Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
О вторичных отложениях, полученных из бетона, извести или строительного раствора, за пределами пещерной среды, см. Calthemite .
Изображение, показывающее шесть наиболее распространенных образований с метками. Увеличьте для просмотра ярлыков.

Натечные ( / сек р я л я ə & thetas ; ɛ м / ; Древнегреческий : «пещера депозит»), или пещера образования , являются вторичными минеральными отложениями , образованными в пещере . Спелеотемы обычно образуются в пещерах с растворами известняка или доломита . Термин speleothem , введенный Муром (1952), [1] , происходит от греческого spēlaion «пещера» + théma «депозит». Обычное определение образования образований специально исключает вторичные месторождения полезных ископаемых в шахтах, туннелях и других искусственных сооружениях. [2] Хилл и Форти более кратко определили вторичные минералы:

«Вторичный» минерал - это минерал, который образуется в результате физико-химической реакции из первичного минерала в коренных породах или детрите и / или откладывается из-за уникального набора условий в пещере; т.е. окружающая среда пещеры повлияла на отложение минерала. [3]

Происхождение и состав [ править ]

Выявлено более 300 вариаций пещерных залежей полезных ископаемых. [4] Подавляющее большинство образований являются известковыми, состоят из карбоната кальция в форме кальцита или арагонита или сульфата кальция в форме гипса . Известковые образования образуются в результате реакций растворения карбонатов. [5] [6] [7] Дождевая вода в почвенной зоне реагирует с почвенным CO 2, образуя слабокислую воду посредством реакции:

Н 2 О + СО 2 → Н 2 СО 3

По мере того как вода с более низким pH проходит через коренную породу карбоната кальция от поверхности до потолка пещеры, она растворяет коренную породу посредством реакции:

CaCO 3 + H 2 CO 3 → Ca 2+ + 2 HCO 3 -

Когда раствор достигает пещеру, дегазации из - за снижение пещеры PCO 2 дисков осаждения СаСО 3 :

Ca 2+ + 2 HCO 3 - → CaCO 3 + H 2 O + CO 2

Со временем скопление этих осадков формирует сталагмиты , сталактиты и флоустоуны , которые составляют основные категории образований.

Кальтемиты, которые встречаются на бетонных структурах, созданы химическим составом, совершенно отличным от образования образований.

Типы и категории [ править ]

* A Сталактит * B Соломка из соды * C Сталагмиты * D Конический сталагмит * E Сталагнит или столбик * F Драпировка * G Драпировка * H Геликтиты * I Лунное молоко * J Бассейн для спекания, краевой камень * K Кристаллы кальцита * L Терраса для спекания * M Карст * N Водоем * O Щит * P Пещерные облака * Q Пещерный жемчуг * R Башенные конусы * S Камни-полки * T Навес Baldacchino * U Сталактит для бутылочек * V Конулит * W Flowstone * X Подносы * Y Плоты из кальцита * Z Пещерный попкорн или кораллоиды * AA Frostworks * AB Flowstone * AC Splattermite * AD Speleoseismites * AE Boxworks * AF ориентированный сталактит * AG обрушившийся щебень

Speleothems принимают различные формы, в зависимости от того, капает ли вода, просачивается, конденсируется, течет или образует пруды. Многие образования названы из-за их сходства с искусственными или природными объектами. Типы образований включают: [2]

  • Капельный камень - карбонат кальция в форме сталактитов или сталагмитов.
    • Сталактиты - это остроконечные подвески, свисающие с потолка пещеры, из которых они растут.
      • Соломинки из-под соды - это очень тонкие, но длинные сталактиты удлиненно-цилиндрической формы, а не обычные, более конические сталактиты.
      • Геликтиты - это сталактиты, у которых есть центральный канал с ветвистыми или спиралевидными выступами, которые, кажется, бросают вызов гравитации.
        • Включите формы, известные как ленточные геликтиты, пилы, стержни, бабочки, руки, кудрявые картофелины и «комки червей».
      • Люстры - это сложные группы потолочных украшений.
      • Ленточные сталактиты или просто «ленты» имеют соответствующую форму.
    • Сталагмиты - это «измельченные» аналоги сталактитов, часто тупые насыпи.
      • Сталагмиты метлы очень высокие и тонкие.
      • Сталагмиты тотемного столба также высокие и по форме напоминают своих тезок.
      • Сталагмиты из жареных яиц маленькие, обычно шире, чем высокие.
    • Столбцы образуются, когда встречаются сталактиты и сталагмиты или когда сталактиты достигают пола пещеры.
  • Flowstone похож на лист и встречается на полу и стенах пещер.
    • Драпировки или шторы представляют собой тонкие волнистые листы кальцита, свисающие вниз.
      • Бэкон - это драпировка с полосами разного цвета внутри листа.
    • Плотины из каменного камня , или канавы, возникают при ряби ручья и образуют барьеры, которые могут содержать воду.
    • Каменные водопады имитируют застывшие каскады
  • Пещерные кристаллы
    • Зубчатый лонжерон - это большие кристаллы кальцита, которые часто встречаются возле сезонных бассейнов.
    • Морозки - игольчатые наросты кальцита или арагонита.
    • Лунное молоко белое и сырное
    • Антодиты - это похожие на цветы кластеры кристаллов арагонита.
    • Криогенные кристаллы кальцита - это рыхлые зерна кальцита, обнаруженные на дне пещер, которые образуются в результате разделения растворенных веществ во время замерзания воды. [8]
  • Спелеогены (технически отличные от образований) - это образования в пещерах, которые образовались в результате удаления коренных пород, а не в качестве вторичных отложений. К ним относятся:
    • Столбы
    • Гребешки
    • Boneyard
    • Коробка
  • Другие
    • Пещерный попкорн , также известный как «кораллоиды» или «пещерный коралл», представляет собой небольшие узловатые скопления кальцита.
    • Пещерный жемчуг - это результат того, что вода капает сверху, из-за чего маленькие «затравочные» кристаллы так часто переворачиваются, что образуют почти идеальные сферы из карбоната кальция.
    • Снотиты представляют собой колонии преимущественно сероокисляющих бактерий и имеют консистенцию «соплей» или слизи [9]
    • Кальцитовые плоты - это тонкие скопления кальцита, которые появляются на поверхности пещерных бассейнов.
    • Hells Bells , особая форма образования, обнаруженная в сеноте Эль Сапоте на Юкатане, в форме затопленных колоколообразных форм.

Speleothems, состоящие из сульфатов, карбонатов, мирабилита или опала, встречаются в некоторых лавовых трубах . [10] Хотя сталактиты из лавы иногда похожи по внешнему виду на образования в пещерах, образованных растворением, они образуются в результате охлаждения остаточной лавы внутри лавовой трубки.

Также известны образования, образованные из соли, серы и других минералов.

Speleothems, состоящие из чистого карбоната кальция, имеют полупрозрачный белый цвет, но часто speleothems окрашены химическими веществами, такими как оксид железа , медь или оксид марганца , или могут быть коричневыми из-за включений грязи и ила.

Химия [ править ]

Многие факторы влияют на форму и цвет образований speleothem, включая скорость и направление просачивания воды, количество кислоты в воде, температуру и влажность пещеры, воздушные потоки, наземный климат, количество годовых осадков и густота растительного покрова. Большая часть химии пещер вращается вокруг карбоната кальция (CaCO 3 ), основного минерала в известняке и доломите . Это малорастворимый минерал, растворимость которого увеличивается с введением диоксида углерода (CO 2). Парадоксально, что его растворимость уменьшается с повышением температуры, в отличие от подавляющего большинства растворенных твердых веществ. Это уменьшение происходит из-за взаимодействия с диоксидом углерода, растворимость которого снижается при повышении температуры; по мере высвобождения диоксида углерода карбонат кальция осаждается.

Большинство других пещер с растворами, которые не состоят из известняка или доломита, состоят из гипса (сульфата кальция), растворимость которого положительно коррелирует с температурой.

Как климатические посредники [ править ]

Speleothems изучаются как климатические прокси, потому что их расположение в среде пещер и закономерности роста позволяют использовать их в качестве архивов для нескольких климатических переменных. Основными измеряемыми примерами являются изотопы кислорода и углерода и следовые катионы . Эти индикаторы, сами по себе и в сочетании с другими данными о климате, могут дать ключ к разгадке прошлых изменений количества осадков, температуры и растительности за последние ~ 500 000 лет. [11]

Особая сила образований в этом отношении заключается в их уникальной способности точно датировать большую часть позднего четвертичного периода с использованием уран-ториевого метода датирования . [12] Стабильные изотопы кислорода ( δ 18 O ) и углерода ( δ 13 C ) хорошо регистрируются в образовании образования, что дает данные с высоким разрешением, которые могут показать годовые изменения температуры (изотопы кислорода в основном отражают температуру осадков) и осадков (изотопы углерода в первую очередь отражают состав растений C3 / C4 и продуктивность растений, но интерпретация часто бывает сложной). [13] [14] Путем отбора проб на датированном разрезе образования эти изотопные значения и скорости роста образований обеспечивают палеоклиматические записи, аналогичные данным по кернам льда . Изменения в количестве осадков изменяют ширину образования нового кольца, где образование тесного кольца показывает небольшое количество осадков, а более широкое расстояние показывает более сильные осадки. [15]

Геометрический способ роста сталагмитов, который варьируется в зависимости от высоты, с которой падает вода, и скорости потока, также используется в палеоклиматических приложениях. Более слабые потоки и короткие расстояния перемещения образуют более узкие сталагмиты, в то время как более тяжелый поток и большее расстояние падения имеют тенденцию формировать более широкие. [11] Кроме того, было показано, что подсчет капель и анализ микроэлементов на самих каплях воды позволяет регистрировать краткосрочные изменения климата с высоким разрешением, такие как условия засухи, связанные с климатическими явлениями Эль-Ниньо – Южное колебание (ENSO). . [16]

Недавний метод заключается в использовании компьютерной томографии неповрежденных образцов для анализа плотности, когда более плотное образование образований указывает на более высокую доступность влаги. [17]

Абсолютное свидание [ править ]

Основная статья: Абсолютное свидание

Другой метод датирования с использованием электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), также известного как электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), основан на измерении электронно-дырочных центров, накапливаемых со временем в кристаллической решетке СаСО 3 под действием естественного излучения. В принципе, в более благоприятных случаях и при допущении некоторых упрощающих гипотез, возраст образования может быть получен из общей дозы радиации, накопленной образцом, и годовой мощности дозы, которой оно подверглось. К сожалению, не все образцы подходят для датирования ЭПР: действительно, наличие катионных примесей, таких как Mn 2+ , Fe 2+ или Fe 3+., а гуминовые кислоты (органические вещества) могут маскировать интересующий сигнал или мешать ему. Более того, радиационные центры должны быть стабильными по геологическому времени, то есть иметь очень большой срок службы, чтобы датирование стало возможным. Многие другие артефакты, такие как, например, поверхностные дефекты, вызванные измельчением образца, также могут помешать правильному датированию. Лишь несколько процентов протестированных образцов действительно подходят для датирования. Это часто разочаровывает экспериментаторов. Одной из основных проблем метода является правильная идентификация радиационно-индуцированных центров и их большое разнообразие, связанное с природой и переменной концентрацией примесей, присутствующих в кристаллической решетке образца. Датирование ESR может быть непростым делом, и его нужно применять с осторожностью. Его нельзя использовать в одиночку: "Только одна дата не является датой », или, другими словами,« для абсолютного датирования необходимы несколько строк доказательств и несколько строк рассуждений ». Однако« хорошие образцы »могут быть найдены, если будут соблюдены все критерии выбора.[18]

Кальтемиты: вторичные отложения, не образовавшиеся в пещерах [ править ]

Вторичные отложения, полученные из бетона , извести , строительного раствора или известкового материала, обнаруженные на искусственных конструкциях за пределами пещерной среды или в искусственных пещерах (например, шахтах и туннелях ), могут имитировать формы и формы образований [2], но классифицируются как кальтемиты . [19] Возникновение calthemites часто связана с конкретной деградации , [20] , но также может быть связано с выщелачиванием извести, строительного раствора или другого известкового материала (например , известняка и доломита ).[19] Несмотря на похожую внешность, «кальтемиты» (созданные за пределами пещерной среды) не считаются «образованными внутри пещерной среды», и наоборот, согласно их определениям. [1] [2] [19]

Галерея [ править ]

  • Различные образования в Зале Горных Королей, Огоф Крейг а Ффиннон , Южный Уэльс , Великобритания .

  • Сталактиты и колонны в пещерах Natural Bridge , штат Техас .

  • Другие образования в пещерах Natural Bridge Caverns , штат Техас .

  • Формирование занавеса пещеры в пещерах Мраморная арка , графство Фермана , Северная Ирландия .

  • Калифорнийские пещеры , округ Калаверас, Калифорния; одна из многих пещер, расположенных в предгорьях Сьерры в Калифорнии.

  • Сталагнаты (колонны) в пещере Бисеруйка , Добринь , остров Крк , Хорватия .

  • Различные образования в пещере Remouchamps, Aywaille , Бельгия .

  • Сталагнат (колонка) в пещере Ремушей, Айвайте , Бельгию .

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Мур, G W. (1952). «Speleothems - новый пещерный термин». Новости Национального Спелеологического Общества, Vol. 10 (6), с. 2.
  2. ^ a b c d Хилл, Калифорния, и Форти, П. (1997). Пещерные минералы мира, (2-е издание). [Хантсвилл, Алабама: Национальное спелеологическое общество Inc.] стр. 217, 225.
  3. Перейти ↑ Hill, CA, and Forti, P, (1997). Пещерные минералы мира, (2-е издание). [Хантсвилл, Алабама: Национальное спелеологическое общество Inc.] стр. 13
  4. ^ ONAC, Богдан; Форти, Паоло (2011). «Современное состояние и проблемы изучения пещерных минералов» . Studia Universitatis Babeş-Bolyai, Geologia . 56 (1): 33–42. DOI : 10.5038 / 1937-8602.56.1.4 . ISSN  1937-8602 .
  5. ^ Хенди, К. Х (1971-08-01). «Изотопная геохимия образований – I. Расчет влияния различных способов образования на изотопный состав образований и их применимость в качестве палеоклиматических индикаторов». Geochimica et Cosmochimica Acta . 35 (8): 801–824. Bibcode : 1971GeCoA..35..801H . DOI : 10.1016 / 0016-7037 (71) 90127-X .
  6. ^ Белый, Уильям (2012). "Микроструктура спелеотем / онтогенез спелеотем: обзор западных вкладов" . Международный журнал спелеологии . 41 (2): 329–358. DOI : 10.5038 / 1827-806x.41.2.18 . ISSN 0392-6672 . 
  7. ^ Белый, Уильям (2016-02-09). «Химия и карст» . Acta Carsologica . 44 (3). DOI : 10,3986 / ac.v44i3.1896 . ISSN 0583-6050 . 
  8. ↑ Зак Карел, Карел; Городской, Янв; Чилек Вацлав, Чилек; Герцман, Елена. «Криогенный пещерный кальцит из нескольких пещер Центральной Европы: возраст, изотопы углерода и кислорода и генетическая модель» . Научная сеть по спелеогенезу . Архивировано из оригинального 2 -го февраля 2016 года . Проверено 28 января 2016 .
  9. ^ Macalady, Джонс и Лион, 2008, Environmental Microbiology 9 (6): 1402-1414
  10. ^ Ларсон, Чарльз В. (1992) Номенклатура характеристик лавовых труб , Шестой международный симпозиум по вулканоспелеологии, Национальное спелеологическое общество, стр. 246. http://www.vulcanospeleology.org/sym06/ISV6x35.pdf
  11. ^ a b Fairchild, Ян Дж .; Смит, Клэр Л .; Бейкер, Энди; Фуллер, Лиза; Шпётль, Кристоф; Мэтти, Дэйв; Макдермотт, Фрэнк; EIMF (01.03.2006). «Модификация и сохранение сигналов окружающей среды в образовании» (PDF) . Обзоры наук о Земле . ISOtopes в реконструкции PALaeoenvironmental (ISOPAL). 75 (1–4): 105–153. Bibcode : 2006ESRv ... 75..105F . DOI : 10.1016 / j.earscirev.2005.08.003 .
  12. ^ Ричардс, Дэвид А .; Дорал, Джеффри А. (01.01.2003). "Уран-серия Хронология и экологические приложения Speleothems". Обзоры по минералогии и геохимии . 52 (1): 407–460. Bibcode : 2003RvMG ... 52..407R . DOI : 10.2113 / 0520407 . ISSN 1529-6466 . 
  13. ^ Макдермотт, Фрэнк (2004-04-01). «Реконструкция палеоклимата на основе стабильных изотопных вариаций образований: обзор». Обзоры четвертичной науки . Изотопы в четвертичной палеоэкологической реконструкции. 23 (7): 901–918. Bibcode : 2004QSRv ... 23..901M . CiteSeerX 10.1.1.325.452 . DOI : 10.1016 / j.quascirev.2003.06.021 . 
  14. ^ Ли, Чжэн-Хуа; Дризе, Стивен Дж .; Ченг, Хай (2014-04-01). «Множественная оценка пещерных отложений на пригодность изотопов образований для реконструкции палеорастительности и палеотемпературы». Седиментология . 61 (3): 749–766. DOI : 10.1111 / sed.12078 . ISSN 1365-3091 . 
  15. ^ «Изображение климата: чему мы можем научиться у пещер? | NOAA Climate.gov» . www.climate.gov . Проверено 29 апреля 2017 .
  16. ^ Макдональд, Джейнс; Дрисдейл, Рассел; Хилл, Дэвид (2004-11-01). «Эль-Ниньо 2002–2003 гг., Зарегистрированное в капельных водах австралийских пещер: последствия для реконструкции историй выпадения осадков с использованием сталагмитов» . Письма о геофизических исследованиях . 31 (22): L22202. Bibcode : 2004GeoRL..3122202M . DOI : 10.1029 / 2004gl020859 . ISSN 1944-8007 . 
  17. ^ Вальчак, Изабела В .; Балдини, Джеймс УЛ; Бальдини, Лиза М .; Макдермотт, Фрэнк; Марсден, Стюарт; Стэндиш, Кристофер Д .; Ричардс, Дэвид А .; Андрео, Бартоломе; Слейтер, Джонатан (01.11.2015). «Реконструкция климата с высоким разрешением с использованием компьютерной томографии неизученных сталагмитов: тематическое исследование, определяющее наступление средиземноморского климата на юге Иберии в середине голоцена». Обзоры четвертичной науки . Новые подходы к реконструкциям климата на основе образований и новые идеи. 127 : 117–128. Bibcode : 2015QSRv..127..117W . DOI : 10.1016 / j.quascirev.2015.06.013 .
  18. ^ Датирование ESR : Speleothems похожи на травертин по способу их образования и по составу, но есть различия. [1]
    • De Cannière, P .; Дебуйст Р .; Dejehet F .; Apers D .; Грюн Р. (1986). «Датирование ЭПР: исследование 210 геологических и синтетических образцов с полимерным покрытием». Ядерные треки и радиационные измерения . 11 (4–5): 211–220. DOI : 10.1016 / 1359-0189 (86) 90037-3 .
    • Грюн, Р. (1989). "Электронно-спиновый резонанс (ЭПР) датирование". Четвертичный интернационал . 1 (1): 65–109. Bibcode : 1989QuInt ... 1 ... 65G . DOI : 10.1016 / 1040-6182 (89) 90010-4 .
    • Грюн, Р. (1989). «ЭПР ранней Земли». Природа . 338 (6216): 543–544. Bibcode : 1989Natur.338..543G . DOI : 10.1038 / 338543a0 . S2CID  4276725 .
    • Hennig, GJ; Грюн Р. (1983). «Датирование ЭПР в четвертичной геологии». Обзоры четвертичной науки . 2 (2–3): 157–238. Bibcode : 1983QSRv .... 2..157H . DOI : 10.1016 / 0277-3791 (83) 90006-9 .
    • Икея, М. (1984). «Возрастное ограничение определения возраста карбонатных окаменелостей методом ЭПР». Naturwissenschaften . 71 (8): 421–423. Bibcode : 1984NW ..... 71..421I . DOI : 10.1007 / BF00365890 . S2CID  43241399 .
    • Йонас, М. (1997). «Концепции и методы датирования ЭПР». Радиационные измерения . 27 (5–6): 943–973. Bibcode : 1997RadM ... 27..943J . DOI : 10.1016 / S1350-4487 (97) 00202-3 .
    • Намби, КСВ; Айткин MJ (1986). «Коэффициенты пересчета годовой дозы для датирования TL и ESR». Археометрия . 28 (2): 202–205. DOI : 10.1111 / j.1475-4754.1986.tb00388.x .
    • Радтке, У .; Mangini A .; Грюн Р. (1985). «ЭПР датирование морских ископаемых раковин». Ядерные треки и радиационные измерения . 10 (4–6): 879–884. DOI : 10.1016 / 0735-245X (85) 90103-6 .
    • Радтке, У .; Грюн Р. (1988). «ЭПР-датирование кораллов». Обзоры четвертичной науки . 7 (3–4): 465–470. Bibcode : 1988QSRv .... 7..465R . DOI : 10.1016 / 0277-3791 (88) 90047-9 .
    • Ринк, WJ (1997). "Электронно-спиновый резонанс (ЭПР) датирование и приложения ЭПР в четвертичной науке и археометрии". Радиационные измерения . 27 (5–6): 975–1025. Bibcode : 1997RadM ... 27..975R . DOI : 10.1016 / S1350-4487 (97) 00219-9 .
    • Сато, Т. (1982). «ЭПР-датирование планктонных фораминифер». Природа . 300 (5892): 518–521. Bibcode : 1982Natur.300..518S . DOI : 10.1038 / 300518a0 . S2CID  4264798 .
    • Скиннер, AR (2000). «Датирование СОЭ: это все еще« экспериментальный »метод». Прикладное излучение и изотопы . 52 (5): 1311–1316. DOI : 10.1016 / S0969-8043 (00) 00089-0 . PMID  10836448 .
  19. ^ a b c Смит, GK, (2016). «Сталактиты из кальцитовой соломы, растущие из бетонных конструкций», Cave and Karst Science , Vol. 43, No. 1, pp. 4–10, (апрель 2016 г.), Британская ассоциация пещерных исследований, ISSN 1356-191X . 
  20. ^ Маклеод, Г. Холл, AJ и Fallick, AE (1990). «Прикладное минералогическое исследование разрушения бетона на крупном бетонном автомобильном мосту». Минералогический журнал , Том. 54, 637–644.
  • В.А.Мальцев, К.А.Сам. Пещерная система Купп-Кутунн, Туркменистан, СССР // Труды спелеологического общества Бристольского университета, 1992, том 19, с. 117–150.
  • Self, Charles A .; Хилл, Кэрол А. (2003). «Как растут образования: введение в онтогенез пещерных минералов» (PDF) . Журнал исследований пещер и карста . 65 (2): 130–151. ISSN  1090-6924 . Проверено 30 июня 2010 .
  • Виктор Александрович Слётов. Об онтогенезе кристалликтита и геликтитовых агрегатов кальцита и арагонита из карстовых пещер Южной Ферганы. Пещерная геология , т. 2, номер 4, март 1999 г., с. 197–207, Петербург, ПА

Внешние ссылки [ править ]

  • Виртуальная пещера: онлайн-справочник по образованиям
  • Минеральные агрегаты из карстовых пещер, образующиеся в растворах капиллярных пленок.
  • Галерея образований из программы NPS Cave and Karst