Karsologie Jiří Faimon rozsah 2/0 3 kredity Jeskynní výplně Karsologie I Studie jeskynních výplní/sedimentů: fyzikální/chemický záznam paleologických dat Jeskyně - unikátní neporušený archiv geologických, biologických, a antropologických paleo-informací Informace: •paleoklima (klimatické změny) •paleohydrology •krasová geologie •sedimentologie Příležitostná studia (case-studies) po celém světě •aplikace vhodných technik •limity metod, interpretace Jeskynní sedimenty extrémně různorodé: •chemogenní sedimenty (sekundární minerály) •klastické sedimenty (alogenní/alochtonní a autochtonní/autogenní) Karsologie I •Rozdělení sedimentů podle původu •alochtonní (transportované z nekrasových oblastí) –klastické (sedimentační profil, provenience, datování, rekonstrukce vývoje krasu…) –organické (přírodní, antropogenní, znečištění - environmentální problém) – •autochtonní (mající původ v jeskyni) –klastické (řícení, eroze) –chemogenní (srážení kalcitu/aragonitu - speleotémy) Karsologie I Karsologie I Rozdělení klastických jeskynních sedimentů podle míst uložení a mechanismu transportu I. Uloženiny vstupních partií jeskyní •povrchový materiál -Eroze půdy deštěm -Suť ze svahů -Částice prachu nesené větrem •Kosti zvířat -zahynuly v jeskyni -byly přineseny predátory •Artefakty osídlení •Důležité archeologické objevy Karsologie I II. Fluviální sedimenty uložené aktivním tokem (proudící vodou) •Tok eroduje nerozpustné horniny vně/uvnitř jeskyní a nese je do jeskyně/transportuje jeskyní •Při povodních transport velmi hrubého sedimentu (štěrk, balvany) •Sediment může být (1) transportován jeskyněmi (2) uložen Rozhoduje -rychlost vody -rozměry klastů -geometrie jeskyně •Extrémně dlouhá doba -zaoblené klasty -vývoj speleotém na polohách sedimentu Karsologie I III. Uloženiny ze sloupce vody •ukládání jemného materiálu (typicky jíly) ze suspenze -přinesený povodňovými pulzy -přinesený z vyšších pater systému •velmi tenké vrstvy (laminy) •reprezentují každou periodu sedimentace •možná gradace (hrubší zrna na bázi, jemnější nahoře vrstvy) •„blokování vstupu do jeskyně“ - typické ukládání jemného materiálu IV. Guano (trus, exkrementy) •nejběžnější organický sediment v jeskyni •typický produkt netopýrů •hnízdiště: velké mocnosti guana •zdroj fosfátů Karsologie I V. Reakční kůry (Reaction Rims) •reakce sedimentů s vápencovým okolím •rozhraní mezi sedimenty a vápenci •střídání světlých a tmavých vrstev •roztoky bohaté fosfáty (odvozené z guana) reagují s vápenci Karsologie I Alochtonní klastický sediment Sloupsko-Šošůvské jeskyně, Moravský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Alochtonní klastický sediment Sloupsko-Šošůvské jeskyně, Moravský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Alochtonní klastický sediment Sloupsko-Šošůvské jeskyně, Moravský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Alochtonní klastický sediment Sloupsko-Šošůvské jeskyně, Moravský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Alochtonní klastický sediment Bozkovské jeskyně, Český kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Jeskynní hlíny – alochtonní(?) autochtonní(?) sediment Sloupsko-Šošůvské jeskyně, Moravský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Jeskynní hlíny Sloupsko-Šošůvské jeskyně, Moravský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Jeskynní jíly Sloupsko-Šošůvské jeskyně, Moravský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Alochtonní organický detrit – fosilizované kosti Foto: J. Štelcl Karsologie I •Chemogenní sedimenty - speleoémy (speleothems) •Vznik: precipitace sekundárních minerálů (kalcitu/aragonitu) z přesycených krasových/skapových vod •Stalaktity (stalactites) a záclony (draperies) –primární forma - brčka –růst ze stropu z visících kapek •Stalagmity (stalagmites) –růst pod stalaktity z dopadajících kapek •Náteky (flowstones) –podlahové sintry, náteky na stěnách –růst z filmu vody •Hrázky (rimstone dams, gours) –růst z mocnější vrstvy vody tekoucí po podlaze •Excentrické speleotémy/excentrika •Pisolity/jeskynní perly (ceva pearls) •nickamínek (moonmilk) forma engl. rozměr komentář speleotémy tvořené kapající/tekoucí vodou (dripstone, flowstone): stalaktit stalactite cm–m visící, centrální kanálek, kalcit, další minerály stalagmit stalagmite cm–m sloupcovitý, vrstevnatá struktura, bez kanálku, různé minerály (kalcit, sádrovec, oxidy, led) záclony drapery cm–m složené plochy, žádný kanálek, kapající/stékající voda, většinou kalcit podlahové sintry sintry na stěnách flowstone Xm–X0 m vrstvy formované z filmu tekoucí vody, různé minerály krusty crusts Xm–X0 m povlaky stěn, tekoucí/prosakující voda, sádrovec eratické formy, kontrolované krystalovým růstem: shield 10cm–5m diskovité objekty, kalcit heliktity helictite 1 – 20 cm zakřivené rádoby stalaktity, kalcit, aragonit botryoidal X cm korálovité útvary na jeskyních stěnách anthodite 1 – 20 cm rozbíhající se keříčkové chumáče jehlicových krystalů, ferritický růst, aragonit oulopholite 1 – 50 cm svazky různých „květinových tvarů“, sádrovec, epsomit, mirabelit nickamínek moonmilk – práškovitá/pastovitá hmota, kalcit, aragonit podvodní formy: hrázky rimstone dams Xm – X0 m přírodní „travertinové“ hráze v místech kaskádovitého toku vody po podlaze jeskyně konkrece concretions mm – cm vyšší sfericita, koncentricky vrstevnaté, hladké i členité povrchy, převážně kalcit (jeskynní perly) krystalické vrstvy crystal linings cm – m povlaky v jezírkách, kalcit Karsologie I Sintr na stropě jeskyně – kopíruje systém puklin Foto: J. Štelcl Punkevní jeskyně, Moravský kras Karsologie I Masívní sintry na stěnách a podlaze (podlahové sintry – flow-stones) Foto: J. Štelcl Punkevní jeskyně, Moravský kras Karsologie I Masívní sintry na stěnách a podlaze (podlahové sintry – flow-stones) Foto: J. Štelcl Karsologie I Masívní sintry na stěnách a podlaze (podlahové sintry – flow-stones) Foto: J. Štelcl Balcarka, Moravský kras Karsologie I Masívní sintry na stěnách a podlaze (podlahové sintry – flow-stones) Foto: J. Štelcl Balcarka, Moravský kras Karsologie I Drobné stropní duté stalaktity – brčka (straw-stalactites, soda straws) Foto: J. Štelcl Punkevní jeskyně, Moravský kras Karsologie I Foto: J. Štelcl Punkevní jeskyně, Moravský kras Drobné stropní duté stalaktity – brčka (straw-stalactites, soda straws) Karsologie I Foto: J. Štelcl Punkevní jeskyně, Moravský kras Drobné stropní duté stalaktity – brčka (straw-stalactites, soda straws) Karsologie I Jewel Cave http://www.cave-biology.org/gall/displayimage.php?album=17&pos=15 Drobné stropní duté stalaktity – brčka (straw-stalactites, soda straws) Karsologie I Easter Cave http://www.flickr.com/photos/spelio/ Drobné stropní duté stalaktity – brčka (straw-stalactites, soda straws) Karsologie I Gombasecká Jaskyňa Slovensko http://www.ssj.sk/jaskyne/spristupnene/gombasecka/fotogaleria/ Drobné stropní duté stalaktity – brčka (straw-stalactites, soda straws) Karsologie I Stalaktity (stalactites) Foto: J. Štelcl Važecká Jaskyňa, Slovenský kras Karsologie I Foto: J. Faimon Punkevní jeskyně, Moravský kras Stalaktit – stalagmit (stalactite – stalagmite) Karsologie I Foto: J. Faimon Punkevní jeskyně, Moravský kras Stalaktit – stalagmit (stalactite – stalagmite) Karsologie I Foto: J. Faimon Punkevní jeskyně, Moravský kras Stalagmity (stalagmites) Karsologie I Foto: J. Faimon Kateřinská jeskyně, Moravský kras Stalagmity (stalagmites) Carlsbad Caverns Karsologie I Stalagmity (stalagmites) Karsologie I Foto: J. Faimon Kateřinská jeskyně, Moravský kras Stalagmity (stalagmites) Karsologie I Foto: J. Faimon Punkevní jeskyně, Moravský kras Stalagmity (stalagmites) Karsologie I Foto: J. Faimon Kateřinská jeskyně, Moravský kras Stalagnáty (sloupy, columns, pillars) Karsologie I Foto: J. Faimon Kateřinská jeskyně, Moravský kras Stalagnáty (Columns, pillars) Karsologie I Foto: J. Faimon Kateřinská jeskyně, Moravský kras Stalagnáty (Columns, pillars) Karsologie I Foto: J. Faimon Kateřinská jeskyně, Moravský kras Stalagnáty (Columns, pillars) Karsologie I Stalagnáty (Columns, pillars) Postojnska Jama http://www.showcaves.com/images/Big/013-025.jpg Photo: Hermann Duckeck Karsologie I Záclony (draperies) Foto: J. Štelcl Karsologie I Záclony (draperies) Mercer cave, Murphys, California, USA Karsologie I Stone fall in Furong Cave, China Záclony (draperies) Karsologie I Hrázky (rimstone dams) Foto: J. Štelcl Punkevní jeskyně, Moravský kras Karsologie I Foto: J. Štelcl Punkevní jeskyně, Moravský kras Hrázky (rimstone dams) Karsologie I Excentrika Ochtínská jaskyňa, Slovenský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Excentrika Ochtínská jaskyňa, Slovenský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Excentrika Ochtínská jaskyňa, Slovenský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Excentrika Ochtínská jaskyňa, Slovenský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Excentrika Ochtínská jaskyňa, Slovenský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Excentrika Ochtínská jaskyňa, Slovenský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Excentrika Ochtínská jaskyňa, Slovenský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Excentrika Ochtínská jaskyňa, Slovenský kras Foto: J. Štelcl Karsologie I Jeskynní perly – cave pearls http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Cave_Pearls.JPG The Rookery, Carlsbad Caverns in Lower Cave Karsologie I http://www.23b.org/gallery/v/desert_dogs_0/The-Adventures-of-Cave-Doug/album113/album224/album05/DS C00087.jpg.html Dougs Caves in Sequoia National Park Jeskynní perly Jeskynní perly – cave pearls http://www.teara.govt.nz/TheBush/BushAndMountainRecreation/Caving/1/ENZ-Resources/Standard/3/3/en Karsologie I Honeycomb Hill Cave in the Ōpārara Valley, north of Karamea Jeskynní perly – cave pearls Karsologie I http://www.scavalon.be/webalbums/Pearls/slides/Scanx301.html dept. MEUSE (France) http://www.scavalon.be/webalbums/Pearls/slides/Scanx105.html Jeskynní perly – cave pearls Karsologie I http://www.flickr.com/photos/jason_winfrey/2145090688/ Jeskynní perly – cave pearls Karsologie I http://www.hongmeigui.net/photos/w90/w90-12.jpg Foto: Dave Loeffler Jeskynní perly – cave pearls Karsologie I http://www.summitpost.org/view_object.php?object_id=303588&context_id=247211 Jeskynní perly – cave pearls Karsologie I http://www.earlham.edu/~brizeja/caveformations.htm Luray and Endless Caverns in Virginia Jeskynní perly – cave pearls Karsologie I http://www.pbs.org/wgbh/nova/caves/jewe_01.html Boulder Falls Jeskynní perly – cave pearls Karsologie I Foto: Marcio Cabral http://www.pbase.com/marciocabral/image/40321552 Jeskynní perly – cave pearls http://dragonkaxxx.webovastranka.cz/image/1233/7361_Jeskynn%C3%AD_perly_.jpg Karsologie I Jeskynní perly – cave pearls Karsologie I Foto: Z. Buřival Brno – Tramvajová štola Jeskynní perly – cave pearls http://overtherainbowmom.blogspot.com/2008/03/cave-pearls.html Karsologie I Jeskynní perly – cave pearls Karsologie I Jeskynní perly – cave pearls Karsologie I Jenolan Caves - (Lucas cave) http://www.cave-biology.org/gall/displayimage.php?album=17&pos=38 Nickamínek (moonmilk) Karsologie I Moonmilk Cave, Mulu National Park http://pals87.blogspot.com/2007/04/5th-of-april-mulu-national-park.html Nickamínek (moonmilk) Karsologie I Mulu National Park http://pals87.blogspot.com/2007/04/5th-of-april-mulu-national-park.html Moonmilk Cave, Nickamínek (moonmilk) http://www.showcaves.com/images/Big/206-041.jpg Photo: Jochen Duckeck Nickamínek (moonmilk) Karsologie I Karsologie I • Rychlost růstu speleotém •Závislost na podmínkách, závislost na ročním období •Přímá měření - zpřístupněné jeskyně: •brčka 0.2 až 2 mm za rok •mrkvovité stalaktity < 0.1 až 3 mm za rok •stalagmity < 0.005 až 7 mm za rok •Z radimetrického datování: •mrkvovité stalaktity ve vlhkém prostředí až to 10 mm za rok •brčka několikrát rychleji •stalagmity < 1mm za rok (0.001 mm za rok v průměru). •Mocnost náteků se zvyšuje o několik řádů pomaleji, než odpovídá rychlosti růstu stalagmitů •Antropogenní prostředí (průsaky betonem) - až 3000 mm za rok (Caracas, Venezuela, de Bellard-Pietri 1981). Karsologie I •Růst speleotém je obecně řízený •morfologií povrchu a makroklimatem (určuje distribuci, množství a chemii prosakujících vod) •jeskynním mikroklimatem (je dán geometrií jeskyně, vlastnostmi vod, externím klimatem) • •Stavba brček (Moravský kras) •Brčka - duté stropní stalaktity •jsou základem růstu většiny stalaktitů •jsou dutá, vnitřním kanálkem je distribuována voda k ústí/špičce brčka •jejich vnější průměr (4-5 mm) je řízen rozměrem kapky (závisí na aktuálním povrchovém napětí vody a do jisté míry i rychlostí skapu) •mohou se vyskytovat v relativně vysoké hustotě na jednotkovou plochu stropu jeskyně, jindy se lámou a opadávají (vlastní váhou?) •jejich délka může dosahovat až několik metrů •Řez stěnou brčka - zřetelná zonální stavba. •Jedinou fází pozorovatelnou ve standardním optickém mikroskopu je kalcit Karsologie I Výbrus, procházející světlo (Faimon et al. 2000). Podélný řez stěnou brčka. Karsologie I •Tři vrstvy: •Vnější vrstva A (~ 0.1 mm) - extrémně jemnozrnný kalcitový agregát. Předpoklad: ukládání ze speleoaerosolů na monokrystalické stěně •Střední vrstva B (průměrná mocnost 0,6 mm, max. 1 mm) - nejstarší vrstva, primární „kostra“ brčka, Malý počet individuí (3 až 4 individua na 3-cm úsek brčka) - „monokrystalická vrstva“. Vnější povrch vrstvy (na rozhraní s vrstvou A) – hladký a pravidelný, s kruhovým příčným řezem. Vnitřní povrch této vrstvy - značně členitý. Formování vrstvy B - kontinuálně z kapky na konci brčka (viz obr. 1) při nízkém přesycení •Vnitřní vrstva C je tvořena zrnitým agregátem kalcitu. Rozměry jednotlivých individuí - v intervalu 0,1-0,3 mm. Zrna jsou uspořádána chaoticky s různou orientací. Mocnost vrstvy C dosahuje lokálně až 1 mm. Vrstva není vyvinuta po celé délce brčka, místy zcela chybí, místy je reprezentována izolovanými individui kalcitu nebo drobnými seskupeními. Není rovnoměrně vyvinuta na stěně brčka. Evidentně mladší než s ní sousedící „monokrystalická“ vrstva B. Epizodní růst při výrazném přesycení skapových vod protékajících centrálním kanálkem brčka - nukleace velkého počtu kalcitových jedinců. Vrstva C se během růstu možná cyklicky vyvíjí: etapy růstu jsou střídány etapami rozpouštění. Karsologie I •Mechanická odolnost •Vnější agregátní vrstva A se díky své malé mocnosti nepodílí na mechanické odolnosti brčka. •„Monokrystalická“ vrstva B, přestože tvoří „kostru“ brčka, není mechanicky příliš odolná. Vzhledem k dokonalé štěpnosti kalcitu je monokrystal kalcitu velmi křehký. •Krystalický agregát tvořící stěnu C, složený z nahodile orientovaných a do sebe zapadajících kalcitových zrn, může pevnost stěny významně zvýšit. Karsologie I Karsologie I Karsologie I Karsologie I Karsologie I