Gleby reliktowe wytworzone ze skał węglanowych na obszarze Gór Świętokrzyskich i ich obrzeżenia

R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T . X X V II, N r 2, W A R S Z A W A 1976

K R Y ST Y N A K O N E C K A -B ET L E Y

GLEBY RELIKTOWE WYTWORZONE ZE SKAŁ WĘGLANOWYCH NA OBSZARZE GÓR ŚWIĘTOKRZYSKICH I ICH OBRZEŻENIA

In sty tu t G leb ozn aw stw a i C hem ii R olnej A k ad em ii R olniczej w W arszaw ie

W A R U N K I P O W ST A W A N IA ZW IETR ZELIN T Y P U T E R R A R O S S A I T E R R A F U S C A

Geneza i ewolucja gleb reliktowych wytworzonych ze skał w ęglano­ wych jest jeszcze słabo poznana. Mimo licznych badań występują trud­ ności w ich klasyfikacji i charakterystyce. Kryteria stosowane dla innych gleb zawodzą w przypadku gleb reliktowych, ponieważ na ich przemiany decydujący w pływ w yw iera skała macierzysta.

Zagadnienie powstawania zwietrzelin i gleb reliktowych w ytw orzo­ nych ze skał węglanowych jest sprawą nadzwyczaj złożoną. Decyduje tu bowiem różnorodność czynników działających równocześnie lub ko­ lejno po sobie w wyniku przemian geochemicznych, jakim podlegają różne skały węglanowe.

Ewolucja wapieni, w w yniku której powstają zw ietrzeliny ilaste, a czasem piaszczyste, zależy przede wszystkim od zjawisk wietrzenia fi­ zycznego i chemicznego. Wietrzenie fizyczne prowadzi do rozluźnienia i rozdrobnienia skał wapiennych, a w ietrzenie chemiczne do rozpuszczania części węglanow ych i nagromadzania reziduum niewęglanowego.

Oba te zjawiska są jednakowo ważne w przemianach i ewolucji skał węglanowych, w reziduum natomiast żelazisto-glinowo-krzem ianowym wietrzenie chemiczne w pływ a silniej na ewolucję zwietrzeliny.

Rozpuszczanie węglanów na odsłoniętej powierzchni skał wapiennych nie jest zjawiskiem intensyw nym . Jeżeli najpierw nastąpiło rozluźnienie skały węglanowej, a następnie rozpuszczanie węglanów, to wietrzenie fi­ zyczne jest głównym czynnikiem kształtowania się różnych poziomów ge­ netycznych — głównie węglanowych. Można więc przyjąć, że rozdrob­ nienie zw ietrzeliny jest ważnym czynnikiem wietrzenia i głównym czyn­ nikiem ewolucji glebotwórczej.

Z punktu widzenia geomorfologii terenu, jak podaje P e d r o [9], moż­ na wyróżnić dwa typy krajobrazu przeobrażenia wapieni:

— relief równinny, gdzie z wapieni powstają gleby brunatne wapien-4 — R o c z n ik i g i e o o z n a w c z e n r з

5 0 K. K onecka-Betley

ne, rędziny i gleby próchniczno-węglanowe, a z wapieni z domieszką m a­ teriału obcego — gleby brunatno-węglanowe i gleby próchniczno- -w ęglanow e zakwaszone,

— relief krasowy, gdzie z wapieni powstają zw ietrzeliny i gleby o za­ awansowanym wieku, jak terra fusca i terra rossa.

Można w ydzielić jeszcze kras otwarty w ystępujący na powierzchni i kras zamknięty starszy — kopalny, co wiąże się z wiekiem zwietrzeliny. Rozwój zjawisk krasowych wiąże się ściśle z klim atem wilgotnym , choć niekoniecznie ciepłym , bowiem wody klim atu chłodnego zawierają więcej dwutlenku węgla. Ich działalność rozpuszczająca może być znacznie sil­ niejsza, a tym samym mogą powstawać bardziej miąższe w arstw y zw ie­ trzeliny ilastej odwęglanowionej.

Przem iany skał węglanow ych zależą również od czynników petrogra­ ficznych, od typu skały wapiennej, a więc od jej struktury i tekstury, co określa również jej porowatość. Skały wapienne o strukturze porowatej wietrzeją w znacznej części pod w pływ em zjawisk fizycznych. Natom iast w wapieniach skalistych i dolomitach o małej porowatości zjawiska w ie­ trzenia chemicznego i rozpuszczania przebiegają powoli. Tu spoiwo kry­ staliczne przeciwstawia się wietrzeniu mechanicznemu. Rozpuszczanie na­ tomiast odbywa się prędzej w miarę zmniejszania się cząstek spoiwa i w m niejszym stopniu wiąże się ze składem m ineralnym skały. Po w y ­ ługowaniu węglanów następują również pewne przemiany związków że- lazisto-krzem ianowych, wydaje się jednak na podstawie literatury i ba­ dań własnych, że powstawanie minerałów ilastych będzie bardzo powolne. Autorzy zajmujący się wietrzeniem wapieni [11, 12, 13, 3, 4, 1, 2] w y ­ rażają pogląd, że wietrzenie tych skał odbywa się w wyniku korozji po­ wierzchniowej. Wapień krystaliczny trudno nasyca się wodą zakwaszo­ ną dwutlenkiem węgla, w jej obecności jednak odbywa się powolne po­ w ierzchniowe rozpuszczanie węglanów i powstawanie cienkiej w arstew ­ ki ze szczątków krzemianowych. Wapienie zawierają stosunkowo mało domieszek niewęglanowych, dlatego trzeba długiego czasu, aby powsta­ ły miąższe warstw y zwietrzeliny, dające profil glebowy. Gleby i zw ie­ trzeliny powstające w tych warunkach są stare i prawie zawsze poli- cykliczne i poligenetyczne. Ukształtowanie terenu, gdzie odbywa się okre­ sowo nawet bardzo duża korozja skał wapiennych, wpływ a decydująco na osadzenie się i przemieszczanie reziduum, które wytw orzyło się na powierzchni wapieni. Rezydualny osad ilasty lub piaszczysty powstają­ cy w terenie falistym zostaje w wyniku erozji przemieszczony do m iejsc niżej położonych, wypełniając szczeliny i leje krasowe (terra rossa).

Duchaufour podkreśla, że proces powstawania materiału ilasto-żelazi- stego jest zjawiskiem kompleksowym: najpierw w wyniku dekarbonaty- zacji powstają warstewki żelazisto-krzemianowe, czyli tzw. pierwotna warstwa ilasta, którą następnie otaczają wtórne substancje ilaste. Mate­ riał ten stanowi osłonę dla wapieni, a w w ielu przypadkach jest zbiorni­ kiem wody opadowej.

Gleby reliktow e ze skał w ęglanow ych _{5 1}

W wietrzaniu wapieni skalistych i tworzeniu utworów ilastych bar­ dzo dużą rolę odgrywają pokrywy allochtoniczne, np. utwory eoliczne, piaszczyste lub gliniaste. Utwory pokrywowe zatrzymują również w okre­ sie w ilgotnym wodę opadową, która przemieszcza się powoli do powierzch­ ni wapieni, co zwiększa w niej zawartość C 0 2, a tym samym i działanie korozji. W przypadku występowania substancji organicznej mogą tu też działać kw asy próchnicowe. Pokryw y allochtoniczne zmniejszają również działanie erozji, co prowadzi do powstawania grubej, bardziej miąższej w arstw y zw ietrzeliny rezydualnej in situ, pochodzącej z rozpuszczania wapieni i wzbogaconej w części żelaziste. Jeżeli utwory pokrywkowe są dużej miąższości, to w arstw y zwietrzelin ilasto-żelazistych są poziomami kopalnymi zwietrzelin lub gleb. Natomiast jeżeli materiał ilasty w y stę­ puje na powierzchni i podlega ciągłym zmianom klim atycznym , głównie klim atu zimnego (krioturbacja, soliflukcja), powstaje mieszanina glinia- sto-ilasta z odłamkami wapieni bądź jednorodna, ale pochodzenia kom ­ pleksowego z punktu widzenia współczesnej genezy gleb. Można mówić w tedy o zwietrzelinach czy glebach reliktowych. W w ielu bowiem rejo­ nach można znaleźć terra fusca jako domieszkę materiału glebowego, ja­ ko część składową rędziny czy gleby brunatnej [7].

Pow stawanie czerwonych zwietrzelin lub gleb rubifikowanych jest związane z w ystępowaniem w ciągu roku silnych kontrastów klim atycz­ nych: okresy w ilgotne i pewne okresy suche lub bardzo suche, które pro­ wadzą do dehydratacji tlenków żelaza. Odwodnione tlenki żelaza nadają zwietrzelinie barwę czerwoną, proces ten zachodzi głównie w środowisku dobrze przewietrzanym w okresach suszy. Jeżeli skała wapienna w ietrze­ je pod dość miąższą pokrywą allochtoniczną, zjawisko rubifikacji nie występuje i zwietrzelina zachowuje barwę brunatną lub ochrową.

Mimo licznych badań dyskutuje się w literaturze o naturze fizyczno- -chemicznej procesu rubifikacji, czy barwa czerwona żelaza jest związana ze stanem krystalicznym , czy amorficznym. Ostatnio uważa się, że pro­ ces rubifikacji zależy od dehydratacji tlenków żelaza zarówno amorficz­ nego, jak i krystalicznego. Obie te form y mogą w ystępować razem lub oddzielnie [15, 16].

Z form krystalicznych żelaza przy rubifikacji, czyli procesie czerw ie­ nienia, należy wym ienić hem atyt, który po odwodnieniu w okresie su­ chym daję bafw e czerwoną, getyt natomiast jest barwy ochrowej lub bru­ natnej. Zaobserwowano, że niejednokrotnie gleby wytworzone z terra rossa w warstwach wierzchnich są bogate w getyt, co świadczy, że w gór­ nych poziomach tych gleb czy zwietrzelin zachodzi uwodnienie zw ietrze­ liny ilastej. W wyniku tego zjawiska czerwone zw ietrzeliny zawierające hem atyt przechodzą w zw ietrzeliny brunatne czy ochrowe z getytem. Jest to częściowe wyjaśnienie procesu brunatnienia powierzchniowego gleb ferrsialitycznych leśnych, gdzie roślinność drzewiasta przyczynia się do polepszenia aeracji i dostarcza związków próchnicowych o charakterze kwaśnym.

5 2 K. K onecka-Betley

Otwartym zagadnieniem w badaniach zwietrzelin i gleb reliktowych w ytw orzonych z wapieni jest sprawa ich wieku. Wiek zwietrzelin wiąże się ściśle z przebiegiem faz rozwojowych krasu, które m iały miejsce w starszych okresach geologicznych. R ó ż y c k i [11] wyróżnia na terenie Jury Krakowsko-Częstochowskiej starsze form y krasowe z przed trans­ gresji górnokredowej, wypełnione jaskrawo czerwonymi piaskami żela- zistymi, częściowo silnie scem entowanym i limonitem. Często na odłam­ kach skalnych można spotkać polew y manganowe, które świadczą o pow ­ stawaniu ich w klim acie strefy gorącej. Autor ten uważa, że okres ich tworzenia zakończył się przed środkowym miocenem. O panowaniu kli­ matu gorącego na wschodnim i północnym jurajskim obrzeżeniu Gór Św iętokrzyskich świadczy również według Różyckiego w ystępowanie na wapieniach piasków żelazistych słabo scem entowanych, po uprzednim w yługow aniu węglanu wapnia. Są to utwory zbliżone do tzw. ferrikretów, znanych z Afryki Południowej, związanych z procesem laterytyzacji. Również na obrzeżeniu wapiennym Gór Św iętokrzyskich można spotkać wapienie, które uległy sylifikacji, co je upodobniło do południowo-afry- kańskich silkretów w ytw orzonych w warunkach klim atu subtropikalne­ go o gwałtownym przejściu od pory deszczowej do suchej. Różnorodne więc ślady wietrzenia typu tropikalnego i subtropikalnego, różne w za­ leżności od skały w jakiej się tworzyły, pow stały w starszym trzeciorzę­ dzie, w miocenie bowiem w ytw orzyły się już piaski kwarcowe odżela- zione.

Na obrzeżeniu w ap^nnym Gór Św iętokrzyskich miąższa pokrywa zwietrzelin o różnym składzie powstała w warunkach klim atu gorącego i wilgotnego z silnie zaznaczającą się porą suchą. Zw ietrzeliny te są naj­ lepiej rozwinięte na wapieniach jurajskich. W innej form ie występują one na wapieniach kredowych — w postaci skał wtórnie zmienionych i skrzemionkowanych [10].

Nawiązując do klimatu panującego w starszym trzeciorzędzie można przyjąć, że zwietrzelina czerwona typu terra rossa mogła powstać w tym okresie. Została ona w dużej mierze zniszczona i usunięta najprawdopo­ dobniej w pliocenie [13], służąc jako materiał serii pstrych iłów, osadzo­ nych w depresji centralnej Polski, które pow stały w wyniku resedym en- tacji nie tylko w formie zawiesiny, ale również jako toczeńce niesione przez wody płynące. Resztki tych zwietrzelin na obrzeżeniu Gór Św ięto­ krzyskich zachowały się tylko w kotłach i szczelinach krasowych a w nie­ licznych przypadkach jako materiał pokrywowy.

M o s s o c z y [5] datuje jaskinię na Jurze Krakowsko-Częstochowskiej na podstawie kości drobnych kręgowców znalezionych w terra rossa. Fauna znaleziona przez niego datowana jest na środkowo- i górnoplio- ceńską, czyli zwietrzelina musi być równowiekowa lub starsza. Autor ten w ydzielił również na tym samym terenie zw ietrzeliny barwy brunatnej („gliny m argliste koloru brunatnego”), często z węglanam i, datowane również fauną drobnych kręgowców, które jednak w ystępow ały we

Gleby reliktow e ze skał w ęglanow ych _{5 3}

wczesnym pleistocenie [6]. Na podstawie osadów jaskiń w ysuw a on przy­ puszczenie, że starsze zw ietrzeliny w ystępujące w szczelinach tektonicz­ nych odpowiadają terra rossa, a młodsze powstałe równocześnie, ale na powierzchni, można wiązać z powstawaniem zw ietrzeliny typu terra fusca. Podobny pogląd o powstawaniu obu typów zwietrzelin wyraża M ü c k e n h a u s e n [7, 8].

Postępujące oziębianie się klimatu w czwartorzędzie, związane z po­ jawieniem się pokrywy lodowej, przyniosło erozję lodowcową w okresie zlodowaceń oraz mrozowe rozdrabnianie wapieni w ystępujących na po­ wierzchni na rumosz skalny, który podlegał procesom krioturbacyjnym. W ystąpiło w tedy mieszanie pozostałych pokryw zw ietrzelinowych z ru­ moszem skalnym, w wyniku czego pow stały utwory policykliczne i poli- genetyczne. W okresach interglacjalnych czwartorzędu pod miąższymi po­ krywam i osadów lodowcowych na utworach wapiennych, uprzednio prze­ robionych lub nie przerobionych peryglacjalnie, istniały znacznie gorsze warunki do powstawania m łodszych zjawisk krasowych i zwietrzelin ila­ stych. Tylko kliny mrozowe sprzyjały większej penetracji wód opado­ wych, co przyczyniło się do powstawania w nich szybszej korozji po­ wierzchniowej. Proces ten rozpoczęty w interglacjale pod pokrywami al- lochtonicznymi na wapieniach trwa do czasów dzisiejszych, choć ze znacz­ nie m niejszym nasileniem.

B A D A N IA W ŁAŚC IW O ŚCI FIZYK O C HEM IC ZN Y CH ZW IETR ZELIN

Do badań w ytypow ano gleby lub zw ietrzeliny ilaste, związane ściśle z profilami rędzin w ytworzonych z wapieni różnych formacji geologicz­ nych. Ich właściw ości fizykochem iczne w szerszym ujęciu opracowano na podstawie wybranych próbek ze zwietrzelin wapieni trzeciorzędowych, jurajskich i dewońskich. Niektóre zw ietrzeliny w ystępują na badanym terenie pod pokrywą materiału allochtonicznego, w tym przypadku po­ brano i analizowano cały profil glebowy.

W niniejszej pracy scharakteryzowane są tylko te poziomy, w któ­ rych w ystępuje zwietrzelina ilasta wapieni trzeciorzędowych jurajskich i dewońskich. Wykonano następujące analizy: analizę granulometryczną metodą pipetową, pH, zawartość CaC 03 i zawartość węgla organicznego, żelazo — metodą Tamma, Jacksona oraz Pejw e i Rinkisa, przyjmując tę ostatnią formę jako żelazo ogółem, minerały ciężkie, analizę termiczną i rentgenograficzną oraz w niektórych próbkach — analizę mikromorfo- logiczną.

Skład granulometryczny (tab. 1) badanych zwietrzelin wiąże się bar­ dzo ściśle ze składem petrograficznym skały, tj. z jej strukturą i tek­ sturą. N iew ątpliw ie pewien w pływ na zawartość poszczególnych frakcji w zwietrzelinach wyw arła również domieszka materiału allochtoniczne­ go, pochodząca najczęściej ze skał czwartorzędowych. Na podstawie otrzy­ manych w yników można stwierdzić, że badane zw ietrzeliny trzech

for-Ol

4^

Г a b e 1 a 1

S k ła d gran u lom e t r y czn y z w i e t r z e l i n wykonany m etodą p ip e to w ą The a n a l y s i s o f g r a n u lo m e t r ic c o m p o s it io n a c c o r d in g t o th e p i p e t t e m ethod M ie js c o w o ś ć i n r p r o f i l u L o c a l it y and p r o f i l e No. i.î ie j s c e p o­ b r a n ia p r ó b k i l o c a l i t y o f s a m p lin g p-rnr^ntowa z a w a r to ś ć f r a k c j i m ec h a n ic z n y c h i 'T c o n t e n t o f m e c h a n ic a l f r a c t i o n s in d ia _ ■V mm Ogółem - T o t a l % > 1 ,0 i m 1 , 0 -0 , 5 0 , 5 -0 , 2 5 0 , 2 5 -0 , 1 0 , 1 -0 ,C 5 0 , 0 5 -0 , -0 2 0 , 0 2 -0 ,-0 -0 5 0 , 0 0 5 -0 ,-0 -0 2 < 0 , 0 0 2 1 - 0 , 1 0 , 1 -0 ,-0 2 ^ 0 , 0 2 Z w ie t r z e li r .y w ^ .d o n i t r - o e ic r ? . çà o w y ca - '.Vo a t h e r e d m a t e r i a l s o f T e r t ia r y l i m e s t o n e s S uchow ola n r 18 J a b łc n ic a n r 4 70 - 8 5 30 - 40 50 - 60 0 , 2 0 , 9 1 2 ,4 2 ,2 4 4 ,2 7 5 ,0 7 1 0 ,5 3 2 9 ,1 0 2 5 ,1 5 2 7 ,6 3 3 5 ,1 2 2 8 ,5 6 7 ,8 0 0 , 2 7 4 ,7 0 9 ,7 0 8 , 7 7 5 ,1 2 1 3 ,9 0 9 ,0 5 9 ,4 5 6 ,1 5 4 ,0 5 7 ,6 0 2 2 ,0 5 9 ,3 7 1 4 ,3 5 4 0 ,4 0 6 8 ,4 9 5 8 ,7 3 1 7 ,5 0 9 ,0 4 9 ,8 2 4 2 ,1 0 2 2 ,4 7 3 1 ,4 0

Z w ie t r z e li n y wipit- n i j u r a j s k i c h - W eath ered m a t e r i a l s o f J u r a s s i c l i m e s t o n e s

I ł ż a nr 19 1 00 - 110 0 ,1 1 ,1 8 6 ,1 6 3 0 ,7 0 9 ,5 3 4 ,2 2 1 4 ,3 3 9 ,5 0 2 4 ,3 8 3 8 ,0 4 1 3 ,7 5 4 8 ,2 1 L eśn a Góra n r 14 125 - 1 40 150 - 165 3 , 1 1 3 ,0 6 ,6 7 2 ,5 0 2 0 ,8 1 1 2 ,7 6 3 5 ,5 7 2 1 ,5 0 1 1 ,3 0 1 1 ,1 8 6 , 6 0 7 , 2 3 4 ,9 5 1 7 ,4 5 2 ,2 3 2 ,1 5 1 1 ,8 7 ‘ 2 5 ,2 3 6 3 ,0 5 3 6 ,7 6 1 7 ,9 0 1 8 ,4 1 1 9 ,0 5 4 4 ,8 3 T o k a rn ia n r 7 45 - 55 1 4 ,6 4 ,0 6 8 , 6 1 2 9 ,2 1 1 2 ,8 5 9 ,0 7 1 2 ,2 5 3 , 4 0 1 5 ,5 5 4 1 ,8 8 2 1 ,9 2 3 6 ,2 0 Z w ie t r z c li n y w a p ie n i d ew o ń sk ic h - V .oathered m a t e r i a l s o f D ev o n ia n li m e s t o n e s Górno n r 9a w y p e łn ie n ie k rasow e k a r e t f iD .l i 0 , 0 i 0 ,0 4 0 , 1 9 1 6 ,0 5 1 2 ,8 3 8 , 0 2 1 9 ,9 7 8 , 9 5 3 3 ,9 5 1 6 ,2 8 2 0 ,8 5 6 2 ,8 5 Górno nr 9b l e j k rasow y k a r s t f u n n e l 0 , 8 2 ,1 7 9 , 7 3 1 9 ,5 8 4 ,5 3 6 , 2 7 1 6 ,9 2 1 3 ,3 5 2 7 ,4 5 3 1 ,4 5 1 0 ,2 0 5 7 ,7 2 K a d z ie ln ia

n r 21 3zсze lina krasowa

karst crack 0 , 0 0 ,0 3 0 , 0 9 2 0 ,2 3 1 0 ,2 0 1 4 ,6 5 1 4 ,4 1 7 ,4 4 3 2 ,9 5 2 0 ,3 5 2 4 ,8 5 5 4 ,8 0 Czerwona Góra n r 12 s z c z e l i n a krasow a k a r e t c r a c k 0 , 4 3 ,6 1 1 6 ,2 6 2 2 ,3 8 2 ,3 3 1 5 ,2 0 1 1 ,8 2 1 0 ,2 8 1 8 ,1 2 4 2 ,2 5 1 7 ,5 3 4 0 ,2 2 B o le c h o w ic e n r 10 100 - 120 0 , 1 1 ,0 7 7 ,2 2 1 4 ,1 9 4 ,1 0 7 ,4 8 2 0 ,5 7 1 4 ,8 7 3 0 ,5 0 2 2 ,4 8 1 1 ,5 8 6 5 ,9 4 !. K o n e c k a -B e tl e y

Gleby reliktow e ze' skał w ęglanow ych _{5 5}

macji geologicznych zawierają różną zawartość części koloidalnych. Naj­ więcej frakcji ilastych zawierają zwietrzeliny wapieni dewońskich, czyli w większości zw ietrzeliny typu terra rossa. W ystępujące ilości frakcji piasku i pyłu są związane z domieszkami materiału allochtonicznego. Naj­ m niejsza ich ilość w ystępuje również w zwietrzelinach typu terra rossa. Odczyn w szystkich zwietrzelin, niezależnie od wieku i rodzaju skały, waha się w granicach od 6,1 do 6,7 ,tab. 2), co jest najprawdopodobniej związane z procesem rekarbonatyzacji, która przejawia się w niektórych przypadkach większą zawartością CaC03.

Poniżej zestawiono procentową zawartość CaC03 w wapieniach, z któ­ rych powstały zwietrzeliny, i w samych zwietrzelinach:

Na szybkość usuwania węglanów ze skały wapiennej, poza innym i czynnikami, w pływ a w dużej mierze zawartość węglanu aktywnego, któ­ ra kształtuje się- następująco: wapienie trzeciorzędowe m uszlowe — Г)— 7°/o, litotamniowe — 18°/o, wapienie jurajskie około 17%, dewońskie 7— 8%. Przemiany wapieni dewońskich są więc najpowolniejsze w po­ równaniu z pozostałymi.

W ystępowanie, głównie w zwietrzelinach typu terra fusca, pewnych ilości węgla organicznego, większych niż w warstwach nadległych, można tłum aczyć tym, że zw ietrzeliny te były kiedyś glebami występującym i na powierzchni. Stwierdzenie to dotyczy tylko zwietrzelin występujących pod pokrywą allochtoniczną, bowiem w materiale występującym na po­ wierzchni większa zawartość substancji organicznych związana jest z ak­ tualną roślinnością.

W pierwszej części pracy dyskutowano zagadnienie różnych form że­ laza jako kryterium pierwiastka diagnostycznego dla bliższej charaktery­ styki poszczególnych zwietrzelin. Dlatego też w zwietrzelinach oznaczo­ no żelazo metodą Tamma (tab. 3) jako formę najbardziej ruchliwą (,,swo­ bodną”), w skład której wchodzi żelazo w formie niekrystalicznych w o­ dorotlenków związane z bezpostaciową substancją organiczną. Metodą Jacksona oznaczono żelazo amorficzne z pewną ilością tego składnika, po­ chodzącego z form krystalicznych. Żelazo oznaczone metodą Pejw e i Rin- kisa (w stężeniach kwasowych) przyjęto jako całkowitą zawartość tego pierwiastka.

Dla badanych zwietrzelin wykonano także analizę rentgenograficzną, na podstawie której określono orientacyjnie form y krystaliczne wodoro­ tlenków żelaza, głównie getytu. Na podstawie badań frakcji ciężkiej, w y- separowanej w bromoformie, wśród m inerałów nieprzezroczystych stw ier­ dzono w ystępujący najliczniej m agnetyt, pojawiający się rzadziej ilm enit i sporadycznie występujący hematyt. Należy również pojdkreślić, że w zbadanych próbkach występują ostrokrawędziste brunatne fragm enty

zw ietrzelin y w a p ien i w a p ien ie trzeciorzęd ow e 0,00— 0,45 81—86 ju rajsk ie 0,00—4,64 75 d ew o ń sk ie 0,00— 0,55 86—93

5 6 K. K onecka-Betley

złożone z uwodnionych tlenków żelaza, zawierające być może substancję ilastą.

Chemiczna ruchliwość żelaza związana jest głównie z łatwością u tle­ niania się i redukowania związków żelaza, czyli szybkim przechodzeniem jonów Fe2+ w F e3+ i na odwrót. W wyniku wietrzenia wszystkich skał żelazo przechodzi w wodorotlenki, które są jego najtrwalszym związkiem występującym w glebach i zwietrzelinach. W zależności od stopnia uwod­ nienia nadają one powstałym zwietrzelinom barwę od żółtej, przez bru-

natnoochrową do czerwonej.

? a b e 1 a 2

Niektóre właściwości fizykochemiczne zwietrzelin Some physico-chemical properties of weathered materials M ie js c o w o ś ć i n r p r o f i l u M ie j s c e po­ b r a n ia p r ó b k i L o c a l i t y o f S a m p lin g pH Z av;^ rtość CaC03 Z a w a rto ść 0 R odzaj z w i e t r z e l i n y Kind o f w e a th e r e d L o c a l i t y and p r o f i l e N o. H20 KC1 Amount o f С aCO 3 Amount o f С % m a t e r i a l s Z w i e t r z e l i n y w a p ie n i t r z e c io r z ę d o w y c h W eath ered m a t e r i a l s o f T e r t ia r y li m e s t o n e s S u ch o w o la n r 18 70 - 8 5 7 , 3 6 , 6 0 , 4 5 0 , 4 3 T erra f u s c a J a b ło n ic a n r 4 30 - 40 7 , 4 6 , 8 0 , 0 0 0 ,1 6 ■ . a t e r i a ł m ie s z a n y ' m ixed m a t e r i a l 50 - 60 7 , 5 6 , 6 0 , 0 8 0 , 2 1 T erra f u s c a Z w i e t r z e l i n y w a p ie n i j u r a j s k i c h W eath ered m a t e r i a l s o f J u r a s s i c li m e s t o n e s I ł ż a n r 19 100 - 110 7 , 1 6 , 1 0 , 0 0 0 ,1 0 Terr:: f u s c a L eśn a Góra n r 14 1 25 - 140 7 , 5 6 , 8 0 , 1 3 0 ,2 8 a t e r i a ł m ie sz a n y m ix ed î û a t e r i a l 1 50 - 165 7 , 5 6 , 7 4 ,6 4 0 , 4 3 T erra f u s c a T o k a rn ia 45 - 55 7 , 5 6 , 9 0 , 9 7 0 , 1 7 T er ra f u s c a

Z w ie t r z e li n y w a p ie n i 'd ew o ń sk ich W eath ered m a t e r i a l s od D ev o n ia n li m e s t o n e s

Górno n r 9a w y p e łn ie n ie k rasow e k a r s t f i l i 7 , 5 6 , 7 0 , 0 0 0 , 0 4 T erra r o s s a Górno n r 9b l e j krasow y k a r s t f u n n e l 7 , 5 6 , 4 0 ,0 0 0 , 0 9 T erra f u s c a K a d z i e ln la n r 21 s z c z e l i n a k rasow a k a r a t c r a c k 7 , 4 6 , 7 0 ,5 5 0 ,1 6 T erra r o s s a C zer/rona Góra n r 12 s z c z e l i n a k rasow a k a r e t c r a c k 7 , 0 6 , 2 0 ,0 2 0 ,5 0 T erra r o s s a B o le c h o w ic e n r 10 1 00 - 120 7 , 4 6 , 5 0 , 0 7 0 , 3 1 T erra r o s s a

Badanie różnych form żelaza, zwłaszcza żelaza oznaczonego metodą Tamma i Jacksona, i stosunku tych dwóch form pozwala wnioskować o zaawansowaniu stopnia krystalizacji związków żelaza i, być może, o ich stopniu odwodnienia. Jak podaje Reuter, „stosunek żelaza” obliczamy na podstawie tych dwóch metod dla żelaza występującego w formie

krysta-Formy a m o r fic z n e i k r y s t a l i c z n e ż e l a z a •Amorphic and c r y s t a l l i c fo rm s o f ir o n T a b e l a 3 .M iejscow ość i nazwa z w i e t r z e ­ l i n y L o c a l it y and k in d o f w e a th e ­ red m a t e r i a l s M ie j s c e p obra­ n ia p r ó b k i L o c a l i t y o f sa m p lin g A n a liz a c h e m ic z n a : z a w a r to ś ć ż e l a z a w % C h e m ica l a n a l y s i s : FegOg ^ % G e ty t - a n a l i z a r e n t g e n o - g r a f i c z n a G o e t h it e X -r a y d i f - f r a o t i o n F r a k c ja c i ę ż k a : m in e r a ły n i e p r z e z r o c z y s t e w % H eavy f r a c t i o n s i opaque m in e r a ls i n % S to su n e k R e l a t i o n F e 2 ° 3 Taüma ■Ł0° Ż e la z o z w ią z a ­ ne Boun­ d ed i r o n

m etody - m eth od s _{Fe gO-j J a c k so n a}

Tamm J a c k s o n Pejw e i / a n d / R in k is Z w ie t r z e li n y w a p ie n i t r z e c io r z ę d o w y c h - W eath ered m a t e r i a l s o f T e r t ia r y l i m e s t o n e s Suchow ola t e r r a fu s c a J a b ło n ic a t e r r a f u s c a 7 0 -3 5 0 ,4 4 1 ,1 3 n . o . + 40% m a g n e ty t, i l m e n i t , h em a ty t 3 9 ,0 n . o . 5 0 -6 0 0 ,3 4 0 ,8 8 3 ,6 8 + 32% m a g n e t y t , i l m e n i t , h em a ty t 3 8 ,0 2 ,8 0 Z w ie t r z e li n y w a p ie n i j u r a j s k i c h - W eath ered m a t e r i a l s o f J u r a s s i c li m e s t o n e s I ł ż a t e r r a Гизса L eśna Góra t e r r a fu s c a T o k a rn ia t e r r a f u s c a 1 0 0 -1 1 0 0 , 2 3 1 , 0 3 3 ,2 5 ++ 2 056 m a g n e ty t, i l m e n i t , h em a ty t 2 2 ,0 2 ,2 2 1 5 0 -1 6 5 0 ,9 8 1 ,1 2 5 ,6 0 n i e w y k r y to /w y s t ę p u j ą g łó w n ie form y b e z p o s t a ­ c i o w e / n on d e t e c t e d /m a in ly anrorphus fo r m / 45% m a g n e ty t, i l m e n i t , h em a ty t 8 7 , 0 4 ,4 8 4 5 -5 5 0 ,1 8 0 , 9 6 3 ,3 0 n i e w y k r y to /w y s t ę p u j ą g łó w n ie form y b e z p o s t a ­ c i o w e / n on d e t e c t e d /m a in ly am orphus fo r m / 20% m a g n e ty t, i l m e n i t , h em a ty t 1 9 ,0 2 , 3 4 Z w i e t r z e l i n y w a p ie n i d ew o ń sk ich - W ea th ere d m a t e r i a l e o f D ev o n ia n l i m e s t o n e s ' Górno 9a - t e r r a r o s s a Ćórno 9b t e r r a fu s c a K a d z ie l n i a t e r r a r o s s a Czerwona Góra t e r r a r o s s a B o le c h o w ic e t e r r a r o s s a w y p e łn ie n ie krasow e k a r s t f i l l 0 , 8 3 1 ,2 0 8 , 0 6 ++ r y s . 1 - F i g . 1 100% m a g n e t y t , i l m e n i t » h e m a ty t, le - p id o k r o k it ,b y ć może m arkazyi 1 6 9 ,0 t 6 ,8 6 l e j krasow y k a r s t f u n n e l 0 , 6 0 0 ,8 9 1 ,7 6 + r y s . 1 - F i g . 1 100% m a g n e t y t , i l m e n i t , h em a ty t 6 7 ,0 0 , 8 7 s z c z e l i n a krasow a k a r s t cr a k 0 ,5 0 1 ,4 5 7 ,4 6 +++ r y s . 2 - F i g , 2 100% m a g n e t y t , i l m e n i t , h em a ty t 3 4 ,0 6 , 0 1 s z c z e l i n a k rasow a k a r s t cr a k 0 , 2 3 0 ,8 6 2 ,7 4 + r y s . 2 - F i g . 2 20% m a g n e t y t , i l m e n i t , h em a ty t 2 6 ,0 1 ,8 8 1 0 0 -1 2 0 0 ,4 0 1 ,0 8 6 ,0 4 +++ r y s . 2 - F i g . 2 28% m a g n e t y t , i l m e n i t , h em a ty t 3 7 ,0 4 ,9 6

- N a jm n iej g e t y t u The lo w e s t amount o f g o e t h i t e . +++ - N a j w ię c e j g e t y t u - The h i g h e s t ampunt o f ę o e t h i t ę

«- M agnetyt F e3 °4 I lm e n it F e ï i O .

СЛ

Hem atyt Fe^O^

G le b y r e li k to w e ze skał w ę g la n o w y c h

58 К- K onecka-Betley

licznej kształtuje się około 10, a dla form amorficznych tego składnika około 100.

Obliczony w badanych zwietrzelinach „stosunek żelaza” waha się w bardzo szerokich granicach od 19 do 87 (tab. 3). Najczęściej stosunek ten kształtuje się około 30, co wskazuje na występowanie żelaza w for­ mach krystalicznych w dużej mierze odwodnionych, czyli w formach znacznie zestarzałych. W niektórych przypadkach przy „stosunku żelaza” powyżej 50, żelazo w ystępuje w formie amorficznych wodorotlenków, co może świadczyć o odmłodzeniu zwietrzelin przez dopływ żelaza z aktual­ nie wietrzejących skał. Należy podkreślić, że w badanych zwietrzelinach największą rolę odgrywa obecnie klimat, głównie opady, prowadzące do uwodnienia żelaza powstałego w procesie aktualnie przebiegającego w ie­ trzenia. Następuje wspomniane poprzednio odmłodzenie starszych form krystalicznych, które mogą w odpowiednich warunkach ulec wtórnemu uwodnieniu. Wydaje się również, że pewnym kryterium wieku może być żelazo związane w krzemianach, które jest bardziej stabilne i mniej po­ datne na przemiany klimatyczne.

Na podstawie analizy rentgenograficznej prawie we w szystkich zw ie­ trzelinach stwierdzono występowanie getytu w ilościach największych w zwietrzelinach wapieni dewońskich, o niższym pH [16] na ogół w tych, w których występuje najwięcej żelaza całkowitego. W zwietrzelinach z Górna stwierdzono również niewielkie ilości lepidokrokitu. W dwóch przypadkach w zwietrzelinach wapieni jurajskich nie w ykryto getytu, w ystępują w nich natomiast bezpostaciowe wodorotlenki żelaza, co jest zjawiskiem najprawdopodobniej wtórnym.

W badaniach frakcji ciężkiej (tab. 4) stwierdzono, że wśród m inera­ łów nieprzezroczystych, mimo ich bardzo małej ilości, głównie w zw ie­ trzelinach terra rossa w ystępuje m agnetyt, ilm enit i hem atyt, a w nie­ licznych przypadkach lepidokrokit. We wszystkich próbkach, niezależnie od wieku wapieni, skład frakcji ciężkiej jest ubogi (zwłaszcza zwietrzelin terra rossa). W zwietrzelinie terra fusca na podkreślenie zasługuje obec­ ność granatu, cyrkonu i w nielicznych przypadkach rutylu.

W analizie rentgenograficznej stwierdzono również występowanie getytu, najliczniej w zwierztelinach wapieni dewońskich. W zw ietrzeli­ nach wapieni trzeciorzędowych getyt w ystępuje w m ałych ilościach, a w wapieniach jurajskich getytu nie w ykryto. Należy podkreślić, że ge­ ty t jest formą wodorotlenku Fe częściowo wtórną, związaną z warunka­ m i obecnego klimatu.

Skład mineralny poszczególnych zwietrzelin oznaczono dwoma m e­ todami: termiczną i rentgenograficzną (tab. 5 rys. 1 i 2). Mimo pewnych rozbieżności można ogólnie stwierdzić, że w zwietrzelinie terra rossa do­ m inującym minerałem jest kaolinit, a zwietrzelinie terra fusca — illit. W niektórych przypadkach występują również struktury mieszane illitu i m ontmorylonitu (np. Leśna Góra).

Я

58

R ys. 1. A n a liza ren tgen ograficzn a X -r a y difraction сл co G le b y r e li k to w e ze skał w ę g la n o w y c h

ЙЬ Górno (stary kamieniofom z dużego lejo krosow ego-old stonepit from

big kcrsf funnel )

9a Górno (8 m od powierzchni -8 m under the soi! surface )

T a b e l a 4 S k ła d m in e r a ln y f r a k c j i c i ę ż k i e j /% o b j . / - M in e r a l c o m p ie it io n o f h ea v y f r a c t i o n / i n v o l . M ie js c e p o b r a n ia p r ó b k i L o c a l i t y o f sam­ p l i n g Z a w a rto ść P r o c e n t M in e r a ły p r z e z r o c z y s t e T r a n s p a r e n t m in e r a ls M ie jsc o w o ść L o c a l it y c i ę ż k i c h w % wag. H eavy m i­ n e r a l s w e ig h t % łó w n i e ­ p r z e z r o ­ c z y s t y c h Opaque m in e r a ls i n % a m f i­ b o l a n a -t a z anda­ l u z y t c y r ­ kon d y s ­ t e n e p i -d o t g r a ­ n a t p i r o ­ k se n r u ­ t y l s t a u -r o l i t s y l i ­ m a n it turm a­ l i n t y t a ­ n i t N s 0 S uchow ola 7 0 -8 5 0 , 0 3 40 + - + 45 2 + 48 - + 5 + + " 0 48 52 J a b ło n ic a 50-60 0 , 1 5 32 + - - 14 - - 86 + - + - - - 0 86 14 I ł ż a 100-110 0 ,0 4 20 2 - - 40 25 - 2 - 30 1 - - - 2 2 96 L eśna Góra 1 5 0 -1 6 5 0,02 45 1 - + 35 1 + 62 - - - - 1 - 1 62 37 T o k a rn ia 4 5 -5 5 0 ,0 9 20 - - 60 2 - 9 18 5 - 6 - 0 9 91 Górno 9a wype ł n i e - n ie k r a ­ sowe k a r s t f i l i 0 , 4 1 100 - - - - - - - - - - - -Górno 9b l e j krasow y k a r s t f u n n e l 0 , 1 3 100 - - - - - - - - - - - - - - - -K a d z i e ln ie s z c z e l i n a krasow a k a r s t c r a c k 0 , 3 3 100 - - - - - - - - - - - - -Czerwona Góra s z c z e l i n a krasow a k a r s t c r a c k 0 ,0 9 20 10 - - 4 2 - 8 3 - + 1 + + - 10 83 7 B o le c h o w i-ce 100-120 0,02 23 + - - 35 - - 35 + 18 - - 12 - 0 35 65

N - m in e r a ły p r z e z r o c z y s t e n ie t r w a ł e na n i s z c z e n i e m e o h a n icz n e i c h em iczn e* a m f ib o l i p ir o k s e n t r a n s p a r e n t m in o r a i s , n o t r e s i s t a n t t o m e c h a n ic a l and c h e m ic a l d e s t r u c t i o n

S - m in e r a ły p r z e z r o c z y s t e ś r e d n io t r w a łe na n i s z c z e n i e m ech a n ic zn e i c h e m ic z n e : e p i d o t , g r a n a t , s y l i m a n i t t r a n s p a r e n t m in e r a ls on an a v e r a g e r e s i s t a n t t o m e c h a n ic a l and c h e m ic a l d e s t r u c t i o n

0 - m in e r a ły p r z e z r o c z y s t e tr w a łe na n i s z c z e n i e m ech a n ic zn e i c h e m ic z n e : c y r k o n , r u t y l , t u r m a lin , d y s t e n , s t a u r o l i /w e d łu g L .B .R u c h in a / t r a n s p a r e n t m in e r a ls r e s i s t a n t t o m e c h a n ic a l and c h e m ic a l d e s t r u c t i o n / a f f t e r L .B .R u c h in / К . K o n e c k a -B e tl e y

l a b e l s 5 A n a liz a t e r m i c z n a , r e n t g e n o g r a f i c z n a i m ik r o m o r fo lo g ic z n a z w i e t r z e l i n D i f f e r e n t i a l th e r m a l a n a l y s i s , X -r a y and m ic r o m o r p h o lo c ic a l d e t e r m i n a t i o n o f w e a th e r e d m a te r ia ls Nazwa, n r p r o f i l u , f o r ­ m acja g e o l o g ic z n a L o c a l i t y , p r o f i l e N o. and g e o l o g i c a l p e r io d

Mie j see po­ b r a n ia p ró b k i L o c a l it y o f s a m p lin g Nazwa z w ie ­ t r z e l i n y Kind o f w e a th e r e d m a t e r i a l s W yniki t e r m ic z n e j a n a l i z y r ó ż n ic o w e j R e s u l t o f DTA W yn ik i a n a l i z y r e n t g e n o g r a - f i c z n e j R e s u l t o f X -r a y d e t e r m i­ n a t io n S t r a t a wagowa L o ss by i n g n i t i o n % S tr u k tu r a plazm y Plasm a s t r u c t u r e 1 2 3 4 5 6 7 S uchow ola nr 10 t r z e c i o r z ę d T e r t ia r y p e r io d / r y 3 . 3 a / / F i g . З а / 7 0 - 85 t e r r a_{f u s c a} k a o l i n i t , i l l i t , w odoro­ t l e n k i ż e l a z a k a o l i n i t e , i l l i t e , ir o n h y d r o x id e s k a o l i n i t , m o n t m o r y lo n it , c h l o r y t , n i e w i e l k i e i l o ś c i g e t y t u k a o l i n i t e , m o n t m o r il lo n it e , c h l o r i t e , l i t t l e am onuts o f g o e t h i t e 1 0 ,7 -J a b ło n ic a n r 4 t r z e c i o r z ę d T e r t ia r y p e r io d / r y 3 , 3 b / / P i g . 3 b / 5 0 - 60 t e r r a_{fu s c a} i l l i t , ś la d y k a o l i n i t u , w o d o r o t le n k i ż e la z a i l l i t e , t r a c e s o f k a o l i ­ n i t e , ir o n h y d r o x id e s s t r u k t u r y m ie s z a n e , zapewne i l l i t , k a o l i n i t , m o n tm o ry lo - n i t / s ł a b y s t o p i e ń u p o r zą d k o ­ w a n ia s t r u k t u r y m in er a łó w i - l a s t y c h / , g e t y t m ix ed s t r u c t u r e s , p r o b a b ly i l l i t e , k a o l i n i t e , m ontm orilq l o n i t e / a weak d e g r e e o f s e t - l i n g i n o r d e r th e s t r u c t u r e o f c l a y e y m i n e r a l s / , g o e t h i t e 7 , 2 [ s k e l s e p i c , dobre w y s e - pa ro w a n ie plazm y s k e l s e p i c , a good s e p a ­ r a t i o n o f p lasm a I ł ż a n r 19 ju r a J u r a s s i c p e r io d / r y S ł 3 c / / F i g ^ c / 1 0 0 -1 1 0 t e r r a_{f u s c a} k a o l i n i t , i l l i t , montmo- r y l o n i t , g e t y t k a o l i n i t e , i l l i t e , m o n t- m o r i l l o n i t e , g o e t h i t e i l l i t , k a o l i n i t , c h l o r y t , m o n tm o r y lo n it, g e t y t i l l i t e , k a o l i n i t e , c h l o r i t e , m o n t m o r il lo n it e , g o e t h i t e 2 , 4 s k e l s e p i c , v o s e p i c , l a t t i s e p i c L eśna Góra n r 14 ju r a J u r a s s i o p e r io d / T y 3 t ^ / /F ig .* 3 d / 1 5 0 -1 6 0 t e r r a f u s c a i l l i t . k a o l i n i t , w odoro­ t l e n k i ż e l a z a i l l i t e , k a o l i n i t e , ir o n h y d r o x id e s s t r u k t u r y m ie sz a n e i l l i t ^ m o n t m o r y lo n it , k a o l i n i t m ix e d s t r u c t u r e s i l l i t e - m o n t - m o r i l l o n i t e , k a o l i n i t e 1 5 ,1 -T o k a r n ia n r 7 ju r a J u r a s s i c p e r io d / ту в ^ / / F i g i 3 e / 4 5 - 55 t e r r a_{f u s c a} i l l i t , drobne i l o ś c i k ao­ l i n i t u i m o n tr a o r y lo n itu , g e t y t i l l i t e , l i t t l e am ounts o f k a o l i n i t e and m o n tm o r illo n i t e , g o e t h i t e i l l i t , m o n tm o r y lo n it, k a o l i ­ n i t i l l i t e , m o n t m o r il lo n it e , k a o ­ l i n i t e 1 . . ... 5 ,8 -G le b y r e li k to w e ze ska ł w ę g la n o w y c h

c d . t a b e l i 5 1 2 3 4 5 6 7 Górno n r 9a dewon D e v o n ia n p e r io d / r y s 3 f / /F i g * . 3 f / w y p e łn ie n ie krasow e k a r s t f i l i t e r r a г э о з а k a o l i n i t , i l l i t k a o l i n i t e , i l l i t e k a o l i n i t , i l l i t , zn a c z n e i - l o ś c i g e t y t u k a o l i n i t e , i l l i t e , c o n s id e ­ r a b le am ounts o f g o e t h i t e 1 2 ,5 s ła b e " se k to r o w e " 'лгуs e ­ p a ro w a n ie p la zm y , s ł a ­ bo z a z n a c z o n a la m in a - c j a , l o k a l n i e v o a e p ic a weak s e p a r a t io n o f p la sm a , w ea k ly d e f i ­ n ed l a m i n a t i o n , l o c a l l y v o s e p ic Górno n r 9b dewon D ev o n ia n p e r io d / r y 3 ł 3 g / / F i g ! 3 g / l e j k rasow y k a r e t f u n n e l t e r r a f u s c a i l l i t , k a o l i n i t , w odoro­ t l e n k i ż e l a z a i l l i t e , k a o l i n i t e , ir o n h y d r o x id e s i l l i t , k a o l i n i t , g e t y t i l l i t e , k a o l i n i t e , g o e t h i t e 1 0 ,3 s k a l s e p i c , v o s e p ic K a d z i e ln ie n r 21 dewon D ev o n ia n p e r io d / r y 8 e 3 h / / F i g ! 3 h / l e j krasow y k a r s t f u n n e l t e r r a г о з в а k a o l i n i t , g e t y t , montmo- r y l o n i t k a o l i n i t e , g o e t h i t e , m ont- m o r i l l o r . i t e k a o l i n i t , g e t y t , p o d r zęd ­ n i e i l l i t k a o l i n i t e , g o e t h i t e , l e s s i l l i t e 1 3 ,9 " se k to r o w e" w y se p a ro ­ w a n ie p la zm y , c z ę ś c i ż e l a z i s t e w ykazują l a ­ m inae j ę s e c t o r i a l s e p a r a t io n o f p la s m a ,f e r r u g in e o u s p a r t i c l e s show a la m i­ n a t io n

C zerw ona Góra n r 12 dewon D ev o n ia n p e r io d / r y S e 3 i / / F i g . 3 i / 1 3 0 -1 4 0 t e r r a_{г о з а а} i l l i t , g e t y t i l l i t e , g o e t h i t e k a o l i n i t , p o d r z ę d n ie i l l i t / p a k i e t y m i e s z a n e / , g e t y t k a o l i n i t э , l e s s i l l i t e /m ix e d s t r u c t u r e s / , g o e t h i t e 5 ,2 -B o le c h o w ic e nr 10 dewon D ev o n ia n p e r io d д . у з o j / / F i g ! 3 j 10 0 -2 20 t e r r a rooaa k a o l i n i t , g e t y t , m ałe i - l o ś c i i l l i t u i n o n tm o ry - l o n i t u k a o l i n i t e , goe t h i t e , l i t t l e am ou nts o f i l l i t e and m o n t r a o r illo n it e k a o l i n i t , g e t y t k a o l i n i t e , g o e th ite * 1 1 ,2

-R ys. 2. A n aliza rentgeriograficzna X -r a y d ifraętion _co G le b y r e li k to w e ze skał w ę g la n o w y c h

Ä> 16 o Suchowolo 70-85 cm

V

\

/ р

'

N

story komieniotom-old stonepit

1Q0--110 с 7) 500 ТВ 1000°C 0 14 Les na Góra 150-160 cm 7 Tokarnio 45-55 cm 500 1000% О 1000% О W 1000% K o n e c k a -B e tl e y

Po Górno 9b Górno kjmieniofom-stcnepif stary komicniofom-old stonepit óm od powierzchni- d m under the soil surface próbko z dużego leja-somple from a big funnel f Pj1 Hodzielnio i \

\

°N

/ T v /

N

\

R ys. 3. A n aliza term iczna zw ietrzelin D ifferen tia l th erm al an alyses o f w ea th ered -m aterials

6 6 K. K onecka-Betley

o tym, że woda w ystępuje tu nie tylko jako zaadscrbowana i m iędzypa- kietowa, ale również związana w wodorotlenkach żelaza. W ielkość straty wagowej świadczy w pewnym stopniu o występowaniu żelaza w postaci wodorotlenków, co znajduje potwierdzenie w bardzo dużym „stosunku żelaza”.

Dla kilku zwietrzelin przeprowadzono również badania mikromorfolo- giczne (tab. 5, rys. 3). Płytki cienkie wykonano metodą Kubieny i A lte- m üllera wT modyfikacji Bogdy i Kowalińskiego: trzy analizy dla terra fusca: z wapienia trzeciorzędowego — Jabłonica, wapienia jurajskiego — Iłża i wapienia dewońskiego — Górno 9b. Dla terra rossa wykonano ana­ lizy ze zwietrzelin wapieni dewońskich — Górno 9a i Kadzielnia. Szersze opracowanie mikromorfologiczne zwietrzelin będzie przedmiotem oddziel­ nej pracy; w niniejszym opracowaniu, obejmującym tylko 5 szlifów, nie można jednoznacznie scharakteryzować ich właściwości. Z analizy szli­ fów wynika, że zwietrzelina terra fusca charakteryzuje się większą ilością części szkieletow ych i żółtobrunatną barwą plazmy, co świadczy o większej zawartości m inerałów ilastych i prawdopodobnie większej ilo­ ści wodorotlenków glinu. W zwietrzelinie tej w ystępuje plazma o strutu- rze skelsepic, w m niejszych znacznie ilościach plazma typu vosepic, a nie­ kiedy latisepic. Na ogół wyseparowanie plazmy jest dobre. W zw ietrzeli­ nie typu terra rossa stwierdzono bardzo małą ilość części szkieletowych, brunatnoczerwone lub czerwone zabarwienie plazmy, związane najpraw­ dopodobniej z zachodzącym w niej procesem rubifikacji. Na ogół plazmy w tej zwietrzelinie jest znacznie mniej w porównaniu ze zwietrzeliną t e r ­ ra fusca. W próbce z Górna występuje słabe wyseparowanie plazmy w formie „sektorowej” ze słabo zaznaczającą się laminacją. W próbce z Kadzielni sektorowe wyseparowanie plazmy jest bardziej zaznaczone; być może są to głównie wodorotlenki żelaza wykazujące laminację. W terra rossa występuje plazma o strukturze głównie insepic, rzadziej skelsepic. W płytkach cienkich tej zwietrzeliny występują liczne szcze­ linowe spękania; trudno stwierdzić, czy są one pierwotne, czy wtórne. Niektóre z nich bywają czasem wysłane różnym materiałem, czasem orga­ nicznym, czasem plazmą, co świadczyłoby o ich pierwotnej genezie, czyli powiązaniu z wielokrotnym i okresami suszy i nawilżania. Spękania te wydają się być typowe dla materiału ciężkiego, co stwierdza również

S m o l i k o v a w szlifach gleb kopalnych [17].

PO D SU M O W A N IE W YNIK Ó W

Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że istnieją pewne różnice i podobieństwa badanych dwóch typów zwietrzelin.

1. Zwietrzeliny wapieni trzeciorzędowych, jurajskich i dewońskich za­ wierają różne ilości frakcji koloidalnej. Zależy to najprawdopodbniej od typu petrograficznego skały wapiennej, a być może i od klimatu, w któ­ rym skała ulegała wietrzeniu. Najwięcej frakcji koloidalnej zawierają

Gleby reliktowe ze skał w ęglanow ych _{6 7}

zw ietrzeliny wapieni dewońskich, a najmniej zw ietrzeliny wapieni trze­ ciorzędowych. W ystępowanie zw ietrzeliny zarówno terra rossa i terra fusca stwierdzono na wapieniach dewońskich. Na podstawie tych dwóch próbek można stwierdzić, że zawartość części koloidalnych jest większa w terra rossa w porównaniu z wytworzoną z tej samej skały terra fusca, co świadczy o innych warunkach klim atycznych w okresie ich wietrzenia.

2. W zwietrzelinach terra fusca stwierdzono większą zawartość w ęgla organicznego, co może sugerować, że zw ietrzeliny te były glebami.

3. Żelaza całkowitego w ystępuje najwięcej w zwietrzelinach terra rossa.

4. Obliczony „stosunek żelaza” wynosi w zwietrzelinach terra rossa około 30, a w terra fusca dochodzi nawet do 80. Stosunek ten jest mo­ dyfikowany w pływ em klim atu współczesnego.

5. Wśród minerałów nieprzezroczystych frakcji ciężkiej zw ietrzeliny głównie typu terra rossa stwierdzono występowanie m agnetytu, ilm enitu i hematytu.

6. W zwietrzelinie typu terra rossa z wapieni dewońskich stwierdzo­ no występowanie większych ilości getytu w porównaniu z terra fusca.

7. Przeważającym m inerałem ilastym w zwietrzelinie terra rossa jest kaolinit, w zwietrzelinie terra fusca — illit.

8. Badania mikromorfologiczne wykazują, że zwietrzelina terra fusca odznacza się większą ilością części szkieletowych, żółtobrunatną barwą plazmy. W ystępuje tu struktura plazmy typu skelsepic, a w m niejszych ilościach vosepic, niekiedy latisepic. W yseparowanie plazmy dobre.

9. Terra rossa odznacza się bardzo małą ilością szkieletu, barwą plaz­ my i wodorotlenków żelaza czerwoną lub brązowoczerwoną. W ystępuje tu słabe wyseparowanie plazmy, a jej struktura jest typu insepic, rzadziej skelsepic.

10. W obu przypadkach — w terra rossa silniej zaznaczone — w ystę­ pują spękania, które mogą być różnego pochodzenia: pierwotne lub w tór­ ne. Są one typowe dla materiału ciężkiego, ulegającego w pewnym okre­ sie szybkiem u w ysychaniu i nawilżaniu.

11. Podsumowując w szystkie przeprowadzone badania można stw ier­ dzić, że terra rossa powstała w klim acie tropikalnym i subtropikalnym w trzeciorzędzie, a być może i wcześniej pod w pływ em procesu rubifikacji i uległa zniszczeniu zachowując się tylko w szczelinach krasowych. Zba­ dana terra fusca prawdopodobnie jest zwietrzeliną młodszą, powstałą w interglacjałach pod w pływ em klim atu umiarkowanego. Obecnie oba typy zwietrzelin należy traktować jako zw ietrzeliny reliktowe, które w 'naszym klim acie występują sporadycznie i z których u nas nie w y ­ tw orzyły się gleby.

L IT E R A T U R A

[1] G u r y M. , D u c h a u f o u r P.: R ela tio n s entre les form ation s su p erficielles et la p ed o g en ese sur su b tratu m calcaire. Sei. du Sol 1, 1972.

6 8 K. K onecka-Betley

12] L a m o u r o u x M.: E tat et com portem ent du fer dans les sols form es sur rcches carbonatees au Liban. Scien ce du Sol 1, 1972.

131 M a r k o w i c z - Ł o h i n o w i с z М.: Próba ocen y in ten sy w n o ści korozji k ra so ­ w ej w czw artorzęd zie na obszarze Jury C zęstoch ow sk iej. S p elologia IV, 1, W ar­ szaw a 1969.

14] M a r k o w i e z- Ł o h i n o w i c z М.: P rocesy w sp ółczesn ej k orozji krasow ej m a ­ sy w u w a p ien n eg o Jury C zęstoch ow sk iej. S p elo lo g ia III, 2, W arszaw a 1968. [5] M o s s о с z у Z.: O dkrycie m iejsc w y stęp o w a n ia kości k ręg o w có w k opalnych

w okolicy K łobucka. Przegląd G eol. 7, 1959, 3.

[6] M o s s о с z у Z.: Z agad n ien ie w iek u ja sk in i północnej części Jury K rak ow sk o- -C zęstoch ow sk iej. S p elologia, 1, 1959, 4.

[7] M ü c k e n h a u s e n E.: The fo ssil soils (paleosols) of cen tral Europe. A n ales de E dafologia у A grob iologia 32, 1— 2, M adrid 1973.

[8] M ü c k e n h a u s e n E.: D ie E n tw ick lu n g der B öden au f den sa a leeisze itlich en A b lageru n gen N o rd w estd eu tsch lan d . Soom en M a a ta lo u stieellisen seuran J u l- k aisu ja, 123, A cta A gralla Fennica, 1971.

[9] P e d r o G.: Les sols d évelop p es sur roches calcaires. N ature, o rig in a litee et cadre gen eral de leur ex o lu tio n a la su rface du glebe. S c ie n c e du S ol 1, 1972. [10] P o ż a r y s k i W.: O dw apnione u tw ory k red ow e na p ó łn o cn o -w sch o d n im o b rze­ żeniu Gór Ś w ięto k rzy sk ich . B iul. P ań stw . Inst. G eologicznego nr 75, W arsza­ w a 1951.

[11] R ó ż y c k i S.: P rzyczyn k i do znajom ości krasu P olski. I. K ras O poczyński. Przegląd Geol. 20, 1947.

[12] R ó ż y c k i S.: P rzy czy n k i do zn ajom ości k rasu P olsk i. II. „Z apadłe D o ły ” w e w sch od n iej części la só w starach ow ick ich . P rzegląd Geogr. 22, 1950.

[13] R ó ż y c k i S.: P leisto cen P o lsk i środkow ej. PW N, W arszaw a 1972.

[14] S c h w e r t m a n n U.: Zur G oethit und H äm atitb ild u n g aus am orphen E isen (III) — hyd roxid . II. M itteilu n g. Z eitsch rift für P flan zen ernäh ru n g, D üngung, B od en k u n d e 108, 1965, 1.

[15] S c h w e r t m a n n U., L e n t z e W.: B od en farb e und E isen oxid form . Z e it­ sch rift für P flan zen ernäh ru n g, D üngung, B odenkunde 115, 1966, 3.

[16] S c h w e r t m a n n U., F i s c h e r W. R.: Zur B ild u n g von — FeOO H und — F e20 3 aus am orphen E isen (III) — h yd roxid . III. Z eitsch rift fü r A n organ isch e und A llg em ein e C hem ie 346, 1966, 3—4.

[17] S m o 1 i к о V a L.: G en esis of soil typ es in the lo ess series of C zech o slo v a ­ kia. A cta U n iv ersita tis C arolinae, G eograp h ie 2, Praha 1972.

К . К О Н Е Ц К А - Б Е Т Л Е Й РЕЛ И К Т О В Ы Е ПО ЧВЫ О Б Р А ЗО В А Н Н Ы Е И З К А Р Б О Н А Т Н Ы Х ГО РН Ы Х ПОРОД Н А Т ЕРРИ Т О РИ И С В Е Н Т О К Ш И С К И Х ГОР И И Х О К Р А И Н И нститут почвоведения и агрохимии, С ельск охозяй ствен н ая академ ия в В арш аве Р е з ю м е И сследовано вы ветрелости и реликтовы е почвы образованны е из к ар бон ат­ ны х горны х пород на территории С вентокш иски х Гор. В озн и к н овен и е эти х вы ­ ветрелостей и р еликтовы х почв является чрезвы чайно слож ны м вопросом вв и ­ д у многообразия ф ак торов дей ств ую щ и х одноврем енно либо поочередно. Г ео­ хи м и ч еск и е превращ ения, каким подвергаю тся изв естн як и р азл и ч н ы х геоло­ ги ч еск и х форм аций, находятся в зависим ости от клим атически х изм енений и

Gleby reliktow e ze skał w ęglanow ych 69 от типа (вида) породы. С точки зрени я генезиса почв эти вы ветрелости и поч­ вы, которы е м ож но назвать полициклическим и, а одноврем енно п оли ген ети чес- кими. О бсуж даем ы е вы ветрелости появляю тся на п ов ерхности карбонатны х пород или под покровом аллохтонн ого материала. В первом сл уч ае это реликтовы е вы ветрелости на вторичном м есторож ден и и , заполняю щ и е расселины и карсто­ вы е воронки; во втором — ископаем ы е вы ветрелости залегаю щ и е in situ в м ень­ ш ей степени п одв ер ж ен н ы е действию эрозии. На основании литературны х с в е ­ дений и собственны х и сследован ий вы делено 2 типа вы ветрелостей: вы ветре- лость te r r a ro ssa к расновато-бурового цвета и вы ветрелость te r ra fu sca б у р о ­ охрового цвета. В обр азц ах вы ветрелостей бы ли проведены основны е ф и зи к о -х и м и ч еск и е анализы , терм ический д и ф ф ер ен ц и ал ьн ы й анализ, рен тген ограф и ческ и й а н а­ лиз, а в некоторы х образц ах свер х того и м икром орф ологи ческие анализы . П о ­ лученны е результаты предоставляю т возм ож н ость предварительно о х ар ак т ер и ­ зовать эти два вида вы ветрелостей. В ы ветрелость te r r a rossa образовалась главным образом из дев он ск и х известняков. Ей свойственно больш ое к ол и ч ес­ тво к оллои дн ы х вещ еств, вы сокое сод ер ж а н и е общ его и свободного ж е л е за и слабо кислая реакция. Терм ическим и рен тген ограф и ческ и м анализом вы явл е­ но наличие каолинита, м еньш е — иллита, а иногда зн ач ительное количество монтмориллонита и гетита, быть м ож ет т а к ж е гидрогетита, а в неск оль к и х сл уч ая х лепидокроита. Во ф р ак ц и и т я ж ел ы х минералов обн ар уж ен о до 1% гематита. М икром орф ологи чееские и сследован ия указы ваю т на довольно сл а ­ бую обособляем ость плазм ы — в главном вы ступаю т здесь ам орф ны е гидрокиси ж ел еза . Н есмотря на слабое и золиров ание плазмы в некоторы х сл уч ая х у д а ­ лось определить ее стр ук тур у перим ущ ественно типа in sep ic а локально vos epic. В ы ветрелости te r ra fusca, образов авш иеся из третичны х и ю рски х и зв естн я ­ ков отличаю тся наличием знач ительно м еньш их количеств коллоидны х ч а с­ тиц, а т а к ж е меньш им количеством свободного и общ его ж ел еза . П оявляю тся в них т о ж е некоторы е количества карбоната кальция и органического угля. Данны е терм ического и рентген ограф ическ ого анализа о бн ар уж и л и в главном иллит и см еш анны е структуры иллит/монтмориллон.нит. К аолинит появлялся в меньш их количествах. В вы ветрелостях не в езд е был обн а р у ж ен гетит, если он и появляется, то лиш ь в ничтож ном количестве. Т яж ел ы е минералы н а х о ­ дятся зд есь в более круп н ы х кол и ч ествах н еж ел и в te r r a rossa а и х состав д о ­ казы вает наличие прим еси четвертичны х пород. В te r r a fu sca констатирована хорош ая изолированность плазмы sk elsep ic в меньш их коли чествах vosep ic и la ttisep ic. Н а основании пол уч ен н ы х результатов нельзя вполне точно вы делить и п е­ речислить неоспоримо диагностические п ок азател и н азванны х д в у х типов вы­ ветрелостей ввиду соврем енны х и х преобразований. О днако и сходя из учета некоторы х особенностей м ож но прийти к выводу, что te r ra ro ssa образовалась в третичном п ери оде или раньш е и была п одв ер ж ен а п роцессу р уси ф и к ац и и . T e r r a fu sca образовалась в м еж л едн и к ов ой эп охе в ины х усл ови я х влаж ности. С ледует подчерк нуть, что сущ ествует генети ческая связь м еж д у возн и к н ов ен и ­ ем и ф орм ировани ем вы ветрелостей и почв te r ra rossa и te r ra fusca.