Rekonstrukcja kierunków paleoprądów lodowcowych na obszarze południowej części Pojezierza Dobrzyńskiego oraz zachodniej części Wysoczyzny Płońskiej z wykorzystaniem metody anizotropii podatności magnetycznej (AMS)

Głównym celem rozprawy doktorskiej było odtworzenie kierunków ruchu oraz procesu rozwoju i recesji lądolodu skandynawskiego podczas dwóch ostatnich zlodowaceń plejstoceńskich na obszarze północno-środkowej Polski. Metodą wykorzystaną do osiągnięcia tego celu była anizotropia podatności magnetycznej (ang. AMS – Anisotropy of Magnetic Susceptibility), która w połączeniu z analizą polodowcowej rzeźby terenu pozwoliła odtworzyć historię glacjalną obszaru badań. Zastosowanie AMS miało na celu przetestowanie nowego sposobu wyznaczania kierunków ruchu lądolodu na obszarach o niewystarczająco dobrze zachowanej polodowcowej rzeźbie terenu i/lub na obszarach, gdzie brakuje łatwo dostępnych odsłonięć glin lodowcowych i gdzie inne metody (np. orientacja dłuższych osi głazików) nie mogą być użyte. Dodatkowo opracowano również nową technikę poboru próbek glin do badań AMS. W realizacji podjętego tematu badawczego wykorzystano również analizę numerycznego modelu rzeźby obszaru badań. Jako poligon badawczy wybrano: fragment Wysoczyzny Płońskiej, którego rzeźba terenu została głównie ukształtowana podczas stadiału Warty zlodowacenia Odry (MIS 6) oraz południową część Pojezierza Dobrzyńskiego, ostatni raz przykrytą przez lądolód podczas stadiału górnego (głównego) zlodowacenia Wisły (MIS 2). W pierwszym kroku wykonano analizę geomorfologiczną numerycznego modelu rzeźby (ang. DEM – Digital Elevation Model) Pojezierza Dobrzyńskiego wraz z uwzględnieniem informacji geologicznej ze Szczegółowej Mapy Geologicznej Polski. To posłużyło do stworzenia na tym obszarze sieci morfolineamentów przedstawiających orientację form polodowcowej rzeźby terenu i wyznaczenia kierunków ruchu lądolodu. Orientacja i przebieg ciągów morenowych pozwoliły na wyznaczenie poszczególnych etapów funkcjonowania lądolodu. W kolejnym kroku wykonano pomiary laboratoryjne glin lodowcowych pobranych z 33 stanowisk na obszarze badań. Uzyskane próbki glin poddano standardowym badaniom granulometrycznym oraz badaniom petrograficznym frakcji żwirowej o średnicy 5-10 mm. Dla każdego stanowiska pobrano kolekcję próbek AMS z przypowierzchniowych warstw glin lodowcowych budujących wysoczyzny polodowcowe przy użyciu własnoręcznie wykonanego próbnika. Oprócz pomiarów AMS na wybranych próbkach wykonano także analizy petromagnetyczne obejmujące pomiary parametru S, stopniowe nasycanie izotermiczną pozostałością, test Lowriego oraz pomiary anizotropii bezhisterezowej pozostałości magnetycznej. Porównanie kierunków ruchu lądolodu otrzymanych na podstawie analizy modelu DEM i metody AMS wykazało dużą zbieżność. Świadczy to o tym, że metoda anizotropii podatności magnetycznej może z powodzeniem być stosowana w rekonstrukcjach kierunków ruchu lądolodu, zwłaszcza w obszarach o słabo zachowanej rzeźby polodowcowej i/lub na obszarze gdzie nie ma wystarczającej ilości odsłonięć glin lodowcowych. Z drugiej strony, uzyskane wyniki pokazały skuteczność zaproponowanej innowacyjnej metody poboru próbek AMS glin do badań laboratoryjnych. Na podstawie otrzymanych wyników przedstawiono kilka konkluzji dotyczących historii glacjalnej północno-środkowej Polski. Między innymi zidentyfikowano nową, wcześniej nie opisywaną w literaturze transgresję lodowcową w obrębie recesji lądolodu zlodowacenia Odry z obszaru Wysoczyzny Płońskiej. Lód poruszał się w tym czasie z N na S w północnej części Wysoczyzny po czym w centralnej jej części zmienił kierunek na WNW- ESE, płynąc dalej wzdłuż doliny Wisły i Narwi. Prawdopodobnie maksymalny zasięg tej transgresji znajduje się na wschód od obszaru badań. W zachodniej części Wysoczyzny Płońskiej zidentyfikowano przebieg czterech ciągów moren czołowych zdeponowanych podczas zlodowacenia Wisły, do tej pory opisywanych tylko fragmentarycznie. Na podstawie ich lokalizacji i ułożenia stwierdzono, że zmiany położenia czoła lądolodu w okresie około LGM miały charakter oscylacyjny, a sama linia maksymalnego zasięgu na obszarze badań nie jest równoczasowa. Podczas okresu zbliżonego w czasie do LGM kierunki ruchu lądolodu charakteryzowały się promienistym rozkładem , typowym dla obszaru lobu lodowcowego rozwijającego się na względnie płaskiej powierzchni. Recesja lądolodu zlodowacenia Wisły na obszarze Pojezierza Dobrzyńskiego zachodziła w trzech etapach. W pierwszym etapie czoło lądolodu wycofało się z linii moren czołowych w okolicach Rembelina. W południowej części lód poruszał się generalnie na linii NW-SE. Kolejny etap dotyczy transgresji lądolodu w centralnej części Pojezierza w postaci niewielkich lobów lodowcowych. Podczas tego etapu lód poruszał się na linii WNW-ESE. Ostatni etap funkcjonowania lądolodu związany jest z zasięgiem subfazy kujawsko dobrzyńskiej w północnej części Pojezierza. W tym etapie masy lodu poruszał się generalnie z kierunku NNW. Porównanie kierunków ruchu lądolodu otrzymanych na podstawie analizy modelu DEM i metody AMS wykazało dużą zbieżność. Świadczy to o tym, że metoda anizotropii podatności magnetycznej może z powodzeniem być stosowana w rekonstrukcjach kierunków ruchu lądolodu, zwłaszcza w obszarach o słabo zachowanej rzeźby polodowcowej i/lub na obszarze gdzie nie ma wystarczającej ilości odsłonięć glin lodowcowych. Z drugiej strony, uzyskane wyniki pokazały skuteczność zaproponowanej innowacyjnej metody poboru próbek AMS glin do badań laboratoryjnych.

The main objective of the doctoral dissertation was to reconstruct the movement directions and the advance and recession process of the Scandinavian ice-sheet during the last two Pleistocene glaciations in north-central Poland. The method used to achieve this goal was anisotropy of magnetic susceptibility (AMS), in conjunction with the analysis of glacial landforms. This combination allowed for the reconstruction of the glacial history of the study area. The application of AMS aimed to test a new approach for determining ice flow directions in areas with poorly preserved glacial landforms or where easily accessible exposures of glacial till are lacking. Additionally, a novel technique for collecting glacial till samples for AMS analysis was developed. A digital elevation model (DEM) of the study area was also utilized in the research process. The research area contains a portion of the Płońsk Plateau which topography was primarily shaped during the Warta stadial of the Odranian glaciation (MIS 6) and the southern part of the Dobrzyń Lakeland which was last covered by ice sheet during the Upper (Main) stage of the Vistulian glaciation (MIS 2). In the first step, a geomorphological analysis was conducted on the DEM of the Dobrzyń Lakeland, incorporating geological information from a Detailed Geological Map of Poland. The DEM was used to create a network of morpholineaments, representing the orientation of glacial landforms in the research area. Based on the arrangement of these forms, the directions of ice sheet movement were determined. The orientation and course of moraine ridges allowed for identifying particular stages of ice-sheet activity. Subsequently, laboratory measurements were carried out on glacial tills collected from 33 sites within the study area. The samples obtained underwent standard grain-size tests and petrographic analyses of the gravel fraction (diameter 5-10 mm). For each site, a collection of AMS till samples was taken from near-surface till layers that form the plateau, by a self-made sampler. Additionally, selected samples underwent petromagnetic analyses, including measurements of the S-ratio, stepwise saturation with isothermal remanent magnetization (IRM), Lowrie test, and anisotropy of anhysteretic remanent magnetization (AARM). The comparison of ice-sheet movement directions obtained from the DEM and AMS method revealed significant convergence. This means that the AMS method can successfully be applied in reconstructing ice-movement directions, especially in areas with poorly preserved glacial landforms and/or in area with insufficient number exposure of glacial tills. On the other hand, the results demonstrated the effectiveness of the proposed innovative method for collecting AMS till samples. Based on the obtained results, several conclusions regarding the glacial history of north central Poland have been presented. Among them, a previously not described glacial advance within the recession stage of the Odranian glaciation ice-sheet was identified in the Płońsk Plateau. During this time, the ice sheet moved from north to south in the northern part of the Plateau, and then changed direction to WNW-ESE in its central portion, continuing to flow along the Vistula and Narew valleys. The maximum extent of this transgression probably lies to the east of the study area. In the western part of the Płońsk Plateau, four terminal moraine ridges deposited during the Vistulian glaciation have been identified. These moraines were previously described only fragmentarily. Based on their location and arrangement, it was determined that changes in the ice-sheet front position during the Last Glacial Maximum (LGM) had an oscillatory character. The maximum extent line within the study area was not synchronous. During a period roughly contemporaneous with the LGM, ice-sheet movement directions exhibited a radial distribution, typical for an ice lobe area developing on a relatively flat surface. The recession of the Vistulian glaciation ice sheet in the Dobrzyń Lakeland occurred in three stages. In the first stage, the ice-sheet front retreated from the terminal moraine lines near Rembelin. In the southern part, the ice generally moved along a NW-SE line. The next stage involved an ice-sheet advance in the central part of the Lakeland, manifesting as small glacial lobes. During this phase, the ice moved along a WNW-ESE line. The last stage of ice-sheet activity was associated with the extent of the Kujawy-Dobrzyń subphase in the northern part of the Lakeland. In this stage, the ice masses generally moved from the NNW direction.