Małgorzata Szczepaniak Procesy diagenetyczne w wybranych piaskowcach Dolnego Śląska i ich znaczenie dla romańskiej architektury południowej Wielkopolski Studia i Prace z Geologii nr 1 Małgorzata Szczepaniak Procesy diagenetyczne w wybranych piaskowcach Dolnego Śląska i ich znaczenie dla romańskiej architektury południowej Wielkopolski Bogucki Wydawnictwo Naukowe • Poznań 2015 Małgorzata Szczepaniak Zakład Geologii Dynamicznej i Regionalnej Instytut Geologii Wydział Nauk Geograicznych i Geologicznych Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu e-mail: kasprzak@amu.edu.pl Prace zrealizowano w ramach projektu naukowego Narodowego Centrum Nauki, numer grantu N N307 009039 pt. „Zróżnicowanie strukturalne, petrograiczne i wytrzymałościowe piaskowców kwarcowych Dolnego Śląska i Wielkopolski wykorzystywanych w architekturze romańskiej w oparciu o analizy petrograiczne, katodoluminescencyjne i mikroskopię skaningową”. Recenzenci: Prof. dr hab. Anna Maliszewska Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa Prof. dr hab. Janusz Skoczylas Instytut Geologii, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu Copyright © Małgorzata Szczepaniak, Poznań 2015 ISBN 978-83-7986-081-4 Bogucki Wydawnictwo Naukowe ul. Górna Wilda 90, 61-576 Poznań tel. 61 833 65 80 e-mail: bogucki@bogucki.com.pl www.bogucki.com.pl Druk i oprawa: Uni-druk ul. Przemysłowa 13, 62-030 Luboń Spis treści 1. Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. Obszar i przedmiot badań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Cel pracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Zarys problemu badawczego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 10 18 20 2. Metody badawcze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Badania terenowe – wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Prace laboratoryjne – wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 23 24 3. Badania terenowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Synklinorium północnosudeckie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Synklinorium śródsudeckie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Lubiń – elementy lapidarne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 32 35 39 4. Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1. Analiza petrograiczna piaskowców synklinorium północnosudeckiego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Analiza petrograiczna piaskowców synklinorium śródsudeckiego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. Analiza petrograiczna piaskowców z elementów architektonicznych w Lubiniu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4. Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 43 54 60 62 5. Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1. Zarys procesów diagenetycznych w skałach osadowych . . . . . . . . 5.2. Mikroskopia katodoluminescencyjna (CL) i skaningowa (SEM) oraz ich zastosowanie w opisie procesów diagenetycznych . . . . . . 5.3. Diageneza piaskowców – wyniki badań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4. Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 73 101 6. Analiza statystyczna uziarnienia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1. Wyniki analiz statystycznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2. Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 106 111 67 68 6 Spis treści 7. Badania właściwości izycznych i mechanicznych skał . . . . . . . . . . . . . . 7.1. Gęstość objętościowa i nasiąkliwość – wyniki badań . . . . . . . . . . . 7.2. Wytrzymałość na ściskanie – wyniki badań . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3. Wytrzymałość na rozciąganie – wyniki badań . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4. Mrozoodporność – wyniki badań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5. Gęstość właściwa i porowatość całkowita – wyniki badań . . . . . . . 7.6. Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 118 119 121 121 122 123 8. Wnioski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Spis rycin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Spis tabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Załącznik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Serdecznie dziękuję: Pani dr hab. Magdalenie Sikorskiej, prof. PIG-PIB, za pomoc w realizacji badań katodoluminescencyjnych i w interpretacji wyników Paniom dr Danucie Michalskiej i dr Monice Rzodkiewicz z Naukowo-Dydaktycznej Pracowni Mikroskopii Skaningowej i Mikroanalizy Wydziału Nauk Geograicznych i Geologicznych Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu za pomoc w realizacji analiz przy zastosowaniu mikroskopu skaningowego Panu prof. dr. hab. Januszowi Skoczylasowi za cenne rady w trakcie realizacji mojej całej pracy naukowej Recenzentom: Pani prof. dr hab. Annie Maliszewskiej i Panu prof. dr. hab. Januszowi Skoczylasowi za wnikliwe recenzje 1. Wstęp Badania surowców skalnych wykorzystywanych w architekturze europejskiej są powszechnie podejmowanym tematem, w szczególności przez Greków, Niemców, Włochów czy Szkotów, w przypadku których bazy danych lokalnych surowców są doskonale opracowane. W zależności od regionu są to przede wszystkim wapienie i marmury w odniesieniu do Grecji czy Włoch (Sylwestrzak 1997, Polikreti i Maniatis 2002, Polikreti i in. 2004, Attanasio i in. 2005, Polikreti 2007, Polikreti i Christoides 2009) czy piaskowce i skały krystaliczne w odniesieniu do Szkocji (Jones i Williams-Thorpe 2001). W przypadku niemieckiej literatury przedmiotu są to publikacje prezentujące zarówno obszerną bazę surowcową (Stück i in. 2013), jak i wybrane złoża, także polskie, które wykorzystywane były w czasach historycznych na cele budowlane chociażby w Berlinie czy Niemczech południowo-wschodnich (Kühn i Zimmermann 1918, Michalski i in. 2002, Götze i Siedel 2004, 2007, Götze i in. 2007). W Polsce takie badania prowadzone są w ograniczonym stopniu i przez niewielką liczbę osób. Bardzo często realizowane są one „przy okazji” innych prac naukowych i komercyjnych. Należy jednak podkreślić, że liczba publikacji na temat szeroko pojętego kamienia w architekturze (zarówno w ujęciu geologicznym, jak i technicznym) i zapotrzebowanie na nie stale wzrasta, co wiąże się z rozwojem nauki i coraz większymi możliwościami inansowania prac renowacyjnych zabytków, zwłaszcza tych o wysokim znaczeniu dla dziedzictwa kulturowego (Jarmontowicz i in. 1994, Sylwestrzak 1997, Bromowicz i in. 2003, Domasłowski 2003, Wilczyńska-Michalik 2004, Rajchel 2005, Labus 2008, Rembiś i Smoleńska 2008, 2012, Rembiś 2010, Słaby 2010, Bromowicz i Figlarska-Warchoł 2012, Labus i Bochen 2012, Bromowicz 2014). Ze względu na duże znaczenie wspomnianego dziedzictwa kulturowego, w Europie już od kilkudziesięciu lat kładzie się nacisk na renowację obiektów zabytkowych, czego przykładem są przede wszystkim Francja, Grecja czy Włochy. Wynika to stąd, że mogą się one poszczycić dużą liczbą zabytków nie tylko renesansowych czy średniowiecznych, ale przede wszystkim z czasów starożytnych. Obiekty architektoniczne z tego właśnie okresu są popularne na terenie całego basenu Morza Śródziemnego – zarówno w Grecji, na Cyprze, Włoszech, Francji, Egipcie, jak w Tunezji. Między innymi dzięki temu rozwinięto i opisano tak szeroko bazę surowcową marmurów w tym właśnie rejonie. Pozwala to na określenie proweniencji surowca wykorzystanego do wykonania danego detalu architektonicznego czy zabytku, a być może także do dobrania odpowiedniego surowca do planowanej renowacji (Skoczylas 2002, Mrozek-Wysocka 2008, Dzwoniarek 2013). 10 Wstęp Kamień w szeroko pojętej architekturze i budownictwie jest ważnym tematem również dla Niemiec, na których terenie często wykorzystywany był surowiec z obszaru Polski. Do interesujących należy tam Niemieckie Archiwum Kamienia Naturalnego w Wunsiedel (Deutsches Naturstein-Archiv – DNSA), które zasługuje na szczególną uwagę. Archiwizuje ono i zbiera próbki skał stosowanych na całym świecie. Z terenu samych Niemiec dysponuje ponad 1300 próbami różnego surowca. Poza próbkami kamienia dysponuje też danymi geologicznymi, petrograicznymi, technologicznymi i innymi na temat posiadanych egzemplarzy, co dodatkowo wpływa na jego znaczenie. Tego typu pełną bazę usystematyzowanych danych powinno mieć każde państwo, które eksploatuje własne surowce skalne (http://www.natursteinonline.de/steinsuche/dnsa_datenbank.html; dostęp: sierpień 2014). Taka instytucja z pewnością ułatwia dobór surowca do realizacji jakiejkolwiek inwestycji budowlanej, a w przypadku renowacji obiektów kamiennych może być nieocenioną pomocą decydującą o sukcesie prowadzonych prac. 1.1. Obszar i przedmiot badań 1.1.1. Lokalizacja obszaru badań Wybrane i prezentowane w pracy kamieniołomy oraz naturalne wychodnie piaskowca zlokalizowane są głównie w południowej Polsce. Do najważniejszych należą kamieniołomy z terenu synklinorium północno- i śródsudeckiego. W pracy przedstawione są w skrócie także wyniki wcześniejszych badań prowadzonych w Wielkopolsce (Kasprzak 2006). Wszystkie prezentowane w niniejszym opracowaniu miejsca zlokalizowane są (ryc. 1): • na obszarze synklinorium północnosudeckiego: rejon Bolesławca i Lwówka Śląskiego: Czaple, Nowa Wieś Grodziska, Rakowice Małe (w pracy zamiennie stosowana będzie nazwa piaskowiec Rakowiczki), Wartowice, Żeliszów, Żerkowice (ryc. 2, 4); • na obszarze synklinorium śródsudeckiego – piaskowce ciosowe rejonu Gór Stołowych: piaskowce ciosowe górne ze Szczytnej Śląskiej (kamieniołom Szczytna-Zamek) i piaskowce ciosowe środkowe z Radkowa (ryc. 3, 4); • we wschodniej i południowej części Wielkopolski będącej częścią monokliny przedsudeckiej – są to obiekty sakralne (w szczególności kościół w Lubiniu) oraz soczewy piaskowców neogeńskich w rejonie Ostrzeszowa i Konina (Szczepaniak 2014). Wśród romańskich kościołów, do których odnoszono część nowych badań, należy wymienić: ruiny kolegiaty w Kaliszu Zawodziu, Kościelcu Kaliskim, Kotłowie, Krobi (ryc. 1, Szczepaniak 2014). Do szczegółowo przeanalizowanych nowych obiektów należy kościół przyklasztorny w Lubiniu k. Gostynia. Pierwotnie badaniami objęty miał być także kościół w Kościelnej Wsi k. Kalisza, jednak ze względu na tynki okazało się, że liczba dostępnych ciosów piaskowcowych jest znikoma. Soczewy i niewielkie łomy piaskowca neogeńskiego, który był obiektem badań w latach ubiegłych, zlokalizowane są w rejonie Konina: Brzeźno, Sulanki, Obszar i przedmiot badań 11 Ryc. 1. Lokalizacja obszaru badań: romańskich kościołów oraz naturalnych wychodni i kamieniołomów piaskowców neogeńskich i kredowych uwzględnionych w pracy Święcia, w rejonie Ostrzeszowa: Kobyla Góra, Olszyna, Parzynów, Zmyślona Parzynowska oraz k. Bolesławca w rejonie Osiecznicy i Parowej (ryc. 1; Gołąb 1933, Kuhl 1933, Juskowiak 1957, Morawiecki i Rutkowski 1957). Z wyjątkiem Brzeźna, wszystkie wymienione tu wychodnie charakteryzują się występowaniem silnie zlityikowanych piaskowców kwarcowych, określanych w literaturze jako kwarcyty osadowe, silkrety czy waki kwarcowe. Wszystkie prezentowane w niniejszej pracy obiekty architektoniczne zlokalizowane są na terenie Wielkopolski południowej i wschodniej (ryc. 1), a wybudowane zostały w XII i XIII wieku. Są to kościoły romańskie, których mury wykonane są wyłącznie lub w znacznej mierze z kamienia (Skoczylas 1990, 1996, Kasprzak 2006, Szczepaniak 2014). 1.1.2. Przedmiot badań Badania nad surowcem skalnym wykorzystywanym w architekturze średniowiecznej Wielkopolski prowadzone są przez autorkę już od 2003 roku. Pierwotnie, jako główne źródło surowca upatrywano materiał eratyczny pod postacią przede wszystkim skał krystalicznych oraz lokalne niewielkie łomy piaskowca neogeń- 12 Wstęp skiego występującego jako niewielkich rozmiarów soczewy. Na terenie Wielkopolski jest ich bowiem wiele, w szczególności w rejonie Konina czy Ostrzeszowa (ryc. 1). W przypadku Konina bardzo często ujawniają się one przy okazji eksploatacji węgla brunatnego. Te z rejonu Ostrzeszowa jeszcze w pierwszej połowie XX wieku były lokalnie eksploatowane i wykorzystywane także w przemyśle. Po analizach petrograicznych i badaniach porównawczych uznano jednak, że tylko nieliczne bloki zastosowane w budowie wybranych kościołów (Kotłów, ryc. 1, Kasprzak 2006) mogły pochodzić z tego typu wychodni. W łomach tych stwierdzono bowiem występowanie zwłaszcza silnie zlityikowanych wak kwarcowych. Wyjątkiem było wyeksploatowane wyrobisko w Brzeźnie k. Konina, gdzie występowały także arenity kwarcowe. Otrzymane wyniki zadecydowały o podjęciu dalszych poszukiwań źródła surowca wykorzystanego w romańskich świątyniach południowej Wielkopolski. Pod uwagę wzięto też eratyki, jednak wśród nich dużych rozmiarów narzutniaki piaskowca należą do rzadkości, a tylko takie musiałyby być rozpatrywane jako potencjalny materiał budowlany, gdyż pojedyncze elementy ościeży okiennych i portali mają rozmiary przekraczające nawet 1 m długości. Odszukanie pierwotnego źródła surowca wykorzystanego w wybranych obiektach architektonicznych jest istotne nie tylko ze względów historycznych, ale i konserwatorskich. Szczególnie tam, gdzie niezbędna jest konserwacja elementów kamiennych, które uległy większemu zniszczeniu. Dobór bowiem jak najbardziej zbliżonego surowca umożliwia zachowanie największej autentyczności zabytku. W przypadku procesów wietrzeniowych, które w czasie późniejszym ponownie będą zachodzić w obiekcie, spowoduje, że kamień taki zachowywać się będzie tak samo jak pierwotnie wykorzystany, dzięki czemu nie będzie się w żaden sposób wyróżniać, a zarazem szpecić obiektu, dlatego podjęto decyzję o kontynuacji badań. Piaskowce, które stały się przedmiotem badań, są skałami zaliczanymi przede wszystkim do piaskowców kwarcowych. Rzadziej są to arkozy i subarkozy (Kozłowski 1986, Rembiś 2013, Szczepaniak 2014), które charakteryzują się znacznie większą niż w arenitach zawartością skaleni >25%, w subarkozach natomiast nieco mniejszą, bo 5–25% skaleni (Ryka i Maliszewska 1991). Skały te są popularnym surowcem skalnym na terenie dużej części Dolnego Śląska oraz Polski, a ich liczne i różnowiekowe wychodnie znajdują się zarówno na obszarze synklinorium północno-, jak i śródsudeckiego (Żelaźniewicz i in. 2011a) oraz innych jednostek tektonicznych Sudetów. Sudeckie piaskowce kwarcowe spotykane są bardzo często w architekturze średniowiecznej i młodszej Śląska, Wielkopolski i południowo-wschodnich Niemiec, a współcześnie stosowane są w całym kraju i Europie. Badania prezentowane w niniejszym opracowaniu opierają się, poza wychodniami, właśnie na obiektach architektonicznych, którymi są romańskie kościoły południowej Wielkopolski. Znajdują się wśród nich świątynie analizowane w latach 2003–2006: ruiny kolegiaty w Kaliszu Zawodziu, kościół w Kościelcu Kaliskim, Kotłowie i Krobi oraz piaskowcowe elementy lapidarne z kościoła klasztornego Benedyktynów w Lubiniu. Skały z ostatniego z kościołów są częścią najnowszych badań autorki (w Lubiniu znajdują się dwa kościoły pierwotnie wybudowane w stylu romańskim, w trakcie badań pod uwagę wzięto 22 Obszar i przedmiot badań 13 pojedyncze elementy architektoniczne kościoła przyklasztornego; Kurnatowska 1987, 1996, Skoczylas 1996). Część wyników analiz petrograicznych czy katodoluminescencyjnych piaskowców z zabytków została już opublikowana (Szczepaniak i in. 2008, Szczepaniak 2014), a tutaj jedynie w skrócie zostanie przypomniana. Rezultaty badań prób piaskowców pobranych w kościele w Lubiniu zaprezentowane zostaną w całości. Problem zachodzących procesów diagenetycznych w wybranych piaskowcach podjęto z uwagi na ich znaczenie, m.in. dla właściwości izycznych tych skał. Uwzględniając rodzaj zaistniałych procesów i ich stopień zaawansowania, należy uznać, że piaskowce o bardzo zbliżonym składzie mineralnym szkieletu ziarnowego mogą bowiem charakteryzować się innymi wartościami chociażby takich parametrów, jak porowatość (w szczególności otwarta) czy nasiąkliwość. Oba wymienione wskaźniki są niezwykle istotne z punktu widzenia konserwacji kamienia, a zwłaszcza na etapie jego wyboru do danej inwestycji. Ich wartości zależą nie tylko od składu szkieletu, ale głównie od składu i rodzaju wykształconego spoiwa czy kompakcji materiału. Poza kamieniem zastosowanym do budowy kościołów romańskich podstawowym i najważniejszym tutaj obszarem badań są wybrane kamieniołomy piaskowca kwarcowego z terenu synklinorium północnosudeckiego i śródsudeckiego. Wybór pokierowany był danymi zawartymi w literaturze dotyczącymi historycznej eksploatacji w danych miejscach. Wybrane publikacje informują o początkach wydobycia piaskowców z poszczególnych kamieniołomów nawet już w średniowieczu (Kühn i Zimmermann 1918, Wojciechowska 1980), a w XVI czy XVII wieku powszechne było wykorzystanie tego kamienia także w Niemczech (Skoczylas 1994, Michalski i in. 2002, Götze i Siedel 2004). Brak jednak w literaturze informacji o ich zastosowaniu w architekturze średniowiecznej Wielkopolski. Przy wyborze kamieniołomów oparto się na dokumentacji architektonicznej nowszych budynków z terenu Wielkopolski (głównie z XIX i początku XX wieku). Wykorzystanie piaskowców górnokredowych synklinorium północnosudeckiego, uznawanych za najlepszy surowiec budowlany tego rejonu, znane jest na pewno od XIII wieku (Milewicz 1979). Próby pobrano w kamieniołomach, w których eksploatowany piaskowiec jest piaskowcem kwarcowym. Dodatkowo wydobycie jego trwa od kilkuset lat lub też piaskowiec z niego pochodzący był wykorzystywany na przełomie XIX i XX wieku na terenie Wielkopolski, o czym świadczą notatki w dokumentacjach architektonicznych. Ponadto warunkiem było otrzymanie pozwolenia na pobór prób w jego obrębie od irmy nadzorującej obecną eksploatację. Wśród piaskowców wytypowanych do badań wszystkie są wieku kredowego (kreda górna), choć nie tylko takie były w przeszłości eksploatowane na terenie Dolnego Śląska. Wśród wybranych do badań kamieniołomów znalazły się następujące (ryc. 1, 2, 3): • na obszarze synklinorium północnosudeckiego (ryc. 2) piaskowce górnej kredy – koniaku – z Czapli (wyrobisko „B”), Nowej Wsi Grodziskiej (tzw. wyrobisko „C” należy do zakładu wydobywczego w miejscowości Czaple, jest to surowiec nadległy w stosunku do piaskowców eksploatowanych zarówno 14 Wstęp kilkadziesiąt lat wcześniej – wyrobisko „B”, jak i kilkaset lat wcześniej w tej wsi), Rakowic Małych (piaskowiec Rakowiczki eksploatowany w miejscowości Rakowice Małe, w pracy nazwy te pojawiać się będą wymiennie), Żerkowic, Wartowic, Żeliszowa (nie do wszystkich kamieniołomów, w których pierwotnie zakładano pobrać próbki, uzyskano zgodę na wejście i pobór piaskowca, np.: Żeliszów i Wartowice, z tych to kamieniołomów otrzymano jednak pojedyncze próby do dalszych analiz – ich ilość nie pozwalała natomiast traktować otrzymanych wyników jako miarodajnych); • na obszarze synklinorium śródsudeckiego piaskowce ciosowe środkowe z Radkowa (turon środkowy) i ciosowe górne ze Szczytnej Śląskiej (kamieniołom Szczytna-Zamek, turon górny). Wybór złóż podyktowany był analizą materiałów bibliograicznych, którą w skrócie przedstawiono poniżej. W przypadku synklinorium śródsudeckiego, poza kamieniołomem w Radkowie i Szczytnej, rozpatrywany był także kamieniołom Łężyce. Był on jednak eksploatowany w niezbyt długim przedziale czasu, bo od połowy XIX wieku do lat dwudziestych XX wieku oraz w niewielkim stopniu tuż po II wojnie światowej. Jego surowiec natomiast był częściej wykorzystywany nie na cele budowlane, ale przemysłowe (np. produkcja kół młyńskich). Właśnie ten fakt zadecydował, że pominięto ten kamieniołom w badaniach. Obecnie brak informacji o jakichkolwiek planach jego reaktywacji, zatem surowiec z tego wyrobiska z pewnością nie będzie wykorzystywany do prac renowacyjnych w najbliższych latach. Kamieniołom w Radkowie rozpoczął działalność eksploatacyjną piaskowca ciosowego już w XVI, a jego współczesne „początki” i intensyikacja wydobycia datowane są na przełom XIX i XX wieku. Surowiec ten powszechnie wykorzystywany był na cele budowlane, m.in. w Poznaniu, Wrocławiu czy na terenie Niemiec, a co ważne, obiekt ten nadal działa. Kamieniołom w Szczytnej jest równie wiekowy. Jego początki sięgają XVII wieku. Obecnie eksploatacja na jego terenie prowadzona jest okresowo, w miarę zapotrzebowania na surowiec (Brygier i Dudziak 2010, www. piaskowceradkow.pl; dostęp: marzec 2013). Na obszarze synklinorium północnosudeckiego eksploatowane są lub były zarówno skały cenomanu, turonu, koniaku, jak i santonu. W trakcie wydobycia cenomańskich skał można uzyskać bloki o kubaturze do kilku m3. Ze względu na spękania i wkładki zlepieńcowate ich użyteczność zmniejsza się w wybranych złożach. Utrudnia to formowanie dużych elementów budowlanych (Milewicz 1979). Piaskowce tego wieku występują między innymi w rejonie Wartowic, jednak eksploatowane są także występujące tu skały koniaku (ryc. 2, ryc. 4b). Piaskowce turońskie są nierównoziarniste, co wpływa ograniczająco na miąższość ich eksploatacji, ale ich średnie i grube uławicenie oraz rodzaj spękań pozwala uzyskać bloki o objętości do kilku m3. Dzięki takim cechom nadaje się on na kamień łamany i drobne elementy budowlane (Milewicz 1979). Skały z pogranicza turonu górnego i koniaku występują także m.in. w rejonie Wartowic, ale i one nie są głównym surowcem tu eksploatowanym. Piaskowce koniaku (ryc. 4b) natomiast postrzegane są jako najlepszy materiał budowlany w obrębie całego synklinorium. Powodem tego jest fakt, że są to Obszar i przedmiot badań 15 Ryc. 2. Obszar badań synklinorium północnosudeckiego na tle Mapy Geologicznej Polski w skali 1:200 000 (Jerzykiewicz i in. 1989); szczegółowe wyjaśnienie wieku skał kredy górnej ze skrótów mapy geologicznej: Kc – cenoman, Kt1 – dolny turon, Kt2+cn – turon górny – koniak, Kcn – koniak, Kst – santon skały z reguły drobno- i równoziarniste, o niewielkim udziale spoiwa ilastego, z brakiem warstwowania oraz o grubym uławiceniu (nawet 7 i 10 m). Intensywność spękań prostopadłych do uławicenia (o kierunkach 100–110° i 190–200°) miejscami utrudnia pozyskanie dużych bloków. W tych miejscach pozyskiwany jest głównie kamień łamany. Tam, gdzie tych spękań brak, możliwe jest pozyskanie dużych bloków do produkcji okładzin, robót rzeźbiarskich czy kamieni szliierskich. Skład chemiczny tych piaskowców dodatkowo wykazuje bardzo wysoką zawartość SiO2, co także wpływa pozytywnie na własności tych skał (Milewicz 1979). Tego wieku są wszystkie piaskowce pobrane na terenie synklinorium północnosudeckiego (w kamieniołomie Czaple – wyrobisko B i C w Nowej Wsi Grodziskiej, Rakowice Małe (piaskowiec Rakowiczki), Żerkowice oraz Żeliszów i Wartowice; ryc. 2). Skały santonu natomiast cechują się niską zwięzłością, a dodatkowo brak danych dotyczących ich wykorzystania w budownictwie. Wszystkie w dużym skrócie wymienione powyżej cechy wpłynęły na fakt, że na terenie synklinorium północnosudeckiego do badań wybrano piaskowce koniaku, najbardziej rozpowszechnione w budownictwie (Milewicz 1973, 1979, Götze i Siedel 2007, Labus 2008, Labus i Bochen 2012). W obrębie synklinorium śródsudeckiego eksploatowane były i są permskie piaskowce czerwonego spągowca i górnej kredy. Pierwsze z nich ze względu na ich głównie czerwoną barwę były odrzucone już na początku prac terenowych, 16 Wstęp gdyż tego typu kamienia nie spotykano w architekturze romańskiej oraz bardziej współczesnej Wielkopolski, a to on był podstawą wyboru. Stąd też zapotrzebowanie na ten surowiec w pracach renowacyjnych wydaje się znikome, a skała ma znaczenie bardziej lokalne. Piaskowce górnokredowe tego synklinorium znane są natomiast w budownictwie od dawna (Kühn, Zimmermann 1918). Dzielone są one na dolne, środkowe i górne piaskowce ciosowe. Dolne piaskowce ciosowe zaliczane są do cenomanu (ryc. 4a). Są to skały drobnoziarniste, barwy żółtej do ciemnobrunatnej, ze znacznym udziałem Ryc. 3. Obszar badań synklinorium śródsudeckiego na tle Mapy Geologiczno-Turystycznej Gór Stołowych w skali 1:50 000 (Čech i Gawlikowska 1999); białe strzałki wskazują kamieniołom w Radkowie oraz kamieniołom Szczytna-Zamek Obszar i przedmiot badań 17 skaleni, okruchów skał i glaukonitu w szkielecie ziarnowym, o przeważającym spoiwie ilastym (Jerzykiewicz 1979). Z uwagi na barwy, podobnie jak piaskowce czerwonego spągowca, zostały one odrzucone z dalszych badań. Są to zatem skały odmienne od piaskowców cenomanu synklinorium północnosudeckiego głównie pod względem składu mineralnego, a co za tym idzie – także barwy. Środkowe piaskowce ciosowe zaliczane są do środkowego turonu (ryc. 4a). Skały te cechują się zróżnicowanym składem granulometrycznym i mineralnym szkieletu ziarnowego. Podobnie jak skały cenomanu, zawierają znaczne ilości skaleni czy fragmentów litycznych. Wśród tych piaskowców spotykane są skały jasnokremowe i różowe czy czerwone. Ze względu właśnie na tę pierwszą jasną barwę zdecydowano się na wybór skał tego wieku z obszaru synklinorium do dalszych badań. Były nimi piaskowce z kamieniołomu w Radkowie (ryc. 3; Śliwiński i in. 2003). Górne piaskowce ciosowe zaliczane są do górnego turonu (ryc. 4a; Jerzykiewicz 1979). Budują one Szczeliniec w Górach Stołowych i wzniesienia Ryc. 4. Uproszczone proile litostratygraiczne skał wieku kredowego z terenu: a – synklinorium śródsudeckiego i b – północnosudeckiego (wg Ruśkiewicz-Saab i Kity-Badak 1978, za: Kozłowskim 1986); na proilach zamieszczono dodatkowo wszystkie kamieniołomy omawiane w pracy 18 Wstęp pomiędzy Szczytną Śląską, skąd pobrano próby do dalszych badań, i Polanicą-Zdrojem (ryc. 3). Cechują się one stałym składem mineralnym (ze zdecydowaną przewagą kwarcu) i granulometrycznym, a także na ogół dużą zwięzłością, co pozytywnie wpływa na jakość tych piaskowców (wyjątkiem są np. skały rejonu Krzeszowa). Próby do dalszych prac pobrano w kamieniołomie Szczytna-Zamek. Obecnie z piaskowców tych wytwarzane są m.in. płyty okładzinowe. Eksploatacja w tym kamieniołomie prowadzona jest jednak tylko okresowo przez spółkę Kopalnie Piaskowca Radków w Radkowie, w miarę zapotrzebowania na ten konkretny surowiec, który znacznie odróżnia się od piaskowca wydobywanego bezpośrednio w złożu Radków. Najważniejsze złoża piaskowca na terenie synklinorium północnosudeckiego są zatem nieco młodsze od najistotniejszych ekonomicznie piaskowców z niecki śródsudeckiej. Do zaprezentowanych w pracy kredowych piaskowców kwarcowych z Dolnego Śląska porównane zostaną w skrócie także skały badane w latach ubiegłych przez autorkę, pochodzące głównie z kenozoicznych wychodni i soczew tego surowca z rejonu Ostrzeszowa, Konina i Bolesławca. Skały te w wybranych przypadkach mogły być wykorzystane jako materiał budowlany, jednak obecnie z pewnością nie będą już użytkowane w tym celu, głównie ze względu na wyczerpanie się tego surowca w poszczególnych eksploatowanych soczewach. Do wymienionych powyżej piaskowców z wybranych kamieniołomów porównane zostały próbki skał pobranych z murów kościołów romańskich. Powodem jest zarówno próba znalezienia źródła materiału wykorzystanego w tychże obiektach, jak i możliwość dobrania jak najbardziej zbliżonego surowca do ewentualnych prac konserwatorskich, co bliżej przedstawione zostanie w celach pracy. 1.2. Cel pracy Piaskowce kwarcowe górnej kredy występujące na terenie synklinorium północnosudeckiego i śródsudeckiego różnią się między sobą zarówno składem mineralnym, uławiceniem, typem spoiwa, jak i uziarnieniem (Jerzykiewicz 1979, Milewicz 1979). Część różnic, głównie między piaskowcami synklinorium północno- i śródsudeckiego, jest już dobrze widoczna makroskopowo. Ze względu na skład mineralny szkieletu ziarnowego z pewnością wyróżniają się dolne i środkowe piaskowce ciosowe synklinorium śródsudeckiego, które, poza kwarcem, zawierają znaczne ilości skaleni oraz okruchów litycznych. Także ich uziarnienie jest mocno zróżnicowane (Jerzykiewicz 1979, Kozłowski 1986, Labus 2008, Labus i Bochen 2012, Rembiś 2013). Nie dzieje się tak jednak w każdym przypadku – w szczególności w skałach zbliżonego wieku z rejonu Bolesławca. Tutaj różnice między skałami z tego obszaru są już mniej widoczne, co związane jest chociażby z ich bardzo zbliżonym wiekiem powstania. Najważniejsze cele pracy są dwa. Pierwszym z nich jest wskazanie różnic (jeśli takie istnieją) w poszczególnych grupach piaskowców z terenu synklinorium północnosudeckiego i śródsudeckiego oraz ich porównanie do surowca zastosowanego w wybranych zabytkach romańskich Wielkopolski (Szczepaniak 2014). Cel pracy 19 Różnice te to zarówno skład mineralny tych skał, różne typy spoiw czy uziarnienie. Drugim najważniejszym celem jest dokonanie charakterystyki zachodzących w skałach procesów diagenetycznych. Główne cele realizowane był stopniowo i podzielone zostały na następujące cele cząstkowe, a zarazem częściowe etapy pracy: – określenie różnic i podobieństw w składzie petrograicznym i uziarnieniu piaskowców, a także charakterystyka porowatości, – opis procesów diagenetycznych w piaskowcach m.in. diagenezy takich minerałów, jak skalenie, muskowit, czy poziomu wykształcenia obwódek regeneracyjnych na ziarnach kwarcu (badania oparto na analizach katodoluminescencyjnych (CL) i skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM)), – określenie parametrów izyko-mechanicznych dla prób pobranych w wybranych kamieniołomach, – określenie prawdopodobnego pochodzenia skał stanowiących materiał budowlany w wybranych obiektach architektonicznych – zwłaszcza w Lubiniu (cel ten cząstkowo realizowano we wszystkich rozdziałach), – próba wskazania najlepszego materiału skalnego do prac konserwatorskich, – celem ostatnim jest stworzenie swego rodzaju katalogu wybranych piaskowców dolnośląskich, który to może służyć jako podstawa do wyboru materiału skalnego niezbędnego do realizacji potencjalnych prac renowacyjnych wybranych obiektów, nie tylko dawnych, ale i bardziej współczesnych; zamierzeniem autorki jest, aby cała niniejsza publikacja była tego typu szczegółową charakterystyką wybranych piaskowców. Najważniejszym z celów cząstkowych było wykonanie charakterystyki stopnia zdiagenezowania piaskowców kwarcowych z wszystkich wytypowanych do badań kamieniołomów. Opis ten polega na przedstawieniu m.in. stopnia wykształcenia spoiw regeneracyjnych na ziarnach kwarcu, charakterystyki minerałów ilastych obecnych w spoiwie i ich ilości (a jeśli jest to możliwe, to także ich potencjalnego źródła) czy też oddziaływania ziaren na siebie, np. na skutek działania ciśnienia, czego przykładem może być rozpuszczanie ziaren na ich kontaktach i późniejsza ich lityikacja. Badania piaskowców nie obejmowały jednak problemów związanych z eogenezą czy mezogenezą, choć i te procesy w skale zachodziły. Procesy diagenezy mają duży związek z właściwościami izyko-mechanicznymi skał, co jest nie bez znaczenia dla prac konserwatorskich, dlatego też podjęto tę problematykę. Charakterystyka zachodzących procesów diagenetycznych nie mogłaby być przeprowadzona prawidłowo, gdyby nie wcześniej wykonane podstawowe analizy piaskowców (opis petrograiczny oraz opis struktur i tekstur tych skał, tak często prezentowanych już w literaturze). Podstawą do rozwiązania problemu badawczego stało się zatem wykorzystanie kilku metod badawczych, m.in. mikroskopu optycznego, katodoluminescencji, mikroskopii skaningowej z przystawką EDS oraz badania właściwości izycznych i mechanicznych skał (pomiar takich parametrów, jak np. mrozoodporność, porowatość czy wytrzymałość na ściskanie). 20 Wstęp 1.3. Zarys problemu badawczego Polskie złoża surowców skalnych, takich jak wapienie czy piaskowce, są bardzo dobrze rozpoznane. W wielu publikacjach naukowych znaleźć można zarówno uogólnione, jak i bardzo szczegółowe dane dotyczące danego surowca: jego skład mineralny czy chemiczny oraz właściwości izyczne, takie jak np. wytrzymałość na ściskanie czy ogniotrwałość (Gołąb 1951, Juskowiak 1957, Chmura i Lewowicki 1962, Kamieński i Kubicz 1962, Jerzykiewicz 1968, 1971, 1979, Kubicz 1970, Dziedzic i in. 1979, Kozłowski 1986, Lorenc i Mazurek 2007, Labus 2008, 2010, Rembiś 2013). Podstawowymi danymi, które udostępniają przedsiębiorstwa eksploatujące surowiec skalny swym potencjalnym klientom, są zazwyczaj typowe dane techniczne dotyczące mrozoodporności czy odporności na ściskanie. Są to informacje bardzo istotne dla potrzeb budowlanych, gdyż wiążą się m.in. z tym, na jakie cele dany surowiec może zostać przeznaczony. Nie są to jednak jedyne dane, które powinny być przekazane. Wartości poszczególnych właściwości izycznych skał są najczęściej uśredniane dla całego złoża, a należy pamiętać, że w jego obrębie skała może się bardzo silnie różnicować. Przykładem tego jest kamieniołom w Radkowie z obszaru synklinorium północnosudeckiego, którego to surowiec zostanie w niniejszej pracy przedstawiony. W jego obrębie zarówno wysortowanie, porowatość czy wielkość frakcji mocno się różnicuje. Wśród znanych danych pojawia się oczywiście uogólniony skład mineralny surowca. Konserwatorzy zabytków kamiennych, podobnie jak geolodzy, wymagają jednak często dokładniejszych informacji co do składu szkieletu ziarnowego czy spoiwa. Dlatego też wykonanie prac renowacyjnych poprzedzone jest często analizą dostępnych dawnych dokumentacji budowlanych, a przy ich braku – dodatkowymi badaniami zarówno surowca zastosowanego w obiekcie, jak i proponowanego do wykonania zabiegów konserwatorskich. Realizując tego typu prace, pamiętać należy także o należytym precyzowaniu własnych wymagań co do wyglądu kamienia, jego barwy, parametrów technicznych czy składu mineralnego. Związane jest to chociażby ze zróżnicowaniem surowca również w obrębie jednego kamieniołomu. Konsultacja geologiczna jest więc często wręcz niezbędna. Przebieg takich prac ułatwiają zachowane dane dotyczące budowy obiektu i źródeł surowca, jednak w przypadku budynków starszych niż 150 czy 200 lat takie dane nierzadko już nie istnieją. Obecnie istotny przy pracach renowacyjnych jest autentyzm materiałów, który decyduje o wartościach zabytkowych danego obiektu. Narzuca to konieczność stosowania kamienia z tego samego źródła co pierwotne lub najbardziej zbliżonego do pierwotnego (Jarmontowicz i in. 1994). Potwierdzeniem może być chociażby przytoczony przez Jarmontowicz i in. (1994) przykład uzupełnienia posadzki kamieniem o takiej samej nazwie według klasyikacji, jednak o innej ścieralności. Różnice takie bowiem staną się widoczne bardzo szybko po renowacji. Między innymi tego typu problemy zadecydowały o podjęciu niniejszego tematu pracy. Na terenie Dolnego Śląska, Wielkopolski czy Niemiec (głównie wschodnich i południowo-wschodnich) bardzo częstym surowcem wykorzystywanym do dnia Zarys problemu badawczego 21 dzisiejszego był piaskowiec dolnośląski. Jest to głównie surowiec górnokredowy (cenoman, turon, koniak), na ogół o niewielkim zróżnicowaniu petrograicznym (z drobnymi wyjątkami, czego przykładem jest chociażby surowiec z Radkowa). Te drobne różnice są jednak bardzo istotne przy doborze materiału do renowacji danego obiektu. Często niewielka już domieszka spoiwa ilastego zmienia nie tylko barwę kamienia, ale i jego właściwości mechaniczne. Podobnie jest z niewielkimi różnicami w składzie mineralnym szkieletu. Jest on szczególnie istotny w sytuacji, gdy wybierany jest kamień elewacyjny, czy do wnętrz obiektów, a także na etapie jego czyszczenia i konserwacji. W takim przypadku od składu mineralnego bardzo mocno zależy dobór środków czyszczących i konserwujących, które to docelowo w dłuższym czasie mają polepszyć stan wizualny kamienia, a nie tylko spowodować jego chwilową poprawę. Przykładów źle przeprowadzonych prac konserwatorskich jest wiele. Problemy ze źle zaimpregnowaną i zabezpieczoną skałą lub też nieodpowiednio doczyszczoną pojawiają się już czasem po dwóch–trzech latach od zakończenia prac, czego przykładem jest chociażby Centrum Kultury Zamek w Poznaniu. W związku z koniecznością prawidłowego rozpoznania surowca skalnego niezbędnego do prowadzenia prac przykładowo renowacyjnych, podjęto się badań polegających na szczegółowym opisie i zaprezentowaniu piaskowców (głównie kwarcowych) z wybranych kamieniołomów Dolnego Śląska. Scharakteryzowano i opisano przede wszystkim różnice i podobieństwa: • w poziomie diagenezy poszczególnych skał, • w cechach petrograicznych i strukturalnych, • w przypadku części z nich, także różnice w wybranych właściwościach izycznych. Same procesy diagenetyczne są zjawiskiem pospolitym w wielu skałach osadowych. Dotyczą one oczywiście nie tylko prezentowanych tutaj piaskowców (głównie arenitów, arkoz, subarkoz i wak kwarcowych – Burley i Kantorowicz 1986, Block Vagle i in. 1994), ale także wszystkich innych skał osadowych, takich jak węglany czy fosforany. Należy zauważyć, że procesy diagenetyczne i ich stopień zaawansowania mają duże znaczenie m.in. dla cech mechanicznych skał, o czym już wspominano, które to w znaczący sposób mogą zmieniać ich właściwości. Nie pozostaje to też bez znaczenia dla prac renowacyjnych. Przykładem może być chociażby już wspomniana porowatość, która często w bardzo dużym zakresie zmienia się wskutek zachodzących procesów diagenetycznych (takich jak chociażby cementacja). Cecha ta jest istotna m.in. w trakcie konserwacji elementów kamiennych lub w przypadku konieczności uzupełnień braków, np. w detalach z elewacji budynków wykonanych z innego kamienia. Podjęty w pracy problem badawczy (m.in. diagenezy wybranych piaskowców Dolnego Śląska) w polskiej literaturze nie jest opisany zbyt obszernie. Analizy piaskowców prowadzone przy zastosowaniu mikroskopii skaningowej czy katodoluminescencji, które to w przypadku prac renowacyjnych i badań procesów diagenetycznych (chociażby procesów rekrystalizacji kwarcu) wydają się jednymi z bardziej wiarygodnych badań, są rzadkością. Znaleźć można jednak zarówno prace o samej konserwacji kamienia, jego wykorzystaniu w architekturze (Domasłowski 22 Wstęp 2003, Rembiś i Smoleńska 2008, Rembiś 2010, Kryza 2011, 2012), jak i dokładny opis wybranych stanowisk geologicznych głównie w ujęciu rozwiązywanego w danym miejscu problemu badawczego (Biernacka 2009, 2012). Polska literatura odnosząca się do piaskowców niecki śródsudeckiej i północnosudeckiej jest bogata (Jerzykiewicz 1968, 1971, 1979, Wojewoda 2011, Wojewoda i in. 2011, Żelaźniewicz i in. 2011b). Dotyczy ona petrograii tych skał, ich wytrzymałości izycznej, ogniotrwałości czy badań chemicznych realizowanych przede wszystkim na potrzeby przemysłu. Podobnie jest w przypadku wielu innych piaskowców (Sikorska 1998, Jaworowski i Sikorska 2003), także z południowej Wielkopolski (okolice Ostrzeszowa), gdzie skały wykorzystywane były w lokalnym budownictwie czy przemyśle do produkcji elementów ogniotrwałych (Gołąb 1933, 1951, Kuhl 1933, Rotnicki 1967), a które to w przeszłości były też rozpatrywane jako potencjalne źródło surowca do budowy kościołów romańskich. 2. Metody badawcze 2.1. Badania terenowe – wprowadzenie Badania terenowe można podzielić na kilka etapów. Pierwszy z nich obejmował badania prowadzone przed 2006 rokiem. Wyniki tych prac zostały już częściowo opublikowane (Kasprzak 2006, Szczepaniak i in. 2008, Szczepaniak 2009), tutaj zostaną skrótowo przytoczone, aby przedstawić całość problemu badawczego podjętego w niniejszym opracowaniu. Obejmowały one analizy piaskowców pobranych w wybranych romańskich kościołach i ich ruinach (Kalisz Zawodzie, Kościelec Kaliski, Kotłów i Krobia) oraz prace w dawnych łomach neogeńskich piaskowców z terenu Wielkopolski i Dolnego Śląska (Kasprzak 2006, Szczepaniak i in. 2008). Drugi, ważniejszy, etap prac prowadzony był od końca 2009 roku. Obejmował on obszar Dolnego Śląska i polegał na poborze prób w wybranych kamieniołomach (ryc. 1, 5, 6) oraz późniejszych badań laboratoryjnych. W czasie tego etapu pobrano także próby z piaskowcowych elementów lapidarnych umiejscowionych pod murami kościoła klasztornego w Lubiniu k. Gostynia (ryc. 8). W trakcie prac terenowych zakładano też pobór prób w kolejnym zabytku romańskim w Kościelnej Wsi koło Kalisza. Podczas rekonesansu okazało się jednak, że obiekt nie nadaje się do dalszych rozważań podjętego problemu badawczego. Było to spowodowane tym, że elementy lapidarne w obiekcie są bardzo nieliczne i w dużej mierze pokryte tynkiem. Pojedyncze próbki, które można by pobrać w obiekcie do dalszych prac, nie dałyby jednak statystycznie wiarygodnych rezultatów. Trudno byłoby je zatem uwzględnić w dalszych interpretacjach. W przypadku poboru prób piaskowców w wybranych kamieniołomach Dolnego Śląska nie skupiano się na opróbowywaniu całych proili. Piaskowiec w części z nich bardzo silnie różnicował się, a nie wszystkie jego ławice są wykorzystywane do celów budowlanych (np. w szczególności do produkcji płyt okładzinowych), a to one właśnie były obiektem zainteresowania. Jest tak chociażby w Radkowie na terenie synklinorium środkowosudeckiego, gdzie w jednym, stosunkowo niedużym kamieniołomie występują piaskowce od jasnokremowych, bardzo drobnoziarnistych po zlepieńce o dość zróżnicowanym spoiwie (żelazistym, krzemionkowym i ilastym), co przedstawione zostanie w dalszej części pracy. Nie we wszystkich czynnych kamieniołomach (m.in. w Radkowie, Szczytnej, Nowej Wsi 24 Metody badawcze Grodziskiej – dokładnie wyrobisko C zakładu Czaple) ich właściciel wyrażał zgodę na pobór prób bezpośrednio ze ścian eksploatacyjnych ze względów bezpieczeństwa, co dodatkowo utrudniało opróbowanie proili. Zwłaszcza w przypadku kamieniołomu w Radkowie, gdzie trwała czynna eksploatacja, a pionowe ściany przekraczały wysokość 10 m, było to uzasadnione. W związku z powyższymi problemami w celu ujednolicenia poboru prób, w każdym z kamieniołomów próbki pobierano z dużych bloków już oddzielonych od ścian i przygotowanych do dalszej obróbki, a dodatkowo, jeśli była taka możliwość, bezpośrednio ze ścian, gdzie chwilowo nie było eksploatacji. Każdorazowo jednak były to próby z ławic, które były wskazane przez pracownika kamieniołomu jako te, które przez zakład przeróbczy przeznaczone będą na wykonanie płyt okładzinowych, innych detali architektonicznych wymagających lepszego surowca lub też na materiał przeznaczony do prac renowacyjnych (najczęściej na bezpośrednie zamówienie od pracowni konserwatorskiej). Pobierano także mniejsze ilości prób piaskowca o gorszych parametrach, które to w dalszym etapie obróbki nie są przeznaczane np. na okładziny, aby uzyskać obraz zróżnicowania surowca w danym miejscu jego wydobycia. Były to próbki m.in. zlepieńców oraz piaskowców z silnie wykształconym spoiwem żelazistym z Radkowa (ryc. 6a–d), piaskowce z wkładkami żwiru z Czapli i Szczytnej, próbki z dużą zawartością minerałów ilastych w spoiwie i wkładkami żwiru z Nowej Wsi Grodziskiej – wyrobisko C zakładu Czaple czy z Rakowic Małych. 2.2. Prace laboratoryjne – wprowadzenie Prace laboratoryjne, podobnie jak terenowe, podzielić można na dwa etapy. Pierwszy z nich obejmował badania przed 2006 rokiem, których wyniki przedstawione zostaną tylko skrótowo, drugi – badania od 2009 roku. Te ostatnie obejmowały przede wszystkim analizy petrograiczne oraz analizę obrazu uzyskanego w wyniku badań w mikroskopie katodoluminescencyjnym i mikroskopie skaningowym, i to one właśnie zostaną tu szerzej zaprezentowane. Wśród prac laboratoryjnych wymienić można także analizy statystyczne uziarnienia oraz badania wytrzymałościowe wybranych grup piaskowców z czterech kamieniołomów. W przypadku badań piaskowców do najczęściej stosowanych metod należą: mikroskopia optyczna (OM), luorescencja rentgenowska (XRF), elektronowa mikroskopia skaningowa z przystawką do analiz chemicznych (SEM-EDS), dyfraktometria rentgenowska (XRD), analizy katodoluminescencyjne (CL) lub też analiza minerałów ciężkich przy zastosowaniu różnych metod. Wymienione tu analizy pozwalają na poznanie zarówno składu mineralnego szkieletu ziarnowego (OM, XRD), składu chemicznego spoiw (XFR, SEM-EDS), jak i stopnia diagenezy tych skał (CL). Także analiza izotopów tlenu w obrębie spoiw regeneracyjnych może być istotną metodą badawczą w szczególności w odniesieniu do procesów diagenetycznych i przepływów różnych luidów w obrębie skał (Hyodo i in. 2014). Dla potrzeb realizacji tematu prezentowanego w niniejszym opracowaniu wybrano kilka z powyższych metod, krótko przedstawionych poniżej. Prace laboratoryjne – wprowadzenie 25 Badania laboratoryjne obejmowały przede wszystkim analizy petrograiczne, analizę obrazu w mikroskopie katodoluminescencyjnym i skaningowym oraz badania właściwości izycznych i mechanicznych skał. W oparciu o pomiar ziaren w mikroskopie polaryzacyjnym kontynuowano prace kameralne, wykonując analizy statystyczne parametrów uziarnienia wybranych grup piaskowców. 2.2.1. Mikroskopia optyczna Mikroskopia optyczna (OM) jako jedna z podstawowych metod badawczych w geologii pozwoliła na wykonanie analizy petrograicznej wszystkich badanych prób skał. W przypadku piaskowców pomaga ona m.in. w: – charakterystyce składu mineralnego skał, – częściowo w opisie morfologii ziarn (lepszą metodą jest tutaj katodoluminescencja (CL), która pozwala opisać pierwotne obtoczenie, oraz mikroskopia skaningowa (SEM), która pozwala dokładnie zaobserwować współczesną morfologię ziaren), – opisie upakowania, – wyróżnieniu różnych typów spoiw, – charakterystyce typów kontaktów międzyziarnowych, – opisie pośrednio za pomocą programu komputerowego, np. AnalySIS, także uziarnienia. Program AnalySIS (podobnie jak wiele innych do analizy obrazu mikroskopowego) umożliwia m.in. przeprowadzenie analiz statystycznych uziarnienia, co także zostanie w pracy przedstawione. Dla potrzeb pracy na podstawie obserwacji OM klasyikację poszczególnych piaskowców oparto na proponowanej przez Pettijohna i in. (1972). Opis pozostałych cech strukturalnych wykonywano zarówno według instrukcji tegoż autora, jak i zaleceń Maneckiego i Parachoniak (1986). Celem analiz OM była charakterystyka zróżnicowania składu mineralnego poszczególnych piaskowców oraz wskazanie różnic w cechach strukturalnych w tych skałach, jeśli takie wystąpiły. W przypadku różnic w stopniu diagenezy, która to miała miejsce w poszczególnych piaskowcach, znacznie lepiej obrazują ją wyniki z badań CL i SEM. W przypadku kościołów romańskich (z wyjątkiem Lubinia) takie prace zostały wykonane już w latach ubiegłych (Szczepaniak i in. 2008, Szczepaniak 2009, 2014). Badania te oparto na blisko 200 płytkach cienkich w większości polerowanych. Analizy wykonywano przy użyciu mikroskopu polaryzacyjnego Olympus w różnym powiększeniu. W przypadku minerału kwarcu, który jest podstawowym składnikiem prezentowanych w niniejszym opracowaniu piaskowców, trudno zaobserwować jednak wszystkie cechy w mikroskopie optycznym (OM). Powodem jest fakt, że zawiera on bardzo niewielkie ilości pierwiastków śladowych (Pagel i in. 2000). W takiej sytuacji świetnie sprawdzają się analizy CL pozwalające m.in. na dokonanie klasyikacji ziaren detrytycznego kwarcu. 26 Metody badawcze 2.2.2. Badania katodoluminescencyjne Badanie katodoluminescencyjne (CL) w materiale, jakim jest krzemionka, znane jest już od końca XIX wieku i początku wieku XX, kiedy to Crookes w 1879 i Goldstein w 1907 roku (za: Pagel i in. 2000) zaobserwowali emisję światła w takich minerałach, jak cyrkon czy kwarc podczas bombardowania ich promieniami katody. Sama katodoluminescencja (CL) polega na emisji światła przez ciała stałe na skutek wzbudzenia właśnie strumieniem elektronów i obecnie wykorzystywana jest powszechnie w badaniach mikroskopowych. Dzięki CL można obserwować wiele cech skał i minerałów, które przy zwykłym mikroskopie polaryzacyjnym są niewidoczne. Szczególne znaczenie odgrywa CL w badaniu procesów diagenetycznych, śledzeniu ich kolejnych etapów oraz odtworzeniu pierwotnych cech teksturalnych skał, co dla niniejszego tematu badań było bardzo istotne. Inne możliwości, które daje katodoluminescencja, to m.in. ujawnianie wewnętrznej budowy kryształów (np. budowy zonalnej, sektorowej), ustalenie sukcesji minerałów w procesach diagenetycznych i hydrotermalnych, obserwowanie śladowych pierwotnych składników i zabliźnionych mikrospękań (Sikorska i Pacześna 1997, Sikorska 2005, Boggs i Krinsley 2006), a także genezy minerałów. W przypadku kwarcu, który jest tutaj przedmiotem badań, mowa o genezie magmowej, wulkanicznej, żyłowej i metamoricznej (np. Watt i in. 1997, Picouet i in. 1999, Walderhaug i Rykkje 2000, Götze i in. 2001, 2013, Kwon i Boggs 2002, Augustsson i Bahlburg 2003, Götze 2012, Stevens-Kalceff i Götze 2014). Należy jednak zaznaczyć, że często odróżnienie poszczególnych generacji kwarcu od siebie bywa problematyczne. Obserwowane barwy CL w kwarcu nierzadko mają tylko delikatne różnice, dlatego analizy takie prawidłowo interpretować jest dość trudno i należy wykonywać je na początku pod nadzorem specjalisty. Nie każdy minerał ma jednak zdolność do katodoluminescencji (Sikorska 2005). Warunkiem świecenia jest bowiem obecność centrów luminescencji w krysztale (defektów sieci), które dzieli się na: • wewnętrzne defekty elektronowe, np. dziura elektronowa powstała przez oderwanie elektronu z sieci krystalicznej (tzw. wakancja), • defekty zewnętrzne związane z zanieczyszczeniem przez jony metali przejściowych (np. Mn2+, Cr3+), pierwiastki ziem rzadkich, metale ciężkie i inne. Przykładem minerałów pozbawionych luminescencji jest chociażby kwarc autogeniczny, który tworzy ważne w obserwacjach procesów diagenetycznych spoiwo regeneracyjne na ziarnach detrytycznych tego minerału (w efekcie w obserwacjach CL daje to czarne obwódki na barwnych ziarnach kwarcu, np. magmowego). Analizy CL są także rozpowszechnione w ustalaniu proweniencji materiału skalnego, nie tylko piaskowców (Basu i in. 1975, Boggs i in. 2002, Michalski i in. 2002, Götze i in. 2004, 2007). Również prace konserwatorskie czy archeometryczne, które mają na celu wyznaczenie np. źródła marmuru do produkcji detali architektonicznych czy surowca do produkcji ceramiki, wykorzystują z powodzeniem tę metodę (Picouet i in. 1999, Corazza i in. 2001). W niniejszej pracy badania CL pozwoliły przede wszystkim na rozpoznanie cech pierwotnych skał piaskowcowych, np. ich obtoczenia, zaawansowania Prace laboratoryjne – wprowadzenie 27 procesów diagenetycznych oraz na dokonanie charakterystyki spoiw regeneracyjnych, których wykształcenie ma duży wpływ chociażby na porowatość skały tak istotną dla prac konserwatorskich. W przypadku procesów diagenetycznych należy podkreślić, że nie było celem ustalanie ich poszczególnych etapów, ale opis stopnia ich zaawansowania, co pozwolić ma na wskazanie różnic między piaskowcami w poszczególnych kamieniołomach i na zaakcentowanie najważniejszych ich cech, które mogą być pomocne przy wyborze surowca do prac renowacyjnych. Analizy przeprowadzono na aparaturze CCL 8200 mk3 irmy Cambridge Image Technology Ltd. sprzężonej z mikroskopem polaryzacyjnym Optiphot 2. Mikrograie wykonane zostały przy użyciu półautomatu Microlex UFX-DX na ilmie Fuji o czułości 1600 ASA oraz przy zastosowaniu aparatu cyfrowego. Czas naświetlania był dobierany automatycznie i wahał się od 40 do 78 sekund, w zależności od obrazu. Analizy wykonano w Państwowym Instytucie Geologicznym w Warszawie pod kierunkiem dr. hab. Magdaleny Sikorskiej-Jaworowskiej, prof. PIG-PIB. 2.2.3. Elektronowa mikroskopia skaningowa Skaningowa mikroskopia elektronowa (Scanning Electron Microscope – SEM) bazuje na skanowaniu badanej powierzchni próbki wiązką elektronów. W wyniku odziaływania elektronów pierwotnych z badaną próbką emitowane są różne rodzaje elektronów, które wykorzystywane są następnie do tworzenia obrazu oraz przy odpowiednich przystawkach również do analizy składu chemicznego. Najistotniejsze pod względem wykonywanych w niniejszej pracy analiz są elektrony wtórne (Secondary Electrons – SE), elektrony wstecznie rozproszone (Backscattered Electrons – BSE) oraz elektrony Augera i emisja promieniowania rentgenowskiego. Odpowiednie detektory zbierają sygnały emitowane z próbki i przetwarzają na obraz. Pracownia, w której wykonane zostały analizy piaskowców, wyposażona jest w elektronowy mikroskop skaningowy (SEM) z mikroanalizatorem EDS. Możliwość pracy w warunkach wysokiej oraz niskiej próżni, duża komora urządzenia oraz obecność mikroanalizatora czyni to urządzenie przydatnym w badaniach morfologii kryształów i skał, mikroorganizmów, roślin i ich pyłków, mikroporowatości, struktury malowideł i patyn pokrywających zabytki, biżuterii oraz określaniu składu chemicznego naturalnych i syntetycznych minerałów, stopów metali, malowideł, wyrobów jubilerskich itd. Dzięki wykorzystywaniu SEM-EDS w badanych w niniejszym opracowaniu piaskowcach możliwa była obserwacja i analiza m.in. stopnia wykształcenia spoiw regeneracyjnych czy wypełniających w próbach, morfologii ziaren (w osadzie luźnym pozwala to np. na opis sposobu transportu – w lodzie, w powietrzu, eoliczny), obecności i form wykształcenia minerałów ilastych, a pośrednio także np. potencjału zbiornikowego danego systemu skalnego. Poprzez zastosowanie przystawki do spektroskopii z dyspersją energii (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy – EDS) możliwe jest też przeprowadzanie półilościowych analiz chemicznych badanego materiału, co w pracy również uczyniono, w szczególności w odniesieniu do identyikacji spoiw. 28 Metody badawcze Zamontowany do mikroskopu detektor EDS typu ultradry o zdolności rozdzielczej (FWHM) 129 eV służy badaniu składu chemicznego wybranych fragmentów próbki. Badania te są wykonywane zarówno metodą wzorcową (wzorce irmy SPI), jak i bezwzorcową (półilościową). Analizy w tej pracy prowadzone były bezwzorcowo. Pozwoliły one m.in. na określenie ilości skaleni w próbkach piaskowców (na bazie płytek cienkich), a także ich rodzaju (plagioklazy czy skalenie alkaliczne) (Krinsley i in. 1998, Reed 2005). Dzięki tym analizom możliwa była też identyikacja wybranych minerałów ilastych, które tworzyły spoiwo wypełniające w tych skałach. Między innymi dzięki SEM i SEM-EDS możliwa była identyikacja illitu, kaolinitu czy dickitu, które często są istotnym wskaźnikiem diagenezy (Lanson i in. 2002, Robin i in. 2013, Wilson i in. 2014). Zastosowany mikroskop skaningowy miał możliwość wykonywania punktowych i liniowych analiz chemicznych oraz „mappingu” próbki (tworzenia map rozkładu pierwiastków w próbce – najlepiej w oparciu o preparaty mikroskopowe, co w toku analiz wybranych próbek wykonano). Analizy punktowe oraz mapping szczególnie istotne były w przypadku próbek z Radkowa, o najbardziej zróżnicowanym składzie w stosunku do pozostałych grup piaskowców. Badania SEM-EDS wykonano dla wybranych surowców skalnych ze wszystkich analizowanych stanowisk, zarówno dla próbek makro-, jak i mikroskopowych. Wszystkie badania prowadzone były w Naukowo-Dydaktycznej Pracowni Mikroskopii Skaningowej i Mikroanalizy na Wydziale Nauk Geograicznych i Geologicznych Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Próbki piaskowców analizowane były w niskiej próżni (30–40 Pa) przy użyciu elektronowego mikroskopu skaningowego Hitachi S-3700N wyposażonego w system EDS Noran SIX. Żadna z prób nie była napylana. Próby litologiczne oczyszczane były sprężonym powietrzem. Wszystkie analizy wykonano pod kierunkiem dr Danuty Michalskiej i dr Moniki Rzodkiewicz, opiekujących się tym laboratorium. 2.2.4. Statystyczne analizy rozkładu uziarnienia Analizy statystyczne rozkładu uziarnienia w skałach osadowych odnoszą się przede wszystkim do osadów luźnych (Friedman 1967, Friedman i in. 1979, Dickinson i in. 1983). Bazują one na pomiarze wielkości ziaren budujących daną skałę. Określone w toku analizy wartości parametrów, takich jak: standardowe odchylenie, średnia średnica czy skośność, pozwalają m.in. na wyznaczanie środowisk sedymentacyjnych takich osadów, przykładowo plaża morska, wydmy śródlądowe i in. W niniejszej pracy mamy do czynienia ze skałami osadowymi okruchowymi zwięzłymi, które podlegały już różnym procesom diagenezy, a statystyka nie służy tu do wyznaczania środowisk depozycji osadu, lecz do wskazania różnic w wartościach parametrów statystycznych uziarnienia między próbkami z poszczególnych kamieniołomów. Mierzone parametry mają różne znaczenie. Pojęcie średniej średnicy ziarna jest najbardziej zrozumiałe. Wynik takich obliczeń to wielkość średniej średnicy ziarna w całym analizowanych zbiorze. Odchylenie standardowe jest miarą Prace laboratoryjne – wprowadzenie 29 rozproszenia albo dyspersji ziaren w stosunku do średniej. Im wyższa wartość odchylenia standardowego, tym gorsze wysortowanie. Skośność jest natomiast miarą asymetrii rozkładu (Grzegorczyk 1970). Dla tzw. rozkładów prawoasymetrycznych (we frakcjach grubszych) przyjmuje ona wartości minusowe. Dla rozkładów lewoasymetrycznych (we frakcjach drobnych) wartości te są dodatnie. Oznacza to, że im wyższa wartość przykładowo dodatnia, tym większy udział frakcji drobnej w całej próbce. W przypadku otrzymania wartości zerowej mówić należy o rozkładzie idealnie symetrycznym, który w naturze właściwie nie występuje. W odniesieniu do kurtozy interpretacja wyników jest bardziej problematyczna (Grzegorczyk 1970). Sama kurtoza jest miarą koncentracji wyników. Informuje ona, jak bardzo wyniki są skoncentrowane wokół ich średniej, czyli mają wartość podobną do średniej. Jeżeli koncentracja wyników wokół średniej jest duża i kurtoza ma wartość powyżej 0, można powiedzieć, że duża część pomiarów jest podobna do siebie. Jeśli natomiast koncentracja wyników jest słaba, a kurtoza przyjmuje wartość poniżej 0, duża część wyników jest znacznie oddalona od średniej. Jeśli kurtoza ma niską wartość (poniżej 0), to w próbce można zaobserwować większą liczbę wyników skrajnych (bardzo oddalonych od średniej), im wartość jest wyższa, tym takich skrajnych pomiarów jest mniej. Dla osadów luźnych w celu obliczenia poszczególnych parametrów uziarnienia wykonuje się analizę sitową, a następnie oblicza się udział poszczególnych frakcji. W tym jednak przypadku badania oparte są na wykonanych wcześniej płytkach cienkich, gdzie przy zastosowaniu programu komputerowego AnalySIS, dokonywany jest pomiar widocznych ziaren w milimetrach (pomiar najdłuższych widocznych osi). Dla uzyskania określonego zbioru danych statystycznych w obrębie jednej płytki wykonuje się 100–200 pomiarów ziaren. Część badań wskazuje jednak na to, że pomiar 300 ziaren na jedną płytkę cienką daje wystarczający rezultat (Ratajczak i in. 1998). Friedman (1958) sugeruje, że pomiary wielkości ziarna powinny być wykonane w liczbie 100, 200, 300, 400 lub 500, tak aby pokrywały cały analizowany obraz. W trakcie prowadzonych badań stosowano się do zaleceń Friedmana (1958). Średnio mierzono około 300 i więcej średnic ziaren. W badaniach zdiagenezowanych piaskowców trzeba zachować jednak ostrożność, gdyż przy dobrze wykształconym spoiwie regeneracyjnym, nie rozpoznając go prawidłowo, można dokonać błędnych pomiarów największych długości ziarna, a przez to znacznie zafałszować ostateczny wynik. Należy także pamiętać, że obraz mikroskopowy nie odzwierciedla w 100% badanej próbki, dokonywany pomiar bowiem dotyczy jedynie jednej powierzchni widocznej na szliie, bez uwzględnia chociażby orientacji ziaren w przestrzeni. Po przeprowadzonych analizach program komputerowy AnalySIS wyliczał w milimetrach wartości takich parametrów, jak: odchylenie standardowe, skośność, średnia wielkość ziarna, mediana. Zastosowano w tych badaniach metodę momentów, którą wykorzystywał program AnalySIS. Z punktu widzenia statystyki matematycznej, jest ona metodą służącą do najlepszego uzyskiwania parametrów rozkładu wielkości ziaren (Grzegorczyk 1970). Sposób ten, w przeciwieństwie do innych, określa charakter 30 Metody badawcze całego uzyskanego rozkładu. Zastosowanie go proponowali też inni badacze (Wentworth 1929, Krumbein 1936, Friedman 1962, Friedman i in. 1978, Gradziński i in. 1986). Znaczną część analiz już publikowano (Szczepaniak 2014). Niektóre z nich przytoczone zostaną tutaj jednak jeszcze raz z uzupełnieniem o wartości parametrów uzyskanych w wyniku badania próbek z kościoła w Lubiniu oraz w kamieniołomach Rakowiczki (miejscowość Rakowice Małe) i Żerkowice. 2.2.5. Analizy właściwości izycznych i mechanicznych skał Badania właściwości izycznych i mechanicznych skał są niezwykle istotne przede wszystkich dla celów budowlanych. Przy różnych warunkach klimatycznych ta sama skała (np. piaskowiec), ale o różnym składzie mineralnym czy różnym typie spoiwa zachowywać może się bowiem w bardzo zróżnicowany sposób. Niniejsze badania, podobnie jak analizy petrograiczne, mogą pozwolić uniknąć problemów związanych z niewłaściwym doborem surowca wykorzystywanego jako kamień budowlany. Wartości takich parametrów, jak mrozoodporność, porowatość otwarta, nasiąkliwość, wytrzymałość na ściskanie czy odporność na ścieranie, są jednymi z najważniejszych, które brane są pod uwagę przy doborze surowca do różnych celów budowlanych (Kozłowski 1986, Labus 2008, Labus i Bochen 2012, Martínez-Martínez i in. 2013, Rembiś 2013). Podobnie jak skład mineralny i tekstura skały, tak i wartości tych parametrów mają wpływ m.in. na podsiąkanie wody w skałę, możliwość tworzenia się czarnych nalotów czy krystalizacji minerałów wtórnych, takich jak gips czy sole (Słaby i in. 2000, Ruedrich i Siegesmund 2007). Badania wymienionych właściwości są także prowadzone w wielu innych celach, chociażby dla sprawdzenia bezpieczeństwa w byłych obiektach górniczych, czy jaskiniach (Sanetra i Gawryś 2009). Badania te przede wszystkim charakteryzują daną skałę pod kątem cech izyko-mechanicznych. Nie wskazują one na stopień diagenezy poszczególnych typów piaskowców, jednak pośrednio ich wyniki można wiązać z przemianami, jakie w skałach zachodziły. Wszystkie analizowane piaskowce pierwotnie bowiem stanowiły luźny osad, który w rezultacie zróżnicowanych procesów uległ lityikacji. To, w jakim stopniu i jakie wykształciło się w skałach spoiwo, może mieć odzwierciedlenie w wynikach prowadzonych badań wytrzymałościowych (zwłaszcza jeśli chodzi o spoiwo ilaste czy krzemionkowe i jego wpływ na parametry izyczne). Wśród właściwości izyko-mechanicznych skał można wymienić m.in.: • właściwości izyczne takie, jak: gęstość, ciężar właściwy i objętościowy czy porowatość, • właściwości mechaniczne: odporność na ścieranie, wytrzymałość na ściskanie, na rozciąganie, sprężystość czy twardość. Wszystkie badania prowadzone były w oparciu o Polskie Normy dotyczące badań skał wykorzystywanych na cele budowlane: PN-EN – 1936:2010, PN-EN – 13755:2008, PN-EN – 12371:2010, PN-EN – 1926:2007, PN-G – 04302:1997. Dokładne wymagania dotyczące okładzin/elewacji kamiennych zawarte były m.in. w normie PN-B – 11203:1997 „Materiały kamienne. Elementy kamienne; Prace laboratoryjne – wprowadzenie 31 płyty do okładzin zewnętrznych i wewnętrznych” (obecnie posiada ona status normy wycofanej). Norma ta regulowała między innymi takie wymagania co do płyt okładzinowych, jak: wytrzymałość na ściskanie w stanie nasycenia wodą, wytrzymałość na ściskanie po badaniu mrozoodporności, wymiary. Obejmowała ona także zalecenia co do tego, jaki kamień litologicznie najlepiej nadaje się na elewacje, a jakich należy unikać. Co ważne, piaskowiec wymieniany jest w niej jako surowiec, który dobrze nadaje się na elewacje i jest umieszczony obok granitu czy sjenitu – skał cechujących się wysoką odpornością. Nie bez znaczenia są jednak wartości poszczególnych parametrów izyko-mechanicznych, które pozwalają piaskowiec zastosować jako płytę np. do okładzin pionowych. Przykładem jest chociażby wartość wytrzymałości na ściskanie w stanie nasycenia wodą, która nie może być niższa jak 40 MPa. W trakcie badań laboratoryjnych wykonano analizy takich wybranych parametrów, jak: – gęstość objętościowa, – nasiąkliwość, – gęstość właściwa (na kilku próbkach), – mrozoodporność, – wytrzymałość na ściskanie w stanie powietrzno-suchym i po badaniu mrozoodporności, – wytrzymałość na rozciąganie w stanie powietrzno-suchym (wybrane próbki). W pracy przytoczono także wyniki analiz izyko-mechanicznych innych autorów, w szczególności w przypadkach, w których nie dysponowano własnymi danymi (m.in. Kozłowski 1986, Atlas kamieni naturalnych... 2008, Rembiś 2013). Należy podkreślić, że przeprowadzone badania wybranych cech zostały oparte na próbach pobranych jedynie z wybranych ławic wykorzystywanych do produkcji płyt okładzinowych czy boków służących do prac renowacyjnych (jak np. w Radkowie). Dlatego nie są to wyniki reprezentatywne dla całych wybranych złóż, a jedynie dla ich wybranych ławic. Wszystkie analizy wykonane zostały w Laboratorium Badania Własności Skał i Wyrobów Kamieniarskich Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie przez dr. inż. Jakuba Mazurka. Laboratorium ma akredytację Polskiego Centrum Badań i Certyikacji – Certyikat akredytacji L298/1/2000 – w zakresie badania próbek skał zwięzłych, elementów kamiennych i kruszyw mineralnych. Od 9 sierpnia 2002 roku natomiast ma ono także akredytację Polskiego Centrum Akredytacji – Certyikat akredytacji nr AB 298 obejmujący m.in. badania próbek skały zwięzłych i elementów kamiennych (http://www.kgbig.agh.edu.pl/pliki/AB%20298. pdf; dostęp: 15.11.2013). 3. Badania terenowe Badania terenowe obejmowały: synklinorium północno- i śródsudeckie oraz część południowej Wielkopolski. Prowadzone były w sześciu kamieniołomach: w Czaplach, Nowej Wsi Grodziskiej, Żerkowicach, Rakowicach Małych (piaskowiec Rakowiczki), Radkowie i Szczytnej. Po wstępnym rekonesansie terenowym otrzymano także próbki z dwóch dalszych, w Wartowicach i Żeliszowie, do których nie uzyskano jednak zgody na wejście. Próby pobrano też z romańskich elementów lapidarnych w kościele przyklasztornym w Lubiniu k. Gostynia pw. Narodzenia Najświętszej Marii Panny. W przypadku obiektu sakralnego badania obejmowały wykonanie dokumentacji fotograicznej oraz pobór prób z piaskowcowych płyt zlokalizowanych wzdłuż wschodniej ściany kościoła, gdzie zachowały się elementy muru romańskiego. Prace w kamieniołomach polegały na pobraniu prób z wybranych ławic piaskowców lub bloków już wyeksploatowanych i przygotowanych do obróbki, które wskazane były przez pracownika zakładów wydobywczych jako wykorzystywane do produkcji płyt okładzinowych czy elementów małej architektury. Jak wspomniano, nie wszędzie otrzymano pozwolenie na pobór bezpośrednio ze ścian, stąd nie wykonano pełnego opróbowania proili. Próbki pobierano z bloków przygotowanych do dalszej obróbki z przeznaczeniem głównie na płyty okładzinowe czy elementy małej architektury. Łącznie w terenie do wszystkich badań mikroskopowych i wytrzymałościowych pobrano ponad 300 prób o bardzo zróżnicowanej wielkości i wadze. Znalazły się wśród nich niewielkie próbki o rozmiarze nie przekraczającym 5 cm przy najdłuższej osi, które pozyskano z elementów architektonicznych w Lubiniu. W terenie pobrano jednak także fragmenty płyt okładzinowych o grubości do 5 cm, pozostałych wymiarach około 40 na 40 cm i większych, o wadze nawet ponad 10 kg. Z tych ostatnich przygotowywano w laboratorium Instytutu Geologii próbki do badań właściwości izycznych i mechanicznych. 3.1. Synklinorium północnosudeckie Na terenie synklinorium północnosudeckiego próbki pobierane były w czterech kamieniołomach, do których wcześniej uzyskano zgodę na wejście i pobór prób. Średnio było to od 20 do 25 prób. Dodatkowo w kamieniołomach na terenie Nowej Wsi Grodziskiej i Żerkowic pobrano kolejne 25–30 prób do badań izyko-me- Synklinorium północnosudeckie 33 chanicznych. Wszystkie badane piaskowce pochodzą z górnej kredy – koniaku. Pobrano próby w dwóch wyrobiskach należących do Zakładu Górniczego Czaple. Było to tzw. wyrobisko B bezpośrednio przy zakładzie górniczym, nie eksploatowane już od kilkudziesięciu lat, oraz wyrobisko C tegoż zakładu administracyjnie położone w miejscowości Nowa Wieś Grodziska, na jej południowo-zachodnim skraju. Kolejne kamieniołomy, w których pobrano próby, były zlokalizowane w Rakowicach Małych (kamieniołom/piaskowiec Rakowiczki) i Żerkowicach (ryc. 1, 2, 5). W toku prac terenowych pozyskano także próbki piaskowców z kamieniołomu w Wartowicach oraz Żeliszowie, do których nie uzyskano zgody na wejście i pobór prób. Pochodziły one z uszkodzonych płyt kamiennych znajdujących się na terenie zakładu przeróbczego Czaple. Płyta szarego piaskowca z Żeliszowa należała do skał silnie zlityikowanych. Na jednej ze stron płyty widoczne były przewarstwienia z silnie wykształconym spoiwem żelazistym, które to niekorzystnie wpływa na walory estetyczne i izyczne skały. Udostępniono także do badań fragment płyty piaskowca z bardzo licznymi ośródkami ślimaków kredowych. Tego rodzaju piaskowca jednak nie wykorzystuje się do produkcji kamienia elewacyjnego. Niestety zarówno w przypadku udostępnionych przez Zakład Górniczy prób z Wartowic, jak i Żeliszowa, ich liczba i wielkość nie pozwoliła na przeprowadzenie pełnych badań porównawczych oraz na badania cech izycznych skał takich, jak np. wytrzymałość na ściskanie czy mrozoodporność zgodnie z Polskimi Normami. W przypadku tych piaskowców posiłkowano się wcześniejszymi wynikami badań (Dziedzic i in. 1979, Kozłowski 1986, Labus 2008, Labus i Bochen 2012), choć nie zawsze otrzymanymi według obecnie obowiązujących norm. Czaple wyrobisko B Piaskowce pobierane były na terenie Zakładu Górniczego Czaple w wyrobisku B (ryc. 5a) zlokalizowanym w starszej części kamieniołomu, około 400 m na SSE od budynków zakładu przeróbczego. Sam zakład zlokalizowany jest natomiast między wsiami Czaple a Nową Wsią Grodziską. Piaskowiec tu występujący cechuje się grubym uławiceniem przekraczającym nawet 4 m, miejscami brak było widocznego uławicenia. Skały te miały głównie kremowe i żółte zabarwienie, rzadziej szare. Spoiwo w trakcie prac terenowych określono jako krzemionkowe, miejscami ilaste, co sprecyzowano w analizach mikroskopowych. Piaskowiec tam występujący to skała średnioziarnista, rzadziej drobnoziarnista. Pojawiają się także wkładki materiału żwirowego o średnicy dochodzącej do 1 cm (ryc. 5b). Nowa Wieś Grodziska – Czaple wyrobisko C Piaskowce pobrane były w wyrobisku C Zakładu Górniczego Czaple leżącego administracyjnie na terenie Nowej Wsi Grodziskiej, przynależącego jednak do wspomnianego zakładu. Odkrywka ta zlokalizowana jest w linii prostej około 800 m na wschód od budynków zakładu. Próbki pobierane były w południowej ścianie kamieniołomu. Skały te makroskopowo miały zbliżone cechy do piaskowców z wyrobiska B. Barwa skały jednak w obrębie całego wyrobiska była żółta i żółto-kremowa, co było efektem większej jak w wyrobisku B zawartości spoiwa 34 Badania terenowe Ryc. 5. Wybrane miejsca poboru prób: a–b – Czaple wyrobisko B (próbki oznaczone CZA), a – nieczynne wyrobisko, b – kwarcowy piaskowiec średnioziarnisty z wkładką materiału żwirowego, c – kamieniołom Czaple wyrobisko C w Nowej Wsi Grodziskiej, fragment ściany z grubą wkładką materiału ilastego (próbki oznaczone NWCZ), d–f – Rakowice Małe – miejsce wydobycia piaskowca Rakowiczki, f – ciemne przewarstwienia w obrębie piaskowca, g–h – Żerkowice, g – widok ogólny kamieniołomu, h – blok drobnoziarnistego piaskowca kwarcowego przeznaczonego do produkcji m.in. okładzin piaskowcowych Synklinorium śródsudeckie 35 ilastego. W ich obrębie spotkać można było dodatkowo wyraźne, miejscami grube, bo dochodzące do 1 cm, wkładki materiału ilastego i mułowego o intensywnie czerwono-brązowym zabarwieniu (ryc. 5c). Należy zaznaczyć, że obszar tej odkrywki zlokalizowany jest morfologicznie wyżej w stosunku do samego zakładu górniczego i jego zabudowań oraz do wyrobiska B, gdzie piaskowce są nieznacznie starsze. Rakowice Małe, piaskowiec Rakowiczki Podobnie jak w skałach z kamieniołomu Czaple, tak i tutaj skała cechowała się grubym uławiceniem. Grubość poszczególnych ławic przekraczała 2–3 m, miejscami w ścianach kamieniołomu nie obserwowano uławicenia (ryc. 5d–f). W obrębie części ławic obserwowane było także przeważnie słabo widoczne równoległe (ryc. 5f), rzadziej skośne warstwowanie piaskowców. Piaskowiec ten cechował się kremową barwą. Makroskopowo określono go jako dobrze zlityikowany, średnioziarnisty, średnio i dobrze wysortowany. Miejscami pojawiały się wkładki materiału o frakcji żwirowej. Żerkowice Piaskowiec w tym kamieniołomie, podobnie jak poprzednie, odznaczał się głównie grubym uławiceniem, miejscami trudno dostrzegalnym. Jego cechą charakterystyczną była ciemniejsza barwa obserwowana makroskopowo. W ścianach kamieniołomu między poszczególnymi ławicami obserwować można było także wyraźnie ciemniejszy osad o frakcji piaszczystej przypominający słabo wykształcone proile glebowe, które świadczyć mogłyby o nieco odmiennych warunkach sedymentacyjnych w tym rejonie w porównaniu do wcześniej wymienionych kamieniołomów. Skały te makroskopowo opisano też głównie jako średnioziarniste o różnym stopniu wysortowania – w przewadze dobrze wysortowane. Kolorystyka tych skał jest nieco bardziej zróżnicowana, jak w Czaplach. Pojawiają się tutaj skały o barwie jasnoszarej, kremowej, żółtej oraz rzadziej przechodzące do jasnobrązowych (ryc. 5g, h). W obrębie grubych ławic rzadko widoczne jest warstwowanie. Związane jest ono przede wszystkim z wykształceniem spoiwa, a nie samym zróżnicowaniem szkieletu ziarnowego. 3.2. Synklinorium śródsudeckie Piaskowce na terenie synklinorium śródsudeckiego pobierane były w dwóch zlokalizowanych niedaleko siebie kamieniołomach (w linii prostej ok. 11 km). Piaskowce te nie należały jednak do skał równowiekowych. Piaskowce z Radkowa to środkowe piaskowce ciosowe zaliczane do środkowego turonu. Skały eksploatowane w Szczytnej to skały nieco młodsze, zaliczane do górnego piaskowca ciosowego i górnego turonu (Jerzykiewicz 1979, Labus 2008). Skały te powszechnie były i są wykorzystywane w budownictwie, jednak ich skład mineralny, wysortowanie czy typy spoiw już makroskopowo mocno się różnią. 36 Badania terenowe Radków Kamieniołom Kopalni Piaskowca Radków zlokalizowany jest w obrębie Parku Narodowego Gór Stołowych, na tzw. Skłonie Radkowa. Stanowi on wyraźny próg morfologiczny na granicy tegoż parku. Ze względu na położenie kamieniołomu, ma on pozwolenie na odstrzał jedynie w miesiącach jesiennych (stan na 2013 rok). W jego obrębie nie uzyskano zgody na pobranie prób bezpośrednio ze ścian eksploatacyjnych z uwagi na niebezpieczeństwo oderwania się większych bloków skalnych w czynnych wyrobiskach. Ściany wydobywcze w tym miejscu mają bowiem od około 10 m wysokości do nawet około 70 m – i są prawie pionowe. Próbki, które pobierano do badań, pochodziły z zachodniej ściany wydobywczej kamieniołomu. Pozyskano tu łącznie największą liczbę prób do dalszych badań z największego zróżnicowania surowca. Nie wszystkie one jednak zostały przebadane, ponieważ nie wszystkie partie złoża są użytkowane jako kamień okładzinowy czy na cokoły do wyrobu innych detali architektonicznych. Łącznie pobrano tutaj około 70 prób, z czego 25 przeznaczono na badania właściwości izyko-mechanicznych, a 34 na preparaty mikroskopowe. Piaskowiec z Radkowa w dolnej części proilu reprezentowany jest głównie przez ławice piaskowca drobnoziarnistego o najlepszych walorach estetycznych, najczęściej wykorzystywanego do produkcji m.in. płyt okładzinowych (ryc. 6c). Brak jest w nim wyraźnego warstwowania. W środkowej części proilu widoczne jest już wyraźnie zarysowane warstwowanie piaskowca z ułożonymi naprzemianlegle warstwami osadu grubszego i drobnoziarnistego, często o odmiennej kolorystyce (ryc. 6d). Warstwy te jednak nie są zawsze ułożone idealnie równolegle do siebie. Ze względu na przewarstwienia materiału żwirowego nie jest on najistotniejszym surowcem do produkcji kamienia okładzinowego. Powyżej znajduje się osad zdecydowanie grubszy, głównie o frakcji żwirowej, często ze zwiększoną ilością spoiwa żelazistego (ryc. 7b–d). Na nim zalegają (na wysokości ok. 45–50 m od dna poziomu wydobywczego) piaskowce na ogół gruboziarniste (miejscami już o drobnej frakcji żwirowej) z licznymi ośródkami fauny kredowej o miąższości do 2 m (ryc. 6b). Skała ta ze względu m.in. na znaczną porowatość wykorzystywana jest do celów budowlanych najrzadziej. Występujący tu piaskowiec jest gruboławicowy, miejscami trudno jednak wydzielić konkretne ławice, a skała lokalnie zmienia się w skałę masywną (ryc. 6a). Zapewne między innymi dlatego skała ta jest eksploatowana w tym miejscu od setek lat (www.swiat-kamienia.pl, www.piaskowceradkow.pl, Kozłowski 1986). Dodatkowo surowiec tu eksploatowany cechuje się bardzo dobrymi parametrami technicznymi, których wartości udostępniono na stronach internetowych kopalni: www.piaskowceradkow.pl/zloza.html. Surowiec tutaj wydobywany jest mocno zróżnicowany pod wieloma względami. Występuje tu zarówno skała drobno-, średnio-, jak i gruboziarnista, a miejscami także niewielkie ławice o frakcji żwirowej. Również wysortowanie tych piaskowców jest zróżnicowane: od bardzo dobrze wysortowanych (rzadko występujących) po słabo wysortowane. Obserwowane jest dobrze wykształcone spoiwo żelaziste nadające skale intensywnie różowe zabarwienie, spoiwo ilaste, Synklinorium śródsudeckie 37 Ryc. 6. Wybrane miejsca poboru prób: a–d – Radków, a) widok ogólny kamieniołomu, b – blok gruboziarnistego piaskowca z warstwy bogatej w faunę z ośródkami małży, c – fragment bloku drobnoziarnistego piaskowca, d – fragment bloku piaskowca określanego lokalnie przez kamieniarzy „lagier” z widocznymi ciemnobrązowymi, czasem ciemnoszarymi przewarstwieniami, także z wkładkami grubszego materiału, jest to piaskowiec nie wykorzystywany do produkcji okładzin; e–h – Szczytna, e – widok ogólny kamieniołomu, f – drobnoziarnisty piaskowiec z wyraźną obecnością frakcji żwirowej, g–h – jasnoszary kwarcowy piaskowiec drobnoziarnisty z widocznymi skośnymi smugami i warstewkami spoiwa ilastego 38 Badania terenowe krzemionkowe oraz mieszane – ilasto-krzemionkowe. Wszystkie one nadają skale odmienne zabarwienie (ryc. 7). Ze względu na tak duże zróżnicowanie surowca w Radkowie (ryc. 7a–i), wykorzystywany jest on obecnie na różne cele: od małej architektury (wyroby artystyczne), przez kamień okładzinowy (zarówno okładzina pionowa, jak i pozioma), do kamienia murowego i łamanego (www.piaskowceradkow.pl; dostęp: 11.03.2014). Dzięki temu zróżnicowaniu surowiec ten spotkać można obecnie w bardzo wielu obiektach użyteczności publicznej zarówno w kraju, jak i za granicą, zarówno jako materiał budowlany, jak i element wystroju wnętrz, od banków, przez kościoły, po budynki uniwersyteckie we Wrocławiu czy Poznaniu. Najbardziej interesującym kamieniem dla niniejszego opracowania jest jednak nie każdy tutejszy surowiec, a piaskowiec dobrze i średnio wysortowany, średnio- i drobnoziarnisty o spoiwie krzemionkowym i krzemionkowo-ilastym. Niestety w obrębie tego kamieniołomu skała ta pojawia się tylko w wybranych ławicach. Jest to o tyle istotny problem, że skałę tę obecnie często wykorzystuje się do renowacji zabytków, wykonanych z tego piaskowca, a jego eksploatacja z przyczyn niezależnych jest ograniczona, jeśli chodzi o możliwości kamieniołomu. Ze względu na dostępność lokalnego surowca o konkretnych cechach nie tylko mechanicznych, ale i estetycznych, często należy szukać „zamiennika”, co jest o tyle problematyczne, że piaskowiec z Radkowa ma także specyiczny skład Ryc. 7. Zróżnicowanie kolorystyczne (od jasnoszarych, przez różowe do brązowych) i granulometryczne próby z kamieniołomu w Radkowie z widocznymi na rycinie c fragmentami fauny; skala widoczna na fotograiach ma podziałkę 1 cm Lubiń – elementy lapidarne 39 szkieletu ziarnowego, który odróżnia go znacznie od zbliżonych makroskopowo skał z rejonu synklinorium północnosudeckiego. Zatem w tym rejonie zbliżone skały pochodzą jedynie z kamieniołomów, w których występuje równowiekowy piaskowiec. Szczytna, kamieniołom Szczytna-Zamek W kamieniołomie tym, podobnie jak w Radkowie, ze względu na brak zgody na pobór prób bezpośrednio ze ścian kamieniołomu, wszystkie próby do dalszych badań pozyskane zostały z dużych (o średnicy minimum 2 m), luźnych bloków skalnych (ryc. 1, 3, 4, 6e) przygotowanych do transportu na teren zakładu przeróbczego. Bloki te zlokalizowane były w zachodniej i północnej części kamieniołomu. Górnoturoński piaskowiec (ryc. 4) wydobywany w tym miejscu jest surowcem odmiennym od środkowoturońskiego piaskowca z Radkowa, mimo jego bliskiego sąsiedztwa. Skały te nie tworzą w morfologii terenu tak wyraźnego progu skalnego, jaki tworzyły piaskowce środkowego turonu. Spośród pobranych tutaj prób 25 sztuk przeznaczono na badania właściwości izyko-mechanicznych, a 21 sztuk na preparaty mikroskopowe. Skała ta wydobywana jest okresowo w miarę zapotrzebowania na surowiec. Ze względu na zdeponowaną znaczną ilość rumoszu wzdłuż ścian wydobywczych w trakcie prowadzonych prac terenowych niemożliwe było dobre opisanie uławicenia tych skał. Są one jednak opisywane jako skały gruboławicowe (Kozłowski 1986). Także wielkość i jednorodność bloków skalnych, z których pobierano próby, potwierdza, że piaskowce te są gruboławicowe lub że brak w nich uławicenia, a skała jest masywna. W zdecydowanej przewadze jest to piaskowiec drobnoziarnisty z bardzo nielicznymi wkładkami materiału żwirowego (ryc. 6f, g; Labus i Bochen 2012). Skała ta cechuje się dobrym wysortowaniem i obtoczeniem ziarna oraz jasno-szarą barwą. Lokalnie pojawiające się niewielkie wkładki frakcji żwirowej tworzą słabo zaznaczające się warstwowanie równoległe w skale. Spoiwo makroskopowo opisano jako krzemionkowe z niewielkim udziałem ilastego, co potwierdziły późniejsze badania. Spoiwo ilaste lokalnie, tak jak materiał grubszy, wykształcone jest jako słabo zaznaczone warstwowanie, jednak o odmiennym charakterze. Nie zaobserwowano w tym piaskowcu skamieniałości. 