Fenomen znikającej wody EarthCache

FENOMEN ZNIKAJĄCEJ WODY

THE PHENOMENON OF DISAPPEARING WATER

Postępujący rozwój badań nad środowiskiem wsparty wyrafinowanymi technologiami i metodami badawczymi pozwala na coraz lepsze poznanie i tłumaczenie otaczającej nas przyrody. Tak – zgłębiając kolejne tajemnice świata i analizując prawidłowości nim rządzące – trafiamy w samym sercu Puszczy Drawskiej na ponor (fig. 1), … który na tym obszarze w ogóle nie powinien występować! Forma ta to takie fenomenalne „ni przypiął, ni przyłatał” – unikat pośród polodowcowego krajobrazu Drawieńskiego Parku Narodowego, a nawet daleko poza jego granicami.

Fig. 1. Ponor po sezonie suszy letniej – zanik lustra wody, fot. A. Skowronek
 

Aby dobrze zrozumieć unikatowość tego zjawiska, dobrze jest najpierw rozpatrzyć, czym jest ponor w klasycznym wydaniu. Ponor to miejsce, w którym płynące wody powierzchniowe, jak strumienie, potoki czy rzeki, zanikają wpływając pod powierzchnię ziemi.

Ponory zazwyczaj występują w formie zagłębienia, otworu, szczeliny lub korytarza ukształtowanego przez wodę. Są formami terenu właściwymi dla obszarów krasowych, czyli miejsc, w których dochodzi do chemicznego rozpuszczania skał przez wodę zawierającą CO₂. Woda nasyca się tym gazem przechodząc w postaci deszczu przez atmosferę, dalej przez pokrywę szaty roślinnej i glebę. Trafiając na określone typy skał (głownie wapienie i inne skały węglanowe) woda nasycona CO₂ zaczyna kształtować powierzchniowe i podziemne formy rzeźby krasowej. Słynne obszary występowania krasu to Góry Dynarskie i Płaskowyż Kras czy prowincja Guilin w Chinach. W Polsce są to m.in. Góry Świętokrzyskie, Wyżyna Krakowsko-Częstochowska oraz Tatry Zachodnie.

Zatem zapoznajmy się z budową geologiczną obszaru, na którym występuje omawiany ponor. Dominującymi tu formami terenu są rozległe tzw. równiny sandrowe, zbudowane z piasków i żwirów osadzonych i wypłukanych przez wody z wytapiającego się lądolodu ostatniego zlodowacenia (północnopolskiego). Osady o takiej genezie nazywamy wodnolodowcowymi. Towarzyszą im lokalnie gliny zwałowe oraz piaski i żwiry ozów i kemów. Piaszczystą powierzchnię równin sandrowych przecinają doliny rzek Drawy i Płocicznej oraz ciąg głębokich i podłużnych jezior rynnowych. Zatem przed nami odsłania się typowy krajobraz polodowcowy, który w niczym nie przypomina obszaru występowania zjawisk i form krasowych.  

Drawieński ponor zlokalizowany jest na południe od Jeziora Czarne, z którym tworzy wspólny system hydrologiczny. Jezioro to jest najcenniejszym akwenem Drawieńskiego Parku Narodowego oraz jednym z najciekawszych jezior w Polsce. Cechą wyróżniającą ten stosunkowo niewielki zbiornik jest jego bardzo duża głębokość, wynosząca 29 m. Jezioro powstało ok. 10 000 lat temu poprzez wytopienie się bryły martwego lodu, której stagnacja we wcześniej utworzonym zagłębieniu uchroniła je przed zasypaniem osadami wodnolodowcowymi. Znaczna głębokość jeziora oraz położenie w osłaniającym je od wiatru obniżeniu terenu mocno ograniczają proces mieszania się wód. Wskutek tego w jeziorze zachodzi zjawisko nazywane meromiksją. Znaczy to, że poniżej powierzchniowej warstwy wody pozostającej w zasięgu oddziaływania wiatru, wody nie ulegają mieszaniu się. W przypadku Jeziora Czarne granicą mieszalności wód jest średnia głębokość 13 m.

Skutkiem meromiksji jest występowanie tzw. chemokliny, czyli granicy pomiędzy natlenionymi wodami powierzchniowymi a stagnującymi wodami głębi. Na granicy tej, wraz z gwałtownym spadkiem natlenienia, zmianie ulega barwa wody. Za sprawą działalności bakterii siarkowych Chromatium okenii, przeprowadzających beztlenową fotosyntezę, woda przyjmuje kolor purpury. Deficyt tlenu poniżej chemokliny uniemożliwia życie fauny. Za to dno jeziora w jego płytszych częściach porastają bujne łąki glonów zwanych ramienicami. Roślinność ta odgrywa ważną rolę w procesie sedymentacji osadów. Ramienice pobierając CO₂ do procesów życiowych intensywnie wytrącają węglan wapnia (CaCO₃) pochodzący z jonów wapnia i wodorowęglanów rozpuszczonych w wodzie. Wytrącony CaCO₃ tworzy tzw. inkrustacje w ścianach komórkowych roślin, jak również gromadzi się w osadzie stanowiącym podłoże ich wzrostu.

Poprzez odwapnienie, wody jeziora charakteryzują się dużą przezroczystością, a zgromadzony na dnie węglan wapnia nadaje im szafirową barwę. Interesująca jest także dynamika wahań poziomu wód jeziora. Ocenia się, że ich poziom powoli, lecz systematycznie wzrasta. Jezioro Czarne uznawane jest za akwen bezodpływowy, a właściwie prawie bezodpływowy, gdyż część jego wód wycieka krótkim i wąskim strumieniem (fig. 2, 3) w stronę obniżenia, w dnie którego zlokalizowany jest omawiany ponor.

Fig. 2. (powyżej) Niski stan wody w strumieniu łączącym Jez. Czarne z ponorem, fot. A. Skowronek 

Fig. 3. (powyżej) Strumień w miejscu wypływu z Jeziora Czarne, fot. A. Skowronek

Ponor zajmuje zagłębienie w kształcie misy (fig. 4), które prawdopodobnie również stanowi pozostałość po wytopieniu się bryły martwego lodu. Aczkolwiek jego kolisty kształt narzuca skojarzenia z kraterem uderzeniowym. Kto wie, może jego genezy należy upatrywać w upadku meteorytu…? Na razie jest to bardzo daleko idąca hipoteza. Zagłębienie zostało uformowane w dobrze przepuszczalnych osadach piaszczysto-żwirowych, przez które woda zgromadzona w ponorze przenika do podziemnych warstw wodonośnych.

Fig. 4. (powyżej) Ponor i jego otoczenie, fot. A. Skowronek

Charakterystyczną cechą naszego ponoru jest zmienność poziomu lustra wody, determinowana przez uwarunkowania geologiczne i hydrologiczno-meteorologiczne. Przy dużym nasyceniu wodą warstwy wodonośnej w obniżeniu tworzy się oczko wodne (fig. 5).

Fig. 5. Ponor wypełniony wodą, fot. www.wikipedia.pl
 

W okresach suchych następuje silny odpływ wód, powodując obniżanie poziomu wody, a czasem wręcz jej zanik (fig.6).

Fig. 6. Zanik lustra wody po letnim okresie suszy. Pomimo zaniku lustra wody ponor ciągle funkcjonuje pochłaniając nawet minimalne ilości wody płynące ze strumienia, fot. A. Skowronek
 

Na zachodnim stoku zagłębienia  zauważalne są także miejsca wypływu wód podziemnych, tworzące tzw. okresowe źródła stokowe, stanowiące dodatkowo zasilające misę ponoru (fig. 7).

Fig. 7. (powyżej) Ślady po wypływie wód podziemnych, fot. A. Skowronek

Prawdopodobnie mechanizm funkcjonowania ponoru należy rozpatrywać w szerszym kontekście, jako element złożonego systemu hydrologicznego, który tworzą Jezioro Ostrowieckie, Jezioro Czarne oraz rzeka Płociczna. Ich wzajemne, kaskadowe położenie determinuje kierunek przepływu wód podziemnych, odbywający się w uproszczeniu z zachodu na wschód. Najwyżej położonym zbiornikiem wodnym jest rozległe Jezioro Ostrowieckie, którego lustro wody znajduje się na średniej wysokości 59 m n.p.m. Niżej położone jest Jezioro Czarne, z lustrem wody na średnim poziomie ok. 53,8 m n.p.m. Natomiast ponor, do którego uchodzą wody z Jeziora Czarnego, położony jest na wysokości ok. 53,5 m n.p.m. Finalnym elementem tego układu, działającym jak „pompa ssąca”, jest rzeka Płociczna, której dolina wcina się na głębokość ok. 44 m n.p.m. To najprawdopodobniej w obrębie doliny rzeki Płocicznej dochodzi do wypływu powierzchniowego wód uchodzących ponorem. Niemal pewnie są to źródła zlokalizowane w pobliżu mostu „Karolinka”. Poza specyficznym układem geomorfologiczno-hydrologicznym, krążeniu wód podziemnych sprzyja obecność łatwo przepuszczalnego podłoża geologicznego.

Analizując powyższe uwarunkowania można wstępnie wnioskować, iż ponor z Drawieńskiego Parku Narodowego stanowi rezultat szczęśliwego zbiegu okoliczności geomorfologicznych, geologicznych i hydrologicznych, umożliwiających jego spektakularne powstanie i funkcjonowanie w tak nietypowym obszarze. Z pewnością ta niezwykła forma terenu skrywa jeszcze wiele tajemnic i w dalszym ciągu pozostaje arcyciekawym wyzwaniem badawczym.

Aby zalogować EC musisz odwiedzić miejsce i przesłać odpowiedzi na pytania:

1. Jak nazywają się źródła, którymi wypływają na powierzchnię wody podziemne na obszarach krasowych?

2. Ponory mogą mieć bardzo różną zdolność do pochłaniania wody. Na podstawie własnych obserwacji strumienia spływającego z Jeziora Czarnego oszacuj zdolność pochłaniania wody przez omawiany ponor: a) 0,01 – 0,5 m³/sek.; b) 1,0 – 5,0 m³/sek.; c) 10,0 – 50,0 m³/sek.

3. Który z wymienionych osadów może stanowić barierę dla przepływu wód: a) torf; b) glina zwałowa; c) drobny piasek z dużą zawartością węglanów. Dlaczego tak uważasz? Spróbuj uzasadnić swoją odpowiedź.

UWAGA! Do zalogowania tej skrytki EarthCache wymagane jest wysłanie odpowiedzi do zadań przez profil PIG_PIB. Logować można po wysłaniu rozwiązań, nie czekając na wiadomość z naszej strony. Logi bez wysłanych odpowiedzi będą kasowane w ciągu 14 dni.

The progressive development of environmental research supported by sophisticated technologies and research methods allows us for better understanding and explaining of the surrounding nature. Exploring another rules and secrets of the world, in the middle of the Drawska Forest, we find a ponor (sinkhole), … which should never occur in this area at all! This unexpected and unique form is an „alien” among the post-glacial landscape of the Drawieński National Park. It is phenomenal even far beyond its borders!

In order to understand the uniqueness of this phenomenon well, it is good to consider first, what in classic meaning ponor really is. Ponor is a place where surface waters like streams or rivers disappear, flowing under the surface of the ground. Sinkholes usually occurs in the form of a cavity, a slit or a corridor shaped by water.  Originally, they are forms appropriate for karst lanscapes – areas, where rocks are dissolved chemically by water containing CO₂. Water picks up CO₂ passing through Earth’s atmosphere, plant cover and soil. Once the rain reaches the soluble bedrock (mainly limestones and other carbonate rocks), it begins to shape the surface and underground forms of karst relief. Famous karst areas are the Dinaric Mountains, the Karst Plateau in Slovenia or the Guilin province in China. In Poland, they include the Holy Cross Mountains, the Kraków-Częstochowa Upland and the Western Tatras.

Now, let’s look at the geological structure of the area, where the discussed ponor occurs. The dominant land forms here are the vast outwash plains built of sands and gravels deposited by the waters of hte melting ice cover during the last glaciation period (Vistulian). Sediment of this origin are called fluvioglacial deposits. They are accompanied locally by glacial tills as well as sands and gravels of eskers (os) and kames. The sandy surface of the plains are crossed by the valleys of the Drawa and Płociczna rivers and a series of deep and finger-shaped ribbon lakes. As we can see, it is a typical post-glacial landscape, which in no way resembles the area, where karst phenomena and forms occur.

Ponor in Drawieński National Park is located south of Lake Czarne, and these both forms create a common hydrological system. Czarne Lake is the most valuable water body of the national park and one of the most interesting lakes in Poland. The distinguishing feature of this relatively small reservoir is its very large depth 29 m. The lake was created about 10 000 years ago by melting a lump of dead-ice. Its stagnation in the previously formed depression protected it from being covered with fluvioglacial sediments. The conciderable depth of the lake and the high hills surrounding its shore play the role of a windstopper. These factor cause a strong limitation of the water mixing process. As a result, Lake Czarne is a water body of meromictic character. This means that below the surface layer influenced by the wind, the water does not intermix. In the case of Lake Czarne the limit of water circulation is the average depth of 13 m. The effect of meromixis is the occurence of so-called chemocline, which is the border between oxygenated surface waters and stagnant waters of depth. At this border, along with a sharp decrease in oxygenation, the color of the water changes. Due to the activity of sulfur bacteria Chromatium okenii, performing anoxygenic photosynthesis, water turns purple. Oxygen deficiency below the chemocline prevents fauna from living. However, the bottom of the lake in its shallower parts is overgrown with lush algae meadows called stoneworts. This vegetation plays an important role in the process of sedimentation. By taking CO₂ into life process, stoneworts intensively precipitate calcium carbonate (CaCO₃) derived from calcium ions and bicarbonates dissolved in water. Decalcification significantly improves waters transparency, and the CaCO3 accumulated on the bottom gives tchem a sapphire color. Another interesting fact is the lake’s water level fluctuation. It is estimated that its level is slowly but steadily increasing. Lake Czarne is considered to be a closed lake (endorheic), or rather semi-enclosed, because part of its water leaks through a short and narrow stream towards our ponor.

Ponor occupies a bowl-shaped depression, which probably is also a dead-ice lump melting result. However, its circular shape can evoke associations with an impact crater. Who knows, maybe its origin should be regarded as a fall of the meteorite…? For now, it is a still a very far-reaching hypothesis. The sinkhole was formed in well-permeable sand-gravel fluvioglacial sediments, which are easily penetrated by water feeding the underground aquifers. A characteristic feature of our ponor is the variability of the water level, determined by geological, hydrological and meteorological conditions. At high aquifer water saturation, a little pond is created. During dry period a strong outflow causes a lowering of the water level, sometimes even its disappearance. On the western slope of the depression, groundwater outflows are also noticeable, they additionaly supply the sinkhole.

Probably the mechanism of ponor functioning should be considered in a broader context – as an element of the complex hydrological system including Lake Ostrowieckie, Lake Czarne and the Płociczna River. Their location in a form of cascade determines the direction of groundwater flow, which is from west to east. The highest lying water body is the vast Ostrowieckie Lake, with water table at an average level of 59 m a.s.l. Lake Czarne is placed below, with a water surface on an average level of 53,8 m a.s.l. and the altitude of ponor is 53,5 m a.s.l. The final element of this system, functioning as a „suction pump”, is the Płociczna River, whose valley cuts to a depth of about 44 m a.s.l. It is most likely that within this river valley there is a surface outflow of waters which are sinking in ponor. Almost probably these are the springs located near the „Karolinka” bridge. In addition to the specific geomorphological and hydrological system, the circulation of groundwater is favoured by an easily permeable geological bedrock of the described area.

Analyzing the above conditions, it can be initially concluded that the ponor of Drawieński National Park is the result of a lucky coincidence of geomorphological, geological and hydrological circumstances, enabling its spectacular functioning in such an unusual area. Certainly, this unique landform still hides many secrets and stays a very interesting research challenge.

To log the EC you need to visit the place and send answers to the questions:

1. What do we call the springs in the karst areas, where the groundwater flows to the surface?
2. Ponors can have very different water absorption capacity. On the basis of your own observations of the stream flowing down from Czarne Lake, estimate the water absorption capacity of described ponor: a) 0.01 - 0.5 m³/sec.; b) 1.0 - 5.0 m³/sec.; c) 10.0 - 50.0 m³/sec.
3. Which of the following sediments may constitute a barrier to water flow: a) peat; b) glacial till; c) fine sand with a high carbonate content. Why do you think that? Justify your answer.

WARNING! To log this EC you have to send the answers to PIG_PIB profile. You can log after sending the answers, without waiting for our reply. Logs without answers will be deleted within 14 days!

Literatura / References:

1. Dobracki R., Dobracki K., 2013, Mapa geologiczno-turystyczna Drawieńskiego Parku Narodowego w skali 1:40 000; Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa
2. Bąkowska A., Gruszczyński T., Jóźwiak K., Porowska D., Rydelek P., Stępień M., Szostakiewicz-Hołownia M., 2013, Ekomuzeum Rzeki Drawy, Geościeżka w dolinie Drawy; wyd. Drawieński Park Narodowy, Drawno
3. Górska-Zabielska M., Nowicka N., Zawieja J., 2015, Georóżnorodność i walory geoturystyczne Drawieńskiego Parku Narodowego, NW Polska; Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 463: 1-42, Warszawa
4. R. K. Borówka, 2001, Nasza Ziemia – Budowa Ziemi bez tajemnic, Wydawnictwo Kurpisz, Poznań

Grafika w tle: Claude Monet - Lilie wodne - 1906 r. Domena publiczna
Background graphics: Claude Monet - Water Lilies - 1906. Public domain

Masz pytania? Napisz do nas! Kontakt: geocaching@pgi.gov.pl