Prezentarea 07MORFOGENEZA CARSTICFACTORII MORFOGENETICI CARSTICI

DISOLUIA ROCILOR CARBONATICE. CHIMISM

FACTORII CARE INFLUENEAZ PROCESELE DE CARSTIFICARE

COROZIUNEA DE AMESTEC INDICE DE SATURAIE

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.) Dizolvarea CaCO3Precipitarea CaCO3

DISOLUIA / PRECIPITAREA CaCO3 N DOMENIILE CARSTICE

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. ALI FACTORI CARE INFLUENEAZ PROCESELE DE CARSTIFICARE

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.

2.1. Ali cationi i anioni se gsesc dizolvai n ap sau n rocile carbonatice: - inhib (scade viteza) procesul de dizolvare a CaCO3: Mg2+, Na+, K+, SO2-4, Cl-; - crete capacitatea de dizolvarea a CaCO3: SO2-4. - 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 SO2-4. 2.2. Acizi anorganici: rezult oxidarea / reducerea diverilor compui aflai sub form de intercalaii sau concreiuni n rocile carbonatice: - H2SO4 rezult prin oxidarea piritei, H2S, etc. => CaCO3+2H2SO4 = Ca2++SO2-4+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. 2.3. 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 agresive.

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 = HCO32-

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.

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.

ELEMENTE DE HIDROGEOLOGIE CARSTIC Hidrogeologia carstic studiaz modul infiltrare, circulaie i stocare a apelor n arealele carstice, n sistemul ap-roc, denumit acvifer.

- Din punctul de vedere al permiabilitii, rocile se clasific n: - permiabile: silturi i siltite, nisipuri i gresii, pietriuri i conglomerate; - impermiabile: argile, marne, calcare.

- Acviferele sunt alctuite dintr-un volum de roci permiabile, denumit rezervor, delimitat la partea inferioar i n unele cazuri i la partea superioar, de roci impermiabile. CLASIFICAREA ACVIFERELOR

1. n funcie de modul de delimitare la partea superioar: - acvifere cu nivel liber apa din acvifer este n echilibru cu atmosfera, limita superioar a acviferului fiind denumit suprafa liber; - acvifere cu nivel sub presiune acviferele sunt delimitate la partea inferioar i partea superioar de roci impermiabile i apa se gsete sub presiune. Limita superioar a suprafeei apei se stabilete n funcie de presiunea din acvifer i aceasta se numete suprafa piezometric. n funcie de poziie suprafeei piezometrice n raport cu suprafaa topografic n cazul deschiderii cu un foraj, se deosebesc: - acvifere arteziene suprafaa piezometric se stabilete deasupra suprafeei topografice; - acvifere cu nivel ascensional - suprafaa piezometric se stabilete sub suprafaa topografic.

2. Acvifere suspendate = acvifere epicarstice sunt acvifere situate la partea superioar a unor nivele de roci impermiabile, situate n zonele nesaturate a unor acvifere cu extindere regional. Sunt alimentate de regul din precipitaii, iar descrcarea acestora se face prin izvoare localizate la intersecia orizontului impermiabil cu suprafaa terenului.

3. n funcie de tipul de permiabilitate a rezervorului: - acvifere omogene alimentare prin infiltraie, caracterizate de permeabilitate de porozitate, curgere lent i regulat; - acvifere eterogene alimentare mixt din infiltraie i subteran, caracterizate de permeabilitate de fisuraie, curgere rapid i neregulat. ALIMENTAREA ACVIFERELOR

1. Infiltraii meteorice: apa provenit din precipitaii, de natur autohton i alohton.

2. Captrile - punctele de insurgen: - ponoarele puncte de pierdere a cursurilor de ap de suprafa (epigee) n subteran; - sorburile punctele de pierdere a apei n patul aluvionar; - peterile receptoare; - dolinele.

3. Procesele de condensare n golurile carstice.

(din Salomon, 2006)Permeabilitate de porozitate i de fisuraie

1, 2 sorburi3 - ponor(din Salomon, 2006)Captare prin ponoare i sorburi

(din Salomon, 2006)Captare prin peteri

(din Salomon, 2006)Captare prin sorburi i doline

RELIEFUL CARSTIC RELIEFUL CARSTIC cuprinde totalitatea formelor de relief create prin aciunea proceselor de coroziune precipitare eroziune asupra substratului solubil (alctuit din calcare, dolomite, sare, gips, etc.), la suprafa sau n adncime. Carstul descoperit (holocarst; perfect; complet; nud) este carstul dezvoltat complet cu toate formele de suprafa i subterne. Se dezvolt n regiunele cu depozite groase de roci solubile, n climatele umede. Carstul acoperit (ngropat) se refer la relieful carstic dezvoltat sub o cuvertur de roci insolubile i permiabile.

Carstul singenetic se refer la carstul format concomitent cu formarea rocilor carstificabile (de ex. endocarstul primar).

Carstul relict se refer la un carst modelat n trecut i n care se mai pot forma concreiuni n prezent.

Carst exhumat se refer la un carst fosil (paleocarst), scos la zi de procese de eroziune.

Clasificarea carstului(Bleahu, 1982)CARSTULEXOCARSTUL

ENDOCARSTULFORME DEPRESIONARE

FORME ORIZONTALE

FORME POZITIVE

PETERI PRIMARE

PETERI SECUNDARE LapiezurileDolineleUvalelePoliileDepresiuni deschise

Carstoplenele

Perei verticaliCreste calcaroasePilonii, turnurile, aceleMartorii de coroziune

Peteri n roci vulcanicePeteri n calcarePeteri n evaporite

Peteri tectonicePeteri de eroziunePeteri de dizolvare

EXOCARSTUL(cuprinde totalitatea proceselor i formelor carstice care apar la suprafaa rocilor carstificabile) LAPIEZURILE sunt nulee sau guri, formate prin coroziune, parial prin eroziune, n roci carstificabile.Tipurile majore de lapiezuri(Dup Withe, 1988; din Salomon, 2006)FORMELE DEPRESIONARE

Clasificarea gentic a lapiezurilor(Dup Withe, 1988; din Salomon, 2006)

Caneluri dezvoltate pe un martor de eroziune granitic, asemntoare cu cele dezvoltate pe rocile calcaroase(din Salomon, 2006)

Lapiezuri alveolare (kamenitza) i meandrateTsingy (Lapiezuri cu creste ascuite) - MadagascarDini de dragon Yunnan, China(din Salomon, 2006)

Lapiezuri pe calcare neocomiene la EnisalaPodiul Babadag

Lapiezuri de fisur pe calcare jurasiceCheile Dobrogei

Lapiezuri alveolare (kamenitza) pe calcare jurasiceCheile Dobrogei

Lapiez n gresii cretacice cu ciment calcarosPlatoul Bucegilor

Lapiezuri de stratificaiePlatoul Bucegilor

Pavaje grezo-calcaroase n M-ii Bucegi

Pavaje pe grezo-calcare n M-ii Bucegi

DOLINELE (plnie carstic) sunt