Barlangföldtan. Barlang fogalma Föld szerkezete, ásványok, kőzetek Földtörténeti korbeosztás Karbonátos kőzetek

Átírás

1 Barlangföldtan Barlang fogalma Föld szerkezete, ásványok, kőzetek Földtörténeti korbeosztás Karbonátos kőzetek Karsztosodás, karsztjelenségek Barlangok csoportosítása Barlangi kitöltések

2 Barlangföldtan Mit nevezünk barlangnak? Barlang: -a Föld szilárd kérgében -természetes úton keletkezett -ember számára járható méretű - legalább 2 m kiterjedésű -üreg - találhatunk olyan metszősíkot, amely zárt szelvényű, és a síkra merőleges irányban a képződmény legalább kétszer akkora kiterjedésű, mint ez a zárt szelvény

3 A Föld szerkezete, ásványok, kőzetek Kéreg- a legkülső, szilárd halmazállapotú rész - szárazföldek alatt km vastag (a hegységek alatt vastagabb), az óceánok alatt 5 10 km Köpeny (asztenoszféra)- középső rész, nagyrészt képlékeny, folyékony halmazállapotú - a hőmérséklet magas (kb C), főleg kőzetek és fémek alkotják Köpeny felső szilárd része+kéreg: Litoszféra Mag- a legbelső, legforróbb rész, folyékony halmazállapotú (kb C), főleg vasból és nikkelből áll -Belső mag -Külső mag

4 Tektonikus mozgások: a Föld belső erői által előidézett mozgások (kiemelkedések, süllyedések, gyűrődések, vetődések) 1620 Francis Bacon az egyes földrészek összeilleszthetők Alfred Wegener Lemeztektonika (Pangea) Pangea ~ 200 millió év ~ 1 millió év

5 Ásványok - a földkéreg felépítésében résztvevő elemi részek - szilárd halmazállapotúak - természetes folyamatok révén jönnek létre - kristályos belső szerkezettel, valamint meghatározott vegyi összetétellel rendelkeznek -összesen mintegy 3500 féle ásványt ismerünk, közülük azonban csak néhány száz fordul elő gyakrabban Karbonát ásványok: CO ion főleg két vegyértékű kationokkal kapcsolódik (elsősorban Ca 2+, Mg 2+ ) A legismertebb karbonát ásvány a kalcit (CaCO 3 ), mely a tengerfenéken rakódik le vastag rétegben mészkő márvány kalcit aragonit

6 Kőzetek - a földkéreg nagy kiterjedésű és nagy tömegű alkotórészei -természetes úton keletkeztek -a kőzet ásványok összessége (a kőzetek többsége az ásványok meghatározott társulása, amelyet az ásványos összetétel, az ásványok alakja, mérete, illeszkedése jellemez) -a változatos összetétel miatt az egyes kőzetek fizikai és kémiai tulajdonságai is sokkal változékonyabbak Külső erők : hőmérsékletingadozás, szél, víz Belső erők: nyomás, hőmérséklet, tektonikus mozgások Csoportosításuk: 1. mélységi magmás kőzetek 2. kiömlési (vulkáni) kőzetek 3. üledékes kőzetek 4. átalakult (metamorf) kőzetek

7 1-2. Magmás kőzetek - a köpeny kőzetolvadékának lehűlése, kikristályosodása során keletkeznek 3. Üledékes kőzetek - más kőzetek lepusztulása, áthalmozódása és lerakódása során jönnek létre (Föld felszínének 75%-a) -Törmelékes üledékes kőzetek (régebbi kőzetek felaprózott részeinek tovaszállításával és lerakódásával keletkezett) pl.lösz, homok, kavics -Vegyi üledékes kőzetek (a tengervízben oldott állapotban levő sók kiválasztásával és lerakódásával keletkezett) pl. kősó, mészkő, dolomit, gipsz, anhidrit -Szerves eredetű üledékes kőzetek (növényi és állati maradványok felhalmozódásával keletkezett) pl. kőolaj, kőszén, földgáz, tőzeg 4. Metamorf kőzetek - a földkéreg mélyebb régióiban keletkeznek; nagy nyomás és magas hőmérséklet hatására a már korábban létrejött kőzetek átkristályosodnak (az átalakult kőzetek szerkezetét rendszerint a jól látható irányítottság, palásság jellemzi) pl. márvány, csillámpala

