, stosunkowo mało miąższe warstwy osadów przekształcane są w poziomy glebowe. Jedynie bardziej miąższe osady (pow. 20 cm) mają szanse zachować swe pierwotne cechy w głębszych partiach profili. Teraźniejszość jest kluczem do przeszłości a zatem prezentowany przeze mnie zbiór danych pochodzących z obserwacji współczesnych procesów sedymentacyjnych i ich skutków jest wkładem w lepsze poznanie mechanizmów rządzących bardzo złożonym i zróżnicowanym środowiskiem równi zalewowych oraz transportem osadów podczas wezbrań. Literatura cytowana w autoreferacie: Al Ansari N. A., Asaad N. M., Walling D. E., Hussan S. A., The suspended sediment discharge of the river Euphrates at Haditha, Iraq. Geografiska Annaler, 70A(3): Allen G.P., Castaing P., Klingebiel A., Distinction of elementary sand populations in the Gironde estuary (France) by R-mode factor analysis of grain-size data. Sedimentology, 19: Antczak, B., Rhythmites on lower terraces of the Warta River, Poland, and their paleohydrologic implications. Ques. Geogr., Spec., 1: Antczak B., Transformacja układu koryta i zanik bifurkacji Warty. Zesz. Nauk. UAM, 35, Poznań, ss.105. Asselman N. E. M., Suspended sediment dynamics in a large drainage basin: The river Rhine. Hydrological Processes, 13: Asselman N.E.M., Middelkoop H., Floodplain sedimentation: quantities, patterns and processes. Earth Surface Processes and Landforms, 20: Baker V.R., Paleoflood hydrologic analysis from slack-water deposits. Quaternary Studies in Poland, 4: Bartkowski T.,1957. Rozwój polodowcowej sieci hydrograficznej w Wielkopolsce Środkowej. Zesz. Nauk. UAM, ser. Geografia, 1: Barusseau J.P., Influence of mixtures of grain-size populations on the parametric and modal characteristics of coastal sands (Hẻrault, Mediterranean Sea, France). Journal of Sedimentary Research, 81: Bathurst J.C., Benson I.A., Valentine E.M., Nalluri C., Overbank sediment deposition patterns for straight and meandering flume channels. Earth Surface Processes and Landforms, 27:

29 Beltaos S., Burrell B. C., Transport of suspended sediment during the breakup of the ice cover, Saint John River, Canada. Cold Regions Science and Technology, 129: Bissolli P., Friedrich K., Rapp J., Ziese M., Flooding in eastern central Europe in May 2010 reasons, evolution and climatological assessment. Weather, 66: Bradley S.B., Flood effects on the transport of heavy metals. Int. Environ. Stud., 22: Bridge J.S., Rivers and floodplain. Form, Processes and Sedimentary Record. Blackwell Publishing Company, Oxford, UK. Brierley G.J., Ferguson R.J., Woolfe K.J., What is a fluvial levee? Sedimentary Geology, 114: 1-9. Chełmicki, W. (2012). Woda zasoby, degradacja, ochrona. Warszawa PWN, pp Ciszewski D., Flood-related changes in heavy metal concentrations within sediments of the Biała Przemsza River. Geomorphology, 40: Cronan D.S., Skewness and kurtosis in polymodal sediments from the Irish Sea. Journal of Sedimentary Petrology, 42,1: Dynowska I., Typy reżimów rzecznych w Polsce. Zesz. Nauk. Uniw. Jagiellońskiego 50: ss Dyrektywa 2007/60/WE Parlamentu Europejskiego I Rady z dnia 23 października 2007 r. w sprawie oceny ryzyka powodziowego i zarządzania nim. Ettema R., Review of alluvial channel responses to river ice. Journal of Cold Regions Engineering, 16(4): Falkowski E., Variability of channel processes of lowland rivers in Poland and changes of the valley floors during the Holocene. Biuletyn Geologiczny, 19: Farell K.M., Geomorphology, facies architecture, and high-resolution, non-marine sequence stratigraphy in avulsion deposits, Cumberland Marshes, Saskatchewan. Sedimentary Geology, 139: Ferguson, R.J., Brierley, G.J., Levee morphology and sedimentology along the lower Tuross River, southeastern Australia. Sedimentology, 46: Forysiak J., Zastosowanie analizy zdjęć lotniczych do rekonstrukcji układu wielokorytowego środkowej Warty. Landform Analysis, 13: Fraselle Q., Bousmar D., Zech Y., Experimental investigation of sediment deposition on floodplains. In: Proceedings of the River Flow 2010 Conference Vol. 1 (eds. A. Dittrich, J. Koll, J. Aberle and P. Geisenhainer): Gonera P., Zmiany geometrii koryt meandrowych Warty na tle wahań klimatycznych w późnym vistulianie i holocenie. Wyd. Nauk. UAM, ser. Geografia, 33, Poznań, ss. 84. Hirshfield F., Sui J., Sediment transport under ice conditions. In Dr. S. S. Ginsberg (Ed.), Sediment Transport (pp ). Croatia: InTech. ISBN: Hudson P.F., Floodplains: environment and process (Editorial). Geomorphology, 56, Hudson P.F., Natural Levees. W: Encyclopedia of Water Sciences. Taylor & Francis. Iseya F., Mechanism of inverse grading of suspended load deposits. Sedimentary Facies in the Active Plate Margin, edited by A. Taira and F. Masuda: James C.S., Sediment transport to overbank section. Journal of Hydraulic Research, 23: Kaczmarczyk J., Florek W., Olszak I.J., Górnoholoceńskie i współczesne formy i osady pozakorytowe w dolinie środkowej Wieprzy. Landform Analysis, 7: Kaniecki A., Poznań dzieje miasta wodą pisane. Poznańskie Tow. Przyjaciół Nauk, Poznań, ss Krinsley D., Doornkamp J.C., Atlas of Sand Grain Surface Textures. Cambridge University Press, Cambridge. Klimek K., The structure and mode of sedimentation of the flood-plain deposits in the Wisłoka valley (South Poland). Stud. Geomorph. Carpatho-Balcan, 8: Kozak L., Skolasińska K., Niedzielski P., Environmental impact of flood: The study of arsenic speciation in exchangeable fraction of flood deposits of Warta river (Poland) in determination of finger prints of the pollutants origin and the ways of the migration. Chemosphere, 89, 3:

30 Kozarski S., River channel changes in the middle reach of the Warta Valley, Great Poland, Lowland. Quaternary Studies in Poland, 4: Kozarski S., Paleogeografia Polski w vistulianie. W: Geografia Polski-środowisko przyrodnicze, Starkel L. (red.), PWN Warszawa. Kundzewicz Z.W., Lugeri N., Dankers R., Hirabayashi Y., Doell P., Pinskwar I., Dysarz T., Hochrainer S., Matczak P., Assessing river flood risk and adaptation in Europe - review of projections for the future. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 15: Lehotský M., Novotný J., Szmańda J.B., Response of the Danube River floodplain to flood events during period. Quaestiones Geographicae, 29, 3: Łajczak A., Współczesny transport i sedymentacja materiału unoszonego w Wiśle i głównych dopływach. Monografie Komitetu Gospodarki Wodnej PAN 15: p Marriott S., Textural analysis and modelling of a flood deposit: River Severn, U.K. Earth Surface Processes and Landforms, 17, 7: Miall A.D., Architectural-element analysis: a new method of facies analysis applied to fluvial deposits. Earth-Science Reviews, 22: Miler A.T., Influence of the Jeziorsko reservoir on the Warta river discharges at the Poznań. Mater. Konfer. Kompleksowe i szczegółowe problemy inżynierii środowiska, Ustronie Morskie: Milly P.C.D., Wetherald R.T., Dunne K.A., Delworth T.L., Increasing risk of great floods in a changing climate. Nature, 415: Mycielska-Dowgiałło E., Wybrane cechy teksturalne osadów i ich wartość interpretacyjna. W: Badania osadów czwartorzędowych. Wybrane metody i interpretacja wyników. E. Mycielska-Dowgiałło, J. Rutkowski (red.), Uniw. Warszawski, Warszawa: Mycielska-Dowgiałło E., Ludwikowska-Kędzia M., Alternative interpretations of grain-size data from Quaternary deposits. Geologos, 17, 4: Mycielska-Dowgiałło E., Woronko B., Analiza obtoczenia i zmatowienia powierzchni ziarn kwarcowych frakcji piaszczystej i jej wartość interpretacyjna. Przegląd Geologiczny, 46: Navratil T., Rohovec J., Zak K., Floodplain sediments of the 2002 catastrophic flood at the Vltava (Moldau) River and its tributaries: mineralogy, chemical composition, and postsedimentary evolution. Environ. Geol., 56: Nelson E. J., Booth D. B., Sediment sources in an urbanizing, mixed land use watershed. Journal of Hydrology, 264: Olive L. J., Rieger W. A., Stream suspended sediment transport monitoring why, how and what is being measured? IAHS Publ. 210: Pierzchała, K. (Red.) XXXV lecie eksploatacji systemu odwodnienia w KWB Bełchatów. Materiały Konferencyjne, Bełchatów, Pizzuto J., Sediment diffusion during overbank flows. Sedimentology, 34: Prowse T., Suspended sediment concentration during river ice breakup. Canadian Journal of Civil Engineering, 20(5): Przedwojski B., Wicher J., Oddziaływanie zbiornika wodnego Jeziorsko na przepływy w korycie i dolinie Warty. Konfer. Nauk.-Techn., Eksploatacja i oddziaływanie dużych zbiorników nizinnych na przykładzie zbiornika wodnego Jeziorsko, Uniejów: Rubin D.M., Nelson J.M., Topping D.J., Relation of inversely graded deposits to suspended-sediment grainsize evolution during the 1996 flood experiment in Grand Canyon. Geology, 26: Sengupta S., Grain-size distribution of suspended load in relation to bed materials and flow velocity. Sedimentology, 26: Siakeu J., Oguchi T., Aoki T., Esaki Y., Jarvie H. P., Change in riverine suspended sediment concentration in central Japan in response to late 20th century human activities. Catena, 55: Singh I.B., On the bedding in the natural-levee and the point bar deposits of the Gomti river, Uttar Pradesh, India. Sedimentary Geology, 7, 4:

31 Skolasińska K., Rotnicka J., Pozakorytowe osady Warty zdeponowane w czasie powodzi zimowej 2010/2011 na zakolu rzeki w Marlewie (Poznań S). Varia. Prace z zakresu geografii i geologii. Rok J. Biernacka, J. Kijowska (red.) Bogucki Wyd. Nauk., Poznań: Słowik M., The formation of an anabranching planform in a sandy floodplain by increased flows and sediment load. Earth Surface Processes and Landforms, DOI: /esp Soczyńska U. (Red.), Zmącenie wody i transport rumowiska unoszonego w rzekach polskich w okresie Wyd. Komunikacji i Łączności, Warszawa. Sonu C.J., Bimodal composition and cyclic characteristics of beach sediment in continuously changing profile. Journal of Sedimentary Petrology, 42: Sui J., Wang D., Karney B.W., Suspended sediment concentration and deformation of river bed in a frazil jammed reach. Canadian Journal of Civil Engineering 27: Szmańda J.B., Rytmika powodziowa w aluwiach pozakorytowych Wisły, Drwęcy i Tążyny. Dokumentacja Geograficzna, 32: Teisseyre A.K., Mady dolin sudeckich. Cz. I: Ogólna charakterystyka środowiska (na przykładzie zlewni górnego Bobru). Geol. Sudet., 20, 1: Teisseyre A.K., Mady dolin sudeckich. Cz. III: Subarealnie i subakwalnie deponowane osady pozakorytowe w świetle eksperymentu terenowego ( ). Geol. Sudet., 23, 2: Walling D. E., Fang D., Recent trend in the suspended sediment loads of the world's river. Global and Planetary Change, 39: Wiśniewski J., Przebudowa poznańskiego węzła wodnego zabezpieczeniem przed powodzią Poznania, W: Wody powierzchniowe Poznania, problemy wodne obszarów miejskich. Kaniecki, A., Rotnicka, J. (Eds.). Materiały konferencyjne: Witt A., Rekonstrukcja kierunku odpływu wód w poziomie najstarszej terasy przełomowego odcinka Warty pod Poznaniem. Bad. Fizjogr. nad Polską Zach., ser. Geografia Fizyczna, 27: Wood P. A., Controls of variation in suspended sediment concentration in the River Rother, West Sussex, England. Sedimentology, 24: Woronko B., Ostrowska M., Wpływ środowiska fluwialnego na charakter powierzchni ziarn kwarcowych dyskusja. Geneza, litologia i stratygrafia utworów czwartorzędowych, tom 5, seria Geografia, 88: Zieliński T., Litofacjalna identyfikacja osadów rzecznych. W: Struktury sedymentacyjne i postsedymenatcyjne w osadach czwartorzędowych i ich wartość interpretacyjna. Mycielska-Dowgiałło E. (Red.), Warszawa: Zieliński T., Sedymentologia. Osady rzek i jezior. Wyd. Naukowe UAM, ss.589. Zwoliński Z., Sedymentacja osadów przyrostu pionowego na terasie zalewowej Parsęty. Bad. Fizjograf. nad Polską Zachodnią, 35(A): Zwoliński Z., Sedimentology and geomorphology of overbank flows on meandering river floodplains. Geomorphology 4, 6: Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo - badawczych (artystycznych) Wykaz publikacji z opisem mojego w nich udziału, lista projektów i wystąpień konferencyjnych, do których będę się odnosić w tekście znajdują się w załączniku nr 3. Tam też zamieściłam szczegółowe informacje o mojej działalności dydaktycznej i organizacyjnej. Jestem absolwentką Liceum Ekonomicznego w Poznaniu, jednak już w czasie nauki w szkole średniej dojrzewało we mnie przekonanie, że chcę się w przyszłości zajmować czymś 31

32 innym że bardziej interesuje mnie środowisko przyrodnicze (to co mnie otacza). Wpłynęło to na moją dalszą edukację. W 1989 roku podjęłam studia geologiczne na Wydziale Nauk Geograficznych i Geologicznych UAM w Poznaniu, które ukończyłam w roku 1994 z wynikiem bardzo dobrym. Pracę magisterską pt. Wykształcenie i cechy petrograficznomineralogiczne glin morenowych z rejonu na południe od Poznania, pisałam pod kierownictwem prof. dr hab. Stanisława Lorenca. Przeprowadzone badania glin lodowcowych z 10 odsłonięć położonych na S od Poznania, wykazały znaczne ich podobieństwo pod względem badanych cech teksturalnych (uziarnienie, skład mineralny). Temat związany ze zróżnicowaniem glin lodowcowych i poszukiwaniem cech pozwalających na odróżnienie poszczególnych poziomów stratygraficznych glin chciałam kontynuować w ramach studiów doktoranckich, które podjęłam w 1994 roku. Przegląd literatury na ten temat wskazywał jednak, że o ile wykształcenie glin lodowcowych różni się regionalnie, to różnice cech mineralogicznopetrograficznych różnych wiekowo glin są często niewielkie. Ciekawił mnie temat mikrostruktur w glinach, który pojawił się w owym czasie w literaturze, jednak badania mikrostruktur wymagały wykonywania dużych preparatów