O rozłamie w skorupie ziemskiej pod Kielcami - Jan Malec

Przez obszar środkowej i wschodniej Polski, wzdłuż linii łączącej Koszalin i Lublin, przebiega jedna z głównych granic tektonicznych w Europie, stanowiąca głęboki rozłam w skorupie ziemskiej, określany strefą Teissera'a-Tornquista (T-T). Na wschód od strefy T-T znajduje się rozległy obszar platformy wschodnioeuropejskiej zbudowanej z prekambryjskich skał krystalicznych, na których prawie poziomo leżą osady paleozoiku i mezozoiku. Obszar położony na zachód od strefy T-T złożony jest z bloków tektonicznych (terranów), zbudowanych z różnowiekowych skał paleozoicznych, silnie zdeformowanych w formie fałdów i sieci uskoków, przykrytych górotworem waryscyjskim.

Terrany kaledonidów polskich (wg Pożaryskiego i in., 1992)

Jedna z głównych stref tektonicznych rozdzielających terrany leżące na przedpolu platformy wschodnioeuropejskiej, przecina prawie w połowie Góry Świętokrzyskie, dzieląc je na dwa bloki: północny - łysogórski i południowy - małopolski. Jest ona określana jako rozłam, lub dyslokacja świętokrzyska, przebiegająca z północnego zachodu na południowy wschód, na południe od Pasma Głównego, zbudowanego głównie z kwarcytów kambryjskich. Strefa ta, z brzegiem platformy wschodnioeuropejskiej łączy się w rejonie Biłgoraja. W zachodniej części Gór Świętokrzyskich, jej przebieg sytuowano dotychczas na północ od Kielc. Z danych uzyskanych na podstawie analizy paleotemperatur i subsydencji skał paleozoiku wynika, że na obszarze tym, dyslokacja świętokrzyska znajduje się dalej na południe niż dotychczas przyjmowano.

Dane paleotermiczne umożliwiają określenie przybliżonego, maksymalnego zakresu temperatur, do jakich w swej historii została podgrzana skała. Głównym narzędziem ("termometrem") wykorzystywanym w tym celu są związki węgla, bardzo wrażliwe na wzrost temperatury, zawarte w kopalnych organizmach roślinnych i zwierzęcych. Szczególnie przydatne są mikroszczątki roślinne reprezentowane przez mikrospory i akritarchy oraz konodonty - należące do aparatu szczękowego prymitywnych morskich kręgowców. Zawarte w tych organizmach związki węgla, pod wpływem wzrostu temperatury ulegają uwęgleniu, powodując ciemnienie okazów. Eksperymentalnie stwierdzono, że słabo podgrzane okazy konodontów mają barwę jasnożółtą, natomiast w temperaturze powyżej 300?C są czarne. W zakresie temperatur pośrednich, istnieje ciągłe przejście barw, od odcieni koloru żółtego do różnych odcieni brązu i czerni. Wraz ze wzrostem temperatury, podobna zmiana barw zachodzi u organizmów pochodzenia roślinnego. Raz podgrzane szczątki organiczne nie ulegają odbarwieniu z upływem czasu, niezależnie od wieku skały, wpływu czynników wietrzeniowych, atmosferycznych i innych.

Na drodze eksperymentalnej ustalono skalę, na której kolejnym zakresom barw odpowiadają coraz wyższe przedziały temperatur. Pozwala ona określić stopień podgrzania kopalnej materii organicznej na podstawie porównania barwy konodontów i mikrospor ze skalą wzorcową. Stopień przeobrażenia barw konodontów określany jest wskaźnikiem CAI (Colour Alteration Index), natomiast zmienność termiczna barw u szczątków mikroflorystycznych zdefiniowana jest symbolem TAI (Thermal Alternation Index). Określenie wskaźnika przeobrażeń termicznych kopalnej materii organicznej jest jednocześnie wielkością stopnia osiągniętej paleotemperatury przez skały zawierające te organizmy.

Skały paleozoiku Gór Świętokrzyskich wykazują wyraźną strefowość w rozkładzie paleotemperatur. Duży gradient wskaźnika dojrzałości termicznej występuje pomiędzy blokiem łysogórskim a blokiem małopolskim. Okazało się, że skały paleozoiku z bloku łysogórskiego zostały w swej historii podgrzane do wyższej temperatury niż z bloku małopolskiego. Granica rozdzielająca dwie strefy o różnych paleotemperaturach pokrywa się ogólnie z dotychczas sytuowanym przebiegiem głębokiego rozłamu w skorupie ziemskiej, rozdzielającego blok łysogórski od bloku małopolskiego. Dane paleotermiczne wskazują, że skały wchodzące w skład bloku łysogórskiego były podgrzane do temperatur powyżej 100?C, natomiast te z bloku małopolskiego do temperatury w granicach 50?C. W zachodnim rejonie Gór Świętokrzyskich, strefa oddzielająca zróżnicowane paleotermicznie skały przebiega prawie przez środek obszaru Kielc. Północne dzielnice miasta, ulokowane na skałach paleozoicznych o wieku sylur-karbon - są silniej podgrzane, natomiast południowe, rozmieszczone na podłożu zbudowanym ze skał kambru, ordowiku, syluru i dewonu - są podgrzane słabiej. Rozkład paleotemperatur dzieli miasto na część północną, wchodzącą w skład bloku łysogórskiego i południową - leżącą na bloku małopolskim.

