Czym są iły warwowe? Nie zrozumiemy ich historii powstawania oraz roli, jaką pełnią obecnie w świecie geologii, jeśli nie poznamy ich wyglądu. Iłami warwowymi nazywa się drobno warstwowane skały osadowe (iłowce), które charakteryzują się występowaniem naprzemiennych jasnych i ciemnych poziomych lamin zwanych warwami. Trochę przypomina to, jakby ktoś porysował ołówkiem białą skałę, tworząc gęstą sieć ciemnych, podłużnych kresek na jasnym podłożu.
Czytaj też: Obce struktury w jądrze Ziemi wciąż tam są. Pierwszy raz w historii widzimy coś takiego
Geolodzy zaczęli przyglądać się tym skałom już w XIX wieku. Okazało się występują w wielu miejscach na świecie, ale przede wszystkim tam, gdzie w epoce plejstocenu występowało zlodowacenie. Początkowo naukowcy nie mieli pojęcia, co mogą oznaczać te ciemne laminy. W latach 40. XIX wieku Edward Hitchcock (nie ten od filmów, a amerykański geolog) sądził, że warwy mogą mieć charakter sezonowy. Cztery dekady później Warren Upham stwierdził, że tajemnicze struktury odpowiadają porom roku – cieplejszej i zimniejszej.
Prawdziwej rewolucji w sprawie iłów warwowych dokonał w końcu szwedzki naukowiec – Gerard De Geer. Odkrył on zależność pomiędzy sekwencjami lamin a słojami drzew. Udowodnił tym samym, że zestaw jednej jasnej i jednej ciemnej warstewki odpowiada dokładnie jednemu rokowi osadzania materiału.
Iły warwowe i ich wyjątkowe struktury. W jakich warunkach powstawały te skały?
Główną rewelacją, która sprawia, że iły warwowe są takie wyjątkowe, to fakt, że stojąc przed ich odsłonięciem, naprawdę będziemy patrzeć na zapis historii Ziemi z dokładnością do półrocza. Niewiele skał oferuje tak dokładny wgląd w przeszłość geologiczną.
Nasze warwowane struktury, których nazwa zresztą pochodzi z języka szwedzkiego (szw. varv – wstęga, wstążka), pojawiają się w osadach dawnych jezior zastoiskowych i najczęściej są pamiątką po okresie zlodowaceń. Najlepiej można to sobie zobrazować, wyobrażając sobie ogromne czoło lądolodu. Spod jego dna nieustannie wypływały różne rzeki niosące osady. W niektórych miejscach – tam, gdzie lądolód chociażby się cofał – powstawały jeziora zastoiskowe. Dzisiaj takie zbiorniki zobaczymy na przedpolach wielu lodowców górskich.
Dostawa wody wraz z drobinami osadu była ściśle zależna od pory roku. Latem, kiedy tempo topnienia lodu było większe, jeziora zasilały świeże wody, bardziej natlenione, żyzne i o większej energii przepływu. Niosły one większe ziarna osady o frakcji mułowej i piaszczystej. Natomiast zimą było zupełnie na odwrót. Niższe temperatury spowalniały dostawę wody, wobec czego w jeziorach osadzało się niewiele nowego materiału. Najczęściej były to ciemne gliny (mieszanka ziaren mułu i iłu).
Czytaj też: We wnętrzu Ziemi znajdują się dwie gigantyczne struktury. Wcale nie muszą pochodzić z Ziemi
Naprzemienne występowanie jasnych i ciemnych warstw w równych odstępach czasowych pozwala nam na nazwanie iłów warwowych rytmitami, czyli, jak sam termin wskazuje, skałami mającymi swój naturalny rytm powstawania.
Niestety, aby iły zachowały się w czytelnym stanie, musi być zachowanie kilka dodatkowych warunków. Są to skały niezwykle czułe na zmiany, zatem sedymentacja nie może zachodzić na obszarze aktywnym sejsmicznie. Ponadto lepiej, żeby żadne organizmy żyjące w jeziorze dosłownie „nie grzebały” w osadzie – sedymentacja w warunkach beztlenowych najbardziej sprzyja zachowaniu warw w stanie nienaruszonym.
Jak bardzo w przeszłość można datować iły warwowe?
Datowanie iłów warwowych w gruncie rzeczy wygląda jak liczenie słojów w przekrojach ściętych drzew, ale nie jesteśmy w stanie wykorzystywać tej metody do określania wieku w skali milionów czy setek tysięcy lat. Wystarczy tylko porachować, jak ogromne musiałyby być odsłonięcia skał, aby prezentowały historię chociażby ostatnich 500 tysięcy lat. Przypuszczając, że jednoroczny zestaw białej i ciemnej laminy ma 2 milimetry miąższości, to musielibyśmy stanąć pod 100-metrową skalną ścianą!
Iły warwowe (lub ogólniej osady warwowe) znajdowane są w różnych kontekstach historycznych. Mogą to być świeże osady wciąż się tworzące w strefach dennych jezior. Wówczas pokażą nam one przeszłość obszaru z ostatnich kilkuset lat. Niektóre odsłonięcia warwowanych skał pochodzą z okresów interglacjalnych i niosą w sobie zapis tylko o konkretnym, krótkim okresie sprzed tysięcy lat.
O ich wieku dowiadujemy się z datowań radiowęglowych. W ciemnych laminach znajduje się zazwyczaj dużo materii organicznej, która nadaje się do analizy.
Warto przy okazji wspomnieć o pewnym rekordzie z Japonii. W 2012 roku w czasopiśmie Science pojawiła się praca naukowa badaczy z Kraju Kwitnącej Wiśni, którzy stworzyli najdłuższy zapis kopalny dla osadów warwowych. Okazało się, że rdzeń wydobyty spod jeziora Suigetsu jest zapisem ostatnich 52 800 lat. Sedymentacja w zbiorniku różnicowała się w skali roku dzięki okrzemkom – jednokomórkowym organizmom, które latem bogato zakwitały, budując jasne laminy. Zimą natomiast praktycznie nie dochodziło do produkcji organicznej w jeziorze, więc tworzyły się ciemne warstewki.
Czytaj też: Wewnętrzne jądro Ziemi kryje jeszcze głębsze jądro. Naukowcy wykryli oznaki ukrytej struktury
Po co nam w ogóle badać te struktury w jeziornych iłach?
To jest chyba kluczowe pytanie, ponieważ sztuka dla sztuki nie jest ideą, która powinna rozgaszczać się w umysłach naukowców. Iły warwowe nie służą jako ciekawostka w datowaniu, ale przede wszystkim są nośnikiem o zmianach środowiska i klimatu. Wszak powstają one w zależności od zmian pór roku. Bogatsza produkcja organiczna czy dostawa osadu świadczą o konkretnych warunkach klimatycznych w badanym obszarze.
Badając sekwencję warw dowiemy się o tym, jak ewoluowało środowisko na przestrzeni setek lub tysięcy lat: czy dochodziło do okresowych zmian klimatu; jak rozwijał się lądolód; czy zmieniała się rzeźba terenu lub świat organiczny, a wraz z nimi charakter akumulowanych osadów.
Dzięki datowaniu radiowęglowemu geolodzy korelują poszczególne sekwencje występujące na świecie. Dowiadują się wówczas, czy konkretne zmiany środowiska i klimatu zachodziły regionalnie czy globalnie. Ma to ogromne znaczenie w dobie ocieplenia atmosfery i oceanów. Iły warwowe stają się świetnym materiałem porównawczym z niedawnych epok geologicznych.
Czytaj też: Uratować polskie rzeki może tylko jedna rzecz. Specjalnie wykarczowali kanał, by sprawdzić co
Iły warwowe w Polsce
Jak się możemy domyśleć, skoro na terenie Polski dochodziło w epoce plejstocenu kilkakrotnie do zlodowaceń, to osady warwowe powinny występować u nas powszechnie. Tak właśnie jest. Najwięcej iłów spotkamy na terenie wszystkich pojezierzy. Najobficiej występują w dorzeczu Bugu i Narwi, na obszarze Podlasia i wschodniego Mazowsza.
Oczywiście wiele zespołów badawczych z Polski zajmowało się już tematyką osadów warwowych, nie tylko pochodzenia glacjalnego. Chociażby naukowcy z Uniwersytetu Gdańskiego pod kierownictwem prof. dr hab. Wojciecha Tylmanna, którzy zajmowali się jeziornymi osadami warwowymi na terenie Jeziora Żabińskiego na Mazurach – donosi PAP. Uczeni odkryli między innymi, że człowiek wywierał wpływ na środowisko wokół wspomnianego zbiornika co najmniej na przestrzeni 2000 lat. Stwierdzono to na podstawie zmienności tempa erozji i ewolucji szaty roślinnej pod wpływem działalności człowieka.
Analizę iłów warwowych możemy przeprowadzać nie tylko pod kątem geologicznym. Na przykładzie jeziora Żabińskiego widzimy, że może ona również stanowić uzupełnienie dla badań archeologicznych i historycznych. Zatem nie da się zaprzeczyć, że geologia i jej metody analityczne stanowią dla nauki istotny oręż.