663 GEOLOGIA 2008 Tom 34 Zeszyt 4 663 675 NATURALNE GEOLOGICZNE BARIERY IZOLACYJNE NA OBSZARACH GLACJALNYCH NA PRZYK ADZIE FRAGMENTU WYSOCZYZNY NIDZICKIEJ W OKOLICACH GRZEBSKA Natural isolation barriers on glacial areas based on the part of the Nidzica Upland near the Grzebsk area Ewa FALKOWSKA Uniwersytet Warszawski, Wydzia³ Geologii, Katedra Ochrony Œrodowiska i Zasobów Naturalnych; ul. wirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa; e-mail: ewa.falkowska@uw.edu.pl Treœæ: Badania prowadzono na glacjalnym obszarze Wysoczyzny Nidzickiej w okolicach Grzebska. Celem ich by³o wykazanie zwi¹zku wystêpowania naturalnych geologicznych barier izolacyjnych z morfogenez¹ tego obszaru. Opieraj¹c siê na analizach w³aœciwoœci filtracyjnych, pojemnoœci wymiany kationowej, charakterystyce litologicznej oraz na analizie geomorfologicznej, przyporz¹dkowano jednostkom geomorfologicznym klasy zdolnoœci do zatrzymywania zanieczyszczeñ. Do I klasy zaliczono formy, które zbudowane s¹ z gruntów o wysokich w³aœciwoœciach sorpcyjnych, niskiej wodoprzepuszczalnoœci oraz charakteryzuj¹ce siê ci¹g³oœci¹ struktur i niskim poziomem zwierciad³a wód podziemnych, a wiêc takie, w obrêbie których wystêpuje naturalna bariera izolacyjna. Zaliczono do nich misy wytopiskowe doliny Orzyca, obni enia wytopiskowe na wysoczyÿnie i dolinki boczne. II klasê stanowi wysoczyzna morenowa w strefie wychodni glin, III pokrywy ablacyjne, IV kemy, kemy dolinne, moreny czo³owe i moreny martwego lodu. V klasê tworz¹ jednostki geomorfologiczne, w obrêbie których bariera izolacyjna nie wystêpuje. Nale ¹ do nich tarasy kemowe i równiny wodnolodowcowe. Badania wykaza³y przydatnoœæ analizy morfogenetycznej do waloryzacji obszaru o genezie glacjalnej pod wzglêdem wystêpowania naturalnych barier izolacyjnych. S³owa kluczowe: Wysoczyzna Nidzicka, litogeneza, geologiczne bariery izolacyjne, w³aœciwoœci sorpcyjne Abstract: The investigations were carried out in the eastern part of the Nidzica Upland near Grzebsk. The main aim of this research was to prove the connection between the occurr of natural isolation barriers and the morphogenesis of this postglacial area. A geomorphologic model of the area was constructed. Geomorphological units were divided into five classes with regard to their abilities to retain pollution. The classification is based on the lithological characteristics of deposits, permeability coefficient, cation exchange capacity (CEC) and presence of continuous layers. Class I includes melt-out depressions, ice-dammed basins within the plateau, and side valleys which are built of peats, warps and gytia. They are characterized by very high sorption abilities, low permeability coefficient, and occurr as a continuous layer and at low groundwater level. Class II includes a morainic plateau built of glacial till; class III an ablation cover, class IV kames, valley kames, frontal moraines and dead-ice maraines, class V includes gemorphological units without natural isolation barriers in form of kame terrace and fluvioglacial plateau. The usefulness of morphogenesis analyses to valorize the studied part of the Nidzica Upland as a natural isolation barrier has been shown. Key words: Nidzica Plateau, morphogenesis, geological isolation barriers, sorption abilities