mikroskopowych z próbek o nienaruszonej strukturze, ale nastręczało to wówczas wiele trudności. W związku z tym zaczęłam szukać innego tematu badawczego. Ostatecznie, dr hab. Jurand Wojewoda (obecnie Uniwersytet Wrocławski), zainteresował mnie zagadnieniami związanymi z kolmatacją osadów przepuszczalnych, który to temat stał się przedmiotem mojej rozprawy doktorskiej. W celu zbadania przebiegu procesu kolmatacji mechanicznej, związanej z osadzaniem się w porach osadów klastycznych materiału niesionego w zawiesinie, przeprowadziłam cykl eksperymentów laboratoryjnych. Polegały one na infiltracji zawiesiny kaolinowej przez piaski o różnych rozkładach uziarnienia. Rura filtracyjna, została przygotowana tak, aby po zakończeniu eksperymentu można było ją rozłożyć na dwie części i pobrać próbki osadów o nienaruszonej strukturze, z których później wykonano preparaty mikroskopowe. Na podstawie obserwacji mikroskopowych udokumentowałam i opisałam mikrostruktury kolmatacyjne charakterystyczne dla przepływu zawiesiny przez strefę aeracji. Wykonane przez mnie badania eksperymentalne zostały także wykorzystane przez innych badaczy, którzy oparli swoje modele numeryczne przepływu wody przez ośrodek porowy i kolmatacji mechanicznej na wynikach moich eksperymentów (Sroka i in. 2014, Matyka i Mądrala 2017). Doświadczenia zdobyte w wyniku przeprowadzonych eksperymentów połączyłam z badaniami przeobrażeń osadów doliny Warty występujących w podłożu stawów infiltracyjnych 32

33 na ujęciu wody Dębina dla miasta Poznania. W 1997 roku wystąpiłam o grant promotorski pt. Przeobrażenia osadów w dolinie rzecznej w warunkach infiltracji wód powierzchniowych do ujęć (na przykładzie ujęć wody dla miasta Poznania: Poznań-Dębina i Krajkowo), pod kierownictwem prof. dr hab. Jana Przybyłka. Na podstawie badań osadów w ścianach szybików kopanych do głębokości ok. 2,5 m opisałam zmiany, jakie zaszły w osadach podłoża stawów infiltracyjnych pod wpływem niemal 80-letniej eksploatacji infiltracyjnego ujęcia wody. Osady te stanowią zespół facjalny środowiska rzeki meandrującej. Naprzemienne występowanie osadów korytowych i pozakorytowych, wpływa na anizotropię przepływu infiltrujących wód i znajduje wyraz w przeobrażeniach osadów. Anizotropia przepływu w osadach zróżnicowanych strukturalnie i teksturalnie powoduje, że można wyróżnić strefy aktywne przeobrażone, które biorą czynny udział w infiltracji i których parametry filtracyjne maleją w czasie oraz strefy nieaktywne, które mogą być na stałe wyłączone z obiegu wody na skutek jej poziomego rozpływu nad przesłonami filtracyjnymi. Badania mikroskopowe próbek osadów o nienaruszonej strukturze pokazały, że substancje kolmatujące (związki żelaza, substancja ilasta, substancja nieprzeźroczysta: prawdopodobnie materia organiczna i związki manganu) tworzą najczęściej różnej grubości otoczki wokół ziaren oraz meniskowe połączenia pomiędzy ziarnami. Cementy meniskowe sprawiają, że osad jest skutecznie spajany, a porowatość efektywna redukowana. W oparciu o obserwacje mikroskopowe udokumentowałam rzadko opisywane w literaturze mikrostruktury kolmatacyjne. Doktorat obroniłam w 2000 roku, a wyniki badań w nim zawarte były prezentowane na konferencjach naukowych oraz były podstawą do kilku artykułów (Skolasińska 2006 najważniejsza praca, która ukazała się w Hydrogeology Journal - 22 cytowania; oraz Skolasińska 1999, 2001a, 2001b, 2003, 2007). Wyniki badań zostały również wykorzystane w ekspertyzie hydrogeologicznej zamówionej przez poznańskie wodociągi (Aquanet S.A.), dotyczącej rozpoznania sprawności stawów infiltracyjnych na ujęciu Dębina w Poznaniu dla potrzeb ich przebudowy i wymiany warstwy filtracyjnej oraz sposobu ich mechanicznego czyszczenia (Górski i in. 2004). Jestem autorką rozdziału 7 ekspertyzy pt. Ocena kolmatacji osadów na podstawie badań sedymentologicznych w szybikach, w którym określiłam zasięg głębokościowy zarówno osadów silnie zmienionych, odznaczających się wyraźnym spadkiem pierwotnej przepuszczalności, jak i osadów stawów infiltracyjnych, które nagromadziły się i nie zostały w pełni usunięte w toku zabiegów związanych z czyszczeniem den stawów. W wyniku wieloletnich osuszeń stawów, usuwania osadów dennych i ponownych zalewań, 33

34 kolmatacja zachodziła najbardziej intensywnie w strefie przypowierzchniowej, do głębokości średnio 15 cm (maks. 30 cm). Po doktoracie podejmowałam różne wątki badawcze. W wyniku współpracy z dr. inż. Jarosławem Wilanowiczem (Politechnika Poznańska, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska) prowadziłam badania cech teksturalnych mączek i wypełniaczy bazaltowych wapiennych, granodiorytowych i dolomitowych (uziarnienie, kształt ziaren i obtoczenie) stosowanych do mieszanek mineralno-asfaltowych. Miały one na celu przede wszystkim określenie jak mielenie tych surowców wpływa na ich przyczepność do asfaltu. Problematyka, która mnie interesowała i nawiązywała do przeprowadzonych w ramach doktoratu badań obejmowała również namywanie drobnoziarnistych cząstek mineralnych do osadów klastycznych w lądowych środowiskach sedymentacyjnych. Miejscami uprzywilejowanymi do działania takich procesów są stożki aluwialne. Rozpoznanie tego środowiska pod kątem zmian pierwotnych cech osadów zachodzących pod wpływem infiltracji i czynników atmosferycznych zaprezentowałam na posterze pt. Uwagi na temat sieve deposition (Skolasińska 2006). Facja sieve deposits (osady przetakowe, Gradziński i in., 1986) wyróżniana w środowisku stożków aluwialnych w klimacie suchym i półsuchym została wprowadzona przez Hooke a (1967) i odnosi się do gruboziarnistych żwirów o zwartym szkielecie ziarnowym zdeponowanych zwykle w górnej/środkowej części stożka poniżej punktu intersekcyjnego, wskutek ściśle określonych procesów, które określa się mianem sieve deposition. Mechanizm ten został powszechnie uznany jako jeden z procesów agradacyjnych na stożkach (np. Fiedman i Sanders 1978, Reading 1978). Głównym celem prezentowanego posteru było wskazanie, iż interpretując osady stożków (zwłaszcza w warunkach klimatu suchego i półsuchego), musimy szczególnie pamiętać o oddzieleniu procesów pierwotnych o charakterze agradacyjnym (spływy rumoszu, sieve lobe deposition ) od procesów wtórnych - postsedymentacyjnych, które powszechnie zachodzą na stożkach i które modyfikują wcześniej zdeponowane osady tak, iż trudna może stać się ich właściwa interpretacja. Na posterze przedstawiono przykłady osadów analogicznych do sieve deposits, których powstanie związane jest z postdepozycyjnymi zmianami w osadach spływów rumoszu, które na skutek infiltracji wód opadowych zostały zubożone w drobną frakcję (winnowing fines) (Blair i McPherson 1994) oraz osadów bardzo dobrze przepuszczalnych, które zostały w taką frakcję wzbogacone wskutek namycia (mechanical fines infiltration). Z tematem namywania drobnych frakcji do osadów klastycznych związane jest powstawanie obwódek na ziarnach, którym to tematem również się zajmowałam. W pracy z 34

35 2012 roku (Skolasińska 2012) przedstawiłam zróżnicowanie genetyczne obwódek ilastych w osadach klastycznych (allogeniczne detrytyczne i autigeniczne diagenetyczne) oraz wskazałam ich główne cechy diagnostyczne widoczne w płytkach cienkich. Moje doświadczenia płynące z badań glin lodowcowych, którymi zajmowałam się w ramach badań do pracy magisterskiej i badań mikrostruktur w osadach klastycznych wykorzystałam w latach We współpracy z dr hab. Witoldem Szczucińskim (Instytut Geologii UAM Poznań) i dr hab. Grzegorzem Rachlewiczem (Instytut Geoekologii i Geoinformacji UAM Poznań) badaliśmy cechy makro- i mikrostrukturalne glin lodowcowych ze Spitsbergenu (Skolasińska i in. 2016). Celem tych badań było opisanie inwentarza struktur glin deponowanych w warunkach subglacjalnych i supraglacjalnych i określenie, które z nich mogą być wskaźnikowe dla depozycji określonego typy gliny. Analizę mikroskopową prowadziłam na podstawie dużych preparatów mikroskopowych (5cm x 7cm), wykonanych w Kanadzie. Wykazałam, że mikromorfologia tych glin jest bardzo podobna, jedne i drugie posiadają cechy wskazujące na plastyczne deformacje (turbate structures, necking structures, plasters) oraz deformacje w warunkach kruchych (lineations, grain-crushing). Jedyną różnicę stanowił zapis post-depozycyjnych zmian (iron veins, carbonate solutions) w glinach supraglacjalnych, które były słabiej skonsolidowane i bardziej podatne na penetrację przez wody infiltracyjne. Procesy zmieniające pierwotne cechy glin zaszły bardzo szybko, bo zaledwie po dwóch sezonach letnich. Stwierdziliśmy, że cechy mikrostrukturalne osadów glacjalnych (w odniesieniu do S-matrix microfabric) są zapisem procesów deformacji osadów i nie mogą być wskaźnikowe dla różnych typów genetycznych glin. Te same mikrostruktury dokumentowane były również w innych genetycznie osadach, np. w debrytach (Philips 2006, Kilfeather i in. 2009), co wynika z podobnego typu procesów deformacyjnych. Przez cały czas mojej pracy naukowej interesowałam się procesami fluwialnymi. W czasie badań do doktoratu przeprowadziłam analizę facjalną aluwiów