NACIEKI JASKINIOWE

Nacieki jaskiniowe (speleotemy) są skałami osadowymi, węglanowymi powstającymi w podziemnych próżniach krasowych w wyniku chemicznego wytrącania się węglanu wapnia ze skroplonych lub sączących się wód krasowych. Budujący je autogeniczny kalcyt (rzadziej aragonit) wytrąca się z roztworów bogatych w rozpuszczony CaCO₃ – czyli wodorowęglan wapnia (Ca(HCO₃)₂). Proces ich powstawania przebiega zgodnie z odwracalną reakcją chemiczną, w której spadek ciśnienia cząstkowego dwutlenku węgla powoduje ucieczkę gazu i wytrącanie węglanu:

Ca(HCO₃)₂ ↔ CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑

Speleotemy to formy chemiczne o dużej zwięzłości i krystalicznej budowie, narastające na ścianach, stropach i dnie jaskiń w strefie niedostępnej dla światła słonecznego, gdzie panują stabilne warunki mikroklimatyczne (stała temperatura i duża wilgotność powietrza) (np. Fig. 2).

Opis skały i odmiany

Nacieki jaskiniowe cechują się zazwyczaj jasną barwą – są śnieżnobiałe, kremowe, beżowe lub szarawe. Wszelkie odcienie żółte, brunatne, czerwonawe czy rdzawe wynikają z obecności domieszek wodorotlenków żelaza i manganu, które dostają się do jaskiń wraz z wodami infiltracyjnymi z pokryw glebowych. Speleotemy budują lite, twarde i w pełni zdiagenezowane skały o strukturze krystalicznej (od drobno- do wielkokrystalicznej), wykazujące bardzo często wybitne, pasmowe warstwowanie koncentryczne lub laminowane (Fig. 3), będące zapisem zmian chemicznych roztworu kwaśnego węglanu wapnia oraz rytmicznego przyrostu form naciekowych w czasie.

Nacieki jaskiniowe charakteryzują się wysokim stopniem krystaliczności i praktycznie zerową porowatością pierwotną. Są to skały praktycznie monomineralne (lub bimineralne), zbudowane głównie z kalcytu, rzadziej z niestabilnego termodynamicznie aragonitu lub vaterytu, przez co bardzo silnie burzą z zimnym, rozcieńczonym HCl. W ich masie mogą występować mikroskopijne domieszki materiału terygenicznego w postaci pyłów ilastych, kwarcu oraz cząstek organicznych uwięzionych podczas krystalizacji.

W zależności od formy morfologicznej, sposobu zasilania wodą oraz miejsca ich narastania w jaskini, w literaturze wyróżnia się bogaty zestaw odmian nacieków:

• Stalaktyty – nacieki zwisające ze stropu jaskini w postaci sopli, rurek lub stożków, narastające na ich powierzchni w wyniku kapania wody i ucieczki CO₂.
• Stalagmity – nacieki narastające od spągu jaskini ku górze w formie stożków lub kolumn, zasilane kapiącą z góry wodą.
• Stalagnaty (kolumny naciekowe) – masywne formy powstałe z połączenia się rosnącego w górę stalagmitu ze zwisającym stalaktytem.
• Polewy naciekowe (kaskady) – cienkie lub grube warstwy kalcytu pokrywające ściany oraz spąg jaskiń, wytrącane z cienkich filmów wodnych spływających grawitacyjnie po pochyłościach.
• Heliktyty – ekscentryczne, agrawitacyjne, poskręcane formy naciekowe wyrastające wbrew grawitacji, których wzrost sterowany jest siłami kapilarnymi oraz nierównomiernym napływem roztworów przez mikrokapilary.
• Pizolity (perły jaskiniowe) – drobne, kuliste lub elipsoidalne formy węglanowe luźno leżące w zagłębieniach spągu, obracane przez kapiącą wodę i powleczone współśrodkowymi warstwami kalcytu.

Geneza i formy morfologiczne

Genetycznie nacieki jaskiniowe są bezpośrednio powiązane z zaawansowanym cyklem krasowym. W pierwszej fazie wody opadowe wzbogacone w dwutlenek węglek w glebie agresywnie rozpuszczają węglany w strefie epikrasowej i wnikają w głąb górotworu. Kluczowym warunkiem do powstania szaty naciekowej jest jednak zmiana warunków środowiskowych w momencie, gdy woda wnika do pustych, odwadnianych i wypełnionych powietrzem partii jaskiniowych. W pustkach tych ciśnienie cząstkowe CO₂ w powietrzu jaskiniowym jest z reguły znacznie niższe niż w roztworze wodnym napływającym z górotworu. Dochodzi do natychmiastowego odgazowania roztworu, ucieczki dwutlenku węgla do atmosfery jaskini i – w konsekwencji – do krystalizacji mikrokrystalicznego kalcytu. Wzrost temperatury w głębi niektórych systemów oraz powolne parowanie wody dodatkowo potęgują ten proces.

Proces ten zachodzi niezwykle powolnie – tempo przyrostu nacieków jest wysoce zmienne i zależy od intensywności opadów, stopnia nasycenia wód, temperatury oraz biologicznej aktywności mikroorganizmów w glebach nad jaskinią. Średnie tempo narastania warstw kalcytu szacuje się zazwyczaj na od ułamków milimetra do kilku milimetrów na rok, co sprawia, że speleotemy stanowią niezwykle stabilne archiwum historyczne.

W sprzyjających warunkach hydrogeologicznych szata naciekowa potrafi wypełnić znaczne partie próżni podziemnych, tworząc imponujące formy geomorfologiczne:

• Draperie jaskiniowe – cienkie, pofalowane zasłony naciekowe wiszące wzdłuż linii spękań stropowych, przypominające kamienne tkaniny,
• Mleko jaskiniowe (moonmilk) – plastyczna, wilgotna masa złożona z drobnych kryształów kalcytu lub innych węglanów, powstająca przy udziale procesów biochemicznych (bakterii),
• Misy martwicowe (gours) – kaskadowe tamy naciekowe spiętrzające podziemne strumienie i tworzące sekcje niewielkich jeziorek jaskiniowych.

Występowanie i znaczenie naukowe

W Polsce wspaniałe formy szaty naciekowej występują powszechnie we wszystkich głównych regionach krasowych, przede wszystkim w Tatrach (np. Jaskinia Mroźna, Jaskinia Mylna, Jaskinia Zimna), na Wyżynie Krakowsko-Częstochowskiej (m.in. Jaskinia Wierzchowska Górna), w Sudetach (m.in. Jaskinia Niedźwiedzia w Kletnie), w Górach Świętokrzyskich (m.in. Jaskinia Raj). Na świecie spektakularne kompleksy naciekowe spotkać można w słynnych systemach jaskiniowych, takich jak Park Narodowy Jaskini Mamutowej w USA, Škocjanske jame czy Postojna w Słowenii.

Współcześnie nacieki jaskiniowe mają fundamentalne znaczenie naukowe i są intensywnie badane z uwagi na dwa kluczowe aspekty:

• Najdokładniejsze archiwum paleoklimatyczne lądu: Dzięki zastosowaniu nowoczesnych metod izotopowych (np. datowania uranowo-torowego ²³⁰Th/²³⁴U) oraz analizie stosunków izotopów tlenu (δ¹⁸O) i węgla (δ¹³C) w kolejnych warstwach przyrostowych stalagmitów, naukowcy są w stanie zrekonstruować zmiany temperatury, opadów i roślinności na lądach z dokładnością do pojedynczych lat na przestrzeni setek tysięcy lat.
• Sejsmotektonika i paleosejsmologia: Analiza połamanych, przemieszczonych lub ponownie zacementowanych speleotemów pozwala na precyzyjne datowanie dawnych trzęsień ziemi oraz aktywności uskokowej w rejonach górotworów krasowych.