664 E. Falkowska WSTÊP Analizy geoœrodowiskowe dostarczaj¹ce podstawowych informacji wykorzystywanych w trakcie planowania przestrzennego oraz analizy wp³ywu obiektów gospodarczych na œrodowisko wymagaj¹ okreœlenia wra liwoœci œrodowiska geologicznego na migracjê zanieczyszczenia. Dla prawid³owego rozpoznania terenu pod wzglêdem cech izolacyjnych niezbêdne jest przeprowadzenie szczegó³owych badañ obejmuj¹cych zarówno okreœlenie sk³adu litologicznego i w³aœciwoœci fizykochemicznych (w tym sorpcyjnych i filtracyjnych) osadów, jak i jednoczesne scharakteryzowanie warunków hydrogeologicznych i geomorfologicznych obszarów. Okreœlenie przestrzennego uk³adu warstw zbudowanych z gruntów o okreœlonych parametrach izolacyjnych w du ym stopniu u³atwia prowadzenie analiz œrodowiskowych. Tylko wykonanie tak kompleksowej analizy pozwala na wskazanie obszarów wystêpowania naturalnych geologicznych barier izolacyjnych, a tym samym pozwala na przedstawienie przestrzennego zró nicowania zagro eñ ska eniem. Dopiero rozwa enie wszystkich tych czynników umo liwia tak¹ lokalizacjê inwestycji, która bêdzie zgodna z wymaganiami zrównowa onego rozwoju. Prezentowane badania mia³y na celu okreœlenie zdolnoœci izolacyjnych osadów buduj¹cych przypowierzchniow¹ strefê Wysoczyzny Nidzickiej (Wyniesienia M³awskiego) w rejonie Grzebska (Fig. 1). Fig. 1. Lokalizacja terenu badañ Fig. 1. Location of the study area
Naturalne geologiczne bariery izolacyjne na obszarach glacjalnych... 665 Celem badañ by³o tak e wskazanie zwi¹zku tych zdolnoœci z morfogenez¹ obszaru o genezie glacjalnej. Dzia³alnoœæ lodowca spowodowa³a powstanie na tym terenie wielu charakterystycznych form, ³atwych do identyfikacji, których osady wykazuj¹ okreœlone w³aœciwoœci izolacyjne. METODYKA BADAÑ Badania obejmowa³y kartowanie geologiczne w skali 1:25 000. W jego trakcie wykonano 157 otworów wiertniczych, z których pobrano 59 próbek reprezentatywnych osadów. Przy wykreœlaniu granic wydzieleñ geologicznych wykorzystano analizê zdjêæ lotniczych. Okreœlono tak e g³êbokoœæ zalegania pierwszego poziomu zwierciad³a wód podziemnych i oznaczono wartoœæ wspó³czynnika filtracji metod¹ BAT. Badania sk³adu litologicznego objê³y analizê granulometryczn¹, oznaczenie zawartoœci wêglanu wapnia metod¹ Scheiblera oraz zawartoœci substancji organicznej metod¹ strat przy pra eniu, ph metod¹ potencjometryczn¹ (Myœliñska 2001). Wykonano tak e badania pojemnoœæ wymiany kationowej (CEC) poprzez oznaczenie kwasowoœci hydrolitycznej oraz wypartych jonem amonowym kationów wymiennych: Na +,K +,Ca 2+ img 2+ (Ostrowska et al. 1991). Zawartoœæ tych pierwiastków oznaczano metod¹ absorpcji atomowej AAS (spektrometr AAS-30 produkcji Carl Zeiss Jena). CHARAKTERYSTYKA GEOMORFOLOGICZNA Analizowany obszar Wysoczyzny Nidzickiej w okolicach Grzebska (Fig. 1) zosta³ uformowany w wyniku deglacjacji l¹dolodu stadia³u M³awy zlodowacenia Warty (Michalska 1961, Ró ycki 1967). Arealny sposób zaniku l¹dolodu spowodowa³ powstanie charakterystycznych form geomorfologicznych. Najni sze partie terenu stanowi¹ rozleg³e obni enia wytopiskowe wykorzystane na trasê przep³ywu przez wspó³czesn¹ rzekê Orzyc (Fig. 2). Tworz¹ one dno doliny wype³nione torfami, namu³ami i gytiami o mi¹ szoœci przekraczaj¹cej w strefach centralnych nawet 4 m. Aluwia piaszczyste wystêpuj¹ jedynie w w¹skiej strefie wzd³u koryta. Mineralne pod³o e utworów organicznych stanowi¹ najczêœciej niewielkiej mi¹ szoœci warstwy piasków drobnych osadzonych w zbiornikach jeziornych i le ¹cych na utworach morenowych glinach. Poziom wód podziemnych znajduje siê na g³êbokoœci 1.5 2.0 m p.p.t. Ponad powierzchni¹ torfów zaznaczaj¹ siê niewielkie piaszczyste wzniesienia bêd¹ce prawdopodobnie efektem przep³ywu wód roztopowych w szczelinach bry³y martwego lodu, zalegaj¹cej w misie wytopiskowej. Formy te mo na uznaæ za kemy dolinne. W wielu miejscach na krawêdziach wytopisk wystêpuj¹ p³askie formy przyleg³e do wysoczyzn morenowych w postaci listew, zbudowane z piasków i wirów (Fig. 2). S¹ to tarasy kemowe, bêd¹ce œladem przep³ywu wód roztopowych miêdzy bry³¹ martwego lodu lodowcowego zalegaj¹c¹ w misie wytopiskowej a powstaj¹c¹ wysoczyzn¹ morenow¹. W obrêbie tej jednostki geomorfologicznej poziom wód podziemnych znajduje siê 2 m p.p.t.