Warty na jej lewym brzegu, gdzie funkcjonuje ujęcie wody Dębina dla miasta Poznania (Skolasińska 1997). Prowadziłam też badania terenowe w rejonie polderu zalewowego w Sowińcu (Przybyłek i in. 2000). Aluwia Warty były także przedmiotem badań prowadzonych w ramach prac magisterskich, których byłam promotorem. Ważnym etapem badań w tym zakresie były prace realizowane w ramach projektu NCN kierowanego przez prof. Stanisława Lorenca: Krótko- i długookresowe hydrogeologiczne, sedymentologiczne i hydrogeochemiczne skutki powodzi z maja i czerwca 2010 roku w dolinie Warty w rejonie Poznania ( ). Powódź letnia w 2010 i następująca po niej powódź zimowa (2010/2011) przyczyniły się do szeregu zmian w 35

36 korycie rzecznym i na równi zalewowej, które stały się doskonałymi poligonami do obserwacji przebiegu współczesnych procesów zachodzących w dolinie rzecznej w czasie przepływu ponadpełnokorytowego. Badania te, które w dużej mierze prowadziłam samodzielnie, zaowocowały serią pięciu artykułów, spośród których trzy przedstawiam w autoreferacie jako osiągnięcie naukowe (Skolasińska 2014, Skolasińska i in. 2015, Niedzielski i in. 2015). Pozostałe dwie prace to: Skolasińska i Rotnicka, 2011 oraz Kozak i in., Wyniki tych badań były prezentowane także na konferencjach krajowych i międzynarodowych. Jednym z wniosków z przeprowadzonych po powodziach badań było stwierdzenie braku osadów mułowych na równi zalewowej, deponowanych z zawiesiny. Fakt ten stał się inspiracją do podjęcia badań transportu materiału unoszonego przez Wartę. Niestety obecnie i w ostatnich 20 latach badania ilości zawiesiny w rzece Warcie prowadzone są sporadycznie. Dla posterunku obserwacyjnego w Poznaniu dostępne są dane od 1992 roku do dziś, jednak są to często pomiary wykonywane jeden raz w miesiącu (lub rzadziej). Do analiz ilości materiału unoszonego wykorzystano zatem dane z roczników hydrologicznych za lata dla trzech posterunków obserwacyjnych na rzece Warcie: Sieradz (górny odcinek rzeki), Poznań (środkowy) i Gorzów Wielkopolski (odcinek dolny). Badania ilości materiału unoszonego przyniosły wiele rezultatów, które są przedmiotem przygotowywanej publikacji na temat całej zlewni Warty (w oparciu o wymienione 3 punkty obserwacyjne). Wybrane wyniki przeprowadzonych analiz zostały opublikowane i włączone do pakietu habilitacyjnego (Skolasińska i Nowak 2017). W latach uczestniczyłam w badaniach realizowanych w ramach grantu pod kierownictwem dr hab. Joanny Rotnickiej (Instytut Geologii UAM Poznań) pt. Reżim wiatrowy plaży i jego wpływ na tworzenie wydm przednich, które przyniosły szereg wyników (np. Rotnicka i in. 2016) i są obecnie w opracowaniu. Oprócz eksperymentów na plaży (zaplanowanych w grancie), wspólnie z dr hab. J. Rotnicką i dr Rogerem Funk iem z Institute of Soil Landscape Research w Műnchenbergu (Niemcy), prowadziłam także badania eksperymentalne w tunelu wiatrowym. Badania te miały na celu określenie efektywności pułapek piasku wykorzystywanych do pomiarów natężenia transportu eolicznego (wyniki są w opracowaniu). W latach , w wyniku nawiązania współpracy z archeologami z Kostrzyna n/odrą, wspólnie z dr Robertem Radaszewskim (Instytut Geologii UAM Poznań), braliśmy udział w projekcie pt. Birytualne cmentarzysko ludności kultury mogiłowej w Górzycy nad 36

37 środkową Odrą - studia interdyscyplinarne, który uzyskał finansowanie Ministerstwa Kultury i Dziedzictwa Narodowego. Celem naszych badań było opisanie środowiska przyrodniczego w sąsiedztwie stanowiska archeologicznego i wskazanie uwarunkowań przyrodniczych, które mogły wpłynąć na lokalizację cmentarzyska ludności kultury mogiłowej. Na obszarze o powierzchni ok. 0,8 km 2 przeprowadziliśmy kartowanie geologiczne wraz z odwiertami do głęb. ok. 3,0 m. Wyniki przeprowadzonych badań przedstawiono w monografii wydanej po zakończeniu grantu, w rozdziale pt. Geologiczne i geomorfologiczne uwarunkowania lokalizacji osadnictwa w Górzycy (Radaszewski i Skolasińska 2017). Przytoczę jeszcze w punktach pozostałe wyniki mojej pracy w czasie zatrudnienia w Instytucie Geologii, które szczegółowo zostały wymienione w zał. 3: łącznie opublikowałam 16 artykułów (w tym 7 w czasopismach znajdujących się w bazie Journal Citation Reports) oraz 2 rozdziały w monografiach; jestem współautorką 2 ekspertyz wykonanych na zamówienie; wzięłam udział w 4 projektach badawczych; wzięłam czynny udział w 17 konferencjach naukowych (w tym 2 międzynarodowych), na których wygłosiłam 6 referatów i zaprezentowałam 11 posterów; współuczestniczyłam w organizacji 2 