Burzliwe narodziny Europy

Kontynuujemy temat  z dwóch wcześniejszych artykułów: "Ziemia Maszewska na morzach południowych" oraz "Podróż w głęboką przeszłość". "Podróż" Awalonii spod bieguna południowego (około 70° S) pod równik trwała około 140 milionów lat. Połączenie Awalonii z Bałtyką i z Laurencją nastąpiło w okresie Syluru 440 milionow lat temu, na około 15-tym stopniu szerokości geograficznej południowej, którą dzisiaj zajmuje na przykład Madagaskar. Oto układ paleokontynentów w ich pukcie wyjściowym wokół bieguna południowego 600 milionów lat temu. Ta i pozostałe trzy tego rodzaju mapy pochodzą z portalu Colorado Plateau Geosystems Inc. Pozwoliłem sobie w stosunku do oryginału na korektę przebiegu "polskiej" części krawędzi Bałtyki.

Z 15-tego równoleżnika na półkuli południowej i od okresu sprzed 440 milionami lat, w trakcie dalszego przemieszczania się trzech paleokontynentów ku północy, rozpoczął się proces powstawania głównych zrębów kontynentu europejskiego, zakończony dopiero w miocenie, około 10 milionów lat temu. W podróży kontynentów, która trwa do dziś, tereny dzisiejszego Pomorza przekroczyły równik około 300 milionów lat temu, a 30-ty równoleżnik szerokości północnej (dzisiaj, na przykład, jest na nim Senegal), około 220 milionów lat temu. Spróbujmy w największym możliwym skrócie odtworzyć główne zmiany w ukształtowaniu powierzchni Ziemi i rodzącej się przyrody w "naszej" części Europy w okresach syluru, dewonu, karbonu i permu.

Najpierw, w ciągu następnych kilku dziesiątków milionów lat, wzdłuż strefy zszycia (jak mawiają geologowie) tych trzech płyt kontynentalnych, pod które zostały wepchnięte dzielące je wcześniej płyty oceaniczne, tworzyły się łańcuchy górskie, czemu towarzyszyła silna działalność wulkaniczna. Obrazuje ten proces poniższy schemat. Należy pamiętać, że wchodzenie jednej płyty tektonicznej pod drugą nie tylko wywołuje skutki w bezpośredniej strefie, jak niżej widać, ale powoduje także cofanie się tej drugiej płyty, chociaż w tempie dużo wolniejszym. W takim właśnie procesie Ameryka i Europa oddalają się od siebie.

.

W okresie od Syluru do wczesnego Permu (440-280 milionów lat temu) trwał proces przyłączania się do Bałtyki od południa  kolejnych mikro-kontynentów i blokow tektonicznych, które uformowały ostatecznie dzisiejszy kształt Europy. Jej największą, a zarazem autonomiczną i pierwotną częścią tektoniczną jest tak zwany Kraton Wschodnio-Europejski (EEC), obejmujący dzisiejszą Skandynawię (byłą Bałtykę) i płytę Niżu Rosyjskiego. Pozostałe tereny, które dołączyły do EEC, pochodzą głównie z paleokontynentu Gondwana, z jego części będącej obecnie Afryką ale także z jego innej części, jaką obecnie jest Ameryka Południowa (wybrzeże dzisiejszej Wenezueli).

Europa zawiera w sobie także część współczesnego kontynentu północno-amerykańskiego, jaką jest podłoże tektoniczne dzisiejszej Irlandii Północnej i Szkocji. Granice zszycia poszczególnych kawałków tektonicznych Europy nie mają nic wspólnego z obecnymi granicami państw. Większość krajów, w tym Polska, leży na kilku fragmentach tektonicznych o różnym wieku i pochodzeniu, które dzielą z innymi państwami. Po powstaniu około 300 milionów lat temu nowego super-kontynentu Pangea, do którego należała Europa, ale jeszcze bez Półwyspu Bałkańskiego, wiele dzisiejszych kontynentów nadal szukało swojego miejsca na ziemi, na co wskazuje poniższa mapa:

Awalonia, "ojczysty" fundament tektoniczny Pomorza, powstała już wcześniej, około 600 milionów lat temu jako tak zwany łuk wulkaniczny, w wyniku wsuwania sie płyty oceanicznej pod paleokontynent Gondwana. Inaczej jednak jak Bałtyka i Awalonia, tamten superkontynent posiadał szerokie pasmo podmorskiego szelfu, pod który wchodziła płyta oceaniczna.