666 E. Falkowska Fig. 2. Szkic geomorfologiczny fragmentu Wysoczyzny Nidzickiej po³o onego na N od Grzebska: MML moreny martwego lodu, WM wysoczyzna morenowa, TK-n tarasy kemowe, K kemy, AP pokrywy ablacyjne ró nych typów, K(O) ozy, KD kemy dolinne, Wt obni enia wytopiskowe z cienk¹ warstw¹ torfów (<2 m), Wt-tm obni enia wytopiskowe z pokryw¹ torfów >2 m, OW obni enia wytopiskowe na wysoczyÿnie, D (A, B, C, E) dolinki boczne ró nych typów Fig. 2. Geomorphological sketch of the part of the Nidzica Upland situated to the N of the Grzebsk area: MML dead-ice moraines, WM morainic plateau, TK-n kame terraces, K kames, AP different types of ablation cover, K(O) ose, KD valley kames, Wt melt out deprssions with thin cover of peats (<2 m), Wt-tm melt-out deprssions with thin cover of peats >2, OW ice-dammed basin within the plateau, D (A, B, C, E) different types of side valleys Wystêpuj¹ca ponad obni eniami wytopiskowymi wysoczyzna morenowa zbudowana jest g³ównie z ci¹g³ej warstwy glin zwa³owych. Ich mi¹ szoœci wahaj¹ siê od 5 do 20 m (Uniejewska 2001). Obecne s¹ w nich jedynie sporadycznie drobne przewarstwienia piasków. Wysoczyzna morenowa tworzy w morfologii zespo³y p³askich powierzchni obni- aj¹cych siê stopniowo w kierunku doliny Orzyca (Fig. 3). W trakcie badañ do g³êbokoœci 3 m nie nawiercono utworów wodonoœnych. Gliny wysoczyzny morenowej bardzo czêsto przykryte s¹ gruntami pylastymi i piaszczysto-gliniastymi, powsta³ymi b¹dÿ w trakcie przep³ywu wód roztopowych na powierzchni topi¹cego siê lodu, b¹dÿ w wyniku powolnego przep³ywu tych wód w poszerzonych dawnych szczelinach lodowych (osady wodnomorenowe wg Morawskiego 1984). Podobne formy z obszaru Wysoczyzny ódzkiej Rdzany (1997) okreœli³ jako pokrywy ablacyjne. Poziom zwierciad³a wód podziemnych znajduje siê w obrêbie tych pokryw na g³êbokoœci 2 3 m p.p.t.
Naturalne geologiczne bariery izolacyjne na obszarach glacjalnych... 667 Fig. 3. Przyk³adowy przekrój litologiczny przez fragment Wysoczyzny Nidzickiej w okolicach Grzebska: WM wysoczyzna morenowa, TK tarasy kemowe, K kemy, AP pokrywy ablacyjne ró nych typów, DB dolinki boczne, OW obni enia wytopiskowe na wysoczyÿnie Fig. 3. Representative lithological cross-section through the part of Nidzica Upland near Grzebsk: WM morainic plateau, TK kame terraces; K kames, AP different types of ablation cover, DB side valleys, OW ice-dammed basin within the plateau RzeŸba analizowanego terenu urozmaicona jest wyraÿnie dominuj¹cymi w morfologii wzniesieniami, okreœlonymi przez Uniejewsk¹ (2001) jako moreny martwego lodu. Wystêpuj¹ one w s¹siedztwie wytopisk i zbudowane s¹ z bardzo urozmaiconych osadów: od piasków do glin i i³ów, dodatkowo silnie zaburzonych glacigenicznie. Podobnie wysokie wzniesienia, uformowane z podobnie zró nicowanych osadów, tworz¹ moreny czo³owe stwierdzone w rejonie Za³ê a, opisywane ju przez Behra & Tieze (1912). W obrêbie tych form, ze wzglêdu na komplikacjê uk³adu warstw wynikaj¹c¹ z zaburzeñ glacigenicznych, wystêpuje wiele izolowanych soczewek utworów wodonoœnych. Na obszarze wysoczyzny spotykamy tak e wzgórza, zbudowane z piasków o ró nym uziarnieniu z wk³adkami wirów, charakteryzuj¹ce siê wyraÿnym warstwowaniem. Zwykle s¹ to niewielkie formy, podobne do okreœlonych przez Ba³uk (1984) na arkuszu Przasnysz za kemy. Mo na wiêc ich genezê wi¹zaæ z przep³ywem wód w szczelinach lodowych. W okolicach Grzebska wystêpuj¹ tak e formy piaszczyste przyjmuj¹ce doœæ du e rozmiary i ukierunkowanie NW-SE. W Objaœnieniach do Szczegó³owej mapy geologicznej Polski, arkusz Janowo uznane one zosta³y za ozy (Uniejewska 2001). Przyk³adem tego typu form s¹ wzniesienia stwierdzone np. w okolicach Szemplina Wielkiego. Na wysoczyÿnie morenowej spotykamy tak e niewielkie obni enia wype³nione osadami organicznymi jeziornymi i bagiennymi, posiadaj¹ce tak e wytopiskow¹ genezê (Fig. 3). Podobne osady buduj¹ dolinki boczne dop³ywy Orzyca. Ich geneza mo e byæ jednak dwojaka: albo tworz¹ je w³¹czone w system odp³ywu powierzchniowego kotlinowate obni enia wytopiskowe na wysoczyÿnie, albo jako formy erozyjne stanowi¹ w¹skie doliny maj¹ce
668 E. Falkowska charakter w¹wozów. Osady wype³niaj¹ce dolinki boczne erozyjne s¹ zdecydowanie mniej organiczne, gdy dominuj¹ tam piaski humusowe. Na skraju obni eñ wytopiskowych na wysoczyÿnie oraz w strefie stoków kolejnych poziomów wysoczyzn stwierdzono pod³u ne p³askie formy tarasowe zbudowane z warstwowanych piasków. S¹ to równie tarasy kemowe, genetycznie zbli one do wystêpuj¹cych na krawêdzi dna doliny (wytopisk), ale mniejsze i powsta³e we wczeœniejszej fazie deglacjacji, w czasie kiedy rozpoczyna³o siê wycofywanie lodowca z obszaru wspó³czesnej wysoczyzny. Na ca³ym terenie bardzo powszechne s¹ zaburzenia glacigeniczne obserwowane w wiêkszoœci ods³oniêæ. CHARAKTERYSTYKA LITOLOGICZNA OSADÓW W trakcie badañ przeprowadzono analizê litologiczn¹ i fizykochemiczn¹ osadów buduj¹cych ka d¹ wydzielon¹ jednostkê geomorfologiczn¹. Wykszta³cenie litologiczne moren martwego lodu oraz moren czo³owych jest zbli one. Obie te jednostki geomorfologiczne buduj¹ bardzo zró nicowane grunty: od piasków grubych i œrednich ze wirami poprzez piaski pylaste i py³y do glin zwiêz³ych i i³ów (Tab. 1). Frakcja i³owa wystêpuje w tych osadach w zakresie od 0 do 55%. Jednak e nale y podkreœliæ, e zdecydowanie dominuj¹ w obrêbie tych form grunty niespoiste. Substancja organiczna stanowi w nich od 0.4 do 3.4%. Œrednia zawartoœæ tego sk³adnika wynosi 1.4%, co wskazuje, e gruntów tych nie mo na uznaæ za organiczne. Wysoczyznê morenow¹ buduj¹ gliny, gliny piaszczyste, gliny zwiêz³e oraz i³y o zawartoœci frakcji i³owej mieszcz¹cej siê w zakresie od 12 do 34%. Œrednia wartoœæ uzyskana dla tych osadów (23%) wskazuje na dominacjê osadów zwiêz³o-spoistych i bardzo spoistych. Substancja organiczna obecna jest w tych gruntach na poziomie 1 3%, przy œredniej nieosi¹gaj¹cej 2%. Tworz¹ce przewarstwienia utwory niespoiste to piaski drobne i œrednie, charakteryzuj¹ce siê niewielk¹ zawartoœci¹ substancji organicznej, mieszcz¹c¹ siê w zakresie od 0.4 do 0.8%. Wystêpuj¹ce na obszarze wysoczyzny morenowej pokrywy ablacyjne w wielu miejscach s¹ dwudzielne. Górna czêœæ profilu lub ca³y profil buduj¹ piaski pylaste, piaski gliniaste, py³y oraz piaski drobne. Zawartoœæ frakcji i³owej wynosi w nich œrednio 4%, maksymalnie 9%. Substancja organiczna obecna jest w nich w niewielkich iloœciach (1.5%). Poni ej utworów pylastych czêsto zalegaj¹ utwory spoiste gliny, gliny piaszczyste, gliny piaszczyste zwiêz³e (Tab. 1). S¹ one zubo one we frakcjê i³ow¹ w stosunku do pozosta³ych stref wysoczyzny. Zawartoœæ tego sk³adnika waha siê w granicach od 14 do 27% (œrednio 17%). Substancja organiczna wystêpujê w nich w niewielkiej iloœci (< 1.7%). Zarówno osady buduj¹ce moreny martwego lodu, moreny czo³owe, wysoczyzny, jak i pokrywy ablacyjne nie zawieraj¹ wêglanu wapnia. Kemy i kemy dolinne buduj¹ piaski od grubych do pylastych oraz pospó³ki i wiry. Miejscami zawieraj¹ one frakcjê i³ow¹ w iloœci 3%. W obrêbie tych form wœród utworów niespoistych obecne s¹ gliniaste przewarstwienia. Tworz¹ je gliny, w których frakcja i³owa stanowi œrednio 14%, a substancja organiczna 1.3%.
