Gdybyśmy mieli możliwość cofnięcia się w czasie o około 270 milionów lat, to trafilibyśmy do niesamowitego świata, który przypominałby nieco okolice dzisiejszego Morza Martwego. Krajobraz słonych lagun i jezior, otoczonych pustyniami – tak wyglądało wówczas terytorium współczesnej Polski.

Obszar naszego kraju znajdował się wówczas w okolicy zwrotnika Raka, na północ od wielkiego, choć starego i częściowo zniszczonego w wyniku erozji, łańcucha górskiego. Ciągnął się on od południowej części Stanów Zjednoczonych, przez południowo-zachodnią Europę (Atlantyk wówczas jeszcze nie istniał), aż po teren Sudetów. Góry te, które wznosiły się na przestrzeni tysięcy kilometrów, powstały ponad 50 milionów lat wcześniej, w karbonie, w wyniku zderzeń kontynentów. Kolizje doprowadziły do utworzenia wielkiego kontynentu Pangea, a pomiędzy samodzielnymi wcześniej lądami wypiętrzone zostały właśnie wspomniane łańcuchy górskie.

Mapa paleogeograficzna: perm, 260 mln lat temu.

Świat 260 milionów lat temu. Tak wyglądał układ kontynentów w chwili, gdy rozgrywały się wydarzenia opisane w tym artykule.

Na północ od gór, na terenie dzisiejszej Wielkiej Brytanii, Holandii, północnych Niemiec i północno-zachodniej Polski znajdował się bardziej monotonny, częściowo równinny obszar, zajęty przez półpustynie i pustynie. Klimat zbliżony był do tego, który znamy dzisiaj z rejonów zwrotnikowych. Przewyższał go jednak surowością. W ciągu dnia temperatury regularnie wzrastały do kilkudziesięciu stopni Celsjusza. Był to prawdopodobnie najgorętszy epizod w dziejach Ziemi na przestrzeni ostatniego pół miliarda lat! Więcej o tym wydarzeniu można przeczytać w tym artykule.

Morze cechsztyńskie

W takich warunkach na teren europejskich równin wkroczyły wody ciepłego morza, nazywanego przez geologów morzem cechsztyńskim. Wlewały się one z kierunku północno-zachodniego, a więc od strony współczesnego Morza Północnego. Powstające morze śródlądowe (takie jak dzisiejszy Bałtyk) zajęło duże obszary, ponieważ sięgnęło aż do krawędzi dzisiejszych Sudetów oraz Gór Świętokrzyskich.

Zasięg morza cechsztyńskiego na terenie dzisiejszej Polski.

Tak wyglądało terytorium Polski w późnym permie, około 270 mln lat temu. Północno-zachodnia część kraju znalazła się pod wodami morza cechsztyńskiego. Rys. Piotr Woźniak.

Skąd wiemy, że to właśnie na terenie Polski znajdował się niecałe 270 milionów lat temu brzeg morza? Świadczą o tym skały, które tworzą się na granicy lądu i morza. W Górach Świętokrzyskich są nimi tak zwane zlepieńce zygmuntowskie. Wykonano z nich trzon pierwszej kolumny Zygmunta III Wazy w Warszawie, i stąd właśnie ich nazwa. Skały te powstały w ciepłym i suchym klimacie, w rejonie wylotów dolin górskich, gdzie transportowane były fragmenty skał niszczonych w tych skrajnie nieprzyjaznych warunkach. Kawałki skał gromadziły się na stożkach, które mogły być dodatkowo częściowo przemywane falami morskimi. Wiemy więc, że brzeg morski musiał znajdować się wówczas bardzo blisko.

Zlepieniec zygmuntowski.

Zlepieniec zygmuntowski – dekoracyjny kamień, eksploatowany do początku lat 90-tych XX wieku, powstały 250 mln lat temu w wysokich górach, które znajdowały się wówczas na terenie dzisiejszej Polski.

Wybrzeże morza cechsztyńskiego (perm) w rejonie Gór Świętokrzyskich.

Tak mogło wyglądać wybrzeże morza cechsztyńskiego (perm) w rejonie Gór Świętokrzyskich (rys. Edyta Felcyn).

Podobne osady składające się z dużych, słabo obtoczonych okruchów zobaczyć można także w dzisiejszych górach. W dalekiej przyszłości będą one miały szansę stać się skałami takimi jak zlepieńce zygmuntowskie, jednak o innej barwie i stopniu obtoczenia – to efekt odmiennych warunków klimatycznych panujących dzisiaj na terenie Polski.

Niedaleko na zachód i na północny-zachód od stanowisk zlepieńców zygmuntowskich znajdowane są skały, które na pewno powstały w morzu, niecałe 270 milionów lat temu. Są to już osady morza cechsztyńskiego. Budzą one bardzo żywe zainteresowanie geologów, gdyż w skałach tych znaleziono szereg złóż surowców energetycznych i skalnych, a także cennych metali. Polskie zasoby miedzi, srebra, soli, a także ropy i gazu w dużej mierze zawdzięczamy właśnie temu morzu sprzed milionów lat, z odległego okresu geologicznego nazywanego permem.

Jak to możliwe, że w wodach morskich – drastycznie różniących się od wód współczesnego Bałtyku, a nawet Atlantyku, ale jednak wodach morskich – mogło zgromadzić się tak wiele bogactw? Zawdzięczamy to specyficznemu połączeniu unikalnego składu wód morza cechsztyńskiego, składu skał podłoża, na które wkraczały wody, a także geologicznemu sąsiedztwu osadów, które tworzyły się w tym morzu.

Pod pewnymi względami morze sprzed 270 milionów lat przypominało dzisiejszy Bałtyk. Miało ono wprawdzie o wiele większy zasięg, jednak podobnie jak dzisiejsze polskie morze było ono zbiornikiem śródlądowym, połączonym z oceanem daleko na północny-zachód od terytorium Polski.

W takim morzu panują zupełnie inne warunki niż na otwartym oceanie. Zasolenie regulowane jest warunkami klimatycznymi. Bałtyk leży w strefie klimatu umiarkowanego, a jego zasolenie jest znikome, gdyż cały czas docierają do niego olbrzymie ilości słodkiej wody rzecznej.

Upały w Europie…

Zupełnie inaczej wyglądałaby sytuacja, gdyby Bałtyk leżał w strefie klimatu zwrotnikowego suchego – tak, jak miało to miejsce w permie. Nie byłoby wówczas stałej dostawy słodkiej wody, gdyż jedynym jej źródłem byłyby niewielkie rzeki okresowe. Co więcej, znacznie silniejsze parowanie powodowałoby stały wzrost zasolenia. Obniżałoby ono też poziom wód morskich, co w połączeniu nawet z niewielkim spadkiem poziomu oceanów mogłoby doprowadzić do przerwania kontaktu z wszechoceanem. Śródlądowe morze stałoby się wówczas laguną solną.

Morze Martwe (© frag - Fotolia.com).

Krajobraz znad Morza Martwego. Podobnie musiało wyglądać morze cechsztyńskie zalewające terytorium Polski. Nasz kraj znajdował się wówczas w pobliżu równika, a klimat był bardzo gorący i suchy (© frag – Fotolia.com).

…i zlodowacenia w Afryce

Właśnie taka sytuacja miała miejsce w cechsztyńskim morzu. Poziom oceanów ulegał stałym, rytmicznym wahaniom. Był to efekt zlodowaceń, które objęły wówczas rejon bieguna południowego. Cykliczne zmiany powierzchni i grubości pokryw lodowych powodowały wahania światowego poziomu wód oceanicznych, a tym samym czasowe odcinanie połączenia morza cechsztyńskiego z wszechoceanem.

Co ciekawe, te zlodowacenia sprzed około 300 milionów lat wcale nie dotknęły terenu dzisiejszej Polski. Jest to zupełnie zrozumiałe – nasz kraj wędrował wówczas powoli na północ, od równika, po zwrotnik Raka. Lądolody pojawiły się natomiast między innymi w… Afryce i Ameryce Południowej, które znajdowały się wtedy w rejonie południowego bieguna geograficznego.

Co zawdzięczamy morzu: złoża soli

Cykliczne wahania poziomu morza cechsztyńskiego i okresowe utraty połączenia z oceanem, prowadzące nawet do częściowego wysychania solnej laguny, były przyczyną powstania charakterystycznych pakietów skalnych. Poszczególne odmiany skał osadowych następują po sobie w ściśle ustalonej kolejności. Takie kompleksy osadów o rytmicznie powtarzającej się strukturze, powstałe w wyniku cyklicznych zmian warunków środowiskowych, nazywane są cyklotemami. Te, które powstały w morzu cechsztyńskim, są z reguły nazywane cyklotemami cechsztyńskimi, permskimi lub po prostu solnymi.

Nazwa „cyklotemy solne” jest w pełni uzasadniona – większość z tych kompleksów skalnych zawiera w sobie bogate złoża soli kamiennej. Sól kamienna jest skałą zbudowaną z minerału halitu (NaCl – czyli sól kuchenna stosowana w kuchni i na drogach w sezonie zimowym).

Kryształy soli kamiennej - minerału halitu.

Te sześcienne kryształy to sól kuchenna, czyli minerał halit, która wytrąciła się z cechsztyńskiego morza blisko 270 milionów lat temu. Złoża takiej soli są eksploatowane między innymi w Kłodawie w środkowej Polsce.

Sól kamienna, a także sole potasowo-magnezowe pojawiają się jednak w górnej części cyklotemu, gdy doszło już do przerwania połączenia z oceanem, a morze zamieniło się w silnie parujące jezioro – lagunę solną. Nieco wcześniej, czyli pomiędzy wtargnięciem wód oceanicznych a powstaniem laguny tworzyły się jednak zupełnie inne, choć równie interesujące skały.

Kluczowe znaczenie mają dla nas te osady, które powstawały w momencie pierwszego wtargnięcia morza cechsztyńskiego na tereny Europy. W sumie takich epizodów wkraczania morza było kilka. Na terenie Polski, która znajdowała się na peryferiach zbiornika, znaleziono ślady czterech lub pięciu z nich. W Europie Zachodniej (zwłaszcza w Holandii i Wielkiej Brytanii) tych epizodów odnotowano więcej. Co najmniej tyle razy musiały się też powiększać i kurczyć pokrywy lodowe, którym zawdzięczamy powstanie cyklotemów.

Pierwszy cyklotem (określany przez geologów mianem Werra) był, jak zaznaczono wcześniej, kluczowy. Morze po raz pierwszy wkraczało na obszar leżący na krawędzi wielkich łańcuchów górskich, erodowanych przez długie miliony lat w gorącym klimacie. Specyficzny skład chemiczny skał tworzących się na przedpolu tych gór jeszcze w warunkach lądowych dał w połączeniu z wodami morskimi unikalną mieszankę, stanowiącą punkt wyjścia do skomplikowanych i nie do końca poznanych procesów chemicznych.

Co zawdzięczamy morzu: złoża miedzi

Pewne jest jedno: w wyniku tych zaawansowanych procesów skały (piaski i piaskowce), na które po raz pierwszy wkroczyło morze, a także pierwsze osady powstałe w cechsztyńskim morzu, zostały wzbogacone w całą paletę metali, dając jedne z największych na świecie złóż miedzi, w których dodatkowo powszechnie występują inne cenne pierwiastki, w tym srebro i złoto.

Wszystkie te metale gromadzą się w skałach określanych mianem rud. Rudy miedzi występujące w osadach pierwszego cyklotemu morza cechsztyńskiego zostały bardziej szczegółowo opisane w ramce.

Rozwiń, żeby dowiedzieć się więcej o złożach rud miedzi

Te ogromne złoża metali eksploatowane są dzisiaj w Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym (LGOM). Na jego terenie znajdują się między innymi kopalnie w Lubiniu i Polkowicach.

Minerały bogate w miedź i inne metale znaleziono także w wielu innych miejscach na terenie Polski, gdzie na powierzchni znajdują się skały powstałe w okresie permskim. Skały te są nośnikami wielu minerałów, które mogą być wykorzystane jako rudy metali – w tym między innymi chalkozyn i kowelin.

Rozwiń, żeby dowiedzieć się więcej o minerałach zawierających miedź
Chalkopiryt z okolic Miedzianki na Dolnym Śląsku.

Chalkopiryt jest minerałem zawierającym miedź. Nie ma on już dużego znaczenia jako ruda miedzi, ale stanowi znany kamień ozdobny.

Co zawdzięczamy morzu: węglowodory

Złoża miedzi (jak i towarzyszącego jej srebra oraz innych pierwiastków), a także soli nie wyczerpują całego potencjału skał powstałych w cechsztyńskim morzu. Dla takich ciepłych zbiorników morskich typowe są osady węglanowe. Są to skały zbudowane z węglanu wapnia (CaCO3), nazywane wapieniami lub dolomitami (w tym drugim przypadku tworzy je również węglan magnezu). Węglany wytrącają się z wody morskiej, a także budują szkielety organizmów tworzących rafy.

Takie wielkie pokłady skał węglanowych, w tym także skamieniałe rafy, są typowe dla cyklotemów cechsztyńskich. Zajmują pozycję pośrednią pomiędzy kompleksami zawierającymi rudy miedzi, a złożami soli. Węglany te są porowate, a zatem mogą stanowić świetne skały zbiornikowe – to znaczy takie, w których gromadzą się węglowodory: ropa naftowa i gaz ziemny.

Tak się złożyło, że to właśnie wapienie i dolomity morza cechsztyńskiego są w Polsce bogatymi rezerwuarami złóż gazu ziemnego. Ten gaz, który wydobywany jest na terenie Niżu, pochodzi właśnie ze skał permskich. A zatem także skały znajdujące się pomiędzy złożami metali oraz soli mają ogromne znaczenie gospodarcze i stanowią jedno z ważnych bogactw naturalnych naszego kraju. Gaz, który z nich wydobywamy, powstał w innych, starszych formacjach skalnych, jednak mógł on zachować się do naszych czasów dzięki zbiornikowym własnościom skał powstałych w morzu cechsztyńskim.

Skały, w których zapisana jest historia morza sprzed 270 milionów lat, ukryte są na większości terytorium Polski głęboko pod powierzchnią Ziemi. To dlatego złoża miedzi w Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym, a także soli (Kłodawa na wschodnim krańcu województwa wielkopolskiego) eksploatowane są w kopalniach głębinowych. Skały cechsztyńskie znajdują się pod setkami metrów młodszych osadów, które powstawały na przestrzeni kolejnych 250 milionów lat.

Płynąca sól

Są jednak miejsca na Niżu Polskim, gdzie pamiątki po morzu sprzed 270 milionów lat są znacznie bliżej, czasami tuż pod naszymi stopami. Zawdzięczamy to procesom tak zwanej tektoniki solnej. Jest to ruch soli wywołany ciężarem grubych pakietów skał znajdujących się powyżej lub będący efektem nacisków tektonicznych, spowodowanych wzajemnymi ruchami fragmentów skorupy ziemskiej. Sól jest plastyczna, w związku z tym może przemieszczać się w kierunku rejonów, gdzie naciski są mniejsze, i unosić się w takich miejscach ku górze, ku powierzchni Ziemi. Tworzy ona wówczas tak zwane wysady solne.

W Polsce takie struktury spowodowane płynięciem soli znajdują się między innymi w rejonie Kujaw. Osady cechsztynu znajdują się tam bardzo płytko. Czasami ich płytkie zaleganie powoduje zresztą komplikacje. Tak było w Wapnie koło Wągrowca, gdzie eksploatacja soli doprowadziła do powstania ogromnego zapadliska i zniszczenia wielu budynków (więcej o tej katastrofie można przeczytać tutaj). Z kolei w Kcyni odnotowano w 1934 roku wysięki ropy naftowej, która gromadziła się na powierzchni stawu miejskiego, i była zbierana przez mieszkańców do naczyń.

Niestety, bogatsze złoża węglowodorów znajdujących się w skałach powstałych w cechsztyńskim morzu wymagają wykonywania odwiertów sięgających głębokości rzędu dwóch kilometrów. Nie zmienia to jednak faktu, że dary, które pozostawiło nam morze sprzed 270 milionów lat, a także późniejsze procesy geologiczne oddziałujące na skały powstałe w tym morzu, są źródłem wielu cennych bogactw naturalnych eksploatowanych obecnie w Polsce.