Około siedmiu procent ogólnej powierzchni lądów pokrywają skały osadowe, które pod wpływem działania wód powierzchniowych i podziemnych ulegają rozpuszczaniu, czyli procesowi krasowienia. Najczęściej poddają się temu wapienie, dolomity, margle, gips, anhydryt, halit. Skutkiem krasowienia są m.in. jaskinie, których naturalna rzeźba zachwyca fantastycznymi formami. Wiszące stalaktyty, wznoszące się u podłoża stalagmity czy kolumnowe stalagnaty tworzą krajobraz niemal baśniowy. Dla turystów to niezapomniana atrakcja, dla naukowców – bezcenny obszar badawczy.

Dr Jacek Szczygieł z Katedry Geologii Podstawowej na Wydziale Nauk o Ziemi UŚ

W Polsce najpiękniejsze jaskinie krasowe można spotkać m.in. na Wyżynie Krakowsko-Częstochowskiej, w Tatrach Zachodnich i Sudetach, ponieważ jednak największe skupisko terenów krasowych świata znajduje się w Chinach, miejsce to jest rajem dla speleologów.

Dr Jacek Szczygieł, adiunkt w Katedrze Geologii Podstawowej na Wydziale Nauk o Ziemi UŚ jest wprawdzie katowiczaninem, ale taternikiem jaskiniowym jest niemal od dziecka. Od najmłodszych lat, najpierw u boku ojca, później już samodzielnie jako taternik i instruktor, penetruje jaskinie tatrzańskie, jurajskie, sudeckie, a także alpejskie, kaukaskie, bałkańskie i chińskie. Umiejętność grotołaza połączył z pasją speleologa. Nie tylko więc odkrywa kolejne odcinki nieznanych dotąd jaskiń, ale także zbiera materiał, który wykorzystuje do badań. Tuż po obronie doktoratu, na przełomie stycznia i lutego 2016 roku, uczestniczył w wyprawie naukowo-eksploracyjnej kierowanej przez Erin Lynch z Instytutu Geologii Krasu w Guilin. Wyjazd ten został dofinansowany ze środków Centrum Studiów Polarnych Uniwersytetu Śląskiego – Krajowego Naukowego Ośrodka Wiodącego (KNOW). Badania były prowadzone w jaskini Lou Shui Kong w rejonie krasowym Wulong w chińskiej prowincji Chongqing.

– To niezwykłe miejsce – wspomina dr Jacek Szczygieł – widok jest taki, jakby całe góry zapadały się do środka. To teren niemal dziewiczy, w promieniu 200 km, poza opracowaniem bardzo ogólnej mapy geologicznej, nie przeprowadzano żadnych badań.

Jaskinia Lou Shui Kong ma ponad 400 m głębokości i około 7 km długości. Jaskinie europejskie od południowochińskich różnią przede wszystkim klimat i geologia. W Europie duże jaskinie występują w górach typu alpejskiego, które wyrzeźbiły lodowce, różnią się więc od południowochińskich płaskowyżów pociętych głębokimi kanionami. Inna morfologia i cieplejszy klimat wpływały na tempo i wydajność procesu chemicznego rozpuszczania w krasie chińskim. Ten bardzo charakterystyczny krajobraz jest wypadkową warunków klimatycznych i geologicznych. Sezonowość klimatu monsunowego – okres długotrwałej suszy i następujące po nim potężne opady – w połączeniu z budową geologiczną decydują o pojawieniu się niespotykanych w żadnym innym miejscu na świecie głębokich (do kilkuset metrów) zapadlisk, tzw. tiankengów. Rejon krasowy Wulong słynie ze zjawiskowych mostów skalnych, ślepych dolin, malowniczych kanionów i wąwozów.

