Twoja wyszukiwarka

ANDRZEJ PIEŃKOWSKI
HISTORIA ZIARNKA PIASKU
Wiedza i Życie nr 7/2000
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 7/2000

Pod spragnionym opalenizny ciałem wczasowicza leżą miliardy lat geologicznej historii, zamknięte w miliardach drobnych kawałków skały.

Wśród ziaren piasku trafiają się mikroskopijne kamienie półszlachetne, a nawet szlachetne Naukowo rzecz biorąc, piasek to dość szerokie pojęcie. Obejmuje wszystkie luźne osady mineralne, w których przeważają ziarna o wielkości 0.1-2 mm. Oznacza to, że istnieje wiele rodzajów piasku, które jedynie z daleka przypominają to, co można zobaczyć nad Bałtykiem lub nad rzeką, różniąc się barwą, kształtem, a przede wszystkim pochodzeniem.

Jeśli bliżej się przyjrzeć, nawet na bałtyckiej plaży wśród ziaren piasku trafiają się ciekawostki. Gołym okiem niewiele da się zobaczyć, ale już pod lupą widać, że w pozornie monotonnym piasku w zasadzie nie ma dwóch identycznych ziaren. Idealnie okrągłe lśniące kuleczki występują niezwykle rzadko, zdominowane przez wydłużoną, spłaszczoną lub obłamaną większość. Podczas gdy jedne są prawie przeźroczyste i bezbarwne, inne przyjmują różne odcienie brązów i czerwieni, aż po egzemplarze zupełnie nieprzeźroczyste o barwie czerwonobrunatnej, czarnej lub ciemnozielonej. Tak duża różnorodność wynika z tego, że piasek składa się zazwyczaj z rozmaitych minerałów, wyłuskanych z macierzystej skały przez proces zwany wietrzeniem.

Skały, choć niezwykle odporne, nie są wieczne. Od kiedy w wyniku ruchów tektonicznych lub zerodowania wyżej leżących utworów znalazły się na powierzchni, podlegają destrukcyjnym wpływom wody, słońca, wiatru i roślinności. Słońce rozgrzewa skały narażone na działanie jego promieni nawet o 20°C powyżej temperatury otoczenia, co powoduje powiększanie się ziaren mineralnych (tzw. rozszerzalność cieplna). Prowadzi to z czasem do powstawania w skale szczelin, w które może wnikać woda. Na obszarach podbiegunowych, gdzie panują silne mrozy, proces ten może nawet rozłupywać na pół duże głazy w dzień słońce rozgrzewa kamienie do temperatury powyżej 0°C, a w nocy woda w szczelinach zamarza. Lód zajmuje większą objętość niż równoważna mu woda, więc każdej nocy skała jest stopniowo rozsadzana. W końcu, po milionach dni i nocy, zamienia się całkowicie w piasek. W niektórych naukowych laboratoriach symuluje się ten proces, by rozkruszyć skałę z zachowaniem jej najdelikatniejszych składników, które przy mieleniu po prostu starłyby się na pył.

Destrukcyjny wpływ na kamienie woda zawdzięcza jednak głównie temu, że jest doskonałym rozpuszczalnikiem. Poszczególne minerały tworzące skałę różnią się między sobą odpornością na atak chemiczny. Na przykład w powszechnie znanym granicie, złożonym głównie z kryształków kwarcu, skalenia i łyszczyku, najszybciej poddaje się zwykle skaleń, który oprócz podatności chemicznej ma jeszcze jedną niekorzystną cechę: szczelinowatość. Woda wpływa bez przeszkód nawet do najmniejszej wolnej przestrzeni i rozszczepia jonowe wiązania sieci krystalicznej minerału. Po pewnym, dość długim, czasie ziarna skaleni są już na tyle zwietrzałe, że zbudowany ze wzajemnie zakleszczonych kryształów granit zaczyna się rozpadać. Okruchy kwarcu, które z racji swych atomowych wiązań krzemowo-tlenowych najdłużej opierają się wodzie, tracą nagle punkt oparcia w postaci sąsiadujących z nimi kryształów skalenia. Deszcz zmywa je następnie do rzek, a rzeki transportują do jezior i mórz.

Trudy tej podróży sprawiają, że większość ziaren skaleni i łyszczyków ginie ostatecznie, a kwarc, mocno poobijany, trafia w końcu na miejsce spoczynku, położone najczęściej gdzieś w obrębie delty rzecznej. Tam jednak również może nie mieć spokoju, bo rzeka od czasu do czasu przybiera i wypycha część materiału z delty do morza, żeby zrobić miejsce dla następnej partii transportowanych osadów.

W strefie umiarkowanej ważnym czynnikiem wietrzenia jest roślinność, która radzi sobie z kamieniem dużo skuteczniej i szybciej, choć w podobny sposób, niż tandem promieniowania i lodu. Słabe i miękkie korzonki nawet najmniejszej rośliny cechuje zdumiewający upór. W poszukiwaniu lepszego źródła wody i soli mineralnych te wyspecjalizowane macki wcisną się w każdą szczelinę, gdzie ich dalszy wzrost powoduje jej rozsadzanie. Z kolei na pustyniach dominuje wiatr, który porywa z ziemi drobne ziarenka mineralne i ciska nimi o powierzchnię kamieni. Nie rozłupie ich w ten sposób na pół, ale osłabi i wybije w końcu poszczególne ziarna, których po posegregowaniu użyje jako świeżego materiału ściernego.

Segregowanie to niezwykle ważny przejaw działalności wiatru. Gdy wieje słabo, porywa jedynie najdrobniejszy pył, który trafia w końcu do zbiorników wodnych, bo jest za lekki, by długo zabawić w jednym miejscu na powierzchni. Gdy zaś przybiera na sile, zaczyna przenosić także większe okruchy, które toczy lub podrzuca w powietrze. Małe cząstki wędrują jednak na większą odległość, co z czasem prowadzi do rozdzielenia każdego luźnego materiału na pełny wachlarz frakcji, uszeregowanych licząc od źródła od największej do najmniejszej. Tam, gdzie jest dużo zwietrzeliny, a nie ma "sklejającej" ją roślinności, pędzące powietrze usypuje z tych okruchów ogromne stosy wydmy. To nie przypadek, że wydmy zbudowane są właśnie z piasku. Ziarna kwarcu o wielkości około 0.3-1.0 mm są akurat na tyle lekkie, by mogły przebywać duże odległości i na tyle ciężkie, by mogły się gromadzić w jednym miejscu. Niektóre pustynne wydmy osiągają nawet 300 m wysokości.

Wydmy w skali mini można znaleźć na powierzchni plaży, gdzie wiatr usypuje piasek w sieć grzbietów o kilkucentymetrowej wysokości. Warto zwrócić uwagę, że wyższe części każdego grzbietu różnią się barwą od podnóża. Dzieje się tak, bo piasek plażowy jest już dobrze wysortowany, więc na stokach miniwydm zachodzi segregacja nie według wielkości, lecz według gęstości. Ciemne ziarna zalegające u podnóża każdego grzbietu to rzadkie ciężkie minerały, jak monacyt, ksenotym, cyrkon, granat, które zarówno w skale macierzystej, jak i w piasku występują w śladowych ilościach, a wiatr koncentruje je w jednym miejscu. Gdy proces ten działa w większej skali i przy współudziale wody (która także sprawnie segreguje), mogą powstać tak duże nagromadzenia tych minerałów, że eksploatuje się je jako złoża cennych metali monacyt i ksenotym zawierają pierwiastki z grupy lantanowców (głównie cer, lantan i itr), a cyrkon jest krzemianem pierwiastka cyrkonu z domieszką hafnu.

Wietrzenie i transport odciskają swoje piętno na każdym ziarnie piasku. Widać to wyraźnie pod skaningowym mikroskopem elektronowym, który pozwala na uzyskanie powiększeń rzędu kilku, a nawet kilkunastu tysięcy razy (ludzki włos byłby w tych warunkach słupem o szerokości około 1 m). Dzięki temu urządzeniu można stwierdzić, w jakim środowisku przebywały ziarna mineralne, zanim znalazły się w miejscu, skąd je pobrano. Zazwyczaj analizuje się w ten sposób piaskowce złożone z ziaren piasku lite skały by ustalić, jak i z czego powstawały.

Czysty kwarcowy piasek należy do rzadkości i stanowi cenny surowiec dla przemysłu szklarskiego. Dlatego przed włożeniem próbki pod mikroskop oczyszcza się ją z substancji organicznych (na wilgotnych kamieniach doskonale rozwijają się glony) oraz z różnego rodzaju nalotów. Już same te naloty wiele mówią o przeszłości ziarna piasku, tym bardziej że może ich być kilka jednocześnie. Na przykład warstewka tlenków i wodorotlenków żelaza wskazuje, że ziarno przebywało w środowisku ubogim w wodę.

To właśnie związki żelaza sprawiają, że biały z natury kwarcowy piasek przyjmuje barwę beżową, żółtawą, brązową lub czerwonawą. Nalot może być również węglanowy, co świadczy o przebywaniu w wodzie przesyconej wodorowęglanem wapnia, występującej głównie na obszarach krasowych, lub w strefie przybrzeżnej ciepłego morza, gdzie węglany wytrącane są z wody przez mikroorganizmy.

Po usunięciu nalotów odsłania się poznaczona różnorakimi śladami powierzchnia ziarna. By ją właściwie ocenić, warto wiedzieć, jak ziarno mineralne wygląda w skale macierzystej. We wspomnianym już granicie kształt wszystkich minerałów wynika z procesu krystalizacji skały, podczas którego kryształy rywalizują ze sobą o przestrzeń. Obowiązuje przy tym pewna stała kolejność. Najpierw zaczynają tworzyć się ciemne łyszczyki, więc ich płaskie kryształy mają największą szansę uzyskać doskonałe, zgodne ze swą siecią krystaliczną kształty. Tuż po nich startują skalenie, stanowiące zazwyczaj główny składnik mineralny granitu. Na końcu zaś pozostałą do wykorzystania przestrzeń, ograniczoną ścianami istniejących już kryształów, zajmuje kwarc. Jako ostatni kwarc przybiera taki kształt, jaki wynika z konieczności najczęściej żadna ze ścian jego ziaren, choćby była gładka i równa, nie jest zgodna z jego siecią krystaliczną.

Procesy wietrzenia i transportu szybko niszczą początkową, kanciastą strukturę ziaren. Rozpuszczeniu ulegają wszystkie wystające krawędzie, a w zagłębienia wypełniają się wytrąconą z wody substancją mineralną. Podczas transportu rzecznego i wiatrowego nadmiernie wydłużone i płaskie kryształy łamią się na izometryczne kawałki. Wreszcie, zderzenia z innymi ziarnami ścierają wszelkie nierówności, a także wybijają dziury i bruzdy w powierzchni ziarna. Gdy zaś poturbowany okruch kwarcu spocznie w końcu na dłużej w spokojnej wodzie, odniesione "rany" zasklepiają się, dając gładką, lśniącą powierzchnię. Bywa, że na powierzchni ziarna widać również ślady działalności lodowca ostre jak brzytwa krawędzie, będące skutkiem pęknięcia pod naciskiem.

Nadmorska plaża to wynik erozji wybrzeża. Wzdłuż polskiego wybrzeża Bałtyku procesowi temu ulegają młode, polodowcowe osady złożone z piasku, żwiru, iłu i większych kamieni. Są to utwory luźne, więc łatwo się rozmywają. Jedynie tam, gdzie dominują iły (gliny polodowcowe), jak w okolicach Trzęsacza, zamiast plaży powstają strome klify podścielone stertą kamieni. Polskie plaże mają skład typowy dla obszarów polodowcowych dominuje szarożółty piasek kwarcowy. W wielu innych miejscach na świecie wygląda to zupełnie inaczej. Co więcej, niektóre plaże nie zawierają ani śladu kwarcu.

Bywa, że plaża ma barwę czarną, oliwkowo-zieloną lub czerwoną. Takie tonacje barwne są skutkiem wybuchów wulkanów. Występujące tam ziarna to grubsze frakcje pyłu wulkanicznego: kawałki czarnego, połyskliwego szkliwa, również czarnego, lecz matowego bazaltu oraz małe kryształki minerałów wulkanicznych, które w zależności od składu magmy mogą być czarne, szare, rudoczerwone, ciemnozielone lub najrzadziej prawie białe, jak kryształy ubogiego w tytan i żelazo augitu na stokach Wezuwiusza. Takie piaski wietrzeją jednak bardzo szybko i dlatego widuje się je tylko na wyspach wulkanicznych. Zwietrzały piasek wulkaniczny przyjmuje często barwę czerwoną, ale ten kolor mają także plaże powstałe z erozji czerwonych piaskowców, jak na zachodnim wybrzeżu Australii.

Na koralowych wyspach Pacyfiku piasek jest najczęściej śnieżnobiały lub lekko różowy bądź żółty i składa się w całości ze skruszonych i otoczonych kawałków muszli, gąbek i szkieletów koralowców. Świadomość, że stąpa się po cmentarzysku morskich zwierząt, może nie jest przyjemna, ale rekompensują to w pełni widoki, przywodzące na myśl rajskie ogrody. Występujące tam ziarna piasku są bardzo młode mają maksymalnie kilka tysięcy lat, a tętniąca życiem rafa dba o to, by nigdy ich nie zabrakło. Na niektórych plażach tropikalnych okruchy skorupek ustępują miejsca doskonale kulistym białym ziarenkom węglanowym, zwanym ooidami. Ooidy osiągają maksymalnie wielkość 2 mm, a piasek z nich złożony wygląda zupełnie jakby był sztucznie zrobiony w jakimś standaryzowanym procesie przemysłowym. Po przekrojeniu ooidu na pół okazuje się, że w centrum znajduje się mikroskopijny okruch skorupki lub ziarnko zwykłego piasku, na którym drobnymi, koncentrycznymi warstewkami narastał węglan wapnia.

Wśród ziaren piasku zdarzają się kamienie szlachetne i półszlachetne. W piaskach polskich plaż powszechnie występują na przykład czerwonobrązowe granaty, zaś na południowych wybrzeżach Morza Karaibskiego można natrafić nawet na mikroskopijne szmaragdy. Podobnie, jak te zielone klejnoty, szafiry, rubiny i diamenty występują w piaskach w pobliżu swych złóż, a więc na przykład na Cejlonie i w RPA. Pozostaje życzyć udanych wakacyjnych łowów.