Speleothem
Speleothem , ( / ˈ S p iː l i ə θ ɛ m / ; от древнегреческого σπήλαιον ( spḗlaion ) 'пещера' и θέμα ( thema ) 'Depit') является формированием минеральными геологическим отложениями которые накапливают во времени в природных пещере . [ 1 ] Speleothems чаще всего образуются в известковых пещерах из -за реакций растворения карбоната. Они могут принимать различные формы, в зависимости от их истории и окружающей среды. Их химический состав, постепенный рост и сохранение в пещерах делают их полезными палеоклиматическими прокси.
Химические и физические характеристики
[ редактировать ]Было выявлено более 300 вариаций минеральных отложений пещеры. [ 2 ] Подавляющее большинство Speleothems являются известными, состоящими из карбоната кальция (Caco 3 ) минералов ( кальцит или арагонит ). Реже, Speleothems изготовлены из сульфата кальция ( гипс или мирабилит ) или опала . [ 2 ] Спелеотимы чистого карбоната кальция или сульфата кальция являются полупрозрачными и бесцветными. Присутствие оксида железа или меди обеспечивает красновато -коричневый цвет. Присутствие оксида марганца может создавать более темные цвета, такие как черный или темно -коричневый. Speleothems также могут быть коричневыми из -за наличия грязи и ила . [2]
Many factors impact the shape and color of speleothems, including the chemical composition of the rock and water, water seepage rate, water flow direction, cave temperature, cave humidity, air currents, aboveground climate, and aboveground plant cover. Weaker flows and short travel distances form narrower stalagmites, while heavier flow and a greater fall distance tend to form broader ones.
Formation processes
[edit]Most cave chemistry involves calcium carbonate (CaCO3) containing rocks such as limestone or dolomite, composed of calcite or aragonite minerals. Carbonate minerals are more soluble in the presence of higher carbon dioxide (CO2) and lower temperatures. Calcareous speleothems form via carbonate dissolution reactions whereby rainwater reacts with soil CO2 to create weakly acidic water via the reaction:[3]
- H2O + CO2 → H2CO3
As the acidic water travels through the calcium carbonate bedrock from the surface to the cave ceiling, it dissolves the bedrock via the reaction:
- CaCO3 + H2CO3 → Ca2+ + 2 HCO3−
When the solution reaches a cave, the lower pCO2 in the cave drives the precipitation of CaCO3 via the reaction:
- Ca2+ + 2 HCO3− → CaCO3 + H2O + CO2
Over time, the accumulation of these precipitates form dripstones (stalagmites, stalactites), and flowstones, two of the major types of speleothems.
Climate proxies
[edit]Speleothem transects can provide paleoclimate records similar to those from ice cores or tree rings.[4] Slow geometrical growth and incorporation of radioactive elements enables speleothems to be accurately and precisely dated over much of the late Quaternary by radiocarbon dating and uranium-thorium dating, as long as the cave is a closed system and the speleothem has not undergone recrystallization.[5] Oxygen (δ18O) and carbon (δ13C) stable isotopes are used to track variation in rainfall temperature, precipitation, and vegetation changes over the past ~500,000 years.[6][7] The Mg/Ca proxy has likewise been used as a moisture indicator, although its reliability as a palaeohygrometer can be affected by cave ventilation during dry seasons.[8] Variations in precipitation alter the width of speleothem rings: closed rings indicates little rainfall, wider spacing indicates heavier rainfall, and denser rings indicate higher moisture. Drip rate counting and trace element analysis of the water drops record short-term climate variations, such as El Niño–Southern Oscillation (ENSO) climate events.[9] Exceptionally, climate proxy data from the early Permian period have been retrieved from speleothems dated to 289 million years ago sourced from infilled caves exposed by quarrying at the Richards Spur locality in Oklahoma.[10]
Types and categories
[edit]
(A) Stalactite (B) Soda straws (C) Stalagmites (D) Coned stalagmite (E) Stalagnate or column (F) Drapery (G) Drapery (H) Helictites (I) Moonmilk (J) Sinter pool, rimstone (K) Calcite crystals (L) Sinter terrace (M) Karst (N) Body of water (O) Shield (P) Cave clouds (Q) Cave pearls (R) Tower cones (S) Shelfstones (T) Baldacchino canopy (U) Bottlebrush stalactite (V) Conulite (W) Flowstone (X) Trays (Y) Calcite rafts (Z) Cave popcorn or coralloids (AA) Frostworks (AB) Flowstone (AC) Splattermite (AD) Speleoseismites (AE) Boxworks (AF) Oriented stalactite (AG) collapsed rubble
Speleothems take various forms, depending on whether the water drips, seeps, condenses, flows, or ponds. Many speleothems are named for their resemblance to man-made or natural objects. Types of speleothems include:[11]
- Dripstone is calcium carbonate in the form of stalactites or stalagmites
- Stalactites are pointed pendants hanging from the cave ceiling, from which they grow
- Soda straws are very thin but long stalactites with an elongated cylindrical shape rather than the usual more conical shape of stalactites
- Helictites are stalactites that have a central canal with twig-like or spiral projections that appear to defy gravity
- Include forms known as ribbon helictites, saws, rods, butterflies, hands, curly-fries, and "clumps of worms"
- Chandeliers are complex clusters of ceiling decorations
- Ribbon stalactites, or simply "ribbons", are shaped accordingly
- Stalagmites are the "ground-up" counterparts of stalactites, often blunt mounds
- Broomstick stalagmites are very tall and spindly
- Totem pole stalagmites are also tall and shaped like their namesakes
- Fried egg stalagmites are small, typically wider than they are tall
- Stalagnate results when stalactites and stalagmites meet or when stalactites reach the floor of the cave
- Stalactites are pointed pendants hanging from the cave ceiling, from which they grow
- Flowstone is sheet like and found on cave floors and walls
- Draperies or curtains are thin, wavy sheets of calcite hanging downward
- Bacon is a drapery with variously colored bands within the sheet
- Rimstone dams, or gours, occur at stream ripples and form barriers that may contain water
- Stone waterfall formations simulate frozen cascades
- Draperies or curtains are thin, wavy sheets of calcite hanging downward
- Cave crystals
- Dogtooth spar are large calcite crystals often found near seasonal pools
- Frostwork is needle-like growths of calcite or aragonite
- Moonmilk is white and cheese-like
- Anthodites are flower-like clusters of aragonite crystals
- Cryogenic calcite crystals are loose grains of calcite found on the floors of caves formed by segregation of solutes during freezing of water.
- Speleogens (technically distinct from speleothems) are formations within caves that are created by the removal of bedrock, rather than as secondary deposits. These include:
- Others
- Cave popcorn, also known as "coralloids" or "cave coral", are small, knobby clusters of calcite
- Cave pearls are the result of water dripping from high above, causing small "seed" crystals to turn over so often that they form into near-perfect spheres of calcium carbonate
- Snottites are colonies of predominantly sulfur oxidizing bacteria and have the consistency of "snot", or mucus
- Calcite rafts are thin accumulations of calcite that appear on the surface of cave pools
- Hells Bells, a particular speleothem found in the El Zapote cenote of Yucatan in the form of submerged, bell-like shapes
- Lava tubes contain speleothems composed of sulfates, mirabilite or opal. When the lava cools, precipitation occurs.
Calthemites
[edit]The usual definition of speleothem excludes secondary mineral deposits derived from concrete, lime, mortar, or other calcareous material (e.g. limestone and dolomite) outside the cave environment or in artificial caves (e.g. mines, tunnels), which can have similar shapes and forms as speleothems. Such secondary deposits in man-made structures are termed calthemites. Calthemites are often associated with concrete degradation, or due to leaching of lime, mortar, or other calcareous material.
Gallery
[edit]-
-
Сталактиты и колонны в натуральных мостовых пещерах , Техас -
Больше образований в Cartive Bridge Caverns , штат Техас -
-
Калифорнийские пещеры , округ Калаверас, Калифорния; одна из многих пещер, расположенных в предгорьях Сьерра в Калифорнии -
-
-
-
Изображение формирования пещерной жемчужины -
Изображение потока в мамонтовой пещере, Кентукки
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уайт, WB (2019). "Speleothems" . Энциклопедия пещер : 1006–17. doi : 10.1016/b978-0-12-814124-3.00117-5 . ISBN 9780128141243 .
- ^ Jump up to: а беременный в Уайт, Уильям (2016). «Химия и Карст» . Acta Carsologica . 44 (3). doi : 10.3986/ac.v44i3.1896 . ISSN 0583-6050 .
- ^ J., Fairchild, Ian (2012). Speleothem Science: от процесса до прошлой среды . Wiley-Blackwell. ISBN 978-1-4051-9620-8 Полем OCLC 813621194 .
{{cite book}}: Cs1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Брэдли, Рэймонд С. (2015). Палеоклиматология: реконструкция климата четвертичного . Академическая пресса. С. 291–318. doi : 10.1016/b978-0-12-386913-5.00008-9 . ISBN 978-0-12-386913-5 .
- ^ Ричардс, Дэвид А.; Дорале, Джеффри А. (2003). «Хронология серии урана и применение экологических сферов». Отзывы о минералогии и геохимии . 52 (1): 407–460. BIBCODE : 2003RVMG ... 52..407R . doi : 10.2113/0520407 . ISSN 1529-6466 .
- ^ Fairchild, Ian J.; Смит, Клэр Л.; Бейкер, Энди; Фуллер, Лиза; Spötl, Christoph; Матти, Дэйв; Макдермотт, Фрэнк; EIMF (2006). «Модификация и сохранение сигналов окружающей среды в спелеотемах» (PDF) . Земля-наука обзоров . Изотопы в палеоэкологической реконструкции (изопал). 75 (1–4): 105–153. Bibcode : 2006esrv ... 75..105f . doi : 10.1016/j.earscirev.2005.08.003 .
- ^ Хенди, С. Х (1971). «Изотопная геохимия Speleothems - I. Расчет влияния различных способов формирования на изотопный состав Speleothems и их применимость в качестве палеоклиматических показателей». Geochimica et Cosmochimica Acta . 35 (8): 801–824. Bibcode : 1971gecoa..35..801h . doi : 10.1016/0016-7037 (71) 90127-x .
- ^ Ронай, Элли Р.; Брейтенбах, Себастьян Ф.М.; Остер, Джессика Л. (25 марта 2019 г.). «Чувствительность записей Speleothem в индийском летнем муссонном регионе к проникновению в сухой сезон» . Научные отчеты . 9 (1): 5091. Bibcode : 2019natsr ... 9.5091R . doi : 10.1038/s41598-019-41630-2 . ISSN 2045-2322 . PMC 6434041 . PMID 30911101 .
- ^ Макдональд, Янче; Дрисдейл, Рассел; Хилл, Дэвид (2004). «Эль -Ниньо 2002–2003 годов, записанные в австралийских капельных водах пещеры: последствия для реконструкции историй осадков с использованием сталагмитов» . Геофизические исследования . 31 (22): L22202. Bibcode : 2004georl..3122202M . doi : 10.1029/2004gl020859 . HDL : 1959.13/29201 . ISSN 1944-8007 .
- ^ Вудхед, Джон; Рейс, Роберт; Фокс, Дэвид; Дрисдейл, Рассел; Hellstrom, Джон; Маас, Роланд; Ченг, Хай; Эдвардс, Р. Лоуренс (2010-05-01). «Спелеомемные климатические записи из глубокого времени? Изучение потенциала с примером пермского» . Геология . 38 (5): 455–458. Bibcode : 2010geo .... 38..455W . doi : 10.1130/g30354.1 . HDL : 1959.13/931960 . ISSN 0091-7613 .
- ^ Hill, CA, и Forti, P, (1997). Пещерные минералы мира, (2 -е издание). [Хантсвилл, Алабама: Национальное спелеологическое общество Inc.] С. 217, 225
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Виртуальная пещера: онлайн -руководство по спелеатам
- Минеральные агрегаты из пещер Carst, образованные в капиллярной пленке
- Галерея Speleothems из NPS Cave и программы Karst (архивирована 23 января 2013 г.)