Какими свойствами обладают сталактиты в пещере
Сталакти́ты (греч. Σταλακτίτης — «натёкший по капле») — хемогенные отложения в карстовых пещерах в виде образований, свешивающихся с потолка (сосульки, соломинки, гребёнки, бахромы и т. п.).
В узком смысле сталактитами называют кальцитовые натёчно-капельные образования, имеющие форму сосульки с внутренним питающим каналом («трубчатые сталактиты») или без такового. В широком смысле это могут быть как висящие на потолке натёчные образования разнообразных форм, так и образования в форме сосульки, но имеющие принципиально иной механизм возникновения (ледяные, глиняные, гипсовые, соляные, лавовые сталактиты).
Венгрия
Пещера Шоранш, Франция
На срезе сталактита видны канальцы, по которым стекает вода (пещера Сорек, Израиль).
Механизм образования[править | править код]
Вода, проникающая в пещеру, растворяет известняк в химической реакции:
CaCO3 + H2O + CO2 <=> Ca2+ + 2 HCO3-
При определённых условиях (разница в парциальном давлении углекислого газа в растворе и воздухе) реакция идёт в обратную сторону, и происходит отложение карбоната кальция — растут сталактиты. Происходит это весьма быстро, характерное время — десятки, сотни лет. Длина сталактитов в отдельных случаях достигает нескольких метров.
Средний темп роста составляет 0,13 мм (0,0051 дюйма) в год. Самыми быстрорастущими сталактитами являются те, которые образуются из-за постоянного поступления медленно капающей воды, богатой карбонатом кальция (CaCO3) и диоксидом углерода (CO2), который может расти на 3 мм (0,12 дюйма) в год.[1][2] Скорость каплеобразования должна быть достаточно медленной, чтобы позволить CO2 дегазировать из раствора в атмосферу пещеры, что приведет к отложению CaCO3 на сталактите. Слишком высокая скорость капель, и раствор, по-прежнему несущий большую часть CaCO3, падает на пол пещеры, где происходит дегазация, и CaCO3 откладывается в виде сталагмита.
Все известняковые сталактиты начинаются с одной минеральной капли воды. Когда капля падает, она откладывает тончайшее кольцо кальцита. Каждая последующая капля, которая образуется и падает, откладывает другое кольцо кальцита. В конце концов, эти кольца образуют очень узкую (диаметром от 4 до 5 мм) полую трубку, обычно известную как сталактит «содовая соломинка». Содовая соломинка может расти довольно долго, но она очень хрупкая. Если они засоряются обломками, вода начинает течь снаружи, откладывая больше кальцита и создавая более знакомый конусообразный сталактит.
При достаточном количестве карбоната кальция в растворе в месте падения капель с конца сталактита на полу пещеры вырастает встречное образование — сталагмит. В отличие от сталактитов, сталагмиты никогда не начинаются как полые «содовые соломинки». Со временем сталактит и сталагмит сливаются и образуют столбы карбоната кальция, колонну — сталагнат.
Образование сталактита, как правило, начинается на большой территории с несколькими путями для потока воды, богатой минералами. По мере того, как минералы растворяются в одном канале немного больше, чем в других конкурирующих каналах, доминирующий канал начинает забирать все больше доступной воды, что ускоряет ее рост, что в конечном итоге приводит к перекрытию всех других каналов. Это одна из причин, почему формации имеют тенденцию иметь минимальные расстояния друг от друга. Чем больше формация, тем больше межформационное расстояние.[1]
Лавовые сталактиты[править | править код]
Другой тип сталактита образуется в лавовых трубах, в то время как лава все еще активна внутри. [3] Механизм формирования заключается в осадке материала на потолках пещер, однако при образовании лавовых сталактитов образование происходит очень быстро всего за несколько часов, дней или недель, тогда как известняковые сталактиты могут занимать до тысяч лет. Основное отличие лавовых сталактитов в том, что, как только лава перестает течь, сталактиты также перестают расти. Это означает, что если разрушить сталактит, он никогда не вырастет снова.[4]
Подобно известняковым сталактитам, они могут оставлять на полу капли лавы, которые превращаются в сталагмиты из лавы, и в конечном итоге могут сливаться с соответствующим сталактитом, образуя столб.
Сталактиты “зубы акулы”[править | править код]
Сталактит “зубы акулы” широкий и сужающийся к концу. В самом начале он может выглядеть как небольшой кусочек лавы, свисающий с потолка, но затем растет за счет нарастания слоев. Последовательные потоки лавы поднимаются и опускаются в лавовой трубе, покрывая и перекрывая сталактит большим количеством материала. Они могут варьироваться от нескольких миллиметров до более метра в длину.[5]
Брызги сталактитов[править | править код]
При прохождении лавы через полости вещество будет выплескиваться на потолок и вытекать обратно вниз, превращаясь в сталактит. Этот тип пласта приводит к образованию сталактита очень неправильной формы, похожего на вытянутую ириску. Часто они могут быть другого цвета, чем оригинальная лава, которая образовала пещеру.[5]
Трубчатые лавовые сталактиты[править | править код]
Когда потолок лавовой трубки охлаждается, образуется оболочка, которая задерживает полурасплавленный материал внутри. Поглощённые газы заставляют лаву выдавливаться через небольшие отверстия, в результате чего образуются полые трубчатые сталактиты, аналогичные содовым соломинкам, образующимся в осадочных образованиях в пещерах с раствором.Самая длинная из известных – длиной почти 2 метра. Они распространены в гавайских лавовых трубах и часто связаны с капельным сталагмитом, который образуется ниже, когда вещество проникает через трубчатый сталактит и накапливается на полу под ним. Иногда трубчатая форма разрушается вблизи дистального конца, наиболее вероятно, когда давление выходящих газов снижается и все еще расплавленные участки сталактитов сдавливаются и охлаждаются. Часто эти трубчатые сталактиты приобретают искривленный червеобразный вид, поскольку кусочки лавы кристаллизуются и заставляют поток течь в разных направлениях. На эти трубчатые лавовые геликтиты могут также влиять воздушные потоки, проходящие через трубу и направленные против ветра.[5]
Ледяные сталактиты[править | править код]
Обычным сталактитом, обнаруживаемым во многих пещерах в сезон или круглый год, является ледяной сталактит, обычно называемый сосульками, особенно на поверхности. Просачивание воды с поверхности проникает в пещеру, и если температура ниже нуля, вода образует сталактиты. Образование также может быть появиться посредством замерзания водяного пара. Подобно лавовым сталактитам, ледяные сталактиты формируются очень быстро в течение нескольких часов или дней. Однако, в отличие от сталактитов лавы, они могут отрастать, пока есть вода и подходящая температура.[6]
Ледяные сталактиты также могут образовываться под морским льдом, когда соленая вода попадает в океанскую воду.
Ледяные сталактиты могут также образовывать соответствующие сталагмиты под ними, и они могут расти вместе, образуя ледяной столб.
Бетонные сталактиты[править | править код]
Сталактиты также могут образовываться на бетоне и на водопроводных трубах, где наблюдается медленная утечка, а также кальций, магний или другие ионы в водопроводной воде, хотя они там образуются гораздо быстрее, чем в естественной пещерной среде. Эти вторичные отложения, такие как сталактиты, сталагмиты, каменистые отложения и другие, которые извлекаются из извести, строительного раствора или другого известкового материала в бетоне вне «пещерной» среды, не могут быть классифицированы как «спелеотем» по определению. [2] Термин «кальтемит» используется для охвата вторичных отложений, которые имитируют формы и формы образования вне среды пещеры.[6]
Способ, которым сталактиты образуются на бетоне, обусловлен другой химией, чем те, которые естественным образом образуются в известняковых пещерах, и обусловлен присутствием оксида кальция в цементе. Бетон производится из заполнителя, песка и цемента. Когда в смесь добавляют воду, оксид кальция в цементе реагирует с водой с образованием гидроксида кальция (Ca(OH)2).
Со временем любая дождевая вода, которая проникает в трещины в твердом бетоне, будет переносить любой свободный гидроксид кальция в растворе к краю бетона. Сталактиты могут образовываться, когда раствор появляется на нижней стороне бетонной конструкции, где он подвешен в воздухе, например, на потолке или балке. Когда раствор вступает в контакт с воздухом на нижней стороне бетонной конструкции, происходит другая химическая реакция. Раствор реагирует с углекислым газом в воздухе и осаждает карбонат кальция. [7]
Когда этот раствор падает, он оставляет частицы карбоната кальция, и со временем они превращаются в сталактит. Обычно они имеют длину несколько сантиметров и диаметр приблизительно от 4 до 5 мм (от 0,16 до 0,20 дюйма).
Сталактит в форме соломки, который сформировался под бетонной конструкцией, может вырасти до 2 мм в день в длину, если скорость капель составляет приблизительно 11 минут между каплями. Изменения рН раствора выщелачивания могут способствовать дополнительным химическим реакциям, которые также могут влиять на скорость роста кальтемитового сталактита.[6]
Известные сталактиты[править | править код]
Белая камера в верхней пещере Джита-Грота в Ливане содержит известняковый сталактит 8,2 м, который доступен для посетителей и считается одним из самых длинных сталактитов в мире.
В Раритетной палате в Грута-Рей-ду-Мату (Сет-Лагоас, Минас-Жерайс, Бразилия) находится ещё один весьма длинный 20-метровый известняковый сталактит. Тем не менее, спелеологи часто встречали более длинные сталактиты во время исследовательских работ. Один из самых длинных сталактитов, доступный для широкой публики, находится в Поля Ионейне (Пещера Дулин), графство Клэр, Ирландия, в карстовом регионе, известном как Буррен. Примечательно и то, что сталактит удерживается секцией кальцита меньше чем 0,3 кв. метра. Сталактиты впервые упоминаются (хотя и не под этим названием) римским естествоиспытателем Плинием в тексте, который также упоминает сталагмиты и колонны и ссылается на их создание путем капания воды. Термин «сталактит» был придуман в 17 веке датским врачом Оле Вормом[8], который придумал латинское слово от греческого слова σταλακτός (stalaktos, «капающий») и греческого суффикса -ίτης (-ites, связанного с или принадлежат).[9]
- Сосульки
- Сталагмит
- Сталагнат
- Кораллит
- Геликтит
- Карст
Примечания[править | править код]
- ↑ Kramer, Stephen P.; Day, Kenrick L. Caves. — Carolrhoda Books, 1995. — С. 24. — ISBN 978-0-87614-447-3.
- ↑ 1 2 Hill, C A, and Forti, P. Cave Minerals of the World. — 1st & 2nd editions. — Huntsville, Alabama: National Speleological Society Inc, 1986, 1997.
- ↑ Baird, A. K. “Basaltic “stalactite” mineralogy and chemistry, Kilauea”. — Geological Society of America Bulletin, 1982. — С. 146–147.
- ↑ Larson, Charles. An Illustrated Glossary of Lava Tube Features. — Western Speleological Survey, 1993. — С. 56.
- ↑ 1 2 3 Bunnell, Dave. Caves of Fire: Inside America’s Lava Tubes. — 2008. — С. 124.
- ↑ 1 2 3 Smith, G K. Calcite straw stalactites growing from concrete structures. — Cave and Karst Science, 2016. — С. 4-10.
- ↑ Braund, Martin; Reiss, Jonathan. Learning Science Outside the Classroom, Routledge. — 2004. — С. 155–156. — ISBN 0-415-32116-6.
- ↑ Olao Worm. Museum Wormianum, Amsterdam. — 1655. — С. 50-52.
- ↑ Caves With The Longest Stalactite. — 2008-06-11.
Ссылки[править | править код]
- Занимательная спелеология. В. Н. Дублянский.
- Мальцев В. «Пещера судьбы, пещера мечты», 1997
Источник
Как образуются карстовые пещеры? Сталактиты и сталагмиты — что это такое? Основная порода крымских гор — известняк. Пронизанные трещинами скалы легко вбирают влагу. Сквозь них протекает вглубь горы дождевая и талая вода с растворенным углекислым газом. Это очень слабая угольная кислота взаимодействует с известняком (карбонатом кальция) переводит его в растворимое состояние (гидрокарбонат кальция), долгими тысячелетиями промывает и протачивает себе русло. Так образуется растущая обводненная пещера. Со временем подземная река может найти новую трещину и спустится ещё на один, на два, на три, а то и на все шесть этажей, как в Кизил-Кобе (Красных пещерах). Нижние «мокрые» пещеры продолжают расти, верхние сохраняют принятую форму.
Этапы образования карстовых пещер
- Дождевая и талая вода просачивается по капиллярам сквозь почву с горными породами, вбирает в себя углекислый газ. Мелкие ручейки по трещинам собираются в подземную речку.
- Вода (слабая угольная кислота) продолжает промывать себе русло. Известняк переходит в растворимое состояние и вымывается из скал, делая воду жесткой.
- В середине пещеры вода уходит в трещину, начинает создавать себе другое русло. В покинутой пещере (уже свободной от реки) растут сталактиты.
- Река промывает совсем новое русло. В пещере вырастают большие сталактиты.
Как образуются сталактиты?
Со сводов пещер капает жесткая вода. Это и преобразованные в каменных породах осадки, которые просочились с поверхности земли сквозь «крышу», и собственный пещерный конденсат. На поверхности камня проходит обратная реакция. Растворенный в воде гидрокарбонат кальция снова превращается в карбонат, отдавая углекислый газ. В быту подобный процесс ведёт к появлению налёта на ванных, накипи в кастрюлях и радиаторах.
Вначале на скале появляется колечко, затем растущая трубочка. Пока отверстие не засорилось, вода капает из него, и постепенно вырастает острая прямая каменная сосулька — сталактит. Если водоток хороший, если нет соседних каплей, сталактит будет одиночным и может вырасти большим. Там, где столетиями идёт постоянный дождик, нарастает целый лес сталактитов, обычно разной длины и толщины, иногда и разной окраски. Если капель совсем мелкая, могут появиться густые заросли «соломки» длиной более метра и толщиной в несколько миллиметров, прозрачной, сияющей в свете фонаря, словно изысканная подземная люстра.
Что такое сезонные кольца сталактитов?
Внешне они похожи на годичные кольца древесины. По ним тоже можно определить возраст, погодные условия во времена, отдаленные от нас на тысячи и даже на миллионы лет. Для этого определяют изотопный и химический состав нужного «кольца». Важно не ошибиться, Ведь колец так много!
Современный ионный масс-спектрометр позволяет отбирать пробы из слоев толщиной в одну сотую миллиметра — это соответствует точности анализа в один год.
Долго ли растут сталактиты?
Скорость роста пещерных сталактитов бывает очень разной. Это зависит от количества и состава стекающей с «потолка» воды, от температуры и влажности воздуха в пещере. Трудно даже говорить о каких-то средних величинах. В одних пещерах метровые сталактиты вырастают за тысячу лет, в других — за пять тысяч лет. Но в любом случае обломанная «каменная сосулька» — невосполнимый ущерб природе. След морального преступления — вроде убийства животного ради забавы.
Сталагмиты, сталагнаты и другие натечные образования
Какой ещё формы бывают натёчные образования в пещерах? В том месте, куда падает капля, сначала появляется пятнышко, затем бугорок из нерастворимых солей (в основном всё того же углекислого кальция). Бугорок растёт, превращается в каменный пенек — иногда заострённый, но чаще плоский или закругленный беспорядочным разбрызгиванием жесткой воды. Так образуется сталагмит. Обычно он крупнее, толще и крепче сталактита, потому что вода стекает по его стенкам и весь освободившийся карбонат идёт на строительство. И ещё потому, что сталактит рано или поздно обрывается под собственной тяжестью, а сталагмит — никогда.
Если движение воды не нарушено, сталактит срастается со сталагмитом. Образуется прочнейшая подземная колонна — сталагнат. Отныне ей не угрожает уже ничто, кроме землетрясений, поэтому сталагнаты могут разрастаться до гигантских размеров.
Стекая по наклонным сводам пещеры, жесткая вода оставляет за собой не пятнышки, а полоски карбоната кальция. Эти полоски растут в толщину и со временем превращаются в тонкие плоские паруса. Они бывают ровными и волнистыми, как края скатерти, могут покрыть всю стену до земли, а могут остаться в форме чебуреков, образовав «карниз» или «люстру», и дальше расти уже как обычные сталактиты. Всё зависит от движения прихотливой, своенравной, «ленивой» водяной капли, которая всегда выбирает себе путь самый лёгкий и самый выгодный. Обычно гребешки позванивают, если постучать по ним палочкой, поэтому обросшие гребешками стены называют ксилофонами или органами.
Самые интересные и необычные из карстовых натёков — геликтиты, или эксцентрики. Начиная расти как сталактиты, они странно и причудливо изгибаются. Иногда это бывают сталактиты второго порядка, они вырастают как ветви на стволе дерева. Почему же сталактиты начинают расти в стороны, словно друзы кристаллов, или даже закручиваются в спираль, превращаясь в геликтиты? Наука не даёт точного ответа. Механика и химизм роста геликтитов — явления пограничные между двумя формами: натёчной и кристаллической. Найдены геликтиты в пещерах «200 лет Симферополю», Мраморная, Нижний Баир.
Геликтиты образуются в местах, где воздух неподвижен; там переходит в твёрдое состояние всё тот же гидрокарбонат кальция, растворенный не в капающей со сводов воде, а во влаге воздуха.
Подземные водопады тоже оставляют после себя следы известняка. Он нарастает плотным природным слоем и останется украшением на десятки и сотни тысяч лет. Даже после того, как непутевая речка покинет верхние этажи пещеры, мы видим застывшие каменные водопады…
Капели и ручейки натекают в ванночки, по краям которых нарастает известняковый валик — гуровая плотина. В гуровых ванночках идёт своя жизнь: растут каменные «кувшинки» и «лотосы» с округлыми «бутонами» и лежащими в воде плоскими «листьями».
В некоторых ванночках созревает пещерный жемчуг. Это не драгоценный камень, но состав морских и пещерных жемчужин один и тот же. Принято считать, что упавшая в ванночку песчинка вращается водным потоком и постепенно обволакивается известняком (который в чистом виде прозрачен, как стекло). Но жемчужины образуются и в совсем тихих заводях…
Влажную, мягкую, бесформенную массу белого цвета, иногда с голубоватым оттенком, назвали лунным молоком. Это всё тот же углекислый кальций. Лунное молоко по-своему украшает пещеры, а высохшее, оно рассыпается при нажиме в тонкий порошок. Как образуется лунное молоко, истинная тайна карстовых пещер, — о том высказывают лишь маловразумительные предположения. Ничто в природе, кроме кальцита, не существует в таком состоянии. Лунное молоко бывает сухим и мокрым, жидким и плотным, вязким и текучим. В действительности это вещество ни твёрдое, ни жидкое, оно вообще непонятно какое… Ученые обходят эту тему, оставляя любителям экзотики чистое поле для размышлений и фантазии.
Арагонитовые кристаллы
Когда уходит вода, рост пещеры прекращается, но её внутреннее убранство продолжает обогащаться новыми украшениями. Влажность воздуха в глубоких каменных полостях приближается к 100%. Водяные пары насыщены ионами гидрокарбоната кальция, и на камнях (чаще вдоль трещин) вырастают кристаллы.
Причудливость, прихотливость фигур аэрозольной кристаллизации несравнима ни с какими натеками: созданные по законам микромира, они зависят от состава и концентрации ионов, от путей перемещения молекул воды, от правил построения кристаллических решеток со всеми их дополнениями и отклонениями. Арагонит — это твёрдая разновидность кальцита. Он образуется при достаточно низких температурах, чаще всего под землёй — в пещерах, рудных месторождениях, в холодных источниках.
В пещерах можно обнаружить мельчайшие кристаллы арагонита. Когда их много, они светятся в луче фонаря, словно небесные звёздочки. Иногда нарастают крупные остроугольные кристаллы, а рядом — мелкие, собранные в «веточки», в «пушинки», в «снежинки». Это могут быть остроиглые «ёжики», различных оттенков «процветшие» сталактиты, отдельные и собранные в соцветия «пещерные цветы» разной окраски и невообразимой формы.
Самые интересные и разнообразные подземные украшения вырастают в результате комбинированного действия жидкой воды и насыщенного ионами аэрозоля. Изящные антропоморфные статуэтки, зверушки, «волосатые Аго», «медузы» с бахромой «щупалец» по краям, «актинии»… Словом, готовь фотоаппарат, раскрывай блокнот, фантазируй! Но всё будет бедно, всё не то: мы простые смертные, а пещеры созданы её величеством Природой. Неравноценно.
Источник: Д. Тарасенко. Подземный Крым. — Симферополь: Н. Ореанда, 2016.
Источник