WYNIKAJĄCYCH Z DZIAŁALNOŚCI DAWNYCH KOPALŃ RUD ŻELAZA
OBSZAR BADAŃ
Czarna jest rzeką wyżynną, o dnie piaszczystym, której źródła znajdują się na wy-sokości 346 m n.p.m., a ujście na 170 m n.p.m. (rys. 1). Jest rzeką meandrującą, przepływają-cą przez Garb Gielniowski i Wzgórza Opoczyńskie (Wyżyna Małopolska). Rzeka Czarna
ma długość 87,9 km i odwadnia obszar o powierzchni 972,6 km². Należy do dorzecza Wisły i jest najdłuższym prawobrzeżnym dopływem Pilicy. Płynie przez obszar zbudowany z pia-skowców triasowych oraz wapieni i piapia-skowców jurajskich. Na starsze utwory geologiczne, nałożone są gliny zwałowe zlodowacenia odrzańskiego (Kondracki, 2000). W piaskowcach jurajskich występują formacje rud żelaza w postaci wkładek syderytów ilastych (Szczegółowa mapa ..., 1955, 1965). Przez kilka wieków były one przedmiotem intensywnej eksploatacji, która doprowadziła do powstania szeregu kopalń szybowych. Formacje rudne występują na dużych obszarach w górnej i środkowej części zlewni. Pospolicie w przeszłości na obszarze zlewni występowały także rudy darniowe. Pozyskiwano tu w archaiczny sposób m.in. limonit (zawartość żelaza około 20%) (Radwan, 1963). Rudy darniowe wydobywano bezpośrednio spod powierzchni ziemi (Gąsiorowska, 1937).
Rys. 1. Lokalizacja obszaru badań.
Fig. 1. Location of the research area.
Rzeka Czarna płynie głównie przez zbiorowiska leśne. Obecnie w dolinie rzeki po-wierzchnie leśne, zdominowane są przez siedliska borowe z przewagą gatunków iglastych, mniejsze powierzchnie zajmują siedliska z przewagą gatunków liściastych. Wśród gatunków
drzew dominuje sosna (niespełna 90% wszystkich drzewostanów) (lasy.gov.pl). Badania szczegółowe prowadzono na obszarze byłych kopalń rud żelaza we wsi Kawęczyn (woj.
świętokrzyskie). Wieś położona jest w odległości ok. 3 km od aktywnego koryta rzeki Czar-nej (rys. 1). W większości obszar dawnych kopalń porośnięty jest przez zbiorowiska leśne.
W źródłach historycznych odnotowano informacje o działającej już w 1622 r. kuźnicy wodnej na terenie Kawęczyna. W 1779 r. wybudowano w Kawęczynie wielki piec, w którym przeta-piano rudy żelaza z pobliskich kopalń. W 1838 r. wielki piec został przebudowany na nowo-cześniejszy, w dalszym ciągu jednak opalany był węglem drzewnym, który wypalano w po-bliskich lasach (Chłopek, 2015). Według spisu rządowego, który przytacza H. Łabęcki (1841) w zakładzie hutniczym w Kawęczynie wytworzono 10 000 centnarów surówki z pozyska-nych rud (około 648 000 kg), w ciągu całego roku. Zakłady w Kawęczynie upadły w momen-cie, gdy do procesu wielkopiecowego zaczęto używać koksu. Wielki piec został rozebrany, a na miejscu zakładu powstał młyn, który obecnie jest nieczynny.
METODY
Dla wybranego obszaru dorzecza Czarnej pozyskano arkusze zawierające wartości wysokości punktów w regularnej siatce o oczku 1 m, z przestrzenną gęstością punktów 0,2 m, wyinterpolowane na podstawie lotniczego skanowania laserowego LIDAR. Dane pozyskano z Centralnego Ośrodka Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej (CODGiK). Na podstawie arkuszy zawierających wartości wysokości punktów wygenerowano obrazy NMT (Nume- ryczny Model Terenu) poprzez użycie różnych narzędzi wizualizacji:
• Analizę komponentów podstawowych (PCA), która jest procedurą matematyczną pod-sumowującą informacje dotyczące skorelowanych danych; w tym przypadku obraz cie-niowany z kilku kierunków. Obraz przedstawia składniki jako obraz RGB (pierwszy ele-ment w czerwonym paśmie, drugi w zielonym paśmie, 3 w niebieskim paśmie) (Kokalj i in., 2011; Zakšek i in. 2011).
• Gradient nachylenia (slope gradient) reprezentujący maksymalny zakres zmian między każdym punktem wysokości a punktami sąsiadującymi i mogący być obliczony jako sto-pień nachylenia lub jako procent nachylenia. Jeśli obraz prezentowany jest w odwróconym odcieniu szarości (strome zbocza są ciemniejsze), zachowana jest bardzo plastyczna re-prezentacja morfologii. Potrzebne są jednak dodatkowe informacje, aby rozróżnić cechy wypukłe i wklęsłe, ponieważ stoki tego samego gradientu (niezależnie od wzrostu lub opa- dania) są przedstawione w tym samym kolorze (Kokalj i in., 2011; Zakšek i in., 2011).
• Prosty, lokalny model rzeźby terenu (SLRM) reprezentujący lokalne, niewielkie różnice wysokości po usunięciu dużych form krajobrazu z danych (Kokalj i in., 2011; Zakšek i in., 2011).
• Otwartość (openness) opierająca się na oszacowaniu średniego kąta nachylenia horyzontu w określonym promieniu wyszukiwania. Średnia wartość wszystkich kątów zenitu daje po- zytywną otwartość, podczas gdy średnia wartość nadiru daje negatywną otwartość. W opra- cowaniu użyto negatywnej (ujemnej) otwartości (Kokalj i in., 2011; Zakšek i in., 2011).
Do wizualizacji posłużono się programem Relief Visualization Toolbox (RVT) (Koka-lj i in., 2011; Zakšek i in., 2011). Rozpoznania cech morfometrycznych dokonano na podstawie profili terenu poprowadzonych przez dawne szyby (rys. 2). Profile terenu wykonane zostały w programie Surfer. Wykonany został również rekonesans terenowy w celu weryfikacji obra-zów z naziemnego skaningu laserowego.
Rys. 2. A – Profil terenu poprowadzony prze kilka szybów znajdujących się w jednej linii. B – Profil terenu poprowa-dzony przez dwa średniej wielkości sąsiadujące ze sobą szyby. C – Dwa profile terenu, poprowadzone w różnych kierunkach, przez jeden duży szyb.
Fig. 2. A – Terrain profile led through several shafts in line. B – Terrain profile led by two medium-sized adjacent shafts.
C – Two terrain profiles, led in different directions, through one large shaft.
WYNIKI
Na wygenerowanych modelach cyfrowych zobrazowana została powierzchnia te-renu z pominięciem pokrywy roślinnej (w szczególności pokrywy leśnej). Użyte narzędzia wizualizacji bardzo dobrze przedstawiają niewielkie zmiany rzeźby terenu, dlatego ana-lizowane formy (szyby kopalniane) zostały szczególnie dobrze wyeksponowane. Na bada-nym obszarze stwierdzono występowanie licznych form w kształcie zbliżobada-nym do okrę-gu, z zagłębieniem w centrum formy oraz otaczającym je kołnierzem (rys. 3). Wszystkie szyby zajmują obszar o powierzchni niespełna 59 ha. Wielkość form wynosi od ok. 8 m do ok. 50 m średnicy, natomiast głębokość od ok. 0,5 m do ok. 4 m. Układ szybów wy-kazuje się dobrą regularnością w postaci linii o różnych orientacjach, zarówno w przy-padku dużych, jak i małych form. Zastosowane zobrazowania pozwalają na indywidual-ną analizę form, pomimo występowania ich w dużym zagęszczeniu. Efektem zastosowa-nia kilku narzędzi wizualizacji jest ukazanie większej ilości szczegółów stosunkowo niewielkich form terenu, jakimi są szyby kopalniane, niż w przypadku jednego obrazu.
Badania terenowe pozwoliły stwierdzić, iż niektóre z szybów posiadały wewnątrz, czę-ściowo zachowaną drewnianą obudowę (fot. 1). Kilka form zalanych było wodą. Duża liczba szybów była niemalże w całości zasypana. Stwierdzono zależność, iż im szyb był głębszy tym większa była część nadszybia.
Rys. 3. Zobrazowania cyfrowe przedstawiające historyczną kopalnię żelaza w postaci zespołu szybów górniczych:
A – zobrazowanie Slope gradient, B – zobrazowanie PCA, C – zobrazowanie SLRM, D – zobrazowanie Openness Negative.
Fig. 3. Digital elevation models of a historic iron mine in the form of a mining shaft:
A – Slope gradient model, B – PCA model, C – SLRM model, D – Openness Negative model.
Fot. 1. A, B – Nadszybia-kołnierze otaczające otwory szybów widoczne w terenie. C, D – otwory znajdujące się w centrum szybów, szyb widoczny z lewej strony posiada wewnętrzną drewnianą obudowę i zalany jest wodą.
Photo 1. A, B – Rims surrounding the shafts holes visible in the field. C, D – holes in the center of the shafts, shaft on the left side has a wooden cover inside and is flooded with water.
PODSUMOWANIE
Zgodnie z opisami historycznymi, rozpoznane na obrazach cyfrowych formy to szyby pokopalniane, pozostałe po wydobyciu rud żelaza. W opisie historycznym autorstwa Adolfa Gurlta z 1883 r. (tłumaczenie Wincentego Kosińskiego), powstanie kopalni złożonej z licz-nych szybów, poprzedzały prace poszukiwawcze, w wyniku których powstawał specyficzny układ form. Na badanym obszarze trudno jednoznacznie stwierdzić, które z szybów były początkowo szybami poszukiwawczymi, gdyż wszystkie formy występują w odstępach kilku lub kilkunastometrowych, tworząc zwarty kompleks. Jeśli pokład złóż zalegał pod małej miąższości warstwą gleby wykonywano rowy poszukiwawcze, jeżeli złoża występowały na większych głębokościach wykonywano szyby poszukiwawcze, jeśli przeszkodą nie było występowanie wód podziemnych. Takie szyby nie były później wykorzystywane jako re-gularne miejsca wydobycia kruszca, służyły one przez krótki okres czasu, jednak były
za-bezpieczane wewnątrz drewnianymi umocnieniami, chroniącymi przed zawaleniem ścian.
Warto dodać, że wszystkie roboty wykonywane były prostymi narzędziami takimi jak łopaty, kilofy czy motyki. W momencie odkrycia złoża, powstawały regularne kopalnie składające się kilkudziesięciu szybów stopniowo pogłębianych. Szyby te były pionowe lub lekko na-chylone zgodnie z kierunkiem zalegania złóż kruszca. W zależności od swojego przeznacze-nia szyby miały różne rozmiary. Na badanym obszarze, także występują formy o zróżnicowa-nych rozmiarach, przy czym największe rozmiary miały szyby w kopalniach głębokich. Wi-doczną częścią szybu jest nadszybie, które mogło mieć różny kształt. Na badanym obszarze był to kształt owalny. Opis historyczny w bardzo dużym stopniu pokrywa się z otrzymanymi wynikami oraz obserwacjami terenowymi (fot. 1). Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono wyraźny wpływu historycznego górnictwa żelaza na zmianę rzeźby terenu badanej części dorzecza Czarnej. Porównanie i analiza zastosowanych narzędzi zobrazowań GIS, pozwoliło na dokładniejsze rozpoznanie form poprzez wychwycenie większej ilości szczegółów, niż w przypadku ograniczenia się do analizy jednego obrazu cieniowania rzeźby.
W przypadku analizowanych form szczególnie przydatne jest narzędzie SLRM, które wy-szczególnia niewielkie formy terenu, pomijając inne większe, naturalne formy. W znacznym stopniu ułatwia to identyfikację szczegółów form. Dzięki narzędziu Slope gradient otrzymu-jemy obraz podkreślający zarówno kształt i rozmiar formy, a także bardzo plastyczną re-prezentację morfologii. Dzięki ujemnej otwartości otrzymujemy dodatkowe informacje na temat wypukłych cech oraz możliwość analizy pojedynczych form pomimo, iż znajdują się w dużym zagęszczeniu (rys. 3). Warto dodać, że zastosowane narzędzia badawcze dostęp-ne są jako darmowe oprogramowanie, a wyniki otrzymywadostęp-ne są w szybki i łatwy sposób.
LITERATURA
CHŁOPEK M., 2015: Maleniecka fabryka żelaza: infrastruktura i wyposażenie na przestrzeni wieków. bp. [w:] Zbiory ZZH w Maleń-cu, Maleniec.
GĄSIOROWSKA N., 1937: Górnictwo i hutnictwo w Polsce. PWKS, Warszawa.
GURLT A., 1883: Górnictwo i hutnictwo: krótki wykład historycznego i technicznego rozwoju górnictwa i hutnictwa Adolfa Gurlta (przeł. z drugiego niemieckiego wydania Wincenty Kosiński). Gebethner i Wolff, Warszawa.
KOKALJ Ž., K., ZAKŠEK K., OŠTIR K. 2011: Application of Sky-View Factor for the Visualization of Historic Landscape Fea-tures in Lidar – Derived Relief Models. Antiquity, 85 (327). s. 263–273.
KONDRACKI J. 2000: Geografia regionalna Polski. PWN, Warszawa.
ŁABĘCKI H. H., 1841: Górnictwo w Polsce: opis kopalnictwa i hutnictwa polskiego pod względem technicznym, historyczno-statystycznym i prawnym. (Vol. 1). Drukarnia Juliana Kaczanowskiego, Warszawa.
RADWAN M. W., 1963: Rudy, kuźnice i huty żelaza w Polsce. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa.
Szczegółowa Mapa Geologiczna Polski 1:50 000. 1955. Arkusz Odrowąż. Opracowanie R. Krajewski. Warszawa, Instytut Geologiczny.
Szczegółowa Mapa Geologiczna Polski 1:50 000. 1965. Arkusz Radoszyce. Opracowanie I. Jurkiewicz. Warszawa, Instytut Geologiczny.
WIKIERA M., 1996: Kuźnice i huty starostwa Radoszyce w XV-XIX wieku. Radoszyce.
www.lasy.gov.p
ZAKŠEK K., OŠTIR K., KOKALJ Ž., 2011: Sky-View Factor as a Relief Visualization Technique. Remote Sensing 3. s. 398-415.
Paweł Rutkiewicz
USE OF LIDAR DATA IN THE STUDY OF LANDFORM CHANGES CAUSED BY THE ACTIVITY OF FORMER IRON ORE MINES
Summary
The aim of the study was to present the use of selected visualization tools, on the example of transformations of landform caused by historical mining activity in selected area in the River Czarna Basin. The main method of the study was the use of various high resolution digital elevation models, derived from airborne laser scanning. Accessory re-search was supported by fieldwork. The large number of traces of mining shafts were identified during the study. The use of multiple visualization tools allows for full identification of forms. Their wide spatial distribution indicate also that historical mining has had a significant impact on the landscape change in the River Czarna Basin.
Jakub WIECZOREK Adam CHOIŃSKI Mariusz PTAK
Wydział Nauk Geograficznych i Geologicznych, Uniwersytet im. A. Mickiewicza w Poznaniu Poznań