Kontynuujemy temat cechy teksturalne. To są takie cechy jak:

• uziarnienie

• litologia

• morfologia ziarna (kształt, obtoczenie, charakter powierzchni).

• orientację przestrzenną i upakowanie

• porowatość. To cecha która wynika bezpośrednio z innych. Dalej jest też przepuszczalność.

Cechy te wskazują na historie osadu, tzn.:

• dynamikę i długość transportu – na nią wskazuje kształt, obtoczenie, orientacja

• warunki klimatyczne

• często pozwalają rekonstruować środowisko sedymentacji

Morfologia ziaren

Kształt

Kwadrat Zingga

Zaczniemy od kształtu. Do tego służy bardzo prosty, choć stary kwadrat Zingga, który dzieli nam kształty ziaren na cztery główne rodzaje. Zobaczmy jak on jest skonstruowany najpierw. Oś a jest najdłuższa (ryc. 2). Na rzędnych stosunek osi b/a, a na odciętych c/b. Jest podzielony na cztery kwadranty wzdłuż linii o wartościach 2/3 (ryc. 1 , por. też ryc. 3-10, Gradziński):

• Ziarna kuliste mają trzy osie mniej więcej równe (a = b = c czyli a/b = c/b = 1)

• Dyskoidalny b/a jest zbliżony do 1, ale c/b jest małe czyli (a = b > c czyli b/a > c/b)

• Elipsoidalne trzy wymiary różne (a > b > c czyli b/a = c/b ≠ 1)

• Wrzecionowate z kolei (a > b = c czyli b/a < c/b). Jeden wymiar wyraźnie dłuższy.

Były próby wydzielania większej ilości tych kształtów (Sneed i Folk, 1958) i jest też coś takiego w literaturze. Dodano linię podziału wzdłuż wartości 1/3 (ryc. 3)

Współczynnik spłaszczenia

Do opisu kształtu ziaren możemy też obliczać taki współczynnik spłaszczenia (Cailleux, 1947). Oblicza się ze wzoru A+B/2C, gdzie osie od A są najdłuższe. Wyniki są ważne dla interpretacji środowiska sedymentacyjnego:

• bruk korytowy 1,2-1,6 (kształt wrzecionowaty)

• morena denna 1,6-1,8

• żwiry fluwioglacjalne 1,7-2,0

• żwiry na brzegu morza 2,3-3,8 (kształt dyskoidalny). U nas nad Bałtykiem jak patrzymy, to są same płaskie te otoczaki.

Stopień obtoczenia

Kulistość jest miarą podobieństwa ziarna do kuli. Stopień obtoczenie jest miarą ogładzenia powierzchni, starcia ostrych naroży. Często te dwie cechy są opisywane jednocześnie. Metody badań stopnia obtoczenia to:

• geometryczno-optyczne

• wizualne

• mechaniczne

Metody geometryczno-optyczne

Najstarsza metoda to formuła Wadella z 1932. To była pierwsza metoda. On w kontur ziarna wpisywał okrąg o maksymalnie dużym promieniu (R) mieszczący się w ziarnie (ryc. 4, por. także ryc. 3-11, Gradziński). Potem we wszystkie nierówności wpisuje się okręgi o mniejszych promieniach (r_i). Wynik formuły (ryc. 4a) przyjmuje wartości od zera do jeden. Im bliżej 1 tym ziarno lepiej obtoczone. To jest metoda kłopotliwa, bo zanim się ją użyje, trzeba wykonać rzutowanie na płaszczyznę.

Są też metody inne. Tych wzorów bazujących na wpisywanie okręgu w ziarna jest dużo. W tabelce mamy inne formuły nawiązujące do formuły Wadella (6).

Autor	Wzór
Kuenen	2000r1/l
Wentworth	2r1/D
Cailleux	2000r1/L, 2000r2/L
Richter	2000r1/L, 2000rmax/L

Metody wizualne

To są wszelkiego rodzaju komparatory, czyli wzorce wizualne. Coś co nam służy do porównań. Najbardziej znane komparatory to:

• Krumbeina (1941). Krumbein wyróżnił 9 klas stopnia obtoczenia na podstawie wzorca wizualnego. Przypisał im wartości od 0,1 do 0,9. Dziesiątą odrębną klasę stanowiła klasa ziaren pokruszonych.

• Pettijohna (1975). Pettihohn podzielił ziarna na ostrokrawędziste, półostrokrawędziste (ang. subangular), półobtoczone, obtoczone i bardzo dobrze obtoczone (ryc. 3-12 A, Gradziński)

• Dalej jest komparator wg Powersa 1941. W stosunku do Pettijohna dochodzi tu klasa bardzo ostrokrawędzistych.

• Kolejny to Powersa z 1982. Powers rozbudował to w ten sposób, że dołożył kulistość. Bo my porównując ze wzorcem obarczamy pomiar błędem subiektywnym. Generalnie wydaje nam się, że ziarna kuliste są lepiej obtoczone. Dlatego Powers dołożył kształt, by nie sugerować się kulistością. Do tego zrobił też szkice trójwymiarowe. Zestawił stopień obtoczenia od wrzecionowatych przez kuliste po dyskoidalne.

Analizę stopnia obtoczenia robi się w konkretnych przedziałach frakcji. Porównujemy obtoczenie ziaren o danej wielkości. a nie w obrębie całej próbki.

Metody mechaniczne.

Mamy tu metodę opracowaną przez prof. Krygowskiego 1964. Jest to graniformametr spychaczowy. Jest to urządzenie wykorzystywane na geografii. To jest opatentowana metoda, która polega na tym, że jest równia pochyła, po której staczają się ziarna do rynienki. W górnej części jest umieszczana próbka. Kąt nachylenia płytki jest zmienny. Zmieniamy co 2 stopnie. Badamy ile z 200 ziaren stoczy się po płytce. Przy najmniejszym kącie stoczy się najwięcej ziaren dobrze obtoczonych. Powstał wzór empiryczny pozwalający na obliczenie stopnia obtoczenia w zależności od kąta, przy którym ziarna zaczną spadać (5).

Jest kilka czynników kontrolujących obtoczenie i kulistość ziaren. Ono zależy od:

• Wyjściowej wielkości ziarna i jego kształtu. Ważne jest, by znać pierwotną wielkość jeżeli to możliwe. Szybciej abrazji ulegają ziarna większe.

• Podatność ziaren na kruszenie i ścieranie, co zależy od składu mineralnego, twardości, łupliwości, przełamu itd. Jeżeli mamy wychodnię, to rzeka płynie u podnóża ściany zbudowanej z granitów i z wapieni. Otoczaki wapienne szybciej podlegają obtoczeniu niż granitowe. Jeżeli pobierzemy w strumyku próbkę i się okaże, że mamy dużo słabo obtoczonych ziaren wapienia, a granit jest dobrze obtoczony, to znaczy że obszar alimentacyjny granitu jest dalej niż wapienia.

• Czas trwania i charakter transportu. Kulistość i obtoczenie rosną w miarę oddalania od obszaru źródłowego. Ważny jest charakter i dynamika transportu. Abrazja¹ podczas transportu eolicznego jest o wiele bardziej efektywna aniżeli podczas transportu wodnego (100-1000) razy (eksperymenty Kuenen’a 1956, 1959, 1960). W miarę wzrostu stopnia obtoczenia abrazja ziaren jest coraz wolniejsza.

• Typ i intensywność wietrzenia w obszarze alimentacyjnym i depozycyjnym. To odgrywa rolę szczególnie w warunkach klimatu gorącego (wilgotnego lub suchego), czyli tam, gdzie dominuje wietrzenie chemiczne.

Ostatnio wprowadziliśmy termin dojrzałości teksturalnej. Osad dojrzały teksturalnie cechuje:

• wzrost stopnia obtoczenia,

• wzrost wysortowania

• ubytek frakcji ilastej. Frakcja ilasta jest transportowana w inny sposób niż frakcje grubsze. Jeżeli mamy długotrwały transport to ona została odprowadzona.

Charakter powierzchni ziarna

Opisujemy na podstawie pojedynczych ziaren. Przyglądamy im się często w dużych powiększeniach. Możemy o nich mówić w obserwacjach pod binokularem, albo mikroskopem skaningowym, gdzie możemy dostrzegać elementy wielkości mikrometrów.

Ziarna matowe transportowane są generalnie przez wiatr. Powierzchnia ziarna obtoczona jest bardzo dobrze, ale w mikroskali jest chropowata. Właśnie stąd wrażenie zmatowienia. Dodatkowo są wgłębienia w powierzchni ziarna (np. bulbous edges), albo poprzyklejane drobinki do tych ziarenek (mechanically upturned plater).

Ziarna błyszczące o wysokim obtoczeniu wskazują na wysokoenergetyczny transport w środowisku wodnym. Widzimy, że to ziarenko jest nie tylko świetnie obtoczone, ale ma też gładką powierzchnię. Mimo wszystko są pewne mikrocechy wskazujące, że coś się przytrafiło, np. v- kształtne zagłębienia (v-shaped percussion cracks).

Dla przykładu mikrostruktury dla ziarn transportowanych w środowisku glacjalnym. Ziarna nie wykazują śladów obróbki. Mają ostre krawędzie. Wynikają one głównie z mechanicznego oddziaływania między ziarnami. Typowe struktury:

• przełamy muszlowe (conchoidal fracture).

• chattermarks – coś przeorało to ziarno.

• paralel ridges

• te ziarna mogą też pękać przez wietrzenie mrozowe.

Te badania są stosunkowo młode znowuż. Mikroskop skaningowy rozpowszechnił się na przełomie lat 70 i 80-tych. Obserwując te ziarna, głównie kwarcu, badacze podzielili cechy powierzchni na uzyskane dzięki:

• obróbce mechanicznej pomiędzy ziarnami.

• trawienia powierzchni czyli rozpuszczania na powierzchni ziaren

• odkładania krzemionki na powierzchni ziaren

Ziarno kwarcu może mieć skomplikowaną historię i nosić piętno kilku procesów nałożonych na siebie. Mamy generacje tych różnych cech.

Są atlasy mikrostruktur, gdzie są takie ładne zdjęcia z nazwami mikrostruktur (Krinsly i Doornkamp 1973; Mahaney 2002).

Mamy jeszcze przykładowe nacięcia y albo v-kształtne. Wskazują na obróbkę mechaniczną spowodowaną kolizją między ziarnami. Inne to półkoliste nacięcia. To jest głównie abrazja wodna, choć v i y w eolicznym też.

Teraz mamy ziarenko które spotkało trawienie powierzchni. Ono ma wszędzie takie dziurki i to dosyć regularnie ułożone. Regularne systemy trawienia wynikają z cech krystalograficznych. Dochodzi do nich zgodnie z budową wewnętrzną.

Kolejne to mikrocechy związane z odkładaniem krzemionki (powiększenia 25 i 10 mikrometrów). Ziarno jest oskorupione wtórną krzemionką. – ma ospowaty charakter. Wskazuje na obszar depozycji z niedoborem wilgoci, gdzie parowanie wielokrotnie przewyższa opady (to jest gorący i suchy klimat). Czyli tam ziarna mają zdolności do rekrystalizacji na powierzchni.

Porowatość

Ponieważ jesteśmy po hydrogeologii, to wiemy już o czynnikach porowatości.

• Przede wszystkim osady dobrze wysortowane mają wyższą porowatość niż te słabiej. Bez względu na wielkość ziaren.

• kształt – okrągłe maja większą porowatość niż ostrokrawędziste.

• Sposób ułożenia ziaren i upakowanie.

  • rombowy jest mniejsza porowatość 25,95%.²

  • maksymalna może być przy sześciennym ułożeniu 47,64%

Orientacja ziaren

Mówimy o niej, gdy widzimy uporządkowanie kierunków ziaren Chcąc opisywać orientację, możemy to robić tylko w odniesieniu do ziaren innych niż kuliste. Otoczaki elipsoidalne mogą mieć już orientację

Musimy do tego podjeść statystycznie. Musimy mieć reprezentatywną próbę statystyczną.

Ziarno w momencie depozycji poddane jest działaniu sił grawitacji i siłom ośrodka transportującego. Ziarna będą miały w danych warunkach skłonność do przyjmowania jak najbardziej stabilnej pozycji (czyli takiej, kiedy stawiają najmniejszy opór w stosunku do przepływu).

Lineacja

Pierwszą cechą teksturalną, która wynika z uporządkowania ziaren jest lineacja. Tu lineacja to trochę inna rzecz niż w metamorficznych, gdzie definiuje się ją jako strukturę linijną na powierzchni foliacji. Wyróżniamy lineację poprzeczną, podłużną i bimodalną.

Poprzeczna występuje, gdy oś najdłuższa otoczaka jest prostopadła do siły prądu. To jest typowe dla przepływów wolnych, bo wodzie wtedy łatwiej jest go kulać. Dodatkowy wymóg to płaskie dno. Drugim rodzajem ruchu wody powodującym takie ułożenie poprzeczne jest falowanie. Jeżeli mamy falowanie to otoczaki się tak ułożą.

Lineacja podłużna występuje przy silnym prądzie i na szorstkiej powierzchni. To najbardziej stabilne ułożenie wydłużonych ziaren w prądzie wody. Bo poprzeczne to było niestabilne.

Może być jeszcze lineacją bimodalna. Czyli jeżeli będziemy mieli dwa maksima na wykresie pokazującym kierunek ułożenia. Może wystąpić na skutek oddziaływania na osad prądów płynących z różnych kierunków. Ona jest trudna do interpretacji. Druga możliwość to skutek odmiennego zachowania ziaren o różnych kształtach, np. ziarna elipsoidalne (l. podłużna), ziarna wrzecionowate (l. poprzeczna).

Do przedstawienia wyników służy nam róża kierunków albo diagram rozetowy. Mamy azymuty od zera do 360 stopni, a na wewnętrznych okręgach odkładamy procentowe przedziały.

Mamy przykład, żółte azymuty na czarnym tle. Orientacja w próbce wykazała, że otoczaki są ułożone w kierunku E-W, SE- NW. Tutaj mamy lineacją skalarną, ponieważ nie wyznaczono zwrotu transportu.

Imbrykacja

Drugą cechą orientacji ziaren jest imbrykacja. To dachówkowe ułożenie otoczaków takich płaskich dyskoidalnych. Tutaj mierzymy orientację płaszczyzny ab, a nie a. Te bardziej kuliste nie pokazują kierunku, ale wydłużone tak.

Mamy trzy typy imbrykacji. Mówiąc o imbrykacji mamy na myśli rzeczywistą najczęściej (jednoskośną, podprądową). Inne typy to rombowa oraz pseudoimbrykacja czyli zaprądowa.

Mamy przykład w stanie kopalnym. Widać, że te klasty są ułożone pod pewnym kątem w stosunku do powierzchni sedymentacji.

Inny przykład bardzo stromo są nachylone te otoczaki. One równolegle kładą się na sobie największymi płaszczyznami przekroju. To jest osad stabilny. Wskazuje na ciągły intensywny transport w jednym kierunku.

Takie płaskie otoczaki leżące na dnie, gdy znajdą punkt podparcia zaczną robić imbrykację (ryc. 7). Punkt podparcia musi znaleźć się powyżej środka ciężkości ruchomego otoczaka. Mówi się podprądowa bo upad jest skierowany przeciwnie do prądu.

Imbrykacja rombowa. Możemy obserwować ją w stanie kopalnym otoczaki raz wskazuję jeden kierunek, a raz drugi. Daje to takie niby romby.

Dalej pseudimbrykacja. Mówimy o niej na zawietrznych czy zaprądowych stokach, takich dużych form powierzchni. Gdzie staczające się po tej powierzchnia otoczaki będą nam się układać zaprądowo (ryc. 8 + Gradziński 3-18).

Orientacja elementów szkieletowych organizmów – ułożenie wtórne, po śmierci zwierzęcia, pod wpływem ruchu wody, to nie są przyżyciowe pozycje, ale traktujemy je jako redeponowane klasty.

1. Ułożenie skorup małży i ramienionogów wypukłą stroną ku górze – pozycja stabilna hydraulicznie. Świadczy to zatem o transporcie w trakcji.

2. Odwrotny przypadek jest wynikiem opadania takich skorup w spokojnej wodzie. Jeżeli bierzemy w zawiesinę materiał w czasie sztormu, materiał podniesie się i opadnie odwrotnie.

3. Może być też chaotyczna orientacja, która może być wskaźnikiem bioturbacji.

Mamy cup – in – cup structure. Byliśmy na praktykach.

Wydłużone elementy np. rostra belemnitów, łodyżki liliowców, stożkowe muszle ślimaków układają się równolegle do siebie na skutek działania prądów. Jeśli prąd jednokierunkowy płynie szybko daje zwrot dziurą ku prądowi. Prąd powolny daje czubkiem ku prądowi. Przyjęło się w literaturze, że kierunek transportu mierzy się po czubku (Gradziński 3-23).

---

1. Tutaj wzajemne ścieranie materiału skalnego wskutek czego ulega on rozdrobnieniu i obtoczeniu↩

2. dla jednorodnych kulistych↩