Historia węgla

Roślinność węglotwórcza

W złożu węgla brunatnego „Turów” występują dwa pokłady węgla: dolny o miąższości 20-30 m i górny o miąższości 18-35 m; pokłady przedzielone są warstwami międzywęglowymi. Górny pokład przykrywają warstwy stropowe o zmiennej miąższości, wynoszącej od kilku do 200 m, oraz osady czwartorzędowe. Bogata flora mioceńska opracowywana w latach 1950-1980 przez zespół paleobotaniczny pod kierunkiem prof. Hanny Czeczottowej pochodzi z górnego pokładu węgla i z warstw stropowych. Osady z kopalną florą znajdowały się w peryferycznej strefie złoża turowskiego – obecnie już wyeksploatowanej i nieistniejącej.

Odkrywka węgla brunatnego „Turów” jest w dalszym ciągu obiektem intensywnych badań. Obecnie w części centralnej złoża trwają prace nad obszernym opracowaniem sedymentologicznym prowadzone przez J.R. Kasińskiego z Instytutu Geologicznego w Warszawie, oraz opracowaniem palinologicznym, której autorem jest M. Ziembińska-Tworzydło z Wydziału Geologii Uniwersytetu Warszawskiego. W mioceńskiej makroflorze Turowa wyróżnionych zostało 150 taksonów kopalnych należących do 114 rodzajów i 70 rodzin. Należy jednak podkreślić, że wśród kopalnych szczątków roślinnych wyraźnie dominują szczątki kilku taksonów: Sequoia, Glyptostrobus, Alnus, przedstawicieli Mastixiaceae i Symplocaceae oraz paproci Cyclosorus.

Różnorodność i obfitość roślinnego materiału występującego w złożu turoszowskim pozwalają na częściową rekonstrukcję wczesnomioceńskich zbiorowisk roślinnych tego rejonu. Rozległe bagienne obszary porastały zbiorowiska torfowiskowe: roślinność wodna i szuwarowa, lasy bagienne, zarośla krzewiaste. Z roślin wchodzących w skład tych zbiorowisk utworzyła się biomasa torfowa, a z niej po wielu milionach lat powstały pokłady węgla brunatnego. Tereny mniej wilgotne porastały lasy szpilkowe i mieszane.

***

Historia badań paleobotanicznych

Profesor Hanna Czeczottowa /1888-1982/ – z wykształcenia i z zamiłowania botaniczka, autorka wielu opracowań naukowych, kolekcjonerka zielników, uczestniczka wielu wypraw naukowych do krajów Europy, Azji i Ameryki Północnej. W 1947 roku odkryła wymarzony obiekt badań paleobotanicznych – kopalnię Turów, z bogactwem zachowanych trzeciorzędowych szczątków roślinnych. Przez ponad 30 lat prowadziła tu systematyczne badania kolekcjonerskie i naukowe, skupiając jednocześnie wokół siebie grupę badaczy i współpracowników, byli to m.in.: prof. Alina Skirgiełło, doc. Zofia Zalewska, prof. Mikołaj Kostyniuk.

Od pierwszej wyprawy do kopalni w 1947 roku prof. Czeczottowa rozpoczęła systematyczne gromadzenie zbiorów. Były to: próbki do badań pyłkowych, lignity, okazy sferosyderytowe i iłowe z odciskami liści, liczne zwęglone owoce i nasiona. W efekcie wieloletnich prac terenowych powstały kolekcje liczące po kilka tysięcy okazów znacząco wzbogacające zbiory Muzeum Ziemi. Celem opracowań naukowych było ustalenie przynależności botanicznej szczątków roślin, odtworzenie zbiorowisk węglotwórczych oraz określenie wieku kopalnej flory. Wyniki badań w formie publikacji różnych autorów znajdują się głównie w Pracach Muzeum Ziemi z lat 1959-1980.

Prof. Hanna Czeczott była powszechnie znana wśród pracowników kopalni; niestrudzona i pełna energii, chętnie demonstrowała zebrane materiały udzielając jednocześnie wyczerpujących objaśnień. Była żywo zainteresowana utworzeniem Muzeum Górniczego w Turowie, była też inicjatorką ustawienia przed budynkiem dyrekcji Kopalni pnia drzewa iglastego z trzeciorzędowych osadów węglonośnych Turowa. Za swój trud i pracę otrzymała w 1967 roku tytuł „Honorowego Górnika Turowa” wraz ze złotą odznaką „Zasłużony Pracownik Turowa”.

***

Paleogeografia i klimat trzeciorzędu

TRZECIORZĘD – wczesny okres ery kenozoicznej, trwający od ok. 65 mln lat do ok. 2 mln lat temu, dzieli się na dwa podokresy – paleogen i neogen. Trzeciorzęd to okres wielkiego nasilenia ruchów górotwórczych orogenezy alpejskiej; nastąpiło w tym czasie ostateczne wypiętrzenie Alpidów m.in. Karpat, Alp, Pirenejów, Kaukazu, Himalajów, Andów, Kordylierów. Ruchom górotwórczym towarzyszyła intensywna działalność wulkaniczna i sejsmiczna. Trzeciorzęd to drugi po okresie karbońskim ważny okres węglotwórczy. W trzeciorzędzie powstały pokłady węgla brunatnego, których zasoby są prawie dwukrotnie większe niż karbońskich węgli kamiennych.

Układ kontynentów i strefy roślinne w trzeciorzędzie

W paleogenie lądy półkuli północnej i południowej przedzielał usytuowany równoleżnikowo ocean Tetydy. Europa w tym czasie miała charakter wyspowy. Płyty Afryki, Półwyspu Arabskiego, Indii dryfowały w kierunku północnym, co powodowało stopniowe zawężanie oceanu Tetydy. Australia odłączona już od Antarktydy przemieszczała się również ku północy. Ameryka Południowa i Północna nie były jeszcze połączone. Antarktyda znalazła się w położeniu biegunowym i rozpoczęło się jej lodowacenie, które trwa do dziś. W paleogenie panował klimat znacznie cieplejszy niż obecnie, strefa klimatu tropikalnego i subtropikalnego obejmowała dużo większe obszary, na półkuli północnej strefa subtropikalna dochodziła aż do 600 szerokości geograficznej. Dominowały tam bujne wiecznie zielone lasy. Obszary wokółbiegunowe znajdowały się w strefie klimatu umiarkowanego, gdzie panowały lasy sezonowo gubiące liście.

W neogenie układ lądów stawał się coraz bardziej zbliżony do współczesnego. Przemieszczająca się w kierunku północnym płyta indyjska połączyła się z Azją, a płyta afrykańska i Półwysep Arabski z kontynentem euroazjatyckim. Spowodowało to całkowite zamknięcie się wschodniej części oceanu Tetydy, którego pozostałością jest dziś Morze Śródziemne. Na skutek zmian paleogeograficznych i stopniowego zaniku ciepłego oceanu Tetydy klimat ulegał ochłodzeniu. Postępujące ochłodzenie klimatu przyczyniało się do zmniejszania zasięgu wiecznie zielonych lasów strefy subtropikalnej i poszerzania obszarów występowania lasów sezonowo gubiących liście strefy umiarkowanej.

W trzeciorzędzie obszar Polski znajdował się w strefie przejściowej, w której następowało przenikanie elementów dwu geoflor: paleotropikalnej – wiecznie zielonej, charakterystycznej dla subtropikalnej strefy klimatycznej oraz arktyczno-trzeciorzędowej – chłodnej, sezonowo gubiącej liście, charakterystycznej dla strefy klimatu umiarkowanego.

Roślinność Polski na skutek zmian paleogeograficznych i związanym z tym postępującym ochłodzeniem klimatu zmieniała się w trzeciorzędzie od subtropikalnej poprzez ciepłoumiarkowaną do umiarkowanej. W paleogenie ciepły, subtropikalny klimat sprzyjał rozwojowi wiecznie zielonej flory paleotropikalnej. Postępujące ochłodzenie klimatu od końca paleogenu powodowało ubożenie flor w składniki paleotropikalne i wzbogacanie w elementy chłodniejsze – arktyczno-trzeciorzędowe.

Kopalna flora Turowa, której wiek obecnie oceniany jest jako wczesny miocen – około 18 mln lat temu, jest jak dotąd jedną z niewielu występujących w Polsce tzw. flor mastixiowych. Flory te charakteryzują się dużym udziałem elementu paleotropikalnego – szczątków wiecznie zielonych, subtropikalnych roślin często o liściach całobrzegich i skórzastych, osiągających znaczne rozmiary. Ważną rolę w tych florach odgrywały przede wszystkim rodziny Mastixiaceae, Symplocaceae, a także Magnoliaceae, Lauraceae, Fagaceae. Flory mastixiowe pojawiają się cyklicznie w osadach trzeciorzędowych i są wskaźnikiem cieplejszych wahnień klimatycznych. Kopalna makroflora Turowa reprezentuje jedną z cieplejszych faz roślinnych miocenu – tzw. VI fazę klimatyczno-roślinną.

Obszary występowania trzeciorzędowych węgli brunatnych w Polsce

Polska należy do krajów posiadających znaczne zasoby węgla brunatnego. Największe znaczenie mają złoża tej kopaliny, występujące w osadach trzeciorzędowych, szczególnie mioceńskich. W miocenie, w warunkach klimatu umiarkowanego ciepłego do subtropikalnego, na rozległych obszarach Polski panowały zbiorowiska roślinności bagiennej. Stanowiły one główną biomasę, z której powstał węgiel brunatny. Złoża o dużej wartości gospodarczej występują przede wszystkim na Niżu Polskim (m.in. rejon bełchatowski i koniński). Poza obszarem niżowym, na przedgórzu Sudetów, usytuowane jest złoże turoszowskie, należące do jednych z największych złóż węgla brunatnego.

Niecka żytawska powstała przed górnym oligocenem w wyniku obniżających ruchów tektonicznych. Od początku przyjęła ona formę zamkniętej kotliny śródgórskiej. Kotlina ta istnieje aż do chwili obecnej, choć w toku ewolucji zmieniała się znacznie morfologia obrzeżenia i dna basenu. Powstawanie osadów w niecce żytawskiej miało charakter cykliczny; w pionowym przekroju nagromadzonych w niecce osadów można wyróżnić sześć takich megacykli. Powstawały one od górnego oligocenu do środkowego miocenu. Każdy nowy megacykl osadzania poprzedzony był dość gwałtownym obniżaniem się dna niecki względnym podniesieniem jej obrzeżenia. Było to tak zwane obniżenie bazy erozyjnej, prowadzące do wypełniania basenu przez wody spływające z otaczających gór.

Ruchy tektoniczne wiązały się często z intensywną działalnością wulkaniczną, o czym świadczą zachowane w osadzie poziomy law i tufów wulkanicznych. Istotny wzrost różnic wysokości pomiędzy obrzeżeniem a dnem basenu dawał początek intensywnej erozji: rzeki górskie znosiły do basenu materiał grubookruchowy (rumosz skalny, żwiry i piaski gruboziarniste), składany w strefie brzegowej pod postacią delt i stożków napływowych. W pierwszym etapie wypełnienia niecki osady drobnoziarniste i ilaste tworzyły się jedynie w centralnej części basenu, który był wtedy rozległym śródgórskim jeziorem. W miarę postępującego niszczenia gór na brzegach basenu i jego wypełniania przez transportowany materiał siła nośna wód malała. Typ osadów w całym basenie ujednolicał się, a dalsze spłycenie zbiornika wiązało się z powstawaniem typowo jeziornych serii ilastych i drobnookruchowych. Postępujące spłycenie zbiornika prowadziło do powstania podmokłych obszarów, na które mogła wkroczyć roślinność bagienna. Rozpoczynał się proces zarastania jeziora, postępujący od brzegów do centralnej części zbiornika. Efektem było tworzenie się pokładów torfu, który następnie uległ przemianie w węgiel brunatny.

Grube pokłady torfu, a w konsekwencji węgla brunatnego, mogły utworzyć się jedynie w szczególnych warunkach, gdy istniała równowaga dynamiczna pomiędzy tempem obniżania się (subsydencji) dna basenu a przyrostem materii organicznej na rozległym torfowisku – zarówno bowiem zbyt głęboka woda, jak i przesuszenie torfowiska, przerywało jego dalszy wzrost. Takie szczególne warunki panowały przez dłuższy czas jedynie w końcowym okresie osadzanie się II i IV megacyklu sedymentacyjnego i one to właśnie umożliwiły powstanie dwóch pokładów węgla o znaczeniu ekonomicznym, wydobywanych dziś w Kopalni Turów.

***

Różnorodność typów zachowania szczątków roślinnych w Złożu „Turów”

Makroflora Turowa należy do nielicznych flor kopalnych, które charakteryzują się ogromną różnorodnością typów zachowania szczątków roślinnych. W piaszczysto-żwirowych soczewach znaleziono zwęglone owoce i nasiona; w iłach i bułach syderytowych zachowały się odciski liści, gałązek, szyszek, rzadziej owoców i nasion. Z osadów iłowych wyszlamowano gałązki różnych roślin szpilkowych, drobne owoce i nasiona oraz nabłonki liści. Szczególnie interesujące są opisane poziomy pni stojących „in situ” – jedno z nielicznych stanowisk tego typu w Europie, jak również zachowane fragmenty pni naniesione przez wody rzek.

Kolekcje okazów kopalnej flory z Turowa w zbiorach Muzeum Ziemi PAN w Warszawie obejmują: około 660 okazów z odciskami liści w iłach, 1.400 okazów odcisków liści w sferosyderytach oraz ponad 10.000 zwęglonych owoców i nasion.

Okazy:

Wypreparowane z osadów iłowych drobne fragmenty roślin.
Zwęglone nasiona i owoce pochodzące z osadów naniesionych przez rzeki z terenów dalej położonych od zbiornika sedymentacyjnego.
Fragmenty szyszek, łuski i gałązki roślin szpilkowych pochodzące z osadów iłowych z terenów bliżej i dalej położonych od zbiornika sedymentacyjnego.
Odciski w osadach iłowych szczątków roślinnych, głównie liści, pochodzących z terenów położonych w bezpośrednim sąsiedztwie lub niedalekiej odległości od zbiornika sedymentacyjnego.
Odciski w sferosyderytach różnych szczątków roślinnych nagromadzonych w dużej ilości w części przybrzeżnej zbiornika wodnego.
Lignity pochodzące z terenów bliżej i dalej położonych od zbiornika sedymentacyjnego.

***

Wczesnomioceńskie zbiorowiska roślinne w Turowie na podstawie badań palinologicznych

(M. Ziembińska-Tworzydło, Uniwersytet Warszawski Wydział Geologii)

Badania pyłkowe, czyli badania ziarn pyłku drzew, krzewów i roślin zielnych oraz zarodników obejmowały całość osadów złoża węgla brunatnego Turów: dolny pokład węgla, warstwy międzywęglowe, górny pokład węgla, warstwy stropowe. Badania makroszczątków obejmowały natomiast górne warstwy górnego pokładu i warstwy stropowe.

Obie metody badawcze potwierdzają istnienie na obszarze turoszowskim we wczesnym miocenie tych samych typów zbiorowisk roślinnych. Były to węglotwórcze zbiorowiska bagienne: torfowiska krzewiaste, lasy bagienne, roślinność szuwarowa i wodna oraz zbiorowiska rosnące dalej od zbiornika wodnego – lasy iglasto-liściaste, których udział w tworzeniu węgla był znikomy. We wszystkich zbiorowiskach licznie reprezentowany był element paleotropikalny – wiecznie zielone drzewa i krzewy. Różnice w wynikach badań obu metod dotyczą składu florystycznego zrekonstruowanych zbiorowisk. Opad pyłkowy znajdowany w osadach reprezentuje roślinność nie tylko lokalną – rosnącą blisko zbiornika wodnego, tak jak to ma miejsce w badaniach makroflory, ale również roślinność z dalszych obszarów. Lista florystyczna uzyskana na podstawie badań pyłkowych jest znacznie szersza, bardziej różnorodna, zawiera wiele rodzajów, które nie występują w makroflorze. Badania makroflorystyczne pozwalają natomiast na oznaczanie kopalnych szczątków roślinnych do rangi gatunku, co umożliwia dokonywanie porównań do gatunków roślin współczesnych i dzięki temu pozwala na odtworzenie wymagań siedliskowych i klimatycznych kopalnych roślin. Stosowanie obu metod paleobotanicznych uzupełniających się wzajemnie stwarza możliwości uzyskania pełniejszej rekonstrukcji roślinnej.

***

Fauna czwartorzędu

(Gwidon Jakubowski, Dział Paleozoologii Muzeum Ziemi PAN, Warszawa)

CZWARTORZĘD – najmłodszy w dziejach ziemi okres geologiczny obejmujący dwa ostatnie miliony lat kształtowania się skorupy ziemskiej. Zmiany klimatu, rzeźby terenu i linii brzegowych mórz, świata roślin i zwierząt, jakie się wówczas dokonały, miały zasadniczy wpływ na obraz naszego obecnego środowiska przyrodniczego. Wzrastające od schyłku trzeciorzędu zmiany klimatu z tendencją do ochłodzenia, uwidaczniały się w następujących po sobie okresach ochłodzeń i ociepleń. Podczas ochłodzeń w górach powstawały lodowce i lądolody w wyższych szerokościach geograficznych. Okresy rozwoju lądolodów i rozdzielające je okresy ociepleń stanowiące istotę czwartorzędu, następowały w epoce zwanej plejstocenem. Czasy po ustąpieniu epoki lodowej – ostatnie 10 tys. lat, określane są jako holocen.

W osadach czwartorzędowych najczęściej znajdujemy pozostałości fauny w postaci kości dużych ssaków oraz muszli mięczaków. W okresach międzylodowcowych na terenie Polski panował klimat umiarkowany lub nieco cieplejszy i żyły zwierzęta zbliżone do współczesnych: prażubry, tury, jelenie, jelenie olbrzymie, łosie, konie, borsuki i inne drobne ssaki. W czasach maksymalnego cieplenia żyły m.in. jedne z największych na świecie słoniowatych – słonie leśne – Palaeoloxodon antiquus (Falconer & Cautley) i nosorożce leśne – Dicerorhinus mercki (Jäger). Okresy lodowcowe – obejmujące rozwój i zanik lądolodu charakteryzowały się klimatem arktycznym i subarktycznym, podczas których występowały zwierzęta zimnolubne: słonie stepowe – Mammuthus trogontherii (Pohling), mamuty – Mammuthus primigenius (Blumenbach), nosorożce włochate – Coelodonta antiquitatis (Blumenbach), woły piżmowe – Ovibos pallantis (Hamilton & Smith), renifery – Rangifer tarandus (Linnaeus). Okres czwartorzędu jest istotny również dlatego, że podczas jego trwania pojawił się na Ziemi człowiek w swej obecnej postaci.

Mamut – Mammuthus primigenius (Blumenbach) – przedstawiciel rodziny słoniowatych, jeden z największych ssaków żyjących w okresie czwartorzędu na terenie Polski. Był zwierzęciem zimnolubnym, związanym z okresami ochłodzenia się klimatu spowodowanymi przez powstający lądolód. Największe osobniki osiągały wysokość około 3,5 metra, jednak najczęściej mierzyły 2,5 do 3,0 m.

W Polsce, szczątki kostne mamuta znane są z przeszło 600 stanowisk, niestety najczęściej znajduje się pojedyncze kości lub zęby. Znaleziono dotychczas dwa szkielety, jeden w Niedzicy koło Czorsztyna bardzo słabo zachowany, a drugi w okolicy Drozdowa, którego kości rozkruszono i wraz z osadami kredy jeziornej użyto jako nawozu. Mamuty są zwierzętami kopalnymi, które wyginęły stosunkowo niedawno, około 10.000 lat temu. Oprócz licznych kości znaleziono w wiecznej zmarzlinie na Syberii kompletnie zachowane osobniki mamutów. Dzięki temu, oprócz szkieletów, można było zbadać ich krew, mięśnie, skórę, owłosienie, a nawet pożywienie, badając zawartość żołądków i jelit. W nadkładzie kopalni węgla brunatnego w Turowie występują głównie osady plejstoceńskie, które wg Ciuka (1951) związane są ze zlodowaceniem krakowskim i środkowopolskim. W tych osadach w Turowie znaleziono szczątki mamuta w postaci fragmentów ciosu oraz kości piszczelowej (tibia).