11.14: Карстова топографія
- Page ID
- 36468
ВСТУП
У всьому світі карстові ландшафти варіюються від пагорбів, усіяних воронками, як це зустрічається на ділянках центральної частини Сполучених Штатів, до зубчастих пагорбів і вершин карсту, знайдених в тропіках. Розвиток всіх карстових форм рельєфу вимагає наявності гірської породи, яка здатна розчинятися поверхневими або грунтовими водами.
Термін карст описує відмінну топографію, яка вказує на розчинення (також називається хімічним розчином) підстилаючих розчинних порід поверхневими водами або грунтовими водами. Хоча зазвичай пов'язані з карбонатними породами (вапняком та доломітом) інші добре розчинні породи, такі як випаровування (гіпс та кам'яна сіль), можуть бути виліплені в карстову місцевість.
Розуміння печер і карсту важливо, оскільки десять відсотків земної поверхні зайняті карстовим ландшафтом і цілих чверть населення планети залежить від води, що постачається з карстових районів. Хоча найбільш поширений у вологих регіонах, де присутня карбонатна скеля, карстова місцевість зустрічається у помірному, тропічному, альпійському та полярному середовищах. Карстові особливості варіюються в масштабі від мікроскопічних (хімічних опадів) до цілих дренажних систем та екосистем, які охоплюють сотні квадратних миль, і широкі карстові плато.
Хоча карстові процеси ліплять прекрасні ландшафти, карстові системи дуже вразливі до забруднення ґрунтових вод через відносно швидку швидкість потоку води та відсутність природної системи фільтрації. Це ставить місцеві запаси питної води під загрозу забруднення. У середині 1980-х років затоплення печер у густонаселеному районі Боулінг-Грін, штат Кентуккі, призвело до витікання промислових відходів у величезну систему підземних тріщин, що забруднюють ґрунтові води в місцевих свердловинях. У зв'язку з міською експансією мільйони доларів щорічно витрачаються в США на ремонт пошкоджень доріг, будівель та інших споруд, які будуються на нестійких карстових поверхнях.
КАРСТОВА ТОПОГРАФІЯ
Ступінь розвитку карстових форм рельєфу сильно варіюється від регіону до регіону. Великі дренажні системи в карстових районах, швидше за все, мають як ріжучі (поверхневі), так і карстові (підземні) дренажні компоненти. Як зазначено у вступі, термін карст описує відмінну топографію, яка вказує на розчинення підстилаючих порід поверхневими водами або грунтовими водами.
Вода падає як дощ або сніг і просочується в грунт. Вода стає слабокислою, оскільки хімічно реагує з вуглекислим газом, який природним чином виникає в атмосфері та грунті. Ця кислота називається вугільною кислотою і є тією ж сполукою, яка робить газовані напої смак гострим. Дощова вода просочується вниз через грунт і через переломи в скелі, реагуючи на силу тяжіння. Вугільна кислота в рухомих грунтових водах розчиняє корінну породу уздовж поверхонь суглобів, переломів і площин залягання, в результаті утворюючи печерні ходи і каверни.
Вапняк є осадовою породою, що складається переважно з карбонату кальцію у вигляді мінералу кальциту. Дощова вода розчиняє вапняк наступною реакцією: кальцит+вугільна кислота = іони кальцію, розчинені в грунтових водах + іони бікарбонату, розчинені в грунтових водах.
Тріщини та стики, які з'єднуються між собою в грунті та корінній породі, дозволяють воді досягати зони під поверхнею землі, де всі переломи та порожнечі простору повністю заповнені (також відомі як насичені) водою. Цю багату водою зону називають насиченою зоною, а її верхню поверхню називають шаром води. Обсяг порожнечого простору (простору, заповненого повітрям або водою) в грунті або корінній породі називається пористістю. Чим більше частка пустот в заданому обсязі грунту або гірської породи, тим більше пористість. Коли ці порожнечі з'єднані між собою, вода або повітря (або інші рідини) можуть мігрувати з порожнечі в порожнечу. Таким чином, грунт або корінні породи, як кажуть, є проникними, оскільки рідини (повітря і вода) можуть легко переміщатися через них. Проникна порода робить хороший водоносний шар, гірський шар, який утримує і проводить воду. Якщо грунтові води, що протікають через підстилаючу проникну породу, є кислотними, а основна порода розчинна, може бути створений характерний тип рельєфу - карстовий рельєф.
У першій частині анімації показано еволюцію карстових форм рельєфу, створених вниз рухом води, що супроводжується розчиненням гірських порід і масовим транспортуванням відкладень у каналах потоку. У тропічних районах з густими масивними вапняками в ландшафті повністю домінує чудовий і самобутній ландшафт зубчастих пагорбів і вузьких ущелин. Рух розчину вздовж переломів і суглобів травлює корінну породу і залишає вапнякові блоки у вигляді ізольованих шпилів або вершин. Вершини варіюються від невеликих рис висотою в кілька дюймів до проміжних форм заввишки кілька футів до великих вершин висотою сотні футів. Окрім травлення вершин та залишкових пагорбів, листи проточної води рухаються вниз похилими поверхнями, створюючи різноманітні травлені поверхні. Наша комп'ютерна анімація показує домінуючі форми рельєфу, такі як вершини, конуси та вежі, які зазвичай зустрічаються в тропічному карстовому середовищі північного Пуерто-Ріко.
Наша паперова модель являє собою інший тип карстового ландшафту, що прокатки вапнякової рівнини, такі як знаходиться в південно-центральній частині Кентуккі, північній Флориді, і Хайленд Rim центрального Теннессі, де долін карст є домінуючою особливістю. Долінський карст - найбільш широко поширений вид карстового ландшафту. Ландшафт усіяний воронками (долінами), які можуть сильно відрізнятися за кількістю та розміром. Для рівнини Sinkhole в центрі Кентуккі є приблизно 5,4 воронки на квадратний кілометр над площею 153 квадратних кілометрів. Для північної Флориди є майже 8 воронок на квадратний кілометр над площею 427 квадратних кілометрів (Білий, 1988, таблиця 4.1, стор. 100).
Карстова топографія, в якій переважають воронки або долини, зазвичай має кілька чітких особливостей поверхні. Наша паперова модель показує особливості, зазвичай пов'язані з карстовою топографією. Вигрібні отвори (також відомі як доліни) - це поверхневі поглиблення, утворені або: 1) розчиненням корінної породи, що утворює чашеподібне поглиблення, або 2) обваленням неглибоких печер, які утворилися при розчиненні корінної породи. Ці воронки або неглибокі басейни можуть заповнюватися водоутворюючими озерами або ставками. Джерела - це місця, де грунтові води виходять на поверхню землі. Зникаючі потоки - це потоки, які різко закінчуються, протікаючи або просочуючись у землю. Зникаючі потоки є свідченням порушеного поверхневого дренажу і тим самим свідчать про наявність підземної дренажної системи. Входи в печеру - це природні отвори в землі, досить великі, щоб дозволити людині увійти. Печери можуть відображати складну підземну дренажну систему.
| Ім'я | Розташування | Відстань* |
|---|---|---|
| Мамонтова печера - система хребта Флінта | Кентуккі | 500 км |
| Печера коштовностей | Південна Дакота | 118 км |
| Вітряна печера | Південна Дакота | 73 км |
| Система отворів Friars | Західна Вірджинія | 68 км |
| Система печери Фішер Рідж | Кентуккі | 64 км |
| * Цифри округлені до найближчого кілометра |
ЩО МІСТЯТЬ ПЕЧЕРИ?
Переміщення води може транспортувати земляні матеріали в печери і через них фізично або хімічно. Печери містять цікаві особливості в результаті фізико-хімічних процесів, які їх утворюють. Серед цих особливостей можна виділити розбивні брили породи, утворені обваленням печерних стель. Також видно відкладення, що містять валуни, пісок, мул та глину, відкладену з води, що протікає в печерних проходах та каналах. Спелеогени - це нерегулярні або відмінні форми карбонатних порід, витравлені з основи шляхом крапель або проточної води. Спелеогени можуть утворюватися там, де корінна порода неоднорідна за хімічним складом. Отже, менш розчинна порода розчиняється повільніше, ніж сусідні більш розчинні породи через час. Менш розчинна скеля має тенденцію стояти в рельєфі і проектує від стін і стель печер.
Далеко від своїх входів печери зазвичай забезпечують відносно постійну температуру та вологість протягом тривалого періоду часу. Таким чином, печери забезпечують ідеальне середовище для хімічного осадження мінералів. Коли вода, навантажена розчиненим карбонатом, просочується в наповнений повітрям прохід печери, він може втратити надлишок вуглекислого газу в атмосферу печери, або сама вода може випаровуватися, змушуючи крапельну воду осаджувати вторинний карбонат або інші мінерали з розчину, створюючи печерні освіти або спелеотеми включаючи конусоподібні сталактити, сталагміти, флоустоун або ободний камінь або інші цікаві форми. Печери в карстових районах часто мають сталактити (бурулькоподібні маси хімічного вапняку), які звисають з стель печери і міцні сталагміти, що виступають з підлоги печери. Сталактити та сталагміти можуть бути довжиною від декількох дюймів до декількох футів. Іноді крапельна вода буде стікати по стінам і над підлогою печери, створюючи відкладення потокових каменів або ободків. Там, де крапельна вода просочується з суглоба, а потім капає по краях уступів, утворюються відкладення великої складності, відомі як драпірування. Колір крапельних каменів і проточних каменів походить від органічних і/або оксидних сполук заліза, принесених з поверхні, надаючи спелеотемам оранжево-коричневий колір або від присутності оксидів і гідроксидів заліза і марганцю, які надають спелеотемам глибокий коричневий або чорний колір.
ЩО ЖИВЕ ПІД ЗЕМЛЕЮ?
Деякі вчені цікавляться екологією печери і тим, як печерні тварини взаємодіють з печерними мікрокліматами. Тварини, знайдені в печерах, включають в себе все, починаючи від поверхневих тварин, таких як єноти, які іноді використовують печеру, до тварин, які пристосувалися виключно до життя в печері (троглобіти). Троглобіти не можуть вижити поза печерами. Сюди можуть входити такі різноманітні тварини, як безокі риби і раки, печерні жуки, плоскі черв'яки та інші незвичайні види комах. Багато з цих тварин втратили пігментацію тіла і мають білий або прозорий колір. Хоча печерне середовище здається стабільним, зміни можуть і відбуваються. Температура печери змінюється через рух повітря біля входів і температури води, що надходить в печеру. Насправді деякі печери мають власні погодні системи, які створюють вітер через різницю температур і тиску між вхідними та внутрішніми проходами.
Багато тварин, такі як кажани, печерні цвіркуни та пацюки, регулярно відвідують, вирощують молодняка або зимують у печерах. Цих тварин називають троглоксенами. Печери можуть підтримувати велику кількість різних видів кажанів. Кажани можуть бути одними з найбільш корисних тварин для людей та екосистеми як комахоїди та запилювачі рослин. Маленька коричнева кажан може з'їсти 600 комарів за годину, виконуючи, таким чином, роботу «природного інсектициду», допомагаючи боротися з шкідниками сільськогосподарських культур та іншими комахами. Система хребта печери-Флінта Мамонта в Кентуккі, яка є найширшою печерною системою у світі, має біорізноманіття 43 ссавців, 15 плазунів, 19 земноводних та 3 риб. У 1981 році Організація Об'єднаних Націй призначила Національний парк Печера Мамонта об'єктом Всесвітньої спадщини. Перейдіть за цим посиланням для чудового резюме району печери Мамонта та інших печер, знайдених у системі національних парків США.
У 1988 році Сполучені Штати прийняли Федеральний закон про захист ресурсів печери, який зберігає і захищає всі значні печери, знайдені на федеральній землі для майбутніх поколінь американців.
ЩО В НЬОМУ ДЛЯ МЕНЕ?
Знання того, де знаходяться карстові особливості, може допомогти місту та містобудівникам, а також окремим землевласникам приймати рішення про те, де будувати будинки та інші споруди. Ця інформація могла б заощадити міста тисячі доларів на ремонті будівель, які побудовані на нестабільній карстовій місцевості.
Карстові джерела постачають питною водою мільйони людей. Знання карстової місцевості та переміщення води в підземних дренажних системах важливо для підтримки якісної та безпечної питної води. Забруднення грунтових вод є основною проблемою в карстовій місцевості.
Печери надають місце для відпочинку. Хоча більшість печер, розташованих в національних парках, охороняються, є понад 200 комерційних шоу печер по всій країні, які відкриті для громадськості. Рекреаційна спелеологія стала популярним хобі. Національне спелеологічне товариство налічує близько 20 000 активних філій по всій країні.
Родовища, що збереглися в печерах, можуть розповісти геологам про минулий клімат Скам'янілості та артефакти, знайдені в печерах, допомагають геологам та археологам розгадати передісторію місцевості.
Печери підтримують унікальне співтовариство бактерій, грибів і тварин, не помічених на поверхні Землі.
ПИТАННЯ
- Чому часто буває вітер в гирлі печери?
- Чи утворюються великі печери в сухих середовищах над рівнем ґрунту води?
- Чи утворюються такі риси крапельного каменю, як сталактити та сталагміти, у печерах, які знаходяться нижче або над рівнем ґрунту води? Чому чи чому ні?
- Чи завжди рівень рівня рівня води?
- Чи повинна людина досліджувати печеру поодинці?
- Чи варто людині будувати будинок біля вигрібної ями?
- Чи повинен людина збирати сталактити і сталагміти?
- Чи повинна людина збирати печерних тварин?
РЕФЛЕКСІЯ ПИТАННЯ
- Яку майстерність допомагає вам розвивати цей вміст?
- Які ключові теми висвітлюються в цьому контенті?
- Як зміст цього розділу може допомогти вам продемонструвати майстерність певної майстерності?
- Які питання у вас щодо цього вмісту?