Как образуются сталагмиты в пещерах кратко
Обновлено: 07.07.2024
Наверняка когда-нибудь в жизни вы бывали в пещере. Пещеры - это прекрасная, захватывающая и уникальная среда на земле, где у нас есть эндемичная экосистема. В пещерах мы можем увидеть некоторые природные образования, которые впечатляют своей красотой и уникальностью. Эти образования называются сталактиты и сталагмиты. Многие считают эти геологические образования настоящими произведениями искусства природы. Это стоит знать, если вы не видели его раньше, он обязательно вас удивит.
Но чем отличаются сталактиты и сталагмиты? Как они сформированы? Мы ответим на все эти вопросы в этой статье.
Что такое сталактиты и сталагмиты
Хотя у него похожие названия, между ними есть довольно заметные различия. Его формирование и структура различны. Сталактиты и сталагмиты имеют одну общую черту: они спелеотомы. Это понятие относится к тому факту, что это месторождения полезных ископаемых, которые образуются в пещерах после их образования. Спелеотомы возникают в результате химического осаждения, возникающего при образовании твердых элементов из раствора.
И сталактиты, и сталагмиты происходят из отложений карбоната кальция. Эти образования встречаются в известняковых пещерах. Это не означает, что это не тот случай, когда он может образовываться в некоторых искусственных или антропных полостях cпроисхождения в других различных месторождениях полезных ископаемых.
Основное различие между этими двумя формациями - расположение. Каждый из них имеет другой процесс формирования, чем другой, и, следовательно, его местоположение в пещере также меняется. Мы разберем это более подробно, описывая, что такое каждый из них.
Сталактиты
Начнем с образований, которые берут начало на крыше. Его рост начинается наверху пещеры и идет вниз. Начало сталактита - это капля минерализованной воды. Когда капли падают, они оставляют следы кальцита. Кальцит - это минерал, состоящий из карбоната кальция, поэтому он выпадает в осадок при контакте с водой. С годами, после падения последовательных минерализованных капель, все больше и больше кальцита откладывается и накапливается.
Когда он переполнен, мы видим, что он становится все больше и больше и принимает разные формы. Самая распространенная форма - форма конуса. Чаще всего можно увидеть большое количество кальцитовых шишек с выпадающей с потолка водой. Размер конусов зависит от количества капель воды, которые циркулировали в этой области, и времени, в течение которого этот поток капель увлекал кальцит.
Можно сказать, что сталактиты - это скальные образования, которые созданы сверху вниз. В центре сталактита есть канал, по которому минеральная вода продолжает циркулировать. Именно этот фактор отличает их от других геологических образований, имеющих схожий вид.
Сталагмиты
Теперь перейдем к описанию сталагмитов. С другой стороны, это образования, которые берут начало из земли и развиваются вверх. Как и предыдущие, сталагмиты начинают формироваться через каплю, минерализованную кальцитом. Эти падающие капли последовательно накапливают отложения кальцита. Образования здесь могут быть более разнообразными, так как в них нет центрального канала, подобного сталактитам, по которому под действием силы тяжести циркулируют капли воды.
Одно отличие в том, что они массивнее сталактитов. Из-за процесса образования сталагмиты имеют более округлую форму, чем форму конуса. Также чаще можно увидеть некоторые с неправильными образованиями. Самые распространенные формы - это те прямые трубочки, которые называются макаронами. Другие распространенные образования - это conulitos (они имеют структуру, похожую на кальцинированный кратер), жемчуг (с более округлой формой) и некоторые другие.
Сталактиты и сталагмиты обычно обращены друг к другу. Часто можно увидеть сверху сталактит, а перпендикулярно ему - сталагмит. Это связано с тем, что капли, выпадающие из сталактита, содержат остатки кальцита, который осаждается на земле и образует сталагмит.
Как образуются сталактиты и сталагмиты
Мы собираемся проанализировать процесс формирования обоих месторождений. Как мы упоминали ранее, они образуются в процессе химического осаждения. Эти осаждающиеся минералы растворяются в воде. Эти образования образуются из-за того, что CO2, растворенный в дождевой воде, образует карбонат кальция при контакте с известняковой породой. В зависимости от режима осадков и уровня инфильтрации воды эти образования рано или поздно возникнут.
Это дождевая вода, которая просачивается сквозь землю и растворяет известняк. В следствии, эти капли придают форму этим отложениям. Бикарбонат кальция хорошо растворяется в воде и образуется после контакта с CO2, который приносит дождевая вода. Этот бикарбонат образует выход на поверхность, из которого выходит CO2, который, вступая в реакцию, осаждается в виде карбоната кальция.
