PROCESY KRASOWE

Skały wapienne ulegają tzw. zjawiskom krasowym dzięki którym powstają charakterystyczne formy krasu powierzchniowego i podziemnego. Zgodnie z definicją kras to zespół procesów chemicznych i fizycznych powodujących rozpuszczanie skał przez wody opadowe, powierzchniowe i podziemne. W wodach opadowych zawarte są pyły i gazy pochłonięte z atmosfery oraz różne związki chemiczne absorbowane podczas przenikania przez warstwy podłoża (glebę). Dla procesów krasowych najistotniejszym z tych związków jest dwutlenek węgla. W zetknięciu z wodą reaguje i tworzy kwas węglowy (H2CO3), który w znacznym stopniu przyspiesza rozpuszczanie węglanu wapnia – głównego składnika skał wapiennych. Przebieg tego procesu w uproszczeniu opisują poniższe reakcje:

H2O + CO2 -> H2CO3
(woda reaguje z dwutlenkiem węgla dając roztwór kwasu węglowego)

CaCO3 + H2CO3 -> Ca(HCO3)2
(nierozpuszczalny w wodzie węglan wapnia reaguje z kwasem węglowym w niej zawartym dając wodorowęglan wapnia, który już łatwo rozpuszcza się w wodzie)

Procesy krasowe przebiegają zarówno na powierzchni pozostawiając po sobie leje krasowe, skałki ostańcowe, okna, bramy i mosty skalne, a na powierzchni skał – żłobki i jamki krasowe, jak i pod powierzchnią ziemi – drążąc masywy skalne formują jaskinie.

JASKINIE KRASOWE

Rys. 6.1. Budowa jaskini

Wody opadowe wnikają w głąb masywu skalnego wypełniając jego szczeliny i pęknięcia. W wyniku rozpuszczania węglanu wapnia szczeliny poszerzają się i wydłużają, z czasem do ich łączenia się. Woda nie znajdująca ujścia poza masyw pozostaje w nim pod ciśnieniem hydrostatycznym i jedynie dzięki porowatej strukturze skały i ich spękaniu przesiąka do niższych poziomów. Natrafiając na warstwy skalne o mniej zwartej budowie łatwo w nie wnika i szybko rozpuszcza materiał skalny tworząc w ich miejscu pustki. W miarę łączenia się i poszerzania szczelin powstają z czasem rozległe podziemne kanały wykorzystywane przez wody płynące wewnątrz masywu skalnego często pod ciśnieniem - z dużą prędkością. Poza chemicznym rozpuszczaniem węglanu wapnia w kształtowaniu podziemnych pustek zaczynają brać udział procesy fizycznego wymywania materiału skalnego. Przyspiesza to w znacznym stopniu powiększanie powstającego systemu jaskiniowego. Formują się wówczas główne elementy budowy jaskini: korytarze, sale i studnie (Rys. 6.1). Jednak woda wciąż kształtuje coraz niżej położone nowe korytarze, a we wcześniej utworzonych - wyżej położonych – tzw. suchych partiach jaskini woda pozostaje jedynie w postaci jeziorek, kałuż i sączących się ze stropu kropli – deszczu podziemnego. Tam rozpoczyna się tworzenie szaty naciekowej jaskini.

Jaskinie krasowe licznie występują na Jurze Krakowsko-Częstochowskiej (JKC 2.3, 3.2, 4.3), w Tatrach i Górach Świętokrzyskich (GŚ 1.1, GŚ 1.4.4, GŚ 3.1, GŚ 4.2). Pojedyncze spotyka się w Sudetach (S 1.2.6).

Powstawanie szaty naciekowej

Woda przesiąkająca przez masyw wapienny, zgodnie z tym co wcześniej powiedzieliśmy, zawiera rozpuszczony wodorowęglan wapnia. Roztwór taki sączy się przez skały pod ciśnieniem hydrostatycznym i gdy natrafi na skalną pustkę, np. jaskinię, ulega rozprężeniu. Wówczas następuje wytrącanie z tego roztworu węglanu wapnia w postaci kalcytu. Przebiega zatem reakcja odwrotna do przedstawionej powyżej reakcji jego rozpuszczania w wodach opadowych:

Ca (HCO3)2 -> CaCO3 + H2O + CO2
(obecny w roztworze wodnym wodorowęglan wapnia rozpada się na nierozpuszczalny w wodzie węglan wapnia – wypadający z roztworu - z wydzieleniem wody i uwolnieniem dwutlenku węgla)

Wypadający z roztworu – krystalizujący węglan wapnia w postaci minerału kalcytu tworzy szatę naciekową jaskini.

Rys. 6.2. Formy naciekowe w jaskini

Formy naciekowe mogą mieć różną postać w zależności ich lokalizacji – ukształtowania powierzchni, na której następuje krystalizacja oraz przepływu powietrza i cieków wodnych ( Rys. 6.2). Na stropie powstają stalaktyty. Węglan wapnia krystalizuje na obrzeżeniach kropli zwisającej ze stropu z czasem tworząc delikatną rurkę – tzw. „makaron” lub typowy stalaktyt – zgrubiały u nasady, gdy roztwory wodne spływają również po jej zewnętrznej powierzchni. Gdy kropla spadnie ze stropu na powierzchnię poziomą, pozostaje na miejscu i tu rozpoczyna się wzrost stalagmitu – struktury siostrzanej do stalaktytu. Z czasem dochodzi do połączenia obydwu form – powstaje kolumna naciekowa (Rys. 6.3).

Rys. 6.3. Powstawanie kolumny naciekowej

Z roztworów spływających, rozpływających się po powierzchni ścian jaskini wytrąca się polewa kalcytowa, pokrywająca nieraz duże obszary wnętrz jaskiniowych Przyjmuje ona postać gładkich powierzchni, nacieku wełnistego lub żeberkowego. Jednymi z rzadziej spotykanych form naciekowych są draperie – przypominające zasłony zwisające pionowo pofalowane powierzchnie nadające wnętrzom jaskiniowym wyjątkowy urok. W wodach jeziorek jaskiniowych. rodzą się natomiast pizoidy – tzw. perły jaskiniowe – kuliste formy powstałe w wyniku radialnego narastania węglanu wapnia wokół np. ziarna piasku.

Osady jaskiniowe

W jaskiniach gromadzą się osady różnego pochodzenia. Mogą one być naniesione z zewnątrz przez wody przepływające przez jaskinię (piaski, muły, żwiry) lub też być pozostałością po procesach rozpuszczania skał wapiennych zachodzących w obrębie jaskini (iły, gliny „terra rossa”, gruz skalny), powstawać w wyniku wytrącania związków chemicznych z roztworów krążących po jaskini (szata naciekowa), albo też być pochodzenia organicznego – np. guano.

Szata naciekowa jaskini jest efektem procesów wytrącania związków zawartych w wodach podziemnych, głównie węglanu wapnia w jednej z krystalicznych postaci – kalcytu. Określanie wieku (datowanie) nacieków kalcytowych, m.in. polewy kalcytowej, wkomponowanej w układ warstw osadów jaskiniowych ,jest istotnym sposobem odtwarzania historii środowiska i zmian klimatycznych regionu.

Szata naciekowa powstaje intensywnie w warunkach ciepłego i wilgotnego klimatu. W okresach chłodnych i suchych jej narastanie zamiera. Dzięki zawartym w kalcycie śladowym domieszkom uranu i toru (pierwiastkom promieniotwórczym ulegającym samoistnemu rozpadowi w czasie z określoną prędkością) można określić wiek nacieków. Obecne w polewie naciekowej czarne warstewki sadzy świadczą o paleniu w jaskini ognisk. Datując wiek tych warstewek otrzymujemy informację, kiedy w regionie bytowali ludzie.

Głównym składnikiem namulisk jaskiniowych są osady ilaste, piaski, żwiry i gruz skalny zalegający na spągu oraz w licznych szczelinach. Osady te kryją wiele tajemnic paleontologicznych, antropogenicznych, również archeologicznych i historycznych oraz z przeszłości geologicznej regionu.

Spotyka się w nich pokłady guano (odchodów nietoperzy i ptaków), szczątki kostne pozostawione przez zwierzęta zamieszkujące jaskinię, jak również ludzi pierwotnych, którzy je tam przynieśli. Na podstawie badań składu i cech namuliska warstwa po warstwie można określić warunki środowiskowe panujące w przeszłości geologicznej na danym obszarze oraz sposób i stopień wykorzystania jaskini przez różne gatunki zwierząt i człowieka. Występowanie danych gatunków związane jest z określonymi warunkami środowiska. Identyfikacja szczątków niektórych gatunków (tzw. wskaźników ekologicznych) w wyselekcjonowanych warstwach osadów umożliwia ich przyporządkowanie do konkretnego okresu historii geologicznej regionu i zlokalizowanie czasowe względem sąsiednich warstw osadów oraz szczegółowe prześledzenie zmian środowiskowych na danym obszarze.

SPIS ILUSTRACJI

• Rys. 6.1. Budowa jaskini – Rys. M. Krzeczyńska
• Rys. 6.2. Formy szaty naciekowej – Rys. M. Krzeczyńska
• Rys. 6.3. Powstawanie kolumny naciekowej – Rys. M. Krzeczyńska