Naturalne geologiczne bariery izolacyjne na obszarach glacjalnych... 669 Jednostka geomorfologiczna Geomorphlogical unit Moreny czo³owe, Moreny martwego lodu Frontal moraines, dead-ice moraines Wysoczyzna morenowa gliniasta Morainic plateau built of glacial tills Pokrywy ablacyjne na wysoczyÿnie An ablation cover on the plateau Kemy Kames Tarasy kemowe Kame terraces Tabela (Table) 1 Charakterystyka utworów wystêpuj¹cych w okolicach Grzebska Characteristic of sediments of the Grzebsk area Litologia Lithology Zawartoœæ frakcji i³owej Contentofclay [%] Strata przy pra eniu Ignition loss [%] Zawartoœæ CaCO 3 Content of CaCO 3 [%] ph Pd,Ps,Pr,,P, Pg,, G,Gz,I 0 55 0.4 3.4 (1.4) 4.54 8.26 G, Gp, Gz, I Ps przewarstwienia intercalations P, Pg,, Pd G, Gp, Gpz Pd, Ps, Pr, Po, P G przewarstwienia intercaltions Pd, Ps, Pr, Po G 12 34 (23) 0 2 0 9 (4) 14 27 (17) 0 2 (1) 12 16 (14) 0 2 (1) 11 20 (15) 1.0 3.2 (1.9) 0.4 0.8 (0.60) 0.5 1.5 (0.7) 1.1 1.7 (1.4) 0.2 1.5 (0.7) 1.0 2.0 (1.3) 0.1 1.2 (0.8) 1.7 2.3 (1.91) 6.25 7.49 6.55 7.56 5.28 7.81 5.84 6.97 0.0 0.6 5.99 8.54 7.48 7.88 7.55 7.75 6.13 6.98 CEC [meq/100 g gruntu] [meq/100 g of soil] 3 39 (13) 8 21 (14) 4 6 (5) 3 14 (6) 7 16 (11) 3 13 (6) 8 10 (9) 1 4 (3) 8 13 (11) Wspó³czynnik filtracji Permeability coefficient [m/s] 10 4 10 10 10 8 10 10 10 4 10 5 10 6 10 8 10 8 10 9 10 3 10 6 10 7 10 8 10 3 10 6 10 8
670 E. Falkowska Jednostka geomorfologiczna Geomorphlogical unit Równiny wodnolodowcowe Fluvioglacial plateau Obni enia wytopiskowe Glacial melt-out depressions Obni enia wytopiskowe na wysoczyÿnie i dolinki boczne Ice-dammed basins within the plateau, side valleys Kemy dolinne Valley kames Litologia Lithology Zawartoœæ frakcji i³owej Contentofclay [%] Strata przy pra eniu Ignition loss [%] Zawartoœæ CaCO 3 Content of CaCO 3 [%] Ps, Pr, Po 0 2 0.3 1.0 7.52 8.19 G 4 20 T N, Nt 0.9 2.3 (1.1) 39.3 76.1 (55.1) 7.5 18.2 (10.0) ph 7.05 7.78 4.43 6.04 5.83 6.20 Gy 19 30 4.5 11.2 8.1 39.9 7.40 G, Pg 8 30 (18) Ph 0 2 T N, Nt G, I 1 4 (3) 15 68 (36) Pg, Pd 0 2 Tabela (Table) 1 cd. 16 2.2 (1.9) 3.9 4.7 (4.3) 49.3 62.3 (55.8) 6.2 25.8 (12.5) 3.5 9.5 (6.5) 0.7 1.0 (0.8) 0.0 7.6poj 7.07 8.05 5.79 6.08 5.18 5.64 4.73 6.85 0.0 9.5 (4.0) 6.25 8.06 6.93 6.98 CEC [meq/100 g gruntu] [meq/100 g of soil] 3 5 (4) 8 15 (14) 67 157 (99) 16 43 (30) 17 39 (28) 19 20 (20) 10 11 (10) 74 102 (90) 16 42 (29) 14 33 (23) 3 5 (4) Wspó³czynnik filtracji Permeability coefficient [m/s] 10 3 10 6 10 8 10 6 10 8 10 7 10 8 10 9 10 7 10 8 10 4 10 6 10 6 10 8 10 7 10 7 10 10 10 6 10 7 Trz Pd 0 0.9 8.48 14 10 5 10 6 Pd piaski drobne, fine sands; Ps piaski œrednie, medium sands; Pr piaski grube, coarse sands; wiry,gravels; Po pospó³ki, sand-gravel mix; Pg piaski gliniaste, slightly clayey sands; P piaski pylaste, silty sands; py³y, silts; G gliny, clayes and sandy silts; Gp gliny piaszczyste, clayey sands; Gpz gliny piaszczyste zwiêz³e, sandy clays with silt; Gz gliny zwiêz³e, sandy and silty clays; I i³y, clays; T torfy, peats; N namu³y, warps; Nt namu³y torfiaste, peaty warps; Gy gytie, gyttja; Ph piaski humusowe, organic sands
Naturalne geologiczne bariery izolacyjne na obszarach glacjalnych... 671 Podobne litologicznie osady wystêpuj¹ w obrêbie tarasów kemowych oraz równin wodnolodowcowych. S¹ to piaski drobne, œrednie i grube oraz pospó³ki, w których substancja organiczna wystêpuje w iloœci równej 0.8%. Sp¹g profilu tych jednostek geomorfologicznych bardzo czêsto buduj¹ przemyte osady wysoczyzny. S¹ to gliny zawieraj¹ce od 11 do 20% frakcji i³owej oraz charakteryzuj¹ce siê niewielkim wzbogaceniem w substancjê organiczn¹ (do 2%). Dno doliny to rozleg³y obszar wystêpowania utworów bagiennych i jeziornych. Torfy opisane z tych obszarów charakteryzuj¹ siê du ¹ zmiennoœci¹ sk³adu