Drogi Czytelniku, oferuję Ci zbiór podróży w czasie po pomorskiej ziemi. W wojażach tych próbuję odtworzyć zmieniające się w czasie panoramy lub zgoła małe zakątki regionu, nie stroniąc od ukazywania szerszego kontekstu opisywanej historii. Czas i przestrzeń to tylko wymiary naszych peregrynacji, zaś ich celem są ludzie, którzy przed nami żyli w swoich lokalnych pomorskich ojczyznach.

Przez ich ziemie, przyrodę i pozostawioną kulturę materialną wiodą drogi naszych wędrówek tutaj oraz na blogu: "Pradzieje Pomorza
". Bon voyage!

niedziela, 22 listopada 2009

Ziemia Maszewska na morzach południowych


Skoro już wiemy, że nasz Michelinoceras (patrz artykuł "Podróż w głęboką przeszłość") pływał sobie gdzieś między Pomorzem a Skandynawią, to spróbujmy odtworzyć miejsce, w którym w okresie ordowiku i syluru, czyli przed około 460-420 milionami lat było płytkie, ciepłe morze, w jakim zwykle żyły te zwierzęta. A nie był to Bałtyk, skoro to jedno z najmłodszych mórz na świecie powstało zaledwie przed 12 tysięcy laty. Pomijam tutaj fakt, że w miejscu obecnego Bałtyku tworzyły się przejściowo wielkie jeziora po wcześniejszych epokach lodowcowych, ostatnio, a właściwie przedostatnio, w okresie 130-115 tysięcy lat temu.

Trzeba nam na początku uzmysłowić sobie, że skorupa ziemska przez całą swą historię jest w ciągłym ruchu. Płyty tektoniczne, na których leżą kontynenty, przemieszczają się w wyniku krążenia magmy w środku Ziemi, która przedostając się pod dno oceanów rozpycha je na boki. Dobrze to ilustruje poniższy schemat, zaczerpnięty z interesującego blogu "Tectonic Tour". Obecny układ kontynentów i mórz trwa "dopiero" od 15 milionów lat i dalej powoli się zmienia. Na przykład Północna Ameryka oddala się od Europy o 2,5 cm rocznie, a skorupa ziemska pod Maszewem, w wyniku tzw. ruchów izostatycznych,  opada co roku o 1 mm, podczas gdy po drugiej stronie Bałtyku, w szwedzkiej Skanii podnosi się o 1,5 mm.


Z punktu widzenia długości życia ludzkiego 1 mm rocznie to nie dająca się zauważyć różnica, tak jak z perspektywy życia Ziemi 60.000 lat to bardzo niewiele. A tyle czasu trzeba aby w wyniku opadania skorupy ziemskiej pod tą częścią Pomorza Bałtyk doszedł do wrót Maszewa, oddalonego dzisiaj od morza o 62 km. Właściwie może to nastąpić jeszcze szybciej, gdyby uwzględnić postępujące ocieplenie klimatu i podnoszenie się poziomu wód w oceanach.

Naukowcy ustalili, że w wyniku zwiększającej się, wywołanej aktywnością człowieka, zawartości tlenków węgla w atmosferze i przyśpieszonego topnienia lodowców, od początku lat 1990-tych poziom oceanów podnosi się średnio o około 3,2 milimetra rocznie, to jest około dwa razy szybciej niż na początku XX wieku. Oto opracowana przez magazyn "National Geographic" symulacja hipotetycznej linii brzegowej Europy, jaka powstałaby po stopnieniu się wszystkich ziemskich lodowców. Bałtyk stałby się wówczas zatoką, a część Pomorza, Ziemi Lubuskiej, Wielkopolski i Dolnego Sląska dnem Morza Północnego.


Być może perspektywa życia jednego pokolenia, do jakiej człowiek zbyt czesto i egoistycznie ogranicza skutki swojego działania, przeszkadza nam w uświadomieniu, że możemy wywołać przyśpieszenie ewolucji Ziemi w kierunku dla życia człowieka, albo dla życia w ogóle, niekorzystnym.

A być może rację mają sceptycy, którzy uznają że siły natury są zbyt potężne aby działalność człowieka mogła mieć jakiekolwiek znaczenie i że Ziemia ewoluowała będzie bez względu na obecność na niej człowieka. Wracajmy jednak do historii Ziemi, w tym ziemi maszewskiej, do czasu i miejsca narodzin naszego głowonoga.


Popatrzmy na zaczerpniętą z angielskiej Wikipedii mapę Ziemi z okresu ordowiku, w którym Orthocerasy wyodrębniły się ze starszych głowonogów, przypuszczalnie z rodziny Baltoceratidae. Widzimy, że układ kontynentów, szelfu (jasno-niebieski kolor) i oceanów był zupełnie inny niż obecnie.

W tamtym okresie lądy były nadal gołymi, wietrzejącymi skałami, bez żadnych zwierząt a nawet roślin, jesli nie liczyć pierwszych porostów, pojawiających się pod koniec tego okresu na obrzeżach rzek i jezior. Były to najprostsze grzyby, żyjące w ścisłej symbiozie z fotosyntetyzującymi algami. Oto zdjęcie różnych gatunków porostów, a więc środowiska roślinnego już znacznie bardziej skomplikowanego, aniżeli paleoekosystem pierwszych porostów (autor: tenebboy, Panoramio.com).


Wyższe formy życia rozwijały się w płytkich morzach szelfu kontynentalnego, a pierwsza ryba z układem kostnym (Osteichthyes) była wówczas najwyżej rozwiniętą żyjącą na Ziemi istotą. W ordowiku dominował jeden superkontynent - Gondwana (w którym połączone były ze sobą Afryka, południowa Europa, Ameryka Południowa, Australia, Indie i Antarktyda), a poza nim było kilka mniejszych: Laurentia (obecna Ameryka Północna z Grenlandią), Bałtyka (Skandynawia, wschodnia część Niżu Polskiego i północna część Niżu Rosyjskiego), Syberia, Awalonia i inne.

Nas interesuje Awalonia, ponieważ wiele wskazuje na to, że na tym mikrokontynencie (który wcześniej, przed 490 milionami lat, oderwał się od Gondwany) leżała obecna ziemia szczecińska, z maszewską włącznie. Awalonia powstawała w okresie od 730 do 570 milionów lat temu, jako łuk wulkaniczny, równoległy do krawędzi Gondwany, w strefie tak zwanej subdukcji, czyli wchodzenia krawędzi płyty tektonicznej Oceanu Iapetus pod płytę tektoniczną Gondwany. Najbliższy Polski, współcześnie aktywny łuk wulkaniczny (Hellenic arc), znajduje się na Morzu Egejskim, ze spokojnym od pół wieku wulkanem Santoryn (Santorin, Thera). Tworzy się on w wyniku wchodzenia (subdukcji) afrykańskej płyty tektonicznej pod euroazjatycką. Oto mapka zaczerpnięta z portalu Fire Earth.


Tworzenie się łuków wulkanicznych w następstwie kolizji płyt tektonicznych (litosferycznych) jest jednym z dwóch fundamentalnych procesów tektonicznych, jakie zachodzą na Ziemi. Drugim, przeciwnym do łączenia się płyt procesem, jest ich separacja, fragmentacja, czyli dzielenie i rozchodzenie się skorupy ziemskiej, po angielsku rifting, po polsku tworzenie się rowów tektonicznych. Są to rowy w skali kontynentalnej, w odróżnieniu od "drobnych", lokalnych zapadlisk między różnymi warstwami geologicznymi, które także noszą miano rowów tektonicznych (ang. graben). Stąd też dla odróżnienia tych dwóch typów rowów polscy geolodzy nazywają ten pierwszy typ rowu ryftem.W wielu kontynentalnych rowach tektonicznych powstały koryta wielkich rzek: Amazonka, Mississippi, Rodan i Ren, Rio Grande, St. Lawrence; łańcuchy jezior (np. Tanganika) lub nawet zbiorniki morskie (Morze Czerwone, Zatoka Adeńska).

Pozostałością najmłodszego łuku wulkanicznego w Polsce jest łańcuch górski Karpat, w którym ostatnie wulkany wybuchały w części północnej (Słowacja) około 135 tysięcy lat temu, a na południu Karpat (Rumunia) - jeszcze do około 15 tysięcy lat temu (wulkan Ciomadu). Oto najmłodsze z położonych najbliżej Polski bazaltowe skały powulkaniczne z wulkanu Putikov Vrsok na Słowacji (autor: Jan Madaras, Panoramio.com).


Ordowik to okres wielkiej ruchliwości oceanicznych i kontynentalnych płyt tektonicznych, które bądź na siebie zachodziły, bądź też dzieliły się i oddalały się od siebie. W tym okresie poziom oceanów był najwyższy w ostatnim pół miliarda lat, wyższy od obecnego o około 600 metrów. Oto rysunek odtwarzający okres sprzed 500-490 milionów lat temu, w "chwili" narodzin Awalonii i jej separacji od Gondwany, przez rodzący sie Ocean Reik (Rheic), źródło: Long Island Sound Resource Center.


Liczne dzisiaj na oceanach łuki wulkaniczne są właśnie wynikiem "chowania się" jednej płyty tektonicznej pod drugą (np. Wyspy Kurylskie, Mariańskie). Łuki wulkaniczne powstają także na płytach kontynentalnych, na przykład Kamczatka, Andy, Wyspy Aleuckie. Tworzą one dzisiaj najbardziej aktywne strefy działalności wulkanicznej.

Wracajmy do rodzącego się w oceanach życia i do orthocerasów. Na wyżej zamieszczonej mapie świata, w jej powiekszeniu "jesteśmy" czerwonym punktem, zanurzonym w morzu ... i położonym na półkuli południowej, na około 60-tym stopniu szerokości geograficznej, a więc blisko południowego bieguna! Biegun południowy znajdował się wówczas (500-480 milionów lat temu) afrykańskiej części Gondwany, na terenach które dziś zajmuje pustynia Sahara, na granicy między Algerią i Mali.

Należy sądzić, że na takiej szerokości geograficznej ortocerasy nie mialy dobrych warunków do rozwoju (zimne morze, mało słońca i planktonu, którym także się żywiły). Bałtyka położona bardziej na północ, czyli bliżej równika, była miejscem korzystniejszym dla narodzin naszego orthocerasa. Jeżeli zatem pochodzi on ze Skandynawii to w owym czasie, jako zwierzę szelfowe, nie mógł pokonać 2-3 kilometrowej głębii oceanów, jaka oddzielała kontynenty (Bałtykę i Awalonię). Jego przypuszczalne miejsce urodzin zaznaczyłem na powyższej mapie świata zielonym punktem (powrócę do tego).

W okresie syluru (powyższa mapa pochodzi z Wikipedii), to jest przed około 440 milionami lat, Awalonia "dogoniła" Bałtykę i z nią się połączyła, tworząc jednolity fundament z płyty kontynentalnej, który związał Pomorze Zachodnie jednym lądem nie tylko ze Skandynawią, ale i z ziemiami północnej i wschodniej Polski. Pod koniec syluru nastąpiło też połączenie Laurencji z Bałtyką i Awalonią, co dało początek nowemu superkontynentowi zwanemu Laurosją, którego brzegi na wschodzie sięgały dzisiejszego Uralu, a na zachodzie dzisiejszych Gór Skalistych (żadnego z tych pasm górskich jeszcze wtedy nie było).

Z okresu "tuż" przed połączeniem się Awalonii z Bałtyką ("tuż" oznaczać może w geologii kilka milionów lat) pochodzą najstarsze wydobyte na Pomorzu z odwiertów skały, uformowane z osadów morskich dryfującej na półkulę północną Awalonii.

Proszę zwrocić uwagę, że obok "Ziemi Maszewskiej" (zaznaczonej czerwonym punktem) częścią Awalonii były m.in. dzisiejsza Dolna Saksonia, Holandia, Belgia, Anglia, południowa Irlandia, Nowa Fundlandia, aż po stan Massachusetts! Oznacza to, że wszystkie te obszary leżały na wspólnej płycie tektonicznej, o podobnej charakterystyce geologicznej. Mówimy tutaj o najgłębszej warstwie skalnej skorupy ziemskiej, czyli jej styku (poniżej tak zwanej strefy Moho) z płaszczem ziemskim która na przykład pod Maszewem sięga 33 km. Oto schemat głównych warstw geologicznych w tak zwanym przekroju LT-7, przebiegającym na linii Lipsk - Lębork (źródło: A. Guterch, M. Grad - "Lithospheric structure of the TESZ in Poland based on modern seismic experiments", 2006)


Odcinek od VF (Variscan Front - linia sfałdowań waryscyjskich) do TTZ (Teisserye-Tornquist Zone - północna część TESZ) stanowi awalońską część Pomorza. Trans-European Suture Zone (TESZ) to tak zwany pas zszycia (nałożenia się) dwóch płyt kontynentalnych: Awalonii (Platformy Zachodnio-Europejskiej) i Bałtyki (Platformy Wschodnio-Europejskiej), powstały w strefie subdukcji (zsunięcia się krawędzi Bałtyki pod Awalonię). Jego wschodnia (pomorska) krawędź przebiega na linii Trzebiatów - Czaplinek. Nota bene, strefę TTZ odkrył polski geolog Wawrzyniec Teisseyre.

Pod szerokim na 150-200 km pasem zszycia,  na zachód od górnej krawędzi płyty awalońskiej, wciśnięty jest pod nią, zanikający w kierunku południowo-zachodnim, "język" płyty bałtyckiej. Wartości liczbowe w białych prostokątach reprezentują szybkość rozchodzenia się fal sejsmicznych (tzw. pierwotnych, P-wave) w różnej strukturze skał. Przez najniżej położoną warstwę skorupy ziemskiej, jaką są skały magmowe (bazaltowe)  fale te rozchodzą się z prędkością od 6.7 do 7.2 km/sek. Im młodsze są skały, tym wolniej przechodzą przez nie fale sejsmiczne (np. przez granit 5.7-5.0 km/sek, przez skały osadowe 5.0-3.35 km/sek).

Ta najniższa część skorupy ziemskiej, w przypadku Maszewa o grubości około 5-7 kilometrów to spoczywający na płaszczu ziemskim przedkambryjski klin płyty bałtyckiej. Powyżej niego, podobnej grubości leży awaloński fundament Pomorza, powstały od początku kambru do środkowego ordowiku, czyli około 600-470 milionów lat temu. Kambr "dał życie" nie tylko Awalonii, ale przede wszystkim był okresem tak zwanej eksplozji kambryjskiej przyśpieszonego tempa ewolucji życia na ziemi, w ciągu którego (około 60 milionów lat) pojawiło się na ziemi, a właściwie w morzach, bardzo wiele wielokomórkowych organizmów żywych, w tym pierwsze kręgowce. Kręgosłup, jako usztywnienie organizmu, wyewoulował z tzw. szkieletu zewnętrznego czyli eksoszkieletu. Oto pierwsze prakręgowce sprzed około 450 mln lat. Są to zdjęcia mikrororganizmów wykonane w różnych skalach, oznaczonych białymi liniami, które zawsze reprezentują długość 0.1 mm (Stefan Bengtson 2004, Muzeum Historii Naturalnej w Sztokholmie).


Powyżej najstarszych skał kambryjskich Awalonii znajdują się około pięciokilometrowej grubości pokłady skał powstałych z działalności wulkanicznej w okresie późnego ordowiku i syluru oraz z osadów morskich (450-400 milionów lat temu), wywołanej chowaniem się płyty tektonicznej, na której znajdowało sie Morze Tornquista (będące tektonicznie częścią Oceanu Iapetus) pod płytę awalońską i bałtycką, co zakończyło się około 440 milionów lat temu.

Skały z tej warstwy geologicznej, w formie osadów ilastych,  piasków i wapieni, tworzyły się dalej aż do około 410 milionów lat temu, kiedy po połączeniu się Awalonii z Bałtyką, w okresie tak zwanej orogenezy kaledońskiej zostały wypiętrzone ponad powierzchnię oceanu. W trakcie tych wielkich fałdowań skorupy ziemskiej powstało na Pomorzu pasmo górskie, którego grzbiet przebiegał mniej więcej na linii Ribnitz - Pasewalk - Barlinek. Po relatywnie krótkim okresie kilkunastu milionów lat zostało pochłonięte w dewonie przez tworzące się zapadlisko na styku Awalonii z Bałtyką. Ale to już inna historia. Oto układ lądów i oceanów z okresu przed zaniknięciem Morza Tornquista.


Na tych pokładach leży trzecia, siedmiokilometrowa warstwa osadowych skał dewońskich i karbońskich, a powyżej nich około trzy kilometry osadów permskich.  Najmłodsze, najwyżej położone trzy kilometry osadów powstały w ostatnich 250 milionach lat. Dane te są tylko przybliżone i zróżnicowane w innych częściach Pomorza. Można jednak uogólnić stwierdzenie, że jeżeli liczyć wiek ziemi pomorskiej na prawie 500 milionów lat (nie uwzględniając wciśniętego pod nią dużo starszego klina płyty bałtyckiej), to w pierwszej połowie tego okresu powstało około 85 procent skał, natomiast w drugiej tylko 15 procent. Czyżby Ziemia "uspakajała się" z biegiem wieku?

Pod dnem oceanów skorupa ziemska jest najcieńsza - około 5-7 km grubości, co powoduje że zachodzące w głębii naszej planety powolne krążenie gorącej materii, zwane konwekcją, rozgrzewa skorupę w najcieńszych miejscach i przerywa jej ciągłość. Widać to dobrze na poniższej animacji opublikowanej na stronie Mid-ocean ridge (Wikipedia). Biorąc pod uwagę wspomnianą wyżej grubość skorupy ziemskiej pod oceanami oraz samą głębokość oceanów, zauważmy że łączna głębokość skorupy ziemskiej w oceanach nie przekracza 15-17 kilometrów (od poziomu morza do warstwy Moho), czyli jest około trzykrotnie mniejsza, niż podobnie liczona średnia głębokość kontynentalnej skorupy ziemskiej. Z uwagi więc na swoją masę, płyty kontynentalne są dużo głębiej "zanurzone" w płaszczu ziemskim, niż płyty oceaniczne.


Z powstałych szczelin w dnie morskim wydobywa się powoli lawa, która rozpycha płyty tektoniczne. Zastygająca na dnie oceanów lawa tworzy wzdłuż tych szczelin wysokie łańcuchy górskie, zwane grzbietami śródoceanicznymi. W ten sposob w uproszczeniu odbywa się wędrówka kontynentów po astenosferze, górnej części płaszcza ziemskiego. Oto schemat tych procesów, zaczerpnięty ze strony SMSTsunami Warning. Niedokładne jest natomiast na tym schemacie przedstawienie głębokości skorupy ziemskiej, będącej główną częścią litosfery, wchodzącej wgłąb płaszcza ziemskiego (mantle). W rzeczywistości głębokość ta, jak wspomniałem wyżej, jest kilkukrotnie większa pod kontynentami, niż pod oceanami.


Temperatura skał na styku skorupy ziemskiej i płaszcza ziemskiego dochodzi do +90°C. Poniżej skorupy, do głębokości do 100 km, znajduje się chłodniejsza część (około +700°C) płaszcza, a pod nią tzw. astenosfera - warstwa półpłynnej magmy, o temperaturze około +1600°C. Głębiej, do jądra Ziemi, którego temperatura sięga 5 tysięcy stopni Celsjusza, nie będziemy już "schodzić". Wraz z upływem czasu te najgłębsze, najstarsze pokłady skalne pochodzenia wulkanicznego, jakie znajdują się pod Maszewem, były przykrywane coraz to młodszymi pokładami osadowymi i metamorficznymi, które jeżeli nie zostały zdeformowane przez ruchy górotwórcze lub tektoniczne ziemi, układały się w równoległe warstwy skał, nazywanych zgodnie z kolejnymi okresami geologicznymi. O tych okresach, "zapisanych" w warstwach skalnych pod Maszewem opowiem przy następnej okazji.

Wiedząc już z pierwszego artykułu ("Podróż w głęboką przeszłość"), że "maszewski" michelinoceras żył w okresie 440-420 milionów lat temu, powróćmy do pytania o miejsce jego egzystencji. Po  zbadaniu historii powstania pomorskiej części kontynentu, możemy przyjąć że osobnik ten żył w okolicach dzisiejszej Gotlandii. Jego skamielinę zabrał stamtąd ze sobą ostatni lodowiec i złożył na ziemi maszewskiej w trakcie jej opuszczania około 15 tysięcy lat temu. Jego przebytą z lodowcem drogę zaznaczyłem żółtą linią na poniższej mapie, pochodzącej z pracy autorów Trond H. Torsvik i L. Robin M. Cocks "Norway in space and time: A Centennial cavalcade" w Norwegian Journal of Geology Nr 85 z 2005 roku. Pozwoliłem sobie nieznacznie skorygować na niej przebieg wschodniej krawędzi Awalonii.


Jak widać na mapie, rejony Gotlandii były przed 425 milionami lat terenami płytkiego, podrównikowego morza, w miejscu intensywnie rozwijających się raf koralowych ("bioherms"). Tak jak zwykle kojarzymy pokłady węgla z epoką karbonu, tak z sylurem wiążą się najbardziej wapienie. W okresie tym, na początku którego poziom oceanów znacznie się podniósł w wyniku zakończenia epoki lodowej, powstały najkorzystniejsze w historii ziemi warunki do rozwoju raf koralowych w ciepłych i płytkich wodach szelfowych i w morzach epikontynentalnych. Oto, poza omawianym tutaj michelicenorasem z Gotlandii jeszcze jedna skamielina koralowca, w sylurskim wapieniu z tych samych okolic (źródło: kazkamen.cz).


Przebyta przez michelinocerasa podróż w przestrzeni jest imponująca! Chociaż urodził się w wodach szelfu nowopowstałego kontynentu Laurosja, zwanego również Eurameryką, "w sąsiedztwie" przyszłej ziemi pomorskiej (wówczas jeszcze głęboko pogrążonej w oceanie), to żył na półkuli południowej. Jego szczątki przebyły podróż po kuli ziemskiej z około 15 stopnia szerokości geograficznej południowej do około 58 stopnia szerokości północnej. Daje to dystans w prostej linii około 8 tysięcy km. W rzeczywistosci był on większy, bowiem płyta kontynentalna przemieszczała się na północ "zawijasami". Ostatni 500-kilometrowy odcinek pokonał on w głębii lodowca, aby spocząć ostatecznie na Pomorzu. 

Równie imponująca była jego podróż w czasie. Przyszedł na świat około 430 milionów lat temu, a jego szczątki zostały uwięzione w skandynawskich wapieniach sylurskich. Ten fragment skały z jej oryginalnego położenia zabrał ze sobą "idący" w stronę Polski lodowiec około 27 tysięcy lat temu, aby po kolejnych 12 tysiącach lat ("w drodze" na północ) uwolnić tą skamielinę na ziemi maszewskiej.
.