W pewnym oddaleniu od linii brzegowej Gondwany, na dnie morskim szelfu wypiętrzył się wulkaniczny łańcuch górski, który po ponad stu milionach lat istnienia jako część Gondwany oderwał się od niej, aby rozpocząć samodzielny byt jako Awalonia. Nazwa pochodzi od od półwyspu znajdującego się we współczesnej Nowej Funlandii, który leży na tym samym fundamencie pierwotnych skał, co Pomorze.

W trakcie zbliżania się Awalonii do Bałtyki i wchodzenia pod nie płyty dzielącego je oceanu, następowało stopniowe podnoszenie się płyty Awalonii, aż do pełnego wynurzenia się lądu obecnego Pomorza i zespolenia się obydwu kontynentów w trakcie orogenezy kaledońskiej. Połączenie nastąpiło w pobliżu równika, na około 20 stopniu szerokości geograficznej poudniowej. Był to okres tak zwanej orogenezy kaledońskiej.

W tym okresie rozpoczęła się długa, trwająca około 20 milionów lat, najbardziej mroźna w historii Ziemi epoka lodowa, w której będące częścią Gondwany obecne tereny Sahary, położone wówczas wokół bieguna południowego, zostały pokryte czaszą lodu, jak dzisiaj na Antarktydzie. Ten odległy okres pozostawił na powierzchni ziemi widoczne ślady, jak to wyrzeźbione w Algerii podłoże pod przesuwającym się lodowcem (źródło: R. Cocks 2008 - "Palaeogeography of the Lower Palaeozoic", Shropshire Geological Society).

Okres lodowy związał wielkie ilości wody, przez co poziom oceanów znacznie się obniżył w okresie 440-430 milionów lat temu, odsłaniając tym samym znaczne części płyt kontynentalnych, w tym także Awalonii.

Znaczne ochłodzenie klimatu i zabranie przez spadek poziomu oceanów około pięciuset metrów najwyższej, najbardziej życiodajnej warstwy ekosystemu morskiego, znajdującego sie w obrębie tak zwanych mórz epikontynentalnych, spowodowało wyginięcie pod koniec ordowiku (440 milionów lat temu) około połowy gatunków fauny morskiej, najwyższy do czasów permu (250 milionów lat temu).

Ograniczenie na początku syluru wielkości ekosystemu szelfowego, w którym procesy fotosyntezy sięgały dna morskiego, poprzez ustalenie sie linii brzegowej oceanów poza obrębem szelfów, a już na stromych stokach płyt kontynentalnych, pozbawiło możliwości życia większości dotychczasowej fauny morskiej, ale jednocześnie sprowokowało ewolucję flory morskiej w kierunku przystosowywania się do życia na lądzie. To w sylurze świat roślinny "wyszedł" szerzej na ląd. Mchy i porosty, które pojawiły się na lądzie (na styku z wodą) już w ordowiku, stworzyły pierwszą glebę, na której w sylurze pojawiła się kuksonia, pierwsza roślina posiadająca tkankę przewodzącą, tak typową dla roślin nam współczesnych.

Układ lądów tworzącego się "dopiero co" kontynentu europejskiego w okresie 425 milionów lat temu wyglądał w przybliżeniu (orogeneza kaledońska zaznaczona żółtą linią omyłkowo nie uwzględnia Pomorza) jak na poniższej mapie.

Na Pomorzu, w składanej z kawałków tektonicznych "Polsce", około 435 milionów lat temu, powstało pasmo górskie, biegnące równolegle do granicy zszycia z Bałtyką, czyli z północnego zachodu (od dzisiejszej Rugii) na południowy wschód (aż po tak zwaną antyklinę Piły i Złotowa).