konferencji krajowych oraz zorganizowałam warsztaty informacyjno-edukacyjne: Centralna Baza Danych Geologicznych i Geologia Samorządowa (we współpracy z PIG-PIB); od 2000 roku pełnię funkcję Kierownika Podyplomowych Studiów Geologii (jedynych o takim profilu w Polsce); studia podejmują przede wszystkim urzędnicy administracji rządowej i samorządowej (głównie starostw powiatowych), przedstawiciele Uczelni oraz przedstawiciele firm, zajmujących się badaniami geologicznymi, geotechnicznymi, itp. Do roku 2017 włącznie, studia ukończyło 199 osób. Obecnie (w roku akademickim 2017/2018) realizowana jest 14 edycja studiów; w okresie pełniłam funkcję Zastępcy Przewodniczącego Komisji przeprowadzającej egzamin licencjacki w Instytucie Geologii UAM; po doktoracie, zaczęłam prowadzić wykłady z Sedymentologii i Analizy Facji (wspólnie z dr hab. Joanną Rotnicką), które prowadzę do dziś. Wspólnie z dr hab. Joanną Rotnicką jesteśmy autorkami kolekcji skał osadowych do ćwiczeń z sedymentologii, którą systematyczne uzupełniamy (kolekcja liczy ok. 600 skatalogowanych okazów reprezentujących różne typy skał osadowych, struktury sedymentacyjne, ichnoskamieniałości); 37

38 w 2007 roku przygotowałam 30-godzinny wykład Geologia złóż i wykorzystanie surowców skalnych oraz ćwiczenia terenowe Eksploatacja i przeróbka kopalin (wspólnie z dr hab. Agatą Duczmal-Czernikiewicz), odbywające się na Jurze Wieluńskiej, w okolicach Olkusza i na Górnym Śląsku; sprawowałam opiekę nad 4 pracami magisterskimi, 14 pracami licencjackimi i 13 pracami dyplomowymi (studentów podyplomowych); brałam udział w licznych wyprawach naukowych z udziałem studentów (m.in. nad Bajkał, na Ukrainę, na wybrzeże Morza Północnego, na Bornholm); brałam udział w warsztatach naukowych (Praga, Brandenburgia, Afryka Południowa, Maroko) oraz w rejsie statkiem badawczym Oceania w obrębie Zatoki Gdańskiej (delta Wisły); jestem członkiem Polskiego Towarzystwa Geologicznego, przy czym od 2005 roku pełnię funkcję członka Zarządu PTG Oddział Poznań. Kontynuacja badań Przeprowadzone analizy koncentracji materiału zawieszonego w Warcie pozwoliły na sformułowanie wniosku, że koncentracja materiału zawieszonego zależy od wielu, często nakładających się czynników i trudno wskazać jednoznaczne i powtarzalne zależności pomiędzy tym parametrem, a innymi, które w jakiejś mierze na niego wpływają. Taki wniosek wypływa też z innych analiz. W przeglądowym artykule, który się ostatnio ukazał, Vercruysse a i in. (2017), autorzy napisali: despite decades of research, the spatial and temporal dimensions of the factors and process interactions underlying suspended sediment transport in rivers have not been fully captured and understood. W mojej ocenie, trudności w uchwyceniu zależności pomiędzy czynnikami wpływającymi na ilość zawiesiny w wodzie rzecznej (wskazywane przez wielu badaczy) może wynikać z dwóch powodów: 1. niejednoznacznej definicji ładunku zawieszonego, 2. braku danych na temat ilości zawiesiny mineralnej i organicznej. Ładunek zawieszony, który określamy jako drobny materiał (<63 µm) transportowany w wodzie w postaci zawiesiny de facto składa się z dwóch komponentów: 1) materiału unoszonego suspended load (lub precyzyjniej suspended bed-material load) i 2) materiału zawieszonego wash load. Bettess (1994, p. 229) definiuje the wash load jako:... sediment that moves in suspension in the flow but is not represented in the bed of the channel. It is 38

39 generally assumed that the transport of the wash load is supply dependent and is independent of the local flow conditions. Poniższa tabela, w której zestawiono różnice pomiędzy tymi dwoma komponentami, pokazuje, że mogą one mieć różne pochodzenie. Jednak w badaniach ładunku zawieszonego traktuje się je wspólnie, często jako synonimy, ponieważ pobierane są jednocześnie podczas badań terenowych i nie mamy możliwości ich rozdzielenia. suspended load materiał unoszony pochodzi z koryta istnieje silna korelacja pomiędzy wielkością przepływu, a transportem tego materiału! unoszenie przez turbulencję prądu (przerywane) wash load materiał zawieszony dostarczany spoza koryta (zlewnia, dopływy, ścieki) ilość nie zależy od warunków hydraulicznych w korycie, ale od tempa dostawy materiału ze zlewni! stale w zawiesinie Biorąc pod uwagę wcześniejsze wnioski postawione w przywołanych artykułach (Vercruysse i in. 2017, Skolasińska i Nowak 2017) oraz powyższą tabelę, nie dziwi fakt, że różni autorzy uzyskują różne zależności pomiędzy koncentracją zawiesiny, a natężeniem przepływu. Materiał