France Šušteršič Geologie krasu List 0 ZÁKLADY GEOLOGIE KRASU Masarykova univerzita v Brně Přírodovědecká fakulta Katedra geologie a paleontologie JARO 2005 Prof. dr. France Šušteršič Univerza v Ljubljani , Naravoslovnotehniška fakulteta Oddelek za geologijo, Aškerčeva 12, 1000 Ljubljana, SLOVENIJA Tel.: ++ 386 1 4704 621 Home: ++ 386 1 7544 875 Fax.: ++ 386 1 4704 560 E-mail: france.sustersic@ntf.uni-lj.si DOPORUČENÁ LITERATURA Gillieson, D., 1996: Caves: processes, development and management. Blackwell Publishers, Oxford & Cambridge (Mass.). Ford, D. C.; P.W., Williams, 1989: Karst geomorphology and hydrology. Unwin Hyman, 601 pp., London. Panoš, V., 2001: Karsologická a speleologická terminologie, Výkladový slovník. Knižní centrum, vyda vatelství, Predmestská 51, 010 01 Žilina, pro Zprávu slovenských jaskyní v Liptovském Mikuláši a G eologický ústav Akademie věd České republiky v Praze. Palmer, A. N., 2007: Cave geology. Cave Books, 454 p.p., Dayton, Ohio Pulina, M., 1999: Kras formy i procesy. Skripty Uniwersytetu Slaskiego nr 546. Wydawnictvo Uniwers ytetu Slaskiego, Katowice. White, W.B., 1988: Geomorphology and hydrogeology of karst terrains. Oxford University press, 464 pp., New York. PODROBNĔJI: Gabrovšek, F. (ed.), 2002: Evolution of karst: from prekarst to cessation, Evolution of Karst. Zalo žba ZRC, Ljubljana. Gunn, J. (ed.), 2004: Encyclopedia of caves and karst science. Fitzroy Dearborn, New York, London. Klimchouk AB, Ford DC, Palmer AN, Dreybrodt W (eds), 2000: Speleogenesis. Evolution of Karst Aquifers, National Speleological Society. France Šušteršič Geologie krasu List 1 kras (psáno s malým začátečním písmenem) - DEFINICE: Fyzikálně geologická viditelný tvar exogenního přemodelování kontinentální zemské kůry Jiné Geomorfologická, geografická, hydrogeologická, ...., enologická atd. původ: Kras (psáno s velkým začátečním písmenem) Charakteristiky: - vertikální odtok srážkových vod - odnos látek v roztoku - zanedbatelná akumulace Účinky: - typická hydrologie / není povrchová vodní síť - modelování kupovitých vrchů - modelování uzavřených prohlubní Kvůli různorodosti krasu a nejednotného vědeckého přístupu neexistuje jednotná, všeobecně přijatá definice. Kras ve světě Čina, Alpsko-Himálajský oblouk (Dinaridy), povodí Ohio a Mississippi, Yucatan, Nullarbor plain; „ostrovy“ všeobecně. Kras v času V starších horninách je víc dolomitu. Dinárská stratigrafie: cca 7km karbonátů od T[3] po Pc[1]. France Šušteršič Geologie krasu List 2 Model čistého krasu ZÁKLADY: Východisko: geomorfní systém: FUNKČNĚ PROPOJENÝ CELEK VŠECH PROCESŮ A TVARŮ, KTERÉ JSOU V NĚJAKÉM ÚZEMÍ VZÁJEMNĚ V ROVNOVÁZE PŘI STEJNOMĚRNÉM PRŮTOKU HMOTY. UZAVŘENÝ SYSTÉM Û OTEVŘENÝ SYSTÉM Model čistého krasu interpretuje kras jako otevřený geomorfní systém. (Rozdíl od Grundova modelu / Davisismus). 1: Idealizace. Předpokládá složení veškeré kontinentální zemské kůry z hornin schopných krasovění. 2: Realizace v přírodě je možná jen v limitech (přibližně holokras). Není merokras – jsou různé neúplné krasy. 3: Neúplné krasy jsou ve velké míře hierarchické. Materializace izolinárních podmínek většinou nedává neúplné krasy. France Šušteršič Geologie krasu List 3 Model čistého krasu OBECNÉ PODMÍNKY: 1: Musí být horninová hmota s určitou vstupní potenciální energií. 2: Matečná hornina musí být dostatečně samonosná, aby umožňovala vznik geomorfních tvarů. 3: Laterální změny horniny musí být odsunuty dostatečně daleko, aby nebyly v rozsahu (oblasti) pozorování vnímány. 4: Matečná hornina musí být stejnoměrně rozpustná do té míry, aby byly jiné podoby přechodu horniny do transportní fáze, kromě rozpouštění, zanedbatelné. SPLNĚNÍ PODMÍNEK 1 – 4 UMOŽŇUJE VZNIK KTERÝCHKOLIV GEOMORFNÍCH TVARŮ France Šušteršič Geologie krasu List 4 Model čistého krasu PODMÍNKY KRASOVĚNÍ PODZEMÍ: 5. Prvotní děravost horniny musí být stejnoměrná a spojitá. 6. Činnost sytému nesmí být znemožněna kvůli chybějící vodě, která by mohla pronikat. SPLNĚNÍ PODMÍNEK 1 – 6 UMOŽŇUJE VZNIK PODZEMNÍCH KRASOVÝCH TVARŮ. Teprve potom může pravděpodobnost povrchového / podpovr-chového pronikání výrazně poklesnout pod p » 1. (C. Smart, 1983) France Šušteršič Geologie krasu List 5 Model čistého krasu PODMÍNKY KRASOVĚNÍ POVRCHU: 7: Horninový masív musí být ze strany dostatečně otevřený, aby vznikl svislý systém odvodňování. 8: Úhel sklonu svahu povrchu musí být prvotně dostatečně malý, tak, že je povrchové odvodňování omezeno na základní buňku počátečné děravosti SPLNĚNÍ PODMÍNEK 1 – 8 UMOŽŇUJE VZNIK POVRCHOVÝCH KRASOVÝCH TVARŮ. Krasový povrch vytvoří souměrně čisté tvary v tom připadě, pokud je plně rozvinut podzemní kras (kanálový vodič). Povrch drenuje vylučně vertikalně, krasové podzemí je schopno odvést veškerou srážkovou (autochtonní) a doteklou (alochtonní) vodu Model čistého krasu je ideální příklad, se kterým srovnáváme konkrétní krasové tvary. Způsob Medelejevův. France Šušteršič Geologie krasu List 6 Krasové horniny Zvětrávání je omezeno co do rozpadu Hornina přechází do roztoku frontálně, bez ohledu na strukturu, takže nenastane Zogovićevův efekt. VE SKUTEČNOSTI TO ZNAMENÁ: - že je hornina rozpustná beze zbytku, jehož částečky by z hlediska velikosti přesahovaly rozměry počátečních vodních cest; - že je regionálně postřehnutelně rozpustná mezi dvěma regionálními tektonickými událostmi. KRASOVÉ HORNINY: Magmatické: karbonatity Sedimentární: karbonáty (vápence, dolomity a jejich klastity) sulfáty halogenidy křemenné pískovce Metamorfované: krystalické vápence = mramory kvarcity Ruly a kyselé žilné horniny: krasovění je diskutabilní France Šušteršič Geologie krasu List 7 Minerály krasových hornin Hornina přechází do roztoku frontálně, bez ohledu na strukturu, takže nenastane Zogovićevův efekt. PODSTATNÉ: V hornině plně převládají (zpravidla jen v ní) a rozhodují o jeji „krasovosti“. Pokud je jich velmi málo, je krasovění omezeno, nebo není hornina vůbec schopna krasovění. kalcit CaCO[3] dolomit CaMg(CO[3])[2][ ] primární počátečně diagenetické pozdně diagenetické Karbonáty tvoří 12% (karbonáty 7-10%)zemských pevnin (souše) anhydrit CaSO[4] sádrovec CaSO[4].2H[2]O halit NaCl (křemen) SiO[2] MÉNĚ VÝZNAMNÉ: magnezit, polyhalit, sylvín HLAVNĺ nejsou definovány Poznámka: Dělení do skupin není tak jasné, jako u minerálů mag-matických hornin. Podstatné (zá-kladní) a akcesorické (přídatné) minerály se nacházejí primárně v matečné hornině. AKCESORICKÉ (PŘÍDATNÉ): ankerit křemen hydroxidy železa a hliníku slídy jílové minerály živce těžké minerály pyrit a jiné sulfidy France Šušteršič Geologie krasu List 8 Minerály krasových hornin SEKUNDÁRNÍ (DRUHOTNÉ) MINERÁLY: Minerály sedimentů v krasových dutinách. Podle původu je dělíme na: Autochtonní: Vznikají z komponent libovolného původu ve specificky jeskynních podmínkách. Látka pochází z matečné horniny, avšak v jeskyni kvůli jiným podminkám krystalizuje odlišně nežli na místě vzniku. Paraautochtonní: Jsou přesedimentované z matečné horniny. Může být každý hlavní nebo akcesorický minerál, který může krystalizovat ze studené vody, nebo vůbec není rozpustný. Alochtonní: Které ponorná voda vnesla do podzemí a s krasem nemusí mít nic společného. Může být kterýkoliv minerál, který je dostatečně odolný vůči vodnímu nebo větrnému (eolickému) transportu. NEJDŮLEŽITĚJŠÍ DRUHOTNÉ MINERÁLY Autochtonní: aragonit CaCO[3] sádrovec CaSO[4].2H[2]O (opál) SiO[2] Paraautochtonní: kalcit CaCO[3] halit NaCl ankerit (Mg,Fe)CO[3] [ ] France Šušteršič Geologie krasu List 9 SPELEOGENETICKÝ PROSTOR DEFINICE: Speleogenetický prostor: je ta část horninového masívu, ve kterém se mohou rozvíjet nebo již rozvíjejí krasové otvory. Krasový otvor: je prvek krasového vodiče. To je zvláštní deformace puklinatosti, kdy se obnoví pozitivně zvratný (zpětný) proces, že iniciální struktury přerostou v kanály. Poznámka: Krasový otvor je obecný výraz, který definujeme jako pomocný jen dočasně (provizorně). Později budeme při systematické analýze krasového podzemí definovat více přesné pojmy, výrazy. SPELEOGENETICKÝ PROSTOR může být: neaktivován: Agresivní podzemní voda ještě do něj nepronikla aktivován: Agresivní podzemní voda do něj pronikla a může se hromadit. Vznikají krasové kanály, utváří se krasové propustě. deaktivován: Všechny potenciální vodní cesty (bez ohledu na původ) jsou zaplněny sedimenty, agresivní podzemní voda do něj nemůže proniknout . eliminován: Agresivní podzemní voda již do něj nemá přístup. zničen: Denudace odnesla veškerou hmotu krasových hornin. “Základní podminkou pro vznik jeskyní je, že podzemní voda rozpouští matečnou horninu rychleji, nežli by denudace odstranila veškerou hmotu” (A.N. Palmer, 2002) Poznámka: Hmota z nejčistší krasové horniny ještě není speleogenetický prostor, pokud v něm nejsou alespoň minimální primární vodni cesty (podzemní voda do něj nemůže proniknout). France Šušteršič Geologie krasu List 10 SPELEOGENETICKÝ PROSTOR HORNINOVÁ KONTROLA: Strukturní vlastnosti horniny určují, kde vznikne krasový kanál. 1. Mezivrstevní spáry a jiné sedimentární textury. 2. Zlomy a pokryvné struktury. 3. Pukliny. 4. Poškození kvůli mezivrstevním pohybům. 5. Otevřenost mezivrstevních spár v důsledku mezivrstevních pohybů. 6. Speleogenní struktury. Litologické vlastnosti horniny určují, jakým způsobem se vyvíjí krasový kanál. 1. Čistota horniny 2. Zrnitost 3. Struktura 4. Porozita 5. Mechanická pevnost