Pozostałością po tych górach jest wyodrebniony geologicznie, powstały ze skał krystalicznych z okresu ordowiku (czyli w czasach samodzielnego jeszcze bytu Awalonii) tak zwany Wał Pomorski (po sfałdowaniu tych skał w okresie syluru). Jest on północną częścią większej jednostki tektonicznej, zwanej Wałem (lub Antyklinorium) Srodkowopolskim. Warstwy ordowiku zalegają na Pomorzu "awalońskim", czyli zachodnim na głębokości przeważnie ponad 10 kilometrów, stąd nie są one łatwo dostępne. Możemy natomiast zobaczyć poniżej próbki skał ordowiku ze wschodniego Pomorza (tzw. Wyniesienie Łeby), kiedy obydwie części Pomorza dzieliło płytkie, zamykające się Morze Tornquista (źródło: broszura PGNiG "Gaz z łupków").

Skały te zawierają tak zwane facje ilaste (głównie krzemian glinu), typowe dla osadów płytkiego morza, a także facje węglanowe, czyli resztek fauny morskiej (brachiopody, trylobity, małżoraczki, mszywioły).

W części południowej Antyklinorium Srodkowopolskiego, w trakcie tej samej orogenezy kaledońskiej, wynurzyły się ponownie, powstałe w dolnym kambrze około 550 milionów lat temu, skały stanowiące fundament Łysogór. Blok tektoniczny Łysogór powstał "w sąsiedztwie" Awalonii, na obrzeżu paleokontynentu Gondwana. Do dzisiaj niewyjaśnione jest, w jaki sposób "zjawił się" on w pobliżu Bałtyki, aby się z nią połączyć w podobnym okresie, jak Pomorze. Zapewne podążał on spod bieguna południowego jako osobny blok tektoniczny tuż za Awalonią, jednakże w całości zanurzony w oceanie, aby zostać odsłoniętym przez opadający o kilkaset metrów poziom oceanów w momencie "przycumowania" do Bałtyki.

Przez następne 40 milionów lat, do około 395 milionów lat temu, następowała erozja tych nienazwanych gór pomorskich, których wysokość sięgała około dwóch, trzech kilometrów. Tereny górskie Awalonii sprzyjały zwiększonym opadom deszczu i tworzeniu się systemow rzecznych, a w dalszym oddaleniu od gór, jeziornych i lagunowych. Spływajaca woda przenosiła w doliny osady zwietrzałych skał, gdzie powstawały tak zwane zbiorniki sedymentacyjne. Krajobraz Pomorza w okresie późnego Syluru mógł wyglądać następująco.


Na styku Awalonii i Bałtyki, w wyniku działania tak zwanego prawa równowagi izostatycznej, po pierwotnym zderzeniu się tych kontynentów, w skutek zgromadzonej po obu stronach płyt energii nastąpiło częściowe "odbicie" się ich od siebie, przez co skorupa ziemska pomiędzy nimi stała się cieńsza.

Na początku Dewonu około 400 milionów lat temu, w trakcie tzw. orogenezy hercyńskiej (waryscyjskiej) rozpoczął sie długi (trwający do okresu Permu, 245 mln lat temu) proces dołączania się do Awalonii od południa kolejnych, ułożonych równoleżnikowo, pasm bloków tektonicznych, będących podwodnymi łukami wulkanicznymi. Pierwszy z nich, który dotarł do pomorskiej części Awalonii to łuk tak zwanego Pasa Reńsko-Hercyńskiego. Główne jednostki tektoniczne tej części Europy, uformowane w okresie fałdowań hercyńskich, pokazuje poniższa schematyczna mapa (źródło: Wikipedia):

Jego północna krawędź wchodząc pod płytę awalońską wywołała powolny proces nachylania się tej części Awalonii w kierunku północno-wschodnim. Na styku Bałtyki i Awalonii zaczęła tworzyć się olbrzymia niecka, zaczynająca się od podnóża wypiętrzających sie "dopiero co" Gór Swiętokrzyskich, przez Pomorze, Niemcy, Holandię, aż po Anglię, którą stopniowo zajmowało morze, którego poziom w okresie syluru znacznie się podniósł, po ustąpieniu epoki lodowej.