3.3. Lubiń – elementy lapidarne Próbki piaskowca do badań pozyskane zostały z elementów lapidarnych ułożonych przy wschodniej ścianie kościoła przyklasztornego w Lubiniu. Pochodzą one z pierwotnego romańskiego kościoła, którego pozostałości widoczne są właśnie we wspomnianej ścianie. Mury kamienne z tego okresu znajdują się też we wnętrzu świątyni. Pierwotny kościół został bowiem kilkakrotnie przebudowany i obecnie nosi cechy obiektu barokowego z elementami gotyku. Pobrane zostały próbki ze wszystkich piaskowcowych elementów lapidarnych – łącznie było ich 22 (ryc. 8). Rozmiar pozyskanych prób odbiegał oczywiście od rozmiaru próbek 40 Badania terenowe pobieranych w kamieniołomach. Ich wielkość nie przekraczała 4–5 cm przy najdłuższej osi danej próbki. Pobierane były one tak, aby nie wpłynąć w negatywny sposób na wygląd elementów lapidarnych – najczęściej w dolnych częściach tychże detali. Wśród wszystkich elementów zlokalizowanych wzdłuż romańskiej ściany kościoła umiejscowione zostały także detale z gnejsu i granitoidu, one jednak nie były obiektem badań. Otrzymano niezbędne pozwolenia na pobór prób. W trakcie poboru prób zauważyć można było fakt, że piaskowce te są silnie zlityikowane. Pozyskanie prób przysparzało dużych trudności, zwłaszcza dlatego, że próbki musiały być niewielkich rozmiarów, co różniło te piaskowce od skał pozyskiwanych w kamieniołomach. Barwa wszystkich prób jest jasnoszara. Makroskopowo wszystkie próby opisane zostały wstępnie jako piaskowce kwarcowe o spoiwie krzemionkowym. Granulometrycznie skały te są zróżnicowane. Wśród nich obserwowano zarówno piaskowce drobno-, średnio-, jak i gruboziarniste o różnym wysortowaniu. Ryc. 8. Piaskowcowe elementy lapidarne przy kościele przyklasztornym w Lubiniu: a – zestaw prób o numerach od 1 do 9, b–f – detale architektoniczne o numerach 1, 2, 6, 11 i 17 4. Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców Piaskowce z terenu synklinorium północno- i śródsudeckiego makroskopowo w większości przypadków są dość podobne do siebie. Ewidentnym wyjątkiem są skały pochodzące z kamieniołomu w Radkowie, które cechują się zróżnicowanym składem mineralnym, zmiennością uziarnienia, a także obecnością kredowej fauny w osadzie. W obrazie mikroskopowym czy też przy uwzględnieniu właściwości izycznych skał zróżnicowanie to jest lepiej widoczne. Ogólne analizy petrograiczne piaskowców z Dolnego Śląska prezentowano w literaturze już wielokrotnie. Ze względu jednak na zamiar przeprowadzenia dokładnej analizy procesów diagenetycznych zaistniałych w tych skałach, niezbędne było dokonanie ponownej szczegółowej charakterystyki petrograicznej, gdyż już przy zastosowaniu mikroskopu polaryzacyjnego możliwe jest wychwycenie części z nich. Z ponad 300 prób pobranych w czasie prac terenowych, wykonano ponad 180 preparatów mikroskopowych. Wszystkie one były szlifami odkrytymi polerowanymi, co umożliwiało wykonywanie dalszych analiz katodoluminescencyjnych i przy zastosowaniu mikroskopu skaningowego z przystawką EDS. Ze względu na największe zróżnicowanie piaskowców z Radkowa, właśnie z tych prób wykonano najwięcej, bo 34 preparaty mikroskopowe. W przypadku detali architektonicznych z Lubinia wykonano łącznie 22 preparaty – po jednym z każdego detalu obecnego pod wschodnią ścianą kościoła. Z pozostałych kamieniołomów wybrano średnio po 22 do 25 prób do wykonania płytek cienkich. Pozostałe próby, głównie o większych rozmiarach, posłużyły do wykonania kostek sześciennych do badań właściwości izyko-mechanicznych oraz analiz próbek litologicznych w mikroskopie skaningowym. Jedynie w przypadku kamieniołomów z Żeliszowa i Wartowic dysponowano mniejszą liczbą prób (wykonano 5 do 6 preparatów na każdy kamieniołom). Mikroskopia optyczna (OM) należy do podstawowych metod użytych w realizacji niniejszego zagadnienia. Wykorzystując OM, określono podstawowe parametry skał, takie jak: skład mineralny szkieletu ziarnowego, wstępny opis spoiw, uziarnienie czy upakowanie, które po przeprowadzeniu analiz za pomocą katodoluminescencji (CL) i mikroskopii skaningowej (SEM) uzupełniono. Podział poszczególnych badanych piaskowców oparto na klasyikacji Pettijohna i in. (1972). Opis pozostałych cech strukturalnych wykonywano zarówno według instrukcji tegoż autora, jak i na podstawie wytycznych Maneckiego i Parachoniaka (1986). 42 Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców Badania mikroskopowe oparto na blisko 200 płytkach cienkich pochodzących łącznie z ośmiu kamieniołomów i jednego kościoła romańskiego (dwa kamieniołomy: w Wartowicach i Żeliszowie omówione zostały jednak w stopniu minimalnym, gdyż liczba prób była niewielka, o czym już wspomniano w rozdziale dotyczącym badań terenowych, dlatego nie można ich było potraktować jako reprezentatywne). Badania te porównano z wcześniejszymi pracami laboratoryjnymi (z lat 2003–2006), które prowadzono na próbkach między innymi piaskowców z kamieniołomów neogeńskich z terenu wschodniej i południowej Wielkopolski i rejonu Bolesławca, oraz próbkami z innych wybranych kościołów romańskich z Kalisza, Kotłowa, Kościelca Kaliskiego i Kotłowa (ryc. 1). Wszystkie preparaty były polerowane, aby umożliwić dalsze analizy CL, SEM i SEM-EDS. Analizy wykonywano za pomocą mikroskopu polaryzacyjnego Olympus. Ze względu na widoczne w obrazie mikroskopowym procesy diagenetyczne, nie wszystkie cechy pierwotne wybranych skał były dostrzegalne. Stąd też po wykonaniu obserwacji mikroskopowych wytypowano próbki do dalszych badań CL i SEM, dzięki którym możliwy był bardziej szczegółowy opis prób, a przede wszystkim zjawisk diagenetycznych oraz cech pierwotnych osadu. W większości piaskowców tutaj prezentowanych elementem wspólnym, poza dominacją kwarcu w szkielecie ziarnowym, jest obecność spoiwa regeneracyjnego, rozwiniętego jednak w bardzo różnym stopniu. W skałach okruchowych głównym źródłem SiO2, który w czasie późniejszym cementuje te skały, jest często krzemionka biogeniczna. Źródłem krzemionki mogą być także takie reakcje, jak rozpuszczanie skaleni czy diageneza minerałów ilastych oraz rozpuszczanie kwarcu detrytycznego na skutek panującego ciśnienia, np. między ziarnami (Worden i Morad 2000). Tego typu procesy były obserwowane w wybranych analizowanych próbkach. W przypadku badanych piaskowców najbardziej prawdopodobnym źródłem SiO2 było to pierwsze, związane z krzemionką biogeniczną. Takie przypuszczenie wynika z faktu, że ilość skaleni w większości skał jest minimalna. Nawet jeśli zostałyby one rozpuszczone, to z pewnością nie wszystkie, a te które są zachowane, nosiłyby najprawdopodobniej bardziej wyraźne ślady takich procesów. Wyjątkiem mogą być piaskowce z Radkowa, w których skalenie stanowią znaczną część szkieletu ziarnowego i w których obserwowano zróżnicowane procesy diagenetyczne. Także ilość minerałów ilastych w spoiwie większości badanych piaskowców z wszystkich prezentowanych tutaj kamieniołomów wydaje się zbyt mała, aby ich diageneza mogła być źródłem wystarczającej ilości krzemionki do wytworzenia obwódek regeneracyjnych na tak licznych ziarnach. A co istotniejsze, z pewnością pierwsze wykształciło się spoiwo krzemionkowe, zaś ilaste było spoiwem późniejszym. Częściowe rozpuszczanie/rozpad kwarcu detrytycznego na skutek ciśnienia obserwowany był tylko (przy zastosowaniu katodoluminescencji) w dwóch próbkach pochodzących z Radkowa, o czym pisano w rozdziale dotyczącym procesów diagenetycznych. W związku z tym i ten proces nie mógł być źródłem SiO2. Analiza petrograiczna piaskowców synklinorium północnosudeckiego 43 4.1. Analiza petrograiczna piaskowców synklinorium północnosudeckiego Na terenie synklinorium północnosudeckiego pobrano próby w sześciu kamieniołomach. Uwzględniając wcześniejszą weryikację literatury (Jerzykiewicz 1968, 1971, Kozłowski 1986, Labus 2010, Rembiś 2013) i wykorzystanie lokalnego surowca do celów renowacyjnych, w czterech kamieniołomach pozyskano większą liczbę prób do przeprowadzenia większej serii badań (Czaple, Nowa Wieś Grodziska, Rakowiczki, Żerkowice), a w dwóch także do badań właściwości izycznych skał (Nowa Wieś Grodziska i Żerkowice). Same analizy petrograiczne dla piaskowców z wybranych kamieniołomów wykonane i prezentowane były w literaturze już wielokrotnie, jednak ich ponowna realizacja jest konieczna ze względu na procesy diagenetyczne, które w mikroskopie optycznym także są obserwowane. 4.1.1. Analiza petrograiczna piaskowców z Czapli – wyrobisko B Piaskowce pobrane w kamieniołomie w Czaplach (wyrobisko B Zakładu Górniczego Czaple) nie należały do mocno zróżnicowanych ani pod względem uziarnienia, ani składu mineralnego. Są to skały o barwie jasnoszarej do kremowej, drobnoziarniste i średnioziarniste, o dobrym, a niekiedy i bardzo dobrym wysortowaniu. Rzadko pojawiają się przewarstwienia piaskowców gruboziarnistych i słabo wysortowanych. W trakcie prac terenowych zaobserwowano także piaskowce drobnoziarniste z wkładkami frakcji żwirowej (ryc. 9h). Rozmiary tych okruchów przekraczały 10 mm. Szkielet ziarnowy Szkielet ziarnowy tych piaskowców jest zwarty. Zbudowany jest on w ponad 95% z kwarcu. Jest to więc skała prawie monomineralna. W obrazie mikroskopowym przeważa kwarc monokrystaliczny, widoczne są także liczne ziarna kwarcu „mozaikowego”, które specyicznie wygaszają światło. W OM wydają się one częściowo polikrystaliczne (ryc. 9a, b, h), czego nie potwierdziły analizy CL. Poza kwarcem w szkielecie obserwowane są bardzo nieliczne ziarna innych minerałów: muskowitu, niewielkich rozmiarów ziarna cyrkonu, turmaliny, pojedyncze ziarna skaleni potasowych. W pojedynczych próbkach stwierdzono też obecność wachlarzowo wygasającego światło chalcedonu (próbka CZA13). W próbkach bardziej gruboziarnistych (np. CZA11) zauważalne są ziarna lityczne (m.in. skał wylewnych, ryc. 9d). W nielicznych ziarnach kwarcu obserwowane są inkluzje cyrkonu oraz łyszczyków. W skałach tych w obrazie mikroskopowym brak widocznego warstwowania, mimo że w trakcie prac terenowych było ono widoczne w ścianach wydobywczych. Obtoczenie Tak jak we wszystkich omawianych poniżej przypadkach piaskowców pobranych w kamieniołomach, trudno bardzo precyzyjnie opisać obtoczenie pierwotne zia- 44 Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców Ryc. 9. Obraz mikroskopowy piaskowców z Czapli, wyrobisko B: a–e – zróżnicowanie spoiwa, a – widoczne wrostki muskowitu w kwarcu, kaolinit w spoiwie wypełniającym oraz ziarna kwarcu polikrystalicznego, b – spoiwo regeneracyjne na ziarnach kwarcu, c–d – żelaziste spoiwo wypełniające w zróżnicowanym szkielecie ziarnowym, e – kaolinit w spoiwie wypełniającym ze śladami kaolinityzacji muskowitu i jego reliktami, f–h – zróżnicowanie wysortowania piaskowców z zachowaniem tego samego powiększenia, z widocznymi dużymi ziarnami kwarcu mozaikowo wygaszającymi światło (F – skaleń, Kln – kaolinit, Ms – muskowit, Q – kwarc, V – skała wulkaniczna, fotograie a, b, d–h – skrzyżowane polaryzatory, c – jeden polaryzator) Analiza petrograiczna piaskowców synklinorium północnosudeckiego 45 ren budujących szkielet. W oparciu o mikroskopię optyczną zauważyć można, że większość ziaren nosi bardzo wyraźne ślady obtoczenia. Są to ziarna głównie o kształcie kolistym, rzadziej owalnym. Na ziarnach gorzej obtoczonych w części przypadków już przy OM widoczne są obwódki regeneracyjne powstałe na kwarcu, które wpływają na opis cech pierwotnych. Porowatość piaskowców kredowych z rejonu Dolnego Śląska analizowana wielokrotnie (Milewicz 1961, 1979, Labus 2008) mieści się w przedziale od około 12% do nawet 27% w zależności od próbki i miejsca ich pochodzenia. W przypadku piaskowców koniackich z Czapli na podstawie OM średnio określono ją w próbach na około 20 do maksymalnie 25%. Spoiwo Spoiwo w tych skałach ma zróżnicowany charakter. Jest to zarówno spoiwo kontaktowe, regeneracyjne, jak i wypełniające (ryc. 9a–e). Chemicznie jest ono przede wszystkim spoiwem krzemionkowym. W piaskowcach tych obecne są domieszki spoiwa ilastego – kaolinitowego, oraz żelazistego (ryc. 9a, c–e). Spoiwo to ma charakter wypełniający. Nie było ono obserwowane we wszystkich próbkach, a tam, gdzie się pojawiało, nie było wykształcone w sposób równomierny. Spoiwo krzemionkowe uformowane jest przede wszystkim na kontaktach między ziarnami kwarcu oraz pod postacią obwódek regeneracyjnych (ryc. 9b). W wielu preparatach w obrazie OM nie są one jednak dobrze zauważalne i są słabo wykształcone. Piaskowce te zaliczono do arenitów kwarcowych (Pettijohn i in. 1972). 4.1.2. Analiza petrograiczna piaskowców z Nowej Wsi Grodziskiej – wyrobisko C Piaskowce określane w niniejszej pracy jako te z Nowej Wsi Grodziskiej pochodzą z wyrobiska C Zakładu Górniczego Czaple, które to administracyjnie leży na terenie Nowej Wsi Grodziskiej (sąsiadującej z wsią Czaple). Są to piaskowce nadległe (młodsze) w stosunku do wyrobiska B. Wśród nich zauważalne było już makroskopowo nieco większe zróżnicowanie, przede wszystkim w barwie, która zmieniała się od kremowej, przez żółtawą aż do lokalnie pomarańczowo-czerwonej, głównie w sąsiedztwie dużego nagromadzenia przewarstwień osadu o frakcji aleurytowej i pelitowej (minerałów ilastych, ryc. 10e, f). Podobnie jak w wyrobisku B tego samego zakładu (piaskowce w niższej części proilu), tak i tutaj spotykane są piaskowce drobnoziarniste oraz przeważające średnioziarniste. Występują także skały gruboziarniste z przewarstwieniami frakcji żwirowej. Piaskowce te są przeważnie średnio, niekiedy dobrze wysortowane. Szkielet ziarnowy Szkielet ziarnowy jest zwarty i tak jak w przypadku próbek z wyrobiska B zbudowany jest w ponad 95% z ziaren kwarcu. W obrazie mikroskopowym przeważa kwarc monokrystaliczny. Widoczne są także liczne ziarna kwarcu „mozaikowego”, gdzie niewielka ich część to kwarc polikrystaliczny (ryc. 10b, g). Wskazuje 46 Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców Ryc. 10. Obraz mikroskopowy piaskowców z Nowej Wsi Grodziskiej, wyrobisko C Zakładu Czaple: a–d – dwa skrajne przykłady wysortowania piaskowców, a, b – widoczne liczne ziarna kwarcu polikrystalicznego i mozaikowo wygaszającego światło oraz żelaziste i ilaste spoiwo wypełniające, e–h – przykłady różnego wykształcenia spoiwa, e – granaty i cyrkony w szkielecie ziarnowym oraz przykład spoiwa wypełniającego ilastego i żelazistego, f – spoiwo wypełniające w średnio wysortowanym piaskowcu, g – spoiwo wypełniające z widocznym muskowitem, jego reliktami w górnej części fotograii oraz spoiwem kaolinitowym będącym efektem kaolinityzacji muskowitu, h – wskazane strzałkami spoiwo regeneracyjne na ziarnach kwarcu (Zr – cyrkon, F – skaleń, Gr – granat, Kln – kaolinit, Ms – muskowit, Q – kwarc, fotograie: b, d–h – skrzyżowane polaryzatory, a, c – jeden polaryzator) Analiza petrograiczna piaskowców synklinorium północnosudeckiego 47 na to forma wykształcenia obwódek regeneracyjnych, które tworząc się, „wykorzystują” pierwotny układ krystalograiczny kwarcu, krystalizując się tutaj w różnych kierunkach (ryc. 10h). W obrębie szkieletu ziarnowego, poza głównym składnikiem, stwierdzono też obecność cyrkonu, granatu, muskowitu, turmalinu. W przypadku muskowitu widoczne są miejscowo jego znaczne nagromadzenia w szkielecie ziarnowym, a także ślady kaolinityzacji tego minerału (ryc. 10g). Obtoczenie Są to skały o ziarnie dobrze obtoczonym do średnio obtoczonego (ryc. 10a, b, e, f). Ze względu na charakter spoiwa, nie wszędzie dobrze widać pierwotne obtoczenie ziaren, gdyż obwódki regeneracyjne zaburzają ich wygląd. Pierwotne obtoczenie ziarna widoczne było znacznie lepiej w katodoluminescencji, gdzie dobre obtoczenie zostało potwierdzone. Spoiwo W badanych próbach z tego wyrobiska zaobserwowano znacznie większy udział spoiwa ilastego w piaskowcu, jak w piaskowcach leżących niżej w proilu (w wyrobisku B). Dominującym spoiwem było spoiwo krzemionkowe kontaktowe wytworzone na kontaktach między ziarnami kwarcu. Stwierdzono także spoiwo w postaci obwódek regeneracyjnych na tych ziarnach (ryc. 10e, h). Ich wykształcenie jest średnie i nie jest widoczne na wszystkich ziarnach (ryc. 10a, b). W skałach występuje ponadto, choć już nie regularnie, spoiwo wypełniające głównie ilaste, znacznie rzadziej żelaziste (ryc. 10e–g). Spoiwo to często występuje w postaci przeławiceń w skale, co widoczne jest też w obrazie mikroskopowym. W makroskali w nielicznych miejscach wyrobiska zauważalne były również przewarstwienia materiału mułowcowo-ilastego, co obserwowano także w mikroskopie (próbka NWCZ11). 4.1.3. Analiza petrograiczna piaskowców z Rakowic Małych (piaskowiec Rakowiczki) Piaskowiec w tym kamieniołomie jest barwy kremowej, kremowo-żółtej, rzadziej jasnoszary. Próbki skał pobrane w tym kamieniołomie zaklasyikowano do piaskowców bardzo drobnoziarnistych, drobnoziarnistych i średnioziarnistych. Są one najczęściej dobrze wysortowane po średnio wysortowane. Piaskowce te cechują się widocznym makroskopowo na pobranych próbkach oraz w skali mikro warstwowaniem. W części prób w płytkach cienkich można zaobserwować warstewki zbudowane na przemian z grubszego i drobniejszego materiału okruchowego. Warstwowanie to także zauważalne jest w rozmieszczeniu spoiwa ilastego, które wypełnia przestrzenie międzyziarnowe w cienkich warstewkach (ryc. 11a–c). Szkielet ziarnowy Szkielet ziarnowy zbudowany jest w zdecydowanej przewadze (ponad 95%) z ziaren monokrystalicznego kwarcu (ryc. 11a–c). W preparatach mikroskopowych widoczne są też ziarna mozaikowo wygaszające światło, jednak nie typowo po- 48 Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców Ryc. 11. Obraz mikroskopowy piaskowców z Rakowic Małych, kopalnia piaskowca Rakowiczki: a–c – przykład widocznego w płytkach cienkich warstwowania piaskowców, a, b – warstwowanie widoczne w sposobie wykształcenia spoiwa żelazistego – w górnej części fotograii spoiwo żelaziste, w dolnej ilaste i krzemionkowe, c – warstwowanie widoczne w zmianie wielkości ziarna – po prawej frakcja piaszczysta gruboziarnista, po lewej frakcja średnioziarnista, d – spoiwo regeneracyjne na kwarcu, obecność skaleni i kwarcu mozaikowo wygaszającego światło, e – kwarcowy szkielet ziarnowy z muskowitem oraz spoiwem wypełniającym – kaolinitowym, f – piaskowiec średnioobtoczony ze spoiwem ilastym, g–h – przykład próbki z bardziej zróżnicowanym mineralnie szkieletem ziarnowym: obecnością cyrkonów i okruchów litycznych, na rycinie h strzałki wskazują spoiwo wypełniające będące mieszaniną ilastego i niewielkiej ilości żelazistego (Zr – cyrkon, F – skaleń, Kln – kaolinit, Ms – muskowit, Q – kwarc, V – fragment lityczny skały wulkanicznej, fotograie: b–f, h – skrzyżowane polaryzatory, a, g – jeden polaryzator) Analiza petrograiczna piaskowców synklinorium północnosudeckiego 49 likrystaliczne. W pojedynczych ziarnach kwarcu obserwowane były wrostki automoricznych cyrkonów. Poza kwarcem w szkielecie występują także: cyrkon, muskowit, turmalin, pojedyncze skalenie oraz sporadyczne ziarna lityczne skał wulkanicznych i metamoricznych zawierających znaczny udział łyszczyków (ryc. 11d, e, g, h). Obtoczenie Ziarno budujące te piaskowce jest dobrze i średnio obtoczone. Ze względu na obwódki regeneracyjne nie zawsze jest możliwe dokonanie dokładnego opisu tej cechy przy zastosowaniu mikroskopu polaryzacyjnego. Analizy CL potwierdziły dobre obtoczenie ziaren szkieletu ziarnowego. Spoiwo W piaskowcach tych przeważa spoiwo krzemionkowe regeneracyjne wykształcone na ziarnach kwarcu. Nie wszędzie jednak widoczne są w OM wyraźne obwódki. Dopiero badania CL ujawniły ich większą ilość. Szkielet ziarnowy nie jest silnie upakowany, występujące spoiwo kontaktowe zatem jest słabo wykształcone. Spoiwo wypełniające spotykane jest w postaci rozproszonej i nie wypełnia ono całej przestrzeni międzyziarnowej, przez co skała jest wyraźnie porowata. Spoiwem tym jest spoiwo ilaste, głównie kaolinitowe. Miejscami tworzy ono „warstwowanie” w obrębie próbek (np. próbka RAK8, ryc. 11a, b). Bardziej szczegółowy opis został wykonany dopiero po wykorzystaniu katodoluminescencji. W skale identyikowano także niewielkie ilości spoiwa żelazistego (ryc. 11g). 4.1.4. Analiza petrograiczna piaskowców z Wartowic Piaskowce w rejonie Wartowic są wiekowo zróżnicowane. Występują tam, jak już pisano w rozdziale pierwszym, skały od cenomanu do koniaku (Jerzykiewicz i in. 1979). Eksploatowane są jednak piaskowce koniackie, uważane za najlepsze pod względem budowlanym (Jerzykiewicz i in. 1979). Charakteryzują się one żółtawą barwą przechodzącą w odcienie szarości i bieli, co spowodowane jest składem spoiwa. Są to skały o zróżnicowanym uziarnieniu od skał drobnoziarnistych po średnioziarniste. Na ogół są one dobrze wysortowane. Szkielet ziarnowy Szkielet ziarnowy tej skały, podobnie jak wszystkie inne tego wieku na terenie synklinorium, zbudowany jest z ziaren kwarcowych, głównie drobnej frakcji (ryc. 12a, b – najbardziej typowy przykład piaskowca z Wartowic). Minerał ten stanowi ponad 95% wszystkich ziaren tegoż szkieletu, dzięki czemu można go zaklasyikować do arenitów kwarcowych. Nie zaobserwowano kwarcu polikrystalicznego, jednak występują w próbach pojedyncze ziarna „mozaikowo” wygaszające światło (ryc. 12d). Poza kwarcem w szkielecie stwierdzono obecność pojedynczych minerałów ciemnych, cyrkonów, granatów, turmalinów i sporadyczne skalenie. Są to piaskowce średnio, ale przede wszystkim dobrze wysortowane, drobno i średnioziarniste w zależności od próbki. Pojawiają się także w obrębie 50 Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców Ryc. 12. Obraz mikroskopowy piaskowców z Wartowic: a–b – przykład piaskowca drobnoziarnistego, dobrze wysortowanego, dominującego w kamieniołomie, c – dobrze wysortowany piaskowiec z widocznym muskowitem oraz kaolinitowym spoiwem wypełniającym, d – spoiwo kontaktowe oraz regeneracyjne, nieliczne ziarna kwarcu mozaikowo wygaszające światło (Kln – kaolinit, Ms – muskowit, fotograie a – jeden polaryzator, b–d – skrzyżowane polaryzatory) złoża piaskowce gruboziarniste (Labus i Bochen 2012), na których próbki w pracach nie natraiono. Zdecydowana większość ziaren to ziarna izometryczne lub słabo wydłużone. Sam szkielet nie należy do silnie zwartych, dzięki czemu spoiwo mogło swobodnie wypełniać wolne przestrzenie, lokalnie tworząc znaczne jego nagromadzenia. Obtoczenie i spoiwo Obtoczenie ziaren budujących te skały określono jako dobre. W piaskowcach tych obserwowane jest krzemionkowe spoiwo regeneracyjne na ziarnach kwarcu, a także spoiwo kontaktowe (ryc. 12c, d). Poza nim występuje tutaj również spoiwo wypełniające: ilaste i ilasto-żelaziste (ryc. 12c). W wybranych próbkach zachował się zapis kaolinityzacji muskowitu. 4.1.5. Analiza petrograiczna piaskowców z Żeliszowa Piaskowiec wydobywany w Żeliszowie jest skałą o jasnoszarej barwie, miejscami prawie białej. Sporadyczne próby, tak jak te, które pozyskano do badań, mają intensywne rdzawe zabarwienie związane z bardzo silnie wykształconym wypełniającym spoiwem żelazistym. Są to skały bardzo drobnoziarniste do drobnoziarnistych, rzadziej średnioziarniste. Piaskowiec ten ma także dobrze wysortowane Analiza petrograiczna piaskowców synklinorium północnosudeckiego 51 ziarno (ryc. 13). Mimo dużego upakowania szkieletu ziarnowego skała ta cechuje się znaczną porowatością. W badanych próbkach na podstawie obserwacji mikroskopowych określono ją na około 15 do 20%. Szkielet ziarnowy Szkielet ziarnowy tej skały, zbudowany z ziaren głównie drobnej frakcji (ryc. 13e, f), składa się przede wszystkim z kwarcu monokrystalicznego, który stanowi ponad 95% wszystkich ziaren tegoż szkieletu. Nie zaobserwowano kwarcu „mozaikowo” wygaszającego światło czy polikrystalicznego. Poza kwarcem Ryc. 13. Obraz mikroskopowy piaskowców z Żeliszowa: a–b – piaskowiec z silnie wykształconym spoiwem wypełniającym nadającym próbce rdzawy kolor, w próbie widoczne także niewielkie ilości wypełniającego spoiwa ilastego, c–d – piaskowiec z widocznym spoiwem regeneracyjnym, kontaktowym oraz wypełniającym ilasto-żelazistym, czerwone strzałki wskazują spoiwo regeneracyjne, e–f – przykład piaskowca bardzo drobnoziarnistego, dobrze wysortowanego, dominującego w kamieniołomie (Fe – spoiwo żelaziste, Kln – kaolinit, fotograie: a, c, e – jeden polaryzator, b, d, f – skrzyżowane polaryzatory) 52 Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców w szkielecie stwierdzono obecność minerałów ciemnych, cyrkonów, turmalinów, granatów, skaleni. Obtoczenie i porowatość Drobne ziarno budujące tę skałę jest dobrze obtoczone. Porowatość natomiast wyraźnie się zmienia w zależności od próbki i od rodzaju spoiwa. Jest ona zbliżona do piaskowców z innych kamieniołomów. Spoiwo Dominuje w tych skałach spoiwo krzemionkowe kontaktowe (ryc. 13c, d). Obwódki regeneracyjne są słabo zauważalne, przypuszczalnie głównie ze względu na niewielkie rozmiary ziaren. Spoiwo wypełniające to spoiwo ilaste z domieszką żelazistego (ryc. 13a, b). Jest ono jednak rozproszone i nie wypełnia całej wolnej przestrzeni między ziarnami kwarcu, nie występuje też we wszystkich pobranych próbkach. W jednym z preparatów mikroskopowych zauważalne jest warstwowanie, co związane jest z warstwowym występowaniem tegoż spoiwa. Spoiwo żelaziste tworzy miejscami bardzo duże jego nagromadzenia, prawie całkowicie wypełniając wolne przestrzenie w skale (ryc. 13a, b). 4.1.6. Analiza petrograiczna piaskowców z Żerkowic Koniackie piaskowce pobrane w kamieniołomie Żerkowice cechują się barwą kremową, żółtą i żółto-szarą. Są to głównie skały drobnoziarniste i bardzo drobnoziarniste, rzadziej średnioziarniste. Jedynie w pojedynczych próbkach stwierdzono obecność ziaren o grubszej frakcji, o rozmiarach przekraczających 1 mm. W próbkach makroskopowych miejscami widoczne było niewielkie warstwowanie osadu, które zauważalne jest także w obrazie mikroskopowym. Naprzemianlegle ułożony jest osad drobniejszy i grubszy przewarstwiony zróżnicowanym spoiwem, głównie żelazistym (ryc. 14a, b). Wysortowanie tych skał jest na ogół dobre (ryc. 14c, d). Szkielet ziarnowy Szkielet ziarnowy tych skał jest zwarty i przeważnie bardzo dobrze wysortowany. W szkielecie ziarnowym dominują ziarna kwarcu, tak jak we wszystkich prezentowanych piaskowcach z niecki północnosudeckiej. Dominujący jest kwarc monokrystaliczny, rzadko obserwowano także ziarna mozaikowo wygaszające światło. Wszystkie one jednak są ziarnami magmowymi, co potwierdziły późniejsze badania CL. W części prób piaskowców widoczne są spękane ziarna kwarcu, wtórnie zabliźnionego w wyniku procesów diagenetycznych. Poza kwarcem stwierdzono obecność pojedynczych ziaren takich minerałów, jak: cyrkon, muskowit, oliwin, amibol, skalenie. Obtoczenie Szkielet ziarnowy cechuje się dobrym obtoczeniem ziaren kwarcu, głównie o kształtach izometrycznych. Tylko nieliczne mają średnie obtoczenie. Analiza petrograiczna piaskowców synklinorium północnosudeckiego 53 Ryc. 14. Obraz mikroskopowy piaskowców z Żerkowic: a–b – wyraźnie widoczne warstwowanie – naprzemianlegle ułożony materiał drobnoziarnisty i bardzo drobnoziarnisty, c–d – zróżnicowanie w wysortowaniu piaskowca, w próbach dominuje dobre wysortowanie jak na rycinie c, e–h – przykłady zróżnicowania spoiw, e – spoiwo wypełniające ilaste i żelaziste, f – dominujące spoiowo regeneracyjne oraz słabo widoczne ilaste wypełniające, g, h – relikty muskowitu i zapis kaolinityzacji tego minerału – spoiwo wypełniające kaolinitowe (F – skalenie, Fe – spoiwo żelaziste, Kln – kaolinit, Ms – muskowit, Q – kwarc, Zr – cyrkon; fotograie: a – jeden polaryzator, b–h – skrzyżowane polaryzatory) Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców 54 Spoiwo W piaskowcach tych obserwowane są różne odmiany spoiwa. Ze względu na zwarty szkielet możliwe było wytworzenie się spoiwa kontaktowego. Na ziarnach kwarcu widoczne jest słabo wykształcone spoiwo regeneracyjne. W nielicznych próbach spoiwo to jest wykształcone bardzo dobrze (ryc. 14e, f). Poza nimi obecne jest także spoiwo wypełniające ilaste i żelaziste (ryc. 14e, g, h). Stopień jego wykształcenia jest zróżnicowany. 4.2. Analiza petrograiczna piaskowców synklinorium śródsudeckiego Zarówno piaskowce z Radkowa, jak i ze Szczytnej (kamieniołomu Szczytna-Zamek) to skały górnokredowe. Piaskowce z Radkowa zaliczane są do turonu, do środkowych piaskowców ciosowych. Charakteryzują się bardziej urozmaiconym składem granulometrycznym skał oraz bardziej zróżnicowanym składem mineralnym w stosunku do piaskowców ze Szczytnej. Piaskowce ze Szczytnej zaliczane są natomiast do górnego turonu, do tzw. górnych piaskowców ciosowych. Charakteryzują się one ogólnie stałym składem granulometrycznym i mineralnym z dominującym kwarcem (nawet 95%). Ze względu na swe właściwości izyczne oraz skład mineralny, skały te mają bardzo duże znaczenie gospodarcze (Jerzykiewicz 1979). Ich zróżnicowany skład według danych z literatury przedstawiono w tabeli 1. 4.2.1. Analiza petrograiczna piaskowców z Radkowa Piaskowce z kamieniołomu w Radkowie są bardzo mocno zróżnicowane pod wieloma względami: zarówno pod kątem uziarnienia, wysortowania, wykształcenia spoiwa, barwy, zwięzłości, jak i obecności fauny. W skałach tych w makro- i mikroskali w wybranych próbach widoczne było warstwowanie. Zróżnicowanie piaskowców widoczne jest bardzo mocno w proilu litologicznym, co ma także odzwierciedlenie w preparatach mikroskopowych. Jak już wspomniano przy opisie makroskopowym prób w terenie, do badań wykorzystywano tylko te piaskowce, które wskazane były przez pracownika kamieniołomu jako surowiec do produkTabela 1. Analizy planimetryczne górnokredowych piaskowców ciosowych z Radkowa i Szczytnej (kamieniołom Szczytna-Zamek) (Jerzykiewicz 1968, 1971) Miejsce pochodzenia próbek Radków (środkowe piaskowce ciosowe) Szczytna-Zamek (górne piaskowce ciosowe) Skład mineralny i ilość spoiwa w % objętościowych kwarc + skały okruchy spoiwo + skalenie łyszczyki krzemionkowe skał matriks 72,2 12,7 5,5 0,8 8,8 90,2 0,6 1,5 0,5 7,2 Analiza petrograiczna piaskowców synklinorium śródsudeckiego 55 cji okładziny kamiennej czy małej architektury. W tym bowiem kamieniołomie znaczna część wydobytego surowca przeznaczana jest do produkcji kamienia budowlanego o niższych wymaganiach estetycznych, np. kamień łamany, posadzkowy i in. Należy zauważyć, że estetyka nie zawsze ma związek z właściwościami izycznymi tego kamienia. Tutaj też pobrano największą liczbę prób, bo około 70, o zróżnicowanym rozmiarze. Były to także odpady z płyt okładzinowych. Firma wydobywająca kamień w Radkowie podaje, że skała ze złoża Radków zbudowana jest w 92,94% z kwarcu. Barwy tej skały są od jasnobeżowej przez pomarańczową do różowej, a sama skała jest grubo-, średnio- i drobnoziarnista. Należy zauważyć, że w złożu obok piaskowców drobnoziarnistych (ryc. 15c) występuje skała o frakcji żwirowej (ryc. 15a, b, d). Badania mikroskopowe pokazały jednak, że w piaskowcu drobno- i średnioziarnistym, który podlegał analizom, skład mineralny jest nieco inny – kwarcu jest bowiem mniej. Szkielet ziarnowy Szkielet tych piaskowców kredowych jest zwarty i najbardziej urozmaicony w porównaniu do wszystkich opisywanych w niniejszym opracowaniu. Jako jedyny nie składa się wyłącznie z kwarcu. Budują go bowiem także skalenie, głównie alkaliczne. Średni udział kwarcu w próbkach wynosi 80–85% całego szkieletu, obserwowano jednak próbki z mniejszą ilością tego minerału. W części próbek kwarcu w szkielecie ziarnowym jest jednak więcej, jak 90% (np. próbka RADK7, RADK21), co pokrywa się z danymi prezentowanymi przez zakład wydobywczy w Radkowie. Skalenie przekraczają miejscami nawet 20% całości szkieletu (np. RADK1, RADK3, RADK6, RADK9), ale w większości próbek jest to około 15%. Jest to bardzo dobrze zauważalne w wynikach analiz chemicznych (mappingu – analizie chemicznej całej widocznej powierzchni badanego szlifu; ryc. 16) przy zastosowaniu mikroskopu skaningowego (SEM) z przystawką do mikroanalizy. Wśród skaleni wyróżnia się dominujący w szkielecie mikroklin (ryc. 15e–h). W wielu preparatach mikroskopowych zauważalne są skalenie z wielokrotnymi zbliźniaczeniami. Kwarc występujący w szkielecie jest głównie monokrystaliczny, spotykane są ponadto kwarce „mozaikowe”, przypominające kwarce polikrystaliczne. Uwzględniając obraz mikroskopowy, można stwierdzić, że część ziaren kwarcu wygląda jak ziarna zmylonityzowane w niskich stopniach metamorizmu (Götze i Zimmerle 2000; ryc. 15d). Są to często ziarna frakcji gruboziarnistej, a nawet żwirowej. Poza tymi dwoma podstawowymi minerałami spotykane są także: cyrkon, muskowit, turmalin, fragmenty lityczne, m.in. kwarcytów. Obtoczenie W skale dominują ziarna dobrze i średnio obtoczone, poziom obtoczenia zaburzają obwódki regeneracyjne (ryc. 15b, e–h). Spoiwo Barwa skały jest częściowo odzwierciedleniem spoiwa tego piaskowca. W odmianach tej skały o barwie różowej dominuje spoiwo żelaziste, w odmianie żółtej czy pomarańczowej spotykane jest spoiwo ilaste, a w odmianach beżowych do- 56 Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców Ryc. 15. Obraz mikroskopowy piaskowców z Radkowa: a–d – wyraźnie widoczne zróżnicowanie wysortowania, a także składu mineralnego szkieletu ziarnowego, a – w próbce zauważalne jest warstwowanie – oddzielona pionową linią została warstwa materiału drobniejszego od osadu na pograniczu frakcji pseitowej i psamitowej, b – przykład piaskowca gruboziarnistego oraz zróżnicowania litologicznego, c – piaskowiec dobrze wysortowany, średnioziarnisty, d – przykład źle wysortowanego piaskowca z widocznym pośrodku dużym ziarnem kwarcu przypuszczalnie zmylonityzowanym, e–h – przykłady zróżnicowania spoiw oraz składu szkieletu ziarnowego, e–f – piaskowiec z dużą zawartością mikroklinu oraz z zaznaczonym strzałkami spoiwem wypełniającym będącym w pokazanej próbie mieszaniną żelazistego i ilastego, g – piaskowiec o spoiwie żelazistym z widocznymi wrostkami cyrkonu w kwarcu, h – piaskowiec o ilastym spoiwie wypełniającym z widoczną dużą zmiennością mineralną w szkielecie ziarnowym (F – skalenie, Kln – kaolinit, L – okruchy lityczne głównie skał wulkanicznych, Ms – muskowit, M – mikroklin, Q – kwarc, Zr – cyrkon, fotograie: e – jeden polaryzator, a–d, f–h – skrzyżowane polaryzatory) Analiza petrograiczna piaskowców synklinorium śródsudeckiego 57 Ryc. 16. Przykład mappingu wykonany dla wybranej próbki piaskowca arkozowego z Radkowa (dla większości prób piaskowców obraz był bardzo zbliżony) minuje spoiwo krzemionkowe. Dominujące jest generalnie spoiwo o charakterze wypełniającym (ilaste, np. próbki RADK21, RADK22, i żelaziste, np. próbki RADK12, RADK15, RADK16), nie jest to jednak typowe matriks (ryc. 15e, g, h). Spoiwo to nie wypełnia w całości wolnych przestrzeni, przez co porowatość tej skały jest znaczna i dochodzi do około 20%, a w odmianach gruboziarnistych nawet większa. Spoiwo żelaziste tworzy także otoczki na ziarnach kwarcu. Spoiwo krzemionkowe obecne w tych skałach to przede wszystkim spoiwo kontaktowe, rzadziej regeneracyjne. Na kontakcie części ziaren kwarcu widać ich rozpuszczanie (przypuszczalnie na skutek ciśnienia między danymi ziarnami) i późniejszą lityikację. Obwódki regeneracyjne są słabo widoczne w obrazie mikroskopowym. Późniejsze badania katodoluminescencyjne potwierdziły ich istnienie. Piaskowce pobrane w kamieniołomie w Radkowie zaklasyikowano do (Pettijohn i in. 1972) arkoz oraz subarkoz, a niewielką część do arenitów kwarcowych, jednak z wyraźnym udziałem skaleni. 4.2.2. Analiza petrograiczna piaskowców ze Szczytnej (kamieniołom Szczytna-Zamek) Skały wydobywane w kamieniołomie Szczytna-Zamek różnią się od piaskowców z Radkowa nie tylko wiekiem. Różnice zauważalne są makroskopowo i mikroskopowo. Zarówno cechy teksturalne, jak i skład szkieletu ziarnowego mocno różnicuje te dwa kamieniołomy. Piaskowce pobrane były w kamieniołomie Szczytna-Zamek, który należy do tego samego właściciela, co kamieniołom w Radkowie. Według danych udostępnianych klientom przez kamieniołom (www.piaskowceradkow.pl; dostęp: 09.2014), piaskowce te są zbudowane w ponad 96% z kwarcu, co potwierdzają niniejsze analizy (ryc. 17a–h). Jerzykiewicz (1968, 1971) podaje natomiast, że skały te zbudowane są z kwarcu i skał krzemionkowych w 90,2%. Surowiec tu występujący ma bardzo niewielką zmienność barw. Są to skały bardzo jasno szare, prawie białe. Skała ta jest piaskowcem drobnoziarnistym, przeważnie dobrze 58 Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców Ryc. 17. Obraz mikroskopowy piaskowców z kamieniołomu Szczytna-Zamek: a–c – przykłady różnic w wysortowaniu piaskowca, a – wysortowanie bardzo dobre dominujące w złożu, b – wysortowanie średnie, c – złe wysortowanie – obok materiału bardzo drobnoziarnistego obserwowane są okruchy frakcji pseitowej, d–h – przykłady zróżnicowania spoiw, d – dobrze wykształcone spoiwo regeneracyjne na ziarnach kwarcu wyróżnione strzałkami, e – spoiwo regeneracyjne zaznaczone strzałkami oraz muskowit ze śladami kaolinityzacji, f – ilaste spoiwo wypełniające z zaznaczonym na czerwono reliktem łyszczyków, g–h – spoiwo wypełniające między szkieletem ziarnowym będącym mieszaniną spoiwa żelazistego oraz ilastego (Ms – muskowit, fotograie: g – jeden polaryzator, a–f, h – skrzyżowane polaryzatory) Analiza petrograiczna piaskowców synklinorium śródsudeckiego 59 wysortowanym z nielicznymi wkładkami grubszego materiału żwirowego. Tylko nieliczne próbki zaklasyikowano do skał średnioziarnistych. Sporadycznie obserwowane było w tych piaskowcach warstwowanie, widoczne głównie w wykształceniu spoiwa. Szkielet ziarnowy Szkielet ziarnowy tych skał jest zwarty i prawie monomineralny (ryc. 17a–e). Składa się on głównie z drobnoziarnistego kwarcu monokrystalicznego. W próbkach gorzej wysortowanych wśród większych ziaren, często już frakcji żwirowej, obserwowany był także kwarc mozaikowo wygaszający światło oraz ziarna polikrystaliczne (przypuszczalnie niewielkie okruchy kwarcytów). Poza kwarcem sporadycznie obserwować można w próbkach minerały ciemne, amibole, cyrkony, skalenie (głównie plagioklazy), muskowit, pojedyncze oliwiny, pirokseny, sporadycznie fragmenty lityczne (ryc. 17b, e, h). W przypadku większości prób piaskowiec ten było dobrze i bardzo dobrze wysortowany (ryc. 17a). Wśród badanych prób zdarzały się jednak też próbki o złym wysortowaniu, gdzie wśród bardzo drobnej frakcji piaszczystej występowały ziarna frakcji pseitowej (ryc. 17b, d). Obtoczenie Obtoczenie materiału okruchowego zostało określone jako dobre, co ilustruje rycina 17. W przypadku ziaren średnio obtoczonych w większości przypadków jest to spowodowane wykształceniem wtórnym obwódek regeneracyjnych. Spoiwo Spoiwo w piaskowcach ze Szczytnej-Zamek jest w zdecydowanej przewadze spoiwem krzemionkowym. Tylko sporadycznie w niewielkich ilościach można spotkać się ze spoiwem ilastym tworzącym otoczkę wokół ziarna (np. próbka SZCZ8, SZCZ12, SZCZ20). W próbce SZCZ19b obserwowano m.in. spoiwo ilaste w obrębie skorodowanego skalenia, gdzie wykształciło się ono zgodnie do powierzchni łupliwości tego zniszczonego ziarna. Podobnie jak w kilku innych kamieniołomach, obserwowano tutaj proces kaolinityzacji skaleni i muskowitu, jednak bardzo słabo widocznej. W spoiwie ilastym zauważalne są relikty zdiagenezowanych minerałów wyjściowych dla tego typu spoiwa. Spoiwo krzemionkowe wykształcone jest jako spoiwo kontaktowe i regeneracyjne. Obwódki krzemionkowe nie są jednak w mikroskopie widoczne we wszystkich próbkach, a ich stopień wykształcenia jest różny (ryc. 17d, e). Obserwowano także rzadkie i niewielkie wystąpienia chalcedonu w spoiwie (np. próbka nr SZCZ6, SZCZ8, SZCZ9). Dzięki wykształceniu spoiwa porowatość piaskowca ze Szczytnej na podstawie obrazu mikroskopowego oceniono na od 15 do około 20% – wyraźnie mniej jak w Radkowie. Skały te zaklasyikowano do arenitów kwarcowych. 60 Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców 4.3. Analiza petrograiczna piaskowców z elementów architektonicznych w Lubiniu Prawie wszystkie próbki piaskowca pobrane łącznie z 22 detali architektonicznych makroskopowo nie różniły się od piaskowców pozyskiwanych na terenie synklinorium północno- czy śródsudeckiego. Obraz mikroskopowy tych skał był jednak zdecydowanie odmienny od obrazu piaskowców pobranych w kamieniołomach. Były to skały o jasnoszarym zabarwieniu, mocno zlityikowane, a ze względu na swoją długą ekspozycję na działanie czynników atmosferycznych, pokryte były ciemną patyną. Wśród piaskowców tu pobranych przeważają skały drobno- oraz średnioziarniste. Ich wysortowanie określono jako: od bardzo dobrze wysortowanych po średnio wysortowane. Pojedyncze próby, np. próbka nr 19, cechowały się słabym wysortowaniem, gdyż obok ziaren drobnych zawierały także frakcję żwirową. W obrazie mikroskopowym nie zaobserwowano warstwowania w tych skałach. Szkielet ziarnowy Szkielet ziarnowy prawie we wszystkich próbkach jest zwarty. W zdecydowanej przewadze zbudowany jest on z ziaren kwarcu, którego jest ponad 95% (ryc. 18). Dominuje kwarc monokrystaliczny, mozaikowy jest spotykany rzadko. Poza kwarcem w skład szkieletu w niewielkich ilościach wchodzi także: amibol, cyrkon, muskowit, skalenie oraz ziarna lityczne. Wyjątkiem jest jednak próbka nr 17, która ma szkielet ziarnowy rozproszony. Kwarcu jest w niej nie więcej niż 85%. Obok kwarcu najliczniej występują w niej skalenie z grupy plagioklazów. Poza nimi w skale tej widoczne są też: muskowit, cyrkony z wyraźną budową pasową, minerały ciemne. Obtoczenie Obtoczenie ziaren budujących te skały w większości przypadków określono jako dobre. Należy zaznaczyć, że silnie wykształcone obwódki regeneracyjne na kwarcu mogą utrudniać identyikację tej cechy, jednak w większości przypadków da się ją dobrze zidentyikować. W pojedynczych próbkach obtoczenie określono jako słabe, czego przykładem jest próbka nr 17. Próbka ta jednak wyróżnia się również pod innymi względami. Spoiwo Elementem, który piaskowce te najbardziej wyróżnia wśród wszystkich pobranych w kamieniołomach prób, jest wykształcenie spoiwa. Z wyjątkiem próbki nr 17, w której dominuje spoiwo wypełniające oraz znaczna zawartość matriks, którego jest ponad 30%, w piaskowcach tych przeważa spoiwo regeneracyjne, rzadziej kontaktowe (ryc. 18a–d). W wybranych próbach występuje także spoiwo wypełniające. Jest nim spoiwo ilaste czy żelaziste oraz sporadycznie spoiwo węglanowe, które zidentyikowano w próbie nr 16 (ryc. 18a, b, f–h). W spoiwie zauważalny jest też chalcedon (np. próbki nr 3, 18). Analiza petrograiczna piaskowców z elementów architektonicznych w Lubiniu 61 Ryc. 18. Obraz mikroskopowy próbek piaskowców z elementów lapidarnych z Lubinia: a, b – piaskowiec z bardzo dobrze wykształconymi obwódkami regeneracyjnymi na kwarcu oraz żelazistym spoiwem wypełniającym, c–e – piaskowce ze zróżnicowanym wysortowaniem i uziarnieniem, d – silnie wykształcone spoiwo regeneracyjne, które dominuje w większości prób z Lubinia, f–h – zróżnicowane spoiwo wypełniające: f – widoczne procesy diagenezy: kaolinityzacja po łyszczykach, g – bardzo rzadkie spoiwo węglanowe w próbce nr 16, h – kaolinityzacja po łyszczykach w spoiwie wypełniającym oraz widoczny chalcedon w spoiwie (Ch – chalcedon, Kln – kaolinit, Ms – muskowit, Q – kwarc, fotograie: a, c–h – skrzyżowane polaryzatory, b – jeden polaryzator) 62 Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców Ryc. 19. Obraz mikroskopowy eratyków piaskowcowych z terenu Wielkopolski z bardzo dobrze wykształconym spoiwem regeneracyjnym, na rycinie a zaznaczono na czerwono pierwotne granice ziaren kwarcu, widoczny jest pierwotny zwarty szkielet ziarnowy, na rycinie b zobaczyć można pierwotne obtoczenie kwarcu oraz obwódki regeneracyjne W wybranych próbkach w spoiwie obserwować można kolejność zachodzących procesów diagenetycznych. Przykładem jest próbka nr 3, w której dostrzec można najpierw wykształcone spoiwo regeneracyjne na ziarnach kwarcu. Potem powstało spoiwo ilaste w obrębie próbki, które obkleja powstałe obwódki regeneracyjne. Podobne przykłady można zauważyć w innych próbach, w których najpierw powstaje spoiwo regeneracyjne, następnie wypełniające żelaziste (ryc. 18a, b). Biorąc pod uwagę zupełnie odmienne wykształcenie spoiwa w tych piaskowcach, jak we wszystkich innych skałach z kamieniołomów piaskowców kredowych Dolnego Śląska, postanowiono porównać badane próby do obrazu mikroskopowego prób eratyków pobranych na terenie Wielkopolski. Skład mineralny oraz cechy teksturalne były bardzo zbliżone, wykształcenie spoiwa natomiast prawie identyczne (ryc. 19). Dzięki dużemu upakowaniu większości prób i silnie wykształconym procesom diagenetycznym (bardziej szczegółowo opisanym w rozdziale piątym) większość piaskowców cechuje się niewielką porowatością określoną na podstawie preparatów mikroskopowych najwyżej na 10 do 15%. Miejscami jest ona jednak jeszcze niższa. Prawie wszystkie próbki piaskowców pobranych w Lubiniu zaklasyikowano do arenitów kwarcowych. Próbka nr 17 zaliczona została natomiast do wak kwarcowych. 4.4. Podsumowanie Wszystkie piaskowce, które poddane były badaniom petrograicznym, należały do skał, w których kwarc był głównym składnikiem szkieletu ziarnowego, choć w różnych proporcjach. Uwzględniając klasyikację skał okruchowych Pettijohna i in. (1972), zdecydowaną większość prób pobranych w kamieniołomach wieku kredowego z terenu Dolnego Śląska zaliczono do arenitów kwarcowych (tab. Podsumowanie 63 2). Dotyczy to także próbek skalnych z obiektów sakralnych, które badaniom poddane były w przeszłości (Kasprzak 2006, Szczepaniak 2009, 2014) oraz piaskowców z elementów lapidarnych z kościoła przyklasztornego w Lubiniu. Jedynym wyjątkiem były piaskowce z kamieniołomu w Radkowie (tab. 2), w którym zdecydowanie przeważają piaskowce zaliczane do arenitów. Tylko pojedyncze próbki zaliczono do arenitów kwarcowych, jednak z wyraźnym udziałem skaleni. W danych na temat składu mineralnego piaskowców, które widnieją na stronach www.piaskowceradkow.pl, znaleźć można informację odnoszącą się do ich składu. W wyniku przeprowadzonych badań można jednak stwierdzić, że skład ten w większości prób (dokładniej ławicy przeznaczonej na produkcję m.in. płyt okładzinowych) nieco się różni, gdyż kwarc rzadko obejmuje więcej niż 85% szkieletu ziarnowego. Uwzględniając dane uzyskane w latach ubiegłych dotyczące kościołów romańskich i ich porównania do skał kredowych z terenu Dolnego Śląska, można przedstawić je w skrócie w następujący sposób: Typy spoiwa i jego ilość w piaskowcach obecnych w murach świątyń są zróżnicowane. Spotykane jest spoiwo typu kontaktowego i wypełniającego. Spoiwo kontaktowe tu występujące to obwódki regeneracyjne, które w mikroskopie polaryzacyjnym są w różnym stopniu widoczne. Najlepiej zauważalne były one na dużych ziarnach kwarcu. W piaskowcach z kolegiaty kaliskiej przeważa spoiwo typu kontaktowego o charakterze obwódek wypełniających. W czterech płytkach cienkich piaskowców na ponad 30 wykonanych stwierdzono spoiwo podstawowe, wypełniające. W tym ostatnim przypadku spoiwo stanowi znaczną część skały, szkielet ziarnowy to mniej niż 50% całej próbki. Skład tego spoiwa to przede wszystkim krzemionka występująca w obwódkach regeneracyjnych pod postacią kwarcu oraz amoriczna krzemionka pod postacią opalu. W piaskowcach, w których stwierdzono spoiwo podstawowe, w jego skład wchodziła także krzemionka oraz minerały ilaste. W dwóch szlifach zaobserwowano spoiwo węglanowe, co wyróżniało te próbki. Spoiwo piaskowców pobranych z murów kościoła w Kościelcu Kaliskim wykształcone jest głównie jako obwódki regeneracyjne. Spoiwo podstawowe, wypełniające, prawie się nie pojawia w tych piaskowcach. Jego skład to przede wszystkim kwarc występujący w obwódkach regeneracyjnych oraz niewielkie ilości amoricznej krzemionki. Nie stwierdzono w jego obrębie minerałów węglanowych. W nielicznych próbkach zidentyikowano obecność minerałów ilastych w spoiwie. Piaskowce pozyskane z naroży świątyń w Krobi (kościół romański, pełniący obecnie rolę kościoła ilialnego) znacznie różniły się od pozostałych typem spoiwa. Było to bardzo silnie wykształcone spoiwo regeneracyjne, tak jak w piaskowcach z elementów lapidarnych z Lubinia. Spoiwo wypełniające ilaste spotykane jest w tych skałach rzadko. Skład szkieletu ziarnowego to dominujące kwarce monokrystaliczne, rzadko wachlarzowo wygaszające światło. Poza nim w szkielecie pojawiają się nieliczne skalenie (częściej plagioklazy), muskowit, cyrkon (także jako automoriczne wrostki w kwarcu), turmalin. Miejsce poboru prób Kalisz Kościelec Kaliski Elementy lapidarne Kotłów z romańskich kościołów Kwarc Arenit kwarcowy Kwarc Arenit kwarcowy Kwarc, drugoArenit kwarcowy, rzędnie skalenie rzadko waki kwaralkaliczne cowe Rodzaj cementu (główny skład mineralny/chemiczny podany także w oparciu o analizy CL i SEM-EDS) Dominuje spoiwo regeneracyjne na kwarcu, rzadziej spoiwo wypełniające (krzemionka: kwarc, minerały ilaste) Dominuje spoiwo regeneracyjne na kwarcu, rzadziej spoiwo wypełniające (kwarc, bardzo rzadko węglan wapnia) Dominuje spoiwo regeneracyjne na kwarcu (krzemionka: kwarc) Silnie wykształcone spoiwo regeneracyjne na kwarcu (krzemionka: kwarc, opal) Silnie wykształcone spoiwo regeneracyjne na kwarcu (krzemionka: kwarc, minerały ilaste, głównie kaolinit) Krobia Kwarc Lubiń Kwarc, rzadkie Arenit kwarcowy skalenie alkaliczne Brzeźno Kwarc Arenit kwarcowy, rzadko waki kwarcowe Spoiwo regeneracyjne na kwarcu, rzadziej spoiwo wypełniające (krzemionka: kwarc, opal, minerały ilaste, głównie illit i montmorylonit) Kwarc Arenit kwarcowy i waki kwarcowe (tzw. kwarcyty osadowe) Dominuje spoiwo wypełniające, matrix (kwarc, opal, chalcedon) Sulanki i Święcia Arenit kwarcowy Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców Wychodnie piaskowców neogeńskich wschodniej Wielkopolski Podstawowy Klasyikacja piaskład mineralny skowców (wg Pettiszkieletu ziarjohn i in. 1972) nowego 64 Tabela 2. Wyniki analiz petrograicznych dla wszystkich badanych piaskowców uzupełnione o wcześniejsze wyniki badań (Kasprzak 2006, Szczepaniak 2009, 2014; wyniki podane kursywą uzyskano w trakcie realizacji projektu nr N N307 009039) Wychodnie piaskowców neogeńskich Dolnego Śląska Parzynów Waki kwarcowe Kwarc, nieliczne (tzw. kwarcyty cyrkony osadowe) Dominuje spoiwo wypełniające, matriks, bardzo słabo wykształcone spoiwo regeneracyjne (kwarc, opal, chalcedon, rzadko minerały ilaste) Kobyla Góra Waki kwarcowe Kwarc, nieliczne (tzw. kwarcyty cyrkony osadowe) Dominuje spoiwo wypełniające, krzemionkowe matriks (kwarc, opal, chalcedon) Osiecznica Kwarc Kamieniołom Czaple, wyrobisko B Kwarc w Czaplach Nowa Wieś GroKredowe dziska (wyrobisko piaskowce Kwarc synklinorium C kamieniołomu Czaple) północnosudeckiego Rakowice Małe (okolic Bole- (piaskowiec Rako- Kwarc sławca) wiczki) Żerkowice Waki kwarcowe (tzw. kwarcyty Dominuje spoiwo wypełniające, krzemionkowe matriks osadowe lub silkre(kwarc, chalcedon) ty), rzadko arenit kwarcowy Arenit kwarcowy Spoiwo regeneracyjne na kwarcu, rzadziej ilaste wypełniające (kwarc, grupa kaolinitu) Arenit kwarcowy Spoiwo regeneracyjne na kwarcu, w mniejszym stopniu ilaste wypełniające (kwarc, grupa kaolinitu, tlenki żelaza, rzadko chalcedon) Arenit kwarcowy Arenit kwarcowy Kwarc, skalenie alkaliczne, głównie Subarkozy i arkozy mikroklin, okruchy lityczne Kwarc Arenit kwarcowy Spoiwo regeneracyjne na kwarcu, rzadziej ilaste i żelaziste wypełniające (grupa kaolinitu, związki żelaza – hematyt, kwarc) Krzemionka, spoiwo regeneracyjne na kwarcu, spoiwo wypełniające gł. pod postacią minerałów ilastych (kwarc, grupa kaolinitu, dickit) Głównie spoiwo wypełniające, słabo wykształcone spoiwo regeneracyjne na kwarcu (tlenki żelaza: głównie hematyt, minerały ilaste: grupa kaolinitu, kwarc, rzadko chalcedon i węglan wapnia) Krzemionka, spoiwo regeneracyjne na kwarcu, rzadziej wypełniające (kwarc, rzadko chalcedon) 65 Kredowe Radków piaskowce synklinorium śródsudeckiego Szczytna Kwarc Podsumowanie Wychodnie piaskowców neogeńskich południowej Wielkopolski 66 Zróżnicowanie petrograiczne piaskowców W skałach z bloków piaskowcowych kościoła w Kotłowie stwierdzono obecność przede wszystkim kwarcu. W szkielecie ziarnowym odnotowano też udział skaleni do 5%. Dominującym spoiwem jest spoiwo regeneracyjne, nieco gorzej wykształcone niż w próbkach z Krobi, jednak wyraźniej lepiej niż w piaskowcach z prezentowanych w niniejszym opracowaniu kamieniołomów. Dodatkowo wykryto waki kwarcowe w wybranych blokach piaskowcowych budujących mury tej świątyni. Podsumowując krótką charakterystykę petrograiczną piaskowców z kościołów romańskich, a w szczególności bardzo dobrze wykształcone spoiwo regeneracyjne w wielu próbach (Kasprzak 2006), można przypuszczać, że mimo podobieństwa granulometrycznego przedstawionego w rozdziale piątym najprawdopodobniej żaden z kamieniołomów nie był źródłem surowca dla tych obiektów. 5. Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych Diageneza to zespół zróżnicowanych procesów zachodzących w skałach osadowych zależnych m.in. od ich składu mineralnego i chemicznego, porowatości oraz czasu. Polega ona na zmianie jednej skały osadowej (zarówno luźnej jak i litej) w inną skałę osadową, już po jej depozycji, a przed procesem metamorizmu (Friedman i Sanders 1978, Maliszewska 1996). Proces ten zachodzi w wyniku działania na skały związków chemicznych, temperatury czy ciśnienia, jednak o znacznie niższych wartościach niż w przypadku metamorizmu, czego przykładem może być chociażby diageneza kaolinitu w dickit. Nie bez znaczenia pozostają też procesy biologiczne zachodzące w danych skałach. Procesy diagenetyczne są także ściśle powiązane z porowatością i przepuszczalnością skał (Björlykke 1983). Ze względu na zazwyczaj niewielką rozpuszczalność większości minerałów, procesy cementacji lub rozpuszczania wymagają znacznego przepływu wód porowych przez skałę, w tym przypadku piaskowiec. Sama porowatość jednak z przepuszczalnością w skałach rzadko są ze sobą silnie skorelowane (Björlykke 1983). Dzieje się tak m.in. z powodu wytworzonego w skałach cementu, w szczególności wykształconego jako obwódki na ziarnach o różnym składzie mineralnym. Podkreślić należy, że od tego, jak bardzo zaawansowane są wybrane procesy diagenetyczne w skałach, zależą również wartości wybranych parametrów izycznych skał. Nie bez znaczenia bowiem jest chociażby kompakcja osadu, sposób wykształcenia spoiwa i jego skład mineralny na takie właściwości, jak nasiąkliwość czy wspomniana porowatość (przede wszystkim otwarta!), niezwykle ważna dla obiektów architektonicznych. Zwłaszcza dla tych, które są bezustannie narażone na ekspozycję na warunki atmosferyczne. Charakterystyka zaistniałych procesów diagenetycznych oraz stopień ich wykształcenia (zaawansowania) w badanych piaskowcach pozwala zatem m.in. na wskazanie zależności między nimi, składem petrograicznym a właściwościami izyko-mechanicznymi wybranych skał, tak istotnymi dla budownictwa. Na podstawie tejże charakterystyki w połączeniu z wynikami właściwości izycznych i mechanicznych skał możliwe jest wskazanie najlepszych piaskowców do prac konserwatorskich oraz tych, które w największym stopniu zbliżone są do skał 68 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych z danego obiektu poddanego renowacji. Pamiętać należy, że nie zawsze można zastosować w pracach konserwatorskich kamień o najlepszych właściwościach. Najczęściej używany jest bowiem ten najbardziej zbliżony do pierwotnie zastosowanego w obiekcie. Stąd też konieczność dokonania jak najdokładniejszej charakterystyki surowca. 5.1. Zarys procesów diagenetycznych w skałach osadowych Z diagenezą jako zespołem zróżnicowanych procesów zachodzących w skałach osadowych związane są różne pojęcia, takie jak (Worden i Burley 2003): • autogeneza – wzrost minerałów in situ, • cementacja – wzrost lub precypitacja minerałów w przestrzeni porowej, • dehydratacja – utrata H2O z minerałów i materii organicznej na skutek wzrostu temperatury, • dekarboksylacja – utrata CO2 z materii organicznej wskutek wzrostu temperatury, • kompakcja – zmniejszanie się przestrzeni porowej w skale na skutek całej palety procesów w niej zachodzących, np. ciśnienia nadkładu, • lityikacja – zmiana osadu luźnego w zwięzły wskutek kompakcji i cementacji, • neoformacja – wzrost nowych minerałów w czasie procesów diagenetycznych, • neomorizm – transformacja minerału wywołującego zwykle zmiany w chemizmie kryształu, • precypitacja – krystalizacja minerału z roztworu, • rekrystalizacja – krystalizacja minerału z roztworu (precypitacja) powstałego w wyniku wcześniejszego rozpuszczenia innych minerałów obecnych w obrębie danej skały, powodująca zmiany wielkości kryształów czy środowisk danych minerałów, • rozpuszczanie – niszczenie minerałów wskutek interakcji z luidami obecnymi w wolnych przestrzeniach skały, • sekwencja paragenetyczna – porządek, według jakiego pojawiają się w osadach procesy diagenetyczne odczytane czy wywnioskowane z wyników przeprowadzonych badań petrograicznych, geochemicznych czy izotopowych, • zastępowanie – wzrost chemicznie różnych minerałów autogenicznych w „ciele” minerału występującego w danym miejscu wcześniej. Nie wszystkie podane wyżej pojęcia odnoszą się do piaskowców prezentowanych w niniejszej pracy, np. procesy związane z diagenezą materii organicznej, jednak duża część z nich może być z powodzeniem wykorzystana przy opisie skał. Spoiwo niektórych diagenetycznych arenitów kwarcowych (będących także przedmiotem opracowania) jest m.in. efektem rozpuszczania znacznych ilości ziaren niekwarcowych w czasie intensywnego ich wietrzenia (McBride 1984). Nawet częściowe ich rozpuszczenie może powodować trudności z ich identyikacją, a co także istotne, może prowadzić do wytworzenia się nowego typu spoiwa. Zarys procesów diagenetycznych w skałach osadowych 69 Ważnym procesem zachodzącym zatem w obrębie takich skał jest możliwość zastępowania zniszczonych elementów i ziaren detrytycznych przez autogeniczne minerały, np. ilaste czy węglany. Rozpuszczone wybrane składniki skały mogą być więc bardzo cennym źródłem związków chemicznych, które w czasie późniejszym mogą krystalizować się w obrębie np. piaskowców, tworząc ich spoiwa. Przykładem może być spoiwo regeneracyjne na kwarcu czy wymienione już spoiwo wypełniające. W przypadku piaskowców zakres procesów diagenetycznych, które zachodzą w skale, może być bardzo szeroki w zależności od materiału wyjściowego, w którym proces ten zachodzi. Część takich procesów jest też świadectwem konkretnych warunków środowiskowych, które w trakcie diagenezy danej skały zachodziły (np. podwyższonej temperatury lub podwyższonego ciśnienia, np. na skutek działania nadkładu). Wymienić można tu chociażby proces albityzacji plagioklazów bardziej węglanowych, takich jak An10, oraz skaleni potasowych. Jest on bowiem identyikowany z głębokim pogrzebaniem piaskowców (McBride 1984). Przykładów takich procesów jest bardzo wiele. Zaprezentował je w skrócie McBride (1984, s. 97) (tab. 3). Problematyka diagenezy skał osadowych, w szczególności piaskowców, jest bardzo istotnym elementem badawczym nie tylko w ujęciu konserwacji kamienia, ale także potencjalnych właściwości zbiornikowych danych skał czy historii danego zbiornika sedymentacyjnego (Waugh 1970, Hurst 1981, Burley i Kantorowicz 1986). Procesy diagenetyczne i ich zaawansowanie wpływać mogą na zwięzłość skał, ich porowatość czy przepuszczalność, co przykładowo dla konserwacji jest bardzo istotnym elementem. Dzięki zachodzącym procesom diagenetycznym sama powierzchnia skały może już zachowywać się różnie na przestrzeni czasu względem różnych czynników atmosferycznych czy antropogenicznych (Słaby i in. 2000, Ruedrich i in. 2007, Ruedrich i Siegesmund 2007, Nowak 2010, Labus i Bochen 2012, Rembiś i in. 2012, El-Gohary 2013, Marszałek i in. 2014). Stąd w konserwacji czy geologii patyna na skale jest zjawiskiem naturalnym, a czarne naskorupienie jest wynikiem głównie zanieczyszczenia powietrza. Procesy diagenetyczne w badanych piaskowcach rozpoczęły się już po osadzeniu materiału okruchowego, czego przykładem jest eodiageneza – diageneza wczesna. Należy do niej kompakcja mechaniczna czy cementacja. Procesy te z pewnością były kontynuowane także później w mezodiagenezie, gdzie mogły się zmieniać warunki temperaturowe i ciśnienie. Uwzględniając specyikę badanych w niniejszym opracowaniu skał okruchowych (głównie arenitów kwarcowych z różnym udziałem skaleni czy łyszczyków w szkielecie ziarnowym), można stwierdzić, że najważniejszymi procesami diagenetycznymi obserwowanymi i opisanymi w analizowanych próbkach są te związane z minerałami szkieletu ziarnowego. Jest to przede wszystkim kwarc i jego późniejsze przemiany. Poza diagenezą zachodzącą w obrębie tego minerału bardzo istotne dla pracy są jedne z powszechniej występujących procesów w wielu skałach, takich jak procesy kaolinityzacji czy rozpuszczania skaleni, a także przemiany łyszczyków (Bauluz i in. 2008, 2014). 70 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych Tabela 3. Popularne procesy diagenetyczne, które wpływają na typy ziaren detrytycznych. Procesy zostały przedstawione w obrębie wierszy od najbardziej do najmniej popularnych (przytoczone dokładnie za McBride’m 1984) Skały wyjściowe Skalenie potasowe Plagioklazy Okruchy skał węglanowych Okruchy skał wulkanicznych Bogate w mikę fragmenty skał metamoricznych Fragmenty skalne czertów Fragmenty skalne skał ilastych (łupków ilastych) pyłowców Muskowit Biotyt Niestabilne minerały ciężkie: Procesy diagenetyczne Kalcytyzacja Zeolityzacja Rozpuszczanie Kaolinityzacja Albityzacja Kalcytyzacja Rozpuszczanie Albityzacja Zeolityzacja Rozpuszczanie Dolomityzacja Rekrystalizacja Kalcytyzacja Rozpuszczanie Chlorytyzacja Zeolityzacja Rozcieranie Kalcytyzacja Rozpuszczanie Kalcytyzacja Rozcieranie Kaolinityzacja Rozpuszczanie Rozpuszczanie Przeobrażenie w minerały ilaste/argilizacja Rozpuszczanie Kalcytyzacja 5.2. Mikroskopia katodoluminescencyjna (CL) i skaningowa (SEM) oraz ich zastosowanie w opisie procesów diagenetycznych Katodoluminescencja jest doskonałym narzędziem pozwalającym dokumentować w mikroskali wzajemne relacje między deformacjami i diagenezą w obrębie skał silikoklastycznych (Milliken i Laubach 2000), do których należą także skały prezentowane w niniejszym opracowaniu. W trakcie badań mikroskopia katodoluminescencyjna (CL) pozwoliła m.in. na: • opis pierwotnego obtoczenia wszystkich ziaren detrytycznych, • opis genezy ziaren kwarcu (wulkaniczny, plutoniczny, metamoriczny, hydrotermalny, autogeniczny skał osadowych), Mikroskopia katodoluminescencyjna (CL) i skaningowa (SEM) 71 • bardziej szczegółowe rozpoznanie typów spoiw występujących w wybranych grupach skał, • obserwacje zonalności ziaren cyrkonów – ten element jednak nie był szczegółowo rozpatrywany, gdyż to kwarc i spoiwa były głównym obiektem zainteresowań. Dzięki przedostatniej cesze możliwe było także bardziej szczegółowe rozpoznanie procesów diagenetycznych, które zachodziły w wybranych piaskowcach. W niniejszej pracy był to jeden z najistotniejszych celów. Badania CL uzupełniono obserwacjami wykonanymi przy zastosowaniu elektronowego mikroskopu skaningowego z przystawką do mikroanaliz chemicznych (SEM-EDS), który pozwolił m.in. na obserwacje: morfologii ziaren, w tym regeneracji kwarcu, wykształcenia spoiw ilastych i ich kryształów, oraz kolejności zachodzących procesów diagenetycznych (Waugh 1970, Burley i Kantorowicz 1986). Dzięki analizie CL dokonano też ogólnego opisu genezy ziaren kwarcu, będącego głównym budulcem wszystkich analizowanych próbek. Rozróżnienie pochodzenia ziaren tego minerału odbywa się głównie na podstawie jego barw ujawniających się w trakcie badań CL (Boggs i in. 2002, Sikorska 2005, Augustsson i Reker 2012). Kolory te uzależnione są jednak nie tylko od genetycznego pochodzenia ziaren, ale także od ułożenia jego osi krystalograicznych do powierzchni szlifu (czyli do płaszczyzny, która je przecięła). Między innymi Walderhaug i Rykkje (2000) zaobserwowali w takiej skale jak gnejs, że w kryształach kwarcu barwy w trakcie analiz CL zmieniały się od żółto-brązowych do brązowych i ioletowych w zależności od orientacji osi krystalograicznych do płaszczyzny, w której obserwowany był preparat. Podobne barwy były obserwowane również w innej metamoricznej skale, takiej jak migmatyt, gdzie dodatkowo jedną z barw określono jako ioletowo-brązową. W trakcie analiz wskazali oni (Walderhaug i Rykkje 2000), że barwy kwarcu w skałach magmowych, takich jak granit czy granodioryt, nieco się różnią od barw kwarców metamoricznych. Barwy luminescencyjne minerałów kwarcu związane z plutonizmem to przede wszystkim: ioletowy do niebieskiego lub brązowy z ioletowym czy niebieskim odcieniem, w zależności od ułożenia osi. Należy jednak pamiętać, że w polikrystalicznym kwarcu metamoricznym barwy CL mogą wykazywać duże zróżnicowanie. W jednym fragmencie mogą być obserwowane zarówno barwy żółte, brązowe, jak i ioletowe. Zingernagel (1978) w swych badaniach sklasyikował trzy typy luminescencji kwarcu: ioletowe barwy dla plutonicznego i wulkanicznego, brązowy dla metamoricznego i brak luminescencji dla autogenicznego kwarcu. Barwy te wymieniane są także przez Boggsa i Krinsleya (2006). Ze względu na sporą ich zmienność, konieczność posiadania dużej wprawy w prawidłowej ocenie widzianych kolorów i odpowiedniej ich klasyikacji, wszystkie badania prowadzono po okiem dr hab. prof. PIG-PIB Magdaleny Sikorskiej. Badania przy zastosowaniu CL pozwoliły na opis takich cech, jak porowatość, pierwotne obtoczenie ziaren, opis genezy ziaren kwarcu, sprecyzowanie i uzupełnienie opisu dotyczącego składu szkieletu ziarnowego. Umożliwiło to także dokonanie charakterystyki procesów diagenetycznych, które zaszły w skale. Dzięki CL przeprowadzono identyikację spoiw wykształconych w piaskowcach, często 72 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych też opis kolejności ich tworzenia. W wybranych przypadkach obserwowano wyraźnie procesy diagenetyczne, które zachodziły w wybranych grupach minerałów. Uzyskane wyniki zaprezentowano poniżej, przedstawiając kolejno poszczególne kamieniołomy. Bardzo uogólnione wyniki, bez zagłębiania się w opis diagenezy danych piaskowców, zaprezentowano także wcześniej w odniesieniu do piaskowców pobranych w wybranych kościołach romańskich oraz kamieniołomach prezentowanych w niniejszej pracy (Szczepaniak 2014). W wyniku prac mikroskopowych (OM) wytypowano łącznie blisko 160 obszarów na płytkach cienkich, z których wykonano mikrofotograie CL. Dla każdej mikrofotograii CL wykonano także równolegle fotograię w mikroskopie polaryzacyjnym. Przebadano łącznie 48 sztuk polerowanych szlifów mikroskopowych sporządzanych z kredowych piaskowców z wybranych kamieniołomów. Zostały one wyselekcjonowane z grupy wszystkich preparatów jako te, które w mikroskopie polaryzacyjnym wydawały się autorce pracy najbardziej typowe dla poszczególnej miejscowości. Badania przy użyciu mikroskopu katodoluminescencyjnego (CL) wykonano w całości w Państwowym Instytucie Geologicznym w Warszawie pod kierunkiem prof. Magdaleny Sikorskiej-Jaworowskiej. Wykorzystano aparaturę CCL 8200 mk3 irmy Cambridge Image Technology Ltd. sprzężoną z mikroskopem polaryzacyjnym Optiphot 2. Mikrofotograie wykonywano zarówno przy zastosowaniu aparatu cyfrowego, jak i półautomatu Microlex UFX-DX na ilmie Fuji o czułości 1600 ASA, przy napięciu około 15 kV oraz natężeniu wiązki od 150 do 250 mA. Czas naświetlania klatki ilmu dobierany był automatycznie. Średnio wynosił około 55 s. Elektronowa mikroskopia skaningowa (SEM) pozwoliła przede wszystkim na uzupełnienie informacji o zaistniałych w piaskowcach procesach diagenetycznych. W przypadku katodoluminescencji nie zawsze dokładnie można było obserwować kolejność tworzenia się chociażby spoiw. Obraz uzyskany dzięki SEM pozwolił na sprecyzowanie wyników, a dzięki wykorzystaniu przystawki do mikroanalizy (EDS) możliwe było identyikowanie wybranych, nie rozpoznanych wcześniej minerałów. Analizę obrazu w mikroskopie skaningowym wykonano dla próbek pochodzących z kamieniołomów: Czaple, Nowa Wieś Grodziska, Radków, Rakowice Małe (Rakowiczki), Szczytna, Żerkowice. Wykonano ją także dla próbek z kościoła w Lubiniu k. Gostynia. Badania przeprowadzono zarówno na próbkach litycznych, jak i na preparatach mikroskopowych. Najistotniejsze były próby makroskopowe z kamieniołomów i kościoła w Lubiniu, na których można było bardzo wyraźnie obserwować kolejność procesów diagenetycznych. Próbki makroskopowe pozwalały na obserwacje m.in. powierzchni ziaren, stopnia regeneracji ziaren kwarcu, form krystalicznych minerałów tworzących spoiwo wypełniające. W przypadku analiz płytek cienkich, zaobserwować można było w nich m.in. ślady częściowej diagenezy skaleni, a dzięki zastosowaniu analiz chemicznych i wykonaniu mappingu wybranych prób (analizy rozkładu pierwiastków w preparatach mikroskopowych), podobnie jak dzięki obserwacjom CL, określono ilość skaleni potasowych w próbach. Obserwacje mikroskopowe (SEM) i półilościowe Diageneza piaskowców – wyniki badań 73 analizy chemiczne (SEM-EDS) umożliwiły dokonanie identyikacji minerałów ilastych obecnych w spoiwie badanych piaskowców. Analizy te pozwoliły na uzupełnienie badań przeprowadzonych przy zastosowaniu katodoluminescencji. Wszystkie badania wykonane zostały w Naukowo-Dydaktycznej Pracowni Mikroskopii Skaningowej i Mikroanalizy na Wydziale Nauk Geograicznych i Geologicznych Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Próbki piaskowców analizowane były w niskiej próżni przy użyciu elektronowego mikroskopu skaningowego Hitachi S-3700N wyposażonego w system EDS Noran SIX. W analizach i interpretacjach danych uczestniczyły dr Danuta Michalska i dr Monika Rzodkiewicz – pracownice laboratorium. 5.3. Diageneza piaskowców – wyniki badań Opis procesów diagenetycznych oparto na obserwacjach w mikroskopie optycznym, skaningowym i katodoluminescencyjnym. Łącznie do badań przy zastosowaniu katodoluminescencji, po wstępnej wersyikacji płytek cienkich, przeznaczono 49 prób. Na tej podstawie wykonano w sumie 120 analiz. Wyniki porównano z rezultatami uzyskanymi w latach 2003–2006 na nie uwzględnionych tutaj próbach. Przy użyciu mikroskopu skaningowego wykonano łącznie 216 analiz obrazu (SEM) oraz 156 analiz przy zastosowaniu SEM-EDS – głównie w odniesieniu do spoiwa. 5.3.1. Diageneza piaskowców synklinorium północnosudeckiego Piaskowce synklinorium północnosudeckiego nie były mocno zróżnicowane petrograicznie. Pojawiały się w nich głównie niewielkie różnice w spoiwie czy w rozmiarach ziarna budującego szkielet ziarnowy. Różnice w spoiwie widoczne były m.in. w obrazie katodoluminescencyjnym (CL), w którym zidentyikowano w różny sposób wykształcone spoiwo regeneracyjne. Także ilość i jakość spoiwa wypełniającego była w poszczególnych kamieniołomach zróżnicowana. Analizy obrazu w mikroskopie skaningowym (SEM) pozwoliły dokładniej opisać regenerację i kolejność tworzenia się poszczególnych typów spoiw oraz rozpoznać wybrane procesy diagenetyczne, które zachodziły w badanych piaskowcach. 5.3.1.1. Procesy diagenetyczne w piaskowcach z Czapli (wyrobisko B w Zakładzie Kamieniarskim Czaple) W przypadku piaskowców z wyrobiska B i C można mówić nie tylko o zbliżonych cechach petrograicznych tych skał czy teksturach, ale także o bardzo zbliżonych procesach diagenetycznych. Obserwowane są one przede wszystkich w obrębie wykształconego spoiwa, które w tych wychodniach jest niezwykle podobne, choć nie identyczne (należy bowiem pamiętać, że piaskowce te względem siebie położone są jedne na drugich – skały wyrobiska C na skałach wyrobiska B). 74 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych Obserwacje procesów diagenetycznych w oparciu o CL Zwarty szkielet ziarnowy w piaskowcach z Czapli jest monomineralny. W ponad 97–98% zbudowany jest z kwarcu. Mimo obserwacji w OM polikrystalicznych ziaren kwarcu oraz mozaikowo wygaszających światło, wszystkie one miały genezę magmową, na co wskazują ioletowe i niebiesko-ioletowe barwy minerału – barwa CL. Pojedyncze tylko kwarce mają genezę wulkaniczną. Obserwowane były one np. w próbie CZA9, CZA14, CZA15 (ryc. 20a, b, d). W tych samych próbkach zidentyikowano okruchy skał wulkanicznych (ryc. 20h). Szkielet ziarnowy tych piaskowców zawierał też bardzo nieliczne drobnoziarniste skalenie alkaliczne o blado niebieskiej barwie, które nie występowały we wszystkich próbkach (ryc. 20c, d). Spoiwo i procesy diagenetyczne Dominującym spoiwem w tych skałach było spoiwo regeneracyjne. Wykształcone jest ono na większości ziaren kwarcu, a grubość obwódek jest zróżnicowana (ryc. 20). Tak jak w piaskowcach nadległych (z wyrobiska C Zakładu Kamieniarskiego Czaple) obserwowane było także spoiwo kontaktowe, gdzie zauważono trawienie się wzajemne ziaren kwarcu i ich późniejsze zrastanie. To spoiwo wykształcone było z pewnością pierwsze. Kolejnymi zmianami diagenetycznymi, które występowały w tych piaskowcach, było wytworzenie się spoiwa wypełniającego. W mikroskopie polaryzacyjnym oraz CL obserwowano przede wszystkim minerały ilaste. Były nimi kryształy autogenicznego kaolinitu (ryc. 20c, d), który (obok grupy illitu) jest najbardziej powszechnym minerałem ilastym w obrębie spoiw piaskowcowych (Beaufort i in. 1998). W obrazie CL zidentyikowano także w pojedynczych próbkach (CZA7) bardzo nieliczne i niewielkich rozmiarów kryształy minerałów węglanowych, które z pewnością są wtórne w stosunku do pierwotnego składu skały (ryc. 20e, h). Uwzględniając obecność skaleni w skale (głównie potasowych), obecność spoiwa kaolinitowego i drobnych kryształów minerałów węglanowych można wiązać z kalcytyzacją i kaolinityzacją tych minerałów, co miejscami widoczne jest w mikroskopie. Występujące w piaskowcach skalenie oraz okruchy skał wulkanicznych noszą bardzo wyraźne ślady ich rozpuszczania, co zaprezentowano na rycinach 20a–d. Porowatość tej skały obserwowana w CL wynosi około 20%. Pierwotna porowatość była niewiele większa, gdyż wykształcone obwódki są w większości przypadków dość cienkie, podobnie jak w piaskowcach z wyrobiska C. Obserwacje procesów diagenetycznych w oparciu o SEM Wykształcenie obwódek regeneracyjnych na ziarnach kwarcu w tych piaskowcach jest mocno zróżnicowane. Regeneracja ta była widoczna znacznie lepiej w obrazie CL, ale i tutaj obserwowano ziarna, które zbliżone są do kwarcu automoricznego (ryc. 21f, g). Ze względu na znaczny udział wypełniającego spoiwa ilastego, a także żelazistego, często regeneracja jest słabo zauważalna. Ziarna szkieletu są jednak wyraźnie pozrastane. W spoiwie ilastym wyróżniono bardzo dobrze Diageneza piaskowców – wyniki badań 75 Ryc. 20. Próbki piaskowca z Czapli – wyrobisko B, obraz z mikroskopu katodoluminescencyjnego: a–b – wyraźnie skorodowane ziarno kwarcu wulkanicznego ze śladami jego rozpuszczania oraz obwódki regeneracyjne, c – znaczna ilość skaleni w spoiwie wypełniającym, d – zróżnicowanie szkieletu ziarnowego oraz widoczne rozpuszczanie skaleni potasowych, e–f – przykład dobrze rozwiniętego spoiwa regeneracyjnego, czerwona strzałka wskazuje okruchy węglanów, g – spoiwo podstawowe regeneracyjne oraz kaolinitowe o niebieskiej barwie CL, h – niewielkie ilości spoiwa ilastego oraz okruchy węglanowe w spoiwie wskazane czerwoną strzałką (fotograie: b, f – skrzyżowane polaryzatory, a, c–e, g, h – CL); Q – kwarc, Qvol – kwarc wulkaniczny, K–F – skalenie potasowe, C – węglany, Vol – fragment skały wulkanicznej 76 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych Ryc. 21. Próbki piaskowca z Czapli – wyrobisko B, obraz z mikroskopu skaningowego, fotograie wykonane w niskiej próżni (VP-SEM), bez napylania: a – obraz szlifu mikroskopowego, bardzo dobrze wykształcone spoiwo ilaste/kaolinitowe z widocznymi pakietami książeczkowymi (ang. booklets), b – spoiwo wypełniające w preparacie mikroskopowym z zapisem kolejności procesów diagenetycznych, wyraźnie wykształcone spoiwo kaolinitowe, między pakietami ilastymi obecne spoiwo żelaziste – Fe2O3, c – dobrze wykształcony kaolinit w postaci pakietów książeczkowych, d – kaolinit książeczkowy, „robaczkowaty” (ang. vermicular forms) w spoiwie wypełniającym, e – przykład rozpuszczania i kaolinityzacji skaleni z widoczną zachowaną łupliwością tego minerału, f – silnie wykształcone obwódki regeneracyjne z widocznymi śladami rozpuszczania, na nich wykrystalizowane autogeniczne minerały ilaste, g – piaskowiec ze słabo wykształconym spoiwem regeneracyjnym, spoiwo wypełniające i widoczna porowatość próbki, h – zapis kolejności tworzenia się spoiw w piaskowcu: na kwarcu wykrystalizowane minerały kaolinitu, na kaolinicie natomiast związki żelaza; Kln – kaolinit, Ms – muskowit, Q – kwarc, F – skalenie, Fe – związki żelaza – hematyt Diageneza piaskowców – wyniki badań 77 widziane pakiety minerałów ilastych – kaolinitu (ryc. 21a–d), który obecny był w większości próbek. Przy mniejszych powiększeniach zarówno w mikroskopie polaryzacyjnym, jak i CL nie były one identyikowalne. W obrazie SEM jednak wyraźnie zauważalny kaolinit tworzy książeczkowe robakowate skupienia między ziarnami kwarcu, ograniczając porowatość piaskowca (ryc. 21a–d, h). Jego obecność potwierdzają także wyniki badań przy zastosowaniu SEM-EDS (Deer i in. 1992). Tego typu skupienia widoczne były zarówno w próbkach litycznych, jak i w szlifach. Przypuszcza się, że w całości jest to minerał autogeniczny. Dzięki analizie obrazu SEM obserwowano też kolejność kształtowania się spoiw wypełniających (ryc. 21b, f, h). Spoiwo ilaste powstało z pewnością w badanych piaskowcach przed krystalizacją tlenków żelaza. W preparatach mikroskopowych widoczny był zachodzący proces rozpuszczania bardzo nielicznych w próbce skaleni potasowych oraz proces ich kaolinityzacji. Proces kaolinityzacji obserwowany był także w pojedynczych ziarnach muskowitu. 5.3.1.2. Procesy diagenetyczne w piaskowcach z Nowej Wsi Grodziskiej – (wyrobisko C w Zakładzie Kamieniarskim Czaple) Obserwacje procesów diagenetycznych w oparciu o CL Tak, jak to opisano już w analizach w mikroskopie polaryzacyjnym, koniackie piaskowce mają prawie monomineralny szkielet ziarnowy, zbudowany w ponad 98% z kwarcu (z drobnymi wyjątkami). Wiele ziaren tego głównego minerału przy skrzyżowanych polaryzatorach przypominało kryształy polikrystaliczne o genezie metamoricznej. Wszystkie one jednak, tak jak w wyrobisku B, okazały się ziarnami magmowymi. Prawie w każdym przypadku ziarna kwarcowego obserwowano niebieskie, ioletowe i iletowo-niebieskie barwy CL, typowe dla kwarcu o genezie plutonicznej. We wszystkich próbkach z wyrobiska C zidentyikowano pojedyncze ziarna o genezie hydrotermalnej (żółta barwa CL, próbka nr NWCZ5 – ryc. 22d) i ziarna o genezie wulkanicznej (wyraźna czerwonomalinowa barwa luminescencji – ryc. 22e–g). Kwarce wulkaniczne w niewielkich ilościach odnotowano we wszystkich badanych próbach. Wyjątkiem była jedna próbka NWCZ7, w której w szliie petrograicznym doliczono się ponad 25 ziaren kwarcu o tej genezie. Zastanawiające jest jego pochodzenie, zważywszy na fakt, że jest to tylko jedna próba. Krótko podsumowując: w próbkach z wyrobiska C Zakładu Górniczego Czaple obserwowano nieco większe zróżnicowanie genetyczne ziaren kwarcu jak w piaskowcach z wyrobiska B. Poza kwarcem o zróżnicowanej genezie obserwowano także skalenie, które nie zawsze zostały rozpoznane w mikroskopie polaryzacyjnym. Ich ilość jest jednak nieznaczna – nie przekracza 1–2% całego szkieletu ziarnowego. Podobnie jest z okruchami litycznymi, które były identyikowane bardzo rzadko. Poza tymi składnikami identyikowano również minerały ciężkie. 78 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych Ryc. 22. Próbki piaskowca z Nowej Wsi Grodziskiej – wyrobisko C, obraz z mikroskopu katodoluminescencyjnego i polaryzacyjnego: a–b – przykład dobrze obtoczonych ziaren kwarcu z wykształconym spoiwem regeneracyjnym oraz przykład spękanych i zabliźnionych ziaren kwarcu, c–d – wśród kwarcu plutonicznego obecność ziarna o genezie hydrotermalnej, po prawej na fotograii widoczne ziarno kwarcu przypuszczalnie zmylonityzowanego, e–f – widoczne pojedyncze ziarna kwarcu o genezie wulkanicznej – malinowa barwa CL, g – wulkaniczne ziarna kwarcu w szkielecie ziarnowym z widocznymi dwoma rodzajami spoiwa: regeneracyjne na ziarnach kwarcu oraz ilaste o ciemnoniebieskiej barwie, h – przykład dobrze obtoczonych ziaren kwarcu z wykształconym spoiwem regeneracyjnym (białe strzałki) oraz spękane ziarno kwarcu zabliźnione diagenetycznym kwarcem (fotograie: a, c – skrzyżowane polaryzatory, b, d–h – CL); Qv – kwarc wulkaniczny, Kln – kaolinit w spoiwie Diageneza piaskowców – wyniki badań 79 Spoiwo i procesy diagenetyczne Procesy diagenetyczne w spoiwie krzemionkowym tych skał zachodziły dwuetapowo. Pierwszy etap to wykształcenie spoiwa kontaktowego na granicy części ziaren kwarcu. W obrębie preparatów obserwowano rozpuszczanie ziaren na ich kontakcie ze sobą, a następnie ich lityikację (ryc. 22). Drugi etap to krystalizacja autogenicznego kwarcu w postaci obwódek regeneracyjnych na ziarnach detrytycznych (ryc. 22). Spoiwo regeneracyjne jest obserwowane we wszystkich badanych próbkach i jest ono wykształcone zdecydowanie lepiej niż w piaskowcach kredowych z Radkowa i Szczytnej w niecce śródsudeckiej. Obwódki są cienkie, jednak w niektórych przypadkach obrastają one ziarna całkowicie. Obserwowano także procesy związane z zabliźnianiem ziaren wcześniej zniszczonych autogeniczną krzemionką (ryc. 22f). W sąsiedztwie procesów regeneracyjnych kwarcu obserwowane są też ślady rozpuszczania ziaren tego minerału na kontaktach międzyziarnowych, a następnie ich zrastanie. Ryc. 23. Próbki piaskowca z Nowej Wsi Grodziskiej – wyrobisko C zakładu górniczego Czaple, obraz z mikroskopu skaningowego, VP-SEM, bez napylania; a – piaskowiec z niewielką ilością spoiwa wypełniającego i wyraźną porowatością, b – próbka w powiększeniu, ziarna kwarcu bez śladów regeneracji, spoiwo wypełniające ilaste bardzo słabo dostrzegalne, c – fragmenty pokruszonych ziaren kwarcu ze spoiwem ilastym w postaci rozproszonych drobnych płytek kaolinitu, d – muskowit ze śladami kaolinityzacji (między blaszkami muskowitu widoczne bardzo drobne kryształy autogenicznego kaolinitu); Q – kwarc, Ms – muskowit 80 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych Obserwacje procesów diagenetycznych w oparciu o SEM Piaskowce z wyrobiska C były zbliżone do skał z wyrobiska B. Obserwowano w nich te same procesy diagenetyczne zachodzące w skałach, m.in. kolejność powstawania poszczególnych typów spoiw. Pierwszym było zapewne spoiwo kontaktowe powstałe między ziarnami kwarcu, następnie w zróżnicowanym stopniu wykształciło się spoiwo regeneracyjne na tych ziarnach (ryc. 23). Obserwowano tylko pojedyncze ziarna, które przybrały automoriczny kształt. Spoiwo o charakterze wypełniającym miało wtórny charakter (ryc. 23c, d). Pierwsze wykształciło się spoiwo ilaste, podobnie jak w wyrobisku B, złożone głównie z autogenicznego kaolinitu. Następnie wykształcone zostało spoiwo żelaziste, którego w skałach z wyrobiska „C” jest bardzo niewiele. Źródłem diagenetycznego kaolinitu w skale był z pewnością m.in. proces kaolinityzacji muskowitu, który zaobserwowano w niektórych próbach. Muskowit lokalnie tworzył w skale większe skupiska. Blaszki samego kaolinitu obserwowane były między blaszkami łyszczyku, co nie jest rzadkością w kaolinityzacji muskowitu (Bauluz i in. 2008). W próbkach tych piaskowców zauważono pojedyncze ziarna skaleni potasowych, które także mogły być źródłem minerałów ilastych, analogicznie jak w wyrobisku B. 5.3.1.3. Procesy diagenetyczne w piaskowcach z Rakowic Małych (piaskowiec Rakowiczki) Obserwacje procesów diagenetycznych w oparciu o CL Piaskowce, jak wszystkie wcześniejsze, mają prawie monomineralny zwarty szkielet ziarnowy zbudowany z kwarcu o genezie magmowej niebieskiej i ioletowo-niebieskiej barwy. Nie zaobserwowano kwarcu o innej genezie. W żadnej z analizowanych próbek nie zidentyikowano ziaren skaleni, a jedynie pojedyncze, bardzo drobne cyrkony. Brak także fragmentów litycznych, które pojawiały się w piaskowcach z innych kamieniołomów analizowanych w niniejszym opracowaniu. Pierwotne obtoczenie ziaren można określić jako dobre, miejscami bardzo dobre. Tylko nieliczne ziarna opisać można jako obtoczone i słabo obtoczone. Spoiwo i procesy diagenetyczne Na wielu ziarnach budujących szkielet ziarnowy widoczne były ślady ich rozpuszczania. Występowały zarówno na części ziaren kwarcu, na okruchach skał wulkanicznych oraz na bardzo nielicznych skaleniach potasowych. Podobnie jak we wcześniej opisanych próbach, tak i tutaj zidentyikowano spoiwo kontaktowe, jednak bardzo słabo wykształcone i prawie niewidoczne. W obrazie CL obserwowane było także spoiwo regeneracyjne. Zauważalne było ono jednak nie we wszystkich próbkach i nie na wszystkich ziarnach kwarcu. Przykładem jest próbka nr RAK11, gdzie spoiwo regeneracyjne w ogóle nie występowało. Sam proces regeneracji przebiegał w obrębie złoża Rakowiczki ze zróżnicowanym natężeniem, o czym świadczy grubość i ilość kwarcu autogenicznego wykrystalizowanego na ziarnach kwarcu detrytycznego. Związane Diageneza piaskowców – wyniki badań 81 było to najprawdopodobniej z ilością rozpuszczonej krzemionki, która krążyła w osadzie, a która w zależności od głębokości zalegania osadu mogła mieć różną koncentrację. Kolejnym etapem diagenezy w tych piaskowcach było wykształcenie spoiwa wypełniającego. Jego głównym składnikiem są minerały z grupy kaolinitu o niebieskich barwach CL, nie ciemniejących w trakcie wykonywania analizy. Minerały te zawarte między ziarnami kwarcu zauważalne były też w mikroskopie polaryzacyjnym, jednak nie w tak dużych ilościach. W wybranych próbach wyraźnie widoczna jest kolejność procesów diagenetycznych zachodzących w tych skałach. Przykładem są chociażby próbki RAK3, RAK7 i RAK13 (ryc. 24e–h), gdzie obserwować można regenerację kwarcu, a na obwódkach wykrystalizowany minerał z grupy kaolinitu. Uwzględniając barwy CL, należy stwierdzić, że minerałem ilastym jest tutaj sam kaolinit. W obrazie CL w spoiwie wypełniającym obserwowano także bardzo niewielkich rozmiarów kryształy minerałów węglanowych. Biorąc pod uwagę fakt, że w próbach analizowanych piaskowców prawie brak skaleni, a te, które są rozpoznawalne, noszą bardzo wyraźne ślady rozpuszczania, można przypuszczać, że obecne w spoiwie wypełniającym minerały węglanowe oraz kaolinit są wynikiem kalcytyzacji i kaolinityzacji tych właśnie składników szkieletu ziarnowego. W skałach tych zaobserwowano też proces rozpuszczania i kaolinityzacji w muskowicie. Porowatość w badanych próbkach piaskowca była znaczna i wynosiła miejscami nawet około 25% i więcej. Dzieje się tak głównie dlatego, że spoiwo regeneracyjne nie jest mocno rozwinięte, spoiwo wypełniające nie wypełnia ściśle wszystkich wolnych przestrzeni, a występuje raczej w postaci rozproszonej w całej próbce lub w formie niewielkich skupisk nieregularnie rozsianych w skale. Obserwacje procesów diagenetycznych w oparciu o SEM Piaskowiec Rakowiczki z Rakowic Małych cechował się mało upakowanym szkieletem ziarnowym, w którym słabo zauważalne było spoiwo regeneracyjne. W trakcie obserwacji CL stwierdzono, że spoiwo to także nie należało do dobrze wykształconych. Spoiwo wypełniające to spoiwo ilaste-kaolinitowe, co udokumentowano w analizach CL. Pakiety kaolinitu miały jednak zupełnie inną postać niż te obecne w próbkach piaskowca z Zakładu Górniczego Czaple. Brak było książeczkowych pakietów kaolinitu czy jego robakowatych skupisk (ryc. 25). Ten obserwowany między ziarnami kwarcu był silnie rozproszony lub słabo wykształcony (ryc. 25a, b, e–h). Idealnie wykształcone płytki tego minerału były bardzo rzadkie i widoczne przy bardzo dużych powiększeniach. Skład chemiczny (SEM-EDS) potwierdza też obecność tego minerału w bardzo drobnych skupiskach. Kaolinit tak wykształcony pokrywał powierzchnię ziaren, jednak nie we wszystkich próbkach. Poza kaolinitem w obrębie spoiwa wypełniającego stwierdzono także obecność illitu. Oprócz minerałów ilastych obecne było także w niewielkich ilościach spoiwo żelaziste. W trakcie analiz stwierdzono w spoiwie niewielkie ilości nawarstwień na ziarnach będących glinokrzemianami z dużą zawartością żelaza (zawartość Fe2O3 przekraczało nawet 40%). 82 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych Ryc. 24. Próbki piaskowca Rakowiczki, obraz z mikroskopu katodoluminescencyjnego (a, b) i polaryzacyjnego (b, d–h): a–b – widoczne spoiwo regeneracyjne na ziarnach kwarcu, zapis kaolinityzacji muskowitu, c–d – przykłady spoiwa wypełniającego: kolor niebieski na fot. d to spoiwo ilaste, d–g – różnego typu spoiwa, e – wypełniające, f – ilaste wypełniające oraz regeneracyjne na kwarcu wskazane strzałkami, g – bardzo dobrze rozwinięte spoiwo regeneracyjne, h – spoiwo regeneracyjne na kwarcu (wskazane strzałkami) i ilaste wypełniające o intensywnie niebieskiej barwie CL (fotograie: a, c – skrzyżowane polaryzatory, b, d–h – CL); Q – kwarc, Qv – kwarc wulkaniczny, Kln – kaolinit, Ms – muskowit Diageneza piaskowców – wyniki badań 83 Ryc. 25. Próbki piaskowca z Rakowic Małych (piaskowiec Rakowiczki) w obrazie z mikroskopu skaningowego, VP-SEM, bez napylania: a – silnie wykształcone spoiwo wypełniające, b – spoiwo wypełniające z widocznym kaolinitem w niewielkich pakietach książeczkowych, c – regeneracja kwarcu z kaolinitem na powierzchni – widoczna kolejność procesów diagenetycznych, d – piaskowiec ze słabo wykształconym spoiwem regeneracyjnym i wypełniającym, e – regeneracja ziaren kwarcu z widocznym ilastym spoiwem wypełniającym na obwódkach regeneracyjnych, f – regeneracja kwarcu, g – minerały autogeniczne kaolinitu między ziarnami detrytycznymi kwarcu, h – naskorupienia glinokrzemianów żelaza na ziarnach kwarcu 84 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych 5.3.1.4. Procesy diagenetyczne w piaskowcach z Żerkowic Obserwacje procesów diagenetycznych w oparciu o CL Podobnie jak piaskowce z Czapli, szkielet ziarnowy tych piaskowców jest prawie monomineralny, zbudowany z kwarcu, co stwierdzono we wcześniejszych badaniach. W przypadku tego głównego minerału na podstawie barw CL uznano, że wszystkie ziarna są genezy magmowej podobnie jak w wyżej wymienionych kamieniołomach. Ewentualnie mogą to także być fenokryształy skał wulkanicznych. Poza tym w szkielecie pojawiają się pojedyncze okruchy skał wulkanicznych o czerwonej barwie w CL. Widoczne były też wyraźnie nieliczne cyrkony o budowie pasowej oraz zdiagenezowane muskowity. Nie stwierdzono natomiast obecności skaleni, zarówno plagioklazów o zielonkawej barwie w CL, jak i skaleni potasowych o barwie jasnoniebieskiej. Te ostatnie pojawiały się bardzo rzadko jedynie w formie szczątkowej. Spoiwo i procesy diagenetyczne Piaskowce te wyróżniały się wśród wszystkich badanych charakterem spoiwa. W oparciu o obserwacje wykonane w mikroskopie katodoluminescencyjnym można stwierdzić, że pierwsze w skale wykształciło się spoiwo krzemionkowe kontaktowe i regeneracyjne autogenicznego kwarcu na ziarnach kwarcu detrytycznego (ryc. 26e, g). Podobnie jak w Czaplach czy Szczytnej, regeneracja wykształcona jest w różnym stopniu. Na większej części ziaren budujących tę skałę tworzy ona bardzo słabo uformowane obwódki nie rozpoznawalne w OM. W badaniach CL regeneracja ta również jest słabo widoczna. Obtoczenie ziaren opisane przy obserwacjach w mikroskopie polaryzacyjnym jest zatem w większości przypadków rzeczywistym pierwotnym obtoczeniem. Kolejnym procesem diagenetycznym w tych piaskowcach było wykształcenie spoiwa wypełniającego, które „oblepia” ziarna detrytyczne oraz istniejące już obwódki regeneracyjne. Potwierdza to jego późniejsze powstanie. Charakter tego spoiwa i obserwowane w nim procesy diagenetyczne zdecydowanie odróżniają te skały od innych prezentowanych w tym opracowaniu. Spoiwo to zbudowane jest przede wszystkim z minerałów ilastych z grupy kaolinitu (ryc. 26a–d, f, h) z niewielką zawartością tlenków żelaza. Minerały w spoiwie ilastym i procesy w nich zachodzące świadczą o diagenezie tego osadu już po jego pogrzebaniu i upakowaniu – mezodiagenezie (Worden i Morad 2003). Minerały z grupy kaolinitu zawarte między ziarnami kwarcu w obrazie CL miały niebieskie barwy. W trakcie analiz barwa ta w części analizowanego obszaru jednak stopniowo ciemniała. Takie zjawisko oznaczać może obecność dickitu – polimorfozy kaolinitu (Deer i in. 1992, Götze i in. 2002, 2013, Götze 2012). Minerał ten może występować i tworzyć się wzdłuż kominów hydrotermalnych, gdzie częściowo pochodzić może z przeobrażenia glinokrzemianów (np. skaleni). Występuje on także jako autogeniczny minerał skał osadowych (Anthony i in. 1995). Jest chemicznie identyczny jak kaolinit, występuje jednak znacznie rzadziej. Co istotne dla procesów diagenetycznych, powstawać może w wyniku rekrystalizacji kaolinitu i jego transformacji w dickit. Diageneza piaskowców – wyniki badań 85 Ryc. 26. Próbki piaskowca z Żerkowic, obraz z mikroskopu katodoluminescencyjnego (b, d–h) i polaryzacyjnego (a, c): a, b – przykład próbki o pierwotnie słabym obtoczeniu ziarna z widocznym fragmentem skały wulkanicznej, c, d – znaczna porowatość piaskowca z wtórnym wypełnieniem spoiwem ilastym widocznym w szczególności na fot. d w postaci niebieskich barw – przypuszczalnie dickitu, e – piaskowiec pierwotnie dobrze obtoczony ze spoiwem regeneracyjnym na kwarcu – białe strzałki, f – piaskowiec średnio obtoczony ze słabo wykształconym spoiwem regeneracyjnym (białe strzałki) i niewielką ilością spoiwa wypełniającego (niebieskie barwy CL – czerwone strzałki), g – duża porowatość próbki, w spoiwie widoczne drobne węglany, czerwona strzałka wskazuje kwarc z dwoma generacjami spoiwa regeneracyjnego, białe strzałki – obwódki regeneracyjne, h – znaczna ilość wypełniającego spoiwa ilastego o niebieskiej barwie CL, przypuszczalnie dickitu (fotograie: a, c – skrzyżowane polaryzatory, b, d–h – CL) 86 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych Dzieje się tak wraz ze wzrostem głębokości i temperatury pogrzebania osadu (2–3 km, T=70–90ºC; Beaufort i in. 1998, Worden i Morad 2003). Jego forma przestrzenna określana jest jako książeczkowa. Spoiwo z zawartością kaolinitu obserwowane było we wszystkich analizowanych próbkach. Obecność samego kaolinitu potwierdziły również analizy wykonane w mikroskopie skaningowym (ryc. 26a, d–f) oraz przy zastosowaniu mikroanalizatora EDS (Deer i in. 1992). Niewielka część kryształów kaolinitu posiada wermikularną (robaczkowatą) nieuporządkowaną postać, co znacznie lepiej zauważalne jest w analizach SEM. Część natomiast cechuje się dużo większym uporządkowaniem, co świadczyć może o zachodzących procesach diagenetycznych. Kolejnym elementem potwierdzającym zachodzącą w tych piaskowcach diagenezę była obserwowana w kilku próbkach w obrazie CL i w mikroskopie skaningowym kaolinityzacja. Jest ona m.in. efektem przeobrażenia krzemianów w wyniku procesów hydrotermalnych czy diagenetycznych. W próbkach piaskowców z Żerkowic w obrazie CL (np. próbka ZER6) obserwować można było procesy kaolinityzacji po łyszczykach, także ze śladami ich pierwotnej łupliwości. W niektórych próbach (np. ZER7) zachowane były relikty częściowo rozpuszczanych muskowitów, co obserwowano też w mikroskopie polaryzacyjnym. Obraz SEM-BSE również uwidocznił ślady kaolinityzacji. Było to zauważalne w próbce ZER14 (ryc. 27e), gdzie wystpiło naprzemianległe ułożenie płytek muskowitu przewarstwionych minerałami z grupy kaolinitu. W piaskowcach kwarcowych z Żerkowic obserwowano ponadto kilka innych procesów diagenetycznych. Część ziaren szkieletu ziarnowego nosiła ślady rozpuszczania. Były to okruchy skał wulkanicznych oraz nieliczne ziarna kwarcu na kontaktach międzyziarnowych. Rzadko obserwowano cementację pokruszonych ziaren kwarcu autogenicznym kwarcem, który w trakcie analiz CL charakteryzował się czarną barwą. Porowatość Dzięki ilości ilastego spoiwa wypełniającego, porowatość tej skały obserwowana w obrazie CL jest nieco mniejsza niż w piaskowcach z Czapli i szacowana w poszczególnych próbkach w granicach od około 15 do 20%. Obserwacje procesów diagenetycznych w oparciu o SEM W skałach z Żerkowic występują zróżnicowane procesy diagenetyczne, o czym pisano już w rozdziale poprzednim dotyczącym wyników badań katodoluminescencyjnych. Obraz SEM pozwolił dobrze zidentyikować kolejność zaistniałych procesów. Między ziarnami kwarcu zauważalne są ślady rozpuszczania się ziaren, a następnie ich zrastania. Na części ziaren widoczne jest spoiwo regeneracyjne, a na nim wykrystalizowane są minerały spoiwa wypełniającego. Spoiwo regeneracyjne wykształcone na ziarnach kwarcu było znacznie lepiej widoczne w tych piaskowcach niż w badanych próbkach piaskowca Rakowiczki (ryc. 27c, f). Obwódki nie występowały jednak na wszystkich ziarnach kwarcu. W obrazie SEM dobrze rozpoznawalne były pakiety kaolinitu (ryc. 27a, d–f). Tworzył on miejscami niewielkie dobrze widoczne pakiety książeczkowe tego Diageneza piaskowców – wyniki badań 87 minerału, bez wyraźnych robaczkowych skupisk. Nie były one jednak tak dobrze rozwinięte jak w piaskowcach z Czapli. Między automoricznymi kaolinitami obserwowano także bardzo drobne kryształy wykształcone odmiennie niż kaolinit. Analizy SEM-EDS nie wskazały odmiennego składu chemicznego. Wypełniającym spoiwem żelazistym jest hematyt krystalizujący się między minerałami ilastymi. Miejscami widoczne są naskorupienia tego minerału na ziarnach kwarcu oraz wykrystalizowane sferyczne koncentracje między pakietami minerałów ilastych. Ryc. 27. Próbki piaskowca z Żerkowic w obrazie z mikroskopu skaningowego, VP-SEM, bez napylania: a – piaskowiec z wyraźnym spoiwem wypełniającym zarówno kaolinitowym, jak i żelazistym, b – próbka piaskowca z gorzej wykształconym spoiwem wypełniającym i szczątkowo wykształconym spoiwem regeneracyjnym zaznaczonym strzałką, wyraźna porowatość skały, c – wyraźne ślady regeneracji kwarcu zaznaczone strzałką, d – liczne skupiska kaolinitu w formie pakietów książeczkowych między ziarnami kwarcu, e – ślady kaolinityzacji muskowitu, muskowit obecny także między blaszkami muskowitu, f – zapis kolejności zjawisk diagenetycznych: wyraźna regeneracja kwarcu, następnie wytworzone na niej bardzo drobne kryształy kaolinitu; Fe – spoiwo żelaziste, Q – kwarc, Kln – kaolinit, Ms – muskowit 88 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych W przypadku minerałów budujących szkielet ziarnowy, takich jak muskowit i skalenie potasowe, zaobserwowano poza śladami kaolinityzacji tych minerałów (ryc. 27e) nielicznie ślady rozpuszczania się tych ziaren. 5.3.2. Diageneza piaskowców synklinorium śródsudeckiego Piaskowce synklinorium śródsudeckiego pobrane w dwóch kamieniołomach były w stosunku do siebie mocno odmienne, o czym pisano już w rozdziale prezentującym rezultaty badań uzyskane z mikroskopu optycznego (rozdział czwarty). Różnice te dotyczyły zarówno składu mineralnego, jak i frakcji szkieletu ziarnowego czy typów spoiw. Także zachodzące w tych piaskowcach procesy diagenetyczne różnicowały skały między sobą. 5.3.2.1. Procesy diagenetyczne w piaskowcach z Radkowa Jak wspomniano na początku niniejszego opracowania, dla potrzeb budownictwa (głównie renowacji obiektów) najbardziej interesujące w tym kamieniołomie są ławice piaskowca drobno- i średnioziarnistego o niewielkim udziale spoiwa żelazistego. Ten też surowiec stał się podstawowym obiektem badań. Ze względu na duże zróżnicowanie piaskowców w obrębie kamieniołomu zdecydowano się na badanie największej liczby prób wśród wszystkich kamieniołomów, co pozwoliło na dokonanie dokładniejszej analizy tych skał. Obserwacje procesów diagenetycznych w oparciu o CL Piaskowce te, po wykonanej w mikroskopie polaryzacyjnym analizie składu mineralnego, w znacznej części próbek zaliczono do arkoz, a nie tylko do arenitów kwarcowych. Uwzględniając jedynie ziarna szkieletu ziarnowego po przeprowadzonych analizach CL, większość prób zaklasyikowano do arkoz. Jerzykiewicz (1968, 1971) podaje nieco inny skład mineralny szkieletu nie pozwalający na dokonanie takiej klasyikacji, co przedstawiono w tabeli 1. Rembiś (2013) skały te opisuje jako subarkozy. Analizy CL pozwoliły zidentyikować znacznie większe ilości skaleni potasowych (o jasnoniebieskich barwach w CL) w szkielecie ziarnowym niż wyniki badań w OM. Nie odnotowano obecności plagioklazów. Wcześniej identyikowano jedynie zwiększone ilości mikroklinu w prawie wszystkich próbach. Ich ilość określono pierwotnie na około 15–20% całości szkieletu ziarnowego w większości próbek. Po przeprowadzeniu analiz CL zweryikowano te obliczenia, a ich ilość określono nawet na około 20–25% składu całego szkieletu ziarnowego w wybranych próbkach (ryc. 28), co potwierdził wykonany przy zastosowaniu SEM mapping próbek. Prawie wszystkie ziarna kwarcu są pochodzenia magmowego. Mimo obserwowanych ziaren polikrystalicznych czy mozaikowo wygaszających światło w OM, ich barwy katodoluminescencyjne wskazują na magmową genezę. Jedynie pojedyncze ziarna mają genezę wulkaniczną, na co wskazuje ich czerwona barwa w CL (ryc. 28c, Götze i in. 2001, Sikorska 2005, Götze 2012). Obserwowano w CL także pojedyncze ziarna przeobrażonego glaukonitu (próbki RADK9, RADK10) Diageneza piaskowców – wyniki badań 89 Ryc. 28. Próbki piaskowca arkozowego z Radkowa, a–e, h – obraz z mikroskopu katodoluminescencyjnego, f, g – XN mikroskop polaryzacyjny: a – piaskowiec z widocznym procesem korozji i albityzacji skaleni, b – dobrze wykształcone spoiwo regeneracyjne, c – widoczne rozpuszczanie na granicach ziarna o genezie wulkanicznej, d – spoiwo regeneracyjne, między ziarnami w spoiwie wypełniającym widoczne bardzo drobne okruchy węglanów o jasnopomarańczowej luminescencji, e, f – arkoza z dużym udziałem skaleni potasowych, czerwoną strzałką wskazano zalbityzowane skalenie, g, h – zabliźnianie diagenetycznym kwarcem spękanych ziaren kwarcu najprawdopodobniej na skutek kompakcji, widoczne pozrastane skalenie z kwarcem; Q – kwarc, F – skalenie (tutaj potasowe), V – okruch detrytyczny skał wulkanicznych, strzałki wskazują najbardziej widoczne procesy diagenetyczne 90 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych i pojedyncze okruchy skał wulkanicznych (np. RADK2, RADK18, RADK26) będących elementem szkieletu ziarnowego. W obrazie CL te ostatnie charakteryzowały się silnie ciemno różowym/malinowym zabarwieniem (Boggs i Krinsley 2006). W wybranych próbach zauważalne były też ziarna kwarcu z przerostami skaleni w środku, być może pochodzące z pegmatytów. Spoiwo i procesy diagenetyczne Zapisem diagenezy w tych skałach jest zauważalne na kontakcie niektórych ziaren kwarcu ich rozpuszczanie się na skutek ciśnienia wywieranego między nimi i później ich cementacja – wytworzenie się spoiw kontaktowych. Ciśnienie wywierane wzajemnie między ziarnami związane było najprawdopodobniej z ciężarem osadów nadkładu. Ten typ spoiwa, a także procesów diagenetycznych był najprawdopodobniej pierwszym, który zaczął się w tych skałach kształtować. Spoiwem, które powstało w czasie późniejszym w stosunku do kontaktowego, było spoiwo regeneracyjne. W przebadanych próbach spoiwo to wykształcone jest w sposób szczątkowy. Wyraźne obwódki autogenicznego kwarcu wykształcone są na pojedynczych ziarnach kwarcu. Często to, co wcześniej pierwotnie w mikroskopie polaryzacyjnym wydawało się regeneracją, okazywało się słabo obtoczonym ziarnem. Wśród próbek analizowanych przy zastosowaniu katodoluminescencji jedynie w próbach RADK5 i RADK15 obwódki wykształcone są znacznie lepiej niż w poprzednich preparatach. Tego typu zmiany diagenetyczne są zatem słabo widoczne w skale. Procesy diagenetyczne są łatwe do zaobserwowania w skaleniach potasowych stanowiących często nawet ponad 20% całego szkieletu. Znaczna część tych minerałów nosi liczne ślady korozji i ich rozpuszczania się (nie tylko kalcytyzacji) (McBride 1984). Część obserwowanych skaleni alkalicznych (mikroklinu) nosi także ślady albityzacji oraz korozji (ryc. 28a, e, f). Obecność ziaren mikroklinu częściowo zastąpionych przez albit wskazuje na to, że ziarna albitu są pseudomorfozami po mikroklinie (Morad 1988). Skalenie alkaliczne cechowały się w CL barwami niebieskimi, te podlegające albityzacji zmieniały barwy na lekko brązowe. Sam proces albityzacji, będący jednym z procesów diagenezy, jest częściowo funkcją temperatury, a co za tym idzie – pośrednio jest to związane z głębokością pogrzebania osadu (McBride 1984, González-Acebrón i in. 2010, 2012). Efektem zaistniałych procesów diagenetycznych w skaleniach potasowych jest zapewne wykształcenie się kolejnych typów spoiw wypełniających, które powstały już po uformowaniu się regeneracji. Taką kolejność ich tworzenia się potwierdzają obserwacje mikroskopowe (zarówno katodoluminescencja, jak i mikroskopia skaningowa). W obrębie spoiwa wypełniającego stwierdzono już we wcześniejszych analizach minerały ilaste oraz tlenki żelaza. Obecność minerałów ilastych jest tutaj efektem kaolinityzacji skaleni potasowych, co obserwowano w mikroskopie CL. W spoiwie wypełniającym zauważalne były także bardzo drobne okruchy węglanów o silnej pomarańczowej luminescencji (ryc. 28c, h; Sikorska 2005, Götze 2012). Obserwowano je w większości przebadanych próbek piaskowców. Rozmiary tych minerałów były jednak tak niewielkie, że trudno było w trakcie analiz katodoluminescencyjnych jednoznacznie stwierdzić, Diageneza piaskowców – wyniki badań 91 Ryc. 29. Próbki piaskowca z Radkowa w obrazie z mikroskopu skaningowego, fotograie wykonane w niskiej próżni, bez napylania: a – piaskowiec bogaty w skalenie potasowe ze śladami ich rozpuszczania, b – ziarna kwarcu pokryte „rozetami” hematytu (Fe2O3), c – silnie wykształcone spoiwo wypełniające, zarówno ilaste, jak i żelaziste w postaci hematytu, d – spoiwo wypełniające pod postacią sferycznych związków żelaza (rozety hematytu), między którymi widoczne są blaszki kaolinitu, e – spoiwo regeneracyjne na kwarcu zaznaczone strzałkami, pokryte wykształconym później spoiwem ilastym oraz hematytem, f – ślady regeneracji kwarcu ze sferycznymi formami związków żelaza, g – piaskowiec/arkoza z wyraźnym przewarstwieniem spoiwa żelazistego oraz wypełnieniem ilastym, h – silnie wykształcone spoiwo wypełniające między ziarnami kwarcu – wypełnienia hematytowe (Hm – hematyt/spoiwo żelaziste, K-F – skalenie potasowe, Kln – kaolinit, Q – kwarc) 92 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych czy jest to kalcyt czy syderyt. W trakcie obserwacji w mikroskopie optycznym (OM) w dwóch preparatach mikroskopowych zidentyikowano pojedyncze ziarna kalcytu (przy XN). Analizy SEM-EDS potwierdziły obecność kalcytu w spoiwie wypełniającym. Uwzględniając skład mineralny szkieletu ziarnowego i znaczny w nim udział często zniszczonych już skaleni potasowych, można przypuszczać, że drobne węglany obserwowane w obrazie CL mogą być efektem kalcytyzacji tych skaleni. Proces ten jest najczęściej zachodzącym procesem diagenetycznym w skaleniach potasowych w obrębie piaskowców (McBride 1984). W skałach z Radkowa widoczne są także ślady kompakcji mechanicznej. Spękane ziarna kwarcu zabliźnione zostały diagenetycznym kwarcem (ryc. 28g, h). Na tego typu kwarc wskazuje jego barwa w CL i brak luminescencji charakterystyczny dla autogenicznego kwarcu. Porowatość pierwotna piaskowców z Radkowa jest bardzo duża – od kilkunastu do nawet 25–30% w niektórych miejscach. Obserwacje procesów diagenetycznych w oparciu o SEM Piaskowce te, co wynika z poprzednich badań, należały do mocno zróżnicowanych pod wieloma względami. W obrazie CL zidentyikowano kilka procesów diagenetycznych tu występujących. Obraz SEM pozwolił na sporządzanie dokumentacji kolejności tworzenia się części z nich. Spoiwo regeneracyjne piaskowców z Radkowa w postaci autogenicznego kwarcu na ziarnach detrytycznych w obrazie CL pojawiało się w formie szczątkowej w większości prób. Analizy SEM ujawniły jednak miejscami bardzo dobrze rozwinięte obwódki na kwarcu zarówno mono-, jak i polikrystalicznym (ryc. 29e). Ziarna dobrze obtoczonego kwarcu i spoiwo regeneracyjne pokryte są spoiwem ilastym. Wśród minerałów ilastych obecne są duże ilości kaolinitu. Nie tworzy on jednak tak dobrze wykształconych form jak w piaskowcach z kamieniołomu Czaple. Jest silnie rozproszony. Spoiwo żelaziste powstało już po wykształceniu się spoiwa ilastego. Koncentryczne skupiska spoiwa żelazistego wykrystalizowały się na ziarnach kwarcu, jego obwódkach regeneracyjnych (ryc. 29) i między minerałami ilastymi. Związki te to hematyt (Fe2O3), który tworzy sferyczne skupiska w postaci rozet. Skład chemiczny hematytu został potwierdzony w trakcie analiz chemicznych wykonanych przy zastosowaniu SEM-EDS. 5.3.2.2. Procesy diagenetyczne w piaskowcach ze Szczytnej (Szczytna-Zamek) Skały te w porównaniu z piaskowcami z Radkowa są dużo mniej zróżnicowane. Należy podkreślić, że są one młodsze od osadów z Radkowa i zaliczane do górnych piaskowców ciosowych. Jak napisano w rozdziale piątym, skład mineralny szkieletu ziarnowego jest prawie monomineralny, a cechy teksturalne tych skał także nie należą do mocno zróżnicowanych. Obserwacje procesów diagenetycznych w oparciu o CL Mimo niewielkiej odległości kamieniołomu od Radkowa, próby te są petrograicznie mocno odmienne od poprzednich. Ich szkielet ziarnowy jest monomineralny, Diageneza piaskowców – wyniki badań 93 zbudowany z kwarcu o genezie magmowej, na co wskazują barwy luminescencji – głównie niebieskie (Boggs i Krinsley 2006). Pozbawiony jest on prawie zupełnie skaleni, których jest najwyżej kilka sztuk w szliie (1–2 ziaren skalenia, głównie alkalicznego). Pierwotne obtoczenie ziarna szkieletu jest bardzo dobre. Spoiwo i procesy diagenetyczne Spoiwo w tych skałach to głównie kwarcowe spoiwo regeneracyjne. Występuje ono praktycznie we wszystkich próbach. W mikroskopie polaryzacyjnym nie wszędzie było jednak widoczne. Obwódki regeneracyjne wykształcone są na większości ziaren, ale w różnym stopniu. W CL obserwowane są jako ciemne (czarne) obwódki autogenicznego (diagenetycznego) kwarcu wokół ziaren kwarcu o genezie plutonicznej (ryc. 30b, d, f, g). Obraz z mikroskopu skaningowego potwierdza obecność tego spoiwa. Ilość spoiwa ilastego w tych próbach jest na tyle mała, że w analizach CL nie widać zmiany barw w obrazie, które mogłyby wskazywać na jego obecność. Porowatość jest znacznie mniejsza niż w Radkowie. Dochodzi maksymalnie do 15%. Wpływa na to wysoki stopień diagenezy tych piaskowców i wykształcenie spoiwa regeneracyjnego. Obserwacje procesów diagenetycznych w oparciu o SEM Piaskowce z kamieniołomu Szczytna-Zamek są zdecydowanie odmienne w stosunku do skał z sąsiedniego Radkowa. Zarówno CL, jak i analiza SEM ujawniła znacznie mniej procesów diagenetycznych w tych skałach. W obrazie SEM-BSE widoczne są bardzo liczne ślady regeneracji ziaren kwarcu. Wpływa to bardzo wyraźnie na ich porowatość. Na powierzchniach zregenerowanego kwarcu występują jednak dodatkowo ślady korozji/rozpuszczania, które powstały już po wykrystalizowaniu autogenicznej krzemionki (ryc. 31c). Uwzględniając fakt, że w nielicznych miejscach po skorodowanym kwarcu autogenicznym wykrystalizował się widoczny w SEM kaolinit, należy założyć, że proces rozpuszczania się miał miejsce jeszcze przed powstaniem spoiwa wypełniającego. W badaniach piaskowców z pozostałych analizowanych kamieniołomów nie obserwowano tego zjawiska. Na powierzchniach nieskorodowanych obwódek regeneracyjnych także widać wykrystalizowane autogeniczne minerały ilaste (ryc. 31a–d) o wyraźnym cienkopłytkowym pokroju. Poza kaolinitem, w toku analiz SEM i SEM-EDS stwierdzono także obecność niewielkich ilości chlorytu, który miejscami przerośnięty jest ze spoiwem kwarcowym (prostopadle do jego powierzchni), co jest dowodem na ich równoczesną krystalizację (ryc. 31b). W trakcie analiz SEM płytek cienkich nie zaobserwowano widocznych śladów, np. kaolinityzacji skaleni czy łyszczyków. Uwzględniając fakt, że skaleni prawie brak w próbkach, przypuszczalnie obecność niewielkich ilości minerałów ilastych można jednak powiązać właśnie z tym procesem. 94 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych Ryc. 30. Próbki piaskowca ze Szczytnej (kamieniołom Szczytna-Zamek): a, b – w centralnej części widoczny kwarc hydrotermalny, dobrze wykształcone spoiwo regeneracyjne, niewielki ilości spoiwa ilastego, c, d – kwarc ze spoiwem regeneracyjnym, szczątkowo zachowane skalenie potasowe ze śladami ich rozpuszczania, w spoiwie widoczne niewielkich rozmiarów węglany, e, f – spoiwo regeneracyjne na kwarcu, ślady rozpuszczania kwarcu na kontakcie międzyziarnowym na skutek ciśnienia, g, h – dobrze wykształcone spoiwo regeneracyjne (fotograie: a, c, e – skrzyżowane polaryzatory, b, d, f–h – obraz CL); Q – kwar, Qh – kwarc hydrotermalny, Kln – kaolinit, F – skalenie Diageneza piaskowców – wyniki badań 95 Ryc. 31. Próbki piaskowca z kamieniołomu Szczytna-Zamek w obrazie z mikroskopu skaningowego, VP-SEM, bez napylania: a – bardzo dobrze wykształcone spoiwo regeneracyjne na kwarcu, b – dobrze wykształcone spoiwo regeneracyjne na kwarcu pokryte płytkami kaolinitu, c – wyraźnie zaznaczona kolejność zachodzących procesów diagenetycznych, widoczne niewielkie ślady rozpuszczania się spoiwa regeneracyjnego – wskazane strzałkami, między ziarnami kwarcu pakiety książeczkowe kaolinitu, d – piaskowiec ze śladami regeneracji kwarcu oraz spoiwem wypełniającym; Chl – chloryt, Kln – kaolinit, Q – kwarc 5.3.3. Diageneza piaskowców z elementów lapidarnych kościoła romańskiego w Lubiniu Obserwacje procesów diagenetycznych w oparciu o CL Piaskowce z elementów lapidarnych z kościoła w Lubiniu, jak już wspomniano przy analizie petrograicznej, znacznie różniły się od tych z analizowanych i prezentowanych w niniejszym opracowaniu oraz badanych przez autorkę w latach ubiegłych kamieniołomów (Kasprzak 2006, Szczepaniak i in. 2008). Najbardziej widocznym elementem odróżniającym te skały jest sposób wykształcenia spoiwa, co można było obserwować już w mikroskopie optycznym. Dominujące było spoiwo krzemionkowe wykształcone jako obwódki regeneracyjne (ryc. 32a– c). Prawie każda próbka pobrana z elementów lapidarnych miała takie spoiwo. Szkielet ziarnowy, co już stwierdzono w trakcie analiz mikroskopowych (OM), jest prawie monomineralny, wyjątkiem jest próbka nr 17. Piaskowiec w większości zbudowany jest z kwarcu o genezie magmowej, bardzo rzadko obserwowano skalenie. W pojedynczych próbkach pojawiają się także ziarna kwarcu o odmien- 96 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych Ryc. 32. Próbki piaskowca z Lubinia: a–b – dobrze wykształcone spoiwo regeneracyjne na ziarnach kwarcu plutonicznego i wulkanicznego, widoczne zabliźnianie pokruszonych ziaren kwarcu, c – wyraźnie widoczne kolejne etapy tworzenia spoiwa regeneracyjnego, d – drobne kryształy kalcytu w spoiwie wypełniającym na obwódkach regeneracyjnych, e – kaolinitowe spoiwo wypełniające, f – próbka z dużym udziałem skaleni potasowych noszących ślady ich rozpuszczania się, g–h – piaskowiec polimiktyczny zbudowany z kwarcu, skaleni potasowych, kalcytu, z widocznymi śladami rozpuszczania się zarówno skaleni, jak i kalcytu (Q – kwarc, Qv – kwarc wulkaniczny, Cl – kalcyt, Kl – kaolinit, K–F – skalenie potasowe, Zr – cyrkon; b, f, h – obraz z mikroskopu katodoluminescencyjnego CL, a, g – skrzyżowane polaryzatory) Diageneza piaskowców – wyniki badań 97 nej barwie CL (różowej, żółtawej), co wskazuje na inną ich genezę. Przykładami są: próbka nr 1, w której stwierdzono obecność kwarcu żyłowego w większych ilościach, oraz próbka nr 2, która zawierała w swoim szkielecie ziarna wulkaniczne (ryc. 32b). W pozostałych próbkach odnotowano jedynie kwarc pochodzenia magmowego. Spoiwo i procesy diagenetyczne Piaskowce z elementów lapidarnych cechowały się bardzo dobrze rozwiniętym spoiwem regeneracyjnym (ryc. 32a–d). Stopień jego wykształcenia jest wynikiem bardzo swobodnego wzrostu. Obraz CL uwidocznił także bardzo dobre obtoczenie większości ziaren kwarcu, na których obecnie wykształcone są obwódki regeneracyjne. Na części ziaren widoczne są też etapy przyrastania obwódek regeneracyjnych. Analizując widoczne w skale procesy diagenetyczne, można stwierdzić, że spoiwo to było z pewnością pierwszym wykształconym, a porowatość pierwotna tej skały była znacznie większa niż skał z prezentowanych w niniejszym opracowaniu kamieniołomów. W obrębie spoiwa stwierdzono również bardzo niewielkie okruchy węglanów (ryc. 32d), nie rozpoznane w OM (przykładowo próbki nr 2, 6, 8). Uwzględniając fakt, że skalenie występujące w tych piaskowcach są bardzo nieliczne i zachowane w szczątkowej formie, można przypuszczać, że to one były źródłem CaCO3 obecnego w spoiwie, ulegając kalcytyzacji. W spoiwie tych piaskowców stwierdzono także w bardzo nielicznych przypadkach obecność minerałów ilastych pod postacią kaolinitu (próbka nr 13, ryc. 32e) oraz chalcedonu (próbka nr 18). W tej ostatniej próbce zaobserwowano też nieco większy niż w pozostałych próbkach udział okruchów węglanowych w spoiwie o intensywnie ciemnopomarańczowych barwach (Sikorska 2005, Götze 2012). Zupełnie odmienna jest próbka nr 17. W odróżnieniu od pozostałych, zaklasyikowanych do arenitów kwarcowych, piaskowiec ten jest skałą polimiktyczną (ryc. 32f–h). W skład jego szkieletu ziarnowego wchodzą poza kwarcem skalenie potasowe, znacznej wielkości okruchy węglanowe, apatyt. Ziarna są w większości słabo obtoczone. W próbce tej obserwowano największą liczbę procesów diagenetycznych. Ziarna kwarcu mają bardzo słabo wykształcone obwódki regeneracyjne (ryc. 32f–h), nie obserwowano natomiast spoiwa kontaktowego. W piaskowcu tym dominuje spoiwo wypełniające ilaste, kaolinitowe o ciemnoniebieskich barwach w CL. Obecność tego ostatniego składnika spoiwa jest z pewnością efektem procesu kaolinityzacji skaleni potasowych. Część ziaren tych minerałów nosi także wyraźne ślady rozpuszczania (ryc. 32f, h) oraz albityzacji. W piaskowcu tym widoczne jest również rozpuszczanie okruchów węglanowych. Próbka ta jednak nie została ujęta w zbiorczej tabeli przedstawiającej wszystkie obserwowane procesy diagenetyczne w obrębie danego zespołu prób, gdyż nie jest reprezentatywna – jest to jedna próbka odrębna w stosunku do całego zespołu 23 prób z elementów lapidarnych z kościoła w Lubiniu. 98 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych Obserwacje procesów diagenetycznych w oparciu o SEM Zarówno w badaniach w mikroskopie optycznym (OM), CL, jak i SEM widoczne było bardzo silnie wykształcone spoiwo regeneracyjne (ryc. 33a–d) – większość ziaren kwarcu miała dobrze widoczne obwódki regeneracyjne. W próbach, w których ten typ spoiwa dominował, nie stwierdzono w większości przypadków spoiwa wypełniającego. Spoiwo ilaste i żelaziste pojawiało się niezmiernie rzadko i w bardzo małych ilościach. Na tle wszystkich pobranych próbek, zarówno w obrazie MO, CL jak i SEM, wyróżniały się tylko pojedyncze z nich (próbki nr 17, 18 i 22). Jedynie w tych trzech próbkach obserwowano procesy rozpuszczania się skaleni oraz kaolinityzację po łyszczykach (ryc. 33g) i po skaleniach. W spoiwie widoczne były także nieregularnie rozmieszczone kryształy kalcytu. Ze względu na miejscami duże rozmiary kryształów tego minerału można przypuszczać, że być może nie w całości jest on związany z kalcytyzacją np. skaleni. Trudno jednak mówić o ziarnach detrytycznych, gdyż nie noszą one śladów obtoczenia, a co ważniejsze – ziarna kwarcu cechujące się pierwotnie bardzo dobrym obtoczeniem (widoczne w świetle CL) roztarłyby ziarna węglanowe w trakcie transportu pierwotnego osadu. 5.3.3.1. Badania piaskowców z Lubinia a pozostałe wyniki z kamieniołomów Próbki piaskowców z elementów lapidarnych w Lubiniu były mocno odmienne od skał pozyskanych z kamieniołomów prezentowanych w niniejszym opracowaniu. Porównano je zatem także do piaskowców pobranych w latach 2003–2006 z murów innych romańskich obiektów z Wielkopolski oraz do piaskowców z niewielkich neogeńskich łomów we wschodniej i południowej Wielkopolsce (Kasprzak 2006, Szczepaniak i in. 2008, Szczepaniak 2009). Wśród obiektów architektonicznych, których elementy ościeży, portali, naroży i największe ciosy murów odporowych wykonano z piaskowców, znalazły się kościoły z Kościelca Kaliskiego, Kalisza, Kotłowa i Krobi. Wybrane do porównań łomy piaskowców zlokalizowane są w rejonie Konina (Brzeźno, Sulanki, Święcia) oraz Ostrzeszowa (Kobyla Góra, Olszyna, Parzynów) (Kasprzak 2006). Po wykonaniu analizy porównawczej obrazu z mikroskopu polaryzacyjnego (OM) i katodoluminescencyjnego (CL) stwierdzono, że piaskowce z Lubinia najbardziej zbliżone były do skał budujących mury kościoła cmentarnego w Krobi, a także do skał z niewielkiego łomu w Brzeźnie (ryc. 34; wyniki badań terenowych i laboratoryjnych prowadzonych przez autorkę w latach ubiegłych; Kasprzak 2006). Piaskowce z Krobi cechowały się silnie wykształconym spoiwem regeneracyjnym i prawie monomineralnym szkieletem ziarnowym. Uwzględniając zidentyikowane cechy diagenetyczne i skład mineralny szkieletu ziarnowego (Kasprzak 2006), piaskowce te uznać trzeba za najbardziej do siebie zbliżone. W skałach z kościoła w Krobi można też zaobserwować kaolinityzację muskowitu i skaleni oraz rozpuszczanie się tych ostatnich i ziaren kwarcu. W piaskowcach tych dodatkowo obserwowano nieliczne rzadko spotykane kwarce żyłowe o pasowej budowie i żółtej luminescencji, których nie odnaleziono w innych przedstawionych miejscach. Piaskowce z Brzeźna także Diageneza piaskowców – wyniki badań 99 Ryc. 33. Próbki piaskowca z elementów lapidarnych z kościoła romańskiego w Lubiniu w obrazie z mikroskopu skaningowego (SEM-BSE), VP-SEM, bez napylania: a–d – bardzo dobrze wykształcone spoiwo regeneracyjne na większości ziaren kwarcu, wskazane strzałkami, próbki lityczne, e–f – widoczne dobrze rozwinięte spoiwo regeneracyjne oraz niewielka porowatość, g – próbka piaskowca – arkozy – o zróżnicowanym składzie mineralnym, widoczne ilaste spoiwo wypełniające oraz procesy diagenetyczne: rozpuszczanie skaleni, kaolinityzacja skaleni i muskowitu, h – autogeniczne minerały kaolinitu tworzące formy książeczkowe; Kln – kaolinit, K-F – skalenie potasowe, Ms – muskowit, Q – kwarc 100 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych Ryc. 34. Przykłady arenitów kwarcowych (eratyki z terenu Wielkopolski, łom w Brzeźnie, kościół w Krobi) najbardziej zbliżone pod względem obrazu mikroskopowego i składu mineralnego do skał z Lubinia: a–b – eratyczne arenity kwarcowe z silnie wykształconym spoiwem regeneracyjnym, c–d – neogeńskie piaskowce – arenity kwarcowe – z łomu w Brzeźnie k. Konina także z silnie wykształconym spoiwem regeneracyjnym, e–h – próbki arenitów kwarcowych z ciosów piaskowcowych kościoła w Krobi z wyraźnymi obwódkami regeneracyjnymi (Szczepaniak 2014); strzałki wskazują najbardziej wyraźnie wykształcone spoiwo regeneracyjne i autogeniczną krzemionkę (część materiału z prac Kasprzak 2006, Szczepaniak 2014) (a, f – skrzyżowane polaryzatory, g, h – fotograie z mikroskopu katodoluminescencyjnego) Podsumowanie 101 miały silnie wykształcone spoiwo regeneracyjne, jednak udział ilastego spoiwa wypełniającego był większy niż w Krobi. Z racji, że obraz mikroskopowy piaskowców z kościołów w Lubiniu i Krobi nie był zbliżony do piaskowców z analizowanych kamieniołomów, porównano go z próbkami piaskowców eratycznych. Pobrano w tym celu próbki tej litologicznej skały wśród narzutniaków na południe od Poznania. Miejsce wybrano tak, aby uchwycić materiał zdeponowany w czasie trwania fazy leszczyńskiej zlodowacenia północnopolskiego, o tym samym składzie litologicznym co materiał lodowcowy w rejonie miejscowości Krobia i Lubiń (Górska 2000, Czubla i in. 2006). Makroskopowo skały te nie różniły się od piaskowców dolnośląskich, ale były trudniejsze do pobrania (rozbicie eratyku przysparzało sporo trudności, co wskazywać mogło na innych charakter spoiwa). W obrazie mikroskopowym znacznie się jednak różniły, gdyż już w mikroskopie polaryzacyjnym widoczne było bardzo wyraźnie spoiwo regeneracyjne (ryc. 19, 34). Skały te, podobnie jak większość piaskowców z obszaru synklinorium północno- i śródsudeckiego, były prawie monomineralne, zbudowane z kwarcu monokrystalicznego. Poza spoiwem kontaktowym oraz dominującym, bardzo dobrze wykształconym spoiwem regeneracyjnym, brak było ilastego czy żelazistego spoiwa wypełniającego. W przypadku piaskowców z Lubinia zarówno badania OM, CL, jak i SEM także ujawniały bardzo niewielkie ilości tego typu spoiwa lub wręcz jego brak. Ziarna kwarcu budujące piaskowce z murów kościoła w Krobi w obrazie CL charakteryzowały się ioletowymi i niebiesko-ioletowymi barwami minerału. Barwy te są charakterystyczne dla kwarcu plutonicznego. W mikroskopie polaryzacyjnym obserwowane były liczne ziarna kwarcu, które cechowały się występowaniem subziarn w ich obrębie, co wskazuje na związek ich powstania z metamorizmem. W obrazie CL większość z nich miała jednak takie same barwy jak kwarc plutoniczny. Może to wskazywać na fakt, że nie są to zlepki wielu kryształów, a jedynie pojedyncze, mocno zdeformowane ziarna. Kwarce wykazujące pochodzenie metamoriczne, o luminescencji takiej, jak kwarce magmowe, wytworzyły się najprawdopodobniej w wysokotemperaturowym metamorizmie. Niewielka część z nich w świetle CL charakteryzowała się jasnymi, prawie białymi barwami, co jest związane z ich metamoriczną genezą. W piaskowcach z elementów lapidarnych w Lubiniu także występowały ziarna polikrystaliczne, które ujawniły w CL barwę charakterystyczną dla kwarcu plutonicznego, jednak było ich mniej niż w próbkach pobranych w Krobi. Brakowało też typowego kwarcu metamoricznego. 5.4. Podsumowanie Zróżnicowanie procesów diagenetycznych w piaskowcach jest silnie związane nie tylko ze środowiskiem, w jakim zdeponowany został osad i w jakim on przebywał, ale także ze składem mineralnym szkieletu ziarnowego danej skały. We wszystkich badanych i prezentowanych tutaj piaskowcach, z racji że są to skały lite, występował ten sam zespół podstawowych procesów diagenetycznych przed- 102 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych stawionych na początku tego rozdziału (Worden i Burley 2003). Zalicza się do nich: • autogeneza, • cementacja, • kompakcja, • lityikacja, • rekrystalizacja, • rozpuszczanie. Tabela 4. Zestawienie procesów diagenetycznych obserwowanych w piaskowcach kredowych synklinorium północnosudeckiego i śródsudeckiego w odniesieniu do prac Worden i Burley 2003 i McBride 1984 (tab. 3 z tejże pracy), bez uwzględnienia podstawowych procesów, takich jak np. kompakcja, które zachodziły we wszystkich próbach Miejsce poboru próbek: kamieniołom/ kościół Synklinorium północnosudeckie Czaple – wyrobisko B Zakładu Górniczego Czaple Nowa Wieś Grodziska – wyrobisko C Zakładu Górniczego Czaple Rakowice Małe (kamieniołom Rakowiczki) Główne procesy diagenetyczne Skała wyjściowa/ minerał Skalenie potasowe Plagioklazy Okruchy skał wulkanicznych Muskowit Skalenie potasowe Muskowit Skalenie potasowe Okruchy skał wulkanicznych Skalenie potasowe Plagioklazy Żerkowice Muskowit Stwierdzony proces diagenetyczny Kalcytyzacja Kaolinityzacja Rozpuszczanie Kalcytyzacja Rozpuszczanie Kaolinityzacja Kaolinityzacja Inne procesy diagenetyczne obserwowane w piaskowcach Rozpuszczanie kwarcu Powstanie spoiw w kolejności: spoiwo kontaktowe spoiwo regeneracyjne spoiwo wypełniające Kaolinityzacja Spoiwo kontaktowe Spoiwo regeneracyjne Spoiwo wypełniające Kalcytyzacja Rozpuszczanie Kaolinityzacja Rozpuszczanie Rozpuszczanie kwarcu, Spoiwo kontaktowe, spoiwo regeneracyjne SiO2 i żelaziste Fe2O3 Rozpuszczanie Kaolinityzacja Rozpuszczanie ziaren kwarcu Silna kompakcja osadu – spękane kwarce zabliźnione Rozpuszczanie słabo diagenetycznym kwarcem widoczne Spoiwo kontaktowe Kaolinityzacja Spoiwo regeneracyjne Rozpuszczanie Spoiwo wypełniające Diageneza kaolinitu w dickit Podsumowanie Miejsce poboru próbek: kamieniołom/ kościół 103 Główne procesy diagenetyczne Skała wyjściowa/ minerał Skalenie potasowe Synklinorium śródsudeckie Plagioklazy Radków Okruchy skał wulkanicznych Muskowit Biotyt Skalenie potasowe Szczytna-Zamek Rozpuszczanie Kaolinityzacja Kalcytyzacja Albityzacja Rozpuszczanie – nieznaczne Rozpuszczanie – nieznaczne Kaolinityzacja Rozpuszczanie Rozpuszczanie – nieznaczne Kaolinityzacja Nieznaczne ślady rozpuszczania Plagioklazy Skalenie potasowe Obiekt sakralny Stwierdzony proces diagenetyczny Lubiń Muskowit Skalenie Krobia* Muskowit Rozpuszczanie Kalcytyzacja Kaolinityzacja – bardzo nieznaczna Kaolinityzacja Nieznaczne ślady rozpuszczania Kaolinityzacja Inne procesy diagenetyczne obserwowane w piaskowcach Rozpuszczanie kwarcu detrytycznego Silna kompakcja osadu – spękane kwarce zabliźnione diagenetycznym kwarcem Spoiwo kontaktowe Spoiwo regeneracyjne (słabo wykształcone) Spoiwo wypełniające ilaste i żelaziste (hematyt) Zdiagenezowane glaukonity Spoiwo kontaktowe Spoiwo regeneracyjne Rozpuszczanie autogenicznej krzemionki (obwódek regeneracyjnych) Równoczesna krystalizacja chlorytu i autogenicznego kwarcu Spoiwo regeneracyjne silnie wykształcone, nadające większości ziaren kwarcu automoriczne kształty Autogeniczny chalcedon Rozpuszczanie kwarcu Spoiwo regeneracyjne silnie wykształcone, nadające większości ziaren kwarcu automoriczne kształty *piaskowce z Krobi dodano do tabeli ze względu na bardzo duże podobieństwo tych skał do siebie, celem jest dokonanie obserwacji także w przypadku widocznych procesów diagenetycznych, aby móc stwierdzić, czy skały te są ze sobą bardziej związane. W badanych piaskowcach, ponieważ większość tych skał jest mało zróżnicowana petrograicznie i wiekowo, zespół zachodzących procesów diagenetycznych jest ograniczony. Jest to najczęściej kaolinityzacja muskowitu i skaleni, rozpuszczanie okruchów litycznych oraz wykształcenie spoiwa regeneracyjnego. Nie oznacza to jednak, że wszystkie te skały scharakteryzować można dokładnie w ten sam sposób, czego dowodem są piaskowce z detali architektonicznych w Lubiniu (a także piaskowce z kościoła w Krobi zaprezentowane w tabeli 4) i z kamieniołomu w Żerkowicach (tab. 4). W próbkach z Lubinia i Krobi bardzo 104 Procesy diagenetyczne w piaskowcach Dolnego Śląska i pozyskanych z obiektów architektonicznych silnie wykształcone jest spoiwo regeneracyjne, które nadaje większości ziaren kwarcu wygląd automoricznych kryształów. Cecha ta bardzo silnie wyróżnia te piaskowce od innych. Piaskowce z Żerkowic natomiast odznaczają się dużą ilością ilastego spoiwa wypełniającego z grupy kaolinitu. Barwy CL tegoż spoiwa w trakcie analiz zmieniały swoje zabarwienie z intensywnie niebieskiego na coraz ciemniejsze, co wskazuje na obecność dickitu powstałego najprawdopodobniej w wyniku diagenezy kaolinitu. Piaskowce z Radkowa zaś mają odmienny skład szkieletu ziarnowego ze względu na znacznie większy udział w nim skaleni czy fragmentów litycznych. Dzięki temu zróżnicowaniu obserwowane procesy diagenetyczne są w nich najbardziej urozmaicone i o innej intensywności (tab. 4). Poza samym przeobrażeniem wybranych minerałów należy zauważyć, że w tych próbach pojawiały się liczniejsze niż w innych miejscach, spękane ziarna kwarcu najprawdopodobniej w wyniku działania kompakcji, a następnie „sklejone” diagenetycznym kwarcem, który charakteryzował się brakiem luminescencji. Najbardziej zbliżone do siebie pod względem obserwowanych procesów diagenetycznych w próbkach są piaskowce z Czapli, Nowej Wsi Grodziskiej i Rakowic Małych. Podobieństwo piaskowców z dwóch pierwszych miejscowości wynika głównie z faktu, że pochodzą z tego samego złoża, a jedynie z innych poziomów wydobywczych, nieznaczne zróżnicowanych wiekowo. Ściany, z których pobierano próby (wyrobisko B i C), oddalone są od siebie o około 700 m w linii prostej i około 50 m w pionie. Większa liczba obserwowanych zjawisk w wyrobisku B dotyczy jedynie pojedynczych ziaren. Uwzględniając rodzaj procesów diagenetycznych w piaskowcach ze Szczytnej (kamieniołom Szczytna-Zamek), należy stwierdzić, że nie różnią się one silnie od skał z terenu synklinorium północnosudeckiego. Ich główna różnica polega na ilości wykształconego spoiwa ilastego, którego w Szczytnej jest niewiele. Zbiorcze wyniki zaprezentowano w tabeli 4, będącej zarazem podsumowaniem powyższej charakterystyki piaskowców. Umieszczono w niej w skrócie wszystkie zaobserwowane w badanych próbkach procesy. W przypadku próbek z elementów lapidarnych z kościoła w Lubiniu w tabeli nie uwzględniono jednej próby, która wyraźnie różniła się od reszty. Odnotowano w niej bardzo liczne procesy diagenetyczne, które nie pojawiały się w żadnej innej próbce z tychże elementów. 6. Analiza statystyczna uziarnienia Analizy te popularne są przede wszystkim w badaniach sedymentologicznych, w których przypadku pozwalają na dokonanie dokładnej charakterystyki badanego osadu. Analizy te przeprowadzono w oparciu o pomiary najdłuższych osi ziaren obserwowanych w płytkach cienkich w danym obrazie. W przypadku osadu luźnego pomiarów takich dokonuje się po wykonaniu analiz sitowych i przeliczeniu otrzymanych wyników. Na podstawie wielkości ziaren oraz obliczonych na ich podstawie różnych parametrów statystycznych wskazujących chociażby na wysortowanie, można odczytać między innymi energię odpowiedzialną za transport i depozycję osadu. Przy użyciu takich parametrów można również starać się wyznaczyć konkretne środowiska sedymentacji danego osadu, jak czynił to chociażby Friedman (1962). W badanych piaskowcach jest to jednak bardzo trudne, głównie ze względu na obecność obwódek regeneracyjnych, często słabo widocznych w mikroskopie polaryzacyjnym, które mogą utrudniać wykonanie prawidłowych pomiarów maksymalnych długości ziaren. Dodatkowo badania takie w litej skale są dużą rzadkością, gdyż zmiany zachodzące w osadzie po jego depozycji i lityikacji mogą być na tyle znaczące, że otrzymane wyniki mogą odbiegać od rzeczywistości. Dlatego też tego typu badania są odnoszone głównie do osadów luźnych. W przypadku niniejszych badań analiza wykonana została w oparciu o płytki cienkie oraz o techniki komputerowe: mierzono najdłuższe osie ziaren widocznych w obrazie mikroskopowym, dokonując przynajmniej 300 zliczeń na preparat (maksymalnie ponad 500), w zależności od zróżnicowania uziarnienia próbki (tak, aby pomiary ziaren pokrywały cały widoczny pod mikroskopem obraz). W badaniach tego typu można jednak znaleźć różne zalecenia co do liczby pomiarów. Dla uzyskania określonego zbioru danych statystycznych w obrębie jednej płytki wykonuje się często 100–200 pomiarów największych długości osi ziaren. Część badań wskazuje na to, że pomiar 300 ziaren na jedną płytkę cienką daje wiarygodne rezultaty (Ratajczak i in. 1998). Friedman (1958) sugeruje, że pomiar wielkości ziarna powinien być wykonany w liczbie 100, 200, 300, 400 lub 500, tak aby wykonane pomiary pokrywały cały analizowany obraz, co w niniejszej pracy uczyniono. W badaniach wykorzystany został program komputerowy AnalySIS. Wszystkie wielkości ziaren oraz parametry statystyczne obliczane były w milimetrach. Przy użyciu metod komputerowych wykonane zostały: 106 Analiza statystyczna uziarnienia • pomiary wielkości ziaren budujących poszczególne piaskowce, • obliczenia statystyczne metodą momentów na podstawie otrzymanych pomiarów ziaren takich parametrów, jak: odchylenie standardowe, skośność, średnia średnica oraz kurtoza. Opis poszczególnych parametrów statystycznych i ich znaczenie przedstawione zostały już w rozdziale drugim dotyczącym metod badawczych. W niniejszej pracy wykorzystano metodę obliczeniową momentów zalecaną w badaniach sedymentologicznych (Grzegorczyk 1970; jest to także metoda stosowana domyślnie przez program komputerowy). Z punktu widzenia statystyki matematycznej metoda ta służy do najlepszego uzyskiwania parametrów rozkładu wielkości ziaren. Sposób ten, w przeciwieństwie do innych, określa charakter całego uzyskanego rozkładu. Zalecają go między innymi Wentworth (1929), Krumbein (1936), Friedman i Sanders (1978) czy Gradziński i in. (1986). Po obliczeniu wszystkich parametrów w toku analiz statystycznych, porównano je między sobą, dzieląc je na zespoły w zależności od miejsca ich pochodzenia (na poszczególne kamieniołomy piaskowców kredowych oraz kościół w Lubiniu). W obrębie zespołów dokonywano analizy zmienności parametrów (wskazywano, jak dalece różnorodne bądź też podobne są próbki skał w obrębie jednej grupy). W tym celu porównywano ze sobą wartości liczbowe odchylenia standardowego i skośności otrzymanych z blisko 200 płytek cienkich. Dodatkowo stworzono zestawienie tabelaryczne (tab. 5), w którym zaprezentowano obecne i wcześniejsze wyniki badań z innych badanych wychodni piaskowców neogeńskich i piaskowców pobranych z romańskich świątyń Wielkopolski (Kasprzak 2006, Szczepaniak 2014). Poza porównaniem poszczególnych parametrów statystycznych wykonano także wykresy ich wzajemnych zależności, które dobrze zobrazowały istniejące podobieństwa i różnice między grupami piaskowców. W badaniach środowiskowych stosowane są dodatkowo przeliczenia otrzymanych wartości poszczególnych parametrów statystycznych za pomocą tzw. równań regresji (Friedman 1958, 1962), dzięki którym wyniki obliczeń stają się jak najbardziej wymierne, gdyż obraz mikroskopowy to zaledwie niewielki wycinek próbki w stosunku do wyników analizy sitowej, do której przeprowadzenia potrzebne jest minimum 200 g próbki. Gradziński i in. (1986) zauważyli jednak, że stopień korelacji przeliczeń części parametrów z analizy płytek cienkich z wynikami równoważnymi analizie sitowej jest tak niewielki, że nie zalecają oni takich działań. 6.1. Wyniki analiz statystycznych Dzięki otrzymanym wynikom liczbowym poszczególnych parametrów statystycznych uziarnienia możliwe było dokonanie ich porównań między sobą. Pozwoliły one m.in. na określenie podobieństw między próbkami czy udziału frakcji drobnej lub grubej w danym zespole. Najistotniejsze dla niniejszej pracy są wartości uzyskane w kamieniołomach piaskowców kredowych i ich porównanie z wartościami parametrów statystycznych z budowli romańskich. Na rycinie 35a przedstawiono wartość średniej Wyniki analiz statystycznych 107 średnicy na tle rozrzutu tej wartości we wszystkich badanych próbkach z danego analizowanego kamieniołomu czy kościoła. Widoczne wartości informują o wysortowaniu prób w obrębie jednego zbioru (np. w danym kamieniołomie). Im mniejszy jest przedział wartości na rycinie dla danego kamieniołomu, tym lepsze jest wysortowanie, im ten przedział jest większy, tym wysortowanie gorsze. Rycina 35b obrazuje natomiast wartość średniej na tle wartości odchylenia standardowego (SD) z danego miejsca poboru prób (wartość SD – wartość średniej + wartość SD; Norcliffe 1986). Informacje, które zawiera ta część diagramu, to podobieństwo do siebie poszczególnych zespołów danych: • jeśli wartość średniej średnicy jednego zespołu prób mieści się w obrębie przedziału standardowego odchylenia innego zespołu, wtedy można powiedzieć, że próby te są podobne; • jeśli wartość średniej średnicy nie mieści się w obrębie przedziału standardowego odchylenia innego zespołu, ale wartości SD tych dwóch zespołów „pokrywają się” choć częściowo, można powiedzieć, że próby te są prawdopodobnie różne; • gdy zakresy wartości SD poszczególnych prób z dwóch zespołów, np. kamieniołomów, nie nachodzą na siebie, próby te są istotnie różne. Należy pamiętać, że porównania te dotyczą jedynie uziarnienia prób, a nie uwzględniają podobieństw czy różnic chociażby w składzie mineralnym. Przyjmując powyższe wytyczne dotyczące interpretacji diagramu (ryc. 35b) można stwierdzić, że wszystkie analizowane kamieniołomy piaskowców kredowych z terenu synklinorium północnosudeckiego oraz piaskowce ze Szczytnej są do siebie podobne pod względem uziarnienia. Piaskowce z kamieniołomu w Radkowie są natomiast istotnie różne w porównaniu do piaskowców z Żerkowic i Rakowic Małych (kopalnia Rakowiczki). W stosunku do piaskowców ze Szczytnej, Czapli i Nowej Wsi Grodziskiej (wyrobisko C kamieniołomu Czaple) skały z Radkowa są prawdopodobnie różne. Dotyczy to zwłaszcza skał z wyższego poziomu wydobywczego w kamieniołomie Czaple (wyrobisko C), gdzie wartość średniej średnicy piaskowców z Radkowa pokrywa się na granicy zasięgu z wartością SD wyrobiska C. Pod względem uziarnienia piaskowce z rejonu synklinorium północnosudeckiego są podobne do piaskowców pozyskanych w wymienionych kościołach romańskich. Tak samo jest w przypadku skał ze Szczytnej. Piaskowce z Radkowa także wykazują podobieństwo do skał zastosowanych do budowy kościołów, jednak rozrzut standardowego odchylenia w nich jest na tyle duży i odmienny od wspomnianych skał, że należy mieć wątpliwości co do dużych podobieństw. Uwzględniając, można stwierdzić, że piaskowce z wcześniejszych badań (np. Kasprzak 2006, Szczepaniak 2014) skały z neogeńskich wychodni cechują się wyraźnie niższymi wartościami średniej średnicy w stosunku do wszystkich pozostałych zespołów prób, nie tylko z kościołów (ryc. 35a, tab. 5). Najbardziej zbliżone pod względem uziarnienia są tutaj skały z Brzeźna będące obiektem badań już w latach ubiegłych (Szczepaniak 2009, Szczepaniak 2014). Piaskowce z Parzynowa i Kobylej Góry są istotnie różne w stosunku do piaskowców ze wszystkich kościołów, tak jak piaskowce z Sulanek i Święci w stosunku do skał z Krobi i Kościelca Kaliskiego. O piaskowcach z Brzeźna natomiast, jako 108 Analiza statystyczna uziarnienia o jedynych z neogeńskich wychodni, można powiedzieć, że są podobne do próbek pozyskanych we wszystkich kościołach. Piaskowce z Osiecznicy koło Bolesławca pod względem uziarnienia są zaś podobne do piaskowców z Kalisza i Kotłowa. Należy tutaj jednak zaznaczyć, że skały z Osiecznicy są typowymi kwarcytami osadowymi, co powoduje, że są one zupełnie odmienne pod względem chociażby wykształcenia spoiwa od tych, na których podobieństwo wskazuje diagram (Kasprzak 2006). Ze schematów przedstawionych na rycinie 35a i b wynika, że do najlepiej wysortowanych skał należą piaskowce ze wszystkich kamieniołomów i niewielkich wychodni neogeńskich (z wyjątkiem Osiecznicy), gdyż tam wartości SD są najmniejsze (Kasprzak 2006). Także w piaskowcu koniackim Rakowiczki i Żerkowice to wysortowanie jest dobre. Wartości standardowego odchylenia wynoszą Ryc. 35. Diagramy porównawcze oparte na wartości średniej i standardowego odchylenia liczonego dla danego zespołu prób: a) wartość średniej średnicy na tle rozrzutu wszystkich wartości tego parametru występujących w obrębie danego punktu poboru prób (najlepiej wysortowane próbki z kościołów w Kaliszu i Kościelcu Kaliskim oraz Brzeźnie, Parzynowie, Rakowiczkach, najgorzej wysortowane piaskowce w kościele w Krobi i Lubiniu oraz w kamieniołomach Osiecznica, Czaple, Nowa Wieś Grodziska i Radków); b) wartość średniej średnicy na tle standardowego odchylenia występująca w obrębie danego miejsca poboru prób; przerywaną linią zaznaczono kamieniołomy, w których pod względem uziarnienia występują najbardziej zbliżone piaskowce do tych zastosowanych w architekturze romańskiej rozpatrywanej w pracy – uwzględniając zarówno rozrzut wartości SD, jak i wartość średniej średnicy Wyniki analiz statystycznych 109 Tabela 5. Zestawienie wyników parametrów statystycznych uziarnienia poszczególnych analizowanych piaskowców z kredowych i neogeńskich kamieniołomów oraz elementów lapidarnych z romańskich kościołów w południowej Wielkopolsce; wszystkie parametry podane w mm (zestawienie danych z prac: Kasprzak 2006, Szczepaniak 2009, 2014, uzupełnione; wyniki podane w tabeli kursywą uzyskano w trakcie realizacji projektu NCN nr N N307 009039) Piaskowce neogenu Dolnego Śląska Piaskowce neogenu południowej Wielkopolski Piaskowce neogenu wschodniej Wielkopolski Elementy lapidarne z romańskich kościołów Miejsce poboru prób Parametry statystyczne uziarnienia [mm] Standardowe Średnia Skośność odchylenie Kurtoza (śred(średnia (średnia (średnia wartość, nia wartość, wartość, wartość, minimum minimum minimum minimum i maksii maksimum) i maksii maksimum) mum) mum) 0,14 0,27 2,11 9,5 0,1–0,19 0,23–0,32 0,77–4,12 1,22–31,5 0,11 0,26 0,83 2,08 0,09–0,14 0,22–0,28 0,19–1,43 –0,23–5,5 Klasyikacja piaskowców (wg Pettijohn i in. 1972) 0,14 0,08–0,23 0,25 0,15–0,34 1,81 0,68–3,8 6,72 0,09–23,4 Krobia 0,14 0,07–0,33 0,30 0,21–0,68 1,93 0,48–4,52 10,34 0,13–46,21 Arenit kwarcowy Arenit kwarcowy Arenit kwarcowy, rzadko waki kwarcowe Arenit kwarcowy Lubiń 0,15 0,06–0,35 0,28 0,15–0,52 2,23/1,87* 0,1–9,9 15,60/9,86* –0,26–136,17 Arenit kwarcowy Brzeźno 0,09 0,08–0,11 0,19 0,16–0,22 1,21 0,6–2,18 3,36 –0,03–9,7 Sulanki i Święcia 0,08 0,05–0,09 0,14 0,07–0,21 2,49/1,31* 0,24–10,76 26,86/3,82* –0,03–188,18 Parzynów 0,09 0,03–0,12 0,09 0,04–0,13 3,21 1,59–5,97 18,65 2,56–60,29 Waki kwarcowe (tzw. kwarcyty osadowe) Kobyla Góra 0,09 0,06–0,12 0,12 0,07–0,23 2,37 1,15–3,25 9,89 3,02–19,11 Waki kwarcowe (tzw. kwarcyty osadowe) 43,63 1,9–121,47 Waki kwarcowe (tzw. kwarcyty osadowe), rzadko arenit kwarcowy Kalisz Kościelec Kaliski Kotłów Osiecznica 0,19 0,08–0,39 0,17 0,07–0,38 4,91 1,32–9,15 Arenit kwarcowy, rzadko waki kwarcowe Arenit kwarcowy i waki kwarcowe (tzw. kwarcyty osadowe) Analiza statystyczna uziarnienia 110 Kredowe piaskowce synklinorium śródsudeckiego Kredowe piaskowce synklinorium północnosudeckiego (okolic Bolesławca) Miejsce poboru prób Parametry statystyczne uziarnienia [mm] Standardowe Średnia Skośność Klasyikacja odchylenie Kurtoza (śred- piaskowców (średnia (średnia (średnia wartość, nia wartość, (wg Pettijohn wartość, wartość, minimum minimum minimum i in. 1972) minimum i maksii maksimum) i maksii maksimum) mum) mum) Kamieniołom Czaple (wyrobisko B) Nowa Wieś Grodziska (wyrobisko C) Rakowice Małe (piaskowiec Rakowiczki) 0,17 0,1–0,37 0,26 0,13–0,38 2,58/1,15* 0,44–19,76 35,76/3,36* –0,46–424,50 Arenit kwarcowy 0,14 0,04–0,46 0,23 0,11–0,39 1,80 0,25–6,15 11,62 –0,33–76,75 Arenit kwarcowy 0,11 0,07–0,16 0,22 0,19–0,27 1,31 0,62–2,92 3,59 0,65–11,51 Arenit kwarcowy Żerkowice 0,09 0,06–0,18 0,22 0,17–0,32 1,02 0,1–2,51 2,77 –0,4–10,13 Arenit kwarcowy Radków** 0,26 0,1–0,51 0,37 0,23–0,48 2,76 0,52–7,13 16,52 –0,08–80,77 Arkoza subarkoza Szczytna 0,16 0,08–0,27 0,29 0,22–0,37 3,36/2,84* 0,41–13,86 34,66/22,86* –0,08–270,79 Arenit kwarcowy *Dla wybranych miejsc pozyskania próbek (Lubiń, Sulanki, Święcia, Czaple, Szczytna) podano dwie wartości: pierwsza jest średnią arytmetyczną wszystkich analizowanych prób, druga to średnia wartość po odrzuceniu bardzo skrajnych i pojedynczych wartości wybranych parametrów. **W obliczeniach parametrów uziarnienia dla piaskowców z Radkowa uwzględniono jedynie pomiary ziaren próbek pobranych z ławicy skał wykorzystywanych do produkcji płyt okładzinowych i detali architektonicznych. Uwzględniając zatem dużą zmienność surowca w kamieniołomie (ławice piaskowców gruboziarnistych, zawierających liczne ośródki fauny kredowej i o spoiwie żelazistym rzadko użytkowanych na potrzeby architektoniczne), należy uznać, że dane podane w tabeli nie są wartościami charakterystycznymi dla całego zbioru, a wyłącznie dla jednej najbardziej interesującej pod kątem renowacji obiektów ławicy piaskowców. Mimo to wartość standardowego odchylenia jest najwyższą tu podaną w porównaniu do pozostałych zespołów prób. odpowiednio 0,11 i 0,09 mm. Do najgorzej wysortowanych należy natomiast zespół prób z Osiecznicy oraz Radkowa (są to odpowiednio wartości 0,19 i 0,26). Zróżnicowanie samego uziarnienia piaskowców z Radkowa widoczne jest też na fotograiach makroskopowych (ryc. 5). Dodatkowo rozpiętość wartości średniej średnicy w próbkach z Osiecznicy jest bardzo duża. Wszystkie dokładne wartości liczbowe poszczególnych parametrów statystycznych uziarnienia zestawione zostały w tabeli 5. Skały o zwiększonym udziale frakcji drobnej w całej próbce to te piaskowce, które charakteryzują się najmniejszymi wartościami skośności. Do takich skał Podsumowanie 111 należą przede wszystkim: piaskowce ze Szczytnej o średniej wartości skośności dla wszystkich badanych prób = 3,36, skały z neogeńskich niewielkich kamieniołomów w Osiecznicy k. Bolesławca o skośności równej 4,91 oraz w Parzynowie k. Ostrzeszowa – skośność 3,21 (tab. 5). Według wartości parametrów statystycznych uziarnienia największy udział frakcji grubszej w całym zespole prób spotykany jest w piaskowcach o niższych wartościach tego parametru. Są to skały z kościoła w Kościelcu Kaliskim (skośność=0,83; Szczepaniak 2014) oraz piaskowce Rakowiczki i Żerkowice (skośność o wartościach odpowiednio 1,31 i 1,02, tab. 5). 6.2. Podsumowanie W oparciu o wartości parametrów statystycznych uziarnienia można przede wszystkim charakteryzować takie cechy, jak: uziarnienie, wysortowanie, udział frakcji drobnych czy grubszych w stosunku do całości próbki. Jedynie wartość kurtozy nie dała żadnych wyraźnych informacji na temat piaskowców. Zaobserwowano tylko nieznaczną prawidłowość: przy wyższych wartościach skośności, obserwowano na ogół wyższe wartości kurtozy. Uwzględniając poszczególne wartości parametrów, analizowane próby z kamieniołomów Dolnego Śląska pod względem granulometrycznym można scharakteryzować w następujący sposób (tab. 5, ryc. 35; nie uwzględniono tutaj Wartowic i Żeliszowa z uwagi na niewielką liczbę prób, a co za tym idzie – statystycznie mało wiarygodne wyniki, które skrótowo podane zostały na końcu tego rozdziału): • Standardowe odchylenie – im wyższa wartość, tym gorsze wysortowanie – najwyższe wartości tego parametru obliczone zostały dla piaskowców z Radkowa (0,26). Ich słabe wysortowanie widoczne było także już makroskopowo. Pod względem granulometrycznym skały z tego kamieniołomu różnicowały się najbardziej ze wszystkich tutaj badanych, co bardzo wyraźnie obrazuje rycina 35. Piaskowiec Rakowiczki i Żerkowice charakteryzują się najniższymi wartościami tego parametru (odpowiednio 0,11 i 0,09). Świadczy to o bardzo niewielkim zróżnicowaniu granulometrycznym prób w obrębie danego kamieniołomu. Równocześnie zauważyć można bardzo duże podobieństwo między tymi dwoma stanowiskami. • Średnia średnica – średnia ta mierzona dla próbek z analizowanych kamieniołomów, obejmuje także skrajne próbki z zawartością fakcji żwirowej, stąd chwilami jej większe wartości. Uwzględniając wartości średniej (tab. 5), zauważyć można jedną prawidłowość: wszystkie obliczenia wykonane dla piaskowców z terenu synklinorium północnosudeckiego są do siebie mocno zbliżone. Prawdopodobnie można to wiązać z takimi samymi procesami (oraz zbliżonym czasem) powstawania tych osadów w kredzie w obrębie znacznych rozmiarów zapadliska śródgórskiego. Nieco większe zróżnicowanie zauważyć można w piaskowcach z synklinorium śródsudeckiego. Skały z Radkowa charakteryzują się wyraźnie większymi wartościami i odbiegają od północnosudeckich. W kamieniołomie tym wielokrotnie obserwowane były ziarna frakcji żwirowej, które znaleźć można było w większości próbek. Piaskowce ze 112 Analiza statystyczna uziarnienia Szczytnej natomiast cechują się tylko nieznacznie większą średnią niż skały z terenu synklinorium północnosudeckiego. Należy też zauważyć bardzo niewielki rozrzut tej wartości dla piaskowców z Rakowic Małych. • Skośność – asymetria rozkładu uziarnienia – w piaskowcach Rakowiczki i Żerkowice; uwzględniając najniższe wartości podane na tle innych kamieniołomów (odpowiednio 1,31 i 1,02 – tab. 5), można powiedzieć, że w próbkach tych udział frakcji grubszych w obrębie próbek jest większy niż w innych kamieniołomach (nie są to jednak próbki gruboziarniste, a jedynie udział tej frakcji w próbce jest zwiększony). Kamieniołomy Szczytna-Zamek i Czaple wyrobisko B charakteryzują się natomiast większym udziałem frakcji drobnej w obrębie próbek (nie są to dokładnie próbki drobnoziarniste, a próbki, w których udział tej frakcji jest zwiększony). W przypadku tych kamieniołomów skrajne wartości parametrów były bardzo duże i wynosiły dla Szczytnej – 13,86, a dla Czapli – 19,76. • Kurtoza – miara koncentracji wyników – najwyższe wartości tego parametru obliczone zostały dla kamieniołomów Szczytna Zamek i Czaple wyrobisko B (tab. 5). Dlatego można przypuszczać, że w kamieniołomach tych większość próbek jest zbliżona do średniej próbki z kamieniołomu. Jednak po odrzuceniu w obliczeniach tylko jednej skrajnej próbki z kamieniołomu Czaple, wartość kurtozy mocno spada i o próbkach tych nie można już powiedzieć, że charakteryzują się dużą koncentracją wyników wokół średniej. Najniższe wartości obliczone zostały dla piaskowca Rakowiczki i Żerkowice, stąd można założyć, że w tych kamieniołomach pojawia się większa liczba prób o wartościach skrajnych. Należy jednak zauważyć, że próbki z Radkowa są ograniczone tylko do jednej ławicy, toteż skrajne próbki nie zostały tutaj ujęte. Kurtoza zatem w tym przypadku nie jest parametrem, który ma duże znaczenie. W przypadku wszystkich obliczonych wartości poszczególnych parametrów statystycznych uziarnienia można stwierdzić, że pod względem granulometrycznym najbardziej jednorodne, a za razem podobne do siebie są skały z kamieniołomu Rakowice Małe (piaskowiec Rakowiczki) i Żerkowice. W trakcie badań rozpatrywano także kamieniołomy w Wartowicach i Żeliszowie. Liczba prób, jak już wspominano, była jednak niewielka (kilka prób na kamieniołom), stąd otrzymane wyniki nie mogą być traktowane jako reprezentatywne. W przypadku parametrów statystycznych najmniej reprezentatywne wydaje się standardowe odchylenie, gdyż liczba prób, a co za tym idzie – zmienność poszczególnych parametrów była bardzo niewielka, co przedstawiono w tabeli 6. Wartość średniej średnicy w uziarnieniu prób z Wartowic jest niższa, ale zbliżona do wartości tego parametru w pozostałych kamieniołomach z terenu synklinorium północnosudeckiego. Tak samo jest w przypadku prób z Żeliszowa, które pod tym względem nie różnią się od pozostałych z tego terenu. Pod kątem wartości skośności i kurtozy odbiegają one znacznie od średnich z pozostałych kamieniołomów (są niższe), co najprawdopodobniej jest spowodowane niewielką liczbą pomiarów. W odniesieniu do piaskowców z elementów lapidarnych z Lubinia nie zaobserwowano prawie żadnych wartości poszczególnych parametrów, które w wyraźny Podsumowanie 113 Tabela 6. Zestawienie wyników parametrów statystycznych uziarnienia piaskowców z kamieniołomów w Wartowicach i Żeliszowie z synklinorium północnosudeckiego; wszystkie parametry podane w mm (wyniki uzyskane w trakcie realizacji projektu NCN nr N N307 009039) Parametry statystyczne uziarnienia [mm] Klasyikacja piaskowców Miejsce poboru (wg Pettijohn’a i in. Standardowe prób Średnia Skośność Kurtoza 1972) odchylenie Wartowice Żeliszów 0,07 0,06 0,17 0,18 0,76 0,61 2,47 1,97 Arenit kwarcowy Arenit kwarcowy sposób odróżniałyby lub też upodabniałyby te piaskowce do innych tutaj analizowanych, a pochodzących z kamieniołomów. Jedynie wartość kurtozy jest dokładnie między średnimi wartościami otrzymanymi dla skał z Dolnego Śląska (wyższa od wartości z niecki północnosudeckiej i niższa od skał z niecki śródsudeckiej). Uwzględniając jednak fakt, że tylko ten parametr jest nieco odmienny, jego wartości nie są uznawane za szczególnie istotne. Dodatkowo jest on często trudny w jednoznacznej interpretacji. Porównując ze sobą wartości takich parametrów, jak średnia średnica i standardowe odchylenie z obiektów architektonicznych analizowanych w latach ubiegłych i Lubinia oraz kamieniołomów neogeńskich i kredowych, zauważyć można, że pod względem granulometrycznym próbki z bloków piaskowcowych ościeży i innych elementów kościołów najbardziej zbliżone są do próbek z kamieniołomów synklinorium północnosudeckiego. Jeśli piaskowce z neogeńskich łomów, głównie z terenu Wielkopolski, miałyby być stosowane w architekturze, to pod względem granulometrycznym i petrograicznym najbardziej prawdopodobne są te z okolic Brzeźna k. Konina (Kasprzak 2006). 7. Badania właściwości izycznych i mechanicznych skał Jednymi z najważniejszych badań skał, które wykonywane są m.in. na potrzeby budownictwa czy poszukiwania złóż, są badania właściwości izycznych i mechanicznych tychże skał. Uwzględniając kamień jako surowiec budowlany czy do produkcji płyt okładzinowych w zależności od odporności skał na takie czynniki, jak mróz, ściskanie czy krystalizację soli w przestrzeni porowej, mogą one być stosowane do różnych celów. Wartości poszczególnych parametrów pozwalają podjąć między innymi decyzję o wyborze danego kamienia na elewacje kamienne budynków czy jako okładzina wewnętrzna obiektu. Nie wszystkie bowiem wapienie czy piaskowce stosowane są zawsze do wytwarzania takich samych elementów budowlanych, np. kamienia okładzinowego, gdyż nie wszystkie one się do tego nadają. Cechy izyczne i mechaniczne często zależą od składu mineralnego szkieletu ziarnowego danej skały, jej porowatości, składu granulometrycznego czy spoiwa (Stewarski i in. 1995), co zostało już omówione we wcześniejszych rozdziałach. Zupełnie inaczej bowiem będzie się zachowywał równoziarnisty piaskowiec kwarcowy o spoiwie krzemionkowym niż piaskowiec polimiktyczny źle wysortowany o spoiwie ilastym lub węglanowym. Z tego właśnie powodu wartości danych parametrów mogą się bardzo różnić w poszczególnym typie litologicznym skał (Rembiś 2013). Dotyczy to przede wszystkim skał osadowych, gdyż to w nich pojawia się największa zmienność parametrów. Wspomniana zmienność wartości odnosi się do wszystkich parametrów. Porównując chociażby piaskowce, wapienie i granity, mówić należy o zupełnie innych wartościach np. porowatości, gęstości, czy wytrzymałości na ściskanie w stanie powietrzno-suchym (tab. 7). Na uwagę zasługuje fakt, że wśród tego samego typu litologicznego skały także bardzo mocno się różnicują (Rembiś 2013). Przykładem są wymienione w tabeli 7 piaskowce o różnym wieku i pochodzeniu. Kambryjskie skały z Gór Świętokrzyskich, jakimi są piaskowce z Wiśniówki, cechują się bardzo silną lityikacją i noszą cechy „kwarcytów” osadowych. Charakteryzują się bardzo niewielką porowatością porównywalną ze skałami krystalicznymi oraz bardzo dużą wytrzymałością na ściskanie. Piaskowce dolnośląskie natomiast mają zupełnie odmienne cechy i są zdecydowanie mniej odporne chociażby na ściskanie. Należy zauważyć, że cechy te nie zależą od wieku skał, Badania właściwości izycznych i mechanicznych skał 115 a bardziej od warunków, w jakich powstawały i procesów diagenetycznych, które w nich zaszły. Celem badań było porównanie piaskowców z wybranych kamieniołomów z uwzględnieniem jedynie określonych ławic wykorzystywanych do produkcji płyt okładzinowych i innych detali architektonicznych. Badania prowadzono pod kątem ich przydatności jako potencjalnego materiału do prac renowacyjnych na obiektach wykonanych z bloków kamiennych lub płyt okładzinowych m.in. w przypadku architektury romańskiej. W trakcie wyboru poszczególnych kamieniołomów kierowano się głównie tym, czy dany kamieniołom eksploatował i eksploatuje nadal surowiec używany do produkcji m.in. okładzin na elewacje i czy mieści się w obrębie badanego obszaru synklinorium północnosudeckiego i śródsudeckiego. Dzięki temu wyniki badań mogą znaleźć praktyczne zastosowanie. Do badań przekazano łącznie 100 prób piaskowców o wymiarach około 40×40×40 mm – po 25 sztuk z każdego z czterech wybranych kamieniołomów: ze Szczytnej (kamieniołom Szczytna-Zamek) i Radkowa zlokalizowanych na terenie synklinorium śródsudeckiego oraz z kamieniołomów Czaple (wyrobisko C w Nowej Wsi Grodziskiej) i Żerkowice na obszarze synklinorium północnosudeckiego. Wszystkie badane piaskowce są wieku kredowego. Badaniu poddano dwa rodzaje piaskowców. Były to piaskowce arkozowe (subarkozy) z Radkowa oraz arenity kwarcowe w przypadku wszystkich pozostałych kamieniołomów. Arenity Tabela 7. Wybrane przykłady skał z terenu Polski o różnej litologii i ich wybrane cechy izyczne i mechaniczne na podstawie pracy Kozłowskiego (1986), www.impala.net. pl/kamien_naturalny.php i innych w niej cytowanych (przytoczone badania nie miały w większości przypadków odniesienia do norm) Surowce skalne Litologia Bazalt Gnejs Melair Wapień gruboziarnisty Dolomit Piaskowiec (sudecki – kreda) Piaskowiec* (sudecki – kreda) Piaskowiec* (sudecki – kreda) Piaskowiec (G. Świętokrzyskie – kambr) Piaskowiec** (piaskowce krośnieńskie – trzeciorzęd) Lokalizacja Wybrane parametry izyczne i mechaniczne skał Wytrzymałość na Poro Gęstość ściskanie w stawatość % g/cm3 nie powietrzno-suchym MPa 2,9 3,14 116,0 2,7 2,68 89,0 5,7 2,78 122,5 37,38 2,70 5,6 6,4 2,85 134,0 22,2 2,62 25,8 – 1,98 440 kg/cm3 24,5 2,72 29,1 Bukowa Góra Doboszowice Tłumaczów Pińczów Brzeziny Rakowice Małe Żerkowice Żeliszów Wiśniówka 1,79 Mała Górka Mu3,09 (2,64) charz 2,68 222,4 2,37 91,0 (145) *dane ze stron www.impala.net.pl/kamien_naturalny.php **wartości podane w nawiasach zostały uaktualnione, dane ze stron http://www.kamieniolom-mucharz.pl/badania–kamienia (dostęp: czerwiec 2015). 