Dzieje geologiczne okolic Kielc - Jan Malec

Geologiczne dzieje okolic Kielc zapisane w materii skalnej obejmują szeroki przedział czasu, od wczesnego kambru po czwartorzęd, co w przeliczeniu na liczby bezwzględne odpowiada około 500 milionom lat. W tym czasie w rejonie Kielc zgromadziło się łącznie około 6-8 km osadów o zróżnicowanej litologii, utworzonych w odległych strefach geograficznych i w różnych środowiskach sedymentacyjnych. Zachowana do dzisiaj w okolicy Kielc niepełna sekwencja fanerozoiku (bez permu i triasu), obejmująca skały o wieku od kambru do karbonu, liczy około 3,5 kilometra miąższości. Pozostałe osady zostały zerodowane po głównych fazach orogenicznych w wyniku długotrwałych procesów erozyjnych. Dochodziło wówczas do znacznego lub całkowitego usunięcia wcześniej osadzonych skał, często o znacznych miąższościach, przekraczających kilka kilometrów.

O brakujących dzisiaj odcinkach profilu fanerozoiku, ich charakterze litologicznym, wykształceniu facjalnym i miąższości – dowiadujemy się z zachowanych sekwencji skalnych podobnego wieku, występujących w nieodległych okolicach Kielc lub na terenie najbliższego obrzeżenia paleozoiku świętokrzyskiego. Z danych tych wynika także, że luki stratygraficzne dokumentujące brak zapisu skalnego, obejmują znaczące przedziały czasu, od kilkunastu do kilkudziesięciu milionów lat. Największe przerwy w sedymentacji osadów występują po głównych fazach ruchów górotwórczych (orogenezach), które na naszym obszarze przypadają na pogranicze środkowego i późnego kambru (faza sandomierska orogenezy kaledońskiej), na przełomie późnego syluru i wczesnego dewonu (fazy krakowska i ardeńska orogenezy kaledońskiej), w interwale czasowym od środkowego karbonu do późnego permu (faza sudecka orogenezy waryscyjskiej) oraz na pograniczu kredy i trzeciorzędu (faza laramijska orogenezy alpejskiej).

Rejestrowane przerwy w braku sedymentacji osadów jakiegoś wieku manifestują się w zróżnicowany sposób. Niekiedy bywają bardzo dobrze czytelne w postaci dużych niezgodności kątowych między sąsiadującymi ze sobą kompleksami skalnymi, z wyraźnie widoczną rozgraniczającą je powierzchnią erozyjną. Częściej jednak luki stratygraficzne są słabo identyfikowalne, a zróżnicowane wiekowo serie skalne graniczą ze sobą z małą niezgodnością kątową lub leżą prawie zgodnie. W takich sytuacjach, na ich obecność i zakres czasowy wskazują rozbieżne datowania wieku względnego graniczących ze sobą warstw, oparte o występujące w nich zespoły skamieniałości. Zazwyczaj potwierdzają je także różnice petrologiczne i struktury tektoniczne sąsiadujących ze sobą warstw.

Szczegółowa analiza sedymentologiczna i faunistyczna kolejnych sekwencji skalnych budujących profil paleozoiku i mezozoiku okolice Kielc wskazuje, że osady te powstawały w zróżnicowanych środowiskach sedymentacyjnych (płytkomorskie, głębokomorskie, lądowe) i różnych strefach klimatycznych, od podbiegunowej do równikowej. Dane te potwierdzone zostały także wynikami badań paleomagnetycznych, wskazujących na różne położenie geograficzne bloku skorupy ziemskiej południowej części Gór Świętokrzyskich w poszczególnych okresach fanerozoiku. Jego zmienne usytuowanie spowodowane było dryfem płyty litosferycznej przemieszczającej się po powierzchni globu.

W najstarszej części paleozoiku, w okresie kambryjskim – obszar dzisiejszych okolic Kielc znajdował się na półkuli południowej, w strefie podbiegunowej, poniżej 60° szerokości geograficznej. W zimnej strefie klimatycznej tworzyły się wówczas osady silikoklastyczne (piaskowcowo-mułowcowe), pozbawione udziału skał węglanowych. W ordowiku – kolejnym okresie paleozoiku, miała miejsce wędrówka bloku skorupy ziemskiej południowej części Gór Świętokrzyskich ku niższym szerokościom geograficznym, nie dalej jednak niż do równoleżnika 30° szerokości geograficznej południowej. Obszar dzisiejszych Gór Świętokrzyskich położony był wówczas w przybliżeniu pomiędzy mikrokontynentami Baltiki i Awalinii. W późnym ordowiku, lądy półkuli południowej objęte zostały jednym z większych w dziejach Ziemi zlodowaceniem. Nastąpiło obniżenie poziomu oceanu światowego, spowodowane uwięzieniem olbrzymich ilości wody w czapach lodowych na lądach. W konsekwencji, w profilu górnego ordowiku wydarzenie to odzwierciedliło się stosunkowo raptowną zmianą facjalną osadów, z głębokowodnych na płytkowodne.

W sylurze, obszar południowej części Gór Świętokrzyskich znajdował się w dalszym ciągu na półkuli południowej, w obrębie średnich szerokości geograficznych. Po ustąpieniu lądolodu, we wczesnym sylurze nastąpiło raptowne podniesienie wód w oceanach. W sekwencji syluru fakt ten zapisał się sedymentacją charakterystycznych czarnych łupków graptolitowych. W środkowym sylurze, w rejonie Kielc zostały one stopniowo zastąpione osadami szarogłazowymi, przemieszczonymi na obszar Gór Świętokrzyskich z południowego zachodu, ze niszczonych łuków wysp wulkanicznych.

