Procesy wietrzeniowe na przedpolach lodowców

Globalne zmiany klimatyczne powodują kurczenie się lodowców na całym świecie, a niedawno uwolnione spod lodu krajobrazy podlegają złożonej adaptacji do nowych warunków. Procesy wietrzeniowe, które oddziałują na wolne od lodu powierzchnie skalne, są na czele tych zmian. Niemniej badania nad tempem degradacji powierzchni skał w rejonach współczesnych przedpoli lodowców są rzadkie, co wskazuje na konieczność pogłębienia wiedzy w tym obszarze. Nasze badania skupiają się na powierzchniach moren i form erozyjnych, które lodowce uformowały od czasu ich maksymalnego zasięgu w XIX wieku (czyli w tak zwanej „małej epoce lodowej”), do dziś, co w skali czasu geologicznego stanowi zaledwie „mgnienie oka”.

W naszym projekcie staramy się zaobserwować w jakim tempie rozwija się wietrzeniowa mikrorzeźba powierzchni skalnych, czyli jak szybko wzrasta chropowatość skalnych powierzchni oraz z jaką dynamiką skały tracą swoją sprężystość (wietrzenie zwykle osłabia twardość ich powierzchni) Badamy, jak kształtuje się struktura wierzchniej warstwy skały („otoczki wietrzeniowej”) w skali mikroskopowej. Sprawdzamy też czy postęp wietrzenia można zaobserwować w widmie odbitego promieniowania światła widzialnego i podczerwieni oraz co odpowiada za zmiany w tym spektrum. Głównym celem prowadzonych badań jest zatem określenie w jakim stopniu wspomniane cechy skał mogą być wskaźnikiem wieku względnego polodowcowych form rzeźby.

Na Spistbergenie trzeba mieć strzelbę by obronić się przed niedźwiedziem, fot. Ireneusz Badura Jesteśmy na półmetku naszych badań i część terenową mamy już za sobą. Przeprowadziliśmy je na przedpolach lodowca Hallstaetter w Alpach Salzburskich (skały wapienne) oraz lodowca Midtre Lovénbreen na Spitsbergenie (gnejsy). Obszary te charakteryzują się podobną polodowcową genezą i zbliżonym czasem powstania, co implikuje porównywalną długość okresu wietrzenia. Jednak różnią się one znacząco warunkami klimatycznymi i petrograficznymi. Na każdym z przedpoli lodowców wyznaczyliśmy pięć poligonów testowych, rozmieszczonych wzdłuż transektów prowadzących od najmłodszych powierzchni skalnych w pobliżu krawędzi lodowca do najstarszych (w zasięgu lodowców z małej epoki lodowej). Poligony zlokalizowaliśmy na wygładach lodowcowych lub wygładzonych erozyjnie głazach w obrębie moren. Szczegółowym analizom poddaliśmy skały noszące wyraźne ślady erozji lodowcowej, co pozwala wnioskować, że powierzchnie skalne zostały „wyzerowane” pod kątem wietrzenia w chwili uwolnienia od lodu lodowcowego. W terenie wykonane zostały także naloty fotogrametryczne i skaning LiDAR za pomocą drona, dzięki którym uzyskaliśmy dokładne ortofotomapy, modele 3D i Numeryczne Modele Terenu.

Ireneusz Badura mierzy położenie punktu badawczego, fot. Maciej Dąbski Na ten moment opracowaliśmy wyniki z przedpola lodowca alpejskiego. Wykryliśmy, że wraz z postępem wieku form polodowcowych, powierzchnia wapieni staje się bardziej chropowata czemu towarzyszy spadek ich sprężystości. Równocześnie maleje odbicie promieniowania, ale tylko w zakresie promieniowania widzialnego. Starsze powierzchnie skalne (wietrzejące od ponad 100 lat) wykazują wzrost odbicia promieniowania w podczerwieni. Analizy mikroskopowe wykazały, że młode powierzchnie wapieni mają dużo ostrokrawędzistych mikrostruktur, które interpretujemy jako zapis erozji glacjalnej. Dopiero na starszych polach testowych wykształcają się obłe mikrostruktury wskazujące na rozpuszczanie kalcytu. Dużą rolę odgrywają tu wewnętrzne cechy skały, takie jak obecność kryształów mikrytu lub sparytu, występowanie żyłek flogopitu itp. Wykryliśmy mikroorganizmy, które przyczyniają się do powstawania mikrostruktur gąbczastych w skale nie tylko przez degradacje wapienia, ale również przez biomineralizację (cyjanobakterie). Organizmy te mają zdolność do silnego odbijania promieniowania podczerwonego, co prawdopodobnie tłumaczy nieoczekiwany wzrost jaki otrzymaliśmy dla starszych pól testowych. Obecnie opracowujemy dane zebrane na Spitsbergenie.