Альфапедия

Speleothem

редактировать
Структура, образованная в пещере в результате отложения минералов из воды
Для вторичных отложений, образованных из бетона, извести или строительного раствора За пределами пещеры см. Calthemite.
Изображение, на котором показаны шесть наиболее распространенных образований с метками. Увеличьте для просмотра ярлыков.

Speleothems (; Древнегреческий : «пещерные отложения»), широко известные как пещерные образования, представляют собой вторичные минеральные отложения, образовавшиеся в пещере. Speleothems обычно образуются в известняке или доломите растворных пещерах. Термин «speleothem», впервые введенный Муром (1952), происходит от греческих слов spēlaion «пещера» + théma «депозит». Определение «образований» в большинстве публикаций специально исключает вторичные месторождения полезных ископаемых в шахтах, туннелях и других искусственных сооружениях. Хилл и Форти более кратко определили «вторичные минералы», которые создают образования в пещерах:

«Вторичный» минерал - это минерал, полученный в результате физико-химической реакции из первичного минерала в коренной породе или детрите и / или отложенный из-за уникального набор условий в пещере; т.е. окружающая среда пещеры повлияла на отложение минерала.

Содержание

  • 1 Происхождение и состав
  • 2 Типы и категории
  • 3 Химия
  • 4 В качестве климатических заместителей
  • 5 Абсолютная датировка
  • 6 Кальтемиты: вторичные отложения, не образовавшиеся в пещерах
  • 7 Галерея
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Происхождение и состав

Выявлено более 300 разновидностей пещерных минеральных отложений. Подавляющее большинство образований являются известковыми и состоят из карбоната кальция в форме кальцита или арагонита, или сульфата кальция в форме из гипса. Известковые образования образуются в результате реакций растворения карбонатов. Дождевая вода в почвенной зоне реагирует с почвенным CO 2 с образованием слабокислой воды посредством реакции:

H2O + CO 2→ H2CO3

Поскольку вода с более низким pH проходит через карбонат кальция коренная порода от поверхности до потолка пещеры, он растворяет коренную породу по реакции:

CaCO 3 + H 2CO3→ Ca + 2 HCO 3

Когда раствор достигает пещеры, дегазация из-за более низкой пещеры pCO 2 вызывает осаждение CaCO 3:

Ca + 2 HCO 3 → CaCO 3 + H 2 O + CO 2

С течением времени скопление этих осадков формирует сталагмиты, сталактиты и водные камни., которые составляют основные категории образований.

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

Типы и категории

* Сталактит * B Соломинки для соды * C Сталагмиты * D Конический сталагмит * E Сталагнат или столбик * F Драпировка * G Драпировка * H Геликтиты * I Лунное молоко * J Бассейн для спекания, краевой камень * K Кристаллы кальцита * L Терраса из 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 бутылок * V Конулит * W Flowstone * X Подносы * Y Кальцитовые плоты * 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 или просачивается, конденсируется, течет или образует пруды. Многие образования названы из-за их сходства с искусственными или природными объектами. Типы образований включают:

  • Капельный камень - карбонат кальция в форме сталактитов или сталагмитов.
    • Сталактиты - это заостренные подвески, свисающие с потолка пещеры, из которых они растут
      • соломинки с содовой очень тонкие, но длинные сталактиты, имеющие удлиненно-цилиндрическую форму, а не обычную более коническую форму 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, прутья, бабочки, руки, кудрявые картофелины и «комки червей»
      • Люстры представляют собой сложные группы потолочных украшений
      • Ленточные сталактиты или просто «ленты» ", имеют соответствующую форму
    • Сталагмиты представляют собой" измельченные "копии сталактитов, часто тупые курганы
      • Сталагмиты метлы очень высокие и тонкие
      • Сталагмиты тотемных столбов также высокие и по форме напоминающие их тезки
      • Сталагмиты из жареных яиц маленькие, обычно шире, чем они высокие
    • Столбцы образуются, когда встречаются сталактиты и сталагмиты или когда сталактиты достигают пола пещеры
  • Flowstone представляет собой лист, который встречается на полу и стенах пещер
    • Драпировки или занавески представляют собой тонкие волнистые листы кальцита, свисающие вниз.
      • Бэкон - это драпировка с полосами разного цвета внутри ткани
    • Плотины Римстоуна, или канавы, возникают при ряби и образуют барьеры, которые могут содержать воду
    • Каменные водопады имитируют ледяные каскады
  • Пещерные кристаллы
    • Клыковидный лонжерон представляют собой большие кристаллы кальцита, часто встречающиеся около сезонных бассейнов
    • Морозные узоры игольчатые- подобны наростам кальцита или арагонита
    • Лунное молоко белое и сырное
    • Антодиты представляют собой цветочные кластеры аргонита кристаллов
    • Криогенные кристаллы кальцита рыхлые зерна кальцита, обнаруженные на дне пещер, образуются в результате разделения растворенных веществ при замерзании воды.
  • Спелеогены (технически отличные от образований) - это образования в пещерах, которые образованы удалением коренных пород, а не вторичными отложениями. К ним относятся:
    • Столбы
    • гребешки
    • Boneyard
    • Boxwork
  • Прочие
    • пещерный попкорн, также известные как «кораллоиды» или «пещеры». коралл », представляют собой небольшие узловатые скопления кальцита
    • пещерный жемчуг - результат капающей воды сверху, заставляющей маленькие« затравочные »кристаллы так часто переворачиваться, что они образуют почти идеальные сферы из карбоната кальция.
    • Сноттиты представляют собой колонии преимущественно сероокисляющих бактерий и имеют консистенцию «соплей» или слизи
    • Кальцитовые плоты представляют собой тонкие скопления кальцита, которые появляются на поверхности пещерных бассейнов
    • Ад Колокольчики, особое образование, обнаруженное в Эль-Сапоте сенот на Юкатане в виде погруженных колоколообразных форм

Speleothems, состоящих из сульфатов, карбонатов, мирабилит или опал встречаются в некоторых лавовых трубах. 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.

Образования, состоящие из чистого карбоната кальция, имеют полупрозрачный белый цвет, но часто образования окрашиваются химическими веществами, такими как оксид железа, медь или оксид марганца, или может быть коричневым из-за включений грязи и ила.

Химия

Многие факторы влияют на форму и цвет образований образований, включая скорость и направление просачивания воды, количество кислоты в воде, температуру и влажность пещеры, воздух течения, 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 при введении 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 заместители

Спелеотемы изучаются как климатические заместители, потому что их расположение в окружающей среде пещеры и закономерности роста позволяют использовать их в качестве архивов для нескольких климатических переменных. Основными измеряемыми заместителями являются изотопы кислорода и углерода и следовые катионы. Эти индикаторы, сами по себе и в сочетании с другими записями о климате, могут дать ключ к разгадке прошлых изменений осадков, температуры и растительности за последние ~ 500 000 лет.

Особая сила образований в этом отношении - их уникальная способность должны быть точно датированы большей частью позднего четвертичного периода с использованием метода уран-ториевого датирования. Стабильные изотопы кислорода (δO ) и углерода (δC ) хорошо регистрируются в образованиях, давая данные с высоким разрешением, которые могут показать годовые колебания температуры (изотопы кислорода в основном отражают температуру осадков) и осадки (изотопы углерода в первую очередь отражают состав растений C3 / C4 и продуктивность растений, но их интерпретация часто бывает сложной). Путем отбора проб вдоль датированного разреза образованной образования эти значения изотопов и скорости роста образований обеспечивают палеоклиматические записи, аналогичные тем, которые были получены из ледяных кернов. Изменения в количестве осадков изменяют ширину образования нового кольца, где образование тесных колец показывает небольшое количество осадков, а более широкое расстояние показывает более сильные осадки.

Геометрический способ роста сталагмитов, который изменяется в зависимости от высоты падения воды от и скорость 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. Кроме того, подсчет капель и анализ микроэлементов на самих каплях воды показали более краткосрочные изменения климата с высоким разрешением, такие как условия засухи, связанные с Эль-Ниньо - Южным колебанием (ENSO) климатические явления.

