SYGNATURY SYLURU

         Rozgryzanie stratygraficznej zagadki...

Przełom XIX i XX wieku przyniósł rewolucyjne odkrycie, które pozwoliło określić np. wiek naszej planety i wiek skał z których jest zbudowana. Wcześniej czcigodne grono dżentelmenów parające się geologią, mogło tylko spekulować jak stare są skały na Ziemi. Mowa rzecz jasna o promieniotwórczości, która została opisana w zasadzie przez kwartet noblistów w składzie: Henri Becquerel, Maria Skłodowska-Curie, Pierre Curie i Ernest Rutheford. Ten ostatni Brytyjczyk z wąsami jak szczotka ryżowa z domowego schowka na buty, już w 1905 roku zaproponował wykorzystanie metody helowej (oznaczanie stosunku radiogenicznego helu do promieniotwórczych izotopów uranu  i toru) w celu wyznaczania bezwzględnego wieku skał. Z czasem pojawiły się doskonalsze metody radiometryczne obarczone mniejszym błędem niż metoda helowa (np. metoda potasowo-argonowa), co ucięło wszelkie spekulacje na temat czasu w geologii, który do tej pory był szacowny tak od czapy. Niemniej pojawienie się metod radiometrycznych wciąż nie rozwiązywało pewnego problemu: tego typu metody, są w zasadzie bezużyteczne przy określaniu wieku skał osadowych. Nauka musiała znaleźć tu inny klucz do rozwiązania tej zagadki i znalazła go w postaci biostratygrafii. Przykładem takiego biostratygraficznego "klucza" są graptolity, które żyły na naszej planecie przez większość paleozoiku i w dzisiejszym wpisie postaram się nakreślić jak to się stało, że coś co wygląda jak zwęglone nudle wywalone do mułu, może być przydatne dla nauki. W tym celu pojedziemy z Arturem do Żdanowa, na wtorkowe grzebanie w utworach syluru, tuż po poniedziałkowych poszukiwaniach w Dolinie Bystrzycy.



          O panie! Coś się pogubiło w tej filogenezie...


Kotlina Żdanowska położona na północno-wschodnim krańcu Gór Bardzkich, znana jest głównie z malowniczo położonych wiaduktów kolejki sowiogórskiej, śmiało poprowadzonej nad głęboko wciętymi dolinami. Jest to też miejsce występowania ciekawych skał osadowych - tzw. łupków graptolitowych, będących oczywiście nie łupkami sensu stricto, a iłowcam i mułowcami o strukturze łupkowej. W dodatku dość mocno skrzemionkowanymi. Łupki graptolitowe mają wspólną cechę - ich barwa jest czarna, co od razu nasuwa skojarzenia z węglem i nie są to skojarzenia błędne. Osady tego typu powstawały w warunkach anoksycznych, przez co nie utleniony węgiel z obumarłej i niezjedzonej przez wygłodniałych mułożerców materii organicznej, nadał tym skałom charakterystyczną czarną barwę. Takie warunki często sprzyjały fosylizacji organizmów, nawet tych nie posiadających mocnego, np. węglanowego czy krzemionkowego szkieletu. Graptolity można znaleźć na Ziemi także w innych skałach osadowych, ale łupki graptolitowe są chyba najbardziej znaną formacją litologiczną z tymi fosyliami. Na terenie Polski nie ma zbyt wiele miejsc gdzie można znaleźć takie skały na powierzchni, za to są dość łatwo dostępne i dobrze wyeksponowane. Znajdziemy je w Górach Świętokrzyskich (np. w rejonie Sadkowa) oraz w Sudetach, a konkretnie w okolicach położonej na północ od Świerzawy wsi Różana w Górach Kaczawskich i we wspomnianym wcześniej odsłonięciu na terenie Kotliny Żdanowskiej w Górach Bardzkich. Wszystkie skały ukazujące się w wymienionych powyżej miejscach pochodzą z syluru i posiadają niemal identyczne cechy litologiczne, przy czym trzeba zaznaczyć, że powstały na różnych kontynentach - aż do karbonu, teren Sudetów nie należał do Europy, tylko stanowił część mikrokontynentu Armorykańskiego, który podczas powstawania Pangei został przyłączony do terranów europejskich. Przy odrobinie szczęścia można też trafić na jeszcze inny materiał skalny z graptolitami i to w zasadzie na terenie większości Polski. Mowa tu o skałach, zawleczonych na teren Polski przez lądolód podczas plejstoceńskich zlodowaceń. O takich okazach pisał swego czasu Artur, a chętnych do poczytania na ten temat odsyłam tutaj. Do graptolitów wrócimy jeszcze za kilka akapitów, ale teraz czas na dygresję odnośnie datowania...

Odsłonięcie utworów syluru znajduje się w niepozornym miejscu - na niewielkim pagórku przy drodze biegnącej ze Żdanowa do Wilczej.

Na początku wypadało by nawiązać do wątku z wstępu: dlaczego metoda radiometryczna nie nadaje się do datowania bezwzględnego skał osadowych? No niestety, jeśli zbadamy próbkę np. kredowego zlepieńca z Beskidu Śląskiego, to możemy wyznaczyć tylko kiedy powstały skały tworzące poszczególne klasty. Natomiast od powstania takiej skały, upływał szmat czasu zanim została wyeksponowana, następnie zerodowana, a o czasie potrzebnym na diagenezę zerodowanego materiału w zlepieniec to już nawet nie wspomnę. Metoda radiometryczna wskazywała by na karbon, a przecież dziś wiemy że zlepieniec pochodzi z kredy. Normalnie jak kulą w płot... Pewnym wyjątkiem jest datowanie radiowęglowe, ale tą metodę można stosować do osadów nie starszych niż 40 tyś. lat, zatem tym sposobem nie wydatujemy nic starszego niż górny plejstocen. 

Metody radiometryczne stały się jednak jedną z podstaw do kalibrowania biostratygraficznych "kluczy", zwanych fachowo biozonami. Biozona to nic innego jak przedział czasu w którym żył dany gatunek w odniesieniu do chronostratygrafii. Jeśli wiemy, że np. graptolit z gatunku Pristiograptus dubius żył tylko w jednej z epok syluru - wenloku (433,4 - 427,4 mln lat temu), to odnalezienie jego skamieniałości w skale osadowej rzecz jasna potwierdza wiek skał (oczywiście po wykluczeniu redepozycji osadu). Przedział czasowy dla danego gatunku nie brał się rzecz jasna z kryształowej kuli, tylko trzeba było się oprzeć na jakimś twardym dowodzie. Jeśli ławica skały osadowej znajdowała się na skale magmowej, to zgodnie z zasadą superpozycji powinna być od niej młodsza, tak samo jak młodsza od tamtej ławicy powinna być np. dajka skały magmowej przecinająca ją w pewnym miejscu. Warstwa tufitu pomiędzy ławicami, to też przydatna wskazówka którą da się wydatować radiometrycznie. Do tego dochodzą jeszcze informacje z szacowanego tempa sedymentacji osadów, które co prawda zależy od wielu czynników i różni się od kilku centymetrów na stulecie w płytszych akwenach morskich takich jak Bałtyk, do kilku milimetrów na stulecie jak w przypadku głębin Atlantyku. Przy zebraniu danych z wielu odkrywek, można z pewną granicą błędu określić przedział czasu istnienia danego gatunku, czyli wspomnianą wcześniej biozonę. Z kolei wydatowane uprzednio biozony mogą posłużyć jako wzorzec w datowaniu innych, nowo poznanych gatunków. Do tworzenia biozon używa się najczęściej specyficznych skamieniałości zwanymi skamieniałościami przewodnimi. Aby jakiś gatunek spełniał definicję skamieniałości przewodniej i był po prostu uniwersalnym kluczem przy potwierdzaniu, bądź wykluczaniu wieku skał musi, spełniać kilka kryteriów:

• Powinien być gatunkiem kosmopolitycznym. Gatunek który, żył tylko i wyłącznie np. w płytkich wodach na terenie kilku zatok przy wschodnich wybrzeżach Gondwany, siłą rzeczy nie nada się na skamieniałość przewodnią, ponieważ nie pomoże w korelacji osadów z różnych części naszego globu.
• Powinien cechować się krótkim zasięgiem czasowym. Gatunek który żył na bardzo długiej przestrzeni czasowej również będzie nieprzydatny. Odpowiednie do tego celu są organizmy które szybko ewoluują, bądź takie które nie przetrwały któregoś z wymierań i to niekoniecznie jednego z wymierań masowych.
• Powinien być gatunkiem łatwo rozpoznawalnym i łatwym do preparacji. Zwoływanie  specjalnego konsylium do orzeczenia przynależności gatunkowej danego okazu, rzecz jasna mija się z celem. Zatem organizmy które kiepsko ulegają fosylizacji nie piszą się do takich celów. 

W te reguły wyśmienicie wpisują się właśnie graptolity. Można je odnaleźć w osadach zarówno głęboko jak i płytkomorskich na obszarze całej planety. Graptolity podlegały również silnej radiacji ewolucyjnej, co doprowadziło do utworzenia sporej liczby gatunków różniących się morfologią, przez co są łatwe do rozróżnienia. Obecnie posiadamy dość szczegółową wiedzę na temat pojawiania się i ekstynkcji poszczególnych gatunków graptolitów, co pozwoliło na stworzenie przydatnych baz danych. Np. sylur podzielony jest aż na 42 biozony na bazie graptolitów. Sam początek syluru wydatowany jest nawet na podstawie pojawienia się graptolitów Parakidograptus acuminatus i Akidograptus ascensus.

Skamieniałości graptolitów znane są od dość dawna, a sama nazwa graptolity pochodzi od od łacińskiego graptolithinai pojawia się już w 1735 roku w lineuszowskim tomisku "Systema Naturae". Łacińska nomenklatura, powstała z kolei na bazie greki jako zlepek dwóch słów: graptos - pisany + lithos - kamień, czyli po prostu "bazgroły na kamolach" i w zasadzie jest to pewien sposób na opisanie tego jak wyglądają skamieniałości tych organizmów. Z resztą... Sam Lineusz początkowo uznał graptolity za radosną twórczość jakiegoś wiejskiego, blond-włosego bachora Bullerbyn, a nie za paleozoiczne skamieniałości. Natomiast prawdziwy problem pojawił się z klasyfikacją graptolitów. Obecnie uważa się że należą, a raczej należały (z racji tego, że najzwyczajniej w świecie wyginęły) do typu półstrunowców. Nazwa może rodzić pewne sugestie, ale półstrunowce nie są żadnym ogniwem pośrednim w drodze do strunowców i klasyfikują się do zupełnie innej linii ewolucyjnej jako siostrzany typ szkarłupni. Element usztywniający fragment ciała w postaci notochordy, jest strukturą homologiczną do struny u strunowców. Tzn. notochorda i struna grzbietowa pochodzą ewolucyjnie od wspólnego przodka oraz pełnią te same funkcje usztywniające ciało lub jego fragmenty, jednak stanowią efekt różnych dróg ewolucyjnych. Zanim graptolity zostały uznane za półstrunowce, to przez pewien czas przypisywano im przynależność do jamochłonów, a nawet powątpiewano, że są zwierzętami i sklasyfikowano je do glonów! Taki stan trwał do 1948 roku, kiedy to polski paleontolog - Roman Kozłowski wykazał, że są blisko spokrewnione z obecnie żyjącymi pióroskrzelnymi, co zmieniło ich klasyfikację na jedną z gromad półstrunowców, a to bardzo spora roszada. Jakby tego było mało, to część badaczy twierdzi, że obecnie żyjące pióroskrzelne wyewoluowały z bentonicznych graptolitów i stanowią one tą samą gromadę. Wszystko to czyni z graptolitów typowe incertae sedis, czyli takson o niepewnej pozycji przy obecnie posiadanych dowodach. W dodatku nie wiadomo czy kiedykolwiek nowe dowody wpadną w ręce  paleontologów, ale z takimi niepewnościami nauka niestety musi się borykać. Sprawy taksonomiczne dla klarowności warto przedstawiać na schemacie, toteż przygotowałem stosowne drzewko:

Graptolity prowadziły różnoraki tryb życia, zarówno bentoniczny (osiadły w strefie dennej) jak i pelagiczny (w strefie przypowierzchniowej) i ze swoją mnogością form stanowiły nie małą część paleozoicznego planktonu. Wszystkie miały wspólną cechę: były organizmami kolonijnymi. Pojedyncza kolonia składała się z tzw. rabdozomu (vel rabdosomu) - zbudowanej z białek wstęgi, na której znajdowały się szeregowo ułożone chitynowe rurki, tworzące lokum dla pojedynczych organizmów - tzw. teki. Pierwszy organizm, dający początek nowej kolonii - tzw. sikula, powstawał na drodze rozmnażania płciowego i posiadał stożkowatą tekę, a kolejne osobniki powstawały na drodze rozmnażania wegetatywnego, przyrastając na odgałęzieniu ciała tzw. stolonie i tworzyły kolejną tekę. Następnie mechanizm się powtarzał i ten sposób gałązka kolonii stopniowo rosła. W międzyczasie każdy zooid (pojedynczy organizm z kolonii) rozmnażał się na drodze płciowej, co prowadziło do powstawania larw typu planula, która następnie przekształcała się we wspomnianą sikulę.         

