Czerwone skały w miejscu, gdzie powinien znajdować się węgiel, to widok, który zaskoczył naukowców z Uniwersytetu Śląskiego. Początkowo niewytłumaczalne zjawisko przerodziło się w kilkuletnie badania mające dać odpowiedź na pytanie, dlaczego w południowo-zachodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego pokłady węgla nagle zanikają.
W okolicach Jastrzębia-Zdroju i Rybnika kopalnie funkcjonowały od połowy XIX wieku. W czasie eksploatacji okazało się, że 10–15% pokładów węgla zanikło w miejscach, gdzie powinny się znajdować. Efektem tego było zamknięcie kopalń.
W kopalni Marcel w miejscu, gdzie pokład węgla powinien występować w sposób naturalny, okazało się, że pojawiają się skały o czerwonym lub kremowym zabarwieniu. Było to zdumiewające zjawisko, którego nie potrafiliśmy w żaden sposób wytłumaczyć – opowiada dr Dominik Jura z Instytutu Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego.
Naukowcy postanowili sprawdzić, dlaczego w południowo-zachodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego pokłady węgla nagle zanikają, a w ich miejscu pojawiają się skały o zabarwieniu czerwonym lub kremowym.
Pomiędzy pokładem węgla a miejscem, gdzie pojawiają się czerwono zabarwione skały, występuje tzw. węgiel martwy, czyli forma przeobrażonego węgla o kostkowym przełamie, bardzo niskiej zawartości części lotnych i odmiennym składzie – wyjaśnia prof. Monika Fabiańska.
W literaturze naukowej pojawiały się różne hipotezy tłumaczące przyczyny tego zjawiska. Na podstawie prowadzonych badań okazało się, że barwne skały wykazują oznaki przeobrażania pod wpływem wysokiej temperatury, co pozwoliło odrzucić hipotezę wietrzenia jako przyczyny przeobrażeń. Źródłem ciepła mogłaby być intruzja magmowa, nie pojawiała się ona jednak w profilu litologicznym. Wyniki badań i doświadczenie zespołu badaczy z UŚ pozwoliły zaproponować inne wyjaśnienie – paleopożar pokładu węgla.
Takie procesy samoistnego zagrzewania się, m.in. prowadzące do zapłonu materii organicznej, znamy ze składowisk odpadów po eksploatacji węgla kamiennego na terenie Górnego Śląska, ponieważ część hałd paliła się w przeszłości, pali się albo będzie się paliła. Efektem takiego pożaru są skały o charakterystyce bardzo podobnej do tych, jakie występują w sąsiedztwie zanikającego pokładu węgla kamiennego. Proces został zapoczątkowany z ruchami tektonicznymi prowadzącymi do powstania spękań, które pozwoliły, by tlen dotarł do skał bogatych w materię organiczną. Jej utlenianie spowodowało wydzielanie ciepła, a potem zapłon i pożar pokładu węgla – tłumaczy prof. Monika Fabiańska.
Gdy po ustaniu pożaru utrzymuje się jeszcze temperatura szczątkowa podgrzewająca skały, tworzy się węgiel martwy. Zdaniem badaczy z UŚ jednym z potwierdzeń tego, że proces ten zachodził pod powierzchnią, jest fakt, iż skały nadkładu, czyli leżące powyżej, nad palącym się podkładem, uległy przemianie i można w nich znaleźć związki organiczne, które przeniknęły do nich z palącego się pokładu.
Materiał do badań geochemicznych, mineralogicznych, petrograficznych i paleomagnetycznych był pozyskiwany z wierceń wykonywanych przez Państwową Służbę Geologiczną oraz pobierany bezpośrednio z pokładów węgla w KWK Jastrzębie-Bzie oraz KWK Marcel.
W miejscu występowania zaniku pokładu węgla zobaczyliśmy skały pstre zabarwione na czerwono, biało i żółto. To oznaczało, że zostały zmienione termicznie, bo powinny być szare. Wpływ termiczny został zarejestrowany zarówno w północnej, jak i południowej części kopalni Jas-Mos – raportuje dr hab. Justyna Ciesielczuk.
Dotarcie do zaniechanych robót górniczych było możliwe dzięki współpracy z absolwentami geologii Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach i oficjalnym zgodom władz kopalni. Dzięki ich pomocy naukowcy pozyskali unikatowe próbki zmienionych skał, które wskazywały na obecność węgla w przeszłości geologicznej.
Pożary sprzed milionów lat
Skały będące przedmiotem analizy naukowców zawierały związki organiczne niepasujące do węgla kamiennego, za to charakterystyczne dla węgli brunatnych. Te związki o niskim stopniu przeobrażenia termicznego pojawiły się w materiale skalnym w wyniku odparowania z palącego się lub zagrzewanego pokładu węgla (wtedy jeszcze brunatnego), a następnie sorpcji w skałach ilastych zalegających powyżej i poniżej pokładu węgla. Ich struktury chemiczne nie ulegały już dalszym przemianom. To zaskakująca sytuacja, kiedy w dojrzałych skałach są związki organiczne o niskim stopniu przeobrażenia termicznego. Jedynie zaproponowany scenariusz wewnątrzpokładowego pożaru tłumaczy ich obecność.
Zjawiska zapłonu materii organicznej występowały wielokrotnie w historii Ziemi, gdy wskutek m.in. ruchów tektonicznych tlen został dostarczony do pokładu węgla. Zdarza się to i obecnie na całym świecie, nie tylko w naszym regionie, lecz również np. w kopalniach w Stanach Zjednoczonych, Chinach czy Australii. Jednym z osiągnięć projektu było określenie czasu występowania pożaru będącego przyczyną zaniku pokładów węgla w GZW.
Z badań geochronologicznych wynika, że pożar pokładu węgla resetuje czas tworzenia się skały zarejestrowany przez minerały blaszkowe. Próbkę muskowitu wydatowano na 19,2–19,8 mln lat temu, czyli na epokę miocenu. W tym czasie niektóre pokłady węgla były eksponowane na powierzchni ziemi. Ponadto na skutek ruchów tektonicznych nastąpiło zuskokowanie całego bloku skalnego, co było przyczyną dostarczenia tlenu w głębsze partie górotworu, doprowadzając do samozapłonu występujących tam pokładów węgla kamiennego – wyjaśnia dr hab. Justyna Ciesielczuk.
Problem pożarów pokładów węgla dotyka wszystkich zagłębi węglowych na całym świecie i jest ważny z punktu widzenia ochrony środowiska.
Olimpia Orządała, źródło: UŚ