Pomorska część tego basenu wyodrębniona jest dzisiaj jako jednostka tektoniczna pod nazwą Niecki Szczecińskiej, leżącej pomiędzy dwiema głównymi częściami geologicznymi Europy - tak zwaną Platformą Paleozoiczną i Platformą Wschodnioeuropejską. Po swojej wschodniej krawędzi Niecka Szczecińska leży na platformie epikaledońskiej (przedkaledońskiej), zbudowanej z najstarszych skał wsuniętej pod nią krawędź płyty Bałtyki, podczas gdy zachodnie pochylenie Niecki leży już całkowicie na "polskiej" części Awalonii. Oto mapa profilu basenu, jaki powstał w dewonie na styku Platformy Paleozoicznej i Wschodnioeuropejskiej (kolor ciemnoniebieski) z zaznaczoną miąższością pierwotnych (przed późniejszą częściową denudacją) osadów dewońskich  (L. Miłaczewski, M. Narkiewicz 1997).

Powstający w okresie dewonu i przez okres karbonu i permu stopniowo zamykający się śródkontynentalny basen został nazwany Południowym Basenem Permskim, bowiem w okresie Permu nastąpiło jego wypełnienie najpierw osadami czerwonego spągowca, później osadami cechsztynu. Te pierwsze, to zerodowane skały lądowe - piaskowce o zabarwieniu czerwonym oraz z domieszek skał często pochodzenia wulkanicznego, powstałych w wyniku wietrzenia i erozji wodnej sąsiadujących wyżej położonych terenów.

Osady cechsztynu to osady morskie, odkładające się w trakcie trwania tak zwanego morza cechsztynskiego. Morze to, obejmujące również Północny Basen Permski (tereny dzisiejszego Morza Północnego i Jutlandii), było silnie zasolonym zbiornikiem o wielkości dwukrotnie większej, niż obecne Morze Czarne. Praktycznie odcięte od oceanów stopniowo spłycało się, a wody jego wyparowywały, pozostawiając po sobie olbrzymie pokłady soli.

W płytkich wodach pokrywających szelfy płyt kontynentalnych oraz w morzach epikontynentalnych, a więc także w obrębie dzisiejszego Pomorza, począwszy od około 520 milionów lat temu, aż pod koniec permu, czyli 250 milionów lat temu, przetrwała jedna z najdłużej żyjących gromad wśród stawonogów, wspomniane wyżej trylobity. Oto pięknie zachowany egzemplarz, opublikowany na portalu Polskiego Towarzystwa Przyjaciół Nauk o Ziemi (PTPNoZ), Oddział Górnośląski.

Granice Południowego Basenu Permskiego (zwanego także Srodkowoeuropejskim) nakreślone są na poniższej mapie, której autorem jest pan Mark Geluk, pracownik naukowy Holenderskiego Instytutu Geologicznych Nauk Stosowanych. Był on uprzejmy udostępnić tę informację z jego interesujacej strony internetowej. Miejsca białe to obszary wyżynne i górskie, kolorowe to rejon Basenu z liniami wyznaczającymi aktualną grubość osadów z okresu permskiego; dla terenów oznaczonych szarym kolorem brak jest dostatecznych danych.

Basen ten budzi wielkie zainteresowanie nie tylko paleontologów, ale również, a może przede wszystkim geologów szukających złóż roponośnych. Skały czerwonego spągowca stanowią bowiem szczelne podłoże dla kumulowania się na nim, a wewnętrz osadów cechsztyńskich (dolomity) zasobów ropy naftowej. W jego też obrębie uformowały się w okresie permskim pokłady łupków miedzionośnych, położonych na warstwie skał czerwonego spągowca, a pod pokładami cechsztynu.