Карбонат кальция начинает образовывать определенные конкременты вокруг точки падения капли. Это происходит только в сталактитах, так как капли падают под действием силы тяжести, которая заставляет их падать на землю. Таким образом, капли в конечном итоге падают на землю.
Где посмотреть эти образования
Вы наверняка будете очарованы, если никогда раньше не видели эти образования (что не является самым распространенным). Однако мы расскажем вам, где можно найти самые крупные сталактитовые и сталагмитовые образования.
Будучи очень медленным образованием, чтобы они выросли всего на 2,5 дюйм в длину, требуется от 4.000 до 5.000 лет. Самый большой сталактит в мире можно найти в пещерах Нерхи, расположенных в провинции Малага. Его высота 60 метров, диаметр 18 метров. На полное формирование потребовалось 450.000 XNUMX лет.
С другой стороны, самый большой сталагмит в мире имеет высоту 67 метров, и мы можем найти его в пещере Мартин Инфьерно на Кубе.
Надеюсь, эта информация пробудила ваше любопытство по поводу сталактитов и сталагмитов.
Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционная этика. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.
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?
Что такое сезонные кольца сталактитов?
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?
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.
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…
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.
Как образуются сталактиты и сталагмиты? О чем они могут рассказать?
Как образуются сталактиты и сталагмиты? Они состоят из извести. Точнее, из вторичной извести, которая возникает путем физико-химических превращений из первичной — древних морских отложений, образующих известняковые породы.
Решающую роль здесь играет углекислый газ (С02), содержащийся обычно в воздухе в количестве около 0,03 процента. Он растворим в воде. Вода, в которой содержится углекислый газ, может растворять известь, причем одна из солей извести — карбонат кальция — превращается в гидрокарбонат. Дождевая вода, просачивающаяся через слои известняка, содержит некоторое количество углекислого газа, поэтому она способна растворить немного извести. Способность эта сильно увеличивается, если вода проходит сквозь почву, покрытую растительностью. Растения дышат, выделяя С02 через корни, и концентрация углекислого газа в почвенной влаге может возраст примерно в сто раз. Такая вода, фильтровавшаяся через богатые известью и углекислым газом пласты, если ее вскипятить, дает известковый осадок на стенках чайника — накипь. Примерно то же происходит в пещере.
Так как воздух в пещере пе перенасыщен углекислым газом (в противоположность слоям грунта), избыток С02 улетучивается из воды, и известь выпадает в осадок. При этом протекает химическая реакция, противоположная той, которая шла при растворении. В пещерах часто встречаются скопления воды, даже небольшие озера. Там осаждается много вторичной извести в виде шестигранных кристаллов. Однако подавляющая часть извести выпадает в осадок не в стоячей воде, а под тонкой пленкой воды, которая струится по потолку, стенам и дну пещеры. Форма каменистого образования зависит от того, каким путем течет вода. Сток постоянно направлен под уклон, безразлично, на потолке или па полу. Предположим, через трещину в горной породе капля воды попадает на наклонный потолок пещеры и стекает сначала на стену, а затем на пол. В смоченных местах осаждается известь. Следующая капля идет тем же путем и чуть-чуть утолщает слой извести. Так возникает натек на стене. Вода, доходящая до пола, уже почти лишена извести, и па полу наростов не образуется.
Правда, в большинстве случаев сталагмит так обволакивается натеками, что едва можно узнать в нем цилиндр или конус. В чем же причины возникновения различных форм? Как будет выглядеть сталагмит, зависит в значительной степени от концентрации извести и притока раствора. Интересно, что темп роста в высоту не ускоряется, если вода начинает поступать быстрее. Усилившийся приток вызывает ускоренный рост в толщину. В дождливые периоды возникают толстые, а в сравнительно засушливые времена — стройные сталагмиты. На протяжении столетий приток раствора постепенно сокращается — сталагмит кверху становится тоньше,— возникает конус. Возрастание притока раствора приводит к образованию перевернутого конуса. Значит, если определить время рождения и роста сталагмита, можно сделать выводы о том, каков был климат в ту эпоху. Геологам и палеоклиматологам повезло: вторичную известь можно датировать методом радиоактивного углерода (обычно его удается применить лишь к органическим материалам).