Taka strategia rozmnażania miała dać graptolitom dobrą szansę na przetrwanie, jednak zdarzenia na Ziemi nie były dla nich zbyt łaskawe i okazały się słabym "pomysłem ewolucji" na plankton. Ich historia zaczyna się w środkowym kambrze - na 510 mln lat datowany jest pierwszy rodzaj Chaunograptus. Później nastąpiła silna radiacja gatunkowa, ale graptolity stopniowo obrywały podczas kolejnych wymierań, szczególnie podczas wymierania pod koniec ordowiku i syluru. Po tym ostatnim przetrwały tylko formy jednogałązkowe, które ostatecznie wyginęły w połowie karbonu 320 mln. lat temu. Pozostał po nich tylko cienki film substancji organicznej, szklący się na powierzchniach oddzielności iłowców i mułowców. Zobaczmy jak takie pozostałości wyglądają w Żdanowie... Tutejszy profil ma miąższość zaledwie kilkudziesięciu metrów, ale obejmuje praktycznie cały przedział syluru. Osady mogą nieco przypominać flisz karpacki, ale są to jednak osady spokojnej, głębokomorskiej sedymentacji pelagicznej. Cały blok osadów sylurskich to olistolit - czyli spory pakiet warstw skalnych, który w wyniku osuwiska podmorskiego wylądował w młodszych, dewońskich i karbońskich osadach morskich, które następnie zostały wspólnie poddane ruchom górotwórczym podczas orogenezy hercyńskiej.

Samo odsłonięcie to po prostu zwykła przydrożna skarpa w której odsłaniają się łupki graptolitowe.

 

Łupki graptolitowe są tu ułożone wertykalnie pod dużym kątem. Poniżej znajduje się spore osypisko, w którym można przebierać za skamieniałościami jak w koszu z fistaszkami w markecie.

 

Większość warstw to cienkie laminy iłowców i mułowców. Czasem zdarzy się coś innego jak drobnoziarnisty piaskowiec, lidyt czy tufit. Młotek do skali.

 

Fragment iłowca znaleziony na miejscu, obfity w liczne okazy graptolitów z rodzaju Monograptus - posiadających jedną gałązkę i teki po jednej stronie rabdosomu.

 

Tutaj widać graptolita z innego rodzaju (prawdopodobnie Diplograptus). Rabdosom posiada teki po dwóch stronach, co tworzy osobliwy "brzeszczot".

 
         Szanowne grono strażników czasu...

Graptolity to rzecz jasna tylko jedna z rodzin, która jest wykorzystywana jako skamieniałości przewodnie i istnieje wiele innych organizmów które stosuje się w datowaniu skał osadowych. W Paleozoiku pomocne bywają np. trylobity, ramienionogi, konodonty, czy koralowce czteropromienne. Z kolei mezozoik datowany jest często przy pomocy amonitów, belemnitów czy małży. Wyjątkowo przydatne są pancerzyki po wyjątkowo dużych jednokomórkowcach - otwornicach. Na ich podstawie można darować materiał, który choć pozbawiony makroskamieniałości zawiera szczątki drobniejszych organizmów. Taka sytuacja zachodzi często przy datowaniu materiałów z rdzeni wiertniczych, gdzie nie zawsze udaje się znaleźć coś większego.Warto też zaznaczyć, że biozony zbudowane są raczej na podstawie konkretnych gatunków, a nie taksonów o wyższej randze, co ma szczególnie znaczenie podczas wymierań. Owszem, z naszej planety znikały całe rzędy i gromady, ale nawet wtedy nie działo się to za pstryknięciem palcami i nawet najszybsze wymierania były rozciągnięte w czasie. W dodatku czasem znajdą się jacyś cwaniacy, co przetrwają takie wymieranie. Przykładem może być np. sytuacja z amonitami, gdyż kilka gatunków amonitów przeżyło wymieranie kredowe i wymarło w pierwszym wieku paleogenu - w danie. Przez co znalezienie amonita w warstwie skalnej wcale nie musi oznaczać, że znaleźliśmy skały mezozoiczne. Choć najprawdopodobniej tak będzie. Tak więc kiedy trafimy do kamieniołomu i zobaczymy tam grupkę ludzi mozolnie pobierających próbki skał, to najprawdopodobniej będą to geolodzy robiący mozolną rewizję datowania profilu skalnego, gdzie warstwy będą opatrzone swoistą sygnaturą - podpisem z datą w formie skamieniałości przewodniej, takiej jak graptolity.