wywiad / conversation

Bałtyk i sól cechsztyńska

Joanna Rajkowska rozmawia z Urszulą Zawadzką i Jakubem Nowickim

Joanna Rajkowska: Postanowiłam odbyć podróż w czasie i pojechać do kopalni soli w Kłodawie, gdzie znajduje się coś na kształt pradziadka Bałtyku w „zasuszonej formie” sprzed 200 milionów lat. Po gruntownym zwiedzeniu kopalni zdecydowałam się na zakup tzw. rdzenia solnego, czyli odwiertu, jaki wykonywany jest pomiędzy pokładami na potrzeby głównie transportowe. Ma 90 cm średnicy, 140 cm wysokości, jest zrobiony z różowej soli. Wiem, ze mój rdzeń, podobnie jak całe złoża mające 63 km długości i 4 km szerokości pochodzą z okresu cechsztynu. Jak wyczytałam w Wikipedii „Charakterystyczna dla cechsztynu jest obecność cyklotemów ewaporatowych, związanych z cyklicznym epizodami transgresji morza i wytrącaniem się gipsów i soli kamiennych i potasowych”. Podejrzewam, ze pasmo soli pod Kłodawą jest jedną z pozostałości takiego cyklotemu. Jak i kiedy powstało owo pasmo? Jakiego rodzaju było to morze? Czy istnieje jakiś związek pomiędzy Morzem Bałtyckim i morzem, którego pozostałością jest sól wydobywana w Kłodawie? Znalazłam mapy, gdzie obszar morza cechsztyńskiego nakłada się częściowo na obszar Bałtyku.

Jakub Nowicki: Po pierwsze, morze cechsztyńskie nie ma absolutnie nic wspólnego z Bałtykiem. Bałtyk jest zbiornikiem bardzo młodym (kilkanaście tysięcy lat) i genetycznie nie jest w żaden sposób powiązany ze zbiornikiem morskim, którego pozostałością są między innymi sole wydobywane w Kłodawie. Mapy które udało się Pani znaleźć służą jedynie do przedstawienia położenia morza cechsztyńskiego na tle dzisiejszej geografii. Samo morze cechsztyńskie jest określeniem zbiorczym dotyczącym szeregu krótkotrwałych zbiorników morskich pojawiających się pod koniec permu (ponad 250 milionów lat temu) na obszarze obejmującym między innymi północno-zachodnią Polskę. W tym czasie przynajmniej pięć razy następowało zalanie tego terenu. Takie morze w ciepłym klimacie permu i przy braku wymiany wód z otwartym oceanem bardzo szybko wysychało, pozostawiając osady w formie różnych soli: węglanów (kalcyt, dolomit), siarczanów (gips, anhydryt), halitu czyli soli kamiennej a także soli potasu i magnezu, takich jak sylwin czy karnalit. Zapis każdego z tych wlewów jest opisywany jako kolejny cyklotem. W Kłodawie znajdują się osady dwóch spośród nich – cyklotemu drugiego (Z2, stassfurt) oraz trzeciego (Z3, leine). Tak jak wspomniałem, było to morze ciepłe, płytkie, a jego połączenie z oceanem (krótkotrwałe) następowało od północy. Świat żywy w morzu cechsztyńskim był dosyć ubogi, obejmował organizmy potrafiące sprostać wysokiemu zasoleniu. Morze to otoczone było terenami o charakterze pustynnym, więc być może obszarem który obecnie najbardziej przypomina zbiornik cechsztyński jest rejon Morza Martwego. Osady cechsztynu generalnie znajdują się obecnie na dość dużej głębokości – poniżej kilometra pod powierzchnią ziemi, jednak właściwości mechaniczne soli – jej uplastycznianie się pod ciśnieniem – sprawiają, że pod wpływem ciężaru nadległych osadów sól jest wyciskana ku górze i tworzy formę zwaną diapirem lub inaczej wysadem solnym. Przykładem takiej struktury może być właśnie diapir Kłodawy, gdzie dzięki wyciśnięciu soli jest ona dostępna na stosunkowo niewielkiej głębokości co umożliwia wydobycie.

J.R.: Czyli, poza pewnym nakładającym się geograficznie obszarem, Bałtyk nie ma nic wspólnego z morzem cechsztyńskim! Ten brak ciągłości daje nam perspektywę czasu geologicznego, który ma inna, niż ludzka, skalę. A jak ciepło było wtedy na obszarze, który teraz jest Polską? Możemy sobie to jakoś wyobrazić? Jaka była fauna i flora?

J.N.: Tak, to czas – ponad 250 milionów lat – sprawia, że jedynym wspólnym elementem jest głęboka część podłoża na którym znajdowało się może cechsztyńskie oraz współcześnie Bałtyk. Jeśli chodzi o klimat, to ostatnie dni (upały w sierpniu 2015) są chyba dobrą próbką temperatur permskich 🙂 Jeżeli chcieć by sobie wyobrażać ląd, to byłyby to pustynie, z bardzo nielicznymi, prymitywnymi roślinami zgromadzonymi w okolicach zagłębień, gdzie miały by dostęp do wilgoci, a także nad brzegami rzek okresowych. Wśród zwierząt lądowych dominowały gady (ale jeszcze nie dinozaury!). W morzach obecne były ryby oraz liczne bezkręgowce, takie jak na przykład goniatyty (amonitowate), łodziki czy brachiopody.

J.R.: Jak jeszcze bardziej podgrzejemy klimat i doprowadzimy do wyginięcia większości gatunków – doprowadzimy zapewne do czegoś w rodzaju neo-permu. A jak w końcu po tych wszystkich przygodach doszło do powstania Morza Bałtyckiego w tym rejonie?

Urszula Zawadzka: Aby sobie uświadomić brak ciągłości pomiędzy kolejnymi morzami, które znajdowały się w przybliżeniu na obszarze dzisiejszej Polski trzeba zajrzeć do historii tego co działo się pod Bałtykiem w początkach ery Kenozoicznej, czyli ponad 40 mln lat temu. Dzisiejsza misa Bałtyku była fragmentem lądu – Fenoskandii. Przez jej teren płynęła rzeka, która niosła wody z gór dzisiejszej Skandynawii. Wraz z wodą przenoszone były także osady w tym bursztyn. Ważne jest to, że rzeka, która niosła ze sobą bursztyn płynęła na południe przez obszar północnej Polski (co z punktu widzenia dzisiejszej geografii może się wydawać dość osobliwe). Uchodziła ona do dość płytkiego zbiornika, który znajdował się w dzisiejszej środkowej i południowej Polsce. Z rzeką tą związane są osady, które były słabiej przymocowane do podłoża, a przez to łatwiej ulegały porywaniu przez o wiele późniejszy lądolód, który wielokrotnie przechodził przez Bałtyk ze Skandynawii. W trakcie zlodowaceń, które rozpoczęły się trochę ponad 1 mln lat temu dno obecnego Bałtyku było zdzierane i rzeźbione, a w okresach przedzielających nasunięcia lądolodu (interglacjałach) w obniżeniach mogły się tworzyć mniejsze bądź większe zbiorniki wód wypływających z lodowca, które ze względu na ukształtowanie terenu nie mogły zostać odprowadzone. Czasem powstawały też morza, jednak w okresach interglacjalnych na terenie dzisiejszej Polski miały charakter wypłyconych zatok Morza Północnego. Były one znacznie silniej zasolone od Bałtyku (stężenie soli było dwukrotnie wyższe). Takie morza są raczej kuzynami dziadka Bałtyku, a nie jego bezpośrednimi przodkami. Bałtyk jest morzem powstałym na terenie byłego zastoiska lodowcowego z ostatniego zlodowacenia, do którego spływały wody z topniejących lodowców. Okresami to zastoisko było otwierane w wyniku erozji, a okresami zamykało się w wyniku ruchów izostatycznych płyty skandynawskiej (lądolód o znacznej miąższości ma olbrzymią masę, która może wcisnąć fragment skorupy kontynentalnej na której leży w plastyczne niższe warstwy ziemi, po ustąpieniu lądolodu dochodzi do wynurzenia się takiego obszaru). Najbliżej genetycznie Bałtykowi jest tak naprawdę nie do mórz, ale do Wielkich Jezior Amerykańskich.

J.R.: A jaka jest w takim razie przyszłość Bałtyku? Czy zaniknie?

U.Z.: Z punktu widzenia czasu geologicznego wszystkie tego typu morza tracą dostęp do oceanu światowego, są zasypywane osadami z lądu i zanikają. Urszula Zawadzka jest doktorantem w Kolegium Międzywydziałowych Indywidualnych Studiów Matematyczno-Przyrodniczych

Jakub Nowicki jest doktorantem na Wydziale Geologii Uniwersytetu Warszawskiego


 

The Baltic and the Salt of Zechstein

Joanna Rajkowska in conversation with Urszula Zawadzka and Jakub Nowicki

Joanna Rajkowska: I decided to travel in time and go to the salt mine in Kłodawa, where something like the great-grand parent of the Baltic Sea from over 200 million years ago remains in a „dried-up form”. Having made a thorough tour of the mine, I decided to buy a so called „salt core” – that is a drilled sample, obtained from drilling between beds. This was mostly for reasons of ease of transport. The core, made up of pink salt, measures 90 cm in diameter and 140 cm in height. I know that my core, similar to the deposit which is 63 km long and 4 km wide, comes from the Zechstein period. And, as I learnt from Wikipedia, „What is characteristic for the Zechstein period is the presence of evaporative cyclothems, related to the cyclical episodes of the sea’s regression and the precipitation of gypsum, halites and potassium salts”. I suspect that the vein of salt under Kłodawa is one of the remains of such a cyclothem. This does raise questions however: How and when did this vein appear? What type of sea was there? Is there any link between the Baltic Sea and the sea, the remains of which are now mined as the salt of 3Kłodawa? I found maps where the area of the Zechstein Sea partially overlaps the area of the Baltic.

Jakub Nowicki: First, the Zechstein Sea has absolutely nothing in common with the Baltic Sea. The Baltic is a relatively young area of water (several thousand dozens of years) and genetically it is not linked to the sea, the remains of which are, among other things, the salts mined in Kłodawa. The maps which you managed to find serve only as a representation of the location of the Zechstein Sea matched against today’s geography. The Zechstein Sea as such is a collective noun, denoting a series of short-lived marine water basins which appeared in the area of today’s north-western Poland at the end of the Perm period (more than 250 million years ago). At that time, the land was flooded at least five times. In the warm climate of Perm and with no water exchange with any open ocean, seas like this dried out very quickly, leaving sediments in the form of various salts: carbonates (calcite, dolomite), sulphates (gypsum, anhydrite), halite, which is rock salt, along with potassium and magnesium salts, such as sylvine or carnallite. The record of each of the consecutive inflows is described as a subsequent cyclothem. In Kłodawa there are sediments from two of them: cyclothem two (ZS, stassfurt) and cyclothem three (Z3, leine). As I have said, that sea was warm, shallow, and its link with the ocean (short-lived) was located in the north. The world of living creatures in the Zechstein Sea was rather scanty, it comprised of organisms able to withstand a high level of salinity. The Sea was also surrounded by a desert area – thus the place which is most similar to the Zechstein Sea is toady’s region of the Dead Sea. The Zechstein deposits are generally located at great depths – more than one kilometre under the level of the ground; however, the mechanical qualities of the salt and its plasticity under pressure means that the salt deposits have been pushed upwards because of the weight of overlaying sediments; the salt forms something called „diapir” or an anticlinal fold of salt. As an example of such a structure, one can quote the Kłodawa diapir, where salt is accessible for mining at a relatively shallow depth thanks to the fact that its deposit was pushed upwards.

J.R.: So, the Baltic has nothing in common with the Zechstein Sea, save for a common, overlapping geographical area! This lack of continuity gives us the perspective of geological time, whose scale is different to that of human time. And what was the temperature of the area which now is Poland? Can we imagine it somehow? What about the flora and fauna then and now?

J.N.: Yes, because of the time factor – more than 250 million years – the only common element between these two seas is the deep strata of the bed on which the Zechstein Sea was once located and where the Baltic is now. As for the climate, the last few days (the heatwave in August 2015) are a good example of Permian temperatures. If we want to imagine the land – it would be a desert with scarce specimens of primitive plants, growing in holes or dips in the ground, where they would have access to humidity, as well as along the banks of temporary rivers. Reptiles dominated among the land animals (not dinosaurs yet, though!). The sea, meanwhile, hosted fish and numerous invertebrates, such as goniatites (Ammonoidea), brachiopods and nautili.

J.R.: If we heat our climate more and make the majority of species extinct, we will probably create something like a neo-Perm. And how did the Baltic Sea finally appear after all of those adventures?

Urszula Zawadzka: To realise the lack of continuity between the consecutive seas which have been located on – more or less – the area of today’s Poland, we need to look at what happened to the Baltic Sea in the early Caenozoic era, say more than 40 million years ago. Today’s basin of the Baltic was a fragment of land: Phenoscandia. A river flowed across it, carrying the waters from the mountains of today’s Scandinavia. The water carried sediments, including amber. What is important, is the fact that the river carrying amber flowed south across the area of northern Poland, which may seem peculiar, considering today’s geography. The river flowed into a shallow basin, located in today’s central and southern Poland. Sediments related to that river were also less firmly attached to the bottom, thus they were more easily caught up by and moved by a later continental glacier, which moved across the Baltic from Scandinavia many times. During the ice age (a little more than 1 million years ago) the bed of today’s Baltic was torn away and the relief we see today sculpted. In the periods between the action of the continental glacier (interglacials), large and small water containers might have been formed by waters oozing from the glacier, which may not have flowed away. Sometimes, they formed seas; however, on the terrain of today’s Poland, they gained the shape of shallow bays of the Northern Sea in the interglacial periods. They were much more salty than the Baltic (twice as much). So that such seas were rather the cousins of today’s Baltic’s forefathers, not its direct ancestors. The Baltic is a sea formed on the area of a former glaciolacustrine deposition from the last glacial period, when waters from melting glaciers flowed down into it. Occasionally, this area would be opened by erosion, and sometimes, it would be closed again thanks to the isostatic movements of the Scandinavian plate (a continental glacier of considerable thickness is very heavy, which means it can press a fragment of the continental lithosphere into the lower, semi-liquid parts of the mantle; after the glacier moves away, the plate can come up again). Genetically speaking, the Baltic is not so close to seas, but rather the American Great Lakes.

J.R.: And so, what is the future of the Baltic Sea? Will it disappear?

U.Z.: From the point of view of geological time, all seas of this type, which have a loose connection with the world ocean are gradually filled by sedimentation from the land and disappear.

Urszula Zawadzka is currently working on her PhD thesis at the College for the Inter-Faculty of Individual Studies of Sciences and Natural Sciences.

Jakub Nowicki is currently working on his PhD at the Faculty of Geology at Warsaw

University.