01. curs - carstologie, aprilie-2014 (1).pdf

1

UNIVERSITATEA AL. I. CUZA IAI FACULTATEA DE GEOGRAFIE I GEOLOGIE

DEPARTAMENTUL DE GEOGRAFIE

CURS

INTRODUCERE N CARSTOLOGIE

Doru-Toader JURAVLE

Dan DUMITRIU

= APRILIE - 2014 =

2

BIBLIOGRAFIE

ANASTASIU N. (1988) - Petrologie sedimentar. Editura Tehnic, Bucureti.

ANASTASIU N., GRIGORESCU D., MUTIHAC V., POPESCU C. GH. (2007) - Dicionar de geologie. Editura Didactic i Pedagogic, R.A., Bucureti.

ANDRONE Delia Anne-Marie (2002) Gologie gnrale. Editura Univ. Al. I. Cuza Iai. ANDRONE Delia Anne-Marie (2008) Geologie general. Vol. I, Mineralogie. Editura Tehnopress, Iai. APOSTOLESCU Rodica (1982) - Cristalografie, Mineralogie. Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti.

BLEAHU M. D. (1974) - Morfologia carstic. Editura tiinific, Bucureti. BLEAHU M. D. (1982) - Relieful carstic. Editura Albatros, Bucureti.

COCEAN P. (2000) - Munii Apuseni. Procese i forme carstice. Editura Academiei Romne, Bucureti. COCEAN P., ONAC B. P. (1989) Le relief dvelopp sur les calcaires cristallines de la partie sud-est du massif de

Gilu - Muntele Mare. Studia Univ. Babe-Bolyai, Geologie-Geographia, XXXIV (1), 11-20, Cluj-Napoca.

DIACONU G. (1979) Classification des speleothemes. Trav. Inst. Speol. Emil Racovit, XVIII, 215-218.

DONIS I., BOBOC N., IONI I. (2009) - Dicionar geomorfologic cu termeni corespondeni n limbile englez, francez i rus. Editura Universitii Al. I. Cuza Iai.

GIURM I., CRCIUN I., GIRM R. C. (2003) - Hidrologie i hidrogeologie. Aplicaii. Tipografia Univ. Tehnice Gh. Asachi, Iai.

IANOVICI V., TIOPOL Victoria, CONSTANTINESCU E. (1979) Mineralogie. Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti.

JENNINGS J. N. (1985) Karst geomorphology. Basil Blackwell Inc., Oxford, 293 p. LZRESCU V. (1980) Geologie fizic. Editura Tehnic, Bucureti.

MUNTELE I., IAU C. (2006) - Geografia turismului concepte, metode i forme de manifestare spaio-temporal, ed. a II-a revazut i adaugit, Ed. Sedcom Libris, Iai.

NAUM T., GRIGORE M. (1974) - Geomorfologie. Editura Didactic i Pedgogic, Bucureti. OLARU L., IONESI V., ABR D. (2004) - Geologie fizic. Editura Univ. "Al. I. Cuza" Iai. ONAC P. B. (1998) Formaiuni stalagmitice n peterile Pdurii Craiului. Editura Academiei Romne, Bucureti,

175 p.

ONAC P. B. (2000) - Geologia regiunilor carstice. Editura Didactic i Pedagogic, R.A., Bucureti. PALMER A. N. (1981) A geological guide to Mammoth Cave National Park. Zephyrus Press, Teaneck, NJ.196 p. PAVELESCU L. (1976) Petrologia rocilor eruptive i metamorfice, ed. III. Tipografia Universitii din Bucureti. PETRESCU I., coord. (2002) - Catastrofe geologice. Ed. Dacia, Cluj-Napoca.

RDOANE M., DUMITRIU D., IONI I. (2000) - Geomorfologie, vol. I. Editura Universitii Suceava, Suceava. RDOANE M., DUMITRIU D., IONI I. (2001) - Geomorfologie, vol. II. Editura Universitii Suceava, Suceava. RDULESCU P. D. (1976) - Vulcanii astzi i n trecutul geologic. Editura Tehnic, Bucureti. RDULESCU D. (1981) Petrologie magmatic i metamorfic. Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti.

RUSU T. (1988) Carstul din Munii Pdurea Craiului. Ed. Dacia, Cluj-Napoca, 254 p. SALOMON J.-N. (2006) Prcis de Karstologie, 2e dition. Presses Universitaires de Bordeaux.

3

NOIUNI INTRODUCTIVE

Definiia carstului/reliefului carstic

Prin carst se nelege sistemul geomorfologic (relieful carstic) format pe roci solubile de la suprafa sau de sub suprafaa topografic (roci carbonatice: calcare, dolomite, etc. i roci necarbonatice: evaporite, etc), a crui mofogenez este controlat n principal de procesele chimice de dizolvare i, n subsidiar, de procese fizico-mecanice (Anastasiu et al., 2007; Bleahu, 1974, 1982; Donis et al., 2009; Onac, 2000).

Fig. 1. Podiul Kras (din Bleahu, 1982)

Termenul de relief carstic deriv de la slavonul kras folosit pentru a desemna platoul calcaros situat ntre golful Trieste, peninsula Istria i partea vestic a Alpilor Iulieni. Acest teritoriu

este denumit de italieni Carso i de germani Karst. Kar, preluat de celi de la pre-indo-europeni, semnific deert sau cmp de piatr (Fig. 1).

4

Studiul geomorfologiei carstice revine carstologiei, a crei ntemeietor este considerat geograful srb Jovan Cvijic (Bleahu, 1974, 1982; Onac, 2000).

CARSTOLOGIA ESTE DISCIPINA CARE SE OCUP CU STUDIUL RELIEFULUI FORMAT PE

ROCI SOLUBILE, SITUATE LA SUPRAFA SAU N SUBTERAN, A CRUI MORFOGENEZ ESTE CONTROLAT N PRINCIPAL DE PROCESE CHIMICE (DIZOLVAREA) I, N SUBSIDIAR, DE PROCESE FIZICO-MECANICE.

Datorit interesului special pe care l-a suscitat peterile, din carstologie s-a desprins speologia. SPEOLOGIA ESTE DISCIPLINA CARE SE OCUP CU STUDIUL INTEGRAT AL

ENDOCARSTULUI SPELEIC (golurile naturale subterane; peterile) (din punct de vedere mineralogic, sedimentologic, paleontologic, ecologic, arheologic, etc) => Speologia fizic (speogeneza; speomorfologie; speohidrologie; speoclimatologie); Biospeologia; Antropospeologia.

SUBSTRATUL CARSTIFICABIL

Scoara terestr este alctuit din serii de roci magmatice, sedimentare i metamorfice, cu proprieti fizice, chimice i mineralogice specifice. Dintre acestea o serie de roci au o susceptibilitate mai ridicat la procesele chimice de dizolvare i alterare. Acestea, n momentul

interaciunii cu apa caracterizat de o aciditate mai mare, sunt atacate chimic i se produc o serie de forme de dizolvare specifice, fie la suprafaa substratului (formele exoxarstice) fie n subteran (formele endocarstice). Substratul cel mai favorabil formrii morfologiilor carstice este cel alctuit

din roci carbonatice, evaporitice i de tranziie i, ntr-o msur mai redus cel alctuit din roci magmatice.

ROCILE CARBONATICE

Rocile carbonatice sunt roci sedimentare poligene, constituite din minerale carbonatice

autigene, corpusculi carbonatici (alocheme), fragmente litice carbonatice extrabazinale i

intrabazinale (intraclaste), liani carbonatici (ciment; intracheme), minerale i fragmente litice alogene. Mineralele carbonatice depesc 50% din masa rocii.

Minerale carbonatice > 50%:

- Calcit - CaCO3 trigonal;

- Aragonit - CaCO3 rombic;

- Dolomit - CaMg(CO3)2 trigonal;

- Siderit - FeCO3 trigonal;

- Ankerit - Ca(Mg, Fe)(CO3)2 trigonal;

- Magnezit - MgCO3 trigonal; etc.

Minerale necarbonatice alogene + autigene < 50%:

- Autigene: feldspai, fosfai, oxizi (de ex. pirit, hematit, limonit), etc. - Alogene: cuar (SiO2), calcedonie (SiO2 - criptocristalin), minerale argiloase, mice,

feldaspai, etc.

Corpusculi calcaroi formai n bazin

Alocheme (elemente figurate) (Fig. 2, 3 i 4)

5

a. Intraclaste - sunt fragmente provenite din substratul calcaros cimentat al bazinului i resedimentate. Au forme neregulate, angulare.

b. Bioclaste - sunt reprezentate de testurile minerale i scheletice ale organismelor, cu grade diferite de conservare i fragmentare.

c. Corpusculi nvelii - sunt granule alctuite dintr-un nucleu central care este nvelit de mai multe straturi carbonatice, concentrice sau radiare.

- Oolite (ooide) - corpusculi aproximativ sferici cu diametrul mai mic de 2 mm,

alctuit dintr-un nucleu (cuar, fragmente fosile, etc.) nvelit cu material carbonatic, cu o structur concentric sau fibros-radiar.

- Pisolite (oncoide) - au o structur asemntoare cu oolitele, dar dimensiunea granulelor depete 2 mm.

d. Pelete - sunt corpuscule de regul sferice, omogene, fr granul central, cu textur

criptocristalin. Se formeaz prin procese de aglutinare i acreionare (pelete algale, pelete fecale, etc.).

e. Lumpurile - sunt agregate cu contur lobat, la care cimentarea corpusculilor s-a produs

prin procese algale, baceriene sau chimice.

Ortocheme (cimentul) reprezint liantul autigen primar sau secundar (de recristalizare), de natur calcaroas, care cimenteaz alochemele sau litoclastele de alt natur petrografic.

a. Micrit - matrice criptocristalin calcitic, singenetic, opac, cu dimensiunea cristalelor mai mic de 4 (0,004 mm). Acest tip de matrice/ciment ar provenii fie din mlul calcaros

format pe suprafaa calcarelor submerse sau prin precipitarea chimic i biochimic. b. Sparit - reprezint un ciment de precipitare sau recristalizare, cu dimensiunea

cristalelor mai mare de 4 (0,004 mm).

Litoclaste calcaroase alogene - extraclaste

Sunt fragmente de diferite forme i diferite dimensiuni din pturile de dezagregare formate n

afara bazinului pe substrat calcaros, preluate de agenii de transport i sedimentate n bazin.

Fragmente litice necarbonatice alogene

Sunt fragmente de diferite forme i diferite dimensiuni din pturile de dezagregare formate n afara bazinului pe substrat diferit de cel calcaros, preluate de vectorii de transport i sedimentate n bazin.

6

Fig. 2. Alocheme, intracheme i bioclaste

Fig. 3. Alocheme i bioclaste

Fig. 4. Depozite alochemice i intraclaste

7

CLASIFICAREA ROCILOR CARBONATICE

Rocile carbonatice se clasific n funcie de participarea procentual a mineralelor alctuite din carbonai de calciu (calcit i aragonit), carbonat de calciu i magneziu (dolomit) i coninutul n componeni autigeni i alogeni necarbonatici. Clasificarea se face conform diagramei din Fig. 5.

Fig. 5. Clasificarea rocilor carbonatice (dup Salomon, 2006)

CALCARELE

Calcarele sunt roci sedimentare carbonatice alctuite din carbonai calcici (calcit i aragonit), n proporie de peste peste 50%. n funcie de natura mineralogic, a raporturilor elemente figurate / liant i condiiilor genetice, calcare se pot clasifica dup cum urmeaz (Anastasiu, 1977):

1. CALCARE CHIMICE (DE PRECIPITAIE) 1.1. Calcare omogene (fin granulare)

1.2. Calcare alochemice (corpusculare)

2. CALCARE BIOGENE

2.1. Calcare bioacumulate

2.2. Calcare bioconstruite

3. CALCARE CLASTICE (MECANICE SAU DETRITICE)

3.1. Calcirudite

3.2. Calcarenite

3.3. Calcilutite

1. CALCARE CHIMICE (DE PRECIPITAIE)

Procesele de precipitare chimic i biochimic a carbonailor de calciu au drept rezultat formarea unor volume de roci:

- omogene, masive, cu grade diferite de cristalinitate a carbonailor de calciu (de la criptocristalin la macrocristalin), sau

- acumularea unor roci alctuite din corpusculi carbonatici diveri, cimentai printr-un liant de regul calcitic.

8

1.1. Calcare fin granulare

Calcarele fin granulare sunt roci omogene, cu un coninut n elemente figurate (alocheme) sub 10%, formate prin procese de precipitare chimic i biochimic.

Macroscopic au aspect omogen, compact, cristalinitate greu observabil, culori diverse (alb, cenuie, galben, roie, neagr, etc.). Materie organic lips sau n cantiti foarte sczute. Se prezint n bancuri microstratificate i cu diaclaze frecvente.

Clasificare: micrit - dimensiunea cristalelor de calcit/aragonit < 0,004 mm i sparit - dimensiunea cristalelor de calcit/aragonit > 0,004 mm.

Varieti de calcare fin granulare (= micrit; calcar micritic; calcar litografic)

Creta - calcar fin granular (siltic sau lutitic), poros, slab coeziv, de culoare alb sau glbuie. Mineralogic este format exclusiv din calcit. Unele varieti conin n cantiti mari bioclaste (cocolitoforidee, foraminifere, echinide, etc.). Uneori conine fosfai autigeni, cnd apare varietatea de cret fosfatic.

Calcare sapropelice - sunt calcare micritice caracterizate de un coninut ridicat de substan organic. Au culoare neagr n sprtur sau alb pe suprafeele de alterare.

Travertinul - sunt roci de precipitaie cu structur cavernoas, alctuite din aragonit cu participarea sau nu a calcitului. Sunt uoare, au culoare galben i au n compoziie resturi de plante i fragmente litice.

Sintere - sunt depozite cu structuri fibroase, foliare sau pisolitice, precipitate n jurul

izvoarelor calde.

Stalactite i stalagmite formaiuni micritice, aragonitice/calcitice, depuse n mediul speleean. Au structuri concentrice, fibroase sau radiare.

Semnificaii petrogenetice - mri cu salinitate normal, adncimi moderate, climat cald.

1.2. Calcare alochemice (corpusculare)

Calcarele alochemice sunt roci carbonatice alctuite din corpusculi calcaroi autigeni

(alocheme), litificai printr-un liant (ortocheme) de tip matrice sau ciment. Clasificare se face n funcie de participarea procentual a alochemelor i materialului

intraclastic, precum i tipul de liant (matrice sau ciment) (Fig. 6, 7 i 8).

9

Fig. 6. Clasificarea calcarelor alochemice n funcie de raportul procentual: alocheme / intraclaste / bioclaste

Fig. 7. Clasificarea calcarelor alochemice n funcie de tipul alochemelor i cimentului

10

Fig. 8. Clasificarea calcarelor alochemice n funcie de tipul alochemelor, granulometria acestora i tipul de liant (ciment)

Semnificaii petrogenetice

Calcarele alochemice indic o serie de condiii paleomediale i paleoecologice, precum (Fig. 9):

- Ape cu salinitate normal; - Adncime mic a bazinului; - Ape suprasaturate n CaCO3;

- Climat tropical i subtropical - Climat i temperat pentru calcarele bioclastice; - Medii agitate pentru calcarele intraclastice;

- Medii agitate sau linitite, aerate, saturate n CaCO3 pentru calcarele oolitice; - Mediile linitite sunt favorabile formrii peletelor;

- Mediile agitate i o prezena unor organisme favorizeaz formarea lumpurilor.

Fig. 9. Stabilirea adncimei bazinului de sedimentare n funcie de cantitatea de aragonit / calcit din roc

11

2. CALCARE BIOGENE (ORGANOGENE)

Calcarele biogene sunt roci sedimentare carbonatice alctuite, exclusiv sau n cea mai mare

parte, din prile minerale ale organismelor (testuri, schelete), ntregi sau fragmentate. Clasificarea calcarelor biogene se face n funcie de natura organismelor care particip i

procesele sedimentogenetice i diagenetice.

2.1. Calcare bioacumulate (= calcare bioclastice; = calcare scheletale)

(n francez = calcaire conchylien; n englez = conquina; n german = muschelkalk) Calcarele bioclastice sunt roci carbonatice constituite n totalitate sau majoritar din material

bioclastic (fragmente, testuri i schelete ntregi) furnizat de organismle sedentare, bentonice sau pelagice).

Macroscopic au aspect eterogen, condiionat de natura materialului bioclastic, porozitate i gradul de coeziune variaz pe o scar larg. Culoare primar este de regul alb sau glbuie, dar

aceasta poate fi estompat sau modificat de impuritile feruginoase i argiloase. Clasificarea se face lund n calcul criterii privind natura bioclastelor i gradul de cimentare.

1. n funcie de gradul de cimentare: - Falune acumulri mobile de material bioclastic (Fig. 10); - Lumael acumulri cimentate de material bioclastic

2. n funcie de natura materialului bioclastic: calcare cu foraminifere; calcare cu brahiopode; calcare cu ostracode; calcare cu ruditi; calcare cu inocerami; calcare cu gasteropode;

calcare cu amonii; calcare cu echinide; etc.

12

Fig. 10. Acumulare de cochilii necimentate pe calcare sarmaiene la Vama Veche (falune)

2.2. Calcare bioconstruite (= biolitite) (n francez = calcaire rcifal; n englez = ref limestone sau boundstone; n german = riffkalk) (Fig. 11, 12 i 13)

Biolitititele sunt roci carbonatice alctuite dintr-un cadru scheletic colonial i din

materialul care umple spaiile din scheletul coloniei. Materialul sedimentar se formeaz n activitii vitale ale organismelor constructoare de recifi (corali, alge, briozoare).

Macroscopic sunt roci masive, neomogene, coezive, cu prozitate mare. De regul nu au

stratificaie. Culorile sunt alb-glbui, sau cenuii. Sunt caracterizate de structuri mixte, de precipitaie pentru scheletele recifale i de structuri mecanice pentru materialul de umplutur.

Clasificarea corpurilor

Bioherm - Corpuri masive, cu dezvoltare pe vertical i extindere lateral mic, cu stratificaie slab exprimat, construit de organismele sesile (corali, stromatoporide, alge calcaroase, pachiodonte, briozoare).

Biostrom - Corp de calcare organogene stratiform, cu dezvoltare pe orizontal, alctuit din calcare recifale dezvoltate lenticular n calcare vioacumulate.

Semnificaii petrogenetice - climat tropical i subtropical, elf, ape agitate.

Fig. 11. Evoluia principalelor organisme constructoare de recifi (biolitite)

13

Fig. 12. Domeniile de formare a principalelor tipuri de roci carbonatice n raport cu morfologia recifului

Fig. 13. Masive recifale

3. CALCARELE CLASTICE (mecanice, detritice) (= calcare alogene; = exogenetice; = calcare

fragmentate) (Fig. 14).

14

Calcarele clastice sunt roci carbonatice alctuite ntr-o proporie mai mare de 50% din fragmente calcaroase de diferite granumolmetrii i diferite naturi genetice, formate prin acumulare mecanic i cimentate printr-un liant.

Macroscopic sunt roci cu aspect detritic evident, conglomeratic, brecios, grezos sau argilos, cu culori

foarte variate, n general deschise (alb, gri, galben, etc.). Au porozitate i apar stratificate. Clasificarea - se aplic criteriul textural (granulometria), n mod similar clasificrii rocilor detritice.

Fig. 14. Clasificarea calcarelor clastice n funcie de granulometri i procentul de alocheme/liant

DOLOMITELE (n francez= dolomie; n englez = dolomite; n german = Dolomit)

Dolomitele sunt roci sedimentare carbonatice, cristalizate, alctuite ntr-o proporie mai mare de 50% din dolomit - CaMg(CO3).

Macroscopic sunt roci cu asemntoare calcarelor, de care se deosebesc cu mare dificultate.

Fig. 14. Dolomite i calcare jurasice n Cheile Olteului

ROCI DE TRANZIIE

Rocile de tranziie au o compoziie chimico-mineralogic i granulometric intermediar ntre anumite tipuri extreme: seria calcar - dolomit, calcar - gresie i calcar - argil.

Clasificarea se face n diagrame liniare, n funcie de participarea procentual a componenilor (Fig. 15).

15

Fig. 15. Clasificare rocilor de tranziie

EVAPORITELE

Evaporitele sunt depozite de roci sedimentare formate preponderent prin precipitarea

chimic a componenilor uor solubili, datorit suprasaturri soluiilor din bazinele de sedimentare prin procesul de evaporare (n zone cu bilan hidric negativ) (Fig. 16, 17 i 18).

Componenii rocilor evaporitice sunt reprezentai preponderent din mineralele uor solubile din grupele halogenuri (halit, silvin, etc.) i sulfai de calciu (gips, anhidrit, selenit, alabastru), sulfai de magneziu (epsomit, etc.), carbonai i sulfai de sodiu (mirabilit Na2SO4.10H2O; trona Na2CO3.NaHCO3.2H2O), la care se adaug n cantiti subordonate material silicios i clastic. Se formeaz n bazinele continentale sau marine din zonele aride sau semiaride, caracterizate de deficit hidric. Suprasaturarea soluiilor se produce n principal datorit procesului de evaporare, n bazine nchise sau cu circulaie restrictiv.

16

Fig. 16. Ordinea dizolvrii / precipitrii srurilor n soluie

Fig. 17. Cantitatea de sruri dizolvate n apa marin i compoziia evaporitelor marine

17

Fig. 18. Compoziia coloanei de evaporite care se formeaza n condiii ideale dintr-o coloan de 1000 m grosime de ap

marin i condiiile de suprasaturare a soluiei pentru precipitarea carbonailor de calciu, sulfailor de calciu i clorurii de sodiu.

18

DISTRIBUIA ROCILOR CARSTIFICABILE PE TERITORIUL ROMNIEI

Urmrind distribuia substratului carstificabil din scoara terestr i a regiunilor carstice, se constat c acestea ocup mai puin de 15% din suprafaa terestr. Frecvena cea mai mare a reliefului carstic este legat de substratul alctuit din roci carbonatice, n special cele calcaro-dolomitice i subordonat de substratul alctuit din rocile evaporitice, n special cele alctuite din roci cu sulfai (din grupa sulfailor de calciu). Formele carstice dezvoltate pe rocile de tranziie, sau alte categorii de roci, au dimensiuni i frecven reduse.

Todat se observ o asimetrie ntre emisfera nordic i sudic privind suprafeele pe care afloreaz volumele de roci carstificabile. Rocile carbonatice afloreaz pe suprafee mult mai mari n emisfera nordic (SE-ul Chinei, Canada, USA, Mexic, NE-ul Rusiei, Egipt, Pirinei, Alpi, Dinari, Carpai, Himalaya, etc.) n raport cu cea sudic (sudul Australiei, Insulele Noua Zeeland, Tasmania, Papua Noua Guinee, Africa de Sud, Brazilia, etc.). Rocile evaoritice datorit solubilitii ridicate afloreaz pe suprafee mai mici dect cele carbonatice. Ins, cnd sunt protejate de roci impermiabile, pot adposti reele subterane labirintice care nsumeaz peste 150 km n lungime (Mexic, Israel, Podolia, etc.)

Dac ne referim la teritoriul Romniei, rocile carstificabile, i implicit zonele carstice, ocup cca. 5500 km2, adic 2,3% din teritoriu. Distribuia volumelor de roci carstificabile i a reliefurilor carstice este strns condiionat de caracteristicele morfostructurale ale teritoriului Romniei.

Scoarele care alctuiesc teritoriul Romniei aparin la dou tipuri de morfostructuri geologice: de platform (platformele Moldoveneasc, scitic i moesic) i de orogen (orogenele Carpatic i Nord-Dobrogean). Orogenul Carpatic este separat de domeniul de platform i de Orogenul Nor-Dobrogean printr-un accident tectonic major, denumit falia paricarpatic. n raport cu falia pericarpatic se distribuie i relifurile specifice pe teritoriul rii noastre. La est i sud de aceasta, pe domeniul de platform i Orogenul Nord-Dobrogean, s-au format unitile fizico-geografice de podi i cmpie, iar la vest i nord a luat natere relieful carpatic (relieful carpatic montan, relieful subcarpatic, de podi i de cmpie, depresiunile intracarpatice) (Fig. 1, 2)

Fig. 1. Distribuia morfostructurilor de orogen i de platform pe teritoliul Romniei prelucrat dup Ionesi, 1994)

19

Fig. 2. Corespondena morfostructurile geologice cu unitile fizico-geografice

n continuarea se va prezenta cu ajutorul materialelor cartografice i schematice, principalele zone geologice structurale alctuite din volume de roci carstificabile, sistematizate cronostratigrafic. Pentru utilizarea materialului este necesar ca studenii s se familiarizeze cu extragerea informaiilor litostratigrafice i structurale de pe hrile geologice i s se coreleze cu situaiile fizico-geografice coninute n hrile tematice.

1. Domeniul de platform

Corespondena unitilor de platform cu unitile i subunitile fizico-geografice este marcat n fig. 3.

Fig. 3. Unitile fizico-geografice de podi i de cmpie formate pe domeniul de platform

20

Depozitele carbonatice carstificabile sunt prezente n toate unitile de platfom. Dac urmrim litostratigrafia depozitelor carbonatice i evaporitice din cuverturile sedimentare ale platformelor i gradul de dezvoltare a carstului (exocarst i endocarst) n unitile fizico-geografice formate pe unitile de platform, se poate conchide c:

- volume de roci carbonatice i evaporitice sunt prezente n toate ciclurile de sedimentare, dar cu dezvoltare foarte diferit;

- condiii pentru formarea merocarstului i paleocarstului au existat n substratul tuturor unitilor fizico-geografice;

- condiiile cele mai favorabile pentru dezvoltarea holocarstului s-au nregistrat n Podiul Dobrogei Centrale i Podiul Dobrogei de Sud, pe rocile carbonatice jurasice i respective cretacice i sarmaiene (spre exemplificare urmrete fig. 3, 4, 5, 6, 7 i 9)

Fig. 4. Ciclurile de sedimentare marin n care s-au format cuverturile platformelor prealpine

Fig. 5. Nivelele de roci carstificabile din Podiul Moldovei

21

Fig. 6. Nivelele de roci carstificabile din ultimul ciclu de sedimentare din Platforma Moldoveneasc

Fig. 7. Nivelul de gresii i calcare oolitice de Repedea

22

Fig. 8. Cheile Dobrogei spate n calcare jurasice

Fig. 9. Doline n calcarele jurasice din Cheile Dobrogei

23

2. Domeniul de orogen

Corespondena unitilor de orogen cu unitile i subunitile fizico-geografice este marcat n fig. 10.

Fig.10. Unitile fizico-geografice formate pe unitile structural ale orogenelor Carpatic i Nord-Dobrogean

1.1. Orogenul Nord-Dobrogean

Podiul Dobrogei de Nord s-a format pe unitile geologice ale Orogenului Nord-Dobrogean, alctuit din Dobrogea paleozoic, n partea de vest i Dobrogea mesozoic, n partea de est. Urmrind dispunerea rocilor carbonatice n subunitile fizico-geografice din Podiul Dobrogei de Nord constatm c rocile carbonatice se dezvolt n principal n Podiul Niculiel, Dealurile Tulcei i Podiul Babadag (Fig. 11, 12, 13 i 14).

Fig. 11. Subnitile morfostructurale ale Platformei moesice i Orogenului Nord-Dobrogean pe care s-a format Podiul

Dobrogei

24

Fig. 12. Coloana litologic a Orogenului Nord-Dobrogean

Fig. 13. Principalele nivel carstificabile din Orogenul Nord-Dobrogean

25

Fig. 13. Calcare cretacice la Enisala, Podiul Babadag

1.2. Orogenul carpatic

Complexitatea structural a Orogenului Carpatic i ntinderea pe teritoriul Romniei este mult mai mare dect n cazul morfostructurilor prezentate i d o specifcitate deosebit reliefului subsecvent. Dei suntem n prezena unui asamblaj lito-structural complicat i foarte eterogen, n ce privete distribuia reliefului carstic este destul de uor de urmrit. n acest sens se pot face urmtoarele observaii:

- cele mai favorabile condiii genetice pentru formarea holocarstului i carstului de tranziie s-au creat n regiunile n care s-au dezvoltat cuverturile sedimentare din Zona cristalino-mesozoic, sau cuverturile carbonatice postectonice;

- condiii favorbile pentru dezvoltarea merocarstului s-au creat n depozitele carbonatice stratificate din domeniul fliului carpatic i n depozitele carbonatice i evaporitice din molasa carpatic.

n continuare se vor prezenta coloanele hrile geologice ale orogenelor Carpailor Orientali, Carpailor Meridionali i Munilor Apuseni, pe care nregistrm frecvena cea mai mare a reliefului carstic.

1.2.1. Orogenul Carpailor Orientali

Aa cum s-a amintit deja, principalele regiuni carstice se suprapun peste sedimentarul mesozoic al Zonei cristalino-mesozoic i, ntr-o msur mai redus pe depozitele calcaroase ale fliului intern i depozitele sedimentare calcaroase postectonice (Fig. 15-23). Cuverturile carbonatice mesozoice afloreaz pe bordura estic a Zonei cristalino-mesozoice, n Maivul Raru, Masivul Hghima i M-ii Perani.

26

Fig. 15. Harta geologic a Carpailor orientali (din Mutihac i Ionesi, 1974)

27

Fig. 16. Harta fizico-geografic a Carpailor Orientali (Wikipedia.ro)

28

Fig. 17. Coloana litostratigrafic a sedimentarului din Zona cristalino-mesozoic cu localizarea nivelelor calcaro-

dolomitice

Fig. 18. Calcare cristaline n M-ii Rodnei

29

Fig. 19. Cascada Cailor n M-ii Rodnei

Fig. 20. Cheile Bicazului n M-ii Hghima

30

Fig. 21. Structura fliului est-carpatic

Fig. 22. Coloanele litostratigrafice ale pnzelor fliului est-carpatic

31

Fig. 23. Relief dezvoltat pe calcare i dolomite n M-ii Ciuca

1.2.2. Orogenul Carpailor Meridionali

i n cazul Carpailor Meridionali, principalele regiuni carstice se suprapun peste sedimentarul mesozoic al Zonei cristalino-mesozoic i, ntr-o msur mai redus pe depozitele calcaroase postectonice. Structural, n Carpaii Meridionali domin Zona cristalino-mesozoic, alctuit din trei sisteme de pnze de ariaj: Autohtonul Danubian, Pnzele getice i Pnzele supragetice. Carstul se dezvolt fie n legtur cu volumele de roci calcaro-dolomitice din sreiile cristaline, fie cu depozitele sedimentare calcaro-dolomitice din cuvertura mesozoic a Zonei cristalino-mesozoice. Acest sedimentar afloreaz discontinuu, individualizndu-se o serie de zone cu dezvoltare maxim: n Grupa Bucegi, n M-ii Banatului, la vest de Olte, pe aliniamentul M-ii Cpnei M-ii Vlcan M-ii Mehedini, M-ii Poiana Rusc, M-ii ureanu i Depresiunea Haeg (Fig. 24-28).

32

Fig. 24. Harta geologic a Carpailor Meridionali

Fig. 25. Nivelele carstificabile din Autohtonul danubian

33

Fig. 26. Nivelele carstificabile din Pnza getic

Fig. 28. Nivelele de calcare din Grupa Bucegi

34

Fig. 27. Nivelele carstificabile din Pnza supragetic

35

1.2.3. Orogenul Munilor Apuseni

Spre deosebire de orogenele Carpailor Orientali i Carpailor Meridionali, n Orogenul M-ilor Apuseni se deosebesc dou arii de evoluie, din care rezult Apusenii Nordici si Apusenii sudici.

Apusenii nordici au o configuraie structural i litostratigrafic asemntoare cu zonele cristalino-mesozoice din Carpaii Orientali i Carpaii Meridionali, pe cnd Apusenii sudici poart amprenta formrii ntr-o arie de instabilitate tectonic.

Regiunile carstice sunt dezvoltate aproape n totalitate pe cuverturile sedimentare calcaro-

dolomitice mesozoice (Fig. 28-30).

Fig.29. Harta geologic a M-ilor Apuseni i coloanele litostratigrafice ale pnzelor din Apusenii Nordici

(din Mutihac i Ionesi, 1974)

36

Fig. 30. Nivelele carstificabile din Apusenii Nordici

Fig. 31. Nivelele carstificabile din Apusenii Sudicii

37

MORFOGENEZA CARSTIC

1. Disoluia rocilor carbonatice. Chimism. 2. Factorii care influeneaz procesele de carstificare 3. Coroziunea de amestec

4. Indice de saturaie 5. Denudarea carstic

1. Disoluia rocilor carbonatice. Chimism

Frecvena cea mai mare a fenomenelor carstice afecteaz substratul carbonatic, n special calcaros i ntr-o proporie redus substratul alctuit din evaporite. Echilibrul soluiilor cu carbonat de calciu / Echilibrul la interfaa ap-roc, extrem de labil i depinde de:

- temperatur - presiune

- gradul de saturare a solventului (apei) n CaCO3 i CO2 - compoziia aerului Procesele de dizolvare / precipitare a CaCO3 este rezumat de echilibrul fizico-chimic din sistemul

H2O CO2 - CaCO3. Acesta este descris de reacia reversibil:

CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+

+ 2HCO-3

Dezechilibrele fizico-chimice n sistem (de ex. subsaturarea / suprasaturarea n CO2 i CaCO3,

creterea / scderea presiunii atmosferice, acidifierea solului, etc.).

Fig.1. Disoluia/Precipitarea CaCO3 n domeniile carstice

38

2. Factorii care influeneaz procesele de carstificare

2.1. Bioxidul de carbon CO2

Calcarul este foarte puin solubil n apa pur = 14-15 mg/l la 250C. Bioxidul de carbon este unul din principalii ageni chimici care mresc aciditatea apei i modific pozitiv capacitatea apei de a dizolva carbonatul de calciu.

Bioxidul de carbon din sistemul CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+

+ 2HCO-3, se clasific n:

CO2 liber se refer la bioxidul de carbon dizolvat n ap i provine din atmosfer sau din sol, produs de fauna edafic i plante.

n funcie aciunea chimic i cantitatea de CO2 dizolvat, se distinge: - CO2 de echilibru se refer la cantitatea de bioxid de carbon dizolvat n ap pn la

care capacitatea de dizolvare a apei este modificat nesemnificativ n raport cu apa pur. Provine din schimburile cu atmosfera.

n cazul n care CO2 din ap se gsete sub pragul de echilibru se declaneaz procesle de speleogenez (precipit CaCO3);

- CO2 agresiv sau n exces se refer la cantitate de bioxid de carbon dizolvat n ap care se gsete peste pragul de echilibru i modific substanial capacitatea de dizolvare a apei. Provine din schimburile cu atmosfera i cel produs n sol.

n cazul n care cantitatea de CO2 din ap se gsete peste pragul de echilibru se declaneaz procesle de dizolvare a CaCO3.

CO2 legat se refer la bioxidul de carbon legat n carbonatul de calciu (calcit, aragonit). n soluie se gsete legat n ionul bicarbonat (HCO-3), rezultat prin disocierea acidului carbonic (H2CO3).

2.2. Ali factori

Rolul major n dizolvarea / precipitarea calcarului este jucat de CO2, ns n anumite situaii rolul acestuia poate fi preluat n totalitate sau parial de ctre ali compui chimici. Astfel:

a. O serie de cationi i anioni care se gsesc dizolvai n ap sau n rocile carbonatice, au urmtparele efecte:

- inhib (scade viteza) procesul de dizolvare a CaCO3: Mg2+

, Na+, K+, SO

2-4, Cl

-;

- crete capacitatea de dizolvarea a CaCO3: SO2-

4.

b. Ionul SO2-

4 - scade solubilitatea CaCO3 - dac prin solubilizarea gipsului (CaSO4) soluia se mbogete n

ioni de Ca2+

.

- crete solubilitatea CaCO3 - dac prin solubilizarea gipsului soluia se mbogete n ioni de SO

2-4.

c. Acizi anorganici se formeaz prin oxidarea/reducerea diverilor compui aflai sub form de intercalaii sau concreiuni n rocile carbonatice:

- H2SO4 rezult prin oxidarea piritei, H2, => CaCO3+2H2SO4 = Ca

2++SO

2-4+CO2+H2O.

- 4FeCO3 + O2 + H2O = 2Fe2O3.nH2O + 4CO2

- compui cu N, S, P, etc. rezult n diferite procese industriale, amendamentele chimice folosite pe terenurile agricole, etc.

39

d. Acizi i ioni compleci organici: - acizi humici i fulvici din sol sunt produi prin descompunerea substanei organice

vegetale i animale din sol au aciune similar cu cea a CO2. - acizi organici i compleci organici coninui n apele provenite din turbrii se

dezvolt n arealele climatice temperate i reci, unde exist condiii pentru formarea turbriilor.

3. Coroziunea de amestec

Prin coroziune de amestec se nelege c n urma amestecului a dou ape saturate provenite din surse diferite, rezult o ap agresiv care reactiveaz procesul de dizolvare a rocilor carbonatice. Acest modificare se datoreaz modificrii presiunii pariale a CO2 n spaiul de amestec al apelor i creterii cantitii de CO2 agresiv.

S-a constatat c apele infiltrate ntr-un masiv carstic devin saturate dup un parcurs de numai civa metri. Prin amestecul a dou ape saturate n interiorul masivului, rezult o ap nesturat, agresiv, care reia procesul de dizolvare a CaCO3.

4. Indice de saturaie

Indicile de saturaie (SI) reprezint logaritmul n baza 10 a raportului dintre produsul activitii ionice (KIAP) i produsul de solubilitate al mineralului (KEQ).

SI = log (KIAP / KEQ), unde KIAP = (Ca2+

)(CO32-) i KEQ = HCO3

2-

Dac: - SI < 0 apa este agresiv dizolv rocile carbonatice; - SI = 0 soluia este n echilibru sunt inhibate att dizolvarea ct i precipitarea

carbonailor; - SI > 0 apa este saturat precipit carbonaii.

5. Denudarea carstic

Prin denudare carstic se nelege efectul sumei proceselor de coroziune i eroziune mecanic ce acioneaz asupra unui substrat carstificabil, modificnd volumul de roci carstificabile.

n funcie de omogenitatea petrografic a substratului rezult diverse morfologii (ciupercile blocuri eratice suspendate pe substrat carbonatic, crestele martori grefate pe aliniamente de roci cuaritice / cuaroase intercalate n substratul carbonatic, etc.).

- Rata denudrii carstice: X = 4ET/100 (mm/1000 ani), unde E = cant. precipit., T = cant. CaCO3.

- Rata denudrii carstice => estimat pentru Alpi, Anglia, Scandinavia => 10-40 mm/1000 ani.

Denudarea carstic variaz dup cum urmeaz: - este direct proporional cu cantitatea de precipitaii; - este direct proporional cu cantitatea CO2 agresiv din soluie; - este invers proporional cu temperatura. Temperatura are un efect moderat n denudarea

carstic. - depinde de sursa apei, care influeneaz indicele de saturaie: - autohton provine din precipitaiile czute n arealul cu roci carbonatice; - alohton provine din zonele limitrofe, cu roci necarstificabile;

- mixt amestec de ape din surse autohtone i alohtone.

40

PREZENTAREA GENERAL A RELIEFULUI CARSTIC

Extras din Rdoane Maria et al., 2000. Geomorfologie. Ed. Univ. Suceava (pg. 225 - 234)

56

TIPURI DE CARST ASOCIATE SISTEMELOR MORFOCLIMATICE

Extras din Onac B, 2000. Geologie carstic. Ed. Didact. i Ped., Buc. (pg. 319 - 333)

71

EVOLUIA CICLIC A CARSTULUI I PALEOCARSTULUI

Extras din Onac B, 2000. Geologie carstic. Ed. Didact. i Ped., Buc. (pg. 339 - 3348)

01. curs - carstologie, aprilie-2014 (1).pdf

Documents