R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T O M L IV N R 4 W A R S Z A W A 2 0 0 3 : 4 5 - 1 2 ZB IG N IEW ZA G Ó RSK I
M IN E R A Ł Y PIE R W O T N E JAK O W S K A Ź N IK I
P R O C E SÓ W LITO- I P E D O G E N E Z Y W G L E B A C H
N IE C A Ł K O W IT Y C H W Y T W O R Z O N Y C H
Z O S A D Ó W G L A C JA L N Y C H Z L O D O W A C E N IA
W A R T Y
PRIMARY MINERALS AS INDICATORS OF LITHO-AND
PEDOGENETIC PROCESSES IN NON-UNIFORM SOILS
DEVELOPED FROM GLACIAL DEPOSITS
OF THE W ARTANIAN GLACIATION
K atedra Nauk o Środow isku G lebow ym , Zakład G leboznastw a, SGGW w W arszaw ie
A b str a c t: T he research was focused on soils developed from glacial deposits, occurring in N E P oland (B iałow ieża Forest). T he schem atic soil profile is A - B b r - I I ( A ) g ( p ) - I I I B t ( r e ) - I V B t ( r e ) - V C ca. T he aim o f the research w as determ ining the qualitative and quantitative features o f prim ary m inerals w ithin the soil substrate. T he m ineralogical investigations included a qualitative and quantitative m ineralogical-petrographic analysis applying optic m icroscopy and analysis o f quartz grain surface in SEM . T he analysed soils have a variable m ineral and pétrographie content o f the soil substrate. In horizons A and B br as w ell as in the relict horizon IIIB br(re) chem ically w eathered (sericitised) potassium feldspars also occur. In horizon II(A)g(/?) num erous qon-w eathered plagio- clases and singular large biotite, m uscovite and am phibole grains occur. W ithin the 0 .1 -0 .0 2 m m fractions the variable content o f heavy m inerals w ith a different resistance to erosion is ch arac teristic. SE M -analysed quartz grains reveal various egzoscopic features in the p articular genetic horizons. T he obtained results point to the litho- and pedogenetic incom pleteness w ithin the soil profiles. T his confirm s the results o f previous m acroscopic, m icrom orphological and sedim entolo- gical analyses and allow s the determ ination o f soil origin in N E Poland.
Słow a klu c zo w e : m inerały pierw otne, gleby niecałkow ite, osady glacjalne. K ey w o rd s: prim ary m inerals, non-uniform soils, glacial deposits.
4 6 Z. Z a g ó rski
WSTĘP
Skład m ineralny substratu glebowego jest bardzo ważnym elem entem charaktery styki gleby. W przypadkach gleb wykazujących niejednorodność profilu glebow ego stanowi on w ażną wskazów kę pozw alającą na praw idłow ą interpretację ich w łaści wości oraz ustalenie genezy. Dotyczy to szczególnie w iększości gleb w ytw orzonych z osadów glacjalnych zlodow acenia warty na terenie środkowej i wschodniej Polski [D obrzański i in. 1977]. W ażną cechą m orfologiczną tych gleb jest znaczne zróżni cow anie granulom etryczne będące przede w szystkim wynikiem zm ienności litologi cznej osadów [Zagórski 1996]. W ielu gleboznaw ców zw raca rów nież uw agę na m ożliw ość przebudow y substratu glebow ego tych gleb pod wpływem daw nych i w spółczesnych procesów glebotw órczych i glebowych: brunatnienia, płow ienia lub oglejenia [K onecka 1979; Baraniecka, Konecka 1993; M anikow ska 1997].
Jednym z ważnych elem entów badań składu m ineralnego gleb jest charaktery styka m inerałów pierw otnych stanow iących tw orzyw o glebowe. W ykorzystując m e tody obserw acji m ikroskopow ych (optyczne i skaningow e) m ożna określić w iele specyficznych cech tych m inerałów w skazujących nie tylko na ich litogeniczne pochodzenie, ale także na różnorodne oddziaływ anie środow iska glebow ego. W Polsce na potrzeby gleboznaw stw a była stosow ana analiza m inerałów ciężkich oraz badaniaegzoskopow e kwarcu [Konecka, M ajsterkiew icz 1973; B rogow ski i in. 1978; K ow alkow ski 1988; Zagórski 2001a, 2003].
C elem niniejszej pracy było określenie jakościow ych i ilościowych cech m inera łów pierw otnych stanow iących substrat glebowy gleb niecałkow itych w ytw orzonych z osadów glacjalnych zlodow acenia warty w północno-w schodniej Polsce na przykła dzie gleb z terenu Białow ieskiego Parku Narodowego. Uzyskane wyniki badań m ineralogicznych, skonfrontow ane z wynikami w cześniejszych badań pozw oliły na w yciągnięcie wniosków dotyczących genezy i typologii tych skom plikow anych m or fologicznie gleb.
MATERIAŁ I METODY
Przedm iotem badań były gleby z terenu Puszczy Białowieskiej o specyficznej budow ie, polegającej na wyraźnej niejednorodności składu granulom etrycznego w obrębie profili. Na podstaw ie wcześniejszych badań m ikrom orfologicznych, granu- lo m etryczno-sedy m en to logicznych oraz fizyko-chem icznych ustalono schem at zm ienności litologicznej i pedogenicznej w badanych glebach [Zagórski 1995, 1996, 2003] przedstaw iony na rysunku 1.
