Wielka piaskownica / Big sandpit EarthCache

• A) Stożki napływowe u podnóża zbocza debrzy. Zauważ, że łączą się one ze sobą.
• B) Stopa geolożki wskazuje jedną z długich łach (podłużnych wysepek) utworzonych w korycie potoku roztokowego. Na powierzchni łach widać gromadzący się gruboziarnisty osad.
• C) Fragment stopnia wodnego, zbudowanego z bardzo drobnoziarnistego piasku z domieszką mułu. Widać również koncentryczne rdzawe pierścienie dyfuzyjne, które utworzyły się dzięki rozpuszczeniu konkrecji żelazistej. Zauważ także korzenie roślin, sięgające wprost do koryta tego epizodycznego strumienia.

• A) Alluvial fans at the bottom of a slope. Note that they are combined, forming an apron of deposit along the side of the gully.
• B) A geologist's foot points one of the mid-channel bars (elongated islands), formed in the channel of the braided stream. On their surface coarser material is accumulating.
• C) Fragment of a cascade formed in a very fine grained sand with admixture of mud. Note concentric rusty-coloured diffusion rings which formed around a dissolving iron concretion. Some roots are growing straight to the channel of this episodic stream.

Jump to the English language version

[PL]

1. Jak tam trafić i co można zobaczyć?
2. Co to jest debrza?
3. Skąd tu tyle tego piasku?
4. Debrze utworzone przez tymczasowe strumienie
5. „Rzeki” roztokowe i ich osady w małej skali
6. Stożki napływowe
7. Zróżnicowanie erozji w zależności od wielkości ziaren osadu
8. ZADANIA do wykonania
9. Tabela z prędkościami strumienia i wielkością ziaren

Jak tam trafić i co można zobaczyć?

Zaparkuj na N50 15.297 E19 26.182 i idź piaszczystą drogą w dół (za szlabanem) aż do samej lokalizacji tej geo-skrytki (ok. 580 m).

Zapraszam Cię do zwiedzenia byłej odkrywkowej kopalni piasku, jednej z największych w Europie, gdzie możesz obserwować erozję i osadzanie w luźnych piaskach, które nagromadziły się tu podczas zlodowaceń plejstoceńskich. W małej skali zaobserwujesz procesy, które działają także na terenach górskich i pustynnych.

Podane współrzędne zaprowadzą Cię do debrzy w środku byłej odkrywkowej kopalni piasku „Szczakowa”. Od zakończenia eksploatacji, teren ten jest rekultywowany; posadzono tu sosny, brzozy, modrzewie i dęby. Gleba na luźnym piasku tworzy się powoli, z wielkim trudem, kiedy poddana jest niszczącemu działaniu wody opadowej i wiatru.

UWAGA! Dla zachowania charakteru tego ciekawego miejsca, proszę, poruszaj się tylko pieszo dnem koryta debrzy, nie wspinaj się po jej zboczach, ani po kaskadach. Staraj się omijać łachy i stożki napływowe w korycie - pozwól także kolejnym poszukiwaczom je podziwiać. Dziękuję!

Oprócz odbiornika GPS, przyda Ci się linijka z wyraźną podziałką milimetrówa i notes do zapisania pomiarów. Pokazanej niżej Tabeli 1 nie musisz drukować, możesz skorzystać z niej po powrocie do domu.

Polecam to miejsce jako dobry plener fotograficzny, szczególnie o wschodzie i zachodzie słońca!

Co to jest debrza?

To rodzaj suchej, wąskiej, płytkiej doliny w luźnych utworach; możesz spotkać się też z nazwą „parów”.

• debrze utworzone przez wody opadowe (erozja)
• „rzeki” roztokowe i ich osady w malej skali (erozja, transport, osadzanie)
• stożki napływowe, pojedyncze i złożone (osadzanie)
• różnice w tempie erozji, zależne od wielkości ziarna i spoistości osadu (erozja)
• kolorowe pierścienie dyfuzyjne (pierścienie Lieseganga) i drobne warstwowanie w mułach i iłach, które tworzyły się w jeziorkach zastoiskowych (osadzanie i zmiany w osadzie)
• powolne procesy tworzenia się gleby.

Skąd tu tyle tego piasku?

Piasek ten został osadzony w plejstocenie przez rzeki płynące z lodowców, a także, w mniejszym stopniu, podczas cieplejszych okresów topnienia lodowców, zwanych interglacjałami. Wiek tych osadów oszacowano na 80-240 tysięcy lat.

Wielka dolina rzeki Białej Przemszy wraz z dopływami (jednym z nich jest Sztoła w Bukownie) zgromadziła piaski na wielkiej przestrzeni, z grubsza między: Olkuszem na wschodzie, Szczakową na zachodzie i Kluczami na północy. Zarastająca obecnie Pustynia Błędowska zawiera się w tym obszarze. Oszacowano, że zgromadziło się tu 2,5 miliarda metrów sześciennych piasku. Nawet po długoletniej eksploatacji zostało go wciąż bardzo wiele.

To złoże piasku jest niezwykłe ze względu na miąższość osadów: od 2 do 70 m. Tak wielkie ich nagromadzenie było możliwe dzięki głębokim dolinom w wapieniach i dolomitach, które istniały na tym obszarze przed zlodowaceniami plejstoceńskimi. Doliny te biegły równolegle do czoła lodowca, umożliwiając intensywne gromadzenie osadów w obniżeniach terenu.

Geolodzy zaobserwowali dwa główne okresy osadzania tych złóż piasku:

• w dolnej części osady są zróżnicowane: od piasków z dużą zawartością materiału ilastego, przez muły, iły i gliny. Ta dolna część prawdopodobnie została osadzona podczas zlodowacenia południowopolskiego, które dotarło do równoleżnika Krakowa. Lodowiec miał miąższość do 2 km.
• w górnej części, ponad erozyjną powierzchnią niezgodności, osadziły się głównie piaski, z wkładkami grubszego żwiru. Górna część prawdopodobnie została osadzona podczas zlodowacenia środkowopolskiego i to ona lepiej nadawała się do wydobycia.

Piaski, które zaobserwujesz, są dobrze przemyte, to znaczy, że zawierają niewiele pyłu i mułu między ziarnami. Ziarenka piasku są obtoczone i głównie kwarcowe, chociaż w niewielkich ilościach występują tu także ziarenka innych minerałów: szarawych i różowych skaleni, czarnych amfiboli i piroksenów.

Kolor piasków sięga od jasnożółtego do jasnoszarego. Czasami trafiają się wkładki grubszego żwiru. W niektórych z nich żwir ma do 40 mm średnicy i jest obtoczony, co wskazuje, ze został przyniesiony z daleka. W innych wkładkach występują ostrokrawędziste fragmenty skał (wapieni i dolomitów), do 140 mm średnicy, wskazując na istnienie znacznie silniejszego prądu wody i krótkiego transportu z pobliskich okolic. Być może kruszyły się skały jednej z głębokich dolin albo wzgórz w okolicy. Drobniejsze niż piasek osady gromadziły się w tymczasowych jeziorkach zastoiskowych; są one zwykle drobno warstwowane i często można w nich zobaczyć rudawe koncentryczne pierścienie dyfuzyjne (pierścienie Lieseganga), które utworzyły się dookoła rozpuszczanej rudy żelaza w postaci małej bryłki: konkrecji.

Te dobrze wysortowane pod względem wielkości ziaren, luźne piaski, nieprzykryte czapką materiału nieprzepuszczalnego (np. gliny), są naturalnym zbiornikiem wod gruntowych. Skutkiem ubocznym ich eksploatacji było obniżenie miejscowego poziomu wod gruntowych. W okolicy Bukowna lustro wod obniżyło się z 12 m do 25 m pod powierzchnią. W związku z tym np. rzeka Sztoła straciła wiele z niesionej przez siebie ilości wody, a miejscowi posiadacze studni musieli je pogłębiać.

Czas na obserwacje w terenie

1) Debrze utworzone przez tymczasowe strumienie (erozja)

Obszar najbliższy tej skrytce ma wciąż charakter półpustyni – strumienie płyną tu tylko po intensywnych opadach i podczas topnienia śniegu. Słabo porośnięte, luźne piaski w niewielką ilością gleby na wierzchu są łatwo erodowane przez wody opadowe, szczególnie podczas wielkich ulew i topnienia śniegu; rola wiatru jest mniej wyraźna. Spływająca woda wycina w piasku małe kanaliki, które zbierają później coraz więcej wody i pogłębiają się z czasem, tworząc większe koryto debrzy. Na zboczach debrzy widać też małe kanaliki, wycinające nowe drogi dla wody. Drobniejsze niż piasek osady albo piasek zlepiony ziarenkami pyłu i mułu są tu bardziej odporne na wymywanie i tworzą stopnie wodne w korytach. Cienka warstwa gleby jest bardzo łatwo usuwana i nie chroni skutecznie przed wymywaniem nowych osadów. Aby spowolnić tę intensywną erozję, potrzebne jest silne ukorzenienie i wzrost runa, które zatrzymałoby znaczną ilość wody.

2) „Rzeki” roztokowe i ich osady w małej skali (erozja, transport, osadzanie)

W tej debrzy utworzył się epizodyczny strumień roztokowy, pokryty siecią małych kanalików, oddzielonych od siebie wysepkami (łachami). Warunki sprzyjające utworzeniu takiego strumienia roztokowego to: dość duże nachylenie profilu rzeki, duża ilość osadu dostarczana do koryta, nagłe i częste zmiany przepływu (epizodyczne cieki, powodzie), brzegi podatne na erozje. Koryto, a w nim układ kanalików i łach, zmienia się często, w zasadzie z każdym silniejszym przepływem wód.

Łachy tworzą się, kiedy przepływ jest niewielki, a woda zmuszona jest wybrać drogę najmniejszego oporu. Omijając nieco wyższe miejsca (łachy), woda podmywa ich brzegi tak, że stają się one coraz wyraźniejszymi wysepkami. Kiedy zwiększa się przepływ wody i niesiona jest większa ilość osadu, nowy osad gromadzi się na łachach. Łachy są przeszkodami na drodze strumienia; spowalniają go i zmuszają do pozostawienia najgrubszego materiału. Dlatego łachy zbudowane są głównie z grubszego piasku i żwiru. W Tabeli 1 znajdziesz najmniejsze prędkości wymagane do przenoszenia ziaren danej wielkości. Jeśli prędkość spada, to ziarna, które są zbyt duże dla tego strumienia, osadzają się.

3) Stożki napływowe (osadzanie)

U podnóża zboczy debrzy zobaczysz liczne stożki napływowe. Podczas obfitych opadów lub topnienia śniegu potoki odwadniające powierzchnie równiny ponad debrzą spływają wartko po zboczach do jej koryta, same wcinając nowe, coraz głębsze kanaliki w zboczach. Kiedy te boczne strumyczki dostają się do głównego koryta debrzy, znacznie zwalniają i poszerzają się na wypłaszczeniu terenu, porzucając najgrubsze ziarna w tym miejscu. Ten porzucony osad jest przeszkodą i zmusza spływające z góry cieki do szukania łatwiejszej drogi naokoło przeszkody – w ten sposób powstaje stożek napływowy, przypominający kształtem wachlarz. W tej debrzy widać też wiele połączonych ze sobą stożków, tworzących ciagłą pokrywę luźnych osadów u podnóża stoku (w dużej skali możnaby nazwać je bajadami/bahadami).

4) Zróżnicowanie erozji w zależności od wielkości ziaren osadu

Luźne, dobrze przemyte piaski łatwo ulegają erozji, natomiast bardziej spoiste i utwardzone piaski drobnoziarniste z mułami i pyłami są tutaj bardziej odporne, tworząc stopnie i kaskady w debrzach.

ZADANIA DO WYKONANIA

English language version

1. How to get there and what can you observe?
2. Where does all this sand come from?
3. Gullies formed by episodic streams (erosion)
4. Braided “rivers” and their deposits in small scale
5. Alluvial fans (deposition)
6. Differences in erosion depending on the size of grains in the sediment
7. TASKS TO DO
8. Table: Velocity of a stream capable to transport grains

How to get there and what can you observe?

IMPORTANT NOTICE
Please, preserve the unique character of this place. Walk only on the bottom of the gully, do not climb the slopes or fragile cascades. Try to avoid stepping on the mid-channel bars and alluvial fans - let the other cachers admire them as well. Thank you!

Apart from a GPS receiver, you may need a short ruler with clear scale in milimiters and a notebook to record your measurements. You do not need to print Table 1, use it at home to give the answers to questions.

Lastly, I highly recommend this place for picture taking, especially at dawn or just before the sunset!

• gullies formed by rain waters (erosion)
• braided “rivers” and their deposits in small scale (erosion, transport, deposition)
• single and compound alluvial fans (deposition)
• differences in erosion rate depending on the grain size and cementation (erosion)
• colourful diffiusion rings (Liesegang rings) and fine lamination in mud and clay formed in small lakes (deposition and changes in deposits)
• slow soil forming processes.

WHERE DOES ALL THIS SAND COME FROM?

The sand was deposited by rivers flowing in Pleistocene from glaciers, and to a lesser extent during warmer interglacial periods. Its age is estimated between 80-240 thousands of years.

The great valley of the Biala Przemsza river and its tributaries (one of which is the Sztola river in Bukowno) accumulated sands on a vast area, roughly spreading from Olkusz town in the east, Szczakowa in the west, and Klucze in the north. A famous Polish Pustynia Bledowska desert (currently rather overgrown) is a part of the area. It was estimated that in total 2.5 billion cubic meters of sand were accumulated in the region. Even after long and extensive exploitation lots is left.

This sand deposit is unusual because of its thickness (2-70 m). Such thick accumulation was possible thanks to deep valleys that existed here in limestones and dolostones before glaciations. They were parallel to the front of the glaciers facilitating intense accumulation in depressions.

Geologists observed two major periods of deposition in the sequence:

• a) in the lower part (possibly during the Mindel glaciation, where the ice, up to 2 km thick, was close to Cracow latitude) the sediments are varied, ranging from sands with high clay content, to muds, clays, and tills;
• b) in the upper part (possibly deposited during the Riss glaciation), above an unconformity (erosional surface), there are mainly sands with some coarser gravel material; the upper part had better parameters for mining.

The sands are well washed (so no much finer clay or mud material is left between the sand grains), grains are rounded and composed mainly of quartz, with very little of other minerals: grey and pink feldspar, black amphibole and pyroxene. The sands range in colour from light yellow to light grey. There are also coarser gravel intercalations. In some layers gravel is up to 40 mm and rounded, which indicates transport from a long distance; whereas in other layers there are rough rock fragments (limestones and dolostones) up to 140 mm suggesting stronger current, short transport and local source. Finer sediments were deposided in temporary small lakes; these are usually laminated and often display concentric rusty-coloured diffusion rings (Liesegang rings) if there was some iron concretion that dissolved in them.

The well sorted, unconsolidated, and unsealed (e.g. with impermeable glacial till) sands make a natural ground water reservoir, an aquifer. A side-effect of the mining was lowering of local ground water levels; in Bukowno region the water level dropped from 12 m to 25 m below the ground, so for example the Sztola river lost previous power of its waters, whereas people had to deepen their wells.

AND NOW START YOUR OBSERVATIONS:

1) Gullies formed by episodic streams (erosion)

The area closest to the cache has a semi-desert character - streams flow only after intense precipitation and during snow melting. Scarcely overgrown, uncovered, loose sands with very little soil at the top are easily eroded by waters from rainfall (especially flash flooding) and melting snow; wind’s role is less pronounced here. Once a small channel appears, it serves as a preferred way for surface water flow, which cuts deeper and deeper into it. The steep sides are also covered with small channels cutting new ways for the flow. Finer sediments, such as fine-grained sands, sands with mud and clay are less easily removed, forming cascades. The erosion removes the thin soil layer. Extensive roots systems are necessary to slow down the erosion, stabilize the slopes and protect from further soil damage.

2) Braided “rivers” and their deposits in small scale (erosion, transport and deposition)

An episodic braided stream system has formed in this gully, with a network of small channels separated by temporary islands known as braid (mid-channel) bars. To form such a braided stream, high slope and/or large sediment load is necessary, or rapid change in channel depth and consequently channel velocity. The channel layout changes often, in fact with every ample precipitation.

Mid-channel bars form when the stream is small (has little discharge) and forced to take an easier path of lower resistance, choosing lowest elevation. With time, the edges of the bars are eroded, making the bars higher than surrounding areas. When the stream gains in power (has high discharge) and carries more water and more sediment, new material may be deposited on the mid-channel bars. The bars are obstacles that slow down the current, forcing the stream to leave the coarsest material behind.

3) Alluvial fans (deposition)

At the bottom of the sides of the valley you can find numerous alluvial fans. During a sufficient rain, snow melting or flash flooding, streams of water dewatering the plateau above flow fast down to the gully transporting grains of various sizes. They cut small canyons on the way, concentrating the flow. When they get to the base of the gully, they slow down significantly and spread, dropping the coarsest material in that place. This deposit is an obstacle in the channel, so the stream has to find new easier ways around it, thus building a conical fan shape. Many neighbouring fans which you can see in the gully converged, forming a single apron of deposits against a slope, called compound alluvial fan.

4) Differences in erosion depending on the size of grains in the sediment

Loose well-washed sands are easily eroded, whereas more consolidated fine-grained sands with muds and clays seem to be more stable and form several steps and cascades in the gullies.

TASKS TO DO

You can log the visit, send me your answers to the following questions via contact form in English or in Polish. You can only log after you got a message with your answers approved. Thank you :-)

Question 1. Using your GPS, measure the length from the beginning to the end of the longest gully in the cache location (in meters). What is the overall direction of the gully and why?

Question 2. Estimate the maximum depth of the gully. What is the average rate of erosion per year [in mm/year] if you know that this gully started to form in 1998?

Question 3. Using information from Table 1, estimate the minimum velocity of a stream that can carry the sand grains that form the majority of the sediments in the gully (hint – what is the size of the sandgrains?).

Question 4. In the base of the gully find channel bars with coarse gravel material deposited in them. Measure the largest fragments and, using information from Table 1, estimate what was the minimum velocity of the current that could carry it to that place where it was deposited.