O czym mówią jaskinie?
Około 7% ogólnej powierzchni lądów pokrywają skały osadowe, które pod wpływem działania wód powierzchniowych i podziemnych ulegają rozpuszczaniu, czyli krasowieniu. 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.
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 Uniwersytetu Śląskiego 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. Badania były prowadzone w jaskini Lou Shui Kong w rejonie krasowym Wulong w chińskiej prowincji Chongquing.
– 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.
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 ich 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 Chongquing 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 poszukanie 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 jej 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.
Artykuł ukazał się drukiem w "Gazecie Uniwersyteckiej UŚ" [2018 260 (10) lipiec-wrzesień].