B adania m ineralogiczne przeprow adzono w zakresie:
• analizy m ineralogiczno-petrograficznej we frakcji szkieletow ej (5,0-2 , 0 mm) i piasku średniego (0,5-0,25 mm);
• analizy pow ierzchni ziaren kwarcu w SEM we frakcji piasku średniego (0 ,5 - 0,25 mm);
• analizy stopnia zw ietrzenia m ikroszkieletu w szlifach cienkich;
• analizy składu m inerałów ciężkich we frakcji pyłu drobnego (0 ,06 -0 ,02 mm). M ateriał do badań pobierano z każdego poziom u genetycznego lub warstwy litologicznej. Separację m inerałów ciężkich i wykonanie preparatów proszkow ych
M in era ły p ierw o tn e ja k o w ska źn iki lito- i pedogenezy.- 4 7 'O 40 Litogeneza Lithogenesis P e d o g e n eza P e d o g e n e s is O -C o Q -E
JQ ® £ U zia m ien ie<1) Typ o s a d ó w
P o zio m y g e n e ty c z n e P r o c e sy g le b o w e Typ g le b y Wiek g le b y O' LJ
5 S o li textu re(1) se d im e n tsT yp e o f G en etic
h o rizo n s S oil p r o c e s s e s Type o f so il A g e o f s o il 0-20 P ia se k gliniasty V) I 1 1 £ С -о $ s A A kum ulacja próchnicy A cum ulation of h um us ’ 03 с * ö § w 4- CZ = с <u <D О о 20-40 Loamy sa n d Q_ (0 >л О *Е S 1 СЯ B b r (ca m b ic) P ro c e s b runatnienia Browning p ro c e ss e s n % (О о a> m 0 ° о î I
40-50 żwiryKam ienie, S to n e s, grav els Bruk peryglacjalny Periglacial p a v e m e n t H(A)g (P) O dgórne oglejenie P se u d o gley P eryglacjalna g leb a strukturalna Periglacial structural soil V is tu li a n 50-90 Glina lekka Light loam ^ r- ■t-* b cro i? c Z co ca n с га $ £ MIBt(re)1 {argilic) lluwiacja Mu Clay illuviation CD ^ £ о о ~ о jk: — £ COÖ 90-120 P iase k luźny z lam inam i ilastymi S a n d s with
clay lam inas îcja
ln e z lo d o w a i ediments of th e G la c ia ti o n IVBt(re)2 wtórny S eco n d ary W tórna iluwiacja Hu S eco n d ary clay illuviation — 0) Ф ^ % ^> CO £ • Q- > <1> — Ш ? (U с 0 — го с 01 W a> E >120 Glina śred n ia Medium loam w o> _ >> .5 ^5 ro О ° VCca Skała m acierzysta P a re n t rock (0 CO .Q CO a> Ф — _J о С ^ — Ш 1) Klasyfikacja w edług PTG Classification according P S S
R Y S U N E K 1. Schem at zm ienności litogenicznej i pedogeniczncj w glebach niecałkow itych w ytw orzonych z osadów glacjalnych zlodow acenia w arty na terenie północno-w schodniej Polski [Zagórski 1995,1996, 2001, zm ienione 1
FIG U R E 1. L ithogenic and pedogenic variability in non-uniform soils developed from glacial deposits o f the W artanian G laciation in N E Poland [after Z agórski 1995, 1996, 2001, m odified]
przeprow adzono stosując rutynow e techniki analityczne. Szlify cienkie w ykonano m etodą Bogdy i K ow alińskiego [1966]. O bserw acje m ikroskopow e w ykonano przy użyciu m ikroskopu polaryzacyjnego Olym pus B X -41 (m ikroskop zakupiony w ra mach grantu w ew nętrznego SGGW Nr 50401260011). B adania SEM w ykonano na aparacie Jeol w Pracow ni M ikroskopii Elektronowej SGGW .
48 Z. Z a g ó rski
WYNIKI
B adane gleby charakteryzuje urozm aicony skład m ineralny i petrograficzny sub- stratu glebowego.
W e frakcjach szkieletow ych wszystkich poziom ów genetycznych przew ażają okruchy skalne (rys. 2). Są to przede w szystkim fragm enty skandynaw skich skał krystalicznych (ponad 75% ), wśród których dom inują różnego typu granitoidy. W m niejszości w ystępują czerw one porfiry oraz gnejsy i łupki krystaliczne. Ze skał osadow ych najliczniej reprezentow ane są piaskow ce kw arcytyczne, a tylko sporady cznie spotyka się krzem ienie i lidyty. W spągu profili w poziom ie C ca stw ierdzono w ystępow anie okruchów wapieni.
Poza okrucham i skał we frakcjach szkieletow ych w ystępują rów nież ziarna m ine rałów - przede wszyskim kwarcu. Dość liczne są skalenie potasow e (ortoklaz). Inne m inerały, takie jak: am fibole, biotyt, m uskowit, tlenki żelaza, spotykane są sporady cznie, jako pojedyncze ziarna. W poziom ie pow ierzchniow ym A m iejscam i w ystępuje rów nież w ęgiel drzewny.
Stopień obtoczenia okruchów skalnych jest przew ażnie średni,' przy czym w warstw ie kam ienisto-żw irow ej (poziom II(A )g(/?)) oraz w piaskach pow ierzchnio wych (poziom y A i Bbr) jest lepszy niż w poziom ach zbudow anych z glin. P ow ierz chnia w iększych otoczaków (>1 0 , 0 mm) jest gładka, jednak bez wyraźnego szlifu eolicznego. Na niektórych widać rysy, zadrapania czy odpryski będące śladam i oddziaływ ań m echanicznych.
W e frakcjach piaszczystych obejm ujących ziarna o średnicy od 1,0 do 0,1 mm dom inują ziarna m inerałów , natom iast okruchy skał spotykane są sporadycznie i to tylko w podfrakcji piasku grubego. Najczęściej są to okruchy skał m agm ow ych typu granitoidów i porfirów, czasam i kwarcytu. W śród m inerałów zdecydow anie przew a żają ziarna kwarcu (rys. 3).
Ziarna kwarcu o średnicy ok. 0,5 mm badane szczegółow o za pom ocą SEM w ykazują różne cechy m orfologiczne powierzchni (egzoskopow e) w poszczególnych poziom ach genetycznych.
W poziom ach pow ierzchniow ych A i B br w ytw orzonych z piasków pokryw ow ych w ystępują ziarna kwarcu o dość dobrym obtoczeniu, ale o zróżnicow anych cechach m orfologicznych pow ierzchni. W poziom ie A na podkreślenie zasługuje charaktery styczna, dość liczna obecność ziaren bardzo dobrze obtoczonych, z charakterystyczną m atow ą pow ierzchnią pokrytą licznymi rysami i wyłam aniam i (fot. 1,2). W poziom ie B br zw racają uw agę pojedyncze ziarna kanciaste, ze świeżym i, m uszlow ym i przeła- mam i (fot. 3, 4).
W poziom ie II(A )g(/?) obejm ującym warstwę kam ienisto-żw irow ą w ystępują sła bo obtoczone ziarna kwarcu, z których większość nosi ślady silnej destrukcji krio- m echanicznej. N a ich pow ierzchni w idoczne są głębokie szczeliny i pęknięcia prow adzące do pow staw ania drobno dyspersyjnych łuseczek kwarcu (fot. 5, 6).
W środkowej strefie profilu badanych gleb, w gliniastym poziom ie reliktow ym
U lBt(re), na pow ierzchni licznych ziaren kwarcu w idoczne są ślady korozji chem icz
nej w postaci wżer i wytrawicń powstałych na skutek selektyw nego rozpuszczania (fot. 7,8). W leżącym głębiej, iluwialnym poziom ie reliktow ym IV B t(/rX w ytw orzo
Fo t o g r a f i e
I
FO TO G R A FIA 1, 2. Z ia rn a k w arcu o z ró ż n ic o w a n e j g e n e z ie . Z ia rn o k w arcu b a rd z o d o b rz e o b to c z o n e z m a to w ą p o w ie rz c h n ią , N a p o w ię k s z e n iu liczne rysy i w y ła m a n ia p o w s ta łe w tra n s p o rc ie eo liczn y m . P o z io m A. P iask i p o k ryw ow e. O b ra z SEM .
P H O T O 1, 2. Q u a rtz g ra in s o f v a rio u s origin. V ery well ro u n d e d q u a rtz g rain with m a tte d su rfa c e . E n la rg e d a r e n u m e r o u s s c r a tc h e s a n d fra c tu re s o n s u r f a c e c a u s e d by e o lia n tra n sp o rt. H orizon A. S u p erficial s a n d s . S E M im a g e s .
F O T O G R A F IA 3 , 4 . Z ia r n a k w a r c u o z r ó ż n i c o w a n e j g e n e z i e . Z ia r n o k w a r c u k a n c i a s t e z w ielkoskalow ym i p rz e ła m a m i m u sz lo w y m i po w stały m i od n a c isk u m e c h a n ic z n e g o . P o z io m A. P iaski p o k ry w o w e . O b r a z S E M .
P H O T O 3 ,4 . Q u a rtz g ra in s of v a rio u s origin. A n g u la r q u a rtz g rain with la r g e -s c a le c o n c h o id a l b r e a k a g e c a u s e d by m e c h a n ic a l s tr e s s . H orizon A. S u p erficial s a n d s . S E M im a g e s .
II
Z
Za g ó r s k iF O TO G R A FIA 5, 6. Z ia rn a kw arcu z e śla d a m i korozji k rio m e c h a n ic z n e j. W p o w ię k sz e n iu g łę b o k ie r o z s a d z e n i a o r a z p o w s ta w a n ie d r o b o d y s p e r s y jn y c h ł u s e c z e k k w a rc u . P o z io m ll(A )g(p,h B ruk p ery g lacjaln y . O b ra z SEM .
P H O T O 5, 6. Q u a rtz g rain with tr a c e s of c ry o m e c h a n ic a l co rro s io n . E n la rg e d a r e d e e p sp littin g s a n d th e fo rm atio n of finely d is p e rs e d q u a rtz fla k e s. H orizon ll(A )g(p). P erig la cial p a v e m e n t. SE M im a g e s .
F O T O G R A F IA 7, 8. Z ia rn a k w a rc u z e śla d a m i korozji c h e m ic z n e j. W p o w ię k s z e n iu liczn e w ż e ry p o w s ta łe n a s k u te k s e le k ty w n e g o r o z p u s z c z a n ia . P o z io m IIIBtfreJ. G lina lo d o w c o w a z lo d o w a c e n ia w arty. O b ra z SEM .
P H O T O 7, 8. Q u a r tz g r a in s w ith tr a c e s o f c h e m ic a l c o rro s io n . E n la rg e d a r e n u m e r o u s e tc h in g s c a u s e d by s e le c tiv e d isso lu tio n . H orizon IIIBt(re). G lacial till o f th e W a rta n ia n G laciatio n . SE M im a g e s .
Fo t o g r a f i e
III
F O T O G R A F IA 9, 10. B ły s z c z ą c e i g ła d k ie z ia r n a k w a rc u z c h a r a k te r y s ty c z n y m i V -k sz ta łtn y m i n a c ię c ia m i p o w sta ły m i w w a r u n k a c h flu w ialn y ch . P o z io m IV B tfrej. P ia sk i flu w io g la c ja ln e . O b r a z SEM.
P H O T O 9, 10. P o lish e d sm o o th q u a rtz g ra in s with c h a ra c te ris tic V - s h a p e d in c isio n s fo rm e d in fluvial c o n d itio n s. H orizon IVBt(re). F luvioglacial s a n d s . S E M im a g e s .
F O TO G R A FIA 11, 12. Z ia rn a k w arcu o z ró ż n ic o w a n y c h c e c h a c h p o w ierzch n i. D uży u d z ia ł z ia re n k a n c ia s ty c h . C h a r a k t e r y s t y c z n e ś la d y o d d z ia ły w a ń m e c h a n ic z n y c h p o w s ta ły c h w t r a n s p o r c i e g lacjaln y m . P o z io m V C c a. G lina lo d o w c o w a z lo d o w a c e n ia w arty. O b ra z SEM .
P H O T O 11, 12. Q u a r tz g r a in s with d iffe re n t s u r f a c e f e a tu r e s . L a rg e a d m ix tu re o f a n g u la r g ra in s. C h a ra c te ristic t r a c e s of m e c h a n ic a l a c tio n g e n e r a te d in glacial tra n s p o rt. H orizon V c c a . G lacial till of th e W a rta n ia n G laciatio n . S EM im a g e s .
IV
Z.
Za g ó r s k iF O T O G R A F IA 13. D o b rz e o b to c z o n e i z w ie trz a łe z ia rn o g ra n itu b io ty to w e g o . P o z io m A. P ia sk i p o k ry w o w e. O b r a z m ik ro sk o p o w y , nik o le ró w n o le g łe .
P H O T O 13. W ell r o u n d e d a n d w e a th e r e d g ra in o f b io tite g ra n ite . H o rizo n A. S u p e rfic ia l s a n d s . M ic ro sco p y im a g e , parallel nicols.
FO TO G R A FIA 14. D o b rz e o b to c z o n e i siln ie z w ie trz a łe z ia rn o s k a le n ia p o ta s o w e g o . P o z io m Bbr. P ia sk i p o k ry w o w e . O b r a z m ik ro sk o p o w y , nikole s k rz y ż o w a n e .
P H O T O 14. W ell ro u n d e d a n d stro n g ly w e a th e r e d g rain of p o ta s s iu m fe ld sp a r. H orizon Bbr. S u p erficial s a n d s . M ic ro sco p y im a g e , c r o s s e d nicols.
F O T O G R A F IA 15. Z w ie trz a łe z ia r n o s k a le n ia p o t a s o w e g o . P o z io m IIIBt(re). G lin a lo d o w c o w a z lo d o w a c e n ia w arty. O b r a z m ik ro sk o p o w y , n ikole ró w n o le g łe .
P H O T O 15. W e a th e r e d g rain o f p o ta s s iu m fe ld sp a r. H orizon IIIBtfre,). G lacial till o f th e W a rta n ia n G laciatio n . M ic ro sc o p y im a g e , p arallel nicols
F O TO G R A FIA 16. O s tro k ra w ę d z is te z ia rn a sk a le n i: F - o rto k la z, PI - p lag io k laz. P o z io m ll(A)g(pJ. Bruk p ery g lacjaln y . O b ra z m ik ro sk o p o w y , nikole s k rz y ż o w a n e .
P H O T O 16. S h a r p -e d g e d f e ld s p a r g ra in s: F - o r t h o c l a s e , PI - p la g io c la s e . H orizon \\(A )g(p). P erig la cial p a v e m e n t. M ic ro sco p y im a g e , c r o s s e d nicols.
F O T O G R A F IA 1 7 . C z ę ś c io w o z w ie tr z a łe z ia r n o p la g io k la z u . P o z io m V C c a . G lin a lo d o w c o w a z lo d o w a c e n ia w arty . O b r a z m ik ro sk o p o w y , n ik o le s k r z y ż o w a n e .
P H O T O 17. P artly w e a th e r e d p la g io c la s e g rain . H orizon V C c a . G lacial till of th e W a rta n ia n G laciatio n . M ic ro sco p y im a g e , c r o s s e d nicols.
F O TO G R A FIA 18. W ie trz e ją c e z ia rn o am fibolu - h o rn b len d y . P o z io m ll(A )g(p). B rukeryglacjalny. O b ra z m ikroskopow y, nikole ró w n o le g łe .
P H O T O 18. W e a th e r in g a m p h ib o le - h o r n b le n d e g ra in . H o rizo n 11(А)д(д1. P e rig la c ia l p a v e m e n t. M ic ro sco p y im a g e , p arallel nicols
M in e ra ły p ierw o tn e ja k o w ska źn iki lito- i p e d o g e n e zy.. 49
nym w obrębie w arstw y piasków, ziarna kw arcu m ają zupełnie inne cechy po wierzchni. D om inującą cechą jest błysz cząca pow ierzchnia, na której licznie w ystępują niew ielkie, V -kształtne od- kłucia (fot. 9, 10). Są to cechy w skazu jące na transport w środow isku wodnym
[Krinsley, D oornkam p 1973].
W spągu profili w poziom ie gliny lodow cow ej, stanow iącym poziom ska ły m acierzystej VCca, ziarna kwarcu m ają różnorodny kształt i stopień obto czenia. N a pow ierzchni niektórych z nich zachow ały się ślady oddziaływań m echanicznych w postaci rys i odłamań
x i i i^ n R Y S U N E K 2. Skład m ineralogiczno-petrogra-' ’ , . i • i i . ficzny frakcji szkieletow ych (2 -5 m m )
W e f r a k c j a c h p i a s z c z y s t y c h d u z y F IG U R E 2. M ineralogical and pétrographie con- j e s t r ó w n i e ż u d z i a ł s k a l e n i. A n a l iz a m i- tent o f the skeleton fraction (2 -5 m m )
k r o s k o p o w a z ia r e n s k a l e n i w s z lif a c h c i e n k i c h w y k a z a ł a ic h z r ó ż n i c o w a n y
stopień zw ietrzenia fizycznego i chem icznego. W poziom ach A i B br w ystępują w zasadzie tylko skalenie potasow e (ortoklaz), a brak jest plagioklazów . Z reguły ziarna m ają bardzo dobre obtoczenie (fot. 13, 14). C harakterystyczne jest tw orzenie się na pow ierzchni niektórych ziaren kom pleksów organiczno-ilastych o charakterystycz nej, brunatnej barwie. R ów nież cechy zw ietrzenia chem icznego (ślady znacznie posuniętej serycytyzacji) m ają ziarna ortoklazu w poziom ie reliktow ym IIIB btr(re), ale są znacznie słabiej obtoczone (fot. 15).
N ajbardziej bogata m ineralogicznie jest frakcja piaszczysta z poziom u II(A)g(/?) (rys. 3). O bok skaleni potasow ych (ortoklazu i m ikroklinu) licznie w ystępują rów nież plagioklazy. Ziarna tych m inerałów nie są obtoczone i m ają „św ieże” cechy optyczne (m iędzy innymi widoczne są charakterystyczne zbliźniaczenia) (fot. 16). W poziom ie IV B t(re) i V C ca spotykane są pojedyńcze ziarna częściow o zw ietrzałych plagiokla zów (fot. 17).
Spośród innych m inerałów pierw otnych najczęstszym i m inerałam i we frakcjach piaszczystych są biotyt i m uskowit. W poziom ie II(A)g(/?) w ystępują pojedyncze duże ziarna am fiboli (hornblendy) (fot. 18).
W e frakcji pyłu badanych gleb dom inującym m inerałem jest kwarc. Bez względu na poziom genetyczny lub warstwę litologiczną stanowi on zawsze ponad 95% w szystkich m inerałów . Ziarnom kwarcu tow arzyszą skalenie oraz zespół innych m inerałów pierw otnych określanych jako m inerały ciężkie.
U działy poszczególnych m inerałów tworzących zespoły m inerałów ciężkich we frakcji pyłu drobnego w kolejnych poziom ach genetycznych przedstaw iono w tabeli 1. C echą charakterystyczną jest w m iarę podobny jakościow y skład zespołów m inerałów ciężkich. N a podkreślenie zasługuje jednak znaczny udział am fiboli (przy jednocześnie niskiej zaw artości piroksenów ) oraz granatów i epidotów.
H Skały m agm ow e Igneous rocks S Skały m etam orficzne Metamorphic rocks E Skały o sa d o w e Sedim entary rocks □ Kwarc Quartz
□ Skalen ie Feldspars □ Inne Others
50 Z. Z a g ó rski
W obrębie osadów tw orzących bada ne profile glebow e stw ierdzono zm ien ne udziały m inerałów ciężkich różnią cych się m iędzy sobą odpornością na w ietrzenie fizyczne i chem iczne (rys. 4). W poziom ach pow ierzchniow ych w y tw orzonych z osadów pokryw ow ych oraz w poziom ach spągow ych w ytw o rzonych z osadów glacjalnych przew agę m ają m inerały średnio odporne (granat, epidot, syllim anit, tytanit oraz apatyt) W środkowej strefie profili, w w arstw ie ka- m ienisto-żw irow ej w yraźnie dom inują m inerały nieodporne (am fibole, piro- kseny), podczas gdy w leżącym poniżej R Y S U N E K 3. Skład m ineralogiczno-petrogra- poziom ie w ytw orzonym z środkow ej ^ ™ y ^ ‘kcJ‘ Piask" Śred?ieg? (0;5-0’25, mm) gliny lodowcow ej w yraźnie więcej jest
F IG U R E 3. M ineralogical and pétrographie con- b J \ , V J J
tent of the medium sand (0.5-0.25 mm) m inerałów odpornych (cyrkonu, turm ą-linu, rutylu, staurolitu oraz dystenu).
W z ajem n e re la cje m iędzy w sp o m nianym i grupam i m inerałów ciężkich o zróżnicow anej odporności na czynniki fizyczne i chem iczne obrazuje tzw. w spółczynnik w ietrzeniow y W. P rzyjm uje się, że w artość tego w skaźnika jest proporcjonalna do stopnia zw ietrzenia substratu m ineral nego [Racinow ski, R zechow ski 1969]. W badanych glebach w spółczynnik W naj w iększą w artość przyjm uje w poziom ach pow ierzchniow ych A i B br oraz w poziom ie reliktow ym IIIB t(re) - średnio około 0,7, natom iast szczególnie niski jest w p o zio m ach II(A )g(p) - średnio tylko 0,3 (rys. 5).
DYSKUSJA
P rezentow ane wyniki badań m inerałów pierw otnych miały za zadanie rozszerze nie m ożliw ości interpretacji przyczyn zróżnicow anej budowy gleb niecałkow itych na te re n ie p ó łn o c n o -w s c h o d n ie j P o lsk i. Z a ło ż e n ie m b y ło z n a le z ie n ie n o w y ch w skaźników , tym razem m ineralogicznych, dla potw ierdzenia przyjętych wcześniej hipotez dotyczących rozwoju procesów litogenezy i pedogenezy tych gleb [Zagórski 1996]. Podstaw ow ą przesłanką naukową, zastosow aną w badaniach, jest stw ierdze nie, iż m inerały glebow e (ich skład oraz cechy) m ogą stanow ić obiektyw ną inform a cję, ja k a była geneza i przekształcenia substratu glebowego.
Pierw szą, generalną cechą substratu badanych gleb jest m ałe zróżnicow anie ja k o ściow e składu m ineralnego i petrograficznego. W skazuje to na jednolite w sensie litogenetycznym źródło osadów, z których w ytw orzyły się gleby. Były to pierw otnie czw artorzędow e osady lodowcow e. D ow odem na to jest bogaty skład petrograficzny okruchów skalnych w grubszych frakcjach granulom etrycznych (szkieletow ych i piasków ) oraz obecność znacznej 'ilości am fiboli i granatów w składzie m inerałów
0 S k a ły R o c k s □ S k a le n ie F e ld sp a r s □ Inne O th ers
□ Kwarc Quartz S P I a g io k la z y P la g io c la s e
iE LA 1. Średn i sk ła d m in er ałó w ciężk ich w g le b ach n ie c a łk o w it y c h w % i L E 1. M ea n c o n te n t of h ea v y m in era ls in non-uniform so il s in %
M in e ra ły p ie rw o tn e ja k o w ska źn iki lito- i p ed o g en ezy.. 51
M in . n ie p r z e z r o c z y s te N o n -tr a n sp a ren t m in er a ls чо ^ m oo ^ К ~ oo \ö o ' m M гн rn N Г) M in er ały p r z e z r o c z y st e - T r a n sp a r e n t m in e r a ls S u m a - S u m 4 . ^ ^ °l 1П CN OO r-J CH 04 40 Г"- OO 40 Г" 40 Inn e m in e r a ły O th ers m in er a ls О <N Ш СП О Оo ' o ' о" о" о" o ' M in . n ie o z n a c z o n e - U n d ete rm , m in er a ls О сн оо ~ ~ О -Г о о"no on A p a ty t - A p a tite 40 Г-.. ^ СП 04 СП о" ~ СП о" СП T y ta n it - T y ta n ite 40^ in ОО 04 —Г c i ~ d> o ' P ir o k s e n y - P iro k se n e 40^ СП Tt ~ ~ СП r i (N r i G ranaty - G a m e ts Г"; in СП —i СЧ —i ~ ~ CD Г-" 1П О" S y llim a n it - S y llim a n ite
О О СП OO о (Ч - -Г о" о" о" о" A n d a lu z y t - A n d a lu z ite ^ ^ ^ ^ °\ (N c i c i (N —Г ~ D y ste n - D y s te n e О 40^ «-« On ОО c i c i r i СП О (N R u ty l - R u tile 1П ^ ^ 40^ СП Г* 1П К СП Tt СП Tt C y rk o n - Z ir co n ОО^ 40^ СЧ О СЧ О 1П 40 40* in СП E p id o t y - E p id o te in О СП ON ОО^ On On СП On c i —Г S ta u r o lit - S ta u r o lite 04 Г"; 00_ ОО^ ^ 04 c i c i ~ r i СЧ —" A m f ib o le - A m p h ib o le s in СП СП О in О СП О ОО r i гГ T o p a z - T o p a z О^ СП ^ СЧ 40_ T u rm a lin - T o u rm a lin e ЧО_ СП Tt in c i ^ СП in F o s f o r a n y - P h o sp h a te О о о о ш г- о" о" о" о" o ' о" C h lo ry t - C h lo rite ОО m ^ ON on On о o ' ~ —Г О О B io ty t - B io tite ОО h ОО 1Л h 1Л О" О" r i О" ~ M u s k o w it - M u s c o v ite 0_ ОО^ On СП Г-; rf Tt СП 40 r t r i G la u k o n it - G la u c o n ite СП О OO О О CM о" о ' о" о" о" —Г P o z io m H o r iz o n ä "? "? а i < a ® ö < CQ г = Ł >
52 Z. Z a g ó rski
H l ll B t ( r e ) 1 ЕЗIVB t ( r e )2 B V C c a
R Y S U N E K 4. Z m ienność udziału zespołów m inerałów ciężkich o zróżnicow anej odporności na w ietrzenie, gdzie: T - m inerały odporne na w ietrzenie - cyrkon, turam alin, rutyl, staurolit, dysten; St - m inerały średnioodporne - granat, cpidoty, syllim anit, tytanit, apatyt; N - m inerały nieodporne - am fibolc, pirokseny;
F IG U R E 4. V ariability o f the content of heavy m ineral assem blages characterised by variable resistance to w eathering, w here: T - w eathering resistant m inerals - Z ircon, T ourm aline, R utile, Staurolite, D istene; St - w eathering sem i-resistant m inerals - G arnet, E pidotes, Sillim anite, T itanitc, A patite; N - w eathering non-resistant m inerals - A m phiboles, Piroxcncs
ciężkich we frakcji pyłu drobnego. Są to cechy typow e dla glin zlodow acenia warty we wschodniej Polsce [Racinowski 1969, 1995].
Przeprow adzone wcześniej badania granulom etryczno-sedym entologiczne suge rowały, że w badanych profilach gliny lodowcow e w ykształcone były w dwóch facjach: środkow ą część profilu stanow iła glina ablacyjna, natom iast dolną - glina bazalna [R uszczyńska-Szenajch 1981 ; Zagórski 1996]. Uzyskane wyniki badań m ine ralogicznych m ateriału okruchow ego z tych glin nie potw ierdziły jednoznacznie takiej klasyfikacji, natom iast bardzo ważne znaczenie miały te badania dla w yjaśnienia genezy warstwy piaszczystej, rozdzielającej w spom niane poziom y glin. Przede w szy stkim stw ierdzono (za pom ocą SEM) w ystępow anie na powierzchni ziaren kwarcu cech fluw ialnych, typowych dla środow iska wód płynących. R ów nież w iększa kon centracja w piaskach granatów, m inerałów odpornych na czynniki abrazyjne
[Kryso-M in e ra ły p ierw o tn e ja k o w ska źn iki lito- i p e d o g e n e zy.. 53
R Y S U N E K 5. W artości w spółczynnika zw ietrze nia W, gdzie:
F IG U R E 5. V alues o f the w eathering coefficient W w here: W = 1 - [(St/T)N]
w ska-Iw aszkiew icz 1974] potw ierdza ich wodny transport. W yniki te w ska zują na w yraźnie fluw iglacjalny chara kter warstwy piaszczystej, a nie tylko na lokalną zm ienność facjalną (tzw. kieszenie piaszczyste). K onsekw encją tego jest m ożliw ość w ydzielenia tej w arstw y jako sam odzielnego ogniw a lito lo g ic z n e g o . W e d łu g R uszczy ń - skiej-Szenajch [1981] tego typu w ar stwy przem ytych piasków często od dzielają od siebie gliny ablacyjne i ba- zalne.
Litogenezę badanych gleb określa ją wyniki badań warstwy kam ienisto-
ż w ir o w e j. B a rd z o w y ra ź n e ślad y
destrukcji kriom echanicznej na ziarnach kwarcu dow odzą jednoznacznie, że jest to rodzaj bruku pow stałego w wyniku procesów geliwacji w okresie peryglacjalnym [W ashburn 1973]. B adania SEM w yjaśniają również niektóre w łaściw ości m ikro- m orfologiczne tego poziom u, a m ianow icie znaczną ilość plazm y silasepic zbudow a nej z d ro b n o d y sp e rsy jn e g o kw arcu. Jest ona k o n se k w e n c ją k rio g e n ic z n e g o złuszczania się ziaren kwarcu. Słuszne więc było w yróżnienie plazm y silasepic jak o litogenicznego w skaźnika dla poziom ów peryglacjalnych w glebach niecałkow itych [Zagórski 1995].
W piaskach gliniastych leżących w górnej części profili cechy egzoskopow e kw arcu w skazują na zróżnicow ane procesy akum ulacji. W iększość m ateriału nosi ślady krótkiego transportu (słabe obtoczenie) typow ego dla piasków pokryw ow ych pow stałych ze zniszczonych glin lodow cow ych na obszarze wysoczyzn m orenow ych [Kenig 1980]. O becność ziaren ze śladami eolizacji w strefie pow ierzchniow ej św iad czy, że piaski pokryw ow e uległy również później, jeszcze dodatkow o, częściowej redepozycji przy udziale wiatru. Jest to charakterystyczne dla terenów środkowej i wschodniej Polski, na których, na przełom ie plejstocenu i holocenu, rozw inęły się procesy w ydm otw órcze [K onecka-B etley, M ajsterkiew icz 1973; Czerw iński, Róg
1988; M anikow ska 1997].
Siedzenie przebiegu procesów pedogenezy w badanych glebach na podstaw ie cech m inerałów pierw otnych oparto przede w szystkim na analizie m inerałów o małej odporności na w ietrzenie chem iczne. W edług wielu autorów najw iększą wartość ma analiza procesów w ietrzenia skaleni potasow ych i plagioklazów oraz niektórych m inerałów ciężkich. Stw ierdzone w gliniastym poziom ie w środkowej strefie profili przejaw y wyraźnej serycytyzacji słabo obtoczonych ziaren ortoklazu dowodzi pedo- genicznego przekształcenia in situ substratu m ineralnego. D odatkow o jeszcze, pra wie zupełny brak plagioklazów (uległy całkow itej chem icznej destrukcji) sugeruje, że proces w ietrzenia glebow ego był długi i intensywny. Jest to w skazów ka potw ier dzająca reliktow y (interglacjalny) charakter tego poziom u - IIIB t(re). Taką genezę tego poziom u sugerow ały w cześniejsze badania m ikrom orfologiczne [Zagórski
54 Z Z a g ó rski
1995]. W poziom ach pow ierzchniow ych A i Bbr cechy skaleni dow odzą późniejszej redepozycji ju ż zw ietrzałego substratu glebow ego oraz postępujące w spółcześnie jego w ietrzenie. C harakterystyczne jest pow staw anie asocjacji ilasto-próchnicznych na pow ierzchni w iększych ziaren - typow ego procesu dla poziom ów cam bic [Aurous- seau 1985].
W nioski w ypływ ające z badań skaleni znalazły rów nież udokum entow anie w obrębie m inerałów ciężkich. N a pedogeniczne w ietrzenie w skazuje w ysoka w artość w skaźnika W (zw ietrzenia). W glebach niecałkow itych o skom plikow anej litogene- zie szczególnie w ażna jest dodatkow a w iedza na tem at w zajem nych relacji ilościo w ych p oszczególnych m inerałów ciężkich tw orzących grupy o zróżnicow anej odporności na wietrzenie. W yraźnie to widać przy porów naniu udziału: granatów , am fiboli, cyrkonu lub epidotów w poziom ach: A, Bbr, IV B t(re)2, VCca. Ilość każdego z tych m inerałów m oże być w yw ołana różną przyczyną (genetyczną, sedym entologi- czną, w ietrzeniow ą itp.). Dla oceny pedogenezy szczególnie w ażna jest dokładna analiza w ystępow ania takich m inerałów , jak biotyt czy am fibole. H ornblenda według Locke [1979, 1986] i Hall, M ichaud [1988] m oże stanowić ważny w skaźnik m ine ralogiczny w glebach. W badanych glebach w ystępow anie biotytu i hornblendy (rów nież „św ieżych” ziaren plagioklazów ) w poziom ie kam ienisto-żw irow ym św iad czy nie tylko o słabo zaw ansow anym (inicjalnym ) procesie glebotw órczym w zim nym o k re sie a rk ty c z n y m V istu lia n u (p e ry g la c ja ln y m ), ale ró w n ie ż o tym , że w późniejszym okresie holoceńskim (w spółczesnym ) procesy w ietrzenia chem icznego m inerałów zw iązane z procesam i opadow o-glejow ym i nie są na tyle intensyw ne, aby doprow adzić do znaczącej przebudow y składu m ineralnego pierw otnego substratu glebow ego. Stąd też w warunkach, kiedy mamy do czynienia z obfitością m inerałów w yw ołaną w ietrzeniem fizycznym różnorodnego m ateriału skalnego, kryterium m ine ralogiczne dla oceny pedogenezy w odniesieniu do określonego procesu m oże być czasam i zaw odne, natom iast m oże mieć duże znaczenie dla w yjaśnienia lokalnych zależności w obrębie profili glebowych.
Przeprow adzone badania m inerałów pierw otnych potw ierdziły w cześniejsze usta lenia typologii gleb niecałkow itych w ytw orzonych z osadów glacjalnych zlodow ace nia warty w północno-w schodniej Polsce przedstaw ione w pracach Zagórskiego [1995, 1996]. Pozw oliły rów nież na dokonanie dalszych uściśleń, co do genezy poziom ów genetycznych. M iędzy innymi w ydaje się bardziej praw idłow e określenie w arstw y kam ienisto-żw irow ej jako poziom inicjalny (A) peryglacjalnej gleby stru kturalnej niż jak dotychczas jako poziom u z cecham i cam bic - Bbr [Zagórski 2001 b].
WNIOSKI
Przeprow adzone badania upow ażniają do w yciągnięcia następujących w niosków : 1. W glebach niecałkow itych, jako wskaźniki litogenezy najw iększą rolę odgryw ają
egzoskopow e cechy kw arcu obserw ow ane w SEM . P ozw alają one na precyzyjne odróżnienie od siebie osadów pokryw ow ych, glacjalnych i fluw ioglacjalnych zlodow acenia warty w północno-w schodniej Polsce.
2. K riogeniczne cechy pow ierzchni ziaren kw arcu oraz liczny udział słabo zw ietrza łych fragm entów skaleni i m inerałów ciężkich m ogą stanow ić w skaźniki dla
M in e ra ły p ierw o tn e ja k o w ska źn iki lito- i ped o g en ezy.. 5 5
klasyfikow ania w arstw kam ienisto-żw irow ych jako inicjalnych poziom ów pery- glacjalnych gleb strukturalnych.
3. W badaniach m inerałów pierw otnych wskaźnikam i pedogenezy jest serycytyzacja skaleni potasow ych oraz niski udział am fiboli i piroksenów .
4. C ałkow ity brak plagioklazów oraz podw yższona zaw artość odpornych na w ietrze nie m inerałów ciężkich m oże być jednym z dow odów na długotrw ałą pedogenezę iluw ialnych poziom ów w glebach niecałkow itych w ytw orzonych z osadów zlodo w acenia warty w północno-w schodniej Polsce.
LITERATURA
A U R O U S S E A U P. 1985: M icroscopy o f the C am bic H orizon. W : D oyuglas A., T h om son M. L. (ed.) Soil M icrom orphology and Soil C lassification. SSSA 15, M adison W I, U SA : 4 9 -6 2 . B A R A N IE C K A M. D., K O N E C K A -B E T L E Y K. 1993: Z m iany litologiczne i p edologiczne w
glinach zw ałow ych zlodow acenia w arty w kopalni B ełchatów . A cta G eographica L o d z. 65: 1 9 “ 3 4
-B R O G O W S K I Z., D O -B R Z A Ń S K I -B., K O C O Ń J. 1978: A pplication o f scaning m icroscope in studies o f the m orphology o f m echanical fractions in soils. Pol. J. Soil Sei. 11: 3 7 -4 5 . D O B R Z A Ń S K I В, K O N E C K A -B E T L E Y K., C Z Ę P IŃ S K A -K A M IŃ S K A D 1977: P rocesy k ształ
tow ania się gleb w ytw orzonych z gliny zw ałow ej W ysoczyzny Siedleckiej. Zesz. Nauk. S G G W -A R w W arszaw ie, Roi. 16: 9 -2 4 .
H A L L R. D., M IC H A U D D., 1988: U se o f hornblende etching, clast w eathering, and soils to date alpine glacial and periglacial deposits: A study from southw estern M ontana, Geol. Soc. Am. B ull. 100: 3 2 9 -3 3 4 .
K O N E C K A -B E T L E Y K., M A JS T E R K IE W IC Z T . 1973: G eneza gleb w ytw orzonych z po k ry w o w ych utw orów pyłow ych Polski Środkow ej. Rocz. G lebozn., 24, 2: 133-158.
K O W A L IŃ S K I S., B O G D A A., 1966: P rzydatność polskich żyw ic syntetycznych do sporządzania m ikroskopow ych szlifów . Rocz. G l e b o z n 16: 3 2 6 -3 3 6 .
K O W A L K O W S K I A. 1988. C echy urzeźbienia pow ierzchni ziaren piasku kw arcow ego w k w aś nych i alkalicznych glebach klim atu zim nego. W: G eneza osadów i gleb w św ietle badań w m ikroskopie elektronow ym . W ydaw . UW , W arszaw a: 180-199.
K R IN S L E Y D .H ., D O O R N K A M P J.C. 1973: A tlas o f quartz sand surface texture. C am bridge U niversity Press.
K R Y S O W S K A -IW A S Z K IE W IC Z M. 1974: S tudium m inralogiczno-petrograficzne kenozoicz- nych osadów lądow ych W yżyny K rakow skiej. Pr. M iner. P A N , 35: 1-69.
L O C K E W . W. 1979: Etching o f hornblende grains in A rctic soils. A n indicator o f relative age and p aleoclim ate. Q uarter. Res. 1: 128-136.
L O C K E W. W. 1986: R ates on hornblende etching in soils on glacial deposits. B affin Island. C anada. W: S. M. C om an i D ethier (ed.) R ates o f chem ical w eathering o f rocks and m inerals, O rlando, F L ,U SA . A cad. Press: 2 7 5 -2 8 7 .
M A N IK O W S K A B. 1997: Peryglacjalnc utw ory pokryw ow e i kształtow anie się profilu glebow ego na w ysoczyźnie fluw ioglacjalnej w Polsce Środkow ej. Rocz. G lebozn., 48, 3/4: 1 5 1-167 i 1 25-135.
R A C IN O W S K I R. 1969: B adania granulom etryczne i m ineralogiczno-petrograficzne glin zw ało w ych Polski W schodniej. Biul. Inst. G eol., 220 : 2 8 9 -3 2 3 .
R A C IN O W S K I R. 1995: A naliza m inerałów ciężkich w badaniach osadów czw artorzędow ych Polski. W: M ycielska-D ow giałło E. (red.). B adania osadów czw artorzędow ych. W ybrane m etody i interpretacja w yników . W arszaw a: 151-167.
R U S Z C Z Y Ń S K A -S Z E N A JC H H. 1981: A ktualne zagadnienia geologii glacjalnej. B iu l Inst. G eol., 327 : 105-128.
W A S H B U R N A. 1973: P eriglacial processes and environm ents. E dw ard A rnold Publ., L ondon: ss. 320.
5 6 Z. Z a g ó rski
Z A G Ó R S K I Z. 1995: M ikrom orfologiczne cechy procesów lito- i pedogenezy w glebach n iejed norodnych w ytw orzonych z osadów glacjalnych. Roczn. G leb o m . 46, 3/4: 7 1 -9 3 .
Z A G Ó R S K I Z. 1996: G ranulom etryczne w skaźniki procesów pedo- i litogenezy w glebach n ieca ł kow itych w ytw orzonych z osadów glacjalnych. R ocz. G lebozn., 47, supl.: 125-135.
Z A G Ó R S K I Z. 2 0 0 la: Features o f quartz grain surfaces as indicators o f litho- and pedogenetic processes in C retaceous rędzina soils. Ann. W arsaw A gricult. Univ. - SG G W , A g ricu ltu re 39: 5 1 -5 7 .
Z A G Ó R S K I Z. 2001b: Form y żelaza ja k o w skaźniki procesów pedo- i litogenezy w glebach niecałkow itych. Rocz. G l e b o z n 52, supl.: 8 7 -9 6 .
Z A G Ó R S K I Z. 2003: M ineralogiczne i m ikrom orfologiczne w skaźniki genezy i w łaściw ości rędzin w ytw orzonych ze skał w ęglanow ych różnych form acji geologicznych. F undacja - R ozw ój SG G W , W arszaw a: 124 ss.
P raca w płyn ęła do red akcji w kw ietn iu 2 0 03 r.
D r hab. Z b ig n ie w Z a g ó r s k i,
Z a k ła d G le b o zn a w stw a , K a te d ra N a u k o Ś r o d o w is k u G le b o w y m S G G W ’ R a k o w ie c k a 26/30, 0 2 -5 2 8 W a rsza w a
