Obszary płytowe – czyli takie, które zbudowane są z poziomo zalegających warstw skalnych – stanowią jedne z najbardziej spektakularnych naturalnych krajobrazów naszej planety. Mają one charakterystyczną rzeźbę, z rozległymi płaskowyżami i izolowanymi stoliwami, które wznoszą się nawet na setki metrów ponad otaczające tereny. Klasycznym przykładem tego typu morfologii jest Wyżyna Kolorado w Stanach Zjednoczonych, ale z płytowymi pasmami górskimi spotkamy się także w Centralnej Europie – w Czeskim Raju, niemieckiej Szwajcarii Saksońskiej czy polskich Górach Stołowych.

Właśnie w tej ostatniej lokalizacji Filip Duszyński, związany z Uniwersytetem Wrocławskim; Wydziałem Nauk o Ziemi i Kształtowania Środowiska; Instytutem Geografii i Rozwoju Regionalnego, przez kilka lat prowadził badania geomorfologiczne, próbując odpowiedzieć na pytania dotyczące mechanizmów rozwoju rzeźby jedynego w Polsce masywu górskiego o budowie płytowej, w którym rolę odpornej czapy pełni górnokredowy piaskowiec. W efekcie tych prac powstała jego rozprawa doktorska.

Informując o swoich badaniach serwis Nauka w Polsce geomorfolog przypomina, że kwestią rozwoju rzeźby obszarów płytowych interesowało się wielu badaczy już na przełomie XIX i XX wieku.

"To właśnie wtedy pionierzy geomorfologii ze Stanów Zjednoczonych i Australii sformułowali koncepcję równoległego cofania się progów (ang. escarpments retreat), która miała odnosić się w szczególności do pasm górskich, zbudowanych z horyzontalnie ułożonych warstw skał osadowych. Wedle tego poglądu zasięg płaskowyżów podlega systematycznej redukcji, prowadząc do powstania izolowanych stoliw i wież skalnych, które z czasem również ulegają niszczeniu, a w końcu całkowitej degradacji. Zasadniczym problemem było wyjaśnienie szczegółowych mechanizmów, odpowiadających za cofanie się progów. W tym kontekście podkreślano w szczególności rolę epizodycznych ruchów masowych, takich jak odpadanie i obrywy, zachodzące w obrębie wysokich na dziesiątki metrów ścian skalnych, często wieńczących najwyższe partie stoków okalających płaskowyże i stoliwa. Inicjację procesów o charakterze katastrofalnym wiązano w głównej mierze z różnego rodzaju procesami erozyjnymi, w tym w szczególności podcinaniem ścian skalnych przez wody wypływające u ich podnóża" - relacjonuje.

Rozwój rzeźby Gór Stołowych rozpatrywano podobnie, jak dodaje Duszyński, przy czym poza poglądem o nadrzędnej roli epizodycznych ruchów masowych często odwoływano się również do powszechnego w geomorfologii lat 70. XX wieku paradygmatu peryglacjalnego - zakładającego, że rozwój rzeźby następował głównie w warunkach klimatu zimnego epoki lodowej. Taki sposób postrzegania rzeczywistości miał daleko idące konsekwencje, np. takie, że potężne blokowiska skalne na stokach Gór Stołowych traktowano a priori jako zapis wielkoskalowego odpadania i obrywów od znajdujących się wyżej ścian skalnych.

"Rozpoczynając pracę badawczą w Górach Stołowych w 2013 roku planowałem uszczegółowić dotychczasowe poglądy, korzystając z nowoczesnych narzędzi i danych, takich jak np. cyfrowe modele terenu o submetrowej rozdzielczości. Obserwacje poczynione w trakcie pierwszych prac terenowych sprawiły jednak, że praca doktorska poszła w zupełnie inną, fascynującą stronę. Wędrując po stołowogórskich stokach zaintrygowały mnie bowiem wspomniane wcześniej rozległe blokowiska skalne, którym nigdy wcześniej nie poświęcano większej uwagi, a które zdawały się nie współgrać z koncepcjami rozwoju rzeźby postulowanymi dotychczas" - tłumaczy Filip Duszyński.

Zwrócił on uwagę, że bloki piaskowca zalegają dość daleko - nawet kilkaset metrów - od ścian skalnych, na dodatek w obrębie niemal płaskich powierzchni podstokowych. Co więcej, bloki okazały się często przyjmować charakterystyczny, prostopadłościenny pokrój, przy rozmiarach przekraczających nawet 10 metrów.