W pewnym przybliżeniu linie grubości osadów (izopachyty) możemy uważać za poziomice, wskazujące na ukształtowanie powierzchni i głębokość basenu w owym czasie. Na północny wschód od najgłębszych osadów w niemieckiej części tego basenu zaznaczyłem miejsce największego w historii Europy ogniska aktywności wulkanicznej, a w południowo-wschodniej części basenu  miejsce znalezienia śladów tetrapoda z Zachełmia, o czym piszę poniżej.

Chciałbym więc jeszcze cofnąć się w czasie, do okresu dewonu. Teren Pomorza wypełniany był wtedy osadami z otaczających go terenów lądowych, a także wapiennymi pozostałościami płytkowodnej i rafowej fauny morskiej. Niecka Szczecińska stała się w dewonie dnem ciepłego, porównikowego morza, jak przedstawia to poniższa reprodukcja (źródło: Wydział Nauk o Ziemi Uniwersytetu Wisconsin-Madison).

Edward Chwieduk z Instytutu Geologii Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu rozpoznał w zbadanych na Pomorzu, pochodzących sprzed 380-350 milionów lat skałach (położonych dwa do pieciu kilometrów pod powierzchnią) 78 gatunków koralowców należących do wymarłego rzędu Rugosa, obejmujących 51 rodzajów, w tym 14 gatunków nieznanych dotąd nauce.

To na obrzeżach tego morza żył przed 395 millionami lat tetrapod, najstarsze na świecie czworonożne zwierzę (z gromady gadów), którego ślady odkryli naukowcy w Zachełmiu pod Kielcami. Miejsce znalezienia śladów tetrapoda zaznaczyłem powyżej na płyciźnie w południowo-wschodniej części basenu. Ewolucja niektórych gatunków morskich kręgowców w kierunku przystosowania się do życia na lądzie została wywołana przez zmieniające się warunki ekosystemu na granicy morza i lądu, sprowokowane fluktuacją poziomu oceanów, powodowanej z kolei zmianami klimatycznymi i znaczącymi ruchami tektonicznymi skorupy ziemskiej.

Tereny tego olbrzymiego basenu, wypełnionego skamieniałościami zwierząt i roślin z okresu od dewonu przez karbon do permu, są dzisiaj prawdziwym zagłębiem naukowym dla paleontologów, odtwarzających historię fauny i flory na Ziemi. Tetrapod wyznaczył ewolucję kręgowców z gromady gadów morskich w  kierunku ssaków lądowych. Oto zdjęcie żyjących sto milionów lat po pojawieniu się tetrapoda synapsodalnych gadów lądowych, posiadających już cechy ssaków, z rejonu Drezna (źródło: Schneider & Romer 2010 "The late Variscan Molasses of the Saxo-Thuringian Zone").

W okresie wspomnianej wyżej orogenezy hercyńskiej, wywołanej łączącymi się od południowej granicy Awalonii kolejnymi terenami formującymi przyszłą Europę, pomorska część Awalonii pod którą skorupa ziemska była cieńsza, stała się największym w Europie ogniskiem wulkanicznym i wylewów magmy.

W okresie około 400 do 300 milionów lat temu, stare tereny Awalonii "atakowane" były od południa młodszymi blokami tektonicznymi, układającymi sie w równoleżnikowe pasma, które kolejno dobijały do tworzącego się kontynentu. Mozaika europejska z okresu 350 milionów lat temu wyglądała mniej więcej, jak na poniższej reprodukcji. Proszę zwrócić uwagę, że tworząca się wówczas centralna i zachodnia część Europy nadal leżała na południe od równika.

Europejski wulkanizm osiągnął swoje apogeum około 290 milionów lat temu, a jego epicentrum znajdowało się pomiędzy obecnymi miastami Neubrandenburg i Anklam, czyli zaledwie około 100 km od Maszewa. Wylewająca się magma, skały i pyły wyrzucane przez wulkany pokryły centralną część basenu. Na polskim Pomorzu miąższość (grubość) skał powulkanicznych sięga 500 metrów. Zakończenie najbardziej wulkanicznej epoki w historii Europy zamknęło najbardziej burzliwy okres w formowaniu się kontynentu. Od czasów późnego Permu Europa stała się miejscem bardziej sprzyjającym życiu.