litologicznego. Zawartoœæ substancji organicznej waha siê w granicach od 40 do 76%. Œrednia wartoœæ tego sk³adnika (55%) wskazuje, e dominuj¹ tu torfy wysokopopielne. Namu³y, zwykle podœcie³aj¹ce utwory bagienne, s¹ zarówno piaszczyste, jak i gliniaste. Substancja organiczna stanowi w nich œrednio 10%. W tej jednostce geomorfologicznej wystêpuj¹ niekiedy tak e gytie. Pod wzglêdem granulometrycznym s¹ to gliny i gliny zwiêz³e, zawieraj¹ce 19 30% frakcji i³owej, 4 11% substancji organicznej oraz 8 40% wêglanu wapnia. Najni sze partie profilu den dolinnych buduj¹ gliny zwiêz³e, gliny i piaski gliniaste zawieraj¹ce niewielkie iloœci substancji organicznej œrednio 1.9%. Podobne do osadów wype³niaj¹cych dna dolin torfy i namu³y wystêpuj¹ w obrêbie obni eñ wytopiskowych na wysoczyÿnie i w obrêbie dolinek bocznych (Tab. 1). Tworz¹ce najni sze partie profilu gliny i i³y to osady, które mo na okreœliæ jako organiczne, gdy zawieraj¹ od 3.5 do 9.5% tego sk³adnika. Frakcja i³owa stanowi w nich od 15 do 68%. Osady mineralno-organiczne w obrêbie dna doliny oraz obni eñ wytopiskowych na wysoczyÿnie i dolinek bocznych zawieraj¹ czêsto wêglan wapnia w iloœci dochodz¹cej nawet do 10%. WODOPRZEPUSZCZALNOŒÆ Osady buduj¹ce wydzielone jednostki geomorfologiczne w okolicach Grzebska wykazuj¹ odmienne zdolnoœci filtracyjne. Najni szymi wartoœciami wspó³czynnika filtracji charakteryzuj¹ siê osady wysoczyzny w strefach wychodni glin zwa³owych. Mieœci siê on w zakresie od 10 8 do 10 10 m/s (Tab. 1). Podobne w³aœciwoœci wykazuj¹ gliny i i³y podœcie³aj¹ce utwory organiczne w dnie doliny (wytopisku) oraz w obni eniach wytopiskowych na wysoczyÿnie i w dolinkach bocznych, w przypadku których wspó³czynnik ten waha siê od 10 7 do 10 10 m/s. Wy sze wartoœci wspó³czynnika filtracji maj¹ gliny i gliny piaszczyste stanowi¹ce przewarstwienie utworów niespoistych buduj¹cych kemy oraz pod³o e pokryw ablacyjnych, równin wodnolodowcowych i tarasów kemowych. Osady równin akumulacyjnych py³y, piaski pylaste i piaski gliniaste mo na uznaæ, zgodnie z klasyfikacj¹ Pazdry & Kozerskiego (1990), za osady o s³abej przepuszczalnoœci, gdy w³aœciwa im wartoœæ wspó³czynnika filtracji mieœci siê w zakresie od 10 6 do 10 8 m/s. Podobnymi w³aœciwoœciami filtracyjnymi charakteryzuj¹ siê torfy i namu³y den dolinnych oraz obni eñ wytopiskowych na wysoczyÿnie. Jednak e torfy, dziêki obecnoœci substancji organicznej, która wykazuje zdolnoœæ do wch³aniania i wi¹zania wody w strukturze gruntu,
672 E. Falkowska w warunkach nienasycenia staj¹ siê osadami o zdecydowanie gorszych w³aœciwoœciach filtracyjnych, a wiêc o wiêkszych zdolnoœciach izolacyjnych. Najwy sz¹ wodoprzepuszczalnoœæ wykazuj¹ piaski i wiry kemów, tarasów kemowych i równin wodnolodowcowych. Najwiêksze zró nicowanie wspó³czynnika filtracji uzyskano w przypadku osadów moren czo³owych i moren martwego lodu waha siê on w szerokim zakresie od 10 4 do 10 8 m/s. POJEMNOŒÆ WYMIANY KATIONOWEJ W odniesieniu do osadów buduj¹cych wydzielone jednostki geomorfologiczne oznaczono pojemnoœæ wymiany kationowej, bêd¹cej podstawowym parametrem charakteryzuj¹cym w³asnoœci izolacyjne gruntów. Najwy sze, dochodz¹ce do 157 meq/100 g gruntu, wartoœci tego wskaÿnika uzyskano w przypadku torfów buduj¹cych dna dolin (misy wytopiskowe) i obni eñ wytopiskowych na wysoczyÿnie (Tab. 1). Namu³y wystêpuj¹ce w tych samych formach geomorfologicznych nie wykazuj¹ tak wysokiej pojemnoœci wymiany kationowej, jednak osi¹gniête w ich przypadku wartoœci by³y wy sze ni uzyskane w osadach mineralnych. Mieœci³y siê one w zakresie od 16 do 43 meq/100 g gruntu. Wœród utworów mineralnych najwy szymi wartoœciami CEC charakteryzuj¹ siê gliny i i³y wysoczyzn morenowych, co wynika z najwy szej w tych osadach zawartoœci minera- ³ów ilastych oraz