W późnym sylurze, w czasie orogenicznych ruchów późnokaledońskich, południowa część Gór Świętokrzyskich została wydźwignięta ponad poziom morza w postaci pasma górskiego. Jego niszczenie i okres lądowy trwał w rejonie Kielc do wczesnego dewonu. Z początkiem tego okresu, związana jest sedymentacja osadów terygenicznych lądowych i płytkomorskich, określanych jako oldredowe, z najstarszymi na naszym obszarze szczątkami ryb. W środkowym i późnym dewonie, blok tektoniczny z obszarem Kielc przemieścił się w strefę podzwrotnikową półkuli południowej. W profilu dewonu, fakt ten udokumentowany jest obecnością dużej miąższości biogenicznych osadów węglanowych, obfitujących w liczną faunę ciepłolubną z licznymi koralowcami na czele, tworzącymi powszechne w późnym dewonie budowle rafowe, widoczne między innymi na Kadzielni i Wietrzni.

Na przełomie dewonu i karbonu miało miejsce duże wymieranie organizmów w skali globalnej, związane z ochłodzeniem klimatu i spłyceniem zbiornika morskiego, spowodowanych najprawdopodobniej zlodowaceniami na półkuli południowej. Fakty te odzwierciedliły się także w profilu z pogranicza dewonu i karbonu w okolicy Kielc. We wczesnym karbonie, po podniesieniu się wód w oceanie światowym, miała miejsce głębokowodna sedymentacja czarnych łupków ilasto-krzemionkowych z konkrecjami fosforytowymi. Na przełomie wczesnego i środkowego karbonu, nastąpiła kolizja wielu bloków skorupy ziemskiej na obszarze Europy, doprowadzając w rezultacie do ruchów orogenicznych określanych jako waryscyjskie lub hercyńskie. Fala deformacji dotarła także na obszar Gór Świętokrzyskich, który poddany naciskom uległ wypiętrzeniu ponad poziom morza.

Długotrwały okres lądowy trwał na terenie Kielc do późnego permu – cechsztynu. W odsłoniętych w tym czasie węglanowych skałach dewonu rozwinęły się intensywnie procesy krasowe, które obserwować można w postaci jaskiń i lei krasowych na Kadzielni i Wietrzni. W późnym permie na zróżnicowany morfologicznie lądowy obszar zachodniej części Kielc wkroczył od północnego zachodu zalew morski. W płytkim i ciepłym morzu cechsztyńskim osadzały się skały węglanowe z podwyższonymi koncentracjami metali, głównie minerałów miedzi a także związków bitumicznych. W wyższej części cechsztynu, w gorącym i suchym klimacie, w płytkim morzu gromadziły się osady chemiczne (ewaporaty) w postaci gipsów, anhydrytów i soli. W późnym permie zbiornik morski uległ spłyceniu, przyczyniając się do sedymentacji lądowych i płytkomorskich osadów piaskowcowo-mułowcowych. Podobny typ sedymentacji trwał do wczesnego triasu.

Na przełomie wczesnego i środkowego triasu morze zalało prawie całe Góry Świętokrzyskich wraz z obszarem Kielc, pokrywając je głównie osadami węglanowymi margli i wapieni, podrzędnie terygenicznym. W późnym triasie i wczesnej jurze zbiornik morski uległ spłyceniu a osady gromadziły się w środowisku śródlądowym. W środkowej i późnej jurze, na obszar Kielc i całych Gór Świętokrzyskich na długi okres czasu wkroczyło płytkie morze połączone z oceanem Tetydy, w którym tworzyły się skały węglanowe, głównie wapienie o znacznej miąższości, dochodzącej do około 1000 m. Sedymentacja morska trwała dalej przez cały okres kredowy, reprezentowana przez osady piaszczysto-ilaste i węglanowe. Z danych pośrednich wynika, że miąższość osadów kredy zgromadzonych na obszarze Kielc można szacować na 500-1000 m.

Na przełomie kredy i trzeciorzędu cały dzisiejszy obszar Gór Świętokrzyskich uległ wydźwignięciu w efekcie działania ruchów orogenicznych alpejskich przypadających na fazę laramijską. Wypiętrzony ponad poziom morza masyw górski podlegał destrukcyjnym siłom przyrody w ciągu następnych 60 milionów lat. W szczątkowej formie zachował się do dzisiaj w postaci niewysokich Gór Świętokrzyskich.

W trzeciorzędzie, do południowych peryferii Gór Świętokrzyskich dotarł ostatni na naszym terenie zalew ciepłego morza mioceńskiego. Pozostałością jego obecności są między innymi osady gipsów i anhydrytów, stanowiących skały wyjściowe bogatych złóż siarki rodzimej.

W nieodległej przeszłości geologicznej - w czwartorzędzie, około kilkuset-kilkudziesięciu tysięcy lat temu, Góry Świętokrzyskie, w tym także obszar Kielc, pokryte zostały grubą czaszą lądolodu posuwającego się z północy na południe Polski. Świadkami jego obecności są granitowe głazy narzutowe pochodzące ze Skandynawii, notowane dzisiaj na wysokościach powyżej 350 metrów, a także wytopione z lądolodu jurajskie skały krzemionkowe znajdowane w najwyższych partiach Pasma Głównego, między innymi na szczycie Łysej Góry. Na skutek erozji lądolodu oraz intensywnego wietrzenia w klimacie polarnym, najwyższe szczyty Gór Świętokrzyskich uległy znacznemu obniżeniu, a ich rzeźba przybrała widoczne do dzisiaj łagodne kształty.

Powyższy tekst został opublikowany w pracy zbiorowej „IV Kielecki Festiwal Nauki, 12-21 września 2003. Prezentacje festiwalowe”, K. Grysa (red.), Kielce, 2004.