Repetitive Late Pleistocene soft‐sediment deformation by seismicity‐induced liquefaction in north‐western Lithuania

Liquefaction can cause deformation of unconsolidated sediment, but specific processes involved and the trigger mechanisms often remain obscured. This study describes multiple deformed sediment layers in a succession of lacustrine sand, silt and clay deposited during the Marine Isotope Stage 5d in north-western Lithuania. The deformation structures (load casts, pseudonodules, ball-and-pillow structures, broken-up laminae and injections) are embedded in ten separate layers of fine-grained, laterally continuous sediments. Detailed mesoscale sedimentological analyses suggest that each deformation event consisted of numerous successive stages of sediment advection facilitated by liquefaction. Low-permeability fine-grained laminae contributed to localized pore-water pressure build-up and lowering of sediment strength. Erosional top surfaces that truncate layers with soft-sediment deformation structures suggest that at least seven deformation events were separated by successive periods of initial erosion and then uninterrupted deposition in the lake. The most likely trigger of the deformation was recurrent palaeoseismic activity possibly linked to a late glacial isostatic adjustment following the Scandinavian Ice Sheet melting after the Saalian glaciation. This study emphasizes the potential role of seismic processes in shaping the sedimentary record of the intraplate region of north-eastern Europe and contributes to constraining the depth of liquefaction, regardless of the actual trigger mechanism

Mechanisms of soft-sediment deformation structures development in Pleistocene glacigenic sediments in the area south of the Baltic Sea

Wydział Nauk Geograficznych i GeologicznychRozprawa składa się z zestawu pięciu artykułów naukowych opublikowanych w czasopismach naukowych dotyczących struktur deformacyjnych (SSDS) w nieskonsolidowanych plejstoceńskich piaszczystych, piaszczysto-mułowych i mułowych osadach następujących środowisk sedymentacyjnych: limnicznego, glacilimnicznego i fluwialnego. Szczególną uwagę poświęcono deformacjom wewnątrzławicowym, czyli takim, których zasięg ogranicza się do poszczególnych ławic o wyraźnie zaznaczonym spągu i stropie. Głównym celem rozprawy było wyjaśnienie genezy ławic zawierających SSDS w wybranych stanowiskach badawczych zlokalizowanych w południowej części obszaru perybałtyckiego. Naprężenia pro- i subglacjalne, procesy peryglacjalne, aktywność sejsmiczna oraz nierównomierne obciążenie osadem zostały rozpoznane jako czynniki powodujące deformację osadów. Bezpośrednim procesem powodującym powstanie większości analizowanych wewnątrzławicowych SSDS było powtarzające się upłynnienie osadów zachodzące płytko pod powierzchnią sedymentacji. We wszystkich stanowiskach badawczych rozpoznano sejsmity. Ich liczba i rozmieszczenie wskazuje, że trzęsienia ziemi związane z rozwojem lub zanikiem pokrywy lodowej (spowodowane reaktywacją uskoków od założeniach przedczwartorzędowych wywołaną odprężeniem glaciizostatycznym lub lodowcowe trzęsienia ziemi) występowały częściej niż dotychczas sądzono. Ponadto aktywność sejsmiczna miała miejsce nie tylko w trakcie deglacjacji, ale także podczas glacjacji badanego obszaru. Zinterpretowane trzęsienia ziemi związane były nie tylko ze zlodowaceniem Wisły (MIS 2-5), ale także ze zlodowaceniem Odry (MIS 6).The thesis consists of a set of five research papers on the topic of soft-sediment deformation structures (SSDS) in Pleistocene, unconsolidated sandy, sandy-silty or silty sediments of the following sedimentary environments: lacustrine, glacilacustrine and fluvial. Particular attention was paid to the intralayer SSDS, i.e. those whose occurrence is limited to the individual layers with a clearly marked base and top. The main objective of the study was to explain the genesis of layers with SSDS in the selected study sites located in the area south of the Baltic Sea. Pro- or subglacial stress, periglacial processes, seismic activity and uneven sediment loading were recognized as factors causing sediment deformation. The repetitive liquefaction of sediments, occurring at shallow depths below the sedimentation surface (usually up to several dozen centimetres below the contemporary sedimentation surface), directly influences the formation of most of the analysed intralayer SSDS. At all study sites presented in the thesis seismites were identified. Their number and distribution indicate that earthquakes related to the growth or decay of the ice cover (caused by reactivation of pre-Quaternary faults induced by glacioisostatic rebound or glacigenic / glacial earthquakes) were more frequent than previously assumed. In addition, seismic activity occurred not only during deglaciation, but also during the glaciation of the study area. The interpreted earthquakes were related not only to the Weichselian glaciation (MIS 2-5), but also to Saalian glaciation (MIS 6).Badania przeprowadzone w ramach przedłożonej rozprawy doktorskiej zostały sfinansowane z grantu Narodowego Centrum Nauki nr 2015/19/B/ST10/00661 (projekt GREBAL, kierownik: prof. dr hab. Małgorzata Pisarska-Jamroży), którego byłem wykonawcą. Ponadto część badań zrealizowałem w ramach Programu Stypendialnego Narodowej Agencji Wymiany Akademickiej im. Iwanowskiej (umowa nr PPN/IWA/2018/1/00061/U/0001)

Mechanisms of soft-sediment deformation structures development in Pleistocene glacigenic sediments in the area south of the Baltic Sea

Wydział Nauk Geograficznych i GeologicznychRozprawa składa się z zestawu pięciu artykułów naukowych opublikowanych w czasopismach naukowych dotyczących struktur deformacyjnych (SSDS) w nieskonsolidowanych plejstoceńskich piaszczystych, piaszczysto-mułowych i mułowych osadach następujących środowisk sedymentacyjnych: limnicznego, glacilimnicznego i fluwialnego. Szczególną uwagę poświęcono deformacjom wewnątrzławicowym, czyli takim, których zasięg ogranicza się do poszczególnych ławic o wyraźnie zaznaczonym spągu i stropie. Głównym celem rozprawy było wyjaśnienie genezy ławic zawierających SSDS w wybranych stanowiskach badawczych zlokalizowanych w południowej części obszaru perybałtyckiego. Naprężenia pro- i subglacjalne, procesy peryglacjalne, aktywność sejsmiczna oraz nierównomierne obciążenie osadem zostały rozpoznane jako czynniki powodujące deformację osadów. Bezpośrednim procesem powodującym powstanie większości analizowanych wewnątrzławicowych SSDS było powtarzające się upłynnienie osadów zachodzące płytko pod powierzchnią sedymentacji. We wszystkich stanowiskach badawczych rozpoznano sejsmity. Ich liczba i rozmieszczenie wskazuje, że trzęsienia ziemi związane z rozwojem lub zanikiem pokrywy lodowej (spowodowane reaktywacją uskoków od założeniach przedczwartorzędowych wywołaną odprężeniem glaciizostatycznym lub lodowcowe trzęsienia ziemi) występowały częściej niż dotychczas sądzono. Ponadto aktywność sejsmiczna miała miejsce nie tylko w trakcie deglacjacji, ale także podczas glacjacji badanego obszaru. Zinterpretowane trzęsienia ziemi związane były nie tylko ze zlodowaceniem Wisły (MIS 2-5), ale także ze zlodowaceniem Odry (MIS 6).The thesis consists of a set of five research papers on the topic of soft-sediment deformation structures (SSDS) in Pleistocene, unconsolidated sandy, sandy-silty or silty sediments of the following sedimentary environments: lacustrine, glacilacustrine and fluvial. Particular attention was paid to the intralayer SSDS, i.e. those whose occurrence is limited to the individual layers with a clearly marked base and top. The main objective of the study was to explain the genesis of layers with SSDS in the selected study sites located in the area south of the Baltic Sea. Pro- or subglacial stress, periglacial processes, seismic activity and uneven sediment loading were recognized as factors causing sediment deformation. The repetitive liquefaction of sediments, occurring at shallow depths below the sedimentation surface (usually up to several dozen centimetres below the contemporary sedimentation surface), directly influences the formation of most of the analysed intralayer SSDS. At all study sites presented in the thesis seismites were identified. Their number and distribution indicate that earthquakes related to the growth or decay of the ice cover (caused by reactivation of pre-Quaternary faults induced by glacioisostatic rebound or glacigenic / glacial earthquakes) were more frequent than previously assumed. In addition, seismic activity occurred not only during deglaciation, but also during the glaciation of the study area. The interpreted earthquakes were related not only to the Weichselian glaciation (MIS 2-5), but also to Saalian glaciation (MIS 6).Badania przeprowadzone w ramach przedłożonej rozprawy doktorskiej zostały sfinansowane z grantu Narodowego Centrum Nauki nr 2015/19/B/ST10/00661 (projekt GREBAL, kierownik: prof. dr hab. Małgorzata Pisarska-Jamroży), którego byłem wykonawcą. Ponadto część badań zrealizowałem w ramach Programu Stypendialnego Narodowej Agencji Wymiany Akademickiej im. Iwanowskiej (umowa nr PPN/IWA/2018/1/00061/U/0001)

How to study seismites? A review of research methods

Propagacja, wywołanej trzęsieniem ziemi, fali sejsmicznej w uwodnionych nieskonsolidowanych osadach drobnoziarnistych powodować może ich upłynnienie. W efekcie tego procesu powstać mogą warstwy zawierające struktury deformacyjne zwane sejsmitami. Zaproponowanie sejsmicznej genezy warstw zdeformowanych opiera się na zastosowaniu kryteriów rozpoznawczych. W tym celu konieczne jest: (1) przeprowadzenie analizy litofacjalnej osadów występujących w analizowanym profilu; (2) szczegółowe opisanie: deformacji, z uwzględnieniem ich rozmieszczenia w profilu i w obrębie zdeformowanej ławicy, rozciągłości poziomej, zróżnicowania przestrzennego, geometrii, tekstury i struktury osadów zaangażowanych w deformacje, osadów otaczających oraz zmiany rozkładu przestrzennego struktur deformacyjnych przy wykorzystaniu ścięcia poziomego i ukośnego; (3) wytypowanie struktur, które mogły powstać w efekcie upłynnienia i porównanie ich ze współcześnie tworzącymi się deformacjami związanymi ze wstrząsami sejsmicznymi; (4) rozpoznanie budowy geologicznej podłoża skalnego, w tym m.in. opis aktywności uskoków; (5) dyskusja innych mechanizmów, które mogły odpowiadać za powstanie deformacji; (6) określenie czasu powstania struktur deformacyjnych.Earthquake-triggered seismic wave propagation can induce liquefaction of water-saturated unconsolidated finegrained clastic sediments. As a result, layers with soft-sediment deformation structures called seismites can be formed. To propose a seismic origin of the layer, it should meet recognition criteria. Therefore, it is necessary to provide (1) a lithofacies analysis of the sediments in the studied section; (2) a detailed description of deformation structures including their position in the sedimentological log as well as within the deformed layer, lateral extent and continuity, geometry, texture and structure of both deformed and host sediments, spatial distribution and heterogenity of deformation structures in the plan view as well as an oblique view; (3) identification of structures that could have been formed during a liquefaction process and a comparison with those that recently occurred in tectonically active zones as an earthquake effect; (4) a subsurface geological structure recognition, particularly the presence and activity of faults; (5) discussion and elimination of all other possible triggers that could have caused sediment deformation; (6) estimation of the age of the deformation

Geoturist Evaluation of Geosites in the Tuchola Forest Biosphere Reserve (N Poland)

The geotourist evaluation of 32 geosites, including mineral deposits occurrence (1), petrological (12), sedimentological (2), and geomorphological (9), as well as hydrological and hydrogeological (8) sites, located in the area of Tuchola Forest Biosphere Reserve (TFBR), has been carried out. The study aims to provide a qualitative assessment of geodiversity via the evaluation of abiotic nature objects, as well as propose modifications in geotourist valuation criteria, for the purpose of applying it to the areas located in the Central European Plains. The evaluated geosites represent both perfect examples of typical features for the physiography of the TFBR, as a young glacial landscape, e.g., erratic boulders, glaciofluvial landforms, postglacial landforms, and lakes or peatbogs, as well as values proving the uniqueness of the area on both regional and international scales, e.g., disused underground lignite mine “Montania”. High scores of geotourist attractiveness (between 36 and 44 points) have been received by 14 evaluated geosites (1 mineral deposits occurrence geosite, 4 petrological geosites, 1 sedimentological geosite, and 5 geomorphological geosites, as well as 3 hydrological and hydrogeological geosites). The remaining 18 geosites have received a medium score (between 25 and 34 points). Three areas of high concentration of geosites, which overlap with the boundaries of Tuchola, Wdecki, and Zaborski (area of the greatest diversity of highly-ranked geosites) landscape parks, were distinguished. The authors proposed geosites that require improving their accessibility to enhance the geotourist attractiveness, recognized the necessity of marking out geotourist trails in the most attractive and diversified areas, and noticed the influence of extreme weather phenomena (whirwinds) on changes in the geotourist attractiveness of some geosites. It is believed that the results of the conducted evaluation may favorably affect the importance, position, and publicity of the whole area by supplementing the well-recognized biodiversity with the geodiversity presented in the study

Analysis of the usefulness of the research by design (RBD) and project based learning (PBL) formulas for indications of shaping natural systems and environmental protection on the example of selected cities in the Silesian Voivodeship

Artykuł zawiera wnioski z analizy formuł: RBD (Research by Design) oraz PBL (Project Based Learning) jako podstawowej metody kształcenia w celu rozpoznania możliwości kształtowania przestrzeni w obszarze opracowania, wykorzystanych w ramach prowadzonych prac naukowo-badawczych. Opisuje rezultaty zastosowania obu metod w przeprowadzonych badaniach nad możliwościami formułowania nowych wskazań do kształtowania systemów przyrodniczych w zdegradowanym środowisku przyrodniczym województwa śląskiego. Badania przeprowadzono w latach 2015-2020 dla miast: Orzesze, Rybnik oraz Jastrzębie-Zdrój. Koncentrowały się one na środowiskowych problemach: integracji obszarów centralnych miast, ciągłości istniejących powiązań przyrodniczych (w tym korytarzy ekologicznych), komunikacyjnych i funkcjonalnych, a także zachowania zasad ładu przestrzennego, zróżnicowania funkcji oraz możliwości przyjmowania nowych funkcji przez obszary zdegradowane.The article contains conclusions from the analysis of the formulas: RBD (Research by Design) and PBL (Project Based Learning) as the basic method of educating members of the young creative class, used to recognize the possibilities of shaping space in the area of development, used in the course of research and development. Describes the results of applying both methods in the research on the possibilities of formulating new indications for shaping natural systems in the degraded natural environment of the Silesian Voivodeship. The research was carried out in 2015-2020 for the cities of Orzesze, Rybnik and Jastrzębie Zdrój. They focused on environmental problems: integration of central city areas, continuity of the existing natural (including ecological corridors), communication and functional connections, as well as maintaining the principles of spatial order and differentiation of functions, and the possibility of assuming new functions by degraded areas