Krzemień pasiasty

Krzemień pasiasty wyróżnia się pięknymi i niepowtarzalnymi deseniami w porównaniu z ich odpowiednikami w kraju i poza jego granicami, wysoką twardością i zwięzłością, co w połączeniu z możliwością uzyskania lustrzanego poleru czyni go cennym i poszukiwanym surowcem na rynku jubilerskim. Krzemień pasiasty jest ważny nie tylko dla geologów i jubilerów, lecz również dla archeologów, gdyż odegrał ogromną rolę w kulturze materialnej człowieka w okresie paleolitu i neolitu na ziemiach Polski i krajów ościennych. Krzemień pasiasty występuje w osadach górnojurajskich Gór Świętokrzyskich. Najważniejsze wychodnie i miejsca eksploatacji znajdują się w ich północno-wschodnim obrzeżeniu permo-mezozoicznym, w pasie ciągnącym się od Iłży do Zawichostu. Występuje również w zachodniej i południowej części regionu – w kamieniołomach Bukowej, Maćkowej Góry, Małogoszczy, Głuchowca, Morawicy, Woli Morawickiej. Redeponowany krzemień pasiasty (przeniesiony przez lodowiec) spotyka się też lokalnie w wielu miejscach omawianego obszaru, m.in. na polach w okolicach Włoszczowic, Tokarni i Bocheńca.
Krzemień pasiasty znany jest również z okolic Wielunia, Działoszyna i Wyżyny Ryczowskiej.

Występowanie krzemienia pasiastego na tle podczwartorzędowych osadów północno-wschodniego obrzeżenia Gór Świętokrzyskich, wg Budziszewski i Michniak, 1984. 1. Krzemionki (pow. ostrowiecki), 2-5. Ruda Kościelna (pow. ostrowiecki), 6. Łysowody (pow. ostrowiecki), 7. „Korycizna” – Wojciechówka (pow. opatowski), 8. Śródborze (pow. opatowski), 9. Wojciechówka (pow. opatowski), 10. Zawichost, 11. Wiktoryn (pow. ostrowiecki), 12. Skarbka Dolna (pow. ostrowiecki), 13. Wólka Bałtowska (pow. ostrowiecki), 14. Eugeniów (pow. lipski), 15. Stary Olechów (pow. lipski), 16. Karolów (pow. lipski), 17. Nowy Olechów (pow. lipski), 18. Wodąca (pow. lipski), 19. Błaziny (pow. radomski).

Krzemienie pasiaste występują in situ również na południowym-zachodzie Kielecczyzny (Bukowa, gm. Krasocin) oraz w okolicach Wielunia, Działoszyna i Wyżynie Ryczowskiej. To ostatnie miejsce opisali Maciej Krajcarz, Magdalena Sudoł, Magdalena Krajcarz, Krzysztof Cyrek (2015). Krzemień pasiasty występuje tam w wapieniu kredowatym najwyższego górnego oksfordu, który odsłania się na powierzchni bądź występuje płytko pod powierzchnią w okolicach miejscowości Cisowa i wzgórz Góry Barańskie. Konkrecje i okruchy krzemienia można znaleźć w glebie, w zwietrzelinie pokrywającej stoki i w aluwiach doliny cieku okresowego w Cisowej. Niezwietrzałe skały z krzemieniem nie odsłaniają się obecnie w sposób naturalny na powierzchni, jednak istnieje kilka sztucznych odsłonięć.

Historia badań
Pierwsze wzmianki o występowaniu krzemienia pasiastego w wapieniach jury górnej z okolic Iłży i Prędocina pochodzą z prac badawczych Jana Samsonowicza i Stefana Krukowskiego (Krukowski, 1922; Samsonowicz, 1923). 19 lipca 1922 roku Jan Samsonowicz odkrył ogromne pole górnicze krzemienia pasiastego w Krzemionkach koło Ostrowca Świętokrzyskiego (fot. 3, 4). W latach 30. XX wieku badania geologiczne i archeologiczne były prowadzone głównie w tym rejonie. W 1930 roku Stefan Krukowski dokonał pierwszej archeologicznej charakterystyki kopalni krzemienia pasiastego w Krzemionkach. Kolejna publikacja tego autora poświęcona temu obszarowi pochodzi z 1939 roku. W 1968 roku prace badawcze na tym obszarze prowadził Janusz Kuczyński a w 1971 roku – Zdzisław Rajewski. Od lat 70. XX wieku problematyką stanowiska w Krzemionkach zajmował się Jerzy Bąbel (1975, 2003). Sławomir Sałaciński i Marek Zalewski (1987) dokonali obszernego opisu kopalni w Krzemionkach a Andrzej Boguszewski (1984) – narzędzi krzemiennych. Z kolei Ryszard Michniak (1989, 1992) oraz Janusz Budziszewski i Ryszard Michniak (1983) zajmowali się zagadnieniami dotyczącymi terminologii i występowania krzemieni oraz geologii rezerwatu Krzemionki koło Ostrowca Świętokrzyskiego. Własną oryginalną koncepcję genezy krzemieni pasiastych w Krzemionkach przedstawili na podstawie badań geologicznych Grzegorz Pieńkowski i Jacek Gutowski (2004). Począwszy od lat 90. XX wieku kompleksowe badania petrograficzne, mineralogiczne, izotopowe, mikropaleontologiczne i sedymentologiczne nad genezą krzemieni oksfordzko-dolnokimeryjskich Gór Świętokrzyskich prowadził też zespół międzynarodowy pod kierunkiem Zdzisława Migaszewskiego. Większość wyników tych badań została opublikowana w czasopismach angielskojęzycznych (Durakiewicz, Migaszewski i in., 1999; Durakiewicz i in., 2000a,b, 2001; Migaszewski, Olszewska, 2002; Sharp i in., 2002; Migaszewski, 2003; Migaszewski i in., 2006).

Charakterystyka petrograficzno-mineralogiczna
Krzemienie występują zazwyczaj w postaci konkrecji lub równoległych warstw w skałach węglanowych. Konkrecje powstają w wyniku pierwotnej lub wtórnej akumulacji krzemionki wokół centrów krystalizacji, natomiast warstwy krzemieni tworzą się w basenie sedymentacyjnym wraz ze skałami węglanowymi. Krzemienie górnojurajskie na obszarze Gór Świętokrzyskich występują na ogół w postaci konkrecji ułożonych równolegle do biegu ławic wapieni. Dolne części konkrecji krzemieni są bardziej wypukłe niż ich odpowiedniki górne. Wyjątek stanowią krzemienie występujące w osuwiskach podmorskich rejonu Małogoszcza (Kutek, 1962; Migaszewski, Olszewska, 2002). Średnica badanych konkrecji krzemieni jest zróżnicowana, choć dość stała w obrębie poszczególnych poziomów stratygraficznych. Największe konkrecje (do 2 m) występują w okolicach Ożarowa (Śródborza) i Krzemionek. W zbiorach Muzeum Geologicznego Oddziału Świętokrzyskiego Państwowego Instytutu Geologicznego w Kielcach znajduje się buła krzemienia pasiastego o średnicy około 0,7 m wydobyta przez Andrzeja Migaszewskiego i Jana Chałupczaka w kamieniołomie Śródborze. Mniejsze konkrecje spotyka się w Bukowej Górze (koło Małogoszcza) i Iłży, natomiast najmniejsze, o średnicy od kilku do kilkunastu centymetrów, np. w Małogoszczy, Morawicy i Wojciechówce (koło Ożarowa). Najpiękniejsze i najbardziej dekoracyjne pochodzą ze Śródborza, Iłży i Bukowej Góry. Krzemienie o dużych rozmiarach charakteryzują się na ogół teksturą policentryczną (z kilkoma jądrami krystalizacji), natomiast o mniejszych rozmiarach – teksturą prostą (z centralnie położonym jądrem). Jądra krystalizacji stanowią intraklasty (okruchy osadu wapiennego) lub bioklasty (na ogół pokruszone fragmenty fauny). Krzemienie pasiaste charakteryzują się obecnością przeważnie jasnoszarych, szarych i ciemnoszarych nieregularnych i naprzemianległych pasm, przypominających cebulę (z ang. onion-skin), (Sharp i in., 2002). Janusz Budziszewski i Ryszard Michniak (1984) wyróżnili w nich 4 strefy kolorystyczne oraz różne ich kombinacje: 1. Przypowierzchniowa biała otoczka. 2. Peryferyczna strefa ciemna. 3. Centralna strefa jasna. 4. Jednorodny niepasiasty trzon. Na powierzchni konkrecji występuje biała, porowata, krzemionkowo- wapienna kora. Autorzy Ci stwierdzili też, że pasiastość krzemieni jest cechą wyłącznie makroskopową. Nie ujawnia się ona w obrazach mikroskopu optycznego i elektronowego. Nie występuje też niepasiasty trzon, zazwyczaj wyraźnie odcinający się od reszty konkrecji. Buły krzemienia składają się z jednolitej mineralnie, strukturalnie i teksturalnie masy skalnej, bez uprzywilejowanych partii czy zarysowanych kierunków krystalizacji. Nie powodują też pasiastości submikroskopowe wtrącenia pigmentów mineralnych. Analizując zawartość wody i śledząc przedziały temperaturowe jej ubytku, Janusz Budziszewski i Ryszard Michniak (1984) stwierdzili, że zmniejszenie ilości wody następuje zawsze w określonym kierunku, od jednorodnego niepasiastego trzonu do białych przypowierzchniowych otoczek. Od tej właściwości uzależniają występowanie pasiastości i smużystości w krzemieniach. Najnowsze badania petrograficzne krzemieni z Gór Świętokrzyskich przy użyciu uniwersalnego mikroskopu optycznego i skaningowego mikroskopu elektronowego z analizatorem rentgenowskim, wykonane przez zespół pod kierunkiem Zdzisława Migaszewskiego, wykazały, że tekstura pasowa jest związana z różnym stopniem impregnacji (cementacji) porów przez wtórną krzemionkę i związanym z tym zróżnicowanym odbiciem światła. Pasy zawierające niewielką ilość mikroporów są ciemnoszare lub brunatne, a przy znacznej ich zawartości jasnoszare lub białe. Nie stwierdzono przy tym żadnego związku między barwą krzemieni a zawartością substancji organicznej, minerałów ilastych i uwodnionych tlenków i wodorotlenków żelaza (Migaszewski i in., 2006). Zewnętrzną warstewkę krzemieni pasiastych stanowi biała, porowata, dość miękka kora, o grubości od dziesiątych części milimetra do kilku centymetrów. Pod mikroskopem kora wykazuje obecność licznych porów wypełnionych kalcytem (CaCO3) i uwodnionymi tlenkami i wodorotlenkami żelaza. Pory tworzą kanaliki, ułożone prostopadle do powierzchni zewnętrznej każdej konkrecji i są skierowane promieniście do jej centrum. Ilość i wielkość porów maleje do środka konkrecji. Sposób ułożenia kanalików i ich zróżnicowana impregnacja (wypełnienie) krzemionką świadczą o cyklicznym jej dopływie, wytrawianiu powierzchni pasów w okresie przerw w narastaniu konkrecji (w warunkach wyższego pH) oraz zabliźnianiu kanalików w wyniku kolejnych dopływów krzemionki (przy spadku pH). Znaczna porowatość kory wynika z braku dalszego zasilania konkrecji krzemionką (Migaszewski, 2003; Migaszewski i in., 2006). Warstewki krzemieni ujawniają niekiedy mikroteksturę falistą, co świadczy o spływaniu i zgniataniu zgęstniałego żelu krzemionkowego. Niekiedy obserwuje się mikrobrekcje, złożone z okruchów pierwotnej krzemionki scementowanych wtórną krzemionką. Sporadycznie obserwuje się mikrostruktury syneryzyjne, związane z penetracją otwierających się w osadzie krzemionkowym porów i szczelin przez roztwory wzbogacone w SiO2. Niekiedy impregnacje wtórnej krzemionki przypominają geody agatowe (Migaszewski i in., 2006). W obrazie mikroskopowym krzemienie ujawniają strukturę krypto- i mikrokrystaliczną oraz teksturę mozaikowo-pseudogranularną (tzw. „sól i pieprz” z ang. salt-and-pepper), miejscami (szczególnie w zewnętrznych partiach konkrecji) teksturę włóknisto-wachlarzową lub sferolityczną (od reliktów igieł gąbek). Tło skalne stanowią kryształy kwarcu na ogół o średnicy poniżej 1 μm, w obrębie których występują gniazdowe, niekiedy druzowe skupienia złożone z kryształów kwarcu o średnicy od kilku do kilkunastu mikrometrów. W przeciwieństwie do tła skalnego, kryształy kwarcu w druzach są na ogół dobrze wykształcone. Analizy rentgenostrukturalne wykazały, że niskotemperaturowy kwarc (α-kwarc) jest dominującym minerałem z grupy krzemionki, stanowiąc masę podstawową (matriks) krzemieni pasiastych. Morfologia krystalitów wskazuje, że kwarc ten nie jest produktem konwersji opalu i chalcedonu, lecz wytrącił się bezpośrednio z wody morskiej(!). Analizy rentgenostrukturalne ujawniły również wzrost stopnia (indeksu) krystaliczności (z ang. crystallinity index) w miarę posuwania się od powierzchni do środka konkrecji (Migaszewski i in., 2006). W pojedynczych igłach gąbek pojawia się niekiedy chalcedon-LF (SiO2) o charakterystycznej teksturze włóknisto-wachlarzowej lub sferolitycznej. Stanowi on produkt rekrystalizacji opalu (SiO2⋅nH2O). Krzemionka stanowi ponad 95% objętości badanych konkrecji. W podrzędnych ilościach występują minerały ilaste oraz uwodnione tlenki i wodorotlenki żelaza. Często spotkać można relikty igieł gąbek oraz innych skamieniałości, w tym impregnowane krzemionką fragmenty małży, ślimaków itp. W obrębie krzemionkowego tła skalnego pojawiają się też śladowe ilości innych minerałów: kalcytu, skaleni, kwarcu, łyszczyków, glaukonitu, apatytu oraz minerałów ciężkich – cyrkonu, turmalinu i rutylu (Migaszewski i in., 2006). Należy podkreślić, że w niektórych konkrecjach krzemieni stwierdzono obecność niskotemperaturowego kaolinitu hydrotermalnego oraz pojedynczych jasnobrunatnych wyściółek organicznych otwornic (Migaszewski i in., 2006). Barwa wyściółek odpowiada około 4–5°C w dziesięciostopniowej skali FCI (Foraminiferal Colouration Index), (McNeil i in., 1996), co może świadczyć o ich termicznym podgrzaniu do temperatury ok. 80-85°C. Należy podkreślić, że w towarzyszących krzemieniom wapieniach, skorupki otwornic wykazują zabarwienie szare, bez przeobrażeń termalnych (Migaszewski, Olszewska, 2002).

Budowa krzemienie pasiastego