Geneza górnojurajskich krzemieni pasiastych z Gór Świętokrzyskich w świetle badań petrologicznych i geochemicznych

Transkrypt

1 Geneza górnojurajskich krzemieni pasiastych z Gór Świętokrzyskich w świetle badań petrologicznych i geochemicznych Zdzisław M. Migaszewski, Agnieszka Gałuszka (Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy Jana Kochanowskiego w Kielcach) Franciszek Czechowski, Antoni Stryjewski (Uniwersytet Wrocławski)

2 Zakres badań krzemieni pasiastych Badania terenowe i koordynacja (UJK w Kielcach). Badania mikroskopowe (PIG w Warszawie, UJK w Kielcach). Badania mikropaleontologiczne (PIG w Krakowie). Analizy rentgenostrukturalne (PAN w Warszawie, Uniw. Jagielloński w Krakowie). Analizy spektroskopowe w podczerwieni (Uniw. Wrocławski, California Institute of Technology, Pasadena). Analizy termiczne i chromatograficzne (Uniw. Wrocławski). Analizy chemiczne (PIG w Warszawie, Uniw. Wrocławski). Analizy izotopowe tlenu w SiO 2 i wodoru w grupach OH - (University of New Mexico w Albuquerque i Los Alamos National Laboratory), tlenu w SiO 2 oraz węgla i tlenu węglanach (UMCS w Lublinie).

3 Występowanie krzemieni pasiastych w Górach Świętokrzyskich

4 Najważniejsze stanowiska krzemienia pasiastego w Górach Świętokrzyskich 1. Błaziny Górne 2. Krzemionki 3. Przedborze 4. Wojciechówka 5. Morawica 6. Głuchowiec 7. Gnieździska 8. Bukowa

5 Uproszczony profil stratygraficzny od oksfordu środkowego do kimerydu dolnego w Górach Świętokrzyskich Krzemienie dekoracyjne występują w: 1. Wapieniach kredowatych najwyższego oksfordu (NE obrzeżenie G. Św.): krzemienie czekoladowe krzemienie pasiaste krzemienie brunatne 2. Wapieniach pasiastych kimerydu dolnego (SW obrzeżenie G.Św.)

6 Profil litologiczny najwyższego oksfordu w Krzemionkach (Michniak, 1992) Objaśnienia: 1 gleba, 2 przemyte piaski polodowcowe, 3 zwietrzelina wapieni pelitowych, 4 wapienie pelitowe (mikrytowe), 5 wapienie z koralowcami, 6 wapienie oolitowe, 7 buły krzemieni pasiastych

7 Konkrecje krzemieni pasiastych w kopalni neolitycznej w Krzemionkach

8 Przedborze k. Ożarowa

9 Wojciechówka k. Ożarowa

10 Profil litologiczny kimerydu dolnego w Głuchowcu (Kutek, 1968)

11 Osuwisko podmorskie (brekcja grawitacyjna) w Głuchowcu k. Małogoszcza

12 Toczeńce wapieni marglistych z rogalami krzemieni

13 Warstewki krzemieni powyżej brekcji grawitacyjnej (Głuchowiec)

14 Wyniki badań krzemieni pasiastych

15 Formy występowania konkrecji i buł (ø do 2 m) krzemienia pasiastego (konkrecje proste i złożone, mikrobrekcje, impregnacje skamieniałości) Wszystkie konkrecje mają białą korę. Barwa krzemieni jest związana z ilością i wielkością porów i kanalików a nie z domieszką substancji organicznej!

16 Zdjęcia mikroskopowe w świetle przechodzącym od kory (A,B,C) do środka konkrecji (D,E,F) maleje ilość wielkość porów i kanalików (czarne)

17 Zdjęcie w SEM tło skalne tworzy kryptokrystaliczny kwarc niskotemperaturowy ( -kwarc), miejscami z gniazdami kwarcu mikrokrystalicznego

18 Zdjęcie w SEM mikrodruza kwarcu mikrokrystalicznego o pokroju sub- i euhedralnym

19 Zdjęcie SEM próżnia po rozpuszczeniu węglanów

20 Badania rentgenostrukturalne na preparatach proszkowych (dyfraktogram A) oraz zorientowanych (pręcikach krzemieni wyciętych prostopadle do powierzchni konkrecji) wykazały większy stopień uporządkowania krystalitów w centralnych partiach konkrecji (1) w porównaniu z ich korą (3) piki z dwóch konkrecji B i C

21 Badania spektroskopowe w podczerwieni potwierdziły zbliżoną zawartość substancji organicznej w białych, szarych i czarnych partiach krzemieni pasiastych. Badania termiczne ujawniły niewielką zawartość wody od 0,165% w jądrach konkrecji do 1,2% w korze. Analizy chemiczne wykazały, że krzemienie są zubożone w metale śladowe i pierwiastki ziem rzadkich.

22 Wewnętrzne i zewnętrzne partie konkrecji krzemieni z rejonu Iłży wykazują podobny skład molekularny wszystkich grup związków organicznych: n-alkanów, kwasów karboksylowych, estrów metylowych kwasów tłuszczowych, estru n-butylowego kwasu oleinowego, pięciocyklicznych triterpenów i węglowodorów aromatycznych. C 17 SiO 2 C 19 C 15 Pr Ph C 21 C 23 C 25 C 27 C 29 NPr C 31 C 13 C Skład homologiczny n-alkanów i izoprenoidów w konkrecji krzemienia

23 W spektrum substancji organicznej dominuje kwas oleinowy, co świadczy o jej pochodzeniu z organizmów morskich. Wewnętrzna część badanej konkrecji krzemienia jest wzbogacona w estry metylowe kwasów tłuszczowych, ester n- butylowy kwasu oleinowego, triterpeny i węglowodory aromatyczne, natomiast kora w estry kwasów tłuszczowych z wyższymi alkoholami izoprenoidowymi. Przewaga nieparzystowęglowych homologów n-alkanów może świadczyć o niskotemperaturowych warunkach tworzenia się krzemieni. Stosunek pristan/fitan 1 wskazuje na suboksyczny akwen wodny.

24 Geneza krzemieni

25 Teorie pochodzenia krzemionki: 1. Teoria upwellingu działalności organizmów krzemionkowych w strefach wznoszenia się prądów morskich. 2. Teoria transportu krzemionki koloidalnej przez prądy denne z delt i estuariów do głębszych partii zbiorników morskich lub depozycji popiołów wulkanicznych. 3. Teoria rozpuszczania krzemionki zawartej w okrzemkach, radiolariach i/lub gąbkach, a następnie jej przemieszczania i powtórnego wytrącania w obrębie wyżej położonych serii skalnych na etapie diagenezy lub epigenezy. 4. Teoria krążenia zhybrydyzowanych wód wadycznych (słodkich i morskich) zawierających krzemionkę. 5. Teoria hydrotermalna powstawanie krzemieni wskutek działalności podmorskich źródeł hydrotermalnych wzbogaconych w krzemionkę.

26 dd [permil SMOW] d18o [permil SMOW] 1. Model upwellingu jest trudny do udowodnienia. 2. Brak materiału terygenicznego i piroklastycznego w wapieniach i krzemieniach wyklucza paleoprądy i erupcje wulkaniczne jako źródła krzemionki. 3. Przemieszczanie krzemionki organicznej prowadziłoby do równomiernego rozkładu konkrecji krzemieni w całym profilu i tworzenia się czertów. 4. Antyfazowa cykliczność izotopowa wodoru ( D) i tlenu ( 18 O) wyklucza model mieszania się wód morskich i słodkich Ozarow 1b - slice II Ozarow 1b - slice II Odleglosc od srodka [mm]

27 Krzemienie pasiaste tworzyły się w basenie morskim (o czym świadczą brekcje grawitacyjne i kolapsyjne) w wyniku cyklicznego dopływu krzemionki etapy wytrącania, wytrawiania (w czasie przerw w dopływie SiO 2 i powstawania kanalików) oraz rekrystalizacji SiO 2.

28 Sinusoidalny rozkład D SMOW i 18 O SMOW (27,9 33,7 ) wskazuje na cykliczne wahania temperatur (58 31ºC) w trakcie krystalizacji kwarcu. Dowody świadczące o podwyższonej temperaturze krystalizacji krzemieni pasiastych: Obecność w niektórych krzemieniach wyściółek otwornic o barwie jasnobrązowej, co świadczy o temperaturze C (Foraminiferal Coloration Index, McNeil i in., 1996). W macierzystych wapieniach otwornice wykazują barwę szarą; Występowanie niskotemperaturowego kaolinitu Al 2 [(OH) 4 Si 2 O 5 ] powstałego w wyniku termalnego rozkładu krzemianów warstwowych w krzemieniach. Prawdopodobny jest model synsedymentacyjnohydrotermalnej genezy krzemieni pasiastych związany z tektoniką ekstensyjną (rozłamową).

29 Literatura Durakiewicz T., Migaszewski Z.M., Oxygen isotopic composition of flints from the northeastern margin of the Holy Cross Mts, Poland. Institute of Physics UMCS. Annual Reports: Durakiewicz T., Sharp Z.D., Migaszewski Z.M., Atudorei V.N., Anti-phase radial periodicity in oxygen and hydrogen isotope ratios of chert nodules from the Holy Cross Mts, SE Poland. Geol. Soc. Am. Ann. Meeting, Reno, Nevada, Nov , Geochimica et Cosmochimica Acta. Abstracts with Programs, 32 (7): 347. Durakiewicz T., Sharp Z.D., Migaszewski Z.M., Isotopic investigations of cherts and dinosaur teeth. Eksploatacja i Niezawodność, 7: Durakiewicz T., Migaszewski Z.M., Sharp Z.D., Empirical calibration of isotope thermometer D chert- D water. Isotope Workshop. 1-6 July, Cracow, Poland. Book of Abstracts:

30 Durakiewicz T., Migaszewski Z.M., Sharp Z.D., Atudorei V.N., Znaczenie krzemieni górnojurajskich z Gór Świętokrzyskich w badaniach nad genezą skał krzemionkowych. Przegląd Geologiczny, 49 (3): Król P., Migaszewski Z.M., Rodzaje, występowanie i geneza krzemieni. Zarys problematyki. [W:] Król P. (red.) Historia Krzemienia. Muzeum Narodowe w Kielcach: Migaszewski Z.M., Gałuszka A., Durakiewicz T., Starnawska E., Middle Oxfordian Lower Kimmeridgian chert nodules in the Holy Cross Mts, south-central Poland. Sedimentary Geology 187: Migaszewski Z.M., Migaszewski A., Geologiczna zagadka krzemienia pasiastego. [W:] Wódz B.E. (red.) 35 lat krzemienia. pasiastego w biżuterii. Muzeum Okręgowe w Sandomierzu: Migaszewski Z.M., Olszewska B., Brekcja sedymentacyjna w kamieniołomie Głuchowiec w Małogoszczy przyczynek do genezy krzemieni górnojurajskich w Górach Świętokrzyskich. Przegląd Geologiczny 50 (12):

31 Sharp Z.D., Durakiewicz T., Migaszewski Z.M., Atudorei V.N., Antiphase hydrogen and oxygen isotope periodicity in chert nodules; Implications for thermal instabilities in sedimentary basins. Geochimica et Cosmochimica Acta, 66 (16):

32 Dziękuję za uwagę