Jak powstał krzemień

Z punktu widzenia geologii krzemień jest krzemionkową skała osadową pochodzenia chemicznego lub biochemicznego, składającą się głównie z opalu, z domieszką chalcedonu i kwarcu. Krzemienie zawierają czasem skamieniałości różnych organizmów żywych sprzed milionów lat. Ze względu na swoje właściwości (łupliwość, znaczna twardość, porównywalna z apatytem lub kwarcem) już od starszej epoki kamienia (paleolitu) był wykorzystywany przez ludzi do wytwarzania narzędzi i uzbrojenia, a także do krzesania ognia. Jego ostrokrawędziste fragmenty nadawały się doskonale do wyrobu ostrzy i krawędzi pracujących narzędzi.

Na ziemiach polskich w epoce kamienia największą rolę, jako surowiec do wyrobu narzędzi i broni odgrywały niewątpliwe różne rodzaje krzemienia. W epoce kamienia ludzie wynaleźli wiele technik obróbki krzemienia. Najstarsze narzędzia z czasów dolnego paleolitu powstawały poprzez odbicie kilku odłupków od surowego otoczaka. Później pojawiły się przypominające kształtem migdał pięściaki – uniwersalne narzędzia służące do piłowania, skrobania, kłucia, cięcia, a nawet do kopania w ziemi. W górnym paleolicie liczba rodzajów wykonywanych przez człowieka narzędzi kamiennych wzrosła. Szczególnie często używano narzędzi wiórowych, pojawiły się też małe narzędzia krzemienne zwane mikrolitami. Już w paleolicie na ziemiach polskich funkcjonowały pracownie obróbki krzemienia, związane z przemierzającymi glacjalny krajobraz łowcami i zbieraczami. Grupy późnopaleolitycznych łowców eksploatowały krzemień czekoladowy na północnym obrzeżu Gór Świętokrzyskich i w okolicach Radomia, drążąc jamy w glinach krasowych, w których znajdowały się konkrecje. Krzemień z tych prymitywnych kopalń rozchodził się nawet w promieniu 100-225 km od miejsca wydobycia. Narzędzia z niego wykonywane można znaleźć nawet na terenie Holandii. Sprowadzano także surowiec krzemienny zza Karpat. Grupy łowców kultury świderskiej eksploatowały różne odmiany krzemienia: na Dolnym Śląsku i w Wielkopolsce krzemień narzutowy, w środkowo-zachodniej Polsce krzemień jurajski z Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej, w środkowej Polsce i w dorzeczu Wisły krzemień czekoladowy, w północnej Polsce krzemień kredowy znad Bugu. Krzemień świeciechowski wydobywany koło Annopola docierał nawet do Czech, Słowacji, Węgier i Turyngii w Niemczech. W rejonie Międzyrzecza Wielkopolskiego, Gorzowa i Poznania-Starołęki istniało funkcjonujące od schyłkowego paleolitu po wczesną epokę brązu zagłębie wydobycia krzemienia narzutowego, który pozyskiwano metodą odkrywkową z osadów lodowcowych. Krzemień wydobywała tu także ludność kultury pucharów lejkowatych i kręgu sznurowego, która zakładała tu liczne osady i obozowiska produkcyjne. Krzemień czekoladowy był surowcem preferowanym przez ludność kultury janisławickiej w mezolicie. W tym okresie upowszechniły się także różne rodzaje narzędzi mikrolitycznych, umieszczanych w drewnianych i kościanych oprawach. W okresie mezolitu działały odkrywkowe kopalnie krzemienia czekoladowego w Orońsku i Tomaszowie koło Szydłowca. Ludność kultury janisławickiej wydobywała go, obrabiała i transportowała nieraz na dalekie odległości. W okresie epipaleolitu (18 tys.-8000 lat przed Chr.) na Bliskim Wschodzie zaczęto używać sierpów z krzemiennymi ostrzami osadzonymi w drewnianej rękojeści do ścinania dzikich (a później także udomowionych) zbóż. Pojawienie się pierwszych rolników w Europie oznaczało także zmiany w wykorzystaniu surowców kamiennych. Osadnicy neolitycznej kultury ceramiki wstęgowej rytej eksploatowali nowe surowce i prowadzili intensywną wymianę, której przedmiotem były różne odmiany krzemienia i obsydianu. Organizowali wyprawy do miejsc, w których znajdowały się złoża dobrego surowca krzemiennego i uczestniczyli w wymianie z innymi grupami. W czasach kultury pucharów lejkowatych (4300-2600 przed Chr.) na ziemiach polskich rozwinęła się eksploatacja lokalnych złóż krzemienia na duża skalę. To właśnie wtedy powstały kopalnie krzemienia pasiastego w Krzemionkach i Rudzie Kościelnej. W pracowniach krzemieniarskich funkcjonujących na terenie pobliskich osad (np. w Ćmielowie-Gawrońcu) produkowanego z wydobytego przez górników surowca siekiery krzemienne i inne wyroby, które rozchodziły się nawet w promieniu 600 kilometrów od kopalń. Tutejsze złoża były eksploatowane także przez ludność kultury amfor kulistych, która wytwarzała bardzo starannie wykonane dłuta i siekiery. Niezależnie od tego, sporą część surowca krzemiennego nadal pozyskiwano, zbierając to, co znajdowało się na powierzchni ziemi. Najlepszy surowiec, służący do wyrobu broni i wyspecjalizowanych narzędzi był jednakże wydobywany w odkrywkowych i głębinowych kopalniach krzemienia. Do wykonywania narzędzi codziennego użytku służył ludności kultury pucharów lejkowatych głównie szary, biało nakrapiany krzemień świeciechowski oraz krzemień czekoladowy. W późnym eneolicie i we wczesnej epoce brązu nadal używano krzemienia, jako surowca do produkcji narzędzi i broni, szczególnie siekier, noży, sierpów i grocików strzał. Wydobywano wtedy zarówno krzemień pasiasty, jak i czekoladowy, ożarowski oraz świeciechowski. Działały nad kopalnie w Krzemionkach, Wierzbicy, Polanach-Kolonii, Świeciechowie, Ożarowie i Tomaszowie. Ludność kultury mierzanowickiej zakładała nawet nowe kopalnie krzemienia, m. in. w Ożarowie, Polanach i Glinianach. Wykorzystywała krzemień pasiasty, ożarowski, czekoladowy, jurajski, a nawet wołyński. W starożytnym Egipcie narzędzia wykonywane z krzemienia i rogowca były powszechnie używane od okresu predynastycznego (6000-3100 przed Chr.), aż do czasów XVIII dynastii (ok. 1550-1292 przed Chr.), a nawet później. We wczesnodynastycznym Egipcie wytwarzano bardzo zaawansowane i kunsztowne narzędzia krzemienne, np. starannie obrobione dwustronnie (bifacjalne) noże. Mimo znajomości tajników obróbki metali krzemień był tanim i łatwo dostępnym surowcem, z którego można było wykonywać różne narzędzia posiadające ostre krawędzie pracujące (zwłaszcza sierpy i inne narzędzia rolnicze, narzędzia ciesielskie i rzeźbiarskie). Długo wykonywano z niego groty strzał i włóczni, czekany bojowe. Świdrami krzemiennymi drążono naczynia kamienne. Dopiero w okresie ptolemejskim (305-30 przed Chr.) zostały ostatecznie zastąpione narzędziami żelaznymi. W okresie pierwszych dynastii (I-VI) egipscy rzemieślnicy osiągnęli znaczną biegłość w obróbce krzemienia i wytwarzaniu z niego różnych przedmiotów. Pieczołowicie wytwarzanych krzemiennych noży używano przy składaniu religijnych ofiar i przy wszystkich czynnościach zakładających otwieranie i nacinanie ludzkiego ciała (balsamowanie, upuszczanie krwi, obrzezanie, chirurgia). Krzemień związany był, jak wierzono z bogiem Słońca, Re. Egipscy balsamiści używali krzemiennych i obsydianowych noży w trakcie procesu balsamowania zwłok (Herodot, Dzieje II, 86, 4). Na Bliskim Wschodzie i w Europie narzędzia krzemienne (zwłaszcza rolnicze) wykonywano i użytkowano jeszcze w epokach brązu i żelaza, choć oczywiście dużo rzadziej, niż w epoce kamienia. Pojawienie się sieci szlaków handlowych i stałych dostaw metalu stopniowo eliminowało kamienne narzędzia z użytku. Na obszarze ziem polskich eksploatacja złóż krzemienia trwała w epoce brązu (kopalnie w Tomaszowie, Wierzbicy, Polanach-Kolonii), a nawet w epoce żelaza, kiedy to wykorzystywano kopalnię krzemienia w Rybnikach w Puszczy Knyszyńskiej. Krzemiennych narzędzi używano dość często jeszcze w czasach kultury łużyckiej i już w epoce żelaza, w kulturze pomorskiej.

Przez tysiące lat krzemień służył także do krzesania ognia. Uderzeniem dwóch krzemieni o siebie można było wywołać iskrę, by rozpalić palenisko. Znacznie później odkryto, że przy uderzeniu o bryłę pirytu, lub o stalowy przedmiot krzemień wytwarza dużo więcej iskier. Od XVI wieku krzemienie stosowano, jako tzw. skałki w zamkach broni palnej. Przed wprowadzeniem zapałek do powszechnego użytku na ziemiach polskich, szczególnie na obszarach wiejskich, krzemień i żelazne krzesiwa służyły do rozpalania ognia. Jeszcze w okresie międzywojennym na Polesiu rozniecano ogień w ten właśnie sposób. Zdarzało się, że znalezione w późniejszych epokach pradziejowe narzędzia krzemienne były wtórnie wykorzystywane, jako krzesaki. Krzemień nie wyszedł, zatem całkowicie z użycia wraz z końcem epoki kamienia. Rzymianie chętnie stosowali konkrecje krzemienne do brukowania dróg i placów. Wykorzystywali także bryły krzemienia do wypełniania rowów fundamentowych niektórych budowli. W późnej starożytności i w średniowieczu bryły krzemienia były wykorzystywane jako materiał budowlany. Wznoszono z nich ściany kościołów i innych budynków.

Obecnie krzemień jest ważnym surowcem ceramicznym. Służy także do wytwarzania materiałów ściernych, oraz jako element młynów kulowych.

Znajdowane dziś przez archeologów narzędzia krzemienne były wielofunkcyjne. Mimo wielu lat badań, funkcja wielu z nich, szczególnie drobnych odłupków i wiórów krzemiennych nie jest nam dziś znana. Wiadomo jednak, że tylko niektóre typy narzędzi krzemiennych były wyspecjalizowane i służyły do wykonywania jednej, określonej czynności. W codziennej pracy wykorzystywano przede wszystkim drobne wyroby z krzemiennych wiórów i odłupków. Wykorzystywano je do cięcia, skrobania, piłowania, strugania, do obróbki surowców organicznych (przede wszystkim drewna, kości i rogu) oraz do przygotowywania żywności. Narzędzia wiórowe mogły pełnić np. role noży, lub narzędzi skrobiących. Drapacze służyły zwykle do skrobania. Wiertników, przekłuwaczy i pazurów używano przede wszystkim do wykonywania otworów w różnych przedmiotach i materiałach, oraz do wykonywania wąskich rowków (np. w kości i rogu). Rylce służyły do rycia, rzeźbienia, skrobania, strugania i żłobienia, np. w drewnie, rogu i kości. Do obróbki skór, kości, rogu i drewna wykorzystywano także narzędzia dłutowate. Używano różnych rodzajów noży krzemiennych, które służyły często do rozdzielania tusz zwierzęcych i krojenia mięsa. Do karczowania lasów i obróbki drewna służyły krzemienne siekiery, które mogły pełnić także funkcję broni (stawały się wtedy toporami bojowymi). Bardzo często wykorzystywano krzemienne wkładki do sierpów, wykonywane w formie półtylczaków, wiórowców, lub wiórów. Z krzemienia wykonywano także groty strzał i oszczepów.

Na obszarze Polski występują złoża różnych rodzajów krzemienia. Ich szczególne nagromadzenie można napotkać w województwach: świętokrzyskim, lubelskim, mazowieckim, małopolskim i górnośląskim. Są to przede wszystkim krzemienie czekoladowe i jasnoszare, oraz pasiaste, a także krzemienie kredowe (krzemień ożarowski, święciechowski, gościeradowski). Niektóre krzemienie zostały przeniesione z miejsca pierwotnego występowania przez płynącą wodę, lub lodowce. Na terenie całej Polski można znaleźć krzemień narzutowy przeniesiony na niziny przez nachodzący z północy lodowiec w epoce plejstocenu. Pozyskiwano go zbierając konkrecje występujące w żwirach i zboczach dolin rzecznych, a także rozkopując moreny polodowcowe.

Istnieje wiele różnych teorii dotyczących pochodzenia krzemienia. W 1989 roku Ryszard Michniak podjął próbę usystematyzowania i uporządkowania dotychczasowych poglądów i teorii dotyczących powstawania krypto- i mikrokrystalicznych form krzemionki. Wymieniony autor opisał trzy możliwości powstawania konkrecji krzemieni:

1. Krzemienie śródwarstwowe tworzące się w osadzie lub w zwięzłej skale w wyniku aktywności jąder (ośrodków) krystalizacji, rozrastających się dzięki dyfuzyjnemu wyrównywaniu stężeń roztworów porowych.
2. Krzemienie będące konkrecjami dennymi, tworzącymi się na granicy różnych środowisk geochemicznych (krzemionka ulegała wytrąceniu z roztworów pochodzenia morskiego i lądowego).
3. Krzemienie stanowiące nagromadzenie warstwowo ułożonego żelu krzemionki, wtórnie porozrywanego na izolowane fragmenty w wyniku procesów rekrystalizacji i odwodnienia (zmniejszenia objętości) pod wpływem nacisku skał nadległych.

Na szczególną uwagę zasługują w tym względzie następujące teorie (Durakiewicz i in., 2001; Migaszewski i in., 2006; Migaszewski, Migaszewski, 2008 i literatura tam cytowana):

1. Teoria „upwellingu” – rozwoju organizmów krzemionkowych w strefach wznoszenia się prądów morskich z głębszych do płytszych partii zbiornika morskiego.
2. Teoria transportu krzemionki koloidalnej przez prądy denne z delt i estuariów do głębszych partii zbiorników morskich.
3. Teoria rozpuszczania krzemionki zawartej w okrzemkach, radiolariach i/lub gąbkach, a następnie jej przemieszczania i powtórnego wytrącania się w obrębie wyżej położonych serii skalnych na etapie diagenezy lub epigenezy (fot. 26-29).
4. Teoria mieszania się wód morskich i słodkich oraz krążenia w basenie zhybrydyzowanych wód zawierających krzemionkę.
5. Teoria hydrotermalna, czyli powstawanie konkrecji krzemieni w wyniku działalności podmorskich źródeł hydrotermalnych, zasilających zbiornik w roztwory wzbogacone w krzemionkę