"Zacząłem się zastanawiać, czy możliwe jest, że po zawaleniu się segmentu ściany skalnej bloki skalne o tak specyficznym kształcie są w stanie przemieścić się do podnóża stoku. W tym celu przeprowadziłem pionierskie dla rozwiązania tego typu problemu symulacje komputerowe, które jednoznacznie wykazały, że zasięg stołowogórskich pokryw blokowych jest 2-3-krotnie większy, niż symulowany maksymalny zasięg odpadania. Przeprowadzone równolegle polowe testy wytrzymałościowe bloków skalnych wykazały z kolei, że twardość bloków systematycznie spada w dół stoku, co świadczy o wzrastającym stopniu ich zwietrzenia. Taka prawidłowość była asumptem do twierdzenia, że pokrywy blokowe Gór Stołowych są różnowiekowe. Odpadanie, obrywy lub lawiny kamienne nie dałyby tak regularnego obrazu zjawiska" - relacjonuje.

Naukowiec zajął się też najwyższymi odcinkami stoków. Spodziewał się, że w obrębie ścian skalnych znajdzie odpowiedź na pytanie o pochodzenie bloków. "Co ciekawe, okazało się, że ślady po świeżych obrywach bloków praktycznie nie występują. (Warto wspomnieć, że w czasach historycznych w tym paśmie górskim zanotowano zaledwie jeden przypadek zawalenia się ściany skalnej, który wystąpił dokładnie 100 lat temu). Zamiast nich w licznych miejscach odnotowałem szerokie, przechodnie korytarze łączące się z powierzchnią plateau powyżej, chaotyczne blokowiska in situ występujące w sąsiedztwie dobrze zachowanych odcinków piaskowcowych urwisk, a także intrygujące formy akumulacyjne – piaszczyste stożki u wylotu pionowych szczelin w ścianach skalnych. Te ostatnie formy są bezpośrednim geomorfologicznym świadectwem podpowierzchniowego usuwania produktów rozpadu skały przez wodę krążącą w obrębie piaskowcowej czapy" - informuje badacz.

Dzięki przeprowadzonym pomiarom objętościowym wykazał on, że w obrębie stożków zgromadzony jest niemal 1000 metrów sześciennych piasku. Jest on dalej transportowany z wodą na duże odległości, przez co stoki pokryte są warstwą piasku o grubości dochodzącej do nawet kilku metrów. Badania geofizyczne wykazały, że piasku zgromadzonego na stokach jest zaledwie o jeden rząd wielkości mniej, aniżeli wynosi całkowita objętość zachowanej do dziś płyty piaskowca. Według Filipa Duszyńskiego jest to doskonała ilustracja efektywności procesów podpowierzchniowych w Górach Stołowych. To właśnie one pozwalają w spójny i elegancki sposób wytłumaczyć, na jakiej zasadzie odbywa się rozwój progów morfologicznych w tym paśmie górskim.

"Wedle nowatorskiej koncepcji, którą nazwałem modelem dezintegracji in situ, rozpad ścian skalnych Gór Stołowych odbywa się poprzez systematyczne wyprowadzanie ziaren piasku z płyty piaskowca w warunkach podpowierzchniowych. W efekcie, pocięte pierwotną siatką spękań przykrawędziowe partie płaskowyżów i stoliw dzielą się na prostopadłościenne bloki, które wraz z ubytkiem materiału od spodu powoli osiadają, tworząc bezładne blokowiska w miejscach wcześniejszych ścian skalnych. Wraz z obniżaniem odcinka stoku poniżej, założonego w mniej odpornych skałach drobnoziarnistych, bloki podlegają pozornej wędrówce. Tłumaczy to niezwykle odległą pozycję tych obiektów na stoku i ich zaleganie w zupełnie płaskich strefach podstokowych. W takim ujęciu należałoby przyjąć, że najdalej położone bloki wyznaczają najstarszy, dający się odtworzyć, zasięg piaskowcowych stoliw" - zaznacza Duszyński.

Przedstawione wyniki uzupełnił on badaniami form osuwiskowych w Górach Stołowych. Jak się okazało, płytkie przemieszczenia w obrębie środkowych i dolnych odcinków stoków mogą przyczyniać się do dalszego, pasywnego transportu bloków. Uzasadnione jest przypuszczenie, że w przypadku jednej z badanych lokalizacji transport osuwiskowy doprowadził do wtórnego wyprowadzenia bloków nawet na 1 km od współczesnego zasięgu ścian skalnych.

Znaczenie uzyskanych wyników nie ogranicza się do pasma Gór Stołowych - zwraca uwagę geomorfolog. Analogiczne drogi rozwojowe piaskowcowych płaskowyżów można obserwować w Czechach, Niemczech czy Anglii.

Kolejne badania, które staną się przedmiotem rozpoczętego właśnie projektu Q-MESA | Mechanizmy Ewolucji Obszarów Piaskowcowych, Centralna i Zachodnia Europa, mogą wyjaśnić, w jaki sposób dochodzi do odspajania ziaren piasku w piaskowcu kwarcowym i czy istotną w tym kontekście rolę odgrywają procesy rozpuszczania. "Wierzę, że w przeciągu najbliższych trzech lat dowiemy się, czy część badanych przez nas krajobrazów możemy nazywać krasowymi" - podsumowuje badacz.

Nauka w Polsce - PAP

zan/ ekr/