Радиоуглеродный метод позволяет датировать материалы, в состав которых входит углерод из атмосферы и возраст которых не более 50 000 лет (через более долгий срок распадающегося радиоуглерода остается так мало, что точный анализ уже невозможен). Зная возраст основания и вершины сталагмита, можно рассчитать темпы его роста. Пробы извести из сотни сталагмитов были проанализированы, и полученная диаграмма оказалась очень интересной. Известковые натеки рассказали о том, когда начался и окончился последний ледниковый период: в Центральной Европе 20 000 лет назад рост сталагмитов прервался, а 12 600 лет назад возобновился. Выявились заметные различия между нашей эпохой, начавшейся после того, как растаял ледник, и Периодом, предшествовавшим последнему оледенению. Древние сталагмиты толще (мы помним, что толщина сталагмита зависит от притока богатой известью воды).
Что такое пещера
Пещерами называют естественные полости внутри земной коры, в верхней её части. Они бывают связаны с земной поверхностью одним или несколькими выходами.
Самой крупной пещерой мира является Шондонг, расположенная во Вьетнаме. Объём внутренних пустот — около 38,5 млн кв. м. Протяжённость составляет 6500 м. Высота некоторых залов достигает 200 м, а ширина — 150 м.
Внутренняя площадь пещер может быть от маленькой до очень большой. Они состоят из системы залов, которые размещены в горизонтальном или вертикальном направлении.
Пещеры образуются в результате действия воды. Вещества земной коры растворяются и выносятся вместе с водой, на этом месте остаётся пустота. Это и есть пещера.
Рис. 1. Пещера.
Но на этом её формирование не заканчивается. В этой пустоте могут образовываться разные столбы, конусы, которые украшают саму пещеру, свидетельствуют о том, что процессы образования не угасли. Что это такое, почему и как возникают, расскажем в статье.
Сталактиты и сталагмиты
В земной коре, а значит, и в пещерах, всегда есть вода. Она просачивается на верхнюю часть пещеры, капает вниз. В карстовых пещерах вода содержит растворимые соли и углекислый газ. Постепенно газ из воды улетучивается, а растворимые соли превращаются в нерастворимые.
Рис. 2. Сталактиты и сталагмиты.
При образовании сталактитов вода капает вниз. Постепенно в том месте, куда она попадает, тоже образуется конус, направленный вверх. Это сталагмит.
Самым крупным сталагмитом считают образование в пещере, расположенной в Америке. Высота сталагмита — 67,2 метра.
Образование сталактитов и сталагмитов даёт понимание того, в чем разница между ними. Сталактиты направлены сверху вниз, а сталагмиты — снизу вверх.
Все известковые сталактиты и сталагмиты растут очень медленно. Средняя скорость их образования — 0,13 мм в год. Некоторые образования увеличиваются на 3 мм в год. Их считают быстро растущими.
Те и другие образования могут встречаться в процессе роста. В результате образуются столбы — сталагнаты.
Рис. 3. Сталагнаты.
Что мы узнали?
Пещеры — это пустоты в верхней части земной коры. Внутри пещер образуются натёчные конусы. Сталактиты — конусы, растущие вниз. Сталагмиты — конусы, растущие вверх. Соединение конусов даёт сталагнаты.
Сталактиты и сталагмиты украшают пещеры по всему миру. С потолка свисают сталактиты, а из земли поднимаются сталагмиты. Они растут невероятно медленно, а некоторые из них настолько древние, что старше современного человека.
Согласно веб-сайту Службы национальных парков США, эти похожие на зубы скальные образования растут, когда капающая вода вступает в контакт с воздухом пещеры. Вода несет растворенные минералы, собранные в пути с поверхности Земли. Проходя через пещеру, она оставляет за собой крошечные следы этих минералов, выстраивая каждый сталактит капля за каплей. (1)
Какой формы бывают сталактиты?
Большинство сталактитов имеют форму конуса: толстый вверху и сужающийся к концу внизу. Но некоторые являются пустыми. По форме напоминающие соломинки, эти сталактиты растут, когда вода стекает по их центру. Когда каждая капля испаряется, на дне соломинки остается еще одна оболочка из минералов.
Пещерные соломинки невероятно хрупкие и часто крошатся при малейшем прикосновении, что делает их редкой находкой в часто посещаемых пещерах. (2)
Некоторые сталактиты в форме соломинок, кажется, не поддаются гравитации. Эти структуры, известные как геликтиты, имеют изгибы, уступы и бугорки, которые наклоняются во всех направлениях. По данным Ассоциации космических исследований университетов, ученые точно не знают, как они образуются, но считают, что это может быть связано с сочетанием капиллярного эффекта и ветра. (3)
Небольшие изменения в воздушных потоках пещеры или в ориентации кристаллов в растущем сталактите могут унести мельчайшие капельки воды в новых направлениях. Вместо того, чтобы капать на пол под действием силы тяжести, они движутся вбок или даже вверх, оставляя свои минералы позади.
Что содержат сталактиты и сталагмиты?
Каждая капля воды содержит растворенные частицы известняка. Они твердеют, когда соприкасаются с воздухом. (Изображение предоставлено: Getty)
По данным Королевского химического общества, большинство сталактитов, которые вы видите в пещерах, сделаны из карбоната кальция. Он образует два основных типа кристаллов: кальцит и арагонит. Они имеют химическую формулу CaCO3. (4)
По этой причине сталактиты обычно появляются только в пещерах, где окружающие породы содержат кальций в виде известняка или доломита.
Сталактиты также могут нести следы других химических веществ, которые придают им разные цвета и текстуры. Этими химическими веществами являются карбонаты, сульфиды и даже опал.
Помимо сталактитов известняковые пещеры часто содержат сталагмиты. Эти структуры образуются на полу, с толстым основанием и острием, обращенным к потолку пещеры. Согласно Энциклопедии пещер (третье издание, 2019 год), некоторые из них плоские, а другие длинные и тонкие. (5)
Сталагмиты часто образуются прямо под сталактитами, вымывая любые минералы из капель воды, падающих на пол пещеры. Однако два типа пещерных украшений не всегда образуются парами: любой из них может появиться сам по себе.
Внутри пещеры
(Иллюстрация: Эд Крукс/Future PLC)
Другие особенности пещеры
Пещерный попкорн образуется там, где вода проходит через поры в скале, образуя шишки и бугорки, похожие на ягоды.
Бугорки на стене этой пещеры называются пещерным попкорном. (Изображение предоставлено: Getty)
Химия известняковых сталактитов
Сталактиты и сталагмиты образуются, когда дождевая вода просачивается через известняковую скалу. По данным Службы национальных парков США, по пути она собирает углекислый газ из воздуха и любых органических веществ, через которые она проходит. Углекислый газ реагирует с водой, образуя слабую кислоту, называемую угольной кислотой. Эта кислота может растворять известняк, реагируя с минеральным кальцитом и вытягивая его в воду в виде бикарбоната кальция.
Когда вода просачивается в пещеру, она снова вступает в контакт с воздухом. Там она выпускает углекислый газ, а кальций выходит из раствора, снова образуя твердый кальцит.
Как они образуются
(Иллюстрация: Эд Крукс/Future plc)
Странные сталактиты
Знаете ли вы, что сталагмиты и сталактиты не всегда можно найти в пещерах? Вы можете увидеть их под бетонными зданиями, в лавовых трубках и даже зимой свисающими с крыши вашего гаража в форме сосулек. Это связано с тем, что сталагмиты и сталактиты не всегда сделаны из известняка.
Ледяные сталактиты, вероятно, являются наиболее распространенным типом сталактитов. Согласно статье 2019 года в Энциклопедии пещер, они образуются, когда вода достаточно холодная, чтобы замерзнуть, а погода достаточно солнечная, чтобы снова вызвать таяние. Растаявшая вода стекает вниз и снова замерзает, прежде чем упадет на землю. (9)
Ученые из Кембриджского и Аризонского университетов использовали фотографии, математику и физику, чтобы выяснить, почему сосульки острые. Они заметили, что, когда вода стекает вниз, она смешивается, образуя слой. Этот слой отдает тепло, создавая теплый воздушный карман вокруг сосульки. Теплый воздух поднимается вверх, а это значит, что вода быстрее замерзает внизу сосульки, отчего они удлиняются и утончаются на кончике.
Нохоч-Нах-Чич, Мексика. Эти сталактиты и сталагмиты являются частью самой длинной подводной пещерной системы в мире. (Изображение предоставлено: Getty)
По данным Королевского химического общества, еще один вид сталактита, который вы можете увидеть в повседневной жизни – это бетонный сталактит. Вы можете найти их на автостоянках и даже на трубах в вашем доме. Бетон содержит оксид кальция, который растворяется при прохождении через него щелочной жидкости. Когда эта жидкость попадает в воздух, кальций выходит из раствора, образуя твердое вещество, называемое кальтемит. Если капли идут достаточно быстро, могут начать формироваться сталагмиты из кальтемита. (10)
Другие странные сталактиты найти немного сложнее. По данным Международного журнала спелеологии, внутри лавовых трубок – туннелей, которые несут расплавленную породу под землей – образуются лавовые сталактиты. Когда потолок лавовой трубки начинает остывать, он покрывается наружным слоем. Под ним горячие газы продолжают расширяться, надавливая на наружный слой и растягивая его, образуя полые трубки, которые затвердевают и превращаются в твердую породу. (11)
Читайте также: