• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Zagadka jaskiń krasowych rozwiązana

    15.12.2010. 07:33
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Jaskinie wapienne tworzą się dużo szybciej, niż przypuszczano. Naukowcy z Warszawy i z Florydy wyjaśnili, jak powstały wielokilometrowe tunele krasowe, mimo że teoretycznie woda jest w stanie wydrążyć tylko kilka metrów w kilkaset tysięcy lat. Naukowcy od lat są zgodni co do tego, że jaskinie tworzą się wzdłuż szczelin skalnych, do których przesączają się wody podziemne, zwykle nasycone dwutlenkiem węgla. Dwutlenek węgla reaguje z wodą, tworząc słaby kwas węglowy, który rozpuszcza węglan wapnia będący głównym budulcem skał wapiennych. W ten sposób szczelina poszerza się i stopniowo przekształca się w jaskinię.

    "Zrozumienie szczegółów tego procesu okazało się jednak trudne - pierwsze modele fizyczne, m.in. model zaproponowany pod koniec lat 50. przez Petera Weyla, prowadziły do nieoczekiwanego wniosku, że po wniknięciu zaledwie kilkadziesiąt centymetrów w głąb skały woda w szczelinie całkowicie nasyca się jonami wapnia i reakcja rozpuszczania ustaje. W ten sposób w kilkaset tysięcy lat tworzyłyby się jedynie płytkie pieczary, najwyżej kilkumetrowej głębokości, a długie tunele skalne nie mogłyby powstać" - napisano w przesłanej PAP informacji prasowej z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

    Tymczasem, jak wiadomo, w krajobrazie krasowym istnieją rozgałęzione jaskinie o długości kilkudziesięciu, a nawet kilkuset kilometrów. Zagadkę ich powstawania próbowano już wcześniej wyjaśnić. Jedną z popularniejszych teorii była koncepcja tzw. spowolnienia kinetycznego Williama White'a. Teoria ta zakładała, że roztwór niemalże nasycony jonami wapnia zaczyna znacznie wolniej rozpuszczać skałę i dzięki temu świeża woda ma szansę dopłynąć i rozcieńczyć roztwór, zanim dojdzie do ostatecznego zatrzymania procesu.

    Do szczegółowego przeanalizowania tego procesu i wyjaśnienia zagadki drążenia jaskiń wapiennych potrzebny był nowy model matematyczny. Opracowali go dr hab. Piotr Szymczak z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i prof. Anthony Ladd z Wydziału Inżynierii Chemicznej Uniwersytetu Florydzkiego. Ich praca, prezentująca zaskakujące wyniki ukaże się wkrótce w renomowanym czasopiśmie geofizycznym "Earth and Planetary Science Letters".

    "Matematyczna analiza równań rządzących procesem rozpuszczania pokazuje, że z biegiem czasu dochodzi do skupiania się przepływu wody w wyraźnych, głęboko wciętych w powierzchnie skalne kanałach. Prędkość cieczy w tych kanałach jest bardzo duża, dzięki czemu nienasycony roztwór wnika głęboko do wnętrza szczeliny" - napisano w komunikacie.

    Ponadto naukowcy zauważyli, że im korytarz jest dłuższy, tym intensywniej płynie w nim woda, więc rośnie on coraz szybciej. Natomiast krótsze tunele, pozbawione wody, przestają się wydłużać. Dlatego jaskinie wapienne mają przeważnie podobny kształt - długi korytarz, z krótszymi rozgałęzieniami.

    "Nowa teoria pokazuje, że długie korytarze skalne mogą tworzyć się o wiele szybciej, niż to przewidywały poprzednie modele. To ważne nie tylko dla fizyków, również dla inżynierów. Nowy model teoretyczny może być pomocny przy określaniu bezpieczeństwa podziemnych rezerwuarów substancji toksycznych lub stabilności struktur hydraulicznych, takich jak tamy czy groble, które mogą ulec podmyciu w wyniku rozpuszczenia się skały, na której są zbudowane" - czytamy w informacji prasowej. ULA

    PAP - Nauka w Polsce

     bk/bsz

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Studnia krasowa, awen – forma krasu podziemnego: pionowy lub prawie pionowy kanał biegnący w dół, często rodzaj jaskini krasowej lub jej część, łącząca korytarze jaskini położone na różnych głębokościach. Studnia krasowa powstaje w wyniku rozpuszczania skał krasowiejących przez wodę opadową, wzdłuż pionowych szczelin. Szerokość do kilkunastu metrów, głębokość do kilkuset metrów. Czasami studnia jest dalszą częścią ponoru, występującą w jaskiniach krasowych, przez studnię woda przepływa do korytarza, a następnie do jaskini krasowej. Jaskinie Jury Krakowsko-Częstochowskiej – jedno z największych skupisk jaskiń w Polsce. Jurajskie skały wapienne powstały w rezultacie osadzania się na dnie morza skorupiaków w okresie jury. Stopniowo ulegając erozji, wytworzyły jaskinie, jako jedną z form krasu. Szczególnie dużo jaskiń znajduje się w okolicach Ojcowa. Woda mineralna – naturalna woda lecznicza zawierająca co najmniej 1000 mg/dm³ rozpuszczonych składników stałych w postaci jonów. Oprócz tego może zawierać rozpuszczone gazy pochodzenia naturalnego (dwutlenek węgla, siarkowodór). Najczęściej (w handlu detalicznym w Polsce wyłącznie) jest to woda wgłębna, która sole mineralne pozyskała z rozpuszczania minerałów lub skał, przez które przepływała. Po raz pierwszy definicję wody mineralnej określono na Międzynarodowym Kongresie Balneologicznym w Bad Nauheim w roku 1911.

    Żebro krasowe - forma krasu powierzchniowego, rodzaj podłużnego grzbietu czy garbu wypreparowanego na powierzchni skał krasowiejących rozdzielającego sąsiadujące żłobki krasowe. Mogą mieć różne wymiary - od kilku centymetrów to wielu metrów szerokości i głębokości, długość mierzoną w metrach.
    Żebra i żłobki krasowe powstają w wyniku działania wód opadowych. Połączenie wielu żłobków i żeber krasowych daje charakterystyczną powierzchnię podobną do "blachy falistej", różnie nazywaną (np. potocznie "organami krasowymi", przy czym organami krasowymi nazywa się również podobne z wyglądu formy, niektóre draperie naciekowe, powstające jednak zupełnie inaczej w wyniku krystalizacji węglanu wapnia na ścianach jaskiń krasowych). Mleko wapienne – zawiesina koloidalna wodorotlenku wapnia w wodzie. Z wyglądu przypomina mleko krowie, stąd nazwa substancji. Zawiera w sobie słabo zdysocjowany, jednak silnie alkaliczny roztwór wodorotlenku wapnia, oraz jego bezpośredni i łatwo dostępny nadmiar, co jest przydatne przy przeprowadzaniu szeregu reakcji chemicznych w środowisku wodnym, szczególnie wymagających dużej wydajności.

    Jaskinie Polski powstawały głównie w wyniku procesów krasowych, tak więc ich rozmieszczenie odpowiada występowaniu skał krasowiejących. Większość z nich znajduje się w południowej części kraju. Ponad 20 % ogólnej liczby jaskiń w Polsce stanowią jaskinie niekrasowe. Lodowe Źródło – duże wywierzysko w Dolinie Kościeliskiej w Tatrach Zachodnich. Znajduje się ono po wschodniej stronie doliny, przy drodze prowadzącej do Jaskini Mroźnej, ok. 50 m za mostkiem na Kościeliskim Potoku, w odległości 2,3 km od Kir (pieszo 35 min). W miejscu tym spod skały pod ciśnieniem obficie wypływa woda o stałej przez cały rok temperaturze ok. 4–4,5 °C. Powierzchnia wypływu wynosi kilkadziesiąt metrów kwadratowych i tworzy nieduże rozlewisko. Źródło to ma wydajność 500–800 l/s i odwadnia Dolinę Miętusią oraz górną część Doliny Małej Łąki, a także większą cześć masywu Czerwonych Wierchów, co potwierdziły przeprowadzone w 1961 r. próbne barwienia fluoresceiną wody w Jaskini Śnieżnej i Miętusiej. Zabarwiona woda z tych jaskiń, odległych o 4 km, po kilku dniach wypłynęła właśnie w Lodowym Źródle. Wywierzyska są typowym zjawiskiem krasowym występującym w skałach wapiennych, a z takich właśnie skał zbudowany jest ten rejon Tatr. W wodzie występuje jaskiniowy, ślepy skorupiak – studniczek tatrzański, będący reliktem fauny morskiej sprzed 25 mln lat, z miocenu. W latach 1875–1892 nad Lodowym Źródłem istniała altana im. Seweryna Goszczyńskiego, stąd też w dawnej literaturze było nazywane również Zdrojem Goszczyńskiego. Woda wypływająca z wywierzyska jest bardzo czysta, a ponieważ płynie przez skały wapienne, zawiera dużo jonów wodorowęglanowych (HCO) i jonów wapnia (Ca).

    Pamięć wody – pseudonaukowa, niepotwierdzona w recenzowanych czasopismach naukowych hipoteza dotycząca rzekomego gromadzenia i przechowywania informacji przez wodę. Hipoteza głosi, że cząsteczki stykając się z cząsteczkami innych substancji przybierają charakterystyczne ułożenie lub drganie, stan ten jest zachowywany i przenoszony na następne cząstki wody pomimo wielokrotnego i ogromnego rozcieńczania jak i oddzielenia substancji zmieniających układ cząsteczek wody. Jest jedną z sugerowanych podstaw teorii homeopatii, próbując wyjaśnić, jak działają leki o rozcieńczeniu tak dużym, że średnia liczba cząsteczek leku w dawce jest mniejsza od 1. Prąd powierzchniowy – jest bezpośrednio związany z ruchem wiatru, który dzięki swojej sile przesuwa masy wody. Na kierunek poruszania się prądu bardzo duże znaczenie ma siła Coriolisa, która odchyla kierunek cząsteczek wody o ok. 45°, a faktyczny kierunek wody jest wypadkową tych dwóch sił. Jako że woda w oceanach ułożona jest warstwowo, kolejne warstwy znajdujące się poniżej poziomu wody zaczynają się również poruszać wskutek siły tarcia. W coraz niższych warstwach siła ta jest coraz mniejsza i coraz bardziej odchylona od kierunku wiatru. Na głębokości zwanej głębokością Ekmana woda płynie w kierunku przeciwnym do kierunku wiatru, a jej prędkość spada do 0,043 prędkości wiatru na powierzchni.

    Fresk Giotta (buon fresco) jest to fresk, tworzony za pomocą specyficznej techniki polegającej na malowaniu za pomocą rozrobionych z wodą pigmentów bezpośrednio na świeżej i jeszcze wilgotnej zaprawie wapienno-piaskowej. Wapno gaszone, które jest wodorotlenkiem wapnia, wysychając, łączy się z dwutlenkiem węgla zawartym w powietrzu i staje się nierozpuszczalnym węglanem wapnia. W trakcie tego procesu cząstki pigmentu zostają na trwałe związane z powierzchnią zaprawy na ścianie. Jest to technika wymagająca wielkiej biegłości, ponieważ należy malować dość szybko, zanim zaprawa wyschnie, i nie można dokonywać żadnych poprawek.

    Pamięć wody – pseudonaukowa, niepotwierdzona w recenzowanych czasopismach naukowych hipoteza dotycząca rzekomego gromadzenia i przechowywania informacji przez wodę. Hipoteza głosi, że cząsteczki stykając się z cząsteczkami innych substancji przybierają charakterystyczne ułożenie lub drganie, stan ten jest zachowywany i przenoszony na następne cząstki wody pomimo wielokrotnego i ogromnego rozcieńczania jak i oddzielenia substancji zmieniających układ cząsteczek wody. Jest jedną z sugerowanych podstaw teorii homeopatii, próbując wyjaśnić jak działają leki o rozcieńczeniu tak dużym, że średnia liczba cząsteczek leku w dawce jest mniejsza od 1.

    Wodospad – swobodny, pionowy spadek wody rzecznej, spowodowany istnieniem w korycie rzeki wyraźnego progu skalnego o wysokości od kilku do kilkuset metrów. Wodospad występuje w górnych odcinkach biegu rzek, w miejscach, gdzie rzeka przecina warstwę twardych skał. Skały te, wymywane wolniej niż miękkie podłoże w dolnym biegu rzeki, tworzą stopień, z którego woda spada w dół. Szereg wodospadów nazywa się kaskadą. Zegarowe Skały – grupa skał wapiennych, położona na Wyżynie Krakowsko-Częstochowskiej w dolinie Wodącej pomiędzy wsiami Smoleń a Złożeniec w gminie Pilica. Najwyższa ze skał – Grodzisko Pańskie – ma wysokość ok. 480 m n.p.m. Na jej wierzchołku znajduje się platforma widokowa.
    W obrębie skał znajdują się jaskinie: Jaskinia Zegarowa (Zegar), Jaskinia Jasna oraz Jaskinia na Biśniku.

    Skały osadowe (sedymentacyjne) – jeden z trzech głównych typów skał (obok skał magmowych i metamorficznych) budujących skorupę ziemską, powstają przez nagromadzenie się materiału przynoszonego przez czynniki zewnętrzne (np. wodę, lodowiec, wiatr), na skutek jego osadzania się lub wytrącania z roztworu wodnego. Nauka zajmująca się powstawaniem skał osadowych to sedymentologia.

    Dodano: 15.12.2010. 07:33  


    Najnowsze