Kiedy węgiel był zielony. Jak wyglądał nasz region w okresie karbonu?

Kiedy węgiel był zielony. Jak wyglądał nasz region w okresie karbonu?

W okresie od 358,9 do 298,9 mln lat temu trwał okres geologiczny, w czasie którego życie na lądach rozwijało się w gigantycznych rozmiarach. To karbon, który swoją nazwę wziął właśnie od łacińskiego określenia węgla. Swoim cyklem obrazów „Kiedy węgiel był zielony” lokalny artysta ze Świerklan – Ludwik Holesz próbował w swoim stylu zilustrować karboński krajobraz. Jako górnik, widział zaklęte w węglu rośliny, paprocie i korę ogromnych drzew wyglądającą jak łuski ryb, dlatego wyobrażał sobie, jak mógł wyglądać ówczesny świat.

Jeden z obrazów Ludwika Holesza z cyklu „Kiedy węgiel był zielony” ze zbiorów Muzeum Śląskiego. Twórczość Holesza to tzw. malarstwo naiwne, choć jego obrazy są znane w Europie. Ich posiadaczami w prywatnych kolekcjach są m.in. członkowie brytyjskiej rodziny królewskiej.

- Kiedy cofnęlibyśmy się w czasie do karbonu, zobaczylibyśmy pozornie znany, ale jednak obcy krajobraz. Wtedy tereny dzisiejszej Polski znajdowały się na równiku planety. W związku z tym roślinność przypominała nieco dzisiejszy las równikowy, ale bardzo gęsty i wysoki na 20, nawet 30 metrów. Nie było jednak drzew, jakie znamy dzisiaj. Nie było też trawy. Rośliny okrytonasienne, czyli m.in. produkujące kwiaty i wydające owoce, wyewoluowały dopiero później. W karbonie pojawiły się pierwsze w dziejach rośliny nagonasienne. W tym lesie znaleźlibyśmy ogromne widłaki, skrzypy o średnicy pnia nawet 1 m, wysokie paprocie drzewiaste. To właśnie paproci na naszych terenach było najwięcej. Właśnie w karbonie rośliny pokazały na co je stać. Nigdy wcześniej, ani później w dziejach Ziemi rośliny nie przeżywały takiego rozkwitu. Wówczas to one władały naszą planetą, a zwierzęta dopiero powoli się przystosowywały do życia na lądzie. Trzeba przyznać jednak, że one również osiągały znaczące rozmiary. Najpopularniejszym przykładem była ogromna ważka Meganeura o rozpiętości skrzydeł nawet do 70 cm, a także wielkie skorpiony (ok. 1 m długości) czy wije – tłumaczy dr Zuzanna Wawrzyniak, geolog i pracownik Muzeum Nauk o Ziemi w Sosnowcu, gdzie zobaczyć można m.in. ekspozycję na temat karbonu. Ale dlaczego zarówno rośliny, jak i zwierzęta przyjmowały wtedy tak duże rozmiary?

Ważka Meganeura osiągała nawet 70 cm rozpiętości skrzydeł – model z Muzeum Historii Naturalnej w Berlinie. Fot. Gunnar Ries Amphibol/Wikimedia Commons

Natlenienie rzędu 30 proc.

Mountceau-les-Mines to miasto partnerskie Żor, leżące we Francji. Miejscowość ta ma silne tradycje górnicze, bo jest położona na eksploatowanych od 200 lat złożach węgla. To właśnie w tych pokładach naukowcy znaleźli niedawno dobrze zachowane skamieniałości Arthropleury. Był to największy stawonóg wszech czasów. Wielka stonoga żyła w okresie karbonu, właśnie w czasach, kiedy powstawał węgiel. Powodem osiągania tak dużych rozmiarów bezkręgowców w tamtych czasach był znacznie wyższy niż dziś poziom tlenu w atmosferze. Dzisiaj to około 21 proc. składu powietrza. Wtedy ogromne rośliny na wielkich połaciach lądów produkowały znacznie więcej tlenu, którego poziom w powietrzu przekraczał 30 proc.! Dzięki temu m.in. narządy oddechowe stawonogów (tchawki) były bardziej wydolne, co powodowało, że niektóre gatunki dorastały do monstrualnych rozmiarów. Największe osobniki wspomnianej Arthropleury osiągały długość 2,7 m przy wadze ok. 50 kg! Warto zwrócić także uwagę na wspomniane ważki z rodzaju Meganeura, które cięły powietrze swoimi skrzydłami jak dzisiejsze helikoptery. Dzisiaj największym lądowym stawonogiem (rodzina, do której zaliczają się m.in. owady, pająki, roztocza i pareczniki) jest krab kokosowy, który osiąga ok. 40 cm długości i ok. 4 kg wagi. Na osiągnięcie większych rozmiarów nie pozwala właśnie poziom tlenu w powietrzu. Stawonogi morskie oddychają tlenem rozpuszczonym w wodzie, dlatego wśród nich możemy obserwować znacznie większe rozmiary. W karbonie natomiast życie w morzach również kwitło. W zapisie kopalnym znajdujemy m.in. trylobity, goniatyty, ramienionogi, ślimaki, koralowce, liliowce i łodziki, są też wieloraki oraz ryby (m.in. rekiny i ryby trzonopłetwe) i płazy. Na lądach pojawiły się także pierwsze gady, a pod koniec karbonu także wczesne gady ssakokształtne (od których rozpoczęła się późniejsza ewolucja wszystkich ssaków).

Fragment kory widłaka z rodzaju Lepidodendron z charakterystycznymi łuskowatymi kształtami. Okaz pochodzi z kolekcji Muzeum Nauk o Ziemi w Sosnowcu, a znaleziony został w KWK Zofiówka w Jastrzębiu-Zdroju

Lasy z innego czasu

Wróćmy jednak do karbońskich lasów. Górnicy często opowiadają o tym, że „na dole” widzieli odciśnięte w węglu łuski. Może to skóra dinozaura lub prehistorycznej ryby? Od razu sprostujmy – dinozaury w dziejach ziemi pojawiły się znacznie później (w mezozoiku), a węgiel powstawał na lądzie z roślin, więc nie może być mowy o szczątkach ryb. - Charakterystyczne łuski to nic innego jak odciski kory ogromnych widłaków z rodzajów Lepidodendron oraz Sigillaria. Te łuskopodobne kształty to tak naprawdę blizny po liściach, które odpadły. Rosły wtedy skrzypy, ale nie takie jak dziś (obecnie do 1,5 m wysokości), a potężne kalamity. Widząc je, moglibyśmy w zasadzie nazwać je drzewami. Można powiedzieć, że dziś role nieco się odwróciły. To, co w karbonie tworzyło wysokie lasy, dzisiaj tworzy niskie partie runa leśnego. W karbonie rosły także paprocie nasienne, które nie przetrwały do naszych czasów. Niektórzy uważają, że były one wstępem do ewolucji roślin okrytonasiennych. W karbonie na lądach rosły też nagozalążkowe kordaity. To właśnie ta biomasa, która przez 40 mln lat tworzyła lasy, utworzyła znany dziś węgiel kamienny – potwierdza dr Zuzanna Wawrzyniak.

Po roślinach z tamtego okresu pozostało w skałach coś jeszcze. - To pyłki i spory (zarodniki), czyli wszystko co służy roślinom do rozmnażania się. Zbudowane są ze sporopoleniny, która doskonale zachowuje się w skałach osadowych w zasadzie odkąd rośliny wyszły na ląd, czyli od ordowiku. Te drobinki nie są widoczne gołym okiem, ale można je zobaczyć pod mikroskopem. Wskazują one, że bioróżnorodność była większa, niż to, o czym mówią makroskamieniałości. Pozwalają także na określenie względnego wieku skał jako mikroskamieniałości przewodnie. Jeśli zobaczymy węgiel pod mikroskopem fluorescencyjnym, okaże się, że znajduje się w nim cała masa różnokolorowych drobinek. To pozostałości po tkankach roślin. Dzięki temu możemy stwierdzić, od czego pochodzi węgiel – dodaje pani geolog.

Dr Zuzanna Wawrzyniak przy fragmencie ogromnego pnia Sigillarii

Skąd wziął się węgiel?

W karbonie, jako jedynym okresie w dziejach Ziemi, nie było tak dużej ilości materii roślinnej. Kiedy drzewa obumierały, kładły się jedne na drugich. Przysypywane były kolejnymi warstwami, czasem piachem czy mułem rzecznym, a także pyłami wulkanicznymi. W ten sposób odcinał się dostęp tlenu do biomasy. - Kiedy od materii roślinnej odetniemy tlen, a temperatura i ciśnienie zaczną się podwyższać, zachodzi proces uwęglenia. To właśnie on jest odpowidzialny za powstanie węgla. Jeśli takie warunki trwają długo, a czynniki takie jak temperatura i ciśnienie są wysokie, efektem tych procesów będzie węgiel kamienny. Jeżeli proces jest nieco słabszy i trwa krócej, da to węgiel brunatny. To, czy węgiel ma większą lub mniejszą energetyczność (mówiąc wprost ilość węgla w węglu) wynika właśnie z intensywności procesu uwęglenia. Na samym początku tego procesu powstają natomiast torfy. Inaczej powstają węgle drzewne, które w naszym muzeum mamy także z innych okresów. W karbonie występowały natomiast pożary, na co zdecydowany wpływ miała ilość tlenu w atmosferze. Węgiel oczywiście różni się składem, w zależności od rejonu występowania. U nas zawiera więcej paproci, natomiast są miejsca na świecie, gdzie skład jest nieco inny – podsumowuje dr Zuzanna Wawrzyniak.

Szymon Kamczyk

Układ kontynentów w karbonie z zaznaczonym na czerwono miejscem, gdzie wówczas znajdowały się tereny dzisiejszej Polski. Grafika ze zbiorów Muzeum Nauk o Ziemi w Sosnowcu