Prywatna Pracownia Paleobotaniczna Drewien Kopalnych funkcjonuje od 2005 roku w Warszawie. W 2008 roku powstał oddział terenowy Pracowni w Twardogórze.
Jej działalność koncentruje się na:
– badaniu kopalnych szczątków roślin drzewiastych, przede wszystkim drewien, m.in. w celu rozpoznania ich przynależności taksonomicznej,
– pozyskiwaniu i gromadzeniu materiałów badawczych skamieniałej flory,
– prowadzeniu poszukiwań fosyliów w terenie.
Rozmaite badania, którym poddaje się skamieniałości drewna, stosuje się w celu otrzymania odpowiedzi
na trzy fundamentalne pytania, zadawane nie tylko przez hobbystów lecz przede wszystkim przez paleobotaników:
– z jakim gatunkiem drewna mamy do czynienia?
– o czym świadczą utrwalone w skamieniałości ślady?
– jaki jest skład mineralny skamieniałości?
Zarówno badanie struktur skamieniałości prowadzące do rozpoznania budowy anatomicznej i identyfikacji rodzajowej, a czasem nawet gatunkowej okazu, jak i dociekanie pochodzenia zachowanych w drewnie śladów oraz badanie składu mineralnego (pozwalające w efekcie stwierdzić jakie minerały występują w analizowanej próbce), są skomplikowanymi procesami wymagającymi zastosowania różnorodnych technik badawczych. Najczęściej konieczne jest precyzyjne przygotowanie próbek, zwłaszcza w przypadku obserwacji mikroskopowych.
Podstawowymi narzędziami badawczymi są mikroskop optyczny oraz elektronowy mikroskop skaningowy, znacznie rzadziej korzysta się z tomografu komputerowego.
1. Stereoskopowy mikroskop optyczny
Zdjęcia skamieniałego drewna przedstawiające budowę anatomiczną obserwowaną w przekrojach poprzecznych (fot. Ireneusz Niemirowski).
|
|
|
|
|
Asteroxylon mackiei (prawidłakowce), ksylem |
Lepidodendron selaginoides, karbon, Wielka Brytania |
Lepidodendron sp., poduszki liściowe, karbon, Polska |
|
|
|
|
|
Lepidophloios sp. (widłakowe), łodyga z odgałęzieniem (patrz strzałka), karbon, USA |
Lepidophloios sp. (widłakowe), poduszki liściowe, karbon, Niemcy |
|
|
|
|
|
|
Sigillaria sp., ksylem wtórny wokół szerokiego rdzenia, karbon, USA |
Sigillaria sp., poduszki liściowe, karbon, Polska |
Widłakowe, szlaki liściowe |
|
|
|
|
|
Sphenophyllum sp. (klinolist), widoczne: ksylem pierwotny o trójkątnym kształcie, ksylem wtórny oraz warstwy kory, perm, Brazylia |
Sphenophyllum sp. (klinolist), młoda łodyga z ksylemem |
Sphenophyllum sp. (klinolist), łodyga z wieloletnim przyrostem ksylemu wtórnego, karbon, Rosja |
|
|
|
|
|
Arthropitys sp. (skrzypowe), ksylem pierwotny, kanały karynalne, ksylem wtórny |
Arthropitys sp. (skrzypowe), ksylem pierwotny, kanały karynalne, ksylem wtórny |
Arthropitys sp. (skrzypowe), ksylem wtórny z promieniami, perm, Brazylia |
|
|
|
|
|
Stauropteris oldhamia (paprociowe) z cztero-płatowym ksylemem |
Stauropteris oldhamia (paprociowe), oś potomna |
Metaclepsydropsis duplex (paprociowe), ogonki liściowe - tzw. filofory - z wiązkami ksylemu, karbon, Wielka Brytania |
|
|
|
|
|
Symplocopteris sp. (paprociowe), rozwidlona łodyga z formującym się ogonkiem liściowym, |
Symplocopteris sp. (paprociowe), korzenie przybyszowe, karbon(?), Polska |
Yulebacaulis normanii (paprociowe), ogonek liściowy z wiązką przewodzącą, kreda, Australia |
|
|
|
|
|
Botryopteris cf. forensis (paprociowe), ogonki liściowe z wiązkami przewodzącymi, karbon, Czechy |
Botryopteris nollii (paprociowe), łodyga i ogonek liściowy z wiązkami naczyniowymi, perm, Brazylia |
Psaronius sp. (paprociowe), budowa anatomiczna wiązek przewodzących, karbon, Czechy |
|
|
|
|
|
Psaronius sp. (paprociowe), korzeń przybyszowy, perm, Francja |
Korzeń przybyszowy paproci z rodziny Psaroniaceae, perm, Brazylia |
Osmundaceae, fragment ogonka liściowego |
|
|
|
|
|
Osmundacaulis nerii, ogonek liściowy, komórki parenchymy w dwóch wiązkach nad pasmem naczyniowym "C", |
Osmundacaulis janii, ogonek liściowy, sklerenchyma łańcuchowego kształtu we wklęsłości "C", |
Ashicaulis cf. kidstonii (Millerocaulis cf. kidstonii), ogonek liściowy, dwa skupienia sklerenchymy we wklęsłości "C" i w pierścieniu ogonka, kreda, Australia |
|
|
|
|
|
Ogonek liściowy długoszowatych (Osmundaceae) ze skrzydełkami przyogonkowymi, jura, Australia |
„Cibotium” tasmanense (paprociowe), ogonek liściowy, jura, Australia |
Oguracaulis banksii (paprociowe), ogonek liściowy, przełom jury i kredy, Australia |
|
|
|
|
|
Oguracaulis banksii (paprociowe), formujący się ogonek liściowy, przełom jury |
Conantiopteris sp. (paprociowe), formujący się ogonek liściowy, kreda(?), Polska |
Dennstaedtiopsis aerenchymata (paprociowe), ogonek liściowy z tkanką aerenchymy, eocen, USA |
|
|
|
|
|
Dennstaedtiopsis aerenchymata (paprociowe), łodyga - aerenchyma w rdzeniu i korze, eocen, USA |
Tempskya sp., w centrum łodyga z formującym się ogonkiem liściowym, po lewej stronie widoczny także oddzielający się ogonek liściowy, kreda(?), Polska |
Tempskya sp. (paprociowe), łodyga z dwoma korzeniami przybyszowymi, kreda(?), Polska |
|
|
|
|
|
Myeloxylon sp. (nagozalążkowe wielkolistne), ogonek liściowy paproci nasiennej Medullosa sp., karbon, Czechy |
Schilderia sp. (gniotowe), widoczne szerokie promienie w ksylemie wtórnym, trias, USA |
Skamieniałe drewno sekwoi Sequoiaxylon sp., widoczne cewki, USA |
|
|
|
|
|
Przewody żywiczne w skamieniałym drewnie, Polska |
Skamieniałe drewno wiązu Ulmoxylon sp., widoczne naczynia, USA |
Mennegoxylon jonesii (okrytozalążkowe dwuliścienne), ksylem wtórny, eocen, USA |
|
|
|
|
|
Palmoxylon sp. (okrytozalążkowe jednoliścienne), budowa anatomiczna wiązki przewodzącej, oligocen, USA |
Skamieniały korzeń przybyszowy palmy - Rhizopalmoxylon sp., Indonezja |
Protoyucca shadishii (okrytozalążkowe jednoliścienne), walec pierwotny i wtórny z warstwą kory, neogen, USA |
|
|
|
|
|
Fluoryt w skamieniałym drewnie, Niemcy |
Agat w skamieniałym drewnie, Madagaskar |
Piryt w skamieniałym drewnie, Polska |
2. Elektronowy mikroskop skaningowy
Zdjęcia:
śp. Prof. dr hab. Zbigniew Laurów, Katedra Użytkowania Lasu, SGGW,
Dr Tadeusz Narojek, Wydział Weterynarii, Katedra Nauk Klinicznych, SGGW.
|
|
|
|
|
Jamki w skamieniałym drewnie |
Jamki we współczesnym drewnie |
Przekrój promieniowy |
|
|
|
|
|
Układ elementów submikroskopowych w skamieniałym drewnie |
Układ elementów submikroskopowych w cewkach współczesnej sosny |
Zbursztynowana żywica |
|
|
|
|
|
Przewód żywiczny |
Grzybnia w skamieniałym drewnie |
Grzybnia we współczesnym drewnie |
|
|
|
|
|
Chalcedon w skamieniałym drewnie |
Kwarc w skamieniałym drewnie |
3. Tomograf komputerowy
Zdjęcia:
śp. Prof. dr hab. Zbigniew Laurów, Katedra Użytkowania Lasu, SGGW,
Dr Tadeusz Narojek, Wydział Weterynarii, Katedra Nauk Klinicznych, SGGW.
|
|
|
|
|
Po lewej zdjęcie makroskopowe skamieliny bez oznak świadczących o istnieniu żerowisk, |
Sosna współczesna z żerowiskami owadów |
|
|
|
|
|
|
Żerowiska larw chrząszcza (Coleoptera), prawdopodobnie z rodziny kózkowatych (Cerambycidae) w skamieniałym drewnie |
Żerowisko wykarczaka sosnowca Arhopalus rusticus w sośnie współczesnej |
Żerowisko larwy błonkówki (Hymenoptera), prawdopodobnie z rodziny trzpiennikowatych (Siricidae) w skamieniałym drewnie |
|
|
|
|
|
Żerowisko larwy błonkówki (Hymenoptera), prawdopodobnie z rodziny mrówkowatych (Formicidae) w skamieniałym drewnie |
Żerowisko gmachówki koniczek Camponotus herculeanus w drewnie współczesnym |
|
4. Występowanie i wiek skamieniałego drewna
Odnajdowane i kolekcjonowane dziś skamieniałe drewno pochodzi z różnych epok geologicznych i reprezentuje rozmaite gatunki roślin.
Spotykane jest na wszystkich kontynentach. Niektóre ze stanowisk są rozległymi obszarami ze szczątkami lasów - niekiedy nawet pni pogrzebanych w pozycji wzrostu. Inne, zaledwie drobnymi – w porównaniu do poprzednich – wystąpieniami fosyliów zalegających w naniesionych złożach wtórnych.
Znajdowane są zarówno wielometrowe pozostałości pni roślin drzewiastych, jak i kilkucentymetrowe fragmenty. Część z nich może poszczycić się "znajomością" z dinozaurami, najstarsze jednak pochodzą z Maroka (Hamar Laghdad), z zywetu (środkowy dewon) i liczą sobie około 380 - 372 mln lat. Natomiast jedne z najmłodszych spetryfikowanych szczątków drewna datuje się na środkowy plejstocen, znane są z prowincji Tak w Tajlandii oraz ze stanowiska Dunarobba we Włoszech (te liczą ok. 40 tys. lat).
5. Identyfikowanie skamieniałego drewna
Fosylia drewna z powodzeniem można identyfikować. Niejednokrotnie gołym okiem dostrzegalne są rysunki słojów rocznych przyrostów, promieni drzewnych i sęków. Jednak w celu określenia pozycji rodzajowej bądź gatunkowej szczątków, niezbędna jest odpowiednia widoczność w skamieniałości struktur budowy anatomicznej. Konieczna jest zatem obserwacja mikroskopowa.
Mineralne odzwierciedlenie budowy, np. naczyń, cewek, wiązek przewodzących bądź przewodów żywicznych, prowadzi do rozpoznania cech diagnostycznych drewna, a w konsekwencji do dokonania identyfikacji gatunkowej.
6. Minerały i osobliwości występujące w skamieniałym drewnie
Niektóre eksponaty skamieniałego drewna, poza różnorodnością gatunkową, zasługują na szczególną uwagę z powodu obecnych w nich minerałów oraz osobliwych cech. Efektownie wyglądają np. okazy z agatem, lub te, na których powierzchni wykrystalizowały kryształy kwarcu, niekiedy znajdujące się również we wnętrzu okazu lub nawet tworzące w nim małe geody.
Występowanie w skrzemionkowanym drewnie minerałów nie należących do grupy krzemionki, takich jak, np.: piryt, kalcyt czy fluoryt, jest rzadziej spotykane.
Cechą wyróżniającą okazy są obserwowane w skamieniałym drewnie osobliwości. Należą do nich np. ślady po przejściu ksylofagów (drzewożernych organizmów) lub koprolity (skamieniałe odchody) organizmów żerujących w drewnie, albo je zasiedlających.
Unikatowe są okazy radioaktywne lub wykazujące fosforescencję.
Przykłady skamieniałego drewna z przedstawionymi cechami znajdują się poniżej.
|
|
|
|
|
Opal |
Chalcedon |
Fluoryt |
|
|
|
|
|
Korzenie paproci |
Koprolity |
Muszle małżów |
7. Czynniki petryfikujące drewno
Najczęściej spotykane szczątki skamieniałego drewna powstały w wyniku procesów sylifikacji (patrz punkt 7.1), w których substancją petryfikującą jest krzemionka.
Żel krzemionkowy (H4SiO4) fosylizujący tkanki roślinne może przechodzić w kolejne odmiany (patrz schemat poniżej):
– opal,
– chalcedon (w tym, np. agat),
– kwarc.
Innymi, rzadziej występującymi czynnikami petryfikującymi drewno, mogą być (P. Buurman 1972):
– apatyt (fluoropatyt, frankolit),
– węglany wapnia (kalcyt, aragonit), magnezu, żelaza (syderyt),
– siarczki żelaza (piryt, markasyt), cynku,
– tlenki i hydroksytlenki żelaza (getyt, hematyt).
Przykłady drewna zmineralizowanego różnymi odmianami krzemionki oraz przesyconego tlenkami żelaza, pirytem i fluorytem przedstawiono poniżej.
|
|
|
|
|
Opal |
Opal |
Opal |
|
|
|
|
|
Agat |
Agat |
Agat |
|
|
|
|
|
Fluoryt |
Piryt |
Tlenki żelaza |
7.1. Proces sylifikacji
Sylifikacja tkanki drzewnej następowała synsedymentacyjnie w płytkich zatokach z wodami alkalicznymi w pokładach kwarcowych piasków, w których zagrzebane były często zdeformowane szczątki drzew. Przypuszczalnie w owe miejsca akumulacji zostały one uprzednio przetransportowane drogą wodną.
Gromadzenie sedymentu dokonywało się stosunkowo szybko i bez większych przerw. Prowadziło to do zasypywania i nieznacznej deformacji pni jeszcze przed rozpoczęciem się procesu, którego początek musiał mieć miejsce zanim szczątki drzew uległy degradacji, czy zbutwieniu.
Środowisko alkaliczne sprzyjało rozpuszczaniu i migracji krzemionki. Podczas butwienia szczątków pni i gałęzi powstawały kwasy humusowe, powodujące mikrolokalne obniżenie pH, co z kolei warunkowało wytrącenie dwutlenku krzemu (SiO2) z wody morskiej przesycającej pokłady piaszczyste.
W szczątkach drzew przy obniżeniu się pH poniżej 7, infiltrująca krzemionka koloidalna ulegała krystalizacji, podczas gdy węglany pozostawały w postaci rozpuszczonej. Można więc powiedzieć, że sylifikacja przebiegała selektywnie. Z jednej strony w wyniku krystalizacji krzemionki, z drugiej, w następstwie równoczesnego usuwania ze szczątków drzew związków mineralno-organicznych, będących wówczas w postaci rozpuszczonej. Roztwory mineralizujące wypełniły komórki, przestrzenie międzykomórkowe i wszystkie najdrobniejsze pory.
W pierwszym stadium procesu, zwanym sylifikacją pierwotną, powstawał opal, na tym etapie proces mógł się zatrzymać. Najczęściej jednak następowało przekształcenie w chalcedon a później w kwarc, który jest produktem wyższego stadium przekrystalizowania (dojrzewania) chalcedonu. Obydwa te minerały należą do produktów przekrystalizowania bezpostaciowej krzemionki, czyli opalu. Ten etap procesu sylifikacji nosi nazwę wtórnej rekrystalizacji krzemionki. Omawiane procesy przybliża poniższy schemat.
Schemat 1. Mineralizacja drewna minerałami z grupy SiO2.
Objaśnienia do schematu:
1. Kwarc w obrębie tkanki drzewnej krystalizuje ze stadium koloidalnego.
2. Opal – uwodniony dwutlenek krzemu, w jego skład wchodzi około 69% dwutlenku krzemu i 31% wody.
3. Procesy rekrystalizacji wtórnej prowadzą do dehydratacji (odwodnienia) opalu i powstania chalcedonu, tzw. mikrokrystalicznego kwarcu.
4. Produktem końcowym procesu jest kwarc.
W procesie krystalizacji mineralnej zaznacza się tendencja do przekształcania struktury tkanki drzewnej w strukturę skał krystalicznych. Ostateczne skrzemienienie następowało najprawdopodobniej w czasie diagenezy osadów, czyli podczas procesów fizycznych i chemicznych zachodzących w złożonych osadach, prowadzących do ich przemiany w zwięzłe skały osadowe.
W zarysowany wyżej sposób materiał organiczny pni i gałęzi zastąpiony został krzemionką – uległ procesowi sylifikacji, przyjmując postać najczęściej odnajdowanego dzisiaj skamieniałego drewna.
Punkt 7.1 opracowano na podstawie:
Przegląd Geologiczny 2001, Tom 49, Nr 6, s. 532-537, autor: Henryk Maruszczak
Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego 1958, Tom XXVIII, Zeszyt 4,
s. 409-435, autor: Maria Turnau Morawska
Przegląd Geologiczny 1996, Tom 44, Nr 7, s. 689-691, autor: Helena Pitera
8. Kolory skamieniałego drewna
Różnorodność kolorystyczna skamieniałego drewna nie wynika z barw drewna żywej rośliny ani jej gatunku, lecz uzależniona jest od obecności minerałów, które wniknęły w krzemionkę mineralizującą szczątki. Dzięki nim bezbarwnie krystalizujący kwarc mieni się kolorami. Sprawcami występowania kolorów w skamieniałym drewnie mogą być:
– chrom – barwa zielona, niebieska,
– kobalt – barwa zielona, niebieska,
– krzemionka – barwa biała, szara,
– mangan – barwa różowa,
– miedź – barwa zielona, niebieska,
– tlenek manganu – barwa czarna, niebieska, purpurowa,
– tlenek żelaza – barwa czerwona, brązowa, pomarańczowa, żółta,
– węgiel – barwa czarna.
W dziale Galeria znajduje się wiele okazów o niezwykłej palecie barw.
Fotografie z mikroskopu skaningowego oraz tomogramy otrzymałam dzięki uprzejmości śp. Profesora Zbigniewa Laurowa.
Sandra Niemirowska