Jak powstawały podziemne jaskinie krasowe?

Jaki proces tworzy krajobrazy krasowe? Najpierw tworzy się wapienny interwał z wysokim poziomem wód podziemnych. Następnie zachodzi rozpuszczanie, tworząc sieć podziemnych jaskiń. Gdy poziom wód gruntowych obniża się, nowo powstałe jaskinie wysychają. Jednocześnie ze stropów jaskiń wypływa woda perkolująca w dół, tworząc skały naciekowe i naciekowe.

Skalpy to zagłębienia w ścianach jaskiń

Asymetryczne, łyżkowate zagłębienia w ścianach jaskiń nazywane są skalpami. Nazwa ta została zaproponowana przez Williama Colemana w 1949 roku, by zastąpić słowo flet, które było używane w odniesieniu do wydłużonych, równoległych form grzebieniastych w korytarzach jaskini. Termin scallop jest stosowany bardziej szczegółowo do przegrzebków o średnicy większej niż dwa centymetry, ale flety mogą być szersze lub węższe niż prawdziwe przegrzebki. Termin ten jest również używany do opisywania pionowych rowków w szybach vadose.

Tworzenie się przegrzebków w jaskiniach jest wynikiem erozji skał przez płynącą wodę. Woda zawierała kwas i przemieszczała się z łagodnie nachylonej strony w kierunku stromej strony przegrody. Następnie woda zawirowała w dół i powiększyła przegrodę. Przepływając nad ścianą, woda erodowała ściany jaskini, co powodowało uwypuklanie się przegród. Przepływ wody w tych jaskiniach można określić, szacując stromość ścian każdej kieszeni.

Inną metodą określania kierunku przepływu wód podziemnych jest badanie przegródek w ścianach jaskiń. Asymetryczny kształt przegródek wskazuje kierunek przepływu wód podziemnych w korytarzu jaskini. Ponadto, długość fali przegródek ujawnia średnią prędkość przepływu w korytarzu jaskiniowym. Technika ta była z powodzeniem stosowana w badaniach laboratoryjnych i terenowych do obliczania średniej prędkości przepływu wód podziemnych z wykorzystaniem informacji zawartych w długości fali przegrzebków.

Wielkość przegrzebków zależy od prędkości przepływu wód podziemnych. W większości przypadków populacje przegrzebków tworzą rozkłady jednomodalne. Rozmieszczenie przegrzebków obejmuje wszystkie dostępne powierzchnie. Ponieważ są one stabilne i podobne do falowania w osadach, można je uznać za analogiczne do falowania w osadach nieskonsolidowanych. W 1974 r. Curl zaproponował mechanizm powstawania przegrzebków. Proces ten polega na oderwaniu nasyconej warstwy granicznej i rozpoczęciu podkrytycznego reżimu przepływu.

Wapień rozpuszcza się pod wpływem kwasu

Jaskinie powstają, gdy wapień rozpuszcza się w kwaśnej wodzie. Woda dostaje się do skały przez słabe punkty, pęknięcia i szczeliny. Ten słaby kwas rozpuszcza wapień, powiększając szczeliny. Powstałe w ten sposób zagłębienie jest na tyle duże, że człowiek może przez nie przejść. Każdego roku jaskinie wapienne odwiedzają setki tysięcy ludzi, a większość z nich nawet nie wie o istnieniu tych zjawisk przyrodniczych.

Powstałe formacje nazywane są speleotemami. Powstają one w wyniku powolnego kapania roztworów węglanu wapnia. W końcu krople te wypełniają się wodą i tworzą stalaktyty i stalagmity. Formacje te są tym, co przyciąga turystów do jaskiń krasowych. Niektóre jaskinie mają nawet kolumny. Jeśli znajdziesz w jaskini jedną z tych formacji, trudno będzie Ci ją zidentyfikować.

Innym sposobem powstawania jaskiń wapiennych są opady atmosferyczne. Opady deszczu i inne wody gruntowe rozpuszczają skały wapienne i dolomitowe, umożliwiając tworzenie się jaskiń. Skała jest następnie chemicznie wietrzona przez jedną siłę. Gdy woda wsiąka w ziemię, łączy się z dwutlenkiem węgla i rozpuszcza minerały znajdujące się w skale. Proces ten zachodzi głęboko w skale macierzystej i nie trzeba szukać wejścia.

Ponieważ wapień jest rozpuszczalny w kwasie, mogą powstawać duże sieci jaskiń. Ponieważ wapień rozpuszcza się w kwasie, pozwala on żrącej wodzie gruntowej przedostać się do środka. Kwas reaguje z kalcytem, głównym składnikiem wapienia, tworząc jony HCO31 i Ca2. Jeśli proces ten będzie się powtarzał, wapień rozpuści się i powstanie rozległa podziemna sieć jaskiń krasowych.

Takie obszary krasowe są często usiane zapadliskami. Dziury te rozrastają się do szerokich dolin, w których większość pierwotnej powierzchni uległa erozji. Proces erozji jest przyspieszany przez opady atmosferyczne, a powstałe w ten sposób podziemne jaskinie krasowe są spektakularne. Na koniec wapień zostaje rozpuszczony przez kwas, tworząc piękny obiekt przyrodniczy.

Mimo naturalnego piękna jaskiń wapiennych, proces ich powstawania jest dość powolny. Zanim przejście w jaskini zostanie ukończone, mija nawet 10 000 lat. Jeśli źródło wody jest ograniczone, korytarze mogą się rozrastać, aż do całkowitego wypełnienia wodą. Gdy tak się stanie, powiększające się przejście przybiera kształt eliptyczny lub kolisty. Jeśli źródło wody nie jest obfite, rosnące przejście staje się w końcu wydrążonym tunelem.

Bioerozja

To, jak powstały podziemne jaskinie krasowe, jest przedmiotem debaty. Niektórzy uważają, że to bioerozja spowodowała powstanie podziemnych jaskiń krasowych, podczas gdy inni twierdzą coś przeciwnego. Bioerozja, czyli erozja spowodowana procesami biologicznymi, może powodować powstawanie jaskiń oraz zanikanie jaskiń i cech krasowych. Niezależnie od źródła erozji, tworzenie się jaskiń jest ważnym elementem bioróżnorodności.

Proces rozpuszczania może prowadzić do powstawania mikro- i mezoform, a także do tworzenia się jaskiń krasu freatycznego. Tworzenie się tych struktur wymaga dokładnego poznania ukształtowania terenu krasowego. Formy ścian i stropów podziemnych jaskiń zależą od zachodzących w nich procesów. Jaskinie muszą być uformowane w sposób związany z otaczającą je geologią i są kształtowane przez siły erozji i bioerozji.

W wewnętrznej komorze krasu KC12 dno jaskini obniża się od obu wejść, tworząc „studnię jaskiniową”. W zagłębieniu tym w porze deszczowej gromadzi się woda, co wskazuje na istnienie złoża wód wgłębnych. Jednak podczas wizyty pod koniec sierpnia lub na początku września 2012 roku komora była sucha. Jest więc prawdopodobne, że za tę anomalię odpowiada akrecja i rozkład bioerozji.

Warto wiedzieć: Co jest w środku Ziemi?

Ponieważ wapień jest najczęstszym źródłem krasu, jest on również powszechnie erodowany przez wodę deszczową. Gdy wapień się rozpuszcza, szczeliny w podłożu wapiennym powiększają się i powstaje podziemny system odwadniający, przez który przepływa więcej wody. Proces ten przyspiesza tworzenie się podziemnych form krasowych. W tropikach erozja wapiennych linii brzegowych jest bardzo powszechna i często przyczynia się do powstawania typowej topografii krasowej. Topografia ta obejmuje ostre powierzchnie makatea (nawisy nad poziomem morza) i podcięcia, które powstają głównie w wyniku działalności biologicznej.

Bioerozja odegrała istotną rolę w niestabilności klifów przybrzeżnych. Obecność różnych organizmów w biokrasie odgrywa ważną rolę w procesach bioerozyjnych, które powodują erozję litego podłoża. Proces erozji ostatecznie sprawia, że substrat krasowy staje się bardziej podatny na zapadanie się. Jego brak prowadzi do powstawania jaskiń. Tłumaczy to również nagłe przekształcenie wyspy w wyspę.

Woda płynąca z dużą prędkością tworzy jaskinie krasowe

Podziemne jaskinie krasowe powstają w wyniku infiltracji wody przez szczeliny i przewody. Woda ta dyfunduje i tworzy pustki o różnych kształtach i rozmiarach. Ludzie interesowali się środowiskami krasowymi od czasów starożytnych i wykorzystywali je do wielu celów, w tym do zaopatrzenia w wodę, jako schronienie i miejsce pochówku. W niektórych jaskiniach znaleziono nawet dzieła sztuki starożytnej.

Woda płynąca z dużą prędkością może tworzyć jaskinie krasowe. Jaskinie te mają liczne połączone ze sobą zagłębienia zwane speleotemami. Woda przenikająca przez glebę wytwarza rozcieńczony roztwór kwasu węglowego. Ta kwaśna woda wchodzi w reakcję z wapienną skałą macierzystą i rozpuszcza w niej kalcyt. Następnie kontynuuje swój bieg w dół przez szczeliny, wąskie fugi i strefy nienasycone. Kwaśna woda powoduje korozję kontrolowanych przez fugi kieszeni stropowych i ściennych. W ten sposób powstają różne kształty, od okrągłych cylindrów po zaokrąglone otwory w kształcie czajnika. Niektóre kieszenie sięgają nawet do litej skały macierzystej.

Zjawisko to można rozpatrywać z różnych perspektyw. Na przykład, woda płynąca z dużą prędkością tworzy wzory rozpuszczania w wapiennym terenie krasowym. Mierząc szybkość przepływu wody przez wapienno-krasowe warstwy wodonośne, można określić tempo, w jakim woda przepływa pod ziemią. Informacje te pomogą lepiej zrozumieć procesy, które powodują powstawanie jaskiń.

W większości krasowych warstw wodonośnych większość wypływu wody odbywa się przez jedno lub więcej źródeł. Źródła podpiętrzające wypływają w sposób ciągły, podczas gdy źródła przelewowe wypływają tylko w warunkach dużego przepływu. System kanałów działa zarówno jako źródło, jak i zbiornik macierzy. W warunkach przepływu podstawowego, przewody tworzą przepływ regionalny. W warunkach przepływu podstawowego rozproszona infiltracja jest przenoszona do następnego przewodu.

Metale ciężkie, takie jak ołów, mogą być również wprowadzane do krasowych warstw wodonośnych. Może się to odbywać na kilka sposobów: jako rozpuszczone w wodzie przyłączają się do cząstek stałych i koloidów. Cząstki te przemieszczają się w strumieniu jaskiniowym i mogą być odprowadzane do warstwy wodonośnej w postaci speleotemów. W niektórych przypadkach rozpuszczone metale wiążą się z osadami i materią organiczną i mogą wytrącać się w postaci speleotemów.