Przyczyna silniejszego podgrzania skał bloku łysogórskiego nie jest dotychczas wyjaśniona. Można jedynie przypuszczać, że już od wczesnego paleozoiku obszar ten znajduje się w zasięgu silniejszego strumienia cieplnego płynącego z głębi skorupy ziemskiej.

Strefa rozdzielająca dwa bloki litosfery, przebiegająca przez centralną część miasta, związana jest z głębokim rozłamem w skorupie ziemskiej. Jego obecność, poza różną paleotemperaturą skał na obu blokach, potwierdzają także wyniki badań subsydencji osadów syluru w zachodniej części regionu kieleckiego. Na obszarze miasta, strefa ta rozciąga się ogólnie z zachodu na wschód, wzdłuż linii biegnącej w przybliżeniu u północnych podnóży Karczówki, Kadzielni i Wietrzni. Była ona bardzo aktywna w odległej i bliższej przeszłości geologicznej. Wzdłuż tej strefy odbywały się poziome ruchy przesuwcze mas skalnych na dystansach dziesiątków i prawdopodobnie setek kilometrów, wielokrotnie odnawiane były pionowe uskoki oraz miały miejsce wstrząsy tektoniczne o różnej sile.

Obecność tej strefy uwidacznia się szczególnie w sylurze, dewonie i karbonie, a jej aktywność miała decydujący wpływ na charakter sedymentacji osadów po jej południowej i północnej stronie. Granica pomiędzy blokiem łysogórskim a blokiem małopolskim, na obszarze Kielc rozdziela obszary o wyraźnie odmiennym wykształceniu facjalnym osadów paleozoiku. Północna część bloku małopolskiego ograniczona jest na obszarze Kielc wyraźnym progiem morfologicznym w postaci ciągu wapiennych wzgórz Pasma Kadzielniańskiego, obciętego od północy wgłębną strefą tektoniczną. Północne peryferie bloku małopolskiego wykazywały w późnym paleozoiku tendencje do ruchów wznoszących wzdłuż strefy rozłamowej, natomiast obszar położony bezpośrednio na północ, charakteryzował się tendencją do obniżania - subsydencji. W rejonie Kielc, przejawy tych procesów widoczne są w profilu paleozoiku już od późnego syluru. Kontrast w wykształceniu facjalnym osadów pomiędzy graniczącymi na obszarze Kielc blokami jest największy w późnym dewonie (fran, famen) i wczesnym karbonie (turnej, wizen).

We franie, w zbiorniku obejmującym północny kraniec bloku małopolskiego tworzyły się osady płytkowodnych facji rafowych i przyrafowych, natomiast w basenie rozwiniętym na podłożu bloku łysogórskiego, gromadziły się margle i łupki margliste w środowisku głębokomorskim. W famenie i wczesnym karbonie, na obszarze północnego zrębu bloku małopolskiego powstawały skondensowane osady wapieni na podmorskim grzbiecie, z fauną koralowców, ramienionogów, trylobitów i głowonogów. W tym samym czasie, bezpośrednio na północ, na podłożu bloku łysogórskiego, w warunkach głębokomorskich trwała sedymentacja margli, iłowców i łupków radiolariowych.

Z czasów historycznych nie posiadamy żadnych informacji o przejawach aktywności omawianej strefy tektonicznej. Podłoże skalne, na którym leżą Kielce, jest od dawna skonsolidowane i asejsmiczne. W przypadku jednak uaktywnienia tektonicznego skorupy ziemskiej w tej części Europy, strefy takie, głęboko zakorzenione, jako pierwsze ujawnią swoją obecność.

Rozluźnienia skał, występujące na pograniczu bloku łysogórskiego i małopolskiego w rejonie Kielc, sprzyjały krążeniu zmineralizowanych roztworów w różnych epokach geologicznych. Materialnym przejawem ich obecności są kruszce rud metali, głównie kolorowych, eksploatowane w przeszłości wzdłuż i wokół strefy głębokiego rozłamu.

Omawiana strefa tektoniczna stanowi obecnie uprzywilejowane drogi migracji wód podziemnych. W stosunku do innych obszarów miasta, wzdłuż jej rozciągłości obserwowane jest zwiększone natężenie pola radiestezyjnego.

Powyższy tekst został opublikowany w pracy zbiorowej „V Kielecki Festiwal Nauki, 16-26 września 2004. Prezentacje festiwalowe”, K. Grysa (red.), Kielce, 2005.