8 Földtörténeti korbeosztás Föld keletkezése - 4,6 milliárd év Legidősebb kőzetek - 4,2 milliárd évesek Első üledékes kőzetek - 3,7 milliárd év A legidősebb hazai kőzetek kora - kb. 1 milliárd év Az első életmaradványok a Földön - 3,5 milliárd évesek Az élőlények szilárd külső váza millió éve jelent meg Eocén millió éve Bakony, Vértes, Gerecse, Budai-hg.(mészkő) Kréta millió éve Jura millió éve Villányi-hg, Bakony, Vértes Bükk, Mecsek, Bakony, Villány, Vértes Triász millió éve Pilis, Villányi-hg., Budai-hg., É-Borsodi Karszt (mészkő)

9 Karbonátos kőzetek földkéregnek csak 1 %-át teszik ki, a barlangok 95%-a karbonátos kőzetben található -Anyagának több mint a fele karbonát ásvány: aragonit, ill. kalcit CaCO 3, dolomit CaMg(CO 3 ) 2, magnezit MgCO 3 -A legfontosabb karbonátos kőzetek a mészkő, dolomit, márga és a márvány Mészkő - legalább 90%-át kalcit és aragonit alkotja barlangképződésre a legalkalmasabb Forrása: -magmás kőzetek ásványaiból származó Ca 2+ és a vulkáni működés során a légkörbe kerülő CO 2 -a tengervízben oldott CaCO 3 túlnyomó részét az élőlények választják ki viszonylag rideg, merev kőzet, ezért gyakoriak benne a törések, tektonikus repedések igen jól oldódik gyengén szénsavas vízben, ezért a repedéshálózatba jutó víz a hasadékokat oldással tágítja szilárd oldási maradéka igen csekély, így az oldási maradék nem tömi el a repedéseket, a nyílt hasadékokban szabad vízáramlás alakul ki viszonylag szilárd kőzet, ezért a mészkőben kialakult üregek hosszabb ideig is fennmaradhatnak, nem rogynak be

10 Mészkő oldódása: oldódás CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Ca(HCO 3 ) 2 OLDÓDÁS: mészkiválás CO 2 forrása: -légköri eredetű CO 2 0,03% -kőzetek mállásából származó CO 2 -talajfolyamatokból származó (biogén eredetű) CO 2 -egyéb szervetlen savak (sósav, kénsav, salétromsav stb.) -szerves savak (humusz- és huminsavak) 3,2-4,5% CO 2 -tartalmú vízben a karbonátok akár szor jobban oldódnak, mint a tiszta vízben

11 Növényzet gyökérsavak; közvetlenül marják a mészkövet A különböző éghajlati övekben az egyes hatótényezők szerepe más és más: - légköri eredetű CO 2 -nak nagyobb a jelentősége a magashegységi, hideg területeken, mint a melegebb vidékeken - a talajfolyamatoknak a melegebb klíma kedvez, ezért a biogén eredetű CO 2 és a szerves savak szerepe a mérsékelt, de főleg a trópusi éghajlatú területeken a nagyobb - a sivatagokban, ahol a vízhiány miatt csak gyér növényzet fejlődik, megnő a kőzetek mállásából származó CO 2 és a szervetlen savak jelentősége. A karbonátos kőzetek oldódása összességében a trópusokon a legintenzívebb, a sivatagi területeken a leglassabb.