116 Badania właściwości izycznych i mechanicznych skał różniły się między sobą wykształceniem spoiwa, co omówiono w rozdziale czwartym i piątym. Należy podkreślić, że w Radkowie, gdzie surowiec jest bardzo mocno zróżnicowany, do badań wybrano próby z ławicy piaskowca, która przeznaczona jest do wyrobu płyt okładzinowych. Badaniom zatem poddane były tylko wybrane próbki. Nie uwzględniano piaskowców z dużym udziałem frakcji pseitowej, obecnością wolnych przestrzeni po faunie kredowej, a także ze znaczną zawartością spoiwa żelazistego. Wyniki nie są więc średnią dla całego złoża, a jedynie dla stosunkowo niewielkich ławic uznawanych za najcenniejsze w architekturze. Podobnie jest w przypadku pozostałych złóż. Próbki do badań własności izycznych skał pobrane były z tych bloków skalnych lub ławic, które przeznaczone są do produkcji okładziny kamiennej czy do produkcji elementów małej architektury. Jest to za każdym razem najlepszy surowiec w obrębie danego kamieniołomu o konkretnych cechach (spoiwie, porowatości czy uziarnieniu). W celu wykonania planowanych badań izycznych i mechanicznych skał niezbędne jest przygotowanie prób w formie walców bądź sześciennych kostek, co jest wymogiem obowiązujących norm Metody badań kamienia naturalnego. Według normy powinny to być kostki sześcienne o wymiarach 50×50×50 mm (w zależności od badań możliwe są zmiany kształtu i rozmiaru próbki). Zgodnie z wymogami norm (tab. 8) dopuszczalne jest jednak odstępstwo od rozmiaru kostki. Badaniom poddano próbki piaskowców o wymiarze 40×40×40 mm, co podyktowane było grubością płyt, jakie otrzymano do analiz w wybranych kamieniołomach. Dokładne wymiary kostek sześciennych podane są w sprawozdaniu z badań zamieszczonym w załączniku. Próbki docięte zostały w szliierni Instytutu Geologii UAM z dokładnością do 1 mm. Analizy obejmowały sześć typów badań przedstawionych w tabeli 8 dla prób z czterech kamieniołomów. Przy okazji wykonano także analizę innych parametrów, takich jak np. porowatość otwarta. Wszystkie badania właściwości izycznych odbywały się w akredytowanym przez Polskie Centrum Akredytacji Laboratorium Badania Własności Skał i Wyrobów Kamieniarskich (LBWSiWK) Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie pod kierunkiem dr. inż. Jakuba Mazurka. Dzięki prowadzeniu badań według norm możliwe jest ich wiarygodne porównanie także z innymi badaniami tego typu prowadzonymi według aktualnych wytycznych. Ze względu na wymogi LBWSiWK dotyczące publikacji wyników badań sprawozdanie z badań nr 282 zostało Tabela 8. Zakres badań laboratoryjnych przeprowadzonych w LBWSIWK AGH w Krakowie (całość wyników zamieszczona na końcu pracy w postaci załącznika – sprawozdania z badań nr 282) Lp. 1 2 3 4 5 6 Rodzaj badań (oznaczeń) Gęstość właściwa Gęstość objętościowa Nasiąkliwość Mrozoodporność Wytrzymałość na ściskanie w stanie powietrzno-suchym po badaniu mrozoodporności Wytrzymałość na rozciąganie w stanie powietrzno-suchym Metoda/norma PN-EN – 1936:2010 PN-EN – 1936:2010 PN-EN – 13755:2008 PN-EN – 12371:2010 PN-EN – 1926:2007 PN-G – 04302:1997 Badania właściwości izycznych i mechanicznych skał 117 Tabela 9. Zestawienie prób z poszczególnych kamieniołomów kredowych piaskowców, które poddano badaniom wytrzymałościowym z ich oznaczeniem i liczbą próbek z danego fragmentu skały/płyty pozyskanej na terenie kamieniołomu Czaple (Nowa Wieś Grodziska – wyrobisko C) Nazwa Liczba próby prób NW40 3 NW41 3 NW42 3 NW43 2 NWI 2 NWII 3 NWIII 2 NWIV 2 NWV 2 NWCZIII 3 Żerkowice Nazwa próby ZER1 ZER2 ZER40/1 ZER40/2 ZER40/3 ZER41/1 ZER41/2 ZER41/3 ZER42/1 ZER42/2 ZER43 Liczba prób 1 1 3 3 3 3 3 2 2 2 2 Radków Nazwa próby Radków1 Płyta Radków4 Płyta Radków5 Płyta Radków6 Płyta Radków5 Radków8 Radków21 Radków22 Radków 26 Radków 40 Radków 41 Radków 42 Szczytna-Zamek Liczba prób 3 3 3 3 1 2 1 1 1 3 2 2 Nazwa próby SZCZ13 SZCZ17 SZCZ18 SZCZ40/1 SZCZ40/2 SZCZ41/1 SZCZ41/2 SZCZ42/1 SZCZ42/2 SZCZ43/1 SZCZ43/2 SZCZ44 SZCZ45 Liczba prób 1 1 1 3 2 3 2 3 2 3 2 1 1 również w całości zamieszczone na końcu pracy jako załącznik 1. Numery prób oddanych do analiz podano w tabeli 9. Szczegółowe i całościowe wyniki badań zamieszczono na końcu pracy w postaci kopii sprawozdania z badań. Poniżej zaprezentowane zostaną wybrane uśrednione wyniki badań łącznie z wartością odchylenia standardowego oraz współczynnika zmienności. Należy zauważyć, że w wybranych próbach odchylenie standardowe (SD) cechuje się dość wysokimi wartościami. W tym przypadku SD ma podobne znaczenie jak współczynnik zmienności: im wyższa wartość SD, tym bardziej/dalej rozrzucone są próbki wokół średniej. Dotyczy to np. piaskowców z kamieniołomu Czaple – Nowa Wieś Grodziska, gdzie SD=15,4 dla wytrzymałości na ściskanie w stanie powietrzno-suchym. Wartość standardowego odchylenia była omawiana już w rozdziale drugim i szóstym. Współczynnik zmienności jest natomiast wskaźnikiem pokazującym, jak bardzo zróżnicowany jest badany zbiór danych. Wartość ta obliczana jest następująco: wartość odchylenia standardowego dzielona jest przez średnią arytmetyczną, a otrzymany wyniki mnożony jest przez 100%. Wartości 0–20% świadczą o małym zróżnicowaniu analizowanych prób, 20–40% to średnie zróżnicowanie, 40–60% to duże zróżnicowanie, natomiast wartości powyżej 60% oznaczają bardzo duże zróżnicowanie prób. 118 Badania właściwości izycznych i mechanicznych skał 7.1. Gęstość objętościowa i nasiąkliwość – wyniki badań Gęstością objętościową jest masa próbki do jej objętości, nasiąkliwość natomiast jest zdolnością do pochłaniania wody przez dany materiał w danych warunkach temperatury i ciśnienia. Nasiąkliwość i jej wartość jest w szczególności istotna dla elementów architektonicznych wystawionych na działanie czynników atmosferycznych, co w przypadku takich obiektów, jak chociażby kościoły (np. ościeża, portale), jest rzeczą bardzo częstą. Dotyczy to zwłaszcza elementów wypukłych narażonych na opad atmosferyczny czy stykających się z powierzchnią gruntu. Gęstość objętościowa oznaczana była metodą kosza. Analizom poddano po dziesięć sześcianów piaskowcowych 40×40×40 mm z każdego kamieniołomu – łącznie 40 prób. Badania gęstości i nasiąkliwości przeprowadzane były zgodnie z normami (tab. 8). Poszczególne parametry obliczano według wzorów zamieszczonych we wspomnianych normach. Przy okazji obliczono, także zgodnie z normą, wartość porowatości otwartej. Jest nią stosunek porów otwartych w badanej skale do objętości pozornej tej skały. Wyraża się ją w procentach. Sama objętość pozorna natomiast jest łączną objętością skały (w tym przypadku piaskowca) oraz porów otwartych i zamkniętych w danej próbie. Porowatość i nasiąkliwość w istotny sposób wpływają na właściwości użytkowe danej skały. Uśrednione wyniki poszczególnych pomiarów wszystkich badanych prób zamieszczono w tabeli 10, szczegółowe wyniki natomiast znajdują się w załączniku do niniejszej pracy. Zaprezentowane wartości, a przede wszystkim współczynnika zmienności, informują o małym zróżnicowaniu badanego zespołu prób w każdym z kamieniołomów, gdyż jego wartości nie przekraczają 20%. Najmniej zmienne wartości pojawiają się w kamieniołomie Radków i Szczytna. Należy zwrócić uwagę, że kamieniołom w Radkowie ma jednak bardzo zróżnicowane złoże, uwzględniając przede wszystkim uziarnienie a także typ spoiwa. Badaniom poddano jednak tylko wybrane ławice, charakteryzujące się dobrym wysortowaniem, frakcją piaszczystą – jest to część złoża wykorzystywana do wyrobu m.in. płyt okładzinowych. Porowatość otwarta to porowatość, gdzie wolne przestrzenie w skale połączone są ze sobą oraz z powierzchnią skały. Porowatość ta pozwala na wsiąkanie w skałę różnych luidów, które mogą przenosić w głąb różne składniki mineralne, niekoniecznie pożądane w okładzinie kamiennej. Tymi substancjami mogą być m.in. sole różnego typu, które wpływają chociażby na dezintegrację kamienia, a przynajmniej jego powierzchni. Im mniejsza jest jej wartość, tym lepiej dla okładziny. W przypadku badanych prób z czterech różnych kamieniołomów porowatość ta nie przekraczała 14%, a w przypadku piaskowców ze Szczytnej 6%. W odniesieniu do piaskowców z Radkowa zauważyć należy, że dane publikowane na stronach kamieniołomu są wyższe (sięgają blisko 15% – http://www.piaskowceradkow.pl/badania.pdf; dostęp: 22.11.2013), co spowodowane jest najprawdopodobniej uwzględnieniem surowca z całego kamieniołomu (jak już wspomniano bardzo zróżnicowanego; dane obliczane były zgodnie z poprzednią normą). Należy podkreślić, że w obrazie mikroskopowym obserwowana porowatość w przypadku większości prób dochodziła do 20% (w obrazie mikroskopowym Wytrzymałość na ściskanie – wyniki badań 119 Tabela 10. Uśrednione wyniki gęstości objętościowej i nasiąkliwości oraz porowatości otwartej dla prób z Radkowa, Szczytnej, Czapli (Nowej Wsi Grodziskiej wyrobisko C) oraz Żerkowic Średnia Porowatość otwarta p0 [%] Nasiąkliwość [%] Gęstość kg/m3 Żerkowice Porowatość otwarta p0 [%] Nasiąkliwość [%] Gęstość kg/m3 Czaple Porowatość otwarta p0 [%] Nasiąkliwość [%] Gęstość kg/m3 Szczytna Porowatość otwarta p0 [%] Nasiąkliwość [%] Gęstość kg/m3 Radków 2162,0 5,25 11,36 2287,2 2,53 5,80 2149,7 5,26 11,29 2043,8 6,71 13,70 Odchylenie 17,9 standardowe Współczynnik 0,83 zmienności [%] 0,30 0,59 27,5 0,21 0,42 58,1 0,88 1,56 49,8 0,92 5,79 5,16 1,2 8,2 2,7 16,7 13,8 2,43 13,73 11,4 7,2 1,56 nie uwzględniano faktu, czy porowatość jest otwarta czy zamknięta). Parametr ten jest też istotny przy wpływie takich agresywnych czynników na kamień (okładzinę i bloki kamienne), jak grzyby, porosty czy inne elementy biodegradacji powierzchni skały. Przy większej porowatości skały ważne staje się odpowiednie dobranie zaprawy, której składniki mogą migrować w skałę i powodować powstawanie odbarwień. W „Atlasie kamieni naturalnych dostępnych na rynku polskim” maksymalną nasiąkliwość dla wszystkich tu wymienionych piaskowców określono na 7%. Jedynie dla Żerkowic parametr ten wynosi 8,4%, co częściowo pokrywa się z wynikami otrzymanymi w efekcie prowadzonych analiz (dla Żerkowic bowiem wartość tego parametru była najwyższa wśród wszystkich kamieniołomów). 7.2. Wytrzymałość na ściskanie – wyniki badań Wytrzymałość na ściskanie to największa wartość naprężenia osiowego, jaki skała może przenieść w warunkach jednoosiowego stanu obciążenia. Wartość tego parametru zależy m.in. od stopnia lityikacji, typu cementu oraz składu mineralnego. Badanie wytrzymałości na ściskanie (Rc) próbek z czterech kamieniołomów prowadzone było w dwóch różnych stanach: w stanie powietrzno-suchym oraz w stanie nasycenia wodą po badaniu mrozoodporności. Oba badania przeprowadzone zostały według normy PN-EN: 1926–2007 na próbkach sześciennych o wymiarach około 40×40×40 mm. Łącznie badaniu poddano 40 prób – po 10 sztuk z każdego kamieniołomu. Wyniki badań okazały się mocno zróżnicowane, na co wskazuje współczynnik zmienności. Uogólnione wyniki zaprezentowane są w tabeli 11, Badania właściwości izycznych i mechanicznych skał 120 szczegółowe natomiast znajdują się w raporcie z badań nr 282 na końcu pracy w formie załącznika. Największą wytrzymałością na ściskanie charakteryzują się zdecydowanie piaskowce z kamieniołomu w Szczytnej. Wykazują one też małą zmienność tego parametru w poszczególnych badanych próbkach, co wskazuje na największą jednorodność tych prób na tle wszystkich analizowanych z pozostałych trzech kamieniołomów. W obrazie mikroskopowym skały te również są bardzo jednorodne i silnie zlityikowane. Odmiennie zachowują się skały z kamieniołomu należącego do zakładu Czaple (wyrobisko C). Ich wytrzymałość na ściskanie jest jedną z niższych w porównaniu z pozostałymi kamieniołomami. Dodatkowo zmienność tego parametru jest znaczna i wynosi 40,8%. W związku z czym można powiedzieć, że skały te są mocno zróżnicowane pod względem wytrzymałości na ściskanie. W przypadku piaskowców z kamieniołomu Czaple zdecydowana większość prób miała wartości zbliżone do siebie w granicach 42–48 MPa, były jednak wśród nich próbki, które mocno odbiegały wartościami wytrzymałości, co wpłynęło na ogólny wynik współczynnika zmienności 40,8%. Tabela 11. Uogólnione wyniki analiz wytrzymałości na ściskanie dla prób z czterech kamieniołomów w stanie powietrzno-suchym oraz w stanie nasycenia wodą po badaniu mrozoodporności Średnia Maksymalna wartość parametru Minimalna wartość parametru Odchylenie standardowe Współczynnik zmienności [%] Radków Szczytna Czaple Żerkowice w stanie w stanie w stanie w stanie nasynasynasynasyw stanie w stanie w stanie w stanie cenia cenia cenia cenia powietrzpowietrzpowietrzpowietrzwodą po wodą po wodą po wodą po no-suno-suno-suno-subadaniu badaniu badaniu badaniu chym chym chym chym mrozoomrozoomrozoomrozoo[MPa] [MPa] [MPa] [MPa] dpornodpornodpornodporności [MPa] ści [MPa] ści [MPa] ści [MPa] 42,3 45,0 75,6 72,6 37,8 36,6 34,4 31,9 59,2 56,2 96,6 89,9 51,4 58,2 47,8 47,7 23,7 31,2 54,4 49,7 22,1 20,6 16,2 12,4 11,4 9,3 13,4 15,8 15,4 12,0 9,4 13,6 27,1 20,7 17,7 21,8 40,8 32,8 27,3 42,5 Wytrzymałość na rozciąganie – wyniki badań 121 7.3. Wytrzymałość na rozciąganie – wyniki badań Wytrzymałość na rozciąganie (Rr) jest naprężeniem odpowiadającym największej sile rozciągającej F uzyskanej w czasie próby rozciągania, odniesionej do pierwotnego przekroju poprzecznego tej próbki. Określono ją zgodnie z normą PN-G04302: 1997 metodą poprzecznego ściskania na próbkach walcowych o średnicy około 40 mm w stanie powietrzno-suchym. Analizy przeprowadzono na pięciu próbkach z każdego kamieniołomu. Badania wykonywano na maszynie wytrzymałościowej 400 kN – zakres 0–40 kN. W próbkach skalnych piaskowca wytrzymałość ta najczęściej jest od kilku do 10 razy mniejsza. Otrzymane wyniki jednak nie zawsze odpowiadają tym założeniom. W każdej badanej serii prób z poszczególnych kamieniołomów uzyskiwane wartości wytrzymałości na rozciąganie były zbliżone do siebie i mało zróżnicowane, o czym świadczy wartość współczynnika zmienności (największa w przypadku piaskowców z Radkowa = 20,7%, najmniejsza w piaskowcach z kamieniołomu Czaple = 11,3%). Szczegółowe wyniki zawarte są w rozdziale 4.3 załącznika na końcu pracy, w którym w tabelarycznym zestawieniu uwzględniono także siłę niszczącą próbkę oraz wyniki dla każdej badanej próbki. Uogólnione zestawienie przedstawiono w tabeli 12. Należy zauważyć, że współczynnik zmienności w tym przypadku nie ma tak dużych wartości, jak w przypadku wytrzymałości na ściskanie i mieści się w przedziale około 10–20%. Wśród przebadanych prób jedynie piaskowce z Żerkowic charakteryzują się około 10 razy mniejszą wytrzymałością na rozciąganie niż na ściskanie. We wszystkich pozostałych próbkach ta wartość była większa. Tabela 12. Uogólnione wyniki wytrzymałości na rozciąganie dla prób z czterech kamieniołomów w stanie powietrzno-suchym Średnia Maksymalna wartość parametru Minimalna wartość parametru Odchylenie standardowe Współczynnik zmienności [%] Wytrzymałość na rozciąganie Rr [MPa] Radków Szczytna Czaple Żerkowice 3,01 4,83 2,67 3,93 3,90 5,34 2,99 4,90 2,36 3,72 2,20 3,30 0,62 0,68 0,30 0,73 20,70 14,00 11,30 18,5 7.4. Mrozoodporność – wyniki badań Podobnie jak wszystkie badania także to wykonano zgodnie z normą (PN-EN 12371: 2010). Analizy przeprowadzone zostały na próbkach sześciennych o wymiarach około 40×40×40 mm każda. Badanie polegało na określeniu ubytku procentowego masy próbek poddanych dwunastu cyklom zamrażania i odmrażania w stanie nasycenia wodą. W trakcie przeprowadzania całego cyklu badań opisywano, jakie zmiany zachodziły w poszczególnych próbkach i po którym cyklu one zaszły. Ubytek procentowy masy próbek określano po dwunastu cyklach. 122 Badania właściwości izycznych i mechanicznych skał Wynik jest bardzo istotny, gdyż po dwunastu cyklach badań (zgodnie z normą) na żadnej próbce nie wystąpiły zmiany w wyglądzie (brak było rys, spękań czy odprysków), a ubytek masy wynosił 0,0–0,1%. Można zatem powiedzieć, że próbki poddane badaniu charakteryzują się całkowitą mrozoodpornością, co w przypadku piaskowcowych płyt okładzinowych jest bardzo ważne. Takie dane znajdują się też w „Orzeczeniu o jakości materiału kamiennego nr 81/2005/1” na stronie internetowej kamieniołomu w Radkowie. Badania te chciano jednak sprecyzować w odniesieniu do innych parametrów, gdyż surowiec w tej wychodni jest bardzo zróżnicowany, a wyniki badań przeprowadzonych w 2013 roku są nieco odmienne od tych prezentowanych na stronach www.piaskowceradkow.pl. Analizując równocześnie wyniki wytrzymałości na ściskanie w stanie nasycenia wodą po badaniu mrozoodporności przedstawione w rozdziale 4.2.2 załącznika 1, zauważyć można, że kolejnych dwanaście cykli zamrażania i rozmrażania próbek nie wpłynęło negatywnie na wytrzymałość na ściskanie badanych prób. Zgodnie z raportem z badań: zmniejszenie średniej wytrzymałości na ściskanie nie przekraczało 20%. Piaskowce z Rakowic Małych, Wartowic oraz Żeliszowa także charakteryzują sie całkowitą mrozoodpornością (Atlas kamieni naturalnych dostępnych na rynku polskim). 7.5. Gęstość właściwa i porowatość całkowita – wyniki badań Badanie to przeprowadzono zgodnie z normą PN-EN 1936: 2010. Według wymienionej normy gęstość określa się jako stosunek masy próbki po wysuszeniu do objętości części stałych. Porowatość całkowita natomiast informuje o tym, jaką część całkowitej objętości badanej próbki stanowi objętość wszystkich porów (otwartych i zamkniętych; różni się od porowatości otwartej tym, że w otwartej uzyskiwana jest informacja w procentach, jaki jest stosunek objętości porów próbki do objętości próbki ze wszystkimi jej porami włącznie). Badania w LBWSiWK AGH przeprowadzone zostały przy zastosowaniu metod piknometrycznej i Le Chateliera. Niestety ze względu na małą ilość materiału wykonano tylko po jednym oznaczeniu tego parametru dla każdego z kamieniołomów, dlatego wyniki te nie mogą być traktowane jako średnia dla całego kamieniołomu (w sprawozdaniu pod względem dokładności określono je jako niezbyt zadowalające). W związku z powyższym wyniki te, jako jedyne z całego cyklu badań właściwości izycznych i mechanicznych skał, nie mogą być traktowane jako wymierne, a tylko jako poglądowe. Dokładne wyniki znajdują się w sprawozdaniu z badań w załączniku nr 1 na końcu pracy w tabeli 5a i 5b tegoż sprawozdania. Podsumowanie 123 7.6. Podsumowanie Badane próby cechują się zróżnicowanymi właściwościami izycznymi i mechanicznymi, które pozwalają dokonać dalszego rozróżnienia tych skał. W poniższym podsumowaniu w przypadku wybranych parametrów pod uwagę wzięto także wyniki pomiaru ich cech mechanicznych i izycznych dla próbek z Rakowic Małych i Żeliszowa. Jednak należy zaznaczyć, że nie są znane szczegóły przeprowadzania badania ani źródło wyników (http://www.impala.net.pl/kamien_naturalny.php, Atlas kamieni naturalnych dostępnych na rynku polskim). Szczególnie istotne dla badań pod kątem konserwatorskim są wyniki nasiąkliwości i porowatości. Parametry te, jak już wspominano wcześniej, są niezwykle ważne dla możliwości migracji zanieczyszczeń w skałę oraz dla prac konserwatorskich: czyszczenia kamienia i jego impregnacji środkami hydrofobowymi. Obserwowana porowatość w mikroskopie optycznym (OM) nie zawsze ma bowiem przełożenie na porowatość otwartą, tak istotną dla migracji luidów. Opisywana była bowiem średnio na około 20% dla danego kamieniołomu. W pojedynczych wybranych próbach przekraczała nawet 25%, najmniejsza była dla piaskowców z kamieniołomu Szczytna-Zamek. Otrzymane wartości co do porowatości otwartej, co zrozumiałe, różniły się i były mniejsze. W przypadku doboru kamienia do prac renowacyjnych wartości tych parametrów powinny być zdecydowanie brane pod uwagę. Poszczególne parametry podsumować można w następujący sposób: • Gęstość objętościowa i nasiąkliwość – wśród analizowanych prób największą gęstością, a zarazem i najmniejszą nasiąkliwością cechują się piaskowce ze Szczytnej (kamieniołom Szczytna-Zamek). Także wartości porowatości otwartej są w tych skałach najmniejsze. W próbkach tych stwierdzono, w porównaniu do innych analizowanych prób tu prezentowanych, najmniejszą ilość spoiwa wypełniającego, zwłaszcza ilastego, a dominujące kontaktowe między ziarnami kwarcu oraz regeneracyjne (choć nie wykształcone w silny sposób). Właśnie jego charakter ma w tym przypadku bardzo duże znaczenie. Specyicznym spoiwem charakteryzowały się piaskowce z Żerkowic. Zawierały one bowiem, w odróżnieniu od Szczytnej, bardzo duże ilości spoiwa wypełniającego ilastego w postaci minerałów z grupy kaolinitu. Dodatkowo charakteryzowały się dużą porowatością zarówno otwartą, jak i tą opisaną w oparciu o OM. Z tym właśnie można wiązać stosunkowo największą nasiąkliwość piaskowców z Żerkowic wśród badanych prób. Wartości parametrów z Czapli i Radkowa są natomiast zbliżone do siebie. Piaskowiec z Żerkowic ma zatem najmniej pożądane wartości podanych tu parametrów wśród badanych piaskowców. • Wytrzymałość na ściskanie Rc – podobnie jak w przypadku nasiąkliwości czy porowatości otwartej, najlepszymi (najwyższymi) wartościami wytrzymałości na ściskanie cechowały się skały ze Szczytnej. Maksymalne dochodziły do blisko 100 MPa, a średnie przekraczały 70 MPa. Wytrzymałość tego rzędu jest jedną z wyższych dla złóż piaskowców w Polsce (Kozłowski 1986). Tak wysokie wartości jak najbardziej można wiązać z procesami diagenetycznymi, 124 Badania właściwości izycznych i mechanicznych skał które zaszły w tych skałach, i ze sposobem wykształcenia spoiw. Można tutaj odnieść te skały do piaskowców kwarcytowych z Wiśniówki, gdzie porowatość tych skał jest znikoma, pozyskanie próbki w terenie przysparza problemów ze względu na wysoki stopień lityikacji, a dominujące spoiwo krzemionkowe jest zauważalne nawet makroskopowo. Pozostałe skały, na których prowadzono badania wytrzymałości na ściskanie, charakteryzują się zbliżonymi i znacznie niższymi od Szczytnej wartościami. Należy zaznaczyć, że wartość współczynnika zmienności w piaskowcach ze Szczytnej jest stosunkowo nieduża, co informuje o niewielkiej zmienności tych skał w stosunku do średniej. W przypadku pozostałych piaskowców przy znacznie niższych wartościach wytrzymałości na ściskanie współczynnik zmienności osiąga nawet 40% w kamieniołomie Czaple i Żerkowice, co sugeruje, że skały te pod kątem tej wytrzymałości są mocno zróżnicowane, a to nie wpływa bardzo korzystnie na ich cechy budowlane. • Wytrzymałość na rozciąganie Rr – w próbkach skalnych jest ona najczęściej od kilku do 10 razy mniejsza od wytrzymałości na ściskanie. Regułę tę spełnia tylko zestaw prób z Żerkowic. We wszystkich pozostałych grupach prób wartość wytrzymałości na rozciąganie była dużo mniejsza niż 10 od wytrzymałości na ściskanie. Na jego wartość największy wpływ ma oczywiście budowa wewnętrzna próbki i jej struktura. W tym przypadku, poza spoiwem, także warstwowanie występujące w skale może mieć duże znaczenie. Wytrzymałość ta, w odniesieniu do wartości wytrzymałości na ściskanie, jest zaskakująco mała w szczególności w przypadku prób ze Szczytnej. Tym bardziej, że spoiwo jest tam w przewadze krzemionkowe, a ilastego jest niewiele. Ilaste spoiwo występuje jednak w postaci smug/warstewek w tym piaskowcu nie zawsze ujętych w preparatach mikroskopowych, jednak bardzo dobrze zauważalnych makroskopowo (ryc. 7g, h). Przy charakterystyce przeprowadzania badania może to mieć istotny wpływ. Mimo tych cech skały wartość wytrzymałości na rozciąganie jest tutaj największa wśród wszystkich analizowanych piaskowców. Uwaga dotycząca warstwowania odnosi się także do piaskowców z Radkowa, w których obrazie mikroskopowym trudno było się dopatrzeć warstwowania, natomiast makroskopowo było ono bardzo dobrze widoczne (ryc. 6d). W podsumowaniu należy podkreślić, że badane skały wyróżniają się specyiczną cechą, którą jest cios, stąd też pochodzi ich nazwa – piaskowce ciosowe, co nie pozostaje bez wpływu na wartości parametrów mechanicznych takich skał. Najniższą wartością Rr odznaczają się piaskowce z Czapli. • Mrozoodporność – cecha ta mierzona na podstawie 12 cykli zamrażania i rozmrażania próbki całkowicie nasyconej wodą jest niezwykle istotna pod kątem wykorzystania tych piaskowców jako tworzywa do produkcji detali architektonicznych czy okładzin budynków. Po wykonaniu analiz wszystkie badane próbki wykazały całkowitą mrozoodporność, gdyż po przeprowadzeniu 12 cykli ubytek masy wynosił jedynie 0,0–0,1%. Należy dodać, że piaskowce, które nie były tutaj analizowane pod kątem właściwości mechanicznych i izycznych także wykazują całkowitą mrozoodporność (Kozłowski 1986, www.impala. net.pl/kamien_naturalny.php). Proces zamrażania i odmrażania nie wpłynął Podsumowanie 125 też negatywnie na wytrzymałość na ściskanie, gdyż jego wartość była mniejsza niż 20% (szczegóły podrozdz. 4.2 załącznika). • Gęstość właściwa i porowatość całkowita – ze względu na fakt, że liczba prób poddana badaniu była niewielka, nie traktowano wyników jako reprezentatywnych. 8. Wnioski Wszystkie badania laboratoryjne opierały się na piaskowcach zakwaliikowanych głównie do arenitów kwarcowych oraz arkoz i subarkoz. Wspomniane w pracy waki kwarcowe występowały jedynie w neogeńskich kamieniołomach Wielkopolski, które cytowano za wcześniejszymi opracowaniami autorki. Łącznie w terenie pobrano ponad 300 prób, zarówno do badań mikroskopowych (wykonano 180 odkrytych preparatów mikroskopowych), jak i pomiaru właściwości izyko-mechanicznych (wykonano 100 sztuk kostek o wymiarach 40×40×40 mm częściowo z tej samej skały, z której wykonywano szlify). W przypadku elementów architektonicznych z kościoła przyklasztornego w Lubiniu były to próbki niewielkich rozmiarów. W kamieniołomach pozyskano próby znacznie większe, także przycięte fragmenty płyt okładzinowych, które przeznaczone zostały na badania wytrzymałościowe. Największą liczbę prób (ok. 70) pobrano w Radkowie, gdzie kamieniołom charakteryzuje się dużą zmiennością surowca w proilu pionowym – z pobranych prób sporządzono łącznie 34 preparaty mikroskopowe. W pozostałych kamieniołomach do badań mikroskopowych średnio przeznaczano od 22 do 25 prób. Do badań katodoluminescencyjnych, po wstępnej weryikacji płytek cienkich, przeznaczono 49 prób, w oparciu o które wykonano opis procesów diagenetycznych. Badania te udokumentowano łącznie 120 fotograiami obrazu CL i tą samą liczbą fotograii obrazu z mikroskopu polaryzacyjnego. Przy zastosowaniu mikroskopu skaningowego przeprowadzono w sumie 216 analiz SEM oraz 156 analiz SEM-EDS – zwłaszcza w odniesieniu do spoiwa. Realizowane prace obejmowały czas od końca 2010 roku do połowy roku 2013. Piaskowce pochodziły łącznie z ośmiu kamieniołomów Dolnego Śląska (sześć z nich omówiono szczegółowo) oraz jednego kościoła przyklasztornego z Lubinia k. Gostynia. Badania tych skał skupiały się na: wykonaniu analiz porównawczych między wybranymi grupami skał w oparciu o różne metody badawcze, w tym analizy ich właściwości izycznych i mechanicznych, oraz na charakterystyce zachodzących w nich procesów diagenetycznych, które nie pozostają bez znaczenia dla wybranych właściwości. Analizy te były jednymi z głównych celów opracowania. Kolejnym była próba znalezienia źródła surowca wykorzystanego w romańskiej architekturze południowej Wielkopolski, nie tylko Lubinia, ale również w obiektach będących przedmiotem wcześniejszych analiz autorki (kościoły i ich ruiny w: Kaliszu, Kotłowie, Kościelcu Kaliskim, Krobi i Lubiniu). Ostatnim z celów było Wnioski 127 zaprezentowanie wybranych piaskowców w zwartym opracowaniu pod kątem możliwości ich wykorzystania w pracach konserwatorskich z wzięciem pod uwagę tych cech, które są jednymi z najistotniejszych dla tego typu prac, czyli właściwości izycznych i mechanicznych, ich składu mineralnego oraz składu spoiwa z uwzględnieniem zmienności złoża, a także stopnia ich diagenezy. W szczególności istotne dla badań pod kątem konserwatorskim są wyniki badań takich parametrów, jak nasiąkliwość i porowatość, których to wartości są zależne od zachodzących w skale procesów diagenetycznych (chociażby kompakcji, lityikacji, wykształcenia spoiw i ich składu). Wartość tych parametrów jest niezwykle ważna dla możliwości migracji zanieczyszczeń w skałę oraz z punktu widzenia czyszczenia kamienia i jego impregnacji środkami hydrofobowymi. Oczywiście im niższa wartość porowatości czy nasiąkliwości, tym lepiej dla kamienia, który ma być wykorzystany do celów architektonicznych. Należy jednak pamiętać, że same procesy niszczenia kamienia są także wypadkową kilku innych czynników. Wymienić wśród nich należy chociażby strefę klimatyczną, w której znajduje się wybrana skała, ekspozycję względem kierunków świata, a co za tym idzie – wilgotności, działania mrozu, wpływu organizmów żywych (np. glonów, grzybów czy porostów). Wszystkie te czynniki będą miały odmienny wpływ na piaskowce arkozowe, subarkozy, arenity kwarcowe czy waki kwarcowe, gdyż trwałość tych skał w określonych warunkach klimatycznych będzie różna. Piaskowce dolnośląskie jako jedne z najpopularniejszych surowców skalnych wykorzystywanych w architekturze południowo-zachodniej Polski oraz wschodnich Niemiec charakteryzują się wysokimi walorami estetycznymi. Ich właściwości izyczne i mechaniczne, a także wygląd pozwalają z powodzeniem stosować je do najróżniejszych celów, od przemysłu i produkcji wyrobów ogniotrwałych, przez przemysł ceramiczny, hutniczy, aż po szeroko pojęte budownictwo. Skała ta jednak ma wiele zmiennych cech, które nadają jej indywidualny charakter w zależności od złoża. Przykładem mogą być piaskowce z całej południowej Polski: trzeciorzędowy Mucharz, kambryjski z Wiśniówki, triasowy z Tumlina czy kredowy z Rakowic Małych (tab. 6). Różnią się one zarówno składem szkieletu ziarnowego, wykształceniem spoiwa, barwą, zwięzłością, porowatością, a co za tym idzie – także właściwościami izycznymi czy mechanicznymi. Nie każdy będzie zatem użytkowany na te same cele i nie wszystkie one będą zachowywały się tak samo w konkretnych warunkach klimatycznych. Piaskowce analizowane w niniejszej pracy reprezentują wybraną część surowców okruchowych Dolnego Śląska. Są one skałami prawie równowiekowymi, powstałymi w turonie i koniaku. Większość należy do skał monomineralnych. Cieszą się one jednak nieprzerwanie powszechnym zainteresowaniem, głównie w branży budowlanej, już od stuleci. Mimo zbliżonego wieku tych skał różnią się one między sobą i nie są przeznaczane dokładnie na te same cele. Przykładem może być piaskowiec z Radkowa, gdzie już samo złoże jest bardzo urozmaicone. Występuje tam piaskowiec barwy różowej, kremowej i jasnobrązowej o bardzo zróżnicowanym uziarnieniu. Skała ta jest stosowana do produkcji kamienia murowego, od łamanego aż do płyt okładzinowych i wyrobów artystycznych, każdy z wymienionych musi spełniać nieco inne wymagania. 128 Wnioski Wyniki otrzymane w trakcie badań pokazały, że wybrane skały mimo braku wyraźnych różnic makroskopowych, często odróżniają się od siebie w obrazie mikroskopowym, w typie i ilości spoiwa, a co za tym idzie – różnicują je także procesy diagenetyczne. Różnice występują też w wartościach właściwości mechanicznych i izycznych. W przypadku procesów diagenetycznych (z których opisem nie zetknięto się wcześniej w odniesieniu do piaskowców z synklinorium północno- i śródsudeckiego) wszystkie badane piaskowce przeszły kilka najczęściej występujących: autogenezę, kompakcję, cementację, lityikację czy rekrystalizację (w szczególności w odniesieniu do spoiwa) i rozpuszczanie (zwłaszcza w odniesieniu do szkieletu ziarnowego). Szczegółowe podsumowanie wyników badań znaleźć można na końcu każdego kolejnego rozdziału. Zasadnicze wnioski odnoszące się do wszystkich badań można przedstawić w następujący sposób: 1. Piaskowce z kamieniołomów synklinorium północnosudeckiego są do siebie zbliżone pod wieloma względami. Ich uziarnienie, mimo niewielkich różnic w wartościach, np. standardowego odchylenia, jest podobne. Także podstawowy skład mineralny szkieletu ziarnowego nie różni się bardzo między poszczególnymi kamieniołomami. Odnotowano niewielkie różnice w składzie ilościowym takich minerałów, jak łyszczyki, pirokseny, turmaliny, fragmenty lityczne czy skalenie. Nie były one jednak na tyle wyraźne, aby traktować je jako wskaźnikowe. Największe różnice to sposób wykształcenia spoiwa oraz intensywność zachodzącej kaolinityzacji. Najbardziej na tym tle wyróżniały się piaskowce z Żerkowic, w których procesy kaolinityzacji, głównie muskowitu, łącznie z reliktami tego minerału były widoczne w większości analizowanych prób. Szczególnie mocno zauważalne było to w badaniach katodoluminescencyjnych, w których dodatkowo zidentyikowano dickit będący ważnym zapisem procesów diagenetycznych, świadczącym najprawdopodobniej o diagenezie kaolinitu. Dochodzi do niej w warunkach podwyższonego ciśnienia, temperatury lub też działania roztworów chemicznych na skały. Obecność tego minerału jest zatem świadectwem konkretnych procesów, które zachodziły w skałach z Żerkowic. Samo spoiwo ilaste dominowało w tych piaskowcach, co przełożyło się na wartości wybranych właściwości izycznych tych skał. Nie jest to bez znaczenia dla budownictwa, gdyż automatycznie wpływa na gorsze parametry materiału. Warto podkreślić, że w Rakowicach Małych, położonych w niewielkiej odległości, ilość spoiwa ilastego jest mniejsza, choć nadal bardzo wyraźna, a wartości parametrów izycznych są lepsze. 2. Piaskowce z rejonu Radkowa (środkowe piaskowce ciosowe) wyróżniają się swoim składem mineralnym w porównaniu z górnymi piaskowcami ciosowymi z kamieniołomami Szczytna-Zamek (co jest znane z literatury) i skałami synklinorium północnosudeckiego. Opisywane są one jako piaskowce arkozowe i subarkozy. Ze względu na skład mineralny, zróżnicowanie procesów diagenetycznych, jakie w nich zaszły, jest znacznie większe niż w pozostałych opisywanych tu skałach. Poza bardzo powszechną w wielu próbach kaolinityzacją łyszczyków czy skaleni, obserwowano także procesy kalcytyzacji oraz albityzacji skaleni. Ten ostatni jest częściowo funkcją temperatury, co jesy Wnioski 129 pośrednio pośrednio związane z głębokością pogrzebania w przeszłości badanego osadu. Dominuje w nich spoiwo wypełniające, regeneracyjne jest natomiast słabo wykształcone. Dodatkową charakterystyczną cechą piaskowców z Radkowa jest znacznie większa wartość średniej oraz standardowego odchylenia niż we wszystkich rozpatrywanych w badaniach piaskowcach (podkreślić należy, że pomiary dotyczyły tylko tej części proilu litologicznego, która jest przeznaczona do produkcji płyt okładzinowych i charakteryzuje się drobniejszym i lepiej wysortowanym ziarnem). W piaskowcach ze Szczytnej ilość obserwowanych procesów diagenetycznych była znacznie mniejsza. Szkielet ziarnowy, drobniejszy niż w Radkowie, zbudowany był w przewadze z kwarcu ze średnio wykształconym spoiwem regeneracyjnym. Uwzględniając przede wszystkim zróżnicowanie petrograiczne, ilość spoiwa ilastego, uziarnienie i liczbę procesów diagenetycznych zachodzących w skałach z Radkowa, można przypuszczać, że w szczególności w warunkach klimatu umiarkowanego skała ta w obiektach architektonicznych szybciej będzie ulegała degradacji niż piaskowce ze Szczytnej. Niemniej jednak skała ta cechuje się wysoką odpornością na wietrzenie i może być z powodzeniem stosowana na okładziny w środowisku atmosfery przemysłowej (Labus 2010). W tych rozważaniach nie wzięto pod uwagę piaskowca radkowskiego o spoiwie żelazistym, gdyż rzadko stosuje się go jako surowiec do produkcji płyt okładzinowych. 3. Próbki piaskowców pobrane z detali architektonicznych w Lubiniu, mimo że makroskopowo nie odróżniały się znacząco od pobranych w kamieniołomach Dolnego Śląska, podobnie jak skały ze Szczytnej przysparzały sporo problemów z pozyskaniem próbek z uwagi na swoją dużą twardość. Chociaż pod względem uziarnienia piaskowiec ten nie różnił się wyraźnie od skał kredowych tu omawianych, to obraz mikroskopowy był już mocno odmienny. Skały te charakteryzowały się przede wszystkim niewielką liczbą obserwowanych procesów diagenetycznych, na których czoło wysuwało się doskonale wykształcone spoiwo regeneracyjne na ziarnach kwarcu. Identyikowano także procesy rozpuszczania się ziaren kwarcu na ich styku najprawdopodobniej pod wpływem nacisku. Próbki porównano zatem z wynikami wcześniejszych prac autorki. Te same obserwacje poczyniono w przypadku piaskowców z kościoła romańskiego w Krobi. Porównano skały z obu wyróżniających się kościołów z eratykami, wśród których znaleziono więcej cech wspólnych niż z piaskowcami z terenu Dolnego Śląska. Były nimi niewielka ilość spoiwa wypełniającego, silnie wykształcone spoiwo kontaktowe i regeneracyjne, taki sam skład mineralny. Wyniki te zatem pozwoliły jednoznacznie odrzucić wszystkie badane w niniejszej pracy piaskowce z kamieniołomów Dolnego Śląska jako potencjalne źródło tego surowca do budowy tych dwóch kościołów. W przypadku pozostałych obiektów romańskich (ruiny kolegiaty w Kaliszu, Kościelec Kaliski, Kotłów) piaskowiec ten jest bardziej urozmaicony, a skały z rejonu synklinorium północnosudeckiego nie mogą być odrzucone jako ich źródło. Część ciosów mikroskopowo określona została zarówno jako waki kwarcowe jak i arenity, w których spoiwo regeneracyjne nie było aż tak mocno wykształcone jak w piaskowcach z Krobi i Lubinia, jednak porowatość była niewielka i określona 130 Wnioski została na około 15%, miejscami w przypadku wak – mniej (Kasprzak 2006). Uwzględniając w tych obiektach ewentualne przyszłe prace konserwatorskie elementów piaskowcowych i ich uzupełnienia, można sugerować wykorzystanie kwarcowych arenitów dolnośląskich z minimalną ilością spoiwa ilastego i brakiem żelazistego, gdyż takiego w piaskowcach pobranych w tych ostatnich kościołach nie obserwowano. Dyskwaliikuje to piaskowce z Żerkowic, Rakowiczki, a także zdecydowanie subarkozy z Radkowa. Nie należy odrzucać kamieniołomu Szczytna-Zamek, gdzie występował kamień o podobnych cechach petrograicznych. Analizując otrzymane wyniki właściwości izycznych i mechanicznych, stwierdzić można, że na wartości tych parametrów, poza ich kompakcją i teksturą skały, wpływać mogły procesy diagenetyczne zachodzące w badanych piaskowcach. Przykładem są chociażby obwódki regeneracyjne obecne w piaskowcach, które powodują redukcję pierwotnej porowatości tych skał, a w konsekwencji i nasiąkliwości. 1. Pierwszą taką właściwością jest nasiąkliwość i gęstość objętościowa. Parametry te w piaskowcach z terenu synklinorium północno- i śródsudeckiego zależne są przede wszystkim od sposobu i typu wykształconego spoiwa. W piaskowcach z kamieniołomu Szczytna-Zamek, gdzie obserwowano najmniejszą porowatość, dobrze wysortowane ziarno i stosunkowo najlepiej wykształcone na tle badanych kamieniołomów spoiwo regeneracyjne, które równomiernie wypełniało wolne przestrzenie, wartość procentowa nasiąkliwości była najmniejsza. W próbach tych odnotowano także największą gęstość. Minerały ilaste charakteryzują się zdolnością wiązania wody w swojej sieci krystalograicznej. W związku z tym w skałach z Żerkowic, gdzie dominowało wspomniane właśnie spoiwo, a porowatość otwarta była znaczna, nasiąkliwość również była największa. Wskazywać to może na związki tych parametrów z procesami diagenezy (właśnie wykształcenia spoiwa czy mniejszej kompakcji). Wartość tego parametru z pewnością wpływa negatywnie na walory tego piaskowca jako kamienia budowlanego, choć jego drobnoziarnista frakcja i barwa są pożądane w architekturze. Uwzględniając wszystkie badane tutaj piaskowce, należy stwierdzić, że skała z tego właśnie kamieniołomu cechuje się najgorszymi parametrami izycznymi. 