Pasja geologów
Ryc. 1. Mapa topograficzna Miedzianej Góry i jej okolic z lokalizacją złoża miedzianogórskiego i ważniejszych elementów dawnej kopalni.
Dziesiąty numer „Przeglądu Geologicznego” z 1963 r. – najpopularniejszego czasopisma geologicznego w Polsce – zawierał dość nietypowy, jak na tamte czasy, materiał. Rozpoczynała go bowiem dyskusja, w której wzięło udział czterech geologów: dwu znanych profesorów Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie – Hubert Gruszczyk i Stanisław Jaskólski – oraz Kazimierz Piekarski z Przedsiębiorstwa Geologicznego w Krakowie i Zbigniew Rubinowski z Oddziału Świętokrzyskiego Instytutu Geologicznego w Kielcach. Przedmiotem wyjątkowo zażartego sporu była geneza złoża kruszców (rud metali kolorowych) w Miedzianej Górze. Złoże to ma nieregularny kształt i występuje w wąskiej strefie uskokowej w skałach wieku dewońskiego (ryc. 2, 3). Profesorowie AGH mitygowali nieco dwu pozostałych dyskutantów, z których pierwszy – K. Piekarski – twierdził, że nagromadzenie kruszców w Miedzianej Górze ma genezę sedymentacyjną, to znaczy związki miedzi, cynku, ołowiu i żelaza nagromadziły się wraz z depozycją[1] osadów ilastych na dnie zbiornika morskiego w dewonie środkowym (jakieś 390 mln lat temu). Drugi z geologów – Z. Rubinowski – bronił natomiast tezy sformułowanej już wcześniej przez znakomitego badacza Gór Świętokrzyskich, Jana Czarnockiego, o hydrotermalnym pochodzeniu złoża. Zgodnie z tą hipotezą związki miedzi, cynku i ołowiu zostały przyniesione w postaci roztworów gorących wód krążących w skorupie ziemskiej (głównie wzdłuż stref tzw. nieciągłości tektonicznych, czyli uskoków[2]) i osadzone w już istniejących środkowodewońskich skałach.
Ryc. 2. Mapa geologiczna odkryta (tzn. bez nadkładu utworów czwartorzędowych) obszaru Miedzianej Góry (skompilowana z materiałów archiwalnych Z. Kowalczewskiego).
Dyskusja w „Przeglądzie Geologicznym” nie zamknęła tematu pochodzenia rud miedzianogórskich. Kilka lat później, w latach 1966-1970 pod kierunkiem Z. Rubinowskiego wykonano w rejonie Miedzianej Góry badania geologiczne obejmujące m.in. elektrooporowe prace geofizyczne oraz wiercenia, które umożliwiły znacznie lepsze poznanie budowy złoża. Jednak i te badania nie zakończyły ostatecznie dyskusji, która – z mniejszym lub większym nasileniem – trwa do dziś. Może dopiero badania izotopów siarki (metoda od niedawna stosowana w geologii) w minerałach siarczkowych złoża dadzą odpowiedź na pytanie o jego pochodzenie.
Ryc. 3. Przekrój geologiczny przez złoże miedzianogórskie (z materiałów archiwalnych Z. Kowalczewskiego, zmodyfikowany).
W dyskusji o budowie i powstaniu złoża miedzianogórskiego pojawiały się także inne poglądy. Do najbardziej oryginalnych należy głos Mieczysława Pola z Knurowa opublikowany w czasopismie „Technik” w 1929 r. Inżynier Pol, który pracował wcześniej w kopalniach rud na Kaukazie, wyobraził sobie złoże miedzianogórskie na podobieństwo tamtych złóż. Na hipotetycznym przekroju tego złoża (ryc. 4) narysował więc pod skałami dewońskimi masyw intruzyjnych skał magmowych[3], których gorące emanacje miały – jego zdaniem – być źródłem minerałów kruszcowych. Intruzje magmowe wieku postdewońskiego – jeśli w ogóle są w Górach Świętokrzyskich – to tkwią bardzo głęboko pod powierzchnią. Choć więc gorące wody są istotnym czynnikiem genetycznym w hipotezie bronionej przez Z. Rubinowskiego, to jednak taki obraz złoża możemy w świetle obecnej wiedzy włożyć między „bajki geologiczne”. Bajki – jak widać – nie tylko bajkopisarze tworzą.
Ryc. 4. Przekrój przez złoże miedzianogórskie zgodny z koncepcją M. Pola i opublikowany w jego artykule w 1929 r. (kopia rysunku z czasopisma Technik, nr 18, 1929).
Jak wobec tego wygląda złoże miedzianogórskie? Niełatwo jest go dziś opisać, bo złoże nie jest obecnie dostępne wyrobiskami górniczymi. (Choć może za kilka lat, gdy udoskonalona zostanie metoda georadarowa, czyli „tomografia geofizyczna”, pozwalająca uzyskać przestrzennny obraz struktur geologicznych w skorupie ziemskiej, rekonstrukcja budowy złoża będzie znowu prosta). Dlatego też najpełniejsze opisy złoża zawdzięczamy pierwszym geologom z prawdziwego zdarzenia działającym na ziemach polskich, profesorom kieleckiej Akademii Górniczej (Szkoły Akademiczno-Górniczej) działającej w latach 1816-1826: Jerzemu Bogumiłowi Puschowi oraz Gottlobowi Bloedemu. Zwłaszcza praca Puscha, wydana po polsku w 1903 r. zachowała w tym względzie swą aktualność i pozostaje podstawowym źródłem wiedzy o złożu (opis złoża miedzianogórskiego z tej książki). Później opisy złoża powstawały w okresie jego udostępnienia w czasie i bezpośrednio po I wojnie światowej oraz jako rezultat badań geologicznych prowadzonych latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX w.
W sensie geologicznym złoże miedzianogórskiego położone jest w obrębie tzw. trzonu paleozoicznego Gór Świętokrzyskich (zbudowanego ze skał osadowych reprezentujących okresy geologiczne od kambru po karbon), w pobliżu tzw. dyslokacji świętokrzyskiej – ważnego rozłamu tektonicznego biegnącego z północnego zachodu na południowy wschód (dokładniej WNW-ESE), który rozcina skorupę ziemską i dzieli trzon paleozoiczny na dwie główne części. Złoże związane jest z podłużną strefą uskokową, równoległą do głównego rozłamu, która oddziela tzw. synklinę kostomłocką na południu od antykliny miedzianogórskiej zlokalizowanej na północ od niej (ryc. 1, 2). Strefa uskokowa dzieląca obie te jednostki zapada pod kątem około 45º na północ. Po jej południowej stronie, w obrębie synkliny – struktury wygiętej w części osiowej ku dołowi – występują ciemnoszare wapienie oraz margle górnego dewonu. Natomiast antyklina miedzianogórska, po północnej stronie strefy uskokowej zbudowana jest z jasnych mułowców oraz piaskowców i piaskowców kwarcytowych dolnego dewonu z charakterystycznym pakietem słabo zwięzłych zlepieńców – tzw. miedzianogórskich (ryc. 1, 2).
Ryc. 5. Profil szybu „Stanisław” sporządzony podczas prac polskich geologów w latach 1920-1922.
W samej zaś strefie tektonicznej, pomiędzy skałami opisanymi powyżej zalega stromo nachylony, nieregularny pakiet skał ilasto-mułkowych (tzw. iły rudonośne – ryc. 2), w których występują rudy miedzi, cynku i żelaza. Występowanie takiego pakietu ilasto-mułkowych, a więc stosunkowo miękkich skał w strefie tektonicznej, zwykle silnie zgniatanej przez naprężenia tektoniczne, jest zagadką dla geologów. Zbigniew Kowalczewski z Oddziału Świętokrzyskiego Instytutu Geologicznego w Kielcach tłumaczy to zjawisko faktem, iż w strefie uskoku miedzianogórskiego – inaczej niż w wielu innych dyslokacjach tektonicznych – następowało rozciąganie skał. W rezultacie tego rozciągania sztywne wapienie i dolomity środkowego dewonu (które powinny tu występować) zostały pokruszone i obecnie pojawiają się tu jedynie w formie bloków i mniejszych fragmentów, natomiast plastyczne iły i mułki dewońskie rozciągnęły się i wypełniły strefę tektoniczną. Uskokową strefę miedzianogórską można prześledzić w profilu głównego szybu kopalni, który został sporządzony podczas prac polskich geologów w latach 1920-1922 (ryc. 5). W górnej części tego profilu występują dolnodewońskie jasne iłowce i piaskowce, niżej zaś – ciemne iły oraz środkowodewońskie dolomity i wapienie.
Pakiet złożowy ma miąższość zwykle do 10 m, maksymalnie do 30 m i zbudowany jest z iłów oraz mułków o różnym, często pstrym lub smugowym zabarwieniu: popielatym, czarnym, ciemnoszarym, brunatnym, białym lub czerwonym (patrz ramka – opis złoża sporządzony przez J.B. Puscha). Wychodnia miedzianogórskiej strefy złożowej (czyli pakietu iłów rudonośnych na odcinku, na którym wykazuje on okruszcowanie) biegnie z południowego wschodu (ściślej ESE) na północny zachód (WNW), od wschodniej części wsi Miedziana Góra (gdzie graniczy ona z wsią Kostomłoty) do doliny Bobrzy w okolicach Porzecza, przy czym w części zachodniej wychodnia ta nie jest ciągła, bowiem skały dewońskie przykryte są miejscami osadami czwartorzędowymi i permskotriasowymi. Wychodnia ta ma szerokość kilkudziesięciu metrów, zwykle zapewne nie więcej niż 30 m i przecina wpółczesną wieś Miedziana Góra w jej centralnej części. Nachylenie pakietu iłów rudonośnych na północ powoduje jednak, że głębsze szyby górnicze mające sięgnąć strefy złożowej lokalizowane były na północ od wychodni.
Głębokie wiercenia wykonane w latach sześćdziesiątych XX wieku wykazały, że w pierwotnej, nie zwietrzałej części pakietu iłów rudonośnych minerały rudne reprezentowane są przez piryt (siarczek żelaza), chalkopiryt (siarczek żelaza i miedzi) oraz sfaleryt (siarczek cynku), w mniejszych ilościach również galenę (siarczek ołowiu). Minerały te występują w formie agregatów (zrostów krystalicznych) o wielkości do kilku milimetrów rozproszonych w określonych warstwach iłów a także w postaci drobnych żyłek i skupień w wapieniach otoczenia pakietu ilastego. W iłach pogranicza dolnego i środkowego dewonu występuje także syderyt (węglan żelaza).
W zachodniej części strefy złożowej, na wzgórzu Ławęczno (około 2 km na zachód od centrum Miedzianej Góry) występuje podobny zespół minerałów rudnych, zubożony jednak o chalkopiryt, stąd też w kopalni na Ławęcznie wydobywano jedynie rudy żelaza. Źródłem żelaza eksploatowanej strefy wietrzeniowej tego złoża mogły być też dolomity środkowego dewonu w obrębie, których występuje sieć żyłek zbudowanych z ankerytu – minerału chemicznie stanowiącego węglan wapniowo-żelazowo-magnezowy.
Również w głównej kopalni miedzianogórskiej, położonej w centrum wsi, przedmiotem historycznej eksploatacji były rudy zwietrzałej, przypowierzchniowej części złoża. Minerały strefy wietrzeniowej złoża powstały w wyniku chemicznych przemian minerałów siarczkowych spowodowanych trwającą setki tysięcy lat infiltracją i krążeniem wód powierzchniowych (zawierających tlen i dwutlenek węgla) w górnej części złoża. Najwyższa, silnie zwietrzała część złoża, tzw. czapa żelazista zbudowana jest przede wszystkim z tlenkowych minerałów żelaza – limonitów, tworzących konkrecje, nieregularne zrosty i naskorupienia a także formy pokładowe. Minerałom żelaza towarzyszą węglanowe minerały miedzi: malachit i azuryt oraz wietrzeniowa ruda cynku, tzw. galman.
Niżej leżąca, mniej zwietrzała część złoża, tzw strefa cementacyjna, położona na głębokości od kilkudziesięciu metrów do ponad stu metrów charakteryzuje się zastępowaniem pierwotnego chalkopirytu przez prostsze minerały siarczkowe oraz tlenki miedzi, głównie chalkozyn i tenoryt. Minerały te tworzą nieregularne, pokładowe lub żyłowe skupienia w pakiecie ilastym (najlepiej jednak kształt tych „ciał rudnych” znali górnicy, którzy je eksploatowali, my wiemy o nich znacznie mniej). Na podstawie danych z historycznej eksploatacji zawartość miedzi w eksploatowanych w Miedzianej Górze rudach można szacować na 7-12%. W złożu pierwotnym, nie zwietrzałym (tam gdzie występują siarczki) zawartość ta jest znacznie mniejsza i nie przekracza 1%. Tak więc wietrzenie przyczyniło się do koncentracji minerałów kruszcowych i powstawania nieregularnych, ale bogatszych od pierwotnych „ciał rudnych”.
Wietrzeniowa geneza i nieregularna budowa eksploatowanego złoża decydowały o znacznej zmienności jakościowej rudy, jej ograniczonych zasobach i malejącej wraz z głębokością zawartości metali. I to była jedna z głównych przyczyn „perypetii” związanych z eksploatacją złoża: wielkich nadziei oraz upadków kopalni, długich okresów przerw w eksploatacji a w końcu jej definitywnego zakończenia. Drugą, lecz równie istotną przyczyną trudności związanych z eksploatacją były znaczne dopływy wody podziemnej do wyrobisk kopalnianych. Skały ilasto-mułkowe są generalnie słabo przepuszczalne, wobec tego sam pakiet iłów rudonośnych był mało zawodniony. Dlatego też początek prac górniczych za każdym razem, gdy na nowo otwierano złoże był stosunkowo łatwy i zachęcający. Jednak górnicy poszukując ciał rudnych przebijali pakiet iłów i docierali do skał piaskowcowych oraz wapienno-marglistych otaczających strefę złożową. Piaskowce kwarcytowe raczej nie są skałami wodonośnymi, jednak skrasowiałe wapienie są bardzo silnie zawodnione i dopływy wód z tych skał mogą być lokalnie bardzo silne. One to właśnie „paraliżowały” okresowo eksploatację złoża miedzianogórskiego.
Znakomity historyk, prof. Witold Kula, który szczegółowo przeanalizował historię zakładów miedzianogórskich w końcu XVIII wieku nazwał warunki przyrodnicze – czyli budowę i zawodnienie złoża – „wąskim gardłem” faktycznie uniemożliwiającym rozwój tego przedsiębiorstwa. Dzieje zakładów miedzianogórskich to jeszcze jeden przykład ilustrujący bezsilność człowieka wobec zagadek przyrody, która nęci nas swymi wyimaginowanymi skarbami i w ten sposób kształtuje los nie tylko pojedynczych ludzi ale całych społeczności oraz pokoleń.
[1] Depozycja – osadzanie się materiału, w tym konkretnym przypadku osadzanie się materiału ilastego.
[2] Uskok – pęknięcie skorupy ziemskiej, wzdłuż którego nastapiło przesunięcie skał.
[3] Intruzywne skały magmowe – skały, które powstały w wyniku skrzepnięcia magmy (gorącego, płynnego stopu mineralnego), która wtargnęła wobręb zwięzłych skał skorupy ziemskiej.