12 MÉSZKIVÁLÁS -ha az oldat hőmérséklete növekszik, a melegebb víz ugyanis kevesebb CO 2 -ot képes feloldani, mint a hűvösebb -ha csökken az oldatra ható hidrosztatikai nyomás (mészkő képződésénél van nagy szerepe a tengerekben egy bizonyos mélységszint alatt a nagy nyomás miatt a mészvázak feloldódnak) -ha az oldattal érintkező levegőben a CO 2 parciális nyomása csökken (cseppkőképződés, vízesések, karsztforrások mésztufa lerakódások) -ha a vízinövények fotoszintézisük során a CO 2 -ot az oldatból elvonják (különösen az algák és a mohák szerepe jelentős ebben a folyamatban) (fotó) -ha a víz bepárolódik, sótartalma megnő (sekély trópusi tengerpartok erősen besűrűsödő vizében) Krka vízesés

13 A karsztosodás, karsztjelenségek Karsztjelenségek - a vízben oldódó kőzetekben a mállás és lepusztulás során sajátos képződmények, formák alakulnak ki (szlovéniai Karszt-hegység) A karszt egy olyan terület, melyet jellegzetes felszínformával és felszínalatti lefolyási rendszerrel jellemezhetünk Karsztjelenségek csoportosítása: I. Felszíni karsztformák II. Felszín alatti karsztformák Karsztosodás az a folyamat, amelynek során a karsztjelenségek létrejönnek

14 I. Felszíni karsztformák: felületi karsztképződmények, karrok töbör, töbörsor rogyás, beszakadás, szurdokvölgy uvala, lápa, polje víznyelő (ponor) karsztforrás, búvópatak trópusi karsztformák T. Töbör P. Patak U. Uvala V. Víznyelő R. Rogyás Kf. Karsztforrás Sz. Szurdokvölgy Bp Búvópatak

15 Felületi karsztképződmények, karrok a karsztosodó kőzet felületén a talajtakaró alatt, ill. a csupasz sziklákon kialakult formák 1. kis, kerekded mélyedések, üregek (mérsékelt öv) 2. gyökérkarrok (trópusok, mérsékelt öv) 3. karéjos formák 4. árkos karrok magashegységek 5. barázdás karrok 6. repedéshálózatos karrok (trópusok) falikarr rácskarr

16 Töbör - lapos, többnyire csésze vagy tál alakú bemélyedés -talaj alatt fejlődő, oldásos képződmény -mélysége pár métertől néhányszor tíz méterig terjed -átmérője több száz méter is lehet Elsősorban a mérsékelt és szubtrópusi éghajlaton, az alacsonyabb hegységekben alakulnak ki.

17 Rogyás, beszakadás, szurdokvölgy Rogyás - kialakult üregek mennyezete felszakadozik, egyenetlen lesz a felszín Beszakadás az omlás egészen a felszínig felharapódzik Szurdokvölgy - hosszabb járatok beomlása Guatemala, Szurdokvölgy Beszakadás

18 Uvala, lápa, polje Uvala, lápa (töbörsor) - többszörösen egymásba ágyazott töbrök Polje - nagyméretű, gyakran több négyzetkilométer kiterjedésű beszakadás, amelynek nincsen felszíni lefolyása Töbörsor, Kab-hegy Popovo polje, Bosnia & Hercegovina

19 Víznyelő (ponor) -csésze vagy tölcsér alakú, többnyire elnyújtott mélyedés, átmérője néhányszor tíz métertől pár száz méterig terjed -általában a karsztos és a nem karsztosodó kőzetek határának közelében alakulnak ki Aggteleki tó Zombor-lyuk víznyelő, Aggtelek

20 Karsztforrás -olyan váltópont, ahol a felszín alatti vízfolyás a karsztterület peremén a felszínre lép Jósva-forrás, Jósvafő Nagy-Tohonya-forrás, Jósvafő Komlós-forrás, Jósvafő

21 Trópusi karsztformák - a mérsékelt égövinél sokkal gyorsabb karsztosodás jellemző, sajátos karsztformák jönnek létre K: kúpkarszt (mogote) T:toronykarszt Úrkúti-őskarszt Guling, Kína

