Paweł Król,
Zdzisław M. Migaszewski
R o d z a j e , w y s t ę p o wa n i e i g e n e z a krz e m i e n i . z a r y s pr o b l e m at y k i
GENEZA KRZEMIENI
Krzemienie należą do jednych z najbardziej zagadkowych skał osadowych. Mimo wieloletnich szeroko zakrojonych badań, kilka kwestii pozostało dotąd nierozwiązanych, a w szczególności dotyczących źródła krzemionki oraz temperatury i tempa jej krystalizacji. Należy przypuszczać, że krzemienie tworzą się w szerokim przedziale warunków fizykochemicznych i dlatego też nie można stosować dla nich jednego uniwersalnego modelu genetycznego. Przy odtwarzaniu warunków powstawania krzemieni należy uwzględnić też fakt, że krzemienie i ich macierzyste skały węglanowe reprezentują dwa odmienne środowiska geochemiczne. Kolejnym paradoksem jest występowanie krzemieni w odległych od brzegu strefach mórz i oceanów, mimo że krzem należy w wodzie morskiej do pierwiastków śladowych (6 µg/g). Odpowiedzi na te pytania nie uzyskamy na podstawie analizy wewnętrznej budowy konkrecji przy użyciu tradycyjnych metod badawczych. Wynika to z faktu, że utwory konkrecyjne, jako ciała stale narastające, mogą powstać na drodze krystalizacji materii od środka na zewnątrz lub vice versa. Kontrowersje budzą też poglądy dotyczące relacji czasowych i przestrzennych między krzemieniami a ich osadami macierzystymi, czy konkrecje tworzyły się na etapie: (1) sedymentacyjno-wczesnodiagenetycznym (w trakcie sedymentacji), (2) diagenetycznym (pod przykryciem osadami w zbiorniku morskim) lub (3) epigenetycznym (po wypełnieniu zbiornika osadami i ich wydźwignięciu). W 1917 roku William A. Tarr (vide Bolewski, Turnau-Morawska, 1963) przedstawił teorię o rzeczno-morskim pochodzeniu krzemieni. Zdaniem wymienionego autora, krzemienie powstały na drodze transportu krzemionki przez wody rzeczne, a następnie chemicznego wytrącania w głębszych partiach zbiornika morskiego. Teoria ta została potwierdzona w latach 50. XX wieku przez Williama H. Twenhofela w 1951 roku (vide Bolewski, Turnau-Morawska, 1963). Według obydwu autorów rola organizmów krzemionkowych w tworzeniu się krzemieni była podrzędna. Szczątki organizmów miały zatapiać się w wytrąconej krzemionce pod wpływem procesów chemicznych. W 1989 roku Ryszard Michniak podjął próbę usystematyzowania i uporządkowania dotychczasowych poglądów i teorii dotyczących powstawania krypto- i mikrokrystalicznych form krzemionki. W ówczesnych klasyfikacjach genetycznych wyróżniano krzemienie wczesno- i późnodiagenetyczne. Różni autorzy odmiennie przedstawiali też procesy inicjujące diagenezę oraz nie-
właściwie określali genezę wszystkich krzemieni na drodze konkrecyjnej. Wymieniony autor opisał trzy możliwości powstawania konkrecji krzemieni: 1. Krzemienie śródwarstwowe tworzące się w osadzie lub w zwięzłej skale w wyniku aktywności jąder (ośrodków) krystalizacji, rozrastających się dzięki dyfuzyjnemu wyrównywaniu stężeń roztworów porowych. 2. Krzemienie będące konkrecjami dennymi, tworzącymi się na granicy różnych środowisk geochemicznych (krzemionka ulegała wytrąceniu z roztworów pochodzenia morskiego i lądowego). 3. Krzemienie stanowiące nagromadzenie warstwowo ułożonego żelu krzemionki, wtórnie porozrywanego na izolowane fragmenty w wyniku procesów rekrystalizacji i odwodnienia (zmniejszenia objętości) pod wpływem nacisku skał nadległych. Ryszard Michniak stwierdził również, że wszystkie utwory konkrecyjne mają budowę strefowo-koncentryczną. Struktura ta może być pochodzenia pierwotnego (wzrostowa) lub wtórnego (diagenetyczna). Często strefy te przenikają się wzajemnie w obrębie tej samej konkrecji. Takiej struktury nie wykazują krzemienie sedymentacyjne o genezie niekonkrecyjnej. Ich części wewnętrzne są jednorodne, a ewentualne przeobrażenia diagenetyczne zaznaczają się jednokierunkowo – zgodnie z pierwotnym ułożeniem warstwy żelu krzemionkowego. Więcej danych o genezie krzemieni dostarcza analiza strefy kontaktowej konkrecji krzemieni i ich skał macierzystych. Konkrecje śródwarstwowe mają zawsze białą korę, złożoną z trudniej wypieranych składników skał węglanowych i rozszerzającej swój zasięg krzemionki. Należy podkreślić, że kora ta nie ma nic wspólnego z opisaną białą korą konkrecji krzemieni stanowiącą ich integralną część. Z kolei konkrecje denne pozbawione białej kory wykazują podobieństwo genetyczne do konkrecji manganowych. Część górna wzrasta wolniej w wyniku powolnego obmywana prądami wodnymi, natomiast część dolna zanurzona w osadzie wzrasta szybciej, co prowadzi do powstania konkrecji asymetryczno-dyskoidalnych lub bochenkowatych. Na odsłoniętej powierzchni i wewnątrz buł oraz w partiach przykrytych występują wianki „mikrokonkrecji”. Powstały one w wyniku redepozycji (przemieszczania) buł oraz ich toczenia lub wleczenia po dnie morskim. Formy grzybiaste, grzybopodobne lub nieregularne z różnokierunkowymi odrostami są najbardziej rozpowszechnione wśród krzemieni sedymentacyj-
37