2. Podobnie jak w przypadku nasiąkliwości, tak i w przypadku wytrzymałości na ściskanie, najlepszymi wartościami dla budownictwa cechowały się skały ze Szczytnej. Wartość tego parametru była tu najwyższa. Wiązać to można jak najbardziej z cechami teksturalnymi tych skał oraz wykształceniem spoiwa, głównie regeneracyjnego. Wartość współczynnika zmienności jest w tym przypadku niewielka, co wskazuje jednoznacznie na małe zróżnicowanie tego surowca w złożu. Cecha ta jest bardzo pożądaną, gdyż gwarantuje uzyskanie surowca o tych samych parametrach w każdej części kamieniołomu. Nie można tego jednak powiedzieć o skałach z Czapli, Żerkowic i Radkowa, których współczynnik zmienności jest znacznie większy. Można tu podkreślić fakt, że przy ewentualnym wykorzystaniu piaskowców z tych kamieniołomów do celów renowacyjnych czy innych, należy określić dokładnie wymogi co do jego Wnioski 131 kolorystyki czy uziarnienia, co pozwoli na otrzymanie surowca jak najbardziej zbliżonego do średniej i do własnych oczekiwań. Dotyczy to głównie skał z Radkowa, których zmienność litologiczna jest bardzo duża, co podkreślono już w rozdziale trzecim i czwartym. 3. Wartości wytrzymałości na rozciągnie były inne niż oczekiwano. W próbkach skalnych jest ona najczęściej od kilku do 10 razy mniejsza od wytrzymałości na ściskanie, czego, z wyjątkiem piaskowców z Żerkowic, nie spełniły żadne inne analizowane piaskowce. Wiązano to głównie z warstwowaniem tych skał widocznym bardziej w makro- niż w mikroskali. W wielu próbkach odnotowano występowanie np. spoiwa ilastego w postaci właśnie cienkich warstewek i smug, co może negatywnie wpływać na wartość tego parametru. Wymaga to jednak dalszych badań. Należy pamiętać, że podstawą do wyboru surowca w pracach konserwatorskich, będzie zawsze dobranie kamienia jak najbardziej zbliżonego do pierwotnie zastosowanego. Mimo cech, którymi charakteryzuje się dana skała, oraz mimo tego, że wśród prezentowanych tu piaskowców to kamieniołom Szczytna-Zamek pod wieloma względami dysponuje surowcem o najlepszych cechach budowlanych, to nie on może być w każdej sytuacji stosowany do tego typu prac. Powodem jest między innymi to, że nowy czy zrekonstruowany detal nie powinien wyróżniać się na tle elementów z nim sąsiadujących, mimo że cechy innego kamienia byłyby dużo korzystniejsze w szczególności po uwzględnieniu potencjalnych procesów deterioracji. Dlatego też tak istotna jest znajomość dawnych dokumentacji budynków oraz dostępnego surowca. Przykładem może tutaj być w pierwotnym założeniu kościół romański w Lubiniu czy przytoczony z wcześniejszych prac kościół z Krobi. W obu obiektach stwierdzono obecność piaskowców kwarcowych o bardzo silnie wykształconym spoiwie regeneracyjnym, jakiego nie zidentyikowano nigdzie wśród analizowanych kamieniołomów. Zatem przy ewentualnych pracach konserwatorskich, gdy nieznane jest pochodzenie materiału budowlanego, należy tak dobrać kamień, aby jak najbardziej przypominał on pierwotnie zastosowany. Niezbędne jest zatem każdorazowe weryikowanie materiału skalnego, który ma być poddany renowacji za pomocą chociażby badań petrograicznych. Literatura Anthony J.W., Bideaux R.A., Bladh K.W., Nichols M.C., 1995: Handbook of mineralogy, 2 (1). Mineral Data Publishing, Tucson. Atlas kamieni naturalnych dostępnych na rynku polskim. 2008. H.G. Braune. Attanasio D., Platania R., Rocchi P., 2005: White marbles in Roman architecture: Electron paramagnetic resonance identiication and bootstrap assessment of the results. Journal of Archaeological Science, 32, 2: 311–319. Augustsson C., Bahlburg H., 2003: Cathodoluminescence spectra of detrital quartz as provenance indicators for Paleozoic metasediments in southern Andean Patagonia. Journal of South American Earth Sciences, 16: 15–26. Augustsson C., Reker A., 2012: Cathodolumenescence spectra of quartz as provenance indicators revisited. Journal of Sedimentary Research, 82, 8: 559–570. Basu A., Young S.W., Suttner L.J., James W.C., Mack G.H. 1975: Re-evaluation of the use of undulatory extinction and polycrystallinity in detrital quartz for provenance interpretation. Journal of Sedimentary Petrology, 45, 4: 873–882. Bauluz B., Mayayo M.J., Yuste A., González López J.M. 2008: Genesis of kaolinite from Albian sedimentary deposits of the Iberian Range (NE Spain): analysis by XRD, SEM and TEM. Clay Minerals, 43, 3: 459–475. Bauluz B., Yuste A., Mayayo M.J., Canudo J., 2014: Early kaolinization of detrital Weald facies in the Galve Sub-basin (Central Iberian Chain, north-east Spain) and its relationship to palaeoclimate. Cretaceous Research, 50: 214–227. Beaufort D., Cassagnabere A., Petit S., Lanson B., Berger G., Lacharpagne J.C., Johansen H., 1998: Kaolinite-to-dickite reaction in sandstone reservoirs. Clay Minerals, 33: 297–316. Biernacka J., 2009: The eastern sudetic island in the early-to-middle turonian: Evidence from heavy minerals in the Jerzmanice sandstones, SW Poland. Acta Geologica Polonica, 59, 4: 545–565. Biernacka J., 2012: Provenance of Upper Cretaceous quartz-rich sandstones from the North Sudetic Synclinorium, SW Poland: constraints from detrital tourmaline. Geological Quarterly, 56, 2: 315–332. Björlykke K.O., 1983: Diagenetic reactions in sandstones. W: A. Parker, B.W. Sellwood (red.), Sediment diagenesis. Series C: Mathematical and Physical Sciences, 115: 169– 213. Block Vagle G., Hurst A., Dypvik H., 1994: Origin of quartz cements in some sandstones from the Jurassic of the Inner Moray Firth (UK). Sedimentology, 41, 2: 363–377. Boggs S. Jr., Kwon Y.I., Goles G.G., Rusk B.G., Krinsley D., Seyedolali A., 2002: Is quartz cathodoluminescence color a reliable provenance tool? A quantitative examination. Journal of Sedimentary Research, 72, 3: 408–415. Literatura 133 Boogs S. Jr., Krinsley D., 2006: Application of cathodoluminescence imaging to the study of sedimentary rocks. Cambridge University Press, New York. Bromowicz J., 2014: Geologiczna ocena możliwości produkcji bloków skalnych z polskich złóż położonych poza Dolnym Śląskiem. Przegląd Geologiczny, 62, 3: 144–147. Bromowicz J., Figarska-Warchoł B., Karwacki A., Kolasa A., Magiera J., Rembiś M., Smoleńska A., Stańczak G., 2003: Główne kryteria waloryzacji złóż kamieni budowlanych i drogowych. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, 104: 3–15. Bromowicz J., Figlarska-Warchoł B., 2012: Kamienie dekoracyjne i architektoniczne południowo-wschodniej Polski – złoża, zasoby i perspektywy eksploatacji. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 28, 3: 5–22. Brygier W., Dudziak T., 2010: Ziemia Kłodzka. Przewodnik. Oicyna Wydawnicza Rewasz, Piastów. Burley S.D., Kantorowicz J.D., 1986: Thin section and S.E.M. textural criteria for the recognition of cement-dissolution porosity in sandstone. Sedimentology, 33: 587–604. Čech S., Gawlikowska E., 1999: Góry Stołowe. Mapa geologiczno-turystyczna. Państwowy Instytut Geologiczny – Český Geologický Ústav, Warszawa–Praga. Chmura K., Lewowicki S., 1962: Kwarcyty trzeciorzędowe okolic Bolesławca na Dolnym Śląsku. Biul. Inst. Geol., 173. Z Badań geologicznych na Dolnym Śląsku, X: 5–56. Corazza M., Pratesi G., Cipriani C., Lo Giudice A., Rossi P., Vittone E., Manfredotti C., Pecchioni E., Manganelli del Fa C., Fratini F., 2001: Ionoluminescence and cathodoluminescence in marbles of historic and architectural interest. Archaeometry, 43, 4: 439–446. Czubla P., Gałązka D., Górska M., 2006: Eratyki przewodnie w glinach morenowych Polski. Przegląd Geologiczny, 54, 4: 352–362. Deer W.A., Howie R.A., Zussman J., 1992: An introduction to the rock-forming minerals. 2nd ed. Longman Group UK Limited, Essex. Dickinson W.R., Beard I.S., Brakenridge G.R., Erjavec J.L., Ferguson R.C., Inman K.F., Knepp R.A., Lindberg F.A., Ryberg P.T., 1983: Provenance of North American Phanerozoic sandstones in relation to tectonic setting. Geological Society of America, Bulletin, 93: 222–235. Domasłowski W. (red.), 2003: Preventive conservation of stone historical objects. Wydawnictwo UMK, Toruń. Dziedzic K., Kozłowski S., Majerowicz A., Sawicki L., 1979: Surowce mineralne Dolnego Śląska. Wydawnictwo Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wrocław. Dzwoniarek M., 2013: Badania nad pochodzeniem surowców skalnych ze stanowiska archeologicznego Pyrgos-Mavrorachi (Cypr). Przegląd Geologiczny, 61, 10: 583–586. El-Gohary M.A., 2013: Evaluation of treated and un-treated Nubia Sandstone using ultrasonic as a non-destructive technique. Journal of Archaeological Science, 40, 4: 2190– 2195. Friedman G.M., 1962: Comparison of moment measures for sieving and thin-section data in sedimentary petrological studies. Journal of Sedimentary Petrology, 32, 1: 15–25. Friedman G.M., Sanders J.E., 1978: Principles of sedimentology. John Wiley & Sons. New York. Friedman G.M., 1958: Determination of sieve-size distribution from thin-section data for sedimentary petrological studies. Journal of Geology, 66, 4: 394–416. Friedman G.M., 1967: Dynamic processes and statistical parameters compared for size frequency distribution of beach and river sands. Journal of Sedimentary Petrology, 37: 2: 327–354. 134 Literatura Friedman G.M., 1979: Address of the retiring President of the International Association of Sedimentologists: Differences in size distribution of populations of particles among sands of various origins. Sedimentology, 26: 3–32. Friedman G.M., Sanders J.E., 1978: Principles of Sedimentology. John Wiley & Sons, New York. Gołąb J., 1933: O ochronę kwarcytów ostrzeszowskich. Wydawnictwo Okręgowego Komitetu Ochrony Przyrody na Wielkopolskę i Pomorze w Poznaniu, Poznań. Gołąb J., 1951: Geologia Wzgórz Ostrzeszowskich. W: Księga pamiątkowa ku czci K. Bohdanowicza. Prace PIG, Warszawa. González-Acebrón L., Arribas J., Mas R., 2010: Role of sandstone provenance in the diagenetic albitization of feldspars. A case study of the Jurassic Tera Group sandstones (Cameros Basin, NE Spain). Sedimentary Geology, 229: 53–63. Górska M., 2000: Wybrane właściwości petrograiczne vistuliańskich moren dennych środkowej i zachodniej Wielkopolski oraz ich znaczenie dla oceny dynamiki ostatniego lądolodu. Wydawnictwo Poznańskiego Towarzystwa Przyjaciół Nauk. Götze J., 2012: Application of cathodoluminescence microscopy and spectroscopy in geosciences. Microscopy and Microanalysis, 18, 6: 1270–1284. Götze J., Plötze M., Götte Th., Neuser R.D., Richter D.K., 2002: Cathodoluminescence (CL) and electron paramagnetic resonance (EPR) studies of clay minerals. Mineralogy end Petrology, 76: 195–212. Götze J., Plötze M., Habermann D., 2001: Origin, spectral characteristics and practical applications of the cathodoluminescence (CL) of quartz – a review. Mineralogy and Petrology, 71: 225–250. Götze J., Schertl H.P., Neuser R.D., Kempe U., Hanchar J.M., 2013: Optical microscopecathodoluminescence (OM-CL) imaging as a powerful tool to reveal internal textures of minerals. Mineralogy and Petrology, 107, 3: 373–392. Götze J., Siedel H., 2004: Microscopic scale characterization of ancient building sandstones from Saxony (Germany). Materials Characterization, 53: 209–222. Götze J., Siedel H., 2007: A complex investigation of building sandstones from Saxony (Germany). Materials Characterization, 58: 1082–1094. Götze J., Siedel H., Magnus M., 2007: Provenance determination of building sandstones: a methodology applied to Cretaceous sandstones from Saxony (Germany). Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften, 158, 4: 807–819. Götze J., Zimmerle W., 2000: Quartz and silica as guide to provenance in sediments and sedimentary rocks. Contributions to Sedimentary Geology, 21, E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart. Gradziński R., Kostecka A., Radomski A., Unrug R., 1986: Zarys sedymentologii. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa. Grzegorczyk M., 1970: Metody przedstawiania uziarnienia osadów. Prace Komisji Geograiczno-Geologicznej. Wydawnictwo PTPN, Poznań, X, 2. Hurst A.R., 1981: A scale of dissolution for quartz and its implications for diagenetic processes in sandstones. Sedimentology, 28: 451–459. Hyodo A., Kozdon R., Pollington A.D., Valley J.W., 2014: Evolution of quartz cementation and burial history of the Eau Claire Formation based on in situ oxygen isotope analysis of quartz overgrowths. Chemical Geology, 384: 168–180. Jarmontowicz A., Krzywobłocka-Laurów R., Lehmann J., 1994: Piaskowiec w zabytkowej architekturze i rzeźbie. Biblioteka Towarzystwa Opieki nad Zabytkami, Warszawa. Literatura 135 Jaworowski K., Sikorska M., 2003: Composition and provenance of clastic material in the vendian-lowermost cambrian from northern Poland: geotectonic implications. Polish Geological Institute Special Papers, 8: 1–60. Jerzykiewicz T., 1968: Sedymentacja górnych piaskowców ciosowych Niecki Śródsudeckiej (górna kreda). Geologia Sudetica, 4: 7–555, 409–450. Jerzykiewicz T., 1971: Kreda okolic Krzeszowa. Geologia Sudetica, 5: 7–327, 281–327. Jerzykiewicz T., 1979: Piaskowce górnokredowe depresji śródsudeckiej. W: K. Dziedzic, S. Kozłowski, A. Majerowicz, L. Sawicki (red.), Surowce mineralne Dolnego Śląska. Wydawnictwo Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wrocław. Jerzykiewicz T., Szałamacha J., Szałamacha M., 1989: Mapa Geologiczna Polski 1:200 000. Mapa utworów powierzchniowych. Arkusz Jelenia Góra. Wydawnictwa Geologiczne. Jones M.C., Williams-Thorpe O., 2001: An illustration of the use of an atypicality index in provenancing British stone axes. Archaeometry, 43, 1: 1–18. Juskowiak O., 1957: Piaskowce kwarcytowe Ostrzeszowa. Kwartalnik Geologiczny, 2, 1: 353–360. Kamieński M., Kubicz A., 1962. Kwasoodporność piaskowców Gór Świętokrzyskich i Dolnego Śląska na tle ich własności petrograicznych. Biuletyn Instytutu Geologicznego, 178: 1–115. Kasprzak M., 2006: Zróżnicowanie, pochodzenie i wykorzystanie piaskowców w romańskiej architekturze południowej Wielkopolski. Manuskrypt rozprawy doktorskiej. Biblioteka Główna Uniwersytetu im. A. Mickiewicza w Poznaniu. Kozłowski S. 1986: Surowce skalne Polski. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa. Krinsley D.H., Pye K., Boggs S. Jr., Tovey N.K., 1998: Backscatteres scanning electron microscopy and image analysis of the sediments and sedimentary rocks. Cambridge University Press. Krumbein W.C., 1936: Application of logarithmic moments to size frequency distribution of sediments. Journal of Sedimentary Research, 6/1: 35–47. Kryza R., 2011: Kamień w architekturze i sztuce: od Asuanu do Żagania. W: A. Żelaźniewicz, J. Wojewoda, W. Ciężkowski (red.), Mezozoik i kenozoik Dolnego Śląska. Wydawnictwo WIND i PTG, Wrocław. Kubicz, 1970: O własnościach ogniotrwałych piaskowców kredowych niecki śródsudeckiej. Geological Quarterly, 14, 3: 506–518. Kuhl J., 1933: Wstępne badania petrograiczne kwarcytów z Olszyny i Parzynowa (południowo-zachodnie okolice Ostrzeszowa). Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego, 9: 100–112. Kühn B., Zimmermann E., 1918: Erläuterungen zur Gologischen Karte von Preussen und benachbarten Bundesstaten. Blatt Gröditzberg. Kurnatowska Z., 1987: Opactwo benedyktyńskie w Lubiniu w świetle badań wykopaliskowych w latach 1978–1983. Studia i Materiały do Dziejów Wielkopolski i Pomorza, s. 5–23. Kurnatowska Z. (red.), 1996: Opactwo Benedyktynów w Lubiniu. Pierwsze wieki istnienia. Wydawnictwo PTPN, Poznań. Kwon Y.I., Boggs S. Jr., 2002: Provenance interpretation of Tertiary sandstones from the Cheju Basin (NE East China Sea): a comparison of conventional petrographic and scanning cathodoluminescence techniques. Sedimentary Geology, 152: 29–43. Labus M., 2008: Evaluation of weathering-resistance classes in clastic rocks on the example of Polish sandstones. Environmental Geology, 54: 283–289. 136 Literatura Labus M., 2010: Zastosowanie metod modelowania hydrochemicznego w ocenie wietrzenia skał klastycznych na przykładzie piaskowca kredowego ze złoża Radków. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 26, 1: 83–92. Labus M., Bochen J., 2012: Sandstone degradation: An experimental study of accelerated weathering. Environmental Earth Science, 67, 7: 2027–2042. Lanson B., Beaufort D., Berger G., Bauer A., Cassagnabère A., Meunier A., 2002: Authigenic kaolin and illitic minerals during burial diagenesis of sandstones: A review. Clay Minerals, 37, 1: 1–22. Laura González-Acebrón L., Götze J., Barca D., Arribas J., Mas R., Pérez-Garrido C., 2012: Diagenetic albitization in the Tera Group, Cameros Basin (NE Spain) recorded by trace elements and spectral cathodoluminescence. Chemical Geology, 312–313: 148–162. Lorenc M.W., Mazurek S., 2007: Wykorzystać kamień. Geneza – Przygotowanie – Stosowanie. Wydawnictwo Studio JASA, Wrocław. Maliszewska A., 1996: Wybrane zagadnienia diagenezy skał klastycznych. Przegląd Geologiczny, 44, 6: 586–595. Manecki A., Parachoniak W., 1986: Materiały do ćwiczeń z petrograii. Skrypty uczelniane, 997. Wydawnictwo AGH, Kraków. Marszałek M., Alexandrowicz Z., Rzepa G., 2014: Composition of weathering crusts on sandstones from natural outcrops and architectonic elements in an urban environment. Environmental Science and Pollution Research, 21, 24: 14023–14036. Martínez-Martínez J., Benavente D., Gomez-Heras M., Marco-Castaño L., García-Del-Cura M.Á., 2013: Non-linear decay of building stones during freeze-thaw weathering processes. Construction and Building Materials, 38: 443–454. McBride E.F., 1984: Diagenetic processes that affect provenance determinations in sandstone. W: G.G. Zuffa (red.), Provenance of arenites. Series C: Mathematical and Physical Sciences, 148: 95–114. Michalski St., Götze J., Siedel H., Magnus M., Heimann R.B., 2002: Investigations into provenance and properties of ancient building sandstones of the Zittau/Görlitz region (Upper Lusatia, Eastern Saxony, Germany). W: S. Siegesmund, A. Vollbrecht, T. Weiss (red.), Natural stone, weathering phenomena, conservation strategies and case studies. Special Publications, Geological Society, London, 205: 281–295. Milewicz J., 1961: Uwagi o piaskowcach budowlanych rejonu Bolesławca–Lwówka Śląskiego. Przegląd Geologiczny, 9, 4: 186–190. Milewicz J., 1973: Przekrój geologiczny przez depresję północnosudecką. Kwartalnik Geologiczny, 17, 1: 45–56. Milewicz J., 1979: Piaskowce dolnotriasowe i górnokredowe depresji północnosudeckiej. W: K. Dziedzic, S. Kozłowski, A. Majerowicz, L. Sawicki (red.), Surowce mineralne Dolnego Śląska. Wydawnictwo Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wrocław. Milliken K.K., Laubach S.E., 2000: Brittle deformation in sandstone diagenesis as revealed by scanned cathodoluminescence imaging with application to characterization of fractured reservoirs. W: M. Pagel, V. Barbin, P. Blanc, D. Ohnenstetter (red.), Cathodoluminescence in geoscience. Springer Verlag, Berlin–Heidelberg–New York, s. 225–244. Morad S., 1988: Albitized microcline grains of post-depositional and probable detrital origins in Brøttum Formation sandstones (Upper Proterozoic), Sparagmite Region of southern Norway. Geological Magazine, 125: 229–239. Morawiecki A., Rutkowski E., 1957: O piaskowcu zsyliikowanym ze Święci w powiecie konińskim. Archiwum Mineralogiczne, 21, 1: 101–118. Literatura 137 Mrozek-Wysocka M., 2008: Charakterystyka i proweniencja surowców skalnych z grecko-rzymskiego miasta Marina El Alamein w Egipcie. Rozprawa doktorska, niepublikowana. Biblioteka Główna UAM, Archiwum, Poznań. Norcliffe G.B., 1986: Statystyka dla geografów: wprowadzenie. Wydawnictwo PWN, Warszawa. Nowak P., 2010: Charakterystyka piaskowców lgockich poziomu dolnego jako materiału budowlanego zastosowanego w kamiennych obiektach drogi krzyżowej w Kalwarii Zebrzydowskiej. Biuletyn PIG, 439, 2: 437–440. Pagel M., Barbin V., Blanc P., Ohnenstetter D., 2000: Cathodoluminescence in geoscience. An introduction. Springer Verlag, Berlin–Heidelberg–New York, s. 1–22. Pettijohn F.J., Potter P.E., Siever R., 1972: Sand and sandstone. Springer Verlag, Berlin–Heidelberg–New York. Picouet P., Maggetti M., Piponnier D., Schvoerer M., 1999: Cathodoluminescence Spectroscopy of quartz grains as a tool for ceramic provenance. Journal of Archaeological Science, 26: 943–949. Polikreti K., 2007: Detection of ancient marble forgery: techniques and limitations. Archaeometry, 49, 4: 603–619. Polikreti K., Christoides C., 2009: The role of humic substances in the formation of marble patinas under soil burial conditions. Physics and Chemistry of Minerals, 36, 5: 271–279. Polikreti K., Maniatis Y., 2002: A new methodology for the provenance of marble based on EPR spectroscopy. Archaeometry, 44, 1: 1–21. Polikreti K., Maniatis Y., Bassiakos Y., Kourou N., Karageorghis V., 2004: Provenance of archaeological limestone with EPR spectroscopy: The case of the Cypriote-type statuettes. Journal of Archaeological Science, 31, 7: 1015–1028. Rajchel J., 2005: Kamienny Kraków. Wydawnictwo AGH, Kraków. Ratajczak T., Magiera J., Skowroński A., Tumidajski T. 1998: Ilościowa analiza mikroskopowa skał. Skrypty Uczelniane 1534. Wydawnictwo AGH, Kraków. Reed S.J.B., 2005: Electron microprobe analysis and scanning electron microscopy in geology. Cambridge University Press. Rembiś M., 2010: Wpływ impregnacji związkami krzemoorganicznymi piaskowców stosowanych w pionowych okładzinach kamiennych na ich odporność wobec siły wyrywającej bolec kotwy. Biuletyn PIG, 439, 2: 441–446. Rembiś M., 2013: Modyikacja izyczno-mechanicznych właściwości piaskowców metodą strukturalnego wzmacniania skał preparatami zawierającymi tetraetoksysilan. Rozprawy. Monograie, 270. Wydawnictwo AGH, Kraków. Rembiś M., Smoleńska A., 2008: Kamień w wybranych obiektach sakralnych rejonu Słomnik. Biuletyn PIG, 429: 167–172. Rembiś M., Smoleńska A., 2012: Wpływ wykształcenia wapieni lotus beige na stan ich zachowania w wybranych obiektach Krakowa. Biuletyn PIG, 448, 2: 433–439. Rembiś M., Sowa M., Uhryńska A., 2012: Przydrożne kapliczki piaskowcowe z południowej części Krakowa. Przegląd Geologiczny, 60, 7: 368–371. Robin V., Petit S., Beaufort D., Prêt D., 2013: Mapping kaolinite and dickite in sandstone thin sections using infrared microspectroscopy. Clays and Clay Minerals, 61, 2: 141–151. Rotnicki K., 1967: Geneza Wzgórz Ostrzeszowskich. Badania Fizjograiczne nad Polską Zachodnią, XIX: 93–147. Ruedrich J., Seidel M., Rothert E., Siegesmund S., 2007: Length changes of sandstones caused by salt crystallization. Geological Society Special Publication, 271: 199–209. 138 Literatura Ruedrich J., Siegesmund S., 2007: Salt and ice crystallisation in porous sandstones. Environmental Geology, 52, 2: 225–249. Ryka W., Maliszewska A., 1991: Słownik petrograiczny. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa. Sanetra U., Gawryś J., 2009: Własności izyczno-mechaniczne wapieni z jaskini Szachownica. Górnictwo i Geoinżynieria, 33, 1: 545–557. Sikorska M., 2005: Badania katodoluminescencyjne minerałów. Instrukcje i metody badań geologicznych. Wydawnictwo PIG, Warszawa, 59. Sikorska M., Pacześna J., 1997: Quartz cementation in Cambrian sandstones on the background of their burial history (Polish part of the East European Craton). Geological Quarterly, 41, 3: 265–272. Skoczylas J., 1990: Użytkowanie surowców skalnych we wczesnym średniowieczu w północno-zachodniej Polsce. Wydawnictwo UAM. Poznań. Skoczylas J., 1994: Użytkowanie surowców skalnych w początkach państwa polskiego w Wielkopolsce. W: Użytkowanie surowców skalnych w początkach państwa polskiego. VI Konferencja Sozologiczna i Seminarium Petroarcheologiczne. Wydawnictwo UAM, Poznań, s. 63–74. Skoczylas J., 1996: Wykorzystanie surowców skalnych w średniowiecznej architekturze Lubinia koło Gostynia. Geologos, 1: 203–215. Skoczylas J., 2002: Petroarcheologiczne badania w Marina el Alamein w Egipcie. Przegląd Geologiczny, 50, 12: 1177–1180. Słaby E., 2010: Rozpoznanie proweniencji marmurów Wielkiej Fontanny z Perugii z pomocą statystyki fraktalnej, analizy teksturalnej i izotopowej. Przegląd Geologiczny, 58, 8: 668–671. Słaby E., Galbarczyk-Gąsiorowa L., Trzciński J., Górka H., Łukaszewski P., Dobrowolska A., 2000: Mechanizm rozpadu piaskowców wywołany krystalizacją soli. Przegląd Geologiczny, 49, 2: 124–133. Śliwiński W., Raczyński P., Wojewoda J., 2003: Sedymentacja utworów epiwaryscyjskiej pokrywy osadowej w basenie północnosudeckim. W: W. Ciężkowski, J. Wojewoda, A. Żelaźniewicz (red.), Sudety Zachodnie: od wendu do czwartorzędu. Wydawnictwo WIND, Wrocław, s. 119–126. Stevens-Kalceff M.A., Götze J., 2014: Cathodoluminescence microanalysis of amorphised quartz. Microscopy and Microanalysis, 20, 3: 910–911. Stewarski E., Bystrowski J., Jakubowski J., 1995: Wytrzymałość materiałów. Ćwiczenia laboratoryjne. Skrypty uczelniane AGH, 1427. Wydawnictwo AGH, Kraków. Stück H., Koch R., Siegesmund S., 2013: Petrographical and petrophysical properties of sandstones: statistical analysis as an approach to predict material behaviour and construction suitability. Environmental Earth Science, Special Issue, 69: 1299–1332. Sylwestrzak H., 1997: Geologiczne tło architektury europejskiej. Przegląd Geologiczny, 45, 3: 317–322. Szczepaniak M., 2009: Pochodzenie piaskowców wykorzystanych w budownictwie średniowiecznym. W: L. Domańska, P. Kittel, J. Forysiak (red.), Środowisko – Człowiek – Cywilizacja. T. 2. Środowiskowe uwarunkowania lokalizacji osadnictwa. Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań, s. 405–411. Szczepaniak M., 2014: Sandstone in the sacral buildings of Greater Poland – provenance of the raw material. W: D. Michalska, M. Szczepaniak (red.), Geoscience in Archaeometry. Methods and case study. Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań, s. 35–58. Literatura 139 Szczepaniak M., Nawrocka D., Mrozek-Wysocka M., 2008: Applied geology in analytical characterization of stone materials from historical building. Applied Physics A: Materials Science & Processing, 90, 1: 89–95. Walderhaug O., Rykkje J., 2000: Some examples of the effect of crystallographic orientation on the cathodoluminescence colors of quartz. Journal of Sedimentary Research, 70, 3: 545–548. Watt G.R., Wright P., Galloway S., McLean C., 1997: Cathodoluminescence and trace element zoning in quartz phenocrysts and xenocrysts. Geochimica et Cosmochimica Acta, 61, 20: 4337–4348. Waugh B., 1970: Formation of quartz overgrowths in the Penrith sandstone (Lower Permian) of northwest England as revealed by scanning electron microscopy. Sedimentology, 14: 309–320. Wentworth C.K., 1929: Method of computing mechanical composition types in sediments. Bull. Geol. Soc. Amer., 40: 771–790. Wilczyńska-Michalik W., 2004: Inluence of atmospheric pollution on the weathering of stones in Cracow monuments and rock outcrops in Cracow, Cracow-Częstochowa Upland and the Carpatian. Wydawnictwo Naukowe Akademii Pedagogicznej, Kraków. Wilson L., Wilson M.J., Green J., Patey I., 2014: The inluence of clay mineralogy on formation demage in North Sea reservoir sandstones: A review with illustrative examples. Earth-Science Reviews, 134: 70–80. Wojciechowska I., 1980: Charakterystyka surowcowa skał okruchowych zwięzłych Dolnego Śląska. W: J. Oberc, W. Śliwiński (red.), Gospodarka surowcami skał litych na Dolnym Śląsku. Materiały po konferencji. Wydawnictwo PAN, Wrocław. Wojewoda J., 2011. Geoatrakcje Gór Stołowych – przewodnik geologiczny po Parku Narodowym Gór Stołowych. Wydawnictwo PNGS. Wojewoda J., Białek D., Bucha M., Głuszyński A., Gotowała R., Krawczewski J., Schutty B., 2011: Geologia Parku Narodowego Gór Stołowych – wybrane zagadnienia (Geology of the Góry Stołowe National Park – selected issues). W: T. Chodak, C. Kabała, J. Kaszubkiewicz, P. Migoń, J. Wojewoda (red.), Geoekologiczne warunki środowiska przyrodniczego Parku Narodowego Gór Stołowych. WIND, Wrocław, s. 53–96. Worden R.H., Burley S.D., 2003: Sandstone diagenesis: the evolution of sand to stone. W: S.D. Burley, R.H. Worden (red.), Sandstone diagenesis. Recent and ancient. Reprint Series, vol. 4 of IAS. Blackwell Publishing. Worden R.H., Morad S. (red.), 2000: Quartz Cementation in Sandstones. Wiley-Blackwell, Oxford. Worden R.H., Morad S., 2003: Clay minerals in sandstones: controls on formation, distribution and evolution. International Association of Sedimentologists Special Publication, 34: 3–41. Żelaźniewicz A., Aleksandrowski P., Buła Z., Karnkowski P.H., Konon A., Oszczypko N., Ślączka A., Żaba J., Żytko K., 2011a: Regionalizacja tektoniczna Polski. Wydawnictwo Komitet Nauk Geologicznych PAN, Wrocław. Żelaźniewicz A., Wojewoda J., Ciężkowski W., 2011b: Mezozoik i kenozoik Dolnego Śląska. LXXXI Zjazd PTG. Wydawnictwo Wind, Wrocław. Zingernagel V., 1978: Cathodoluminescence of quartz and its application to sandstone petrology. Contribution to Sedimentology, 8: 1–67. 140 Literatura Normy PN-B-11203:1997. Materiały kamienne. Elementy kamienne; płyty do okładzin zewnętrznych i wewnętrznych – norma wycofana. PN-EN-12371:2010. Metody badań kamienia naturalnego – oznaczanie mrozoodporności. PN-EN-13755:2008. Metody badań kamienia naturalnego – oznaczanie nasiąkliwości przy ciśnieniu atmosferycznym. PN-EN-1926:2007. Metody badań kamienia naturalnego – oznaczanie jednoosiowej wytrzymałości na ściskanie. PN-EN-1936:2010. Metody badań kamienia naturalnego – oznaczanie gęstości i gęstości objętościowej oraz całkowitej i otwartej porowatości. PN-G-04302:1997. Skały zwięzłe – oznaczanie wytrzymałości na rozciąganie metodą poprzecznego ściskania. Strony internetowe www.impala.net.pl/kamien_naturalny.php www.kamieniolom-mucharz.pl/badania–kamienia/ www.kgbig.agh.edu.pl/pliki/AB%20298.pdf www.natursteinonline.de/steinsuche/dnsa_datenbank.html www.piaskowceradkow.pl www.swiat-kamienia.pl Spis rycin (Część opisu rycin w wersji skróconej) Ryc. 1. Lokalizacja obszaru badań: romańskich kościołów oraz naturalnych wychodni i kamieniołomów piaskowców neogeńskich i kredowych uwzględnionych w pracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 2. Obszar badań synklinorium północnosudeckiego na tle Mapy Geologicznej Polski w skali 1:200 000 (Jerzykiewicz i in. 1989); szczegółowe wyjaśnienie wieku skał kredy górnej ze skrótów mapy geologicznej: Kc – cenoman, Kt1 – dolny turon, Kt2+cn – turon górny – koniak, Kcn – koniak, Kst – santon Ryc. 3. Obszar badań synklinorium śródsudeckiego na tle Mapy Geologiczno-Turystycznej Gór Stołowych w skali 1:50 000 (Čech i Gawlikowska 1999); białe strzałki wskazują kamieniołom w Radkowie oraz kamieniołom Szczytna-Zamek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 4. Uproszczone proile litostratygraiczne skał wieku kredowego z terenu: a – synklinorium śródsudeckiego i b – północnosudeckiego (wg RuśkiewiczSaab i Kity-Badak 1978, za: Kozłowskim 1986); na proilach zamieszczono dodatkowo wszystkie kamieniołomy omawiane w pracy . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 5. Wybrane miejsca poboru prób: a–b – Czaple wyrobisko B (próbki oznaczone CZA), a – nieczynne wyrobisko, b – kwarcowy piaskowiec średnioziarnisty z wkładką materiału żwirowego, c – kamieniołom Czaple wyrobisko C w Nowej Wsi Grodziskiej, fragment ściany z grubą wkładką materiału ilastego (próbki oznaczone NWCZ), d–f – Rakowice Małe – miejsce wydobycia piaskowca Rakowiczki, f – ciemne przewarstwienia w obrębie piaskowca, g–h – Żerkowice, g – widok ogólny kamieniołomu, h) blok drobnoziarnistego piaskowca kwarcowego przeznaczonego do produkcji m.in. okładzin piaskowcowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 6. Wybrane miejsca poboru prób: a–d – Radków, a) widok ogólny kamieniołomu, b – blok gruboziarnistego piaskowca z warstwy bogatej w faunę z ośródkami małży, c – fragment bloku drobnoziarnistego piaskowca, d – fragment bloku piaskowca określanego lokalnie przez kamieniarzy „lagier” z widocznymi ciemnobrązowymi, czasem ciemnoszarymi przewarstwieniami, także z wkładkami grubszego materiału, jest to piaskowiec nie wykorzystywany do produkcji okładzin; e–h – Szczytna, e – widok ogólny kamieniołomu, f – drobnoziarnisty piaskowiec z wyraźną obecnością frakcji żwirowej, g–h – jasnoszary kwarcowy piaskowiec drobnoziarnisty z widocznymi skośnymi smugami i warstewkami spoiwa ilastego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 7. Zróżnicowanie kolorystyczne (od jasnoszarych, przez różowe do brązowych) i granulometryczne próby z kamieniołomu w Radkowie z widocznymi na rycinie c fragmentami fauny; skala widoczna na fotograiach ma podziałkę 1 cm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 8. Piaskowcowe elementy lapidarne przy kościele przyklasztornym w Lubiniu: a – zestaw prób o numerach od 1 do 9, b–f – detale architektoniczne o numerach 1, 2, 6, 11 i 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 9. Obraz mikroskopowy piaskowców z Czapli, wyrobisko B . . . . . . . . . . . . . . 11 15 16 17 34 37 38 40 44 142 Spis rycin Ryc. 10. Obraz mikroskopowy piaskowców z Nowej Wsi Grodziskiej, wyrobisko C Zakładu Czaple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 11. Obraz mikroskopowy piaskowców z Rakowic Małych, kopalnia piaskowca Rakowiczki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 12. Obraz mikroskopowy piaskowców z Wartowic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 13. Obraz mikroskopowy piaskowców z Żeliszowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 14. Obraz mikroskopowy piaskowców z Żerkowic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 15. Obraz mikroskopowy piaskowców z Radkowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 16. Przykład mappingu wykonany dla wybranej próbki piaskowca arkozowego z Radkowa (dla większości prób piaskowców obraz był bardzo zbliżony) . Ryc. 17. Obraz mikroskopowy piaskowców z kamieniołomu Szczytna-Zamek . . . Ryc. 18. Obraz mikroskopowy próbek piaskowców z elementów lapidarnych z Lubinia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 19. Obraz mikroskopowy eratyków piaskowcowych z terenu Wielkopolski z bardzo dobrze wykształconym spoiwem regeneracyjnym, na rycinie a zaznaczono na czerwono pierwotne granice ziaren kwarcu, widoczny jest pierwotny zwarty szkielet ziarnowy, na rycinie b zobaczyć można pierwotne obtoczenie kwarcu oraz obwódki regeneracyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 20. Próbki piaskowca z Czapli – wyrobisko B, obraz z mikroskopu katodoluminescencyjnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 21. Próbki piaskowca z Czapli – wyrobisko B, obraz z mikroskopu skaningowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 22. Próbki piaskowca z Nowej Wsi Grodziskiej – wyrobisko C, obraz z mikroskopu katodoluminescencyjnego i polaryzacyjnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 23. Próbki piaskowca z Nowej Wsi Grodziskiej – wyrobisko C zakładu górniczego Czaple, obraz z mikroskopu skaningowego, VP-SEM, bez napylania . Ryc. 24. Próbki piaskowca Rakowiczki, obraz z mikroskopu katodoluminescencyjnego (a, b) i polaryzacyjnego (b, d–h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 25. Próbki piaskowca z Rakowic Małych (piaskowiec Rakowiczki) w obrazie z mikroskopu skaningowego, VP-SEM, bez napylania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 26. Próbki piaskowca z Żerkowic, obraz z mikroskopu katodoluminescencyjnego (b, d–h) i polaryzacyjnego (a, c) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 27. Próbki piaskowca z Żerkowic w obrazie z mikroskopu skaningowego, VP-SEM, bez napylania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 28. Próbki piaskowca arkozowego z Radkowa, a–e, h – obraz z mikroskopu katodoluminescencyjnego, f, g – XN mikroskop polaryzacyjny . . . . . . . . . . . . Ryc. 29. Próbki piaskowca z Radkowa w obrazie z mikroskopu skaningowego, fotograie wykonane w niskiej próżni, bez napylania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 30. Próbki piaskowca ze Szczytnej (kamieniołom Szczytna-Zamek) . . . . . . . . Ryc. 31. Próbki piaskowca z kamieniołomu Szczytna-Zamek w obrazie z mikroskopu skaningowego, VP-SEM, bez napylania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 32. Próbki piaskowca z Lubinia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 33. Próbki piaskowca z elementów lapidarnych z kościoła romańskiego w Lubiniu w obrazie z mikroskopu skaningowego (SEM-BSE), VP-SEM, bez napylania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 34. Przykłady arenitów kwarcowych (eratyki z terenu Wielkopolski, łom w Brzeźnie, kościół w Krobi) najbardziej zbliżone pod względem obrazu mikroskopowego i składu mineralnego do skał z Lubinia . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ryc. 35. Diagramy porównawcze oparte na wartości średniej i standardowego odchylenia liczonego dla danego zespołu prób . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 48 50 51 53 56 57 58 61 62 75 76 78 79 82 83 85 87 89 92 94 95 96 99 100 108 Spis tabel Tabela 1. Analizy planimetryczne górnokredowych piaskowców ciosowych z Radkowa i Szczytnej (kamieniołom Szczytna-Zamek) (Jerzykiewicz 1968, 1971) . Tabela 2. Wyniki analiz petrograicznych dla wszystkich badanych piaskowców uzupełnione o wcześniejsze wyniki badań (Kasprzak 2006, Szczepaniak 2009, 2014; wyniki podane kursywą uzyskano w trakcie realizacji projektu nr N N307 009039) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabela 3. Popularne procesy diagenetyczne, które wpływają na typy ziaren detrytycznych. Procesy zostały przedstawione w obrębie wierszy od najbardziej do najmniej popularnych (przytoczone dokładnie za McBride’m 1984) . . . . . . . . Tabela 4. Zestawienie procesów diagenetycznych obserwowanych w piaskowcach kredowych synklinorium północnosudeckiego i śródsudeckiego w odniesieniu do prac Worden i Burley 2003 i McBride 1984 (tab. 3 z tejże pracy), bez uwzględnienia podstawowych procesów, takich jak np. kompakcja, które zachodziły we wszystkich próbach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabela 5. Zestawienie wyników parametrów statystycznych uziarnienia poszczególnych analizowanych piaskowców z kredowych i neogeńskich kamieniołomów oraz elementów lapidarnych z romańskich kościołów w południowej Wielkopolsce; wszystkie parametry podane w mm (zestawienie danych z prac: Kasprzak 2006, Szczepaniak 2009, 2014, uzupełnione; wyniki podane w tabeli kursywą uzyskano w trakcie realizacji projektu NCN nr N N307 009039) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabela 6. Zestawienie wyników parametrów statystycznych uziarnienia piaskowców z kamieniołomów w Wartowicach i Żeliszowie z synklinorium północnosudeckiego; wszystkie parametry podane w mm (wyniki uzyskane w trakcie realizacji projektu NCN nr N N307 009039) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabela 7. Wybrane przykłady skał z terenu Polski o różnej litologii i ich wybrane cechy izyczne i mechaniczne na podstawie pracy Kozłowskiego (1986), www.impala.net.pl/kamien_naturalny.php i innych w niej cytowanych (przytoczone badania nie miały w większości przypadków odniesienia do norm) . . Tabela 8. Zakres badań laboratoryjnych przeprowadzonych w LBWSIWK AGH w Krakowie (całość wyników zamieszczona na końcu pracy w postaci załącznika – sprawozdania z badań nr 282) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabela 9. Zestawienie prób z poszczególnych kamieniołomów kredowych piaskowców, które poddano badaniom wytrzymałościowym z ich oznaczeniem i liczbą próbek z danego fragmentu skały/płyty pozyskanej na terenie kamieniołomu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabela 10. Uśrednione wyniki gęstości objętościowej i nasiąkliwości oraz porowatości otwartej dla prób z Radkowa, Szczytnej, Czapli (Nowej Wsi Grodziskiej wyrobisko C) oraz Żerkowic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabela 11. Uogólnione wyniki analiz wytrzymałości na ściskanie dla prób z czterech kamieniołomów w stanie powietrzno-suchym oraz w stanie nasycenia wodą po badaniu mrozoodporności . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabela 12. Uogólnione wyniki wytrzymałości na rozciąganie dla prób z czterech kamieniołomów w stanie powietrzno-suchym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 64 70 102 109 113 115 116 117 119 120 121 Załącznik Sprawozdanie z badań nr 282 Wyniki badań laboratoryjnych wybranych właściwości izycznych wymienionych w zleceniu na próbkach czterech rodzajów materiału z kamieniołomów: Nowa Wieś Grodziska (kamieniołom zakładu Czaple wyrobisko C), Żerkowice, Radków, Szczytna Załącznik 145 146 Załącznik Załącznik 147 148 Załącznik Załącznik 149 150 Załącznik Załącznik 151 152 Załącznik Załącznik 153 154 Załącznik Załącznik 155 156 Załącznik Załącznik 157 158 Załącznik Załącznik 159 160 Załącznik Załącznik 161 162 Załącznik Załącznik 163 164 Załącznik