unoszony, pochodzący z koryta, będzie dawał pozytywną korelację z wielkością przepływu, natomiast zawieszony niekoniecznie jak to ma miejsce na przykładzie rzeki Warty. Podkreślany brak osadów mułowych na równi zalewowej po okresach wezbrań wynika z tego, że Warta transportuje głównie (wyłącznie?) materiał unoszony (wash load), którego koncentracja nie koreluje się z wahaniami poziomu wody. Ładunek ten nie tworzy pokryw osadów deponowanych z zawiesiny w czasie wezbrań na równiach zalewowych. Ciekawe wyniki, które potwierdzają powyższe rozważania, dały pomiary ilości zawiesiny w Warcie (wykonane wraz z mgr Bogumiłem Nowakiem, IMGW) na początku września 2015 roku podczas suszy, która spowodowała znaczne obniżenie stanu wód głównych rzek w Polsce, w tym Warty (Ryc. 1). Woda rzeki Warty w Poznaniu cechowała się bardzo dużą mętnością. Pobrane wówczas próbki wody pokazały, że koncentracja zawiesiny była bardzo wysoka - ok. 80 g/m 3 i że była to wyłącznie zawiesina organiczna, którą należy również zaliczyć do wash load. 39

40 A. B. Ryc. 1. Pomiary koncentracji zawiesiny wody rzecznej w czasie suszy 1 września 2015 roku. A. Rzeka Warta pod mostem Lecha w Poznaniu; B. pobór próbki wody o objętości 5 litrów batometrem typu Toń 2. Paradoksalnie można postawić wniosek, że okresy suszy (kiedy jest słaby przepływ i wysoka temperatura wody), a nie okresy wezbrań, to czas kiedy rośnie koncentracja zawiesiny w wodzie rzecznej (Ryc. 2). Wykonane badania pokazują, że zawartość zawiesiny organicznej należałoby oznaczać osobno w całkowitej próbce. Ryc. 2. Wyniki pomiarów koncentracji zawiesiny w Warcie w Poznaniu w 2015 roku (niepublikowane). Sygnalizuję tu pewne wnioski (niepublikowane), wypływające z moich dotychczasowych rozważań nad zawiesiną rzeczną, które mogą rzucić nowe światło na badania transportu zawiesin przez rzekę. Planowane jest podjęcie regularnych obserwacji tego parametru w Warcie i kontynuacja badań. *** 40

41 Podsumowując, moje zainteresowania badawcze związane są z sedymentologią osadów lądowych środowisk sedymentacji, a przede wszystkim środowiska rzecznego. Regionalnie, najbardziej bliska jest mi dolina Warty w rejonie Poznania, w której prowadziłam różne badania począwszy od okresu studiów przez studia doktoranckie do dziś. Z uwagi na zapoczątkowane zaraz po studiach i częste wyjazdy w Sudety, głównie związane z prowadzeniem ćwiczeń terenowych (z sedymentologii, tektoniki, mineralogii) interesuję się geologią Sudetów, rozwojem tamtejszych basenów sedymentacyjnych, kompleksami kopalnych sukcesji osadowych, choć nigdy sama nie prowadziłam tam systematycznych badań. Na koniec, podsumowując moje dotychczasowe doświadczenia badawcze, mogę powiedzieć, że uprawianie dyscypliny naukowej jaką jest geologia uczy pokory. Formułowanie kategorycznych wniosków jest tutaj bardzo ryzykowne. Im dłużej i dokładniej staramy się coś poznać okazuje się, że procesy zachodzące w naturze, tylko po części pasują do tworzonych przez nas schematów Literatura cytowana: Bettess R., Sediment transport and channel stability. W: The Rivers Handbook, Calow P. & Petts G.E. (Eds.), Vol. 2, Blackwell Scientific Publications, pp Blair T.C., McPherson J.G., Alluvial fan processes and forms. W: Abrahams, A.D., Parson, A.J. eds., Geomorphology of Desert Environments, Chapman & Hall, London: Friedman G.M., Sanders J.E., Principles of Sedimentology. John Wiley & Sons. Gradziński R., Kostecka A., Unrug R., Zarys sedymentologii. Wyd. Geologiczne, Warszawa. Hooke R.L., Processes on arid-region alluvial fans. Journal of Geology, 75: Kilfeather A.A., Cofaigh C.O., Dowdeswell J.A., Van Der Meer J.J.M., Evans D.J.A., Micromorphological characteristics of glacimarine sediments: implications for distinguishing genetic processes of massive diamicts. Geo-Marine Letters, 30: Matyka M., Mądrala M., Granica laminarnego przepływu wody w obsypce żwirowej studni eksploatacyjnej. Przegląd Geologiczny, 65, 11/2: Philips E., Micromorphology of a debris flow deposit: evidence of basal shearing, hydrofracturing, liquefaction and rotational deformation during emplacement. Quaternary Science Review, 25: Reading H.G., Sedimentary Environments and Facies. Blackwell Scientific Publ. Sroka Z., Walczak Z., Wosiewicz B., Description and application of a model of seepage under a weir including mechanical clogging. Journal of Water and land Development, 21: 3-9. Vercruysse K., Grabowski R. C., Rickson R. J., Suspended sediment transport dynamics in rivers: Multiscale drivers of temporal variation. Earth Science Reviews, 166: