Zagadnienie mineralizacji drzew skamieniałych

R O C Z N I K P O L S K I E G O T O W A R Z Y S T W A G E O L O G I C Z N E G O A N N A L E S D E L A S O C l E T E G E O L O G I Q U E D E P O L O G N E

Tom (V olum e) X X V III J958 Z eszyt (F ascicu le) 4 K rak ów 1959

MARIA TURNAU MORAWSKA

ZAGADNIENIE MINERALIZACJI DRZEW SKAMIENIAŁYCH

(Tabl. LII — LVII i 4 fig.)

T h e p ro b le m of m ineralization of fossil w ood

(PI. L I I — LVII and 4 fig.)

S t r e s z c z e n i e . Autorka stwierdza ma podstawie analiz mikroskopowych szlifów, że struktura zespołów m ineralnych w drzewach skamieniałych, a zw ła­

szcza prawidłowa orientacja osi optycznych kwarcu jest uzależniona od stopnia zachowania tkanki drzewnej i równomierności w rozm ieszczeniu substancji orga­

nicznej. Autorka nie zgada się z wnioskam i J. S e n a, że sym etria w strukturze zespołów m ineralnych jest naśladownictwem pierwotnej sym etrii w tkance drzew­

nej. W procesie krystalizacji m inerałów przeważa tendencja do zgodności orien­

tacji optycznej w jaknajwiększe.j ilości ziarn w cewkach sąsiednich i do zmiany struktury tkanki drzewnej na strukturę właściw ą skałom krystalicznym.

1. WSTĘP

W roku 1954 została wydrukowana krótka notatka dotycząca struk­

tury drzewa skam ieniałego (M. T u i r n a u - M o r a w s k a i M. J a h n 1954), w której przedstawiłam w yniki moich badań m ikroskopowych przeprowadzonych wspólnie z mgr M. J a h n o w ą oraz podałam inter­

pretację genetyczną zaobserw owanych zjaw isk strukturalnych.

Inicjatyw ę do dalszych badań w kierunku zasadniczo odm iennym od głów nego kierunku moich zainteresowań zawdzięczam z jednej strony uwadze, jaką zwrócił na w yn ik i naszych badań J. S e n (1956, 1957), kierow nik laboratorium botanicznego na un iw ersytecie C ollege of Scien­

ce, Calcutta, z drugiej strony uprzejmości osób, które dostarczyły mi no­

w ych próbek drzew skam ieniałych przedstawiających w dzięczny m ate­

riał do badań m ikroskopowych.

Najbardziej interesującą próbę drzewa skrzem ieniałego otrzym ałam od mgra R. B u g a j a , który ją przyw iózł z m iejscowości Sokołowsko, niedaleko W ałbrzycha. W edług oznaczeń mgr I. G r a b o w s k i e j z In­

stytu tu G eologicznego oraz mgr M. R e y m a n z Instytutu B otaniczne­

go w K rakowie jest to przypuszczalnie kaw ałek pnia J u n ip e ro x y lo n sp., drzewa najbardziej podobnego do w spółczesnego J u n ip eru s savina. Wiek drzewa jest przypuszczalnie trzeciorzędowy.

Ze Zjazdu Geologicznego w Sudetach w r. 1957 przyw iózł mi dr K. Ł y d k a próbkę drzewa również skrzem ieniałego z w arstw żaclerskich na E od kopalni Piast koło Noweg Rudy.

Z Zakładu Paleobotaniki U n iw ersytetu W arszawskiego otrzym ałam od prof. K o s t y n i u k a próbki drzewa skalcytyzowanego, i spirytyzo- wanego z Łukowa ze zbiorów prof. R. K o z ł o i w s k i e g o .

— 410 —

Celem pracy była analiza składu m ineralnego i struktury różnych próbek drzew skam ieniałych oraz ich interpretacja w św ietle uwag przed­

staw ionych w pracach J. S e n a (1956, 1957), przesłanych m i w roku bieżącym.

Doktorow i K. Ł y d c e dziękuję serdecznie za oddanie m i do d y ­ spozycji w yników sw oich pom iarów dotyczących orientacji optycznej ziarn kwarcu w próbkach drzew skrzem ieniałych. R ów nież dziękuję m growi J. B u r c h a r t o w i za w ykonanie m ikrofotografii, a mgrowi A. N o w a k o w s k i e m u za w ykonanie ryąin ków .

2. MINERALIZACJA DREWNA JAKO CZYNNIK ZACHOWUJĄCY JEGO STRUKTURĘ PIERWOTNĄ

Dla zagadnień związanych z m ineralizacją drzew skam ieniałych w nio­

ski uzyskane z badań J. S e n a oraz z interpretow anych przez niego ob­

serw acji innych badaczy mają duże znaczenie. W nioski te sform ułować można w sposób następujący:

1) Proces m ineralizacji drewna jest jednym ze stadiów w zawiłej serii procesów, od których zależy m ikrostruktura tkanki drzewa ska­

mieniałego; to stadium jest przygotow ane przez częściow y rozkład bio­

chem iczny substancji organicznej, przy czym rozkład ten w niektórych przypadkach przyczynia się do konserw acji ogólnej budowy anatom icz­

nej rośliny. 2) Sym etria w rozm ieszczeniu elem entów krystalicznych drzewa zm ineralizowanego jest następstw em pierw otnej sym etrii istnie­

jącej w strukturze drewna żyw ego. K rystalizacja substancji m ineralnej w tkankach roślin ma charakter m im etyczny.

Uzasadnienie pow yższych w niosków przedstaw iam w streszczeniu: Ba­

dania za pomocą różnych m etod optycznych, rentgemograficznych, metod przy użyciu mikroskopu elektronow ego i m etod chem icznych wykazały, że w drew nie starożytnym i kopalnym zachodzi na ogół stopniow y zanik celulozy. Jednakże anizotropowa budowa, którą tkanka drzewna zaw­

dzięcza celulozie, może być zachowana dzięki strukturze ligniny, która obejm uje rolę celulozy, gdy ta ostatnia zanika. J. S e n stw ierdza, że działania enzym ów pew nych gatunków grzybów może niekiedy przyczy­

niać się do lepszego uporządkowania elem en tów strukturalnych celu­

lozy w skutek niszczenia n ie uporządkowanej strukturalnie celulozy izo­

tropowej i innych substancji nie w ykazujących prawidłowej budowy.

W początkowych fazach m ineralizacji drewna jego anizotropia prawie zupełnie zanika, tu i ówdzie tylko zaznaczają się pasy i plam y dw ój- łomne, pochodzące być m oże od resztek uporządkowanej struktury ce­

lulozy lub też od dwójłomnyich substancji nieorganicznych. A nalizy che­

miczne wykazują, że w drzewach kopalnych m am y stopniow y wzrost zawartości popiołu, co jest spowodowane infiltracją substancji nieorga­

nicznej. J. S e n wypowiada przypuszczenie, że w pierw szych stadiach m ineralizacji nie ma jeszcze uporządkowanej struktury w obrębie sub­

stancji m ineralnej. W miarę jak w ypełnia ona próżnie w ew nątrz komó­

rek, uzyskuje stopniowo prawidłową orientację przestrzenną.

Sw oje w nioski dotyczące mim etycznego charakteru m ineralizacji drewna opiera J. S e n na w ynikach pomiaru orientacji osi optycznych

— 411 —

ziarn kwarcu w kilku próbkach drzewa skam ieniałego. Jak w ynika z w y ­ pow iedzi tego :autora, m oje badania struktur agregatów m ineralnych w drzewach skam ieniałych przeprowadzone w spólnie z mgr M. J a h n o ­ wą b y ły pierw sze notow ane w literaturze. Natom iast J. S e n po raz pierw szy zastosował stolik uniw ersalny do tych badań. Strukturze ska­

m ieniałości pośw ięcił kilka uwag H. W. F a i r b a i r n (1949), badacz skał m etam orficznych. Jego zainteresowania dotyczą jednak tylko ska­

m ieniałości zdeform owanych. Pom iary J. S e n a przeprowadzone b yły na szlifach mikroskopowych w yciętych prostopadle do osi pni kilku pró­

bek drzew skrzem ieniałych: D a d o xylo n z osadów permskich, G lu to x y lo n z osadów trzeciorzędowych oraz próbki nie oznaczonego gatunku D icoty- ledones. W e w szystkich próbkach substancją m ineralizującą b ył kwarc.

Pierwsza próbka cechowała się brakiem -zachowanej substancji organicz­

nej oraz bardzo zniszczoną mikrostrukturą komórkową. W próbce z dru­

giego gatunku drzewa była zachowana zarówno struktura pierwotna drewna, jak i substancja organiczna. W trzeciej próbce zachowane b yły ślady substancji organicznej oraz dość dobrze zakonserwowana struktura komórkowa. Z diagram ów uzyskanych z pomiarów orientacji przestrzen­

nej osi optycznych u kwarcu wynika, że z reguły osi optyczne kwarcu ułożone są prostopadle do dłuższej osi cewek. Autor stw ierdza, że pro­

ces krystalizacji kwarcu w tkankach roślinnych m ógł polegać na kształ­

towaniu się włókien w ydłużonych w kierunku osi pnia, przy czym w y ­ dłużenie było prostopadłe do osi optycznej kwarcu. Ta prawidłowa orien­

tacja jest zdaniem autora warunkowana i kierowana istniejącą przed fosy- lizacją strukturalną organizacją komórek pierw otnego drewna. A nizotro­

pia kierunków orientacji osi optycznych jest w ynikiem anizotropii sa­

m ego drewna. J. S e n widzi potw ierdzenie powyższej tezy w w ynikach moich obserwacji publikow anych w roku 1954 (l.c.), które w ykazały, że ziarna kwarcu są w ydłużone zgodnie z kierunkiem osi cewek,, a w y d łu ­ żenie to jest prostopadłe do poprzedniego w promieniach rdzeniow ych.

Takie w ydłużenie interpretuje J. S e n jako zgodne z ogólną naturą rni- c elli celulozy w pierw otnym drzewie.

Przeprowadzone przeze m nie ostatnio mikroskopowe badania drzew zmimeralizowanych w ykazały częściow o słuszność w niosków J. S e n a , częściowo jednak wskazują na potrzebę m odyfikacji i uzupełnienia jego poglądów.

Uw agi m oje w tej dziedzinie nawiążę do opisów obrazów m ikrosko­

pow ych próbek drzew zm ineralizow anych, które miałam do dyspozycji.

D r z e w o s k r z e m i e n i a ł e z w a r s t w ż a c l e r s k i c h z N o ­ w e j R u d y . Warunki w ystępow ania pnia skrzem ieniałego, którego prób­

kę przyw iózł m i dr K. Ł y d k a opisane są w Przewodniku do1 Zjaz­

du PTG w Sudetach w r. 1957 (K. D z i e d z i c , 1957). O ile m i w iado­

mo, nie zostało ono dotąd dokładnie pod w zględem botanicznym ozna­

czone, ale są pew ne dane do przypuszczenia, że jest to A ra u c a rio xy lo n lub D adoxylon. W mikroskopie bez analizatora zobaczyć można dobrze zachowaną tkankę drzewną zarówno w przekroju podłużnym jak i po­

przecznym, jak to widać na m ikrofotografiach (tabl. LII, fig. 1, 3, tabl. LIII, fig. 1). Zarysy ścian kom órkowych podkreślone są obecnością brunatnego prześw iecającego pigm entu organicznego rozproszonego w ziarnąęh kwarcu, który im pregnuje wnętrza cew ek jak rów nież ściany

26*

— 412 —

komórek i przestrzenie m iędzykom órkowe. N iekiedy pigm entem brunat­

nym przesycone są także iziamna kwarcu w ypełniające cewki. Na fotogra­

fii tabl. LII, fig. 3 widoczne są dw ie białe sm ugi, w których tkanka drze­

wna jest zupełnie zniszczona. Przy skrzyżowanych nikolach stw ierdzić można, że obok kwarcu dość ob fity jest chalcedon. W ystępuje on zw łasz­

cza tam, gdzie brunatny pigm ent organiczny intensyw niej zanieczyszcza krzemionkę. Na fotografii tabl. LIII, fig. 1 wykonanej przy w iększym pow iększeniu dobrze widoiczne jest zagęszczenie pigm entu organicznego w ścianach kom órek i przestrzeniach m iędzykom órkowych.

Obrazy szlifów m ikroskopowych przy skrzyżow anych nikolach w i­

doczne są na fotografiach tabl. LII, fig. 2, 4 i tabl. LIII, fig. 2. Na tabl. LII, fig. 2 można stw ierdzić w ydłużenie ziarn kwarcu w kierunku osi cew ek i prom ieni rdzeniow ych. W ielkość ziarna w cewkach wynosi:

0,04— 0,05 mm szerokości oraz 0,1 — 0,5 mm długości. O gólny rzut oka na fig. 2 w ykazuje, że ziarna w cew kach sąsiednich tworzą grupy po kilka do kilkunastu ziarn jednakowej orientacji optycznej, zaznaczone są w yraźnie jasne i ciem n e plam y zespołów ziarn jednakowo w ygasza­

jących św iatło spolaryzowane. Każda grupa stanow i w łaściw ie jedno ziar­

no obejm ujące w postaici w rostków czy przerostów relik ty substancji organicznej ściany komórkowej. W w yniku zgodnej orientacji optycznej w grupach ziarn kwarcu otrzym ujem y m ozaikę ziarn izom etrycznych 0 średnicy około 0,5 mm, o kształtach nieregularnych, pozazębianych.

Obraz m ikroskopowy struktury jest podobny do obrazu mikroskopowego kw arcytu, a b yłb y z nim identyczny gdyb yśm y na obraz kw arcytu pa­

trzyli przez subtelną siatkę sporządzoną na wzór tkanki drzew nej. Nie można zaprzeczyć, że w tym zjawisku zaznacza się pewna niezależność struktury m ineralnej od struktury tkanki roślinnej. Podobna niezależność dotyczy ziarn chalcedonu nie uwidocznionych na fotografiach. Sferolit chalcedonu obejm uje często kilka lub kilkanaście cew ek. Zjawisko zgod­

nej orientacji optycznej ziarn kwarcu cew ek sąsiednich zaznacza się także w przekrojach poprzecznych (tabl. LII, fig. 4, tabl. LIII, fig. 2).

Struktura organiczna w pewnej m ierze ham uje dążność ziarn m ineral­

nych do uzyskania struktury skał kw arcow ych krystalicznych. Można zauważyć na fotografii tabl. LIII, fig. 2, że ziarna kwarcu są w iększe 1 bardziej nierów nom iernie w ykształcone w części, gdzie tkanka drzewna jest zniszczona, niż w części z zachowaną strukturą organiczną. N ie da się jednak zaprzeczyć zjawisku zwalczania przez substancję m ineralną ograniczeń nałożonych przez relik ty tkanki żywej i dążność do uzyska­

nia struktury właściw ej m artw ym kamieniom.