Powstały w Dewonie środkowo-europejski basen morski został ostatecznie ukształtowany po orogenezie waryscyjskiej, w wyniku której odcięty on został od oceanów i stał się zamkniętym zbiornikiem, podobnym do dzisiejszego Morza Kaspijskiego. Oto skamielina ryby Paleoniscus frieslebeni, znaleziona w Ellrich, w Niemczech na płytkim obrzeżu tego basenu i datowana na 252 miliony lat. Jej doskonale zachowane cechy morfologiczne sugerują, że ryba zginęła gwałtownie, być może przysypana popiołem wybuchłego wulkanu, który odciął żywy organizm od tlenu i zakonserwował go zanim przeobraził się w kamień. Skamielinę ryby tego samego gatunku, datowną na około 250 milionów lat, znaleziono także w pokładach permskich w kopalni miedzi w Polkowicach, w dawnej zatoce tego basenu.

Skoro  mówimy o wymarłych zwierzętach, które żyły na terenach dzisiejszej Polski, to jednym z najbardziej spektakularnych był żyjący pod koniec okresu jurajskiego, około 150 milionów lat temu, olbrzymi krokodyl morski Machimosaurus, którego szczątki znaleziono na początku XX wieku w kamieniołomie w Czarnogłowach koło Kamienia Pomorskiego. Był to wówczas największy drapieżnik morski, osiągający około 10 metrów długości i wagę do 8 ton. Jego pierwsze szczątki na świecie znalazł w 1837 roku Hermann. von Meyer. W systematyce zwierząt sklasyfikowany jest następująco: gromada gadów, nadrząd - krokodylomorfy, rodzina - Teleosauridae, rodzaj - Machimosaurus. W Czarnogłowach znaleziono także skamieniałe fragmenty innego prakrokodyla, jakim był Stenosaurus jugeri. Na internetowym forum geologicznym jeden z czytelników chwalił się, że w 2005 roku znalazł w Czarnogłowach połówkę zęba Machimosaura. Oto rekonstrukcja tego pragada z Musée de la Princerie w Verdun.

Wracając jeszcze do cechsztyńskich pokładów soli, to najstarsza w Polsce sól o wieku około 250 milionów lat zalega na Pomorzu, w Wielkopolsce (Kłodawa),  na Kujawach (Inowrocław, Ciechocinek) i na Dolnym Sląsku (Sieroszowice), w tej samej prazatoce co skamielina z Polkowic. Powstałe tak zwane diapiry, w formie poduszek i wyciśniętych ku górze pni solnych, powstałych jako "echo" ruchów górotwórczych w rejonie Karpat w okresie mioceńskiej fazy orogenezy alpejskiej. Osiągają grubość (miąższość) od 200 metrów w rejonie pobrzeża dzisiejszego Bałtyku, do 800 metrów na północ od dolnej Warty i Noteci. Oto zrekonstruowana mapa Europy w końcowej fazie jej konsolidacji tektonicznej w epoce Miocenu, przed 13 milionami lat, w okresie narodzin Karpat.

Pokłady soli z najstarszych na świecie (znane ślady jej wydobycia sprzed pięciu i pół tysiąca lat) kopalni w okolicach Wieliczki i Bochni są dużo młodsze i mają całkowicie inne pochodzenie, niż sole permskie z Pomorza, Kujaw, Wielkopolski i Dolnego Sląska. Powstały zaledwie około 15 milionów lat temu, w wyniku wyparowania zamkniętej Karpatami części morza zwanego Paratethys, połączonego z oceanem Tethys, "praprzodkiem" obecnego Oceanu Indyjskiego. Z morza Paratehtys pozostały dzisiaj Morze Czarne, Morze Kaspijskie i Jezioro Aralskie. Można więc powiedzieć, że podziemne zasoby soli na Pomorzu mają pochodzenie atlantyckie, a dużo młodsza sól z Pogórza Karpackiego pochodzi z Oceanu Indyjskiego.

Sól kamienna w okolicach Wieliczki mogła być odkryta przez neolityczną ludność pochodzącą z dorzecza Dniestru, reprezentującą tak zwaną kulturę Cucuteni-Trypole. Ludom tym przypisują prehistorycy pierwsze znane wykorzystanie soli do celów konsumpcyjnych, poprzez jej odparowywanie z lokalnych źródeł solankowych. Sól z Wieliczki należy do tych samych mioceńskich złóż, które sięgają aż Rumunii. Człowiek używał soli jako przyprawy i jako środek konserwujący mięso tam, gdzie była ona dostępna na powierzchni ziemi w formie wykwitów lub nacieków niewątpliwie wiele, wiele tysięcy lat wcześniej, niż jest to dzisiaj archeologicznie potwierdzone.  Ale to już inna historia. Oto wnętrze kopalni w Wieliczce, przedstawione na miedziorycie z 1645 roku przez gdańszczanina holenderskiego pochodzenia Wilhelma Hondiusa (ze zbiorów Tomasza Niewodniczańskiego, kopia: K. Zielińska, Z. Kozłowska - "Historia 2", Warszawa 1994).

Wraz z końcem Permu, kiedy w wyniku wiekiej aktywności wulkanicznej na ziemi zawartość tlenu w atmosferze obniżyła się w stosunku do dzisiejszych czasów pięciokrotnie, co spowodowało masowe wymarcie (około 95 procent gatunków) fauny i flory na Ziemi, kończy się era Paleozoiku. Następuje Mezozoik, era ciepłego klimatu i bogatego rozwoju świata roślin i zwierząt.
.

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. Wahania w poziomie wód w oceanach, wynikające z ruchu płyt tektonicznych w określonym rejonie Ziemi, zwane są zmianami izostatycznymi. Natomiast zmienność ta, uzależniona od długookresowego bilansu obiegu wody w przyrodzie (opady atmosferyczne, parowanie, zmienność wielkości powłok lodowcowych) zwana jest zmianami eustatycznymi.

Niektórzy naukowcy uważają, że w wyniku zwiększającej się aktywności człowieka na ziemi, następuje przyśpieszone topnienie lodowców, przez co poziom oceanów podnosi się średnio o około 3,2 milimetra rocznie, co miałoby być dwa razy szybciej niż na początku XX wieku. Oto opublikowana 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 Śląska dnem Morza Północnego. 

Jest to jednak model bardziej propagandowy, niż naukowy, bowiem zmienność klimatu jest cechą permanentną naszej planety, a wnioski z badania dynamiki tych zmian należałoby określać nie dla nic nie znaczącego w skali Ziemi okresu kilku dekad, czy nawet kilku wieków, ale w horyzoncie co najmniej tysiącleci. Wahania o krótszym okresie będą tylko szumem informacyjnym, nie dającym podstaw do wyciągania wniosków o tendencjach zmian klimatu na Ziemi.

Być może rację mają sceptycy teorii "globalnego ocieplenia", 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 się 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 powiększeniu "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 Algierią i Mali.

Należy sądzić, że na takiej szerokości geograficznej ortocerasy nie miały 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 głębi 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, wyewoluował z tzw. szkieletu zewnętrznego czyli eksoszkieletu. Oto pierwsze prakręgowce sprzed około 450 mln lat. Są to zdjęcia mikroorganizmów 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 głębi 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 sposób 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 na marginesie, w owym czasie na położonych w pobliżu bieguna południowego terenach dzisiejszej Sahary panowała epoka lodowcowa, tak zwane zlodowacenie andyjsko-saharyjskie.

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 nowo powstałego 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 rzeczywistości był on większy, bowiem płyta kontynentalna przemieszczała się na północ "zawijasami". Ostatni 500-kilometrowy odcinek pokonał on w głębi 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.

.