22 II. Felszín alatti karsztformák -karsztbarlang: repedéshálózat mentén oldódással táguló üreg Emeletes barlangrendszer: -kőzettani, ill. -éghajlati okok Béke-barlang Komlós-forrás, Jósvafő Emeletes barlangrendszer

23 -színlő: falakon végigfutó hosszanti párkány -álmennyezet, álfenék -hullámfodrok, üstök -barlangi üledék, cseppkövek Zsomboly: több aknából álló, oldódással kialakult barlangok Feltöltődő jellegű, időszakosan aktív eróziós barlangfolyosó keresztmetszete Baglyok-szakadéka, Alsó-hegy

24 Barlangok csoportosítása Szingenetikus barlangok a befoglaló kőzet képződésével egyidejűleg kialakult üreg lávabarlangok mésztufabarlangok korallbarlangok gejzírbarlangok telérben képződött barlangok Posztgenetikus barlangok a már kialakult kőzetben utólag létrejött üreg szerkezeti vagy kőzethasadék-barlangok áltektonikus vagy suvadásos, rogyásos barlangok szélmarásos, deflációs barlangok gipszduzzadásos barlangok korróziós, oldott barlangok (hévizes) eróziós barlangok

25 Szingenetikus barlangok 1. Lávabarlangok: -lávahólyag barlang: gömb formájú üreg, a sűrűn folyós lávában képződött nagyméretű gázbuborék -lávakéreg barlang: olykor több kilométer hosszú csatorna, aktív vulkáni területeken jellemző 2. Mésztufabarlangok -a mésztufagát beboltozódik, a domb testében kisebb-nagyobb üregek maradnak vissza (Lillafüred, Anna-barlang) Lávakéreg barlang, USA Mésztufabarlangok kialakulása

26 3. Korallbarlang -a zátony épülése során a korallok olykor tekintélyes méretű üregeket zárnak közre -a zátonyt pusztító élőlények munkája következtében gyorsan feltöltődnek 4. Gejzírbarlang (Zempléni-hegység, Tihanyi-félsziget) Posztgenetikus barlangok-a kőzet keletkezésétől független külső és belső erők munkájának következtében alakultak ki A legfontosabb posztgenetikus üregképző hatások: 1. tektonikus mozgások 2. gravitációs tömegmozgások 3. a szél által szállított hordalék csiszoló hatása 4. a víz oldó hatása (korrózió) 5. a víz által szállított hordalék koptató hatása (erózió)

27 1. Tektonikus mozgások - szerkezeti vagy kőzethasadék-barlangok -merev, szilárd kőzetben (pl. gránit, andezit, mészkő) képződhetnek, de tartósan csak a mészkőben maradnak fenn -párhuzamos, sík falfelületek jellemzik -Csörgő-lyuk (230 m)(mátra) 2. Gravitáviós tömegmozgás - áltektonikus vagy suvadásos, rogyásos barlangok -a leváló vagy lecsúszó nagyméretű kőzettömbök jelentős kiterjedésű üregeket zárnak közre -a karsztos üregek beomlása révén a felettük lévő nem karsztos kőzetben is rogyások, beszakadásos üregek jöhetnek létre pl.pulai bazaltbarlang (Kab-hegy) 3. szélmarásos, deflációs barlangok -sivatagi éghajlat (gyér növényzet, a szél sok hordalékot szállít) -kis méretűek, főleg jól rétegzett homokkövekben alakulnak ki Pulai bazaltbarlang

28 Gipszduzzasztásos barlangok 1.Meleg és száraz tengerpartok lagúnái: a besűrűsödő tengervízből gipsz válik ki (víztartalmú) 2.Betemetődés során gipszből anhidrit keletkezik 3.A felszínközelben vizet vesz fel, eközben a térfogata megnő CaSO 4 + 2H 2 O = CaSO 4 x 2H 2 O 4. A duzzadás során a gipsz a fölötte lévő kőzetrétegeket is felpúpozza, miközben a víz a gipszet kimossa, boltozatos üregek jönnek létre Chihuahuan Desert, Mexico

29 4. Korróziós, oldott barlangok (víz oldó hatása) -korróziós üregek a vízben oldódó, azaz a karsztosodó kőzetekben jöhetnek létre -leggyakrabban mészkőben, ritkábban dolomitban, márgában, kősóban vagy gipszben képződnek A víz oldóképessége különösen a mélyből feltörő magas hőmérsékletű hévizek (a)esetén nagy: - magas szénsavtartalmuknak köszönhetően közvetlenül oldják a kőzetet - a hévizek gyakran tartalmaznak különböző erősségű savakat (pl. kénsav), amelyek kémiailag bontják a mészkövet: H 2 SO 4 + CaCO 3 = CaSO 4 + H 2 O + CO 2 - a hévizek közvetett módon, kőzetporlasztással is bontják a kőzetet (dolomit, anhidrit, aragonit) felszínről beszivárgó hideg csapadékvíz (b)oldó hatása: -elsősorban magashegységi területeken Keveredési korrózió (c) (Budai-hegység): CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Ca(HCO 3 ) 2 -Kötött szén-dioxid (HCO 3 ) -Járulékos szén-dioxid (szabadon az oldatban) Minél nagyobb a keveredő telített oldatok kezdeti CO 2 -tartalma és hőmérséklete közötti különbség, annál nagyobb mértékű lesz a létrejövő keverék oldóképessége.

30 5. Eróziós barlangok (hordalék koptató hatása) -leggyakoribb, legnagyobb barlangok -főleg mészkőben kialakult, gyakran több emeletes járatrendszerek -kialakulásában a barlangon egykor vagy napjainkban végigfolyó patak által szállított hordalék koptató munkája játszotta a fő szerepet (pl.baradla-barlang, Béke-bg. stb.) -víznyelőktől a karsztforrásig vezető, egyenletesen csökkenő esésű járat The evolution of the Baradla Cave (Berényi et al., 2006) showing how the cave filled up with sediment and how the sediment was transported from the cave by the floods of the creeks

31 Barlangi kitöltések Légnemű kitöltések levegő szén-dioxid (0,3%) (Lengyel-barlang, Alba-Regia barlang) kénhidrogén metán rothadásból származó Cseppfolyós kitöltések patakvíz tó kondenzációs csepegő-szivárgó Szilárd kitöltések (autochton-bg.-ban képződött, allochton-felszínről bekerült kitöltések) omlások oldási maradék (agyag) guanó kiválások (pl. cseppkő) hordalék jég állati, emberi és növénymaradványok

32 Cseppfolyós kitöltés Víz Karsztvíz a karsztos kőzetek hasadékait, üregeit kitöltő víz karsztterületek csoportosítása: a karsztosodó kőzet a felszínen található (Nyilt karszt) - a karsztvíz szabad tükrű, közvetlenül a karsztra hulló csapadékból is táplálkozik vízzáró képződmények fedik (Fedett karszt) -a karsztvíz lehet szabad vízszintű, vagy -leszorított vízszintű karszt Aggtelek

33 Szilárd kitöltések 1. Autochton kitöltések -mészkiválások (csepegő-szivárgó vizekből, folyó- vagy állóvízből) : Kalcit 25 o C alatti hőmérsékleten Aragonit 25 o C felett -egyéb ásványkiválások -omladék -valódi barlangi agyag -guanó -jég -Csepegő-szivárgó vizek mészkválásai: Cseppkő Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 +CO 2 +H 2 O -Folyóvizek: mésztufagát

34 Szilárd kitöltések 2. Allochton kitöltések víz, huzat vagy az élőlények (köztük a barlangászok) által beszállított anyagok -kavics, homok és áradmányos iszap -növényi, állati maradványok -csontmaradványok (róka, béka, rágcsálók) -ember által használt eszközök, szerszámok -szemét