odczynu najczêœciej obojêtnego i lekko zasadowego. Najni sze wartoœci pojemnoœci wymiany kationowej, równe œrednio 4 5 meq/100 g gruntu, wykazuj¹ piaski i pospó³ki tarasów kemowych i równin wodnolodowcowych. Wœród tych osadów wystêpuj¹ tak e piaski pylaste, w których przypadku ze wzglêdu na zawartoœæ frakcji i³owej, obecnoœæ CaCO 3 i lekko zasadowy odczyn parametr ten osi¹ga wartoœæ nawet 13 meq/100 g gruntu. Ponadto w obrêbie tych form obecne s¹ równie czêsto warstwy osadów o wiêkszych zdolnoœciach sorpcyjnych. S¹ to gliniaste, charakteryzuj¹ce siê niewielk¹ mi¹ szoœci¹ (ok. 10 cm) przewarstwienia w piaskach buduj¹cych kemy oraz sp¹gowe warstwy tarasów kemowych i równin wodnolodowcowych (Tab. 1). Pokrywy ablacyjne charakteryzuj¹ siê poœrednimi miêdzy kemami a glinami zdolnoœciami sorpcyjnymi, gdy CEC buduj¹cych je osadów mieœci siê w zakresie od 3 do 14 meq/100 g gruntu. PODSUMOWANIE Wyniki przeprowadzonych analiz w³aœciwoœci filtracyjnych, zdolnoœci sorpcyjnych oraz warunków geomorfologicznych pozwoli³y na przyporz¹dkowanie wydzielonym formom piêciu klas zdolnoœci do zatrzymywania zanieczyszczeñ (Tab. 2). Najwy sz¹, I klasê stanowi¹ formy, które zbudowane s¹ z gruntów o wysokich w³aœciwoœciach sorpcyjnych, niskiej wodoprzepuszczalnoœci oraz charakteryzuj¹ce siê ci¹g³oœci¹ struktur i niskim poziomem zwierciad³a wód podziemnych, a wiêc takie, w których wystêpuje naturalna bariera izolacyjna. V klasê natomiast tworz¹ jednostki geomorfologiczne, w obrêbie których taka bariera nie wystêpuje.
Naturalne geologiczne bariery izolacyjne na obszarach glacjalnych... 673 Tabela (Table) 2 Klasyfikacja jednostek geomorfologicznych Wysoczyzny Nidzkiej w rejonie Grzebska jako naturalnych barier izolacyjnych Classification of geomorphological units of the Nidzica Upland near Grzebsk as a natural isolation barrier Klasa zdolnoœci do zatrzymywania Jednostka geomorfologiczna Litologia zanieczyszczeñ Geomorphological units Lithology Class of abilities to retain pollution I II III IV V misy wytopiskowe doliny Orzyca, obni enia wytopiskowe na wysoczyÿnie i dolinki boczne glacial melt-out depression of the Orzyc river valley, ice-dammed basins within the plateau, side valleys wysoczyzna morenowa w strefie wychodni glin zwa³owych morainic plateau built of glacial tills pokrywy ablacyjne na wysoczyÿnie an ablation cover on the plateau kemy i kemy dolinne, moreny czo³owe, moreny martwego lodu kames, valley kames, frontal moraines, dead-ice moraines tarasy kemowe, równiny wodnolodowcowe kame terraces, fluvioglacial plateau torfy, namu³y, gytie, grunty mineralno-organiczne peats, warps, gyttja, moineral-organic soils gliny, gliny zwiêz³e, i³ clayey and sandy silts, sandy and silty clays, clays py³y, piaski gliniaste, piaski pylaste silts, slightly clayey sands, silty sands, piaski drobne, œrednie, grube, pospó³ki, przewarstwienia glin fine sands, medium sands, coarse sands, sand-gravel mix with cohesive intercalation piaski drobne, œrednie, grube, pospó³ki, fine sands, medium sands, coarse sands, sand-gravel mix WNIOSKI Na badanym obszarze Wysoczyzny M³awskiej w okolicach Grzebska stwierdzono wystêpowanie zwi¹zku miêdzy morfogenez¹ a zdolnoœciami do zatrzymywania zanieczyszczeñ osadów buduj¹cych strefê przypowierzchniow¹. Utwory buduj¹ce wydzielone formy geomorfologiczne charakteryzuj¹ siê du ¹ jednorodnoœci¹ w³aœciwoœci fizykochemicznych. Misy wytopiskowe doliny Orzyca, obni enia wytopiskowe na wysoczyÿnie oraz wysoczyznê morenow¹ w strefie wystêpowania glin, ze wzglêdu na nisk¹ wodoprzepuszczalnoœæ i wysokie wartoœci pojemnoœci sorpcyjnej buduj¹cych j¹ osadów oraz ci¹g- ³oœæ form, mo na uznaæ za obszar wystêpowania naturalnej bariery izolacyjnej. Barierê izolacyjn¹ tworz¹ równie osady równin akumulacyjnych.
674 E. Falkowska Tarasy kemowe oraz równiny wodnolodowcowe zbudowane z piasków s¹ strefami u³atwionej migracji potencjalnych zanieczyszczeñ. O wysokim poziomie zagro enia tych stref decyduje tak e p³ytkie po³o enie zwierciad³a wód gruntowych od 1 do 2 m p.p.t. Rozpoznanie morfogenezy obszaru glacjalnego Wysoczyzny Nidzkiej w rejonie Grzebska powinno byæ podstaw¹ waloryzacji terenów pod wzglêdem wystêpowania naturalnych barier izolacyjnych. Pozwala ona przewidzieæ uk³ad warstw i rozprzestrzenienie takiej bariery. Badania wykonane zosta³y w ramach projektu badawczego Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wy szego nr 4 T12B 01929. LITERATURA Ba³uk A., 1984. Objaœnienia do Szczegó³owej mapy geologicznej Polski, arkusz Przasnysz (330). Pañstwowy Instytut Geologiczny, Warszawa, 1 73. Behr J. & Tieze O., 1912. Die Fortsetzung der Lissauer Endmoranen nach Russisch-Polen und die Endmoranen bei M³awa. J. Preuss. Geol. Landesanst, 33. Michalska Z., 1961. Stratygrafia plejstocenu i paleomorfologia pó³nocno-wschodniego Mazowsza. Studia Geologia Polonica, 7, 1 105. Morawski W., 1984. Osady wodnomorenowe. Prace IG, 108, 1 74. Myœliñska E., 2001. Laboratoryjne badania gruntów. PWN, Warszawa, 1 277. Ostrowska A., Gawliñski St. & Szczubia³ka Z., 1991. Metody analizy w³aœciwoœci gleb i roœlin. Instytut Ochrony Œrodowiska, Warszawa, 1 334. Pazdro Z. & Kozerski B., 1990. Hydrogeologia ogólna. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa, 1 624. Rdzany Z., 1997. Kszta³towanie rzeÿby terenu miêdzy górn¹ Rawk¹ a Pilic¹ w czasie zaniku l¹dolodu warciañskiego. Acta Geographica Lodziensia, 73, 1 146. Ró ycki S.Z., 1972. Plejstocen Polski œrodkowej na tle przesz³oœci w górnym trzeciorzêdzie. PWN, Warszawa 1 251. Uniejewska M., 2001. Objaœnienia do Szczegó³owej mapy geologicznej Polski, arkusz Janowo (290). Pañstwowy Instytut Geologiczny, Warszawa, 1 31. Summary Correct recognition of presence of the natural isolation barriers requires very detailed investigations. They should be include lithological characteristic of deposits, physicochemical properties (especially sorption abilities), permeability properties, and simultaneously hydrogeological and geomorphological conditions. The investigations were carried out in the eastern part of the Nidzica Upland near Grzebsk (Fig. 1). A geomorphologic model of the area was constructed (Figs 2, 3). Geomorphological units were divided into five classes with regard to their abilities to retain pollution (Tab. 2). The classification is based on the
Naturalne geologiczne bariery izolacyjne na obszarach glacjalnych... 675 lithological characteristics of deposits, permeability coefficient, cation exchange capacity (CEC) (Tab. 1) and presence of continuous layers. Class I includes melt-out depressions, ice-dammed basins within the plateau, and side valleys which are built of peats, warps and gytia. They are characterized by very high sorption abilities, low permeability coefficient, and occurr as a continuous layer and at low groundwater level. Class II includes a morainic plateau built of glacial till; class III an ablation cover, class IV kames, valley kames, frontal moraines and dead-ice maraines, class V includes gemorphological units without natural isolation barriers in form of kame terrace and fluvioglacial plateau. The usefulness of morphogenesis analyses to valorize the studied part of the Nidzica Upland as a natural isolation barrier has been shown. There are a connection between the occur of natural isolation barriers and the morphogenesis of this postglacial area.