Jaskinia Lou Shui Kong w rejonie krasowym Wulong w Chinach

Dr Jacek Szczygieł zajmował się tam tektoniką i geomorfologią strukturalną. Odnotowując wszystkie widoczne zmiany morfologiczne, wykonywał pomiary spękań, zapadania warstw oraz orientacji uskoków, tworzył mapę tektoniczną jaskini. Rejestrował także wszystkie zmiany w morfologii, badał, co dzieje się w stropie, co w spągu, a co w ścianach. Dokładnie studiował również osady naniesione tam przez wodę, ponieważ – jak wyjaśnia speleolog – to one dostarczają informacji o wieku jaskini, świadczą o tym, kiedy ostatnio płynęła tam woda, czy był to silny przepływ powodziowy, czy też woda spokojna, a może jezioro – to wszystko można odczytać z osadów.

– Pobrane próbki nacieków umożliwiają ich wydatowanie metodą izotopową (izotopami uranu i toru). Metoda ta ma jednak określony zasięg – do pół miliona lat. Nacieki okazały się starsze – stwierdza adiunkt J. Szczygieł. – Pozwoliły jednak oszacować wiek między 500 a milionem lat. Na bazie wszystkich informacji, pomiarów orientacji struktur tektonicznych, obserwacji morfologii i osadów jaskiniowych można wnioskować o ewolucji jaskini.

Wbrew pozorom pobieranie nacieków do badań nie jest prostą czynnością, pomijając niezbędną precyzję, znacznie trudniej jest pokonać opory etyczne.

– Zawsze waham się, kiedy mam coś ukruszyć. Pierwszy naciek, który łamałem, znajdował się właśnie w Chinach, ale był ich tam niemal cały las. Ręka jednak drży, kiedy trzeba to zrobić. Znacznie więcej emocji towarzyszy zbieraniu próbek w Tatrach, gdzie nacieki są nieliczne i trzeba pokonać wewnętrzny opór – jak ułamać jeden z dwóch? Zawsze mam ogromne wyrzuty. Robimy to jednak w ostateczności, kiedy zawodzi metoda znacznie mniej inwazyjna. Jeżeli jest to tylko możliwe, staramy się pobierać próbki rdzeniowe.

Dzięki aparaturze zakupionej z uzyskanych wcześniej grantów możliwe jest wywiercanie w naciekach rdzenia o średnicy ok. 4 cm. Speleolodzy korzystają także często z połamanych elementów. Wszystkie pobrane materiały są maksymalnie wykorzystywane, służą do badań paleosejsmologicznych, geomorfologicznych, a także paleoklimatu.

Umiejętności grotołaza i taternika okazały się bezcenne. Kiedy naukowcy po raz pierwszy przekroczyli otwór jaskini Lou Shui Kong, znane było zaledwie około 4 km korytarzy; kiedy ją opuszczali, odcinek ten wydłużył się do 7 km. Efektem prac eksploracyjnych było odkrycie i skartowanie ponad 2,5 km korytarzy, które okazały się starym, dojrzałym kanałem, silnie zmienionym przez zawaliska z ogromną ilością kryształów gipsu przybierających bardzo rzadko spotykaną formę kominów gipsowych. Przeprowadzono także obserwacje sąsiednich jaskiń i w zestawieniu z nimi okazało się, że pod względem hydrologicznym Lou Shui Kong jest częścią większego systemu San Wang Dong liczącego około 70 km.

Praca speleologa zwykle kojarzy się z urzekającą Jaskinią Raj, jedną z najpiękniejszych jaskiń krasowych w Polsce. Szara codzienność badacza nie jest jednak tak urokliwa. Jaskinie są ciemne, a latarki – nawet najlepsze – oświetlają zaledwie 50 m, tak więc zdjęcia głębokich zakamarków są niezwykle trudne do wykonania i nigdy nie oddają rzeczywistej przestrzeni.

– Na szczęście w przeciwieństwie do kopalni w jaskiniach nie ma problemów z oddychaniem, cyrkulacja powietrza jest naturalna, nie ma więc potrzeby wspomagania się tlenem, ciśnienie także jest takie samo jak na powierzchni – mówi z uśmiechem dr Jacek Szczygieł.

Niezbędne wyposażenie badacza jest nader skromne, ogranicza się do kompasu geologicznego (wielkości smartfonu), młotka, latarki, aparatu fotograficznego i notesu, znacznie okazalszy jest sprzęt grotołaza, który umożliwia poruszanie się w jaskiniach.

Pokłosiem wyprawy naukowców do Chongqing był artykuł Geological constraints on cave development in the plateau-gorge karst of South China (Wulong, Chongqing), w którym autorzy: Jacek Szczygieł, Mateusz Golicz, Helena Hercman, Erin Lynch przedstawili uwarunkowania geologiczne rozwoju jaskiń w krasie południowochińskim. Artykuł ukazał się w marcowym numerze „Geomorphology”.

Badania speleologiczne wymagają udziału specjalistów wielu dyscyplin naukowych. Dr Szczygieł realizuje obecnie trzy projekty badawcze. Współpracuje z prof. Heleną Hercman oraz dr. hab. Michałem Gąsiorowskim z Instytutu Nauk Geologicznych Polskiej Akademii Nauk, którzy zajmują się datowaniem nacieków i aspektami paleośrodowiskowymi. Tematem projektu jest ewolucja i wiek rzeźby Zachodnich Karpat Wewnętrznych w oparciu o kompleksowe badania jaskiń (morfologii jaskiń, aktywności neotektonicznej i wieku osadów jaskiniowych). Kolejny projekt, pod kierunkiem dr. hab. Michała Gradzińskiego z Instytutu Nauk Geologicznych Uniwersytetu Jagiellońskiego „Uszkodzone nacieki jaskiniowe jako zapis aktywności sejsmicznej w Centralnych Karpatach Zachodnich”, dotyczy odtworzenia zapisu dawnych trzęsień ziemi, które są zarejestrowane jako zniszczenia szaty naciekowej w jaskiniach Polski i Słowacji. Dzięki temu będzie możliwe określenie wieku i częstotliwości trzęsień ziemi w ciągu ostatniego pół miliona lat.

– Podstawą tych badań jest poszukiwanie śladów trzęsień Ziemi w oparciu o połamane nacieki. Ostatnim czynnikiem, który może spowodować pęknięcie nacieku, jest trzęsienie ziemi, należy więc wyeliminować wszystkie inne możliwości, czyli przebrnąć przez klimat panujący w ubiegłych epokach geologicznych, działania zwierząt, ludzi, ruchy grawitacyjne – wyjaśnia speleolog. Badania takie były już przeprowadzane m.in. w Alpach i Izraelu. Karpaty i Sudety to teren dziewiczy.

Bliski finału jest projekt pt. „Analiza zdeformowanych nacieków z Jaskini Niedźwiedziej w Kletnie jako narzędzie badań paleosejsmicznych” (Miniatura 1, NCN). W porównaniu z Chinami Tatry to niewielki obszar krasowy i mogłoby się wydawać, że jest on doskonale spenetrowany, a jednak co kilka lat odkrywana jest tam jakaś nowa jaskinia. Jeszcze kilkanaście lat temu Jaskinia Mała w Mułowej (Tatry Zachodnie) nie bez powodu została tak nazwana, miała bowiem tylko 10 m długości. Obecnie jest ona jedną z najdłuższych i najgłębszych jaskiń w Tatrach, długość odkrytych korytarzy wynosi 3863 m, a głębokość – 555 m.

Speleologów w Polsce jest niewielu, naukowe badanie jaskiń nie jest równoznaczne z ich eksploracją, tym zajmują się grotołazi. Speleolog grotołaz to połączenie unikatowe w polskim środowisku naukowym, dr Jacek Szczygieł jest jeśli nie jedynym, to zapewne jednym z niewielu, który łączą pasję grotołaza z wiedzą speleologa.