Osiem lat temu na łamach „Gazety Uniwersyteckiej UŚ” ukazał się artykuł prezentujący projekt HYPOCAVE, którego celem było porównanie morfologii wybranych słoweńskich, polskich i australijskich jaskiń. Naukowcy koncentrowali swoją uwagę na obiektach hypogenicznych, czyli niepowiązanych genetycznie z procesami na powierzchni Ziemi. Już wtedy kierownik projektu dr Andrzej Tyc mówił, że zespołowi udało się zgromadzić interesujący materiał do wielopoziomowych badań procesów dedolomityzacji i związanej z nimi speleogenezy współcześnie występujących w Słowenii. Dziś wspólnie z dr hab. Justyną Ciesielczuk, prof. UŚ z Wydziału Nauk Przyrodniczych realizują bilateralny projekt badawczy OPUS-20 (LAP). Celem projektu jest m.in. poznanie wczesnych etapów mineralizacji siarczkowej w południowej Polsce, które doprowadziły do rozwoju bogatych złóż rud metali nieżelaznych w przeszłości geologicznej.

Dr Krzysztof Gaidzik w trakcie pomiarów tektonicznych w jaskini Mravljetovo Brezno v Gošarjevih Rupah w Słowenii

W realizację nowego projektu zaangażowani są naukowcy z Polski i Słowenii. Swoje hipotezy badawcze oparli na przekonaniu, że pewne procesy prowadzące do powstania jaskiń powtarzają się w różnych miejscach i w różnym czasie na Ziemi, o ile wystąpią podobne warunki. Ta myśl pozwoliła przyjąć, że obserwowane obecnie zjawiska dedolomityzacji w jaskini Mravljetovo Brezno v Gošarjevih Rupah może dostarczyć informacji potrzebnych do zrozumienia wczesnych etapów mineralizacji siarczkowej w południowej Polsce.

– Wszystko zaczęło się od projektu HYPOCAVE (7 Program Ramowy UE), w którym Uniwersytet Śląski w Katowicach pełnił funkcję lidera. Zebraliśmy wówczas wiele ciekawych tematów przyszłych badań. Potem jeszcze wielokrotnie odwiedzaliśmy wspomnianą jaskinię, aby nadać kierunek kontynuowanym, już tylko w polsko-słoweńskim gronie, analizom – mówi dr Andrzej Tyc, który kierował pracami międzynarodowej grupy.

W ramach kontynuacji badań zespół postanowił przeanalizować nowe hipotezy badawcze, stąd konieczne stało się poszerzenie grona ekspertów. Dołączyła do niego m.in. geolog z Wydziału Nauk Przyrodniczych UŚ dr hab. Justyna Ciesielczuk, prof. UŚ. Słowem kluczem w badaniu jaskini Mravljetovo Brezno okazała się dedolomityzacja. Aby zrozumieć ten proces, trzeba zacząć od skał węglanowych – powszechnie występujących na Ziemi skał osadowych. Jak wyjaśnia badaczka, podstawowe skały węglanowe to wapień i dolomit. Wapień jest zbudowany głównie z kalcytu lub aragonitu, węglanów wapnia. Z kolei dolomit tworzy minerał o tej samej nazwie. Proces dedolomityzacji, zwany także kalcytyzacją dolomitu, polega na wymianie minerału dolomitu w skale dolomitowej na kalcyt, rzadziej aragonit.

– W tym miejscu pojawia się drugi ważny termin, czyli speleogeneza. Zastanawialiśmy się nad rolą, jaką dedolomityzacja, zaobserwowana w podziemnym słoweńskim obiekcie, odegrała w procesie powstawania jaskiń, owej speleogenezy – wyjaśnia dr Andrzej Tyc.

Naukowcy wiedzieli, że w Polsce południowej jest sporo obszarów występowania złóż siarczkowych: cynku, ołowiu, srebra i miedzi. Jak podkreśla dr Andrzej Tyc, z opracowań dotyczących genezy tych złóż wynikało, że jakąś bliżej nieokreśloną rolę w ich rozwoju odegrał proces dedolomityzacji.

– Nas zainteresował właśnie ten problem. Dosyć mgliste określenie roli dedolomityzacji było niewystarczające. W procesie tym ogólna porowatość skały wzrasta, ponieważ dedolomit (kalcyt) zajmuje mniej niż jedną trzecią objętości pierwotnego dolomitu. Postanowiliśmy przyjrzeć się dokładniej tym procesom, spróbować je zrozumieć i opisać, a danych, co ciekawe, dostarczyć ma właśnie jaskinia znajdująca się w środkowej Słowenii – wyjaśnia speleolog z Uniwersytetu Śląskiego.

Mgr Filip Šarc (Instytut Badań Krasu, Słowenia) i dr hab. Justyna Ciesielczuk, prof. UŚ

Analizy zebranego materiału dotyczą więc pewnego etapu rozwoju jaskiń, w którym masyw skalny został przygotowany w taki sposób, aby z krążących roztworów mogły się tam wytrącić siarczki metali. Naukowcy liczą, że analogia zaobserwowana w obiektach słoweńskich i polskich pozwoli rzucić nieco światła na interesujący ich temat.

– Gdybyśmy spojrzeli na proces speleogenezy podręcznikowo, wówczas dowiedzielibyśmy się, że jaskinie powstają w wyniku rozpuszczania skał węglanowych przez wodę zawierającą dwutlenek węgla, który może pochodzić z atmosfery lub z procesów geologicznych zachodzących w skalnym wnętrzu. W Słowenii rozpatrujemy jednak nie tylko ten klasyczny model, lecz również bierzemy pod uwagę inne hipotezy zakładające m.in., że siarkowodór migrujący ku powierzchni mógł doprowadzić do rozwoju krasu w obecności kwasu siarkowego. Już ten prosty opis pokazuje, jak wielu specjalistów musiało do nas dołączyć, a jedną z nich była właśnie prof. Justyna Ciesielczuk – mówi naukowiec.

– Moi koledzy z zespołu zadbali o to, abym mogła zobaczyć słoweńską jaskinię na własne oczy. Jestem geologiem o specjalizacji mineralogia i muszę przyznać, że interesuje mnie każde środowisko, którego mogę dotknąć, doświadczyć wszystkimi zmysłami. Gdy tylko nadarzyła się okazja, pojechałam do Słowenii, aby wejść do jaskini – oczywiście z zachowaniem zasad bezpieczeństwa, o co zadbali doświadczeni speleolodzy – wspomina prof. Justyna Ciesielczuk. – Chcę też wspomnieć o zespole, w którym się znakomicie pracuje. Tworzymy świetną grupę. Cieszę się, że do nich dołączyłam i mogę delektować się geologią w tak wyjątkowym miejscu.

Jak dodaje, jej zadaniem było znalezienie w jaskini wszelkich oznak, które pozwoliłyby zmierzyć się z postawionymi hipotezami z punktu widzenia mineralogicznego. – Od razu zastrzegam, że jeszcze za wcześnie na konkretne odpowiedzi, ponieważ jesteśmy na etapie analizy zebranego materiału – podkreśla badaczka próbująca zrozumieć i wyjaśnić podstawowe mechanizmy mineralogiczne zachodzące w tej konkretnej jaskini.

Prof. Justyna Ciesielczuk przyznaje również, że procesy te mogą tak naprawdę zachodzić gdziekolwiek na Ziemi, o ile sprzyjać im będą podobne warunki środowiskowe. Mówiąc o warunkach, ma na myśli przede wszystkim skałę dolomitową. Badane skały węglanowe, zarówno w Słowenii, jak i w Polsce, tworzyły się w triasie, w dolnym mezozoiku, a więc wiele milionów lat temu, w przeszłości geologicznej. W Słowenii, w przeciwieństwie do naszego polskiego odpowiednika, zgodnie z obserwacjami procesy dedolomityzacji w skałach triasowych zachodzą… obecnie. Teraz są też najprawdopodobniej na etapie inicjalnym procesy mineralizacji siarczkowej.

– Zastanawiam się, czy uda nam się zdobyć dowody na działanie tych procesów w skałach tu i teraz. Na dalszym etapie analiz laboratoryjnych chcemy spróbować także odpowiedzieć na pytanie, czy są to te same procesy, które w przeszłości geologicznej doprowadziły do powstania dużych złóż cynku, ołowiu, miedzi i srebra eksploatowanych w naszym kraju – wyjaśnia mineralog z Uniwersytetu Śląskiego.

– Badania procesów inicjalnych, które zachodzą teraz w Słowenii, nie są już możliwe w polskich obiektach, ponieważ, jak już wspominaliśmy, na naszym terenie zaszły wiele milionów lat temu, w dolnej kredzie. Dlatego szukamy podobieństw i na tej podstawie będziemy weryfikować nasze hipotezy – dodaje prof. Justyna Ciesielczuk.

Kluczem do sukcesu jest interdyscyplinarny zespół naukowców, z których każdy wprowadza swoją perspektywę badawczą. Analizy mają charakter wielopoziomowy. – Jeden ośrodek nie byłby w stanie przeprowadzić tak skomplikowanych badań, dlatego łączymy naszą wiedzę, doświadczenie i laboratoria – mówi dr Andrzej Tyc.

Ważnych informacji dostarczyły analizy tektoniczne, które pokazują kierunki zachodzących procesów dedolomityzacji i speleogenezy oraz ich wzajemne przestrzenne powiązania. Ważne są wspomniane analizy mineralogiczne i geochemiczne. Wszystkie te trzy zagadnienia są prowadzone przez zespół z Uniwersytetu Śląskiego. Szerokie badania składu izotopowego wód, osadów i faz mineralnych prowadzi grono ekspertów z Instytutu Nauk Geologicznych Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. Osobny zespół bada wieloaspektowo wody w obszarze, w którym zlokalizowana jest jaskinia Mravljetovo Brezno.

Obecnie prowadzone są prace laboratoryjne. Kolejne wyprawy do Słowenii będą możliwe dopiero na wiosnę, gdy w jaskiniach skończy się okres zimowania nietoperzy.