MUŁOWCE

Mułowce (siltstones) oraz pyłowce są zwięzłymi skałami osadowymi okruchowymi, powstałymi w wyniku diagenezy i konsolidacji osadów pylastych o średnicach ziaren mieszczących się w przedziale od 0,063 mm do 0,002 mm. Szkielet ziarnowy skały tworzą okruchy allogeniczne frakcji pyłowej (aleurytowej), które są spojone autogeniczną substancją mineralną lub drobnodetrytyczną masą ilastą (matrix). W ujęciu genetycznym istnieje istotna różnica między środowiskiem depozycji ich luźnych odpowiedników: muły gromadzą się w środowiskach aquatycznych (wodnych: rzecznych, jeziornych, morskich) przy znacznym udziale zawiesiny ilastej i wody porowej, dając w wyniku diagenezy mułowce, natomiast pyły są akumulowane głównie eolicznie (przez wiatr) w środowisku lądowym, dając lessy oraz pyłowce. Głównym składnikiem klastycznym mułowców i pyłowców jest kwarc, któremu towarzyszą minerały ilaste (illit, kaolinit, chloryty), drobne blaszki mik (głównie muskowit), drobne ziarna skaleni oraz minerały akcesoryczne. Wykazują one dużą różnorodność pod względem stopnia zwięzłości, zawartości spoiwa oraz obecności substancji organicznej. Z uwagi na dużą zawartość pelitu kwarcowego mułowce zazwyczaj wietrzeją i rozpadają się na ostrokrawędzisty gruz (odłupki). W odmianach o większej zawartości minerałów ilastych klasyczną czynnością wskaźnikową w terenie jest ugryzienie małego fragmentu skały i wyczuwalne chrzęszczenie pelitu kwarcowego w zębach.

Ziarna allogeniczne (detrytyczne) to okruchy minerałów lub skał, których geneza wiąże się z wietrzeniem mechanicznym i chemicznym oraz niszczeniem starszych formacji skalnych w obrębie obszarów alimentacyjnych. Zostały one przetransportowane do basenu sedymentacyjnego przez czynniki zewnętrzne, takie jak woda, wiatr czy lodowiec (transport), a następnie zdeponowane (sedymentacja). W przeciwieństwie do minerałów autigenicznych (autogenicznych), które krystalizują in situ w środowisku sedymentacyjnym lub w trakcie wczesnej diagenezy wewnątrz osadu, ziarna allogeniczne stanowią materiał klastyczny obcego pochodzenia. Ich stopień wysortowania, obtoczenia oraz skład mineralogiczny pozwalają na rekonstrukcję warunków transportu i budowy geologicznej obszaru źródłowego.

Tekstura mułowców jest definiowana dominacją frakcji pylastej (aleurytowej, czyli o wielkości ziaren 0,063–0,002 mm). W klasyfikacjach teksturalnych wyróżnia się tekstury aleurytowe (pyłowe), a w odmianach bogatszych w substancję koloidalną – aleurytowo-pelitowe lub pelitowo-aleurytowe. Materiał cechuje się zazwyczaj dobrym lub średnim wysortowaniem, choć ziarna są przeważnie ostrokrawędziste lub podogładzone ze względu na mniejszą odporność na ścieranie hydrodynamiczne w porównaniu do kwarcu grubszego. Powszechnie występuje uporządkowanie przestrzenne blaszek mik i minerałów ilastych równolegle do płaszczyzn ławicowości.

Struktura mułowców odzwierciedla spokojniejsze warunki sedymentacji w stosunku do piaskowców. W mułowcach dominują struktury warstwowane i laminowane:

• środowisko i mechanizm powstawania: struktury sedymentacyjne grawitacyjne i prądowe (laminacja równoległa, rzadziej drobna laminacja przekątna i soczewkowate warstwowanie), a także struktury bioturbacyjne (ślady żerowania organizmów dennych, które często całkowicie zacierają pierwotne warstwowanie),
• miejsce obserwacji i morfologia: cienkie pakiety i ławice wykazujące podatność na łupkowość lub rozpad płytkowy (zwłaszcza w odmianach ilastych), powierzchnie pokryte smugami detrytusu roślinnego lub drobnymi zmarszczkami prądowymi.

Pod względem ułożenia składników i morfologii laminacji w mułowcach i pyłowcach obserwuje się:

• Laminację równoległą (horyzontalną) – najpowszechniejszą, wynikającą z powolnego opadania zawiesiny pylasto-ilastej w zbiornikach wodnych o niskiej energii.
• Laminację soczewkowatą i falistą – charakterystyczną dla stref intertidalnych (pływowych) oraz płytkich zbiorników jeziornych i lagunowych.
• Struktury bezładne (masywne) – często spotykane w lessach, gdzie pierwotne warstwowanie zostało całkowicie zatarte w wyniku procesów pedogenicznych (tworzenia gleb kopalnych) lub wietrzeniowych.

Podczas gdy muły i mułowce są osadami powstającymi głównie w środowisku wodnym, pyłowce (oraz ich nieskonsolidowane odpowiedniki – pyły) tworzą się przede wszystkim w środowisku lądowym w wyniku transportu i akumulacji eolicznej (wiatrowej). Zajmują one pod względem granulometrii pozycję pośrednią między sypkimi piaskami a spoistymi iłami. Pod względem genetycznym i technicznym szczególną podgrupą pyłów kontynentalnych są lessy.

Lessy (loess) to lądowe, najczęściej eoliczne osady pyłowe, powstałe w warunkach peryglacjalnych w wyniku akumulacji pyłów wywiewanych z obszarów pozbawionych zwartej roślinności (np. przedpola lodowców, sandry, stepy) i osadzanych na obszarach wyżej położonych. Główne cechy lessów to:

• Skład mineralny i ziarnowy: Monotonny skład z dominacją ziaren kwarcu (często 50–70%), przy znacznym udziale węglanów (głównie kalcytu), minerałów ilastych oraz skaleni i miki. Charakterystyczne jest doskonałe wysortowanie ziarna (dominacja frakcji 0,02–0,05 mm).
• Porowatość i makrostruktura: Lessy wykazują dużą porowatość kapilarną oraz obecność pionowych kanalików po rozkładzie korzeni roślin (tzw. makroporowatość), co nadaje im zdolność do utrzymywania pionowych ścian w odsłonięciach bez tendencji do osuwania się (pionowe ciosy lessowe).
• Właściwości fizyczne: Po nasączeniu wodą lessy tracą spójność strukturalną i ulegają gwałtownemu osiadaniu (zjawisko zapadania się lessów).

Szczególną formą autogenicznych wytrąceń węglanowych w lessach są kukiełki lessowe (in. lössmännchen, konkrecje lessowe, lalki lessowe), będące nieregularnymi, często fantazyjnie ukształtowanymi konkrecjami węglanowymi. Powstają one w procesach diagenetycznych i pedogenicznych na skutek lokalnego rozpuszczania, migracji w wodach porowych i ponownego wytrącania się kalcytu (wraz z domieszką wodorotlenków żelaza i minerałów ilastych) wokół jąder krystalizacji (np. ubytków po korzeniach roślin czy pęknięć). Formy te osiągają wielkość od kilku milimetrów do kilkunastu centymetrów i przybierają kształty obłe, bulwiaste, guzkowate lub wydłużone, wykazując często struktury wewnętrzne o charakterze spękań skurczowych (septarie). Występowanie kukiełek lessowych jest często powiązane z poziomami gleb kopalnych oraz strefami przemywania w profilach lessowych, stanowiąc ważny wskaźnik paleoklimatyczny i sedymentologiczny.

Klasyfikacja skał drobnoziarnistych opiera się na proporcjach trzech głównych frakcji granulometrycznych: psamitowej (piaszczystej), aleurytowej (pylastej) i pelitowej (ilastej). W nowoczesnych ujęciach teksturalnych (np. Lazar et al., 2015) diagramy trójkątne pozwalają na precyzyjne wydzielenie odmian przejściowych. Warto pamiętać, że w polskiej terminologii petrograficznej nazewnictwo skał aleurytowych odzwierciedla także środowisko depozycji: określenie muł / mułowiec wiąże się ze środowiskiem wodnym, natomiast pył / pyłowiec (less) – z eolicznym.

• Piaskowiec (Sandstone) – skała zbudowana niemal w całości z frakcji piaszczystej (powyżej 75%).
• Piaskowiec mułowy (muddy Sandstone) – skała piaszczysta z wyraźną domieszką matriksu pylasto-ilastego (udział piasku 50–75%).
• Mułowiec piaszczysty (sandy Mudstone) – skała mieszana zawierająca od 25% do 50% frakcji piaszczystej.
• Mułowiec / pyłowiec (coarse Mudstone, Siltstone) – skała z przewagą frakcji pylastej (w środowisku lądowym/eolicznym odpowiadająca pyłowcowi/lessowi).
• Mułowiec średnioziarnisty (medium Mudstone, Mudstone) – skała o zrównoważonym udziale frakcji pylastej i ilastej, typowa dla osadów wodnych.
• Iłowiec (fine Mudstone, Claystone) – skała zdominowana przez najdrobniejsze frakcje ilaste (powyżej 66,7% w masie drobnoziarnistej).

Mułowce kwarcowe – najpospolitsze odmiany zwięzłe, w których szkielet klastyczny budują niemal wyłącznie drobne, ostrokrawędziste ziarna kwarcu spojone spoiwem krzemionkowym lub ilasto-żelazistym. Mają barwę szarą, popielatą lub jasnobrunatną. Często występują w seriach fliszowych jako element sekwencji turbidytowych.

Mułowce węglanowe – charakteryzują się znacznym udziałem węglanów (kalcytu lub dolomitu) w spoiwie lub w postaci mikrokrystalicznego tła chemicznego. Reagują energicznie z rozcieńczonym kwasem solnym (HCl). Płynnie przechodzą w margle pylaste.

Mułowce bitumiczne – zawierają rozproszoną, uwęgloną substancję organiczną, detrytus roślinny lub sapropelowy, co nadaje im ciemną, niemal czarną barwę. Odgrywają istotną rolę jako skały macierzyste dla węglowodorów (ropy naftowej i gazu ziemnego) oraz skały źródłowe w formacjach łupkowych (tzw. shale gas / tight gas).

Mułowce i pyłowce powstają w szerokim spektrum środowisk sedymentacyjnych, w których energia ośrodka transportującego (wody, wiatru) jest zbyt niska, aby utrzymać w ruchu i przetransportować grubsze frakcje piaskowe, ale wystarczająca do uniesienia i unoszenia w zawieszeniu cząstek pylastych. Do głównych środowisk należą:

• Środowiska eoliczne: Tereny akumulacji pyłów lessowych w strefach peryglacjalnych oraz na współczesnych obszarach stepowych i pustynnych.
• Środowiska rzeczne i dolinne: Starorzecza, równiny zalewowe (facje powodziowe) oraz obszary deltaiczne, gdzie podczas wezbrań osadzają się najdrobniejsze zawiesiny.
• Środowiska jeziorne: Zbiorniki wodne o małej dynamice falowania, w których drobny materiał osadza się w postaci rytmicznych lamin (warwowe osady jeziorne).
• Środowiska morskie i oceaniczne: Szelfy kontynentalne, baseny głębokomorskie (w strefie działania prądów zawiesinowych jako końcowe, stropowe ogniwa sekwencji turbidytowych – tzw. człony pelitowo-mułkowe Boumy).

Procesy diagenetyczne przekształcające luźne osady pylaste w zwięzłe mułowce obejmują przede wszystkim kompakcję (znaczną utratę wody pod ciśnieniem nadkładu), rekrystalizację minerałów ilastych oraz cementację przestrzeni porowej przez węglany, krzemionkę lub tlenki żelaza.