Недавний метод - использование компьютерной томографии неповрежденных образцов для анализа плотности, где более плотное развитие образований указывает на более высокую доступность влаги.

Абсолютное датирование

Другой метод датирования с использованием электронного парамагнитного резонанса (ESR), также известного как электронный парамагнитный резонанс (EPR), основан на измерении электронного дырочные центры накапливались со временем в кристаллической решетке CaCO 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, присутствие катионных примесей, таких как Mn, Fe или Fe, и гуминовых кислот (органических веществ) может замаскировать интересующий сигнал или помешать 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 задач 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 будут выполнены все критерии отбора.

Кальтемиты: вторичные отложения, не образовавшиеся в пещерах

Вторичные отложения, полученные из бетона, известь, строительный раствор или известковый материал, обнаруженный на искусственных конструкциях за пределами пещерной среды или в искусственных пещерах (например, шахты и туннели ), могут имитировать формы и формы образований, но классифицируются как кальтемиты. Возникновение кальтемитов часто связано с деградацией бетона, но также может быть связано с выщелачиванием извести, строительного раствора или другого известкового материала (например, известняк и доломит ). Несмотря на схожий внешний вид, «кальтемиты» (созданные вне среды пещеры) не считаются «образованными образованиями» (создаваемыми внутри среды пещеры), и наоборот, согласно их определениям.

Галерея

Ссылки

  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. ^Hill, C.A, and Forti, P, (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. 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 режимов 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. ^Уайт, Уильям (2012). «Микроструктура спелеотем / онтогенез спелеотем: обзор западных работ». Международный журнал спелеологии. 41 (2): 329–358. doi : 10.5038 / 1827-806x.41.2.18. ISSN 0392-6672.
  7. ^Уайт, Уильям (09.02.2016). «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 оригинала 2 февраля 2016 г. Получено 28 января 2016 г.
  9. ^Macalady, Jones and Lyon, 2008, Environmental Microbiology 9 (6): 1402–1414
  10. ^Larson, Charles V. ( 1992) Номенклатура характеристик лавовых трубок, Шестой международный симпозиум по вулканоспелеологии, Национальное спелеологическое общество, стр. 246. http://www.vulcanospeleology.org/sym06/ISV6x35.pdf
  11. ^ Fairchild, Ian J.; 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 образованиях» (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. ^Richards, David A.; 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 палео-растительности и палеотемпературы». Седиментология. 61 (3): 749–766. doi : 10.1111 / sed.12078. ISSN 1365-3091.
  15. ^«Картинный климат: чему мы можем научиться у пещер? | NOAA Climate.gov». www.climate.gov. Проверено 29 апреля 2017.
  16. ^McDonald, Janece; 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. ^Walczak, Izabela W.; 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». 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 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.
    • Grün, R. (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.
    • Hennig, G.J.; 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.
    • 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.
    • Nambi, K.S.V.; Айткин М.Дж. (1986). «Коэффициенты пересчета годовой дозы для датирования TL и ESR». Археометрия. 28 (2): 202–205. doi : 10.1111 / j.1475-4754.1986.tb00388.x.
    • Radtke, U.; 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.
    • Radtke, U.; 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, W.J. (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.
    • Скиннер, А. (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. ^ Смит, Г.К., (2016). «Сталактиты из кальцитовой соломы, растущие из бетонных конструкций», Cave and Karst Science, Vol. 43, No. 1, pp. 4–10, (апрель 2016 г.), British Cave Research Association, ISSN 1356-191X.
  20. ^Macleod, G., Hall, AJ and Фаллик, AE (1990). «Прикладное минералогическое исследование разрушения бетона на крупном бетонном автомобильном мосту». Минералогический журнал, Том. 54, 637–644.

Внешние ссылки

На Wikimedia Commons есть материалы, связанные с Speleothems.
Последняя правка сделана 2021-06-09 02:24:07
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте