Speleothem - Speleothem

О вторичных отложениях, образованных из бетона, извести или строительного раствора, за пределами пещерной среды см. Кальтемит.

Изображение, показывающее шесть наиболее распространенных образований с метками. Увеличьте для просмотра ярлыков.

Speleothems (/ˈsпяляəθɛм/; Древнегреческий: "пещерное месторождение"), широко известное как пещерные образования, являются вторичными месторождениями полезных ископаемых, образовавшимися в пещера. Спелеотемы обычно образуются в известняк или же доломит растворенные пещеры. Термин «образование образования», впервые введенный Муром (1952),^[1] происходит от греческих слов spēlaion "пещера" + тема «депозит». Определение «образований» в большинстве публикаций специально исключает вторичные месторождения полезных ископаемых в шахтах, туннелях и других искусственных сооружениях.^[2] Хилл и Форти более кратко определили «вторичные минералы», которые создают образования в пещерах:

«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; То есть среда пещеры повлияла на отложение минерала.^[3]

Происхождение и состав

Выявлено более 300 вариаций пещерных залежей полезных ископаемых.^[4] Подавляющее большинство образований известковые, состоящие из карбонат кальция в виде кальцит или же арагонит, или же сульфат кальция в виде гипс. Известковые образования образуются в результате реакций растворения карбонатов.^[5][6][7] Дождевая вода в почвенной зоне реагирует с почвенным CO₂ для создания слабокислой воды посредством реакции:

ЧАС₂O + CO₂ → ЧАС₂CO₃

Поскольку нижний pH вода проходит через карбонат кальция коренная порода от поверхности до потолка пещеры, она растворяет коренную породу в результате реакции:

CaCO₃ + H₂CO₃ → Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻

Когда раствор достигает пещеры, дегазация из-за нижней пещеры pCO₂ диски осадки CaCO₃:

Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻ → CaCO₃ + H₂O + CO₂

Со временем скопления этих осадков образуют сталагмиты, сталактиты, и Flowstones, которые составляют основные категории образований.

Кальтемиты которые возникают на бетонных конструкциях, создаются химическим составом, совершенно отличным от образования.

Виды и категории

* 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 остроконечные подвески, свисающие с потолка пещеры, из которых они растут
    • Соломинки для газировки очень тонкие, но длинные сталактиты с удлиненной цилиндрической формой, а не с обычной более конической формой сталактитов
    • Геликтиты 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 представляют собой "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 возникает, 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 Rimstone, или канавы, возникают при ряби ручья и образуют барьеры, которые могут содержать воду
  • Каменные водопады имитируют застывшие каскады
• Пещерные кристаллы
  • Зубчатый лонжерон большие кристаллы кальцита, часто встречающиеся возле сезонных бассейнов
  • Мороз игольчатые наросты кальцита или арагонита
  • Лунное молоко белый и похожий на сыр
  • Anthodites похожие на цветы группы арагонит кристаллы
  • 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 образованы удалением коренных пород, а не вторичными отложениями. К ним относятся:
  • Столбы
  • Гребешки
  • Boneyard
  • Коробка
• Другие
  • Пещерный попкорн, также известные как «кораллоиды» или «пещерный коралл», представляют собой небольшие узловатые скопления кальцита.
  • Пещерный жемчуг являются результатом капель воды сверху, из-за чего маленькие «затравочные» кристаллы так часто переворачиваются, что образуют почти идеальные сферы карбоната кальция.
  • Снотиты представляют собой колонии преимущественно сероокисляющих бактерий и имеют консистенцию «соплей» или слизи^[9]
  • Кальцитовые плоты представляют собой тонкие скопления кальцита, которые появляются на поверхности пещерных бассейнов.
  • адские бубенцы, конкретное образование, обнаруженное в Эль Сапоте сенот из Юкатан в виде затопленных, колоколообразных форм

Speleothems из сульфатов, карбонатов, мирабилит или опал встречается в некоторых лавовые трубы.^[10] Хотя сталактиты из лавы иногда похожи по внешнему виду на образования в пещерах, образованные 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 же оксид марганца или может быть коричневым из-за включений грязи и ила.

Химия

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 карбонат кальция (CaCO₃), первичный минерал в известняк и доломит. Это слаборастворимый минерал, растворимость увеличивается с введением углекислый газ (CO₂). 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

Speleothems изучаются как климат прокси потому что их расположение в пещерах и закономерности роста позволяют использовать их в качестве архивов для нескольких климатических переменных. Основными измеряемыми примерами являются кислород и углерод. изотопы и проследить 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 - их уникальная способность точно датировать большую часть позднего периода. Четвертичный период с использованием уран-ториевое датирование техника.^[12] Стабильные изотопы кислорода (δ¹⁸О ) и углерод (δ¹³C ) хорошо регистрируются в образованиях, давая данные с высоким разрешением, которые могут показать годовые колебания 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 из ледяные керны. 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, подсчет количества капель и анализ микроэлементов на самих каплях воды, как было показано, позволяет регистрировать более краткосрочные изменения климата с высоким разрешением, такие как условия засухи, связанные с Эль-Ниньо – Южное колебание (ЭНСО) климатические явления.^[16]

Недавний метод - использование КТ сканирование на неповрежденных образцах для анализа плотности, где более плотное развитие образований указывает на более высокую доступность влаги.^[17]

Абсолютные знакомства

Основная статья: Абсолютные знакомства

Другой метод знакомств с использованием электронный спиновой резонанс (СОЭ) - также известный как электронный парамагнитный резонанс (EPR) - основан на измерении электронно-дырочный центры накапливаются со временем в кристаллической решетке CaCO₃ подвергается естественному облучению. 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 Mn²⁺, Fe²⁺, или Fe³⁺, 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, дефекты поверхности, вызванные измельчением образца, также могут препятствовать 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 никогда нельзя использовать отдельно: «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 соблюдены все критерии отбора.^[18]

Кальтемиты: вторичные отложения, не образовавшиеся в пещерах

Вторичные депозиты, полученные от конкретный, Лайм, ступка или известковый материал, найденный на искусственных конструкциях вне пещерной среды или в искусственных пещерах (например, шахты и туннели ), может имитировать формы и формы образований,^[2] но классифицируются как кальтемиты.^[19] Возникновение кальтемитов часто связывают с разрушение бетона,^[20] но также может быть связан с выщелачивание извести, строительного раствора или другого известкового материала (например, известняк и доломит ).^[19] Несмотря на схожую внешность, «кальтемиты» (созданные вне среды пещеры) не считаются «образованными образованиями» (созданными внутри среды пещеры), и наоборот, согласно их определениям.^[1][2][19]

Галерея

• 

  Различные образования в Зал горных королей, Огоф Крейг а Ффиннон, Южный Уэльс, Великобритания.

• 

  Сталактиты и колонны в Пещеры Natural Bridge, Техас.

• 

  Больше образований в Пещеры Natural Bridge, Техас.

• 

  Формирование занавеса пещеры в Пещеры с мраморной аркой, Графство Фермана, Северная Ирландия.

• 

  Калифорнийские пещеры, Округ Калаверас, Калифорния; одна из многих пещер, расположенных в Сьерра-предгорья Калифорнии.

• 

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

• 

  Различные образования в пещере Ремушам, Aywaille, Бельгия.

• 

  Застой (колонна) в пещере Ремушам, Aywaille, Бельгия.

Рекомендации

1. Мур, Дж. У. (1952). «Speleothems - новый пещерный термин». Новости Национального Спелеологического Общества, Vol. 10 (6), с. 2.
2. Хилл С.А. и Форти П. (1997). Пещерные минералы мира, (2-е издание). [Хантсвилл, Алабама: Национальное спелеологическое общество Inc.] стр. 217, 225.
3. Хилл С. А. и Форти П. (1997). Пещерные минералы мира, (2-е издание). [Хантсвилл, Алабама: Национальное спелеологическое общество Inc.] стр. 13
4. Онак, Богдан; Форти, Паоло (2011). «Современное состояние и проблемы изучения пещерных минералов». Studia Universitatis Babeş-Bolyai, Geologia. 56 (1): 33–42. Дои: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. Дои:10.1016 / 0016-7037 (71) 90127-Х.
6. Белый, Уильям (2012). "Микроструктура спелеотем / онтогенез спелеотем: обзор западных вкладов". Международный журнал спелеологии. 41 (2): 329–358. Дои:10.5038 / 1827-806x. 41.2.18. ISSN  0392-6672.
7. Белый, Уильям (2016-02-09). «Химия и карст». Acta Carsologica. 44 (3). Дои: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 оригинал 2 февраля 2016 г.. Получено 28 января 2016.
9. Macalady, Jones and Lyon, 2008, Экологическая микробиология 9 (6): 1402–1414.
10. Ларсон, Чарльз В. (1992) Номенклатура характеристик лавовых трубок, Шестой международный симпозиум по вулканоспелеологии, Национальное спелеологическое общество, стр. 246. http://www.vulcanospeleology.org/sym06/ISV6x35.pdf
11. Fairchild, Ян Дж .; Смит, Клэр Л .; Бейкер, Энди; Фуллер, Лиза; Шпётль, Кристоф; Мэтти, Дэйв; Макдермотт, Фрэнк; E.I.M.F. (2006-03-01). «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. Дои:10.1016 / j.earscirev.2005.08.003.
12. Ричардс, Дэвид А .; Дорал, Джеффри А. (01.01.2003). "Уран-серия Хронология и экологические приложения спелеотем". Обзоры по минералогии и геохимии. 52 (1): 407–460. Bibcode:2003РвМГ ... 52..407Р. Дои:10.2113/0520407. ISSN  1529-6466.
13. Макдермотт, Фрэнк (2004-04-01). «Реконструкция палеоклимата на основе стабильных изотопных вариаций образований: обзор». Четвертичные научные обзоры. Изотопы в четвертичной палеоэкологической реконструкции. 23 (7): 901–918. Bibcode:2004QSRv ... 23..901M. CiteSeerX  10.1.1.325.452. Дои: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. Дои:10.1111 / сед.12078. ISSN  1365-3091.
15. «Изображение климата: чему мы можем научиться у пещер? | NOAA Climate.gov». www.climate.gov. Получено 2017-04-29.
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. Дои:10.1029 / 2004gl020859. ISSN  1944-8007.
17. Вальчак, Изабела В .; Baldini, James U.L .; 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». Четвертичные научные обзоры. Новые подходы к реконструкциям климата на основе образований и новые идеи. 127: 117–128. Bibcode:2015QSRv..127..117W. Дои:10.1016 / j.quascirev.2015.06.013.
18. ESR знакомства: 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 СОЭ: исследование ²¹⁰Геологические и синтетические образцы с полимерным покрытием ". Ядерные треки и радиационные измерения. 11 (4–5): 211–220. Дои:10.1016/1359-0189(86)90037-3.
    • Грюн, Р. (1989). "Электронно-спиновый резонанс (ЭПР) датирование". Четвертичный международный. 1 (1): 65–109. Bibcode:1989 Количество ... 1 ... 65 г. Дои:10.1016/1040-6182(89)90010-4.
    • Грюн, Р. (1989). «Датирование ESR для ранней Земли». Природа. 338 (6216): 543–544. Bibcode:1989Натура.338..543Г. Дои:10.1038 / 338543a0. S2CID  4276725.
    • Hennig, G.J .; Грюн Р. (1983). «Датирование ЭПР в четвертичной геологии». Четвертичные научные обзоры. 2 (2–3): 157–238. Bibcode:1983QSRv .... 2..157H. Дои: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. Дои:10.1007 / BF00365890. S2CID  43241399.
    • Йонас, М. (1997). «Концепции и методы датирования ЭПР». Измерения радиации. 27 (5–6): 943–973. Bibcode:1997RadM ... 27..943J. Дои:10.1016 / S1350-4487 (97) 00202-3.
    • Nambi, K.S.V .; Айткин М.Дж. (1986). «Коэффициенты пересчета годовой дозы для датирования TL и ESR». Археометрия. 28 (2): 202–205. Дои: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. Дои:10.1016 / 0735-245X (85) 90103-6.
    • Радтке, У .; Грюн Р. (1988). «ЭПР-датирование кораллов». Четвертичные научные обзоры. 7 (3–4): 465–470. Bibcode:1988QSRv .... 7..465R. Дои:10.1016/0277-3791(88)90047-9.
    • Ринк, W.J. (1997). "Электронно-спиновый резонанс (ЭПР) датирование и приложения ЭПР в четвертичной науке и археометрии". Измерения радиации. 27 (5–6): 975–1025. Bibcode:1997RadM ... 27..975R. Дои:10.1016 / S1350-4487 (97) 00219-9.
    • Сато, Т. (1982). «ЭПР-датирование планктонных фораминифер». Природа. 300 (5892): 518–521. Bibcode:1982Натура. 300..518С. Дои:10.1038 / 300518a0. S2CID  4264798.
    • Скиннер, А. (2000). «Датирование СОЭ: это все еще« экспериментальный »метод». Прикладное излучение и изотопы. 52 (5): 1311–1316. Дои:10.1016 / S0969-8043 (00) 00089-0. PMID  10836448.
19. Смит, Г.К., (2016). «Сталактиты из кальцитовой соломы, растущие из бетонных конструкций», Наука о пещерах и карсте, Vol. 43, No. 1, pp. 4–10, (апрель 2016 г.), Британская ассоциация пещерных исследований, ISSN  1356–191X.
20. Маклауд, Г., Холл, А. Дж. И Фаллик, А. Э. (1990). «Прикладное минералогическое исследование разрушения бетона на крупном бетонном автомобильном мосту». Минералогический журнал, Vol. 54, 637–644.

• Мальцев В.А., Самостоятельная работа К.А. 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. Получено 2010-06-30.
• 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

внешняя ссылка

• Виртуальная пещера: онлайн-справочник по образованиям
• Минеральные агрегаты из карстовых пещер, образующиеся в растворах капиллярных пленок.
• Галерея образований из NPS Программа пещер и карстов