Brunatny pigm ent organiczny nie ma nigdzie charakteru sam odziel­

nej substancji, o której zakładam, że ma charakter związku organicznego, gdyż z żadnym m inerałem nie można jej zidentyfikow ać. Ta rozproszona w kwarcu i chalcedonie substancja zm niejsza mniej lub w ięcej prizeźro- czystość tych m inerałów , ale nie zmienia ani ich w spółczynników zała­

mania, ani dwójłom ności, ani orientacji optycznej. Przy skrzyżow anych nikolach można stw ierdzić zgodność orientacji optycznej kwarcu zw ykle klarownego w ew nątrz cewki i kwancti zaprószonego pigm entem w ścia­

nie komórkowej tworzącego jakby obwódkę wyraźną dzięki pigm entacji.

Ten fakt uzupełnia serię .moich spostrzeżeń, w których stw ierdziłam , że -nie ma ścisłego naśladownictwa w krystalizacji m inerału w stosunku

— 413 —

do pierw otnej struktury drewna. J. S e n (1956) podkreśla heterogenicz- ność optyczną celulozy w różnych częściach pierw otnej i wtórnej ściany kom órkow ej. Zróżnicowanie składu i struktury ściany komórkowej om a­

wia także E. S. B a r g h o o r n (1952). Ta he t ero gen ic zność n ie znalazła jednak wyrazu w optycznym zachowaniu się kwarcu w ew nątrz cew ek i w ścianie komórkowej.

D r z e w o s k r z e m i e n i a ł e z S o k o ł o w s k a , o k o l i c e W a ł ­ b r z y c h a . Gatunek: J u n ip e r o x y lo n sp. Wiek: przypuszczalnie trzecio­

rzęd. Jak pisałam w e w stępie, próbkę dostarczył mi mgr R. B u g a j z m iejscow ości kuracyjnej Sokołowsko położonej około 2 km od Miero­

szowa. Próbka została pobrana z kilkudziesięciokilogram ow ego pnia le ­ żącego w strum ieniu poniżej Urzędu pocztow ego w Sokołowsku. W edług relacji mgra B u g a j a resztę okazu rozparcelowali m ieszkańcy Soko­

łowska i dzisiaj n ie pozostało po nim śladu. Przynależność tego drzewa do trzeciorzędu jest zastanawiająca wobec w ystępow ania utw orów perm ­ skich jako najm łodszych na tym terenie. Przeprow adzone w sezonie

letn im 1957 w spólnie z dr K. Ł y d k ą poszukiwania dalszych okazów drzewa skam ieniałego w Sokołowsku — jak też i w łożysku potoku po­

w yżej tej m iejscow ości — nie dały żadnych rezultatów . Ani śladu tego drewna n ie można się było dopatrzeć w żwirach piaskow cowych stru ­ m ienia. Można w ięc przypuścić, że pień drzewa jest pozostałością osadów m ioceńskich, albo też piękny ten okaz został przyw ieziony za czasów niem ieckich przez jakiegoś przyrodnika lub amatora-zbieracza i następ­

nie w yrzucony do potoku. Stosunki m orfologiczno-geologiczne w yklucza­

ją m ożliwość transportu pnia w strum ieniu z terenu gdzie m ógł on w y ­ stępow ać in situ. Mgr B u g a j b ył skłonny uważać ów szczątek drzewa za jakąś współczesną skam ieniałość, co nie w ydaje się prawdopodobne.

Próbka, którą otrzym ałam , jest kaw ałkiem pnia długości kilkunastu centym etrów i kilku cen tym etrów średnicy w przekroju. Jest barw y ciemnoHczerwono-rbrunatnej, na zw ietrzałej powierzchni barw y srebrzy- sto-białej. Struktura drewna subtelnie zachowana. Widać połyskujące na pow ierzchni ziarna kwarcu i być m oże pirytu, którego ślad y zobaczyć można w mikroskopie.

Z m ikrofotografii (tabl. LIII, fig. 3, tabl. LIV, fig. 1, tabl. LV, fig .l) szlifu m ikroskopowego w św ie tle zw ykłym widać, że tkanka drzewna jest m iejscam i bardzo dobrze zachowana, m iejscam i zupełnie zniszczona. Tu i ówdzie strzępy tkanki drzewnej są otoczone agregatam i dobrze w yk ry­

stalizow anego kwarcu, co widać na fotografii (tabl. LIV, fig. 2) wykonanej w św ietle spolaryzow anym przy skrzyżow anych nikolach. N ierów nom ier­

n ie rozmieszczona substancja organiczna ma strukturę włóknistą, w spół­

czynniki załamania nieznacznie w yższe od kwarcu, barwę jasnobrunatną, bardzo słaby pleochroizm , dwójłom ność wysoką. Jest to przypuszczalnie celuloza przerośnięta w ęglem brunatnym . Czasem towarzyszą jej ślady pirytu Łub m arkasytu (smugi czarne, złocistobiałe w św ietle odbitym).

Prócz tego — jak to zauważyć można na fotografii (tabl. LV, fig. 1) — w niektórych szeregach cew ek rozrzucone są utw ory pryzm atyczne, ozer- wonobrunatne, prześw iecające, przypuszczalnie należące do w ęgla bru­

natnego. Chalcedonu brak. Ziarna kwarcu w ypełniające pojedyncze cew ­ ki mają w ym iary 0,03 — 0,04 mm szerokości, 0,06 — 0,4 mm długości.

Jak widać ną fotografiach (tabl, LIII, fig. 4 i tabl. LV, fig. 2) obrazów

— 414 —

m ikroskopowych w św ietle spolaryzowanym , kilka lub kilkanaście ziarn w cewkach sąsiednich ma zgodną orientację optyczną. Tworzy się mozai­

ka ziarn pozazębianych o charakterze kw arcytu. Ziarna tego agregatu mają średnice 0,2 — 0,4 mm i są mniej więcej izom etryezne. Kwarc w ypełniający wnętrza cew ek i kwarc zastępujący substancję ściany ko­

mórkowej mają zgodną orientację optyczną.

D r z e w o s k a m i e n i a ł e z Ł u k o w a . W ystępuje w osadach kry jurajskiej w Łukow ie na Podlasiu 1.

Substancje m ineralizujące drewno należą do kalcytu i pirytu lub m arkasytu. Na ogół kailcyt znacznie przeważa w ypełniając wnętrza ce­

wek, częściowo ściany komórek i przestrzenie kom órkowe. Piryt w y p eł­

nia zw y k le środkową część ściany komórkowej podkreślając zarysy tkanki drzewnej (tabl. LVI). Tam, gdzie brak jesit pirytu, za­

uw ażyć można jednakową orientację optyczną kalcytu w cewkach i ścia­

nach kom órkowych. W innych częściach próbki widać pod mikroskopem, że piryt w ypełnia zarówno wnętrza, jak i ściany komórek. W tych czę­

ściach struktura tkanki drzewnej nie jest wyraźna. M iejscami tkanka jest zniszczona i w ypełniona kalcytem tworzącym piękne sferolity prze­

cięte żyłkam i kalcytu drugiej generacji o strukturze ziarnistej (tabl. LVII, fig. 1). N ie jest w ykluczone, że w ęglan wapnia krystalizow ał częściowo jako aragonit i przekształcał się potem w kalicyt w łóknisty. To przypu­

szczenie nie da się jednak ścisłe uzasadnić.

S ferolity kalcytow e w ystępują w niektórych szlifach także i w tych częściach, gdzie tkanka jest dobrze zachowana, nie mają tu jednak kształ­

tu kulistego, lecz kształt elipsoidy wydłużonej w kierunku osi cew ek.

Te sfero lity — podobnie jak w przypadku chalcedonu w drzew ie z w arstw żaclerskich — obejm ują kilka lub kilkanaście cew ek sąsiednich (tabl.

LVII, fig. 2). Na ogół cewki i ściany komórkowe im pregnow ane są kal­

cytem ziarnistym ze zgodną orientacją ziarn kailcytu w kilku lub kilku­

nastu cewkach sąsiednich. Podobnie w ięc jak w przypadku drzew skrze- m ieniałych przy skrzyżow anych nikolach obraz ma charakter obrazu skały krystalicznej — w tym przypadku wapienia krystalicznego — w i­

dzianej pod mikroskopem przez siatkę o rysunku tkanki drzew nej.

Na podstaw ie w szystkich pow yższych obserw acji obrazów m ikrosko­

pow ych drzew skam ieniałych nasuwają m i się następujące wnioski:

Szkielet tkanki roślinnej ogranicza w pew nym stopniu sw obodę k ry­

stalizacji m inerałów, które kierunkam i w ydłużenia przystosow ują się do kształtu cewek, a w ielkość zgodnie zorientowanych optycznie zespołów krystalicznych jest m niejsza w obrębie tkanki dobrze zachowanej niż w tkance zniszczonej. Istnieje jednak wyraźna tendencja do przekształ­

cania struktury narzuconej przez tkankę roślinną w strukturę właściwą skałom krystalizującym z roztworu. Obecność chalcedonu w niektórych

1 Wśród drzew skamieniałych z osadów kry jurajskiej M. R e y m a n stw ier­

dziła w ystępow anie typu Araucarioxylon (M. R e y m a n Acta Soc. Bot. Pol.

vol. XXV, nr. 3. 1956.) Nie mam dostatecznych argumentów do twierdzenia, że okaz przeze mnie analizowany pod kątem widzenia m ineralizacji należy do tego typu. Mogę tylko podkreślić analogię obrazów mikroskopowych opisanego tu drew­

na z Łukowa i innych znanych m i drzew skamieniałych typu Araucarioxylon, rzu­

cającą się w oczy m imo odmiennego gatunku substancji m ineralizującej.

— 415 —

drzewach skrzem ieniałych, a kalcytu w łóknistego w drzewach zwapnia- łych wskazuje, że krystalizacja rozpoczęła się w chw ili, gd y roztwór m i- neralizujący przenikająicy tkankę drzewną przeszedł w stan koloidalny.

3. ZAGADNIENIE PRAWIDŁOWEJ ORIENTACJI OPTYCZNEJ ZIARN MINERALNYCH W DRZEWACH SKAMIENIAŁYCH

Przy użyciu mikroskopu polaryzacyjnego i stolika uniw ersalnego J. S e n oznaczył orientację optyczną ziam kwarcu i stw ierdził, że n ie­

zależnie od wieku drzewa i stanu zachowania tkanki drzewnej osi op­

tyczne kwarcu leżą w płaszczyźnie prostopadłej do osi pnia.

P rzy użyciu tej samej m etody oznaczył K. Ł y d k a orientację osi optycznych u kwarcu w opisanych drzewach skrzem ieniałych z okolic Now ej Rudy i Sokołowska oraz w próbce A ra u ca rio xylo n sch ro ellia n u m z okolic Chrzanowa. W tym ostatnio w ym ienionym drzew ie — jak po­

dałam w pracy z r. 1954 (l.c.) — już była mierzona orientacja optyczna ziarn kwarcu, jednak przy zastosowaniu innej m etody. Pom iar metodą stolika uniw ersalnego w ykonany był na szlifie m ikroskopowym z innej próbki niż qpisana w poprzedniej pracy. Obraz m ikroskopowy ostatnio badanej próbki jest podobny do opisanego w mojej pracy (19'54), lecz zauważyłam tu obecność licznych dokładnie idiom orficznych ziarn kw ar­

cu w postaci krótkich słupków zakończonych obustronnie piramidą i uło­

żonych dłuższą osią rów nolegle do osi cewek. Ziarna te rozrzucone są w tkance drzewnej pojedynczo lub gniazdami.

Orientacja zia m kalcytu w drzew ie z Łukowa ze w zględu na trud­

ności m etodyczne nie została zmierzona.

W yniki pomiarów K. Ł y d k i przedstawione są na rysunkach (fig. 1, 2, 3 i 4). R ysunek 1 i 4a (Nowa Ruda) w ykazuje dość wyraźną analogię z rysunkam i ilustrującym i w yn ik i badań w pracy J. S e n a . W drzew ie okolic Chrzanowa (fig. 3i 4c) ta analogia jest mniej wyraźna. Przeważają wpraw dzie ziarna zorientow ane osią optyczną zgodnie z osią pnia, lecz ziarna zorientowane prostopadle do tej osi są również bardzo liczne.

W J u n ip e ro x y lo n z Sokołowska orientacja osi optycznych kwarcu jest zupełnie bezładna (fig. 2 i 4b).

Pow ierzchow ne ustosunkowanie się do tych w yników m ogłoby do­

prowadzić do wniosku, że im starsze jest drzewo, tym optyczna orien­

tacja jest bardziej prawidłowa, i że zachodzą tu zjawiska analogiczne do zjawisk metamorfizmiu. Przedstaw ione w opisach obrazów m ikrosko­

pow ych w yniki m oich obserw acji jasno wykazują, że przyczyna zjaw isk jest inna. N iew ątpliw ie najlepiej przedstawia się struktura w drew nie z w arstw żaclerskich i zachował się w nim jeszcze chalcedon dzięki rów ­ nom iernem u rozproszeniu substancji organicznej, która — jak to w yk a­

zują liczne fakty znane z petrografii skał osadowych — opóźnia przej­

ście krzem ionki koloidalnej i kryptokrystalicznej w kwarc. Stan fosyli- zacji jeist w tym drzew ie najbardziej zbliżony do stanu pierw szego utrw a­

lenia struktury tkanki przez substancję m ineralizującą. W próbce A ra u - ca rio xylo n z okolic Chrzanowa pojawiają się liczne idiom orficzne ziarna kwarcu, których utw orzenie związane jest albo z jakimś późniejszym stadium sylifikacji, albo też z rekrystalizacją pierwszej generacji kw ar­

1-5 % / per cent/

0-7%

Fig. 1. Orientacja ziarn kwarcu w przekroju prostopadłym do dłuższej osi pnda z karbonu Nowej Rudy

Fig. 1. Quartz fabric in a transverse section of the trunk of silicified wood from Carboniferous of Nowa Ruda

cu pod wpłyiwem krążących roztworów wodnych. A. A r n o l d (1947) twierdzi, że tylko w przypadku substancji kryptokrystalioznych lub bez­

postaciow ych struktura tkanki drzewnej jest dobrze zachowana. Tworze­

nie się kryształów niszczy strukturę tkanek. To tw ierdzenie ujęte jest albo w sposób nieścisły, albo niezgodne jest z rzeczyw istością. W iele bardzo szczegółow ych oznaczeń budow y tkanki drzewnej dotyczy drzew skrzem ieniałych, których najczęstszym składnikiem jest kwarc. Ostatnio zainteresow ały m nie bardzo szczegółow e opisy struk tury tkanki różnych gatunków D a d o x ylo n przedstaw ione w pracy M. V e u i 11 e t - B a r t o- s z e w s k i e j (1956) zminerailizowane kwarcem. Wiedza paleobo tanie zna w dużej m ierze oparta jest na analizie struktury drzew skam ieniałych, w których najpospolitszy jest kwarc (poza węgilem, którego w tej mojej pracy nie uwzględniam ). Przypuszczam , że A r n o l d pisząc o kryszta­

łach m iał na m yśli w iększe kryształy dające się zobacizyć okiem n ie­

uzbrojonym. Jeśli tak było w istocie, uwaga A r n o l d a jest słuszna i zgodna z moimi obserwacjam i. Procesy rekrystalizacji zachodzące po pierwszej fazie m ineralizacji zmierzają do zniszczenia pierw otnej struk­

tury tkanki drzew nej. Tkanka drzewa z w arstw żaclerskich jest dlatego najlepiej zachowana, że poza przekształceniem sferolitów chalcedonu —

Fig. 2. Orientacja ziarn kwarcu w przekroju prostopadłym do dłuższej osi pnia.

Sokołowsko

Fig. 2. Quartz fabric in a transverse section of the trunk of silicified wood.

Sokołowsko

jeszcze tu i ówdzie zachowanych — w kwarc, n ie zachodziły promesy re­

krystalizacji zespołów już krystalicznych.

O strukturze próbki J u n ip e r o x y lo n pow iedzieć można, że struktura tkanki drzewnej zachowana jest w sposób nierów nom ierny jak też roz­

m ieszczenie substancji organicznej nie jest jednostajne.

Przyczynę różnie zachowanej prawidłowej orientacji optycznej u kwarcu widzę w stopniu zachowania pierw otnej tkanki drzewnej i spo­

sobie rozm ieszczenia substancji organicznej. Ten mój w niosek zgadza się z poglądam i paleobotaników przytoczonym i w pracy J. S e n a (1956), że stopień zachowania tkanki drzewa kopalnego zależy w ięcej od w a­

runków, w których szczątki drzew dostały się do osadów, oraz od w łaś­

ciw ych cech danego drzewa (gęstości, stopnia ochrony celulozy przez ligninę) niż od czasu geologicznego.

Mimo licznych zastrzeżeń co do naśladowczych cech krystalizacji m i­

nerałów w tkankach drzewnych przyznaję, że w pew nym stopniu orien­

tacja osi optycznych ziam kwarcu jest uzależniona od pierwotniej struk­

tury drewna. Tę zależność tłum aczę w sposób następujący:

W pierw szym stadium krystalizacji żelu krzem ionkowego w ytrąco­

nego z roztworu pierw otnie m olekularnego w tkance drzewnej — tw orzy

— 418 —

5 - 9 % /per cent/

2 - 5 %/per cent/

1-2 %/percent/

0-1 % /per cent/

Fig. 3. Orientacja ziarn kwarcu w przekroju równoległym do dłuższej osi pnia Araucarioxylon. Kwaczała

Fig. 3. Quartz fabric in a parallel section of the trunk of silicifLed Araucarioxylon.

Kwaczała

się chalcedon. Włókna tego m inerału mogą się układać i układają się niew ątpliw ie — jak to zauważyć można w niektórych częściach drzewa w arstw żaclerskich — sferolitycznie. Jednak najdłuższe i najlepiej w y ­ kształcone włókna są rów noległe do dłuższej osi cew ek, gdyż w tym k ie­

runku elem enty krystaliczne mogą najswobodniej narastać. W ydłużenie chalcedonu jest prostopadłe do w iększego współczynnika załamania. Z n ie ­ w ielkim odchyleniem od ścisłości można pow iedzieć, że w yd łu żenie to jest prostopadłe do osi optycznej, gdyż chalcedon jest w praw dzie d w u ­ osiow y, a le kąt osi optycznych jest bardzo m ały. Przy przejściu ch alce­

donu w kwarc m niejsze, ukośnie w zględem osi cew ek zorientow ane w łók­

na i zanieczyszczone substancją organiczną ulegają rozpuszczeniu i po­

now nie krystalizują sw ą orientacją optyczną dostosow ując się do kw ar­

cu tworzącego się z dłuższych w łókien w obrębie cew ek. Proces taki zgodny jest z udokum entow anym i zasadami rekrystalizacji agregatów , m ineralnych, w których pew ne elem en ty uzyskują większą czystość i w iększe rozmiary. Pow yższa interpretacja odpowiada wnioskom J. S e ­ n a , (1955) który pisze o „włóknach kw arcu” w ydłużonych prostopadle do jeg o osi optycznych. N ie są to jednak włókna kwarcu, lecz chalcedon, który dopiero później przekształca się w kwarc.

— 419 —

O 10 30 5 0 70 90

w a r t o ś c i k ą t a / v a l u e s o f a n g l e / w a r t o ś ć k ą t a / v a l u e s o f a n g l e /

Fig. 4. Histogramy wartości kąta pomiędzy normalną szlifu a osią optyczną prosto­

padle do dłuższej osi pnia. a — z karbonu ok. Nowej Rudy. Patrz fig. 1; b — z Sokołowska, patrz fig. 2; c — Araucarioxylon z arkozy kwaczalskiej, patrz fig. 3 Fig. 4. Histogram of the axial values betw een the normal of section and optical axis of quartz transverse to elongation of the trunk of the fossil wood, a — from Carboniferous of Nowa Ruda, see Fig. 1; b — from Sokołowsko, see Fig. 2; c —

Araucarioxylon from the Kwaczała arkose, see Fig. 3

P ow yższy przebieg krystalizacji chalcedonu i kwarcu b ył historią m ineralizacji drzewa z w arstw żaiclerskich. D alsze etapy, jak powolne utlenianie substancji organicznej już po w ytw orzeniu się skam ieniałoś­

ci — n ie m iały dla zachowania tkanki drzewnej w iększego znaczenia.

W innych opisanych próbkach drzew skam ieniałych zaznaczają się ślady dalszych etapów rekrystalizacji, których w ynikiem m ogły być kryszta­

ły kwarcu w ydłużone w kierunku osi optycznej, jak to zachodzi z reguły u kwarców idiom orficznych lub też odchylonych w ydłużeniem pod róż­

nym i kątami od osi optycznej, jak to byw a u kw arców różnych skał kry­

stalicznych. M ogły też zachodzić późniejsze stadia sylifikacji nie zw iąza­

ne konsekw entnie z głów ną fazą m ineralizacji. Przypuszczam, że zgodne pod w zględem orientacji optycznej substancje m ineralne w ypełniające komórki, ściany komórki i przestrzenie m iędzykom órkow e krystalizow ały na ogół synchronicznie.

Jest rzeczą zastanawiającą, że na diagramach J. S e n a Widać w szę­

dzie jednego typu prawidłową orientację osi optycznych u kwarcu m i­

mo — jak tw ierdzi autor — różnego stanu zachowania tkanki drzewnej i różneij intensyw ności śladów substancji organicznej. Odnośne wnioski są niem ożliw e bez porównania m ateriałów analizow anych przez J. S e n a z badanym i przeze m nie szczątkam i drzew skam ieniałych. B yć może sprawa gatunku drzewa odgrywa tu dużą rolę.

Z om awianym i tu zagadnieniam i wiąże się sprawa falistego znikania św iatła u kwarcu, dość pow szechnego zjawiska u tego m inerału im preg­

nującego tkankę drzew skam ieniałych. W pracy z r. 1954 (1. c.) tłum aczy­

łam je napięciam i w czasie krystalizacji kwarcu w tkance drewna. Obec­

nie jednak j estem skłonna przyznać słuszność prof. St. M a ł k o w s k i e ­ m u , który w sw oim referacie na posiedzeniu M uzeum Ziem i w r. 1955 wiązał zjawisko falistego znikania św iatła u kwarcu z drzew skam ienia­

łych z reliktam i struktury w łóknistej chalcedonu.

— 420 —

4. UWAGI O SUBSTANCJACH MINERALNYCH DRZEW SKAMIENIAŁYCH I O FIZYCZNO-CHEMICZNYM PRZEBIEGU PROCESÓW MINERALIZACJI

W moich dotychczasow ych obserwacjach obrazów m ikroskopowych drzew skam ieniałych zarówno przedstaw ionych w tej pracy, jak i w przy­

godnych obserwacjach dotyczących m ateriałów nieznanego pochodzenia, stw ierdziłam jako substancję im pregnującą tkankę drzew ną następujące minerały: opal, chalcedon, kwarc, kalcyt, piryt (ew entualnie m arkasyt) oraz fosfoiran wapnia. A r n o l d (1947) w ym ien ia jeszcze w ęglan m ag­

nezu n ie podając jednak, czy chodzi o dolom it, czy też m agnezyt. J S e n (1956) twierdzi, że obok kwarcu, który jest najpospolitszym składnikiem drzew skam ieniałych, zidentyfikow ano za pomocą prom ieni Roentgena jeszcze 8 innych m inerałów, z których najw ażniejsze są: am ezyt, serp en ­ tyn oraz cukarnegit. Z tym i m inerałam i nie spotkałam się nigdy w m o­

ich obserwacjach drzew skam ieniałych. Przypuszczam natom iast, że w złożach kruszcow ych osadow ego pochodzenia spotyka się szczątki drewna im pregnow ane różnym i siarczkami, tlenkam i żelaza oraz sy - derytem .

Co do fizyczno-chem icznych zjawisk związanych z procesem m inera­

lizacji drzew, nie jest to proces w e w szystkich szczegółach w yjaśniony.

W obydw u sw oich pracach J. S e n (1955, 1956), podkreśla te niejasności, powołując się na w nioski B a t e m a n a (1950), B a r g h o o r n a (1952), A r n o l d a (1947) i innych. B a t e m a n przedstawia proces m ineralizacji drewna jako m etasom atyezną w ym ianę m iędzy jonami w roztworze, p r z y

czym siubstancje organiczne i nieorganiczne tkanki drzewnej zostaiją — po zastąpieniu przez m inerały — odprowadzone w roztworze. B a r g- h o o r n wypowiada się w sposób dość ogólnikow y, że w pew nych nie dających się dokładnie określić warunkach fizyczno-chem icznych zachodzi infiltracja soli m ineralnych w roztworze do tkanki drzew nej, a potem w ytrącenie tych soli z doskonałym niekiedy zachowaniem pierwotnej struktury drewna.

Arnold zaprzecza m ożliwości m etasom atycznego zastępowania su b­

stancji organicznej tkanek drzew nych przez infiltrującą substancję m i­

neralną. Zachodzi natom iast reakcja m iędzy produktami rozkładu sub­

stancji organicznej a substancją .mineralną i częściowo m ogą się tworzyć związki rozpuszczalne odprowadzane w roztworze. Pow ołując się na w y ­ niki analiz chem icznych drzew skam ieniałych stw ierdza A r n o l d , że substancja organiczna jest zaw sze w mniejszej lub w iększej ilości za­

chowana w drew nie skam ieniałym . Przebieg procesu m ineralizacji jest według A r n o l d a następujący: Roztwory zaw ierające rozpuszczone sole o składzie zależnym od środowiska fosylizacji drewna — mogą to być:

siarczany, w ęglany, krzemiany, związki żelaza, fosforany — przenikają stosunkowo jeszcze dobrze zachowaną tkankę drzewną, która dostała się do osadu. Produkty rozkładu substancji organicznej działają redukująco na sole m ineralne w roztworze, a w skutek tyich procesów wydzielają się z roztworu m inerały spotykane w drzewach skam ieniałych. Zagad­

nienie procesów redukcji om ów ione jest przez A r n o l d a w sposób n ie­

zbyt jasny i n ie zawsze ścisły. Krzemionka' nie zostaje wytrącona — jak pisze A r n o l d — w skutek redukcji krzem ianów, lecz w skutek ich roz­

kładu ipod działaniem dw utlenku w ęgla, przy czym w ęglany alkaliczne zostają odprowadzone w roztworze.

A r n o l d przypuszcza, że nadmiar w ody impregnującej tkankę drew ­ na w następstw ie procesów m ineralizacji zostaje w yciśnięty nadkładem w arstw na zm ineralizowanych szczątkach.

W szystkie te rozważania niedostatecznie — moim zdaniem — tłum a­

czą, co się ostatecznie dzieje z substancją organiczną, której zawartość w drzew ie skam ieniałym jest na ogół bardzo mała w porównaniu ze składem tkanki żyw ej. Nic nam o tym nie wiadomo, jakiego rodzaju rozpuszczalne związki organiczne mogą się tworzyć przy reakcji m iędzy składnikami tkanki drzewnej i roztworam i mine<ralizującymi. Przypusz­

czam, że głów na strata substancji organicznej zachodzi w skutek proce­

sów utleniania. Jeśli procesy te nastąpią po m ineralizacji, tkanka drze­

wa skam ieniałego staje się porowata i podatna do następnych faz rek ry ­ stalizacji i mineralizacji. W tych zaw iłych procesach można by się do­

szukiwać przyczyny różnicy orientacji optycznej ziarn kwarcu w róż­

nych drzewach skrzemieiniałych.

Moje obserw acje n ie dorzuciły w ielu danych naśw ietlających prze­

bieg procesu m ineralizacji drewna. Kilka faktów warto jednak podkreślić.

W drewnach zawierających rów nom iernie rozproszoną substancję orga­

niczną w ystępują obok struktur ziarnistych — struktury w łókn isto-sfe- rolityezne. Wśród m inerałów grupy krzem ionki poj,awia się niekiedy chalcedon, wśród w ęglanów — kalcyt w łóknisty. Sferolity obejm ują ze­

społy sąsiednich cew ek i tworzą niekiedy — zwłaszcza w drewnach skał- cytyzow anych — pasma zbudowane z równej w ielkości sferoiitów , jak­

by jednocześnie krystalizujących dokoła jednostajnie rozm ieszczonych zarodków krystalizacji. Z tego wynika m oim zdaniem, że m inerały k ry­

stalizują z roztworu koloidalnego i że krystalizacja zachodzi syn ch ro­

nicznie w całej m asie drewna lub w iększych jego częściach. R oztw ory m ineralizujące w ypełniają komórki, przestrzenie m iędzykom órkowe i w szystkie najdrobniejsze pory. W skutek reakcji substancji m ineralizu- jącej z produktami rozkładu składników tkanki drzewnej np. d w utlen­

kiem węgla może nastąpić koncentracja krzem ionki, w którą najczęściej obfitują roztwory m ineralizujące wobec olbrzym iej roli krzem ianów jako składników skał. Odprowadzenie wody z tkanki przez w ysychanie czy w yciskanie pod ciężarem osadu, czy też zmiana kw asow ości środo­

wiska spowoduje w ytrącenie hydrożelu. W pierw szym stadium pow sta­

nie opal i na tym stadium niekiedy proces m oże się zatrzymać. N ajczęś­

ciej jednak nastąpi krystalizacja chalcedonu, później kwarcu. Takie ogól­

ne w nioski dotyczą przypadku roztworów bogatych w krzem ionkę. Jest mniej oczyw iste, dlaczego kalcyt, który najczęściej krystalizuje z roz­

tw orów m olekularnych — w drzew ie z Łukowa i przypuszczalnie innych podobnych — m a charakter utworu pow stałego z roztworu koloidalnego.

Fakt ten można przypisać działaniu koloidów organicznych.

Także zjawiska m ineralizacji innym i substancjam i m ineralnym i mogą być w sposób raczej prosty zinterpretow ane. Jednak te interpretacje m a­

ją charakter dom ysłów. Obserwacje przeprowadzone na w iększym m a­

teriale powinny nas z dziedziny tych dom ysłów zaprowadzić do lepiej uzasadnionych hipotez.

— 422 —

5. WNIOSKI

a) Struktura zespołów minerailnyich w ypełniających tkankę drzewa skam ieniałego zależy w pewnej m ierze od w łaściw ości tej tkanki w m o­

m encie, gdy proces m ineralizacji się rozpoczął. W łaściwości te, a m iano­

w icie struktura tkanki, stan jej zachowania, zawartość i rozm ieszczenie substancji organicznej rozstrzygają o w ielkości ziarn m ineralnych, k ie­

runku ich w ydłużenia, zachowaniu lub rekrystalizacji struktury sferoli- tycznej, a przede w szystkim o prawidłowości orientacji kierunków op­

tycznych m inerału. N ie jest jednak uzasadnioną hipoteza, że anizotropia struktury m ineralnej jest odzw ierciedleniem anizotropii pierw otnej tk an ­ ki drewna. W procesie krystalizacji substancji m ineralnej zaznacza się przede 'wszystkim tendencja do zachowania zgodnej orientacji optycznej w jaknaj w iększej ilości ziarn w ypełniających icewki sąsiednie i do prze­

kształcenia struktury tkanki drzew nej na strukturę skał krystalicznych.

b) Stw ierdzono na podstaw ie analizy mikroskopowej szlifów z drzew skrzemiieniałych i skalicytyzowanych, że kwarc i kailcyt krystalizow ały w obrębie tkanki drzewnej ze stanu koloidalnego; w drzewach skrze- m ieniałych stadium pośrednie m iędzy opalem i kw arcem stanow ił chal­

cedon, m iędzy w ęglanem wapnia koloidalnym a kalicytem ziarnistym stadium pośrednie stanow ił kalcyt w łóknisty (w pew nej fazie być może aragonit).

c) Przyczyną prawidłowej orientacji osi optycznych u kwarcu — która to prawidłowość nie jest regułą i zdarza się w edług moich obser­

wacji u drzew z bardzo dobrze zachowaną tkanką— jest tw orzenie się chalcedonu o włóknach najczęściej zorientow anych w kierunku osi ce­

w ek i najlepiej w tym kierunku w ykształconych. Kwarc pow stający z re­

krystalizacji takiego chalcedonu ma, podobnie jak chalcedon, w yd łu że­

nie prostopadłe do osi optycznej.

d) Stopień prawidłowości orientacji osi optycznych u kwarcu zależy nie od wieku drewna, lecz od stanu zachowania tkanki i od rów nom ier­

ności rozmieszczenia w niej substancji organicznej. Tam gdzie tkanka była źle lub nierów nom iernie zachowana, m ineralizacja m ogła zachodzić w kilku etąpach; m iejscam i b yły warunki sprzyjające tw orzeniu się ziarn kwarcu w ydłużonych zgodnie z osią optyczną, co jest regułą u kwarców idiomorficznych; m iejscam i tw orzyły się ziarna allom orficzne z w yd łu ­ żeniem nieznacznie odchylonym od kierunku osi optycznej, jak to bywa u w ielu granitów i w skałach m etam orficznych.

WYKAZ LITERATURY REFERENCES

1. A r n o l d C. A. (1947), An Introduction to Paleobotany. New York and London.

2. B a t e m a n A. M. (1950), Economic m ineral deposits. N ew York and London.

3. B a r g h o o r n E. S. (1952), Degradation of plant tissues in organic sediments.

Journ. Sediment. Petrology 22, pp. 34—41.

4. D z i e d z i c K. (1957), Problemy geologiczne górnego karbonu i czerwonego spą- gowca. Przewodnik do X X X Zjazdu Pol. Tow. Geol. w ziemi kłodzkiej, pp.

127—135. Wrocław,

5. F a i r b a i r n H. W, (1949), Structural petrology of deformed rocks. Cambridge.

6. J. S e n (1955), Orientation of quartz grains in some indian silicified woods.

The Palaeoboianist, 4. pp. 77—82.

— 423 —

7. J. S e n (1956), Fine structure in degraded, ancient and buried wood, and other fossilized plant derivates. The Botanical Revi ew (June 1956), 22/4, pp. 343—374.

8. T u r n a u - M o r a w s k a M. & J a h n M. (1954), Orientacja optyczna ziarn kwarcu w drzewie skam ieniałym z okolic Chrzanowa (Optic orientation of quartz grains in the fossil wood from the environs of Chrzanów. Rocz. Pol. Tow.

Geol. (Ann. Soc. Geol. Pologne), 22, pp. 177—186, Kraków.

9. V e u i l l e t - B a r t o s z e w s k a M. (1956), Sur 1'anatomie et les affinites du D adoxylon (Araucarioxylon) sahariense nov. sp., bois fossile du Continental in te r c a la te de l'Em i — Fezzan. Bull. Soc. Geol. de France, Sixiem e Ser. 6, 6/1—3, pp. 227—236, Paris.

Z Zakładu Petrografii Skał Osadowych U niw ersytetu W arszawskiego Warszawa, listopad 1957

SUMMARY

A b s t r a c t . Basing upon microscopic analysis of thin sections the author concludes that the structure of m ineral aggregates in fossil wood and especially the preferred optic orientation in quartz grains depend upon the degree of pre­

servation of the plant tissue and upon the uniform ity in repartition of the orga­

nic matter. The author does not agree w ith the conclusions of J. Sen that the sym m etry in structure of m ineral aggregates is inherited from the primary sym m e­

try of the plant tissue. In the crystallization process of m inerals prevails a ten­

dency to m aintain the same optic orientation in several grains fillin g up the neighbouring tracheides, and to change the structure of the tissue to that of a crystalline rock.

The author presents th e results of her m icroscopis studies concern­

ing som e sam ples of silicified wood and other sam ples o f calcified and partly pyritized wood. One of the silicified sam ples was found in situ in the Żaclar beds o f the Carboniferous, near Now a Ruda, Lower Silesia; it belongs probably to the D a d o x ylo n sipecies. The other sam ple, a specim en of A ra u c a rio xy lo n w as collected in the environs of Chrzanów and resem bles to that described in a former publication (T. T u r n a u - - M o r a w s k a and M. J a h n , 1954). The third sam ple, probably of T ertiary age is o f th e J u n ip e r o x y lo n sp ecies and was. found — probab­

ly not in situ near W ałbrzych (Waldenburg), Lower Silesia. The calci­

fied and pyritized sam ples w ere found in situ in the M iddle Jurassic of Łuków, Podlasie.

The main purpose of th ese investigations was a study of m ineral composition, structure and textu re in several sam ples o f fossil wood in lig h t of the conclusions presented in tw o papers of J. S e n (1955, 1956) from the Botanical Laboratory, U niversity C ollege of Science, Calcutta.

This author basing upon stu d ies by means of the universal stage proce­

dure and other investigations of ancient and buried wood in different stages of fossili’zation, arrives to conclusions which m ay be sum marized in follow ing sentences: 1) The m ineralization (or petrification) o f wood is one of the stageis of the com plex series of processes controlling the fin e structure of th e fossil plant tissue, and this stage is prepared by biochem ical destroying of organic compounds w hich in som e cases greatly helps in preservation in the general anatomic plan o f th e original plant.

2)The patterns of the quartz fabric in th e silicified wood sh ow a sy m ­ m etry inherited by the anisotropy of the wood itself. Possibly som e sort o f ,,m im etic” crystallization is responsible for the types o f inherited orientation present in the silicified wood.

Basing upon her ow n observations and the quartz fabric stu d y per­

— 424 —

formed by K. L y d k a, the author partly agrees w ith the conclusions of J. S e n , but supposes that som e of bis qpinions ought to be m odified and com pleted. The author states that the m ineral structure in fossil wood depends in som e degree of th e composition and structure o f the plant tissue w hich it had in the m om ent w h en th e m ineralization pro­

cess has started. These conditions have .influenced the grain size, the elongation direction, th e character of m ineral aggregates and especially the optic orientation of m ineral grains. H ow ever it w ould be not correct to conclude that the m ineral structure in fossil wood reflects th e prim a­

ry anisotropy of the plant tissue. Conform ably to the present authors observations the dom inant ten dence in the 'crystallization of m ineral grains in fossil wood is to m aintain th e sam e optic orientation in m ost of grains fillin g up th e neighbouring tracheideis and to change th e stru c­

ture of a plant tissue into a structure of a crystallin e rock. Observing the thin section in ordinary ligh t one remarks a w ell preserved fin e stru ­ cture of wood. B ut in polarized light b etw een crossed nicols th e picture resem bles that of a crystallin e roick seen through a net draw n according to the pattern of th e p lan t tissue.

As to th e m echanism of petrification the author supposes th at the m inerals in fossil wood — of w hich quartz and calcite are th e m ost com m on — have crystallized from a colloidal m atter w hich formed after the m ineralising solution has infiltrated the plant tissue. The cry ­ stallizing proces preceded synchronously in a large part of the tree.

During an interm ediary stage chalcedony was form ed w hich recrystal­

lized to quartz. The crystallization of calcite grains w as preceded by form ation of spherolites w hich belonged perhaps to aragonite in an earlier stage.

The preferred optic orientation o f quartz grains observed in som e w ell preserved silicified wood (fig. 1) is the result of crystallization of silica first in form of chalcedony the fibres of w hich are m ostly elon­

gated in the direction of th e cells and are better formed in this than in other direction. W hen quartz recrystallizes from the chalcedony fibres the optic axes are norm al to th e long axes of the cells in the same manner as in chalcedony.

The more or less sym m etrical orientation of quartz optic axes is independent of geological age but depends from the degree o f the pre­

servation of th e wood sam ple and from the uniform ity in repartition of organic m atter. In tissues the preservation of w hich is not uniform the m ineralization processes could proceed in several stages. In som e parts o f the tissue 'later generations o f quartz could crystallize, elon­

gated in direction of optic axes w hich is th e rule in idiom orphic grains, or the elongation slig h tly deviated from the direction o f optic a x e as in quartz grains in m any granites and m etam orphic rocks.

Institute of Sedimentary Petrography University of Warsaw

— 425 —

OBJAŚNIENIA TABLIC EXPLANATION OF PLATES

TABLICA LII PLATE LII

Fig. 1. Obraz mikroskopowy drzewa skamieniałego z warstw żaclerskich okolic^

nowej Rudy. Przekrój podłużny. Bez nikola, ok. 33 X

Fig. 1, Fossil wood from the environs of Nowa Ruda, Lower Silesia, Żaclar beds, Carboniferous, Longitudinal section. W ithout analyzer, ca X 33 Fig. 2. Obraz mikroskopowy tej samej próbki przy skrzyżowanych nikolach Fig. 2. Microscopic aspect of the same fossil wood under crossed nicols

Fig. 3. Drzewo skam ieniałe z w arstw żaclerskich koło Nowej Rudy w przekroju poprzecznym. Jasne smugi pochodzą od rozerwania tkanki i w ypełnienia drugą generacją kwarcu. Obraz bez analizatora, ok. 33 X

Fig. 3. Fossil wood from the same sedimentary series, environs of Nowa Ruda. - White streaks resulting from tearing of the plant tissue and filling up wiith a second generation of quartz. Transverse section. Without analyzer, ca X 33

Fig. 4'. To samo. Nikole skrzyżowane Fig. 4. The same. Crossed nicols

TABLICA LIII PLATE LIII

Fig. 1. Drzewo skam ieniałe z . warstw żaclerskich koło Nowej Rudy. Przekrój poprzeczny. Zaciemnienia ścian komórek i przestrzeni międzykomórkowej pochodzą od pigmentu' organicznego. Bez analizatora, ok. 125 X

Fig. 1. Fossil wood, environs of Nowa Ruda. Transverse section. Dark organic pigm ent in the cell w all and intracellular spaces. W ithout analyzer, ca X 125 Fig. 2. Drzewo skamieniałe z warstw żaclerskich okolic Nowej Rudy. Przekrój poprzeczny. Tkanka drzewna częściowo zniszczona. Nikole skrzyżowane, ok. 33 X

Fig. 2. Fossil wood, environs of Nowa Ruda. Transverse section. The plant tissue is partly destroyed, Crossed nicols, ca X 33

Fig. 3. Drzewo skamieniałe z Sokołowska, okolice Wałbrzycha. Juniperoxylon sp.

Przypuszczalnie trzeciorzęd. Przekrój podłużny. Bez analizatora, 25 X Fig. 3. Fossil wood from Sokołowsko near Wałbrzych, Lower Silesia. Juniperoxy-

lon sp. Probably Tertiary. Longitudinal section. W ithout analyzer, X 25 Fig. 4. To samo przy skrzyżowanych nikolach

Fig. 4. The same, crossed nicols

TABLICA LIV PLATE LIV

Fig. 1. Drzewo skamieniałe z Sokołowska. Przekrój poprzeczny. Tkanka drzewna częściowo zniszczona. Bez analizatora, 34 X

Fig. 1. Fossil wood of Sokołowsko. Transverse section. The plant tissue partly destroyed. Without analyzer, X 34

Fig. 2. To samo prży skrzyżowanych nikolach, 120 X Fig. 2. The same under crossed nicols, X 120

— 426 —

TABLICA LV PLATE LV

Fig. 1. Drzewo skam ieniałe z Sokołowska. Przekrój poprzeczny. Bez analizatora, 60 X

Fig. 1. Fossil wood of Sokołowsko. Transverse section. W ithout analyzer, X 60 Fitg. 2. To sarno. Nikole skrzyżowane

Fig. 2. The same. Crossed nicols

TABLICA LVI PLATE LVI

Fig. 1. Drzewo skam ieniałe z Łukowa na Podlasiu,. Przekrój poprzeczny. Nikole skrzyżowane, 60 X

Fig. 1. Fossil wood of Łuków, Podlasie, Middle Jurassic. Transverse section. In­

filtrated minerals: calcite and pyrite. Crossed nicols, X 60

TABLICA LVII PLATE LVII

Fig. 1. Drzewo skamieniałe z Łukowa. Przekrój podłużny. Nikole skrzyżowane.

Ciemne zabarwienie tkanek pochodzi od substancji organicznej (celulozy?) i pirytu. W częściach zniszczonych tkanki widoczne sferolity kalcytu włóknistego, 10 X

Fig. 1. Fossil wood from Łuków. Longitudinal section. M.agnification X 10. Cros­

sed nicols. Dark colour of plant tissues is due to organic mater (cellulose?) and pyrite. In destroyed parts o f the plant tissue fibrous calcite is present Fig. 2. Drzewo skam ieniałe z Łukowa. Przekrój podłużny. Nikole skrzyżowane.

Sferolity kalcytu włóknistego obejmują grupy cew ek sąsiednich. 10 X Fig. 2. Fossil wood from Łuków. Longitudinal section. Crossed nicols. Spherolites

of fibrous calcite include groups of several tracheides. X 10

R o czn ik Pol. Tow . Geol. t. X X V I I I , z • 4 1958

ш Ш Ш Ш Ш Ш

M . T u r n a u - M o r a w s k a

R o cz n ik Pol. Tow . Geol. t. X X V I I I , z• 4 1958 Tabl. LI I I

M , T u r n a u - M o r a w s k a

R o cz n ik Pol. Tow . Geol. t. X X V I I I , z• 4 1958 Tabi. L I V

M . T u r n a u - M o r a w s k a

R o czn ik Pol. Tow . Geol, t. X X V I I I , z ■ 4 1958 Tabl. L V

M. T u r n a u - M o r a w s k a

R o czn ik Pol. Tow. Geol. t. X X V I I I , z. 4 1958 Tabi. L V I

M . T u r n a u - M o r a w s k a

R o czn ik Pol. Tow . Geol. t. X X V I I I , z. 4 1958 Tabl. L V I I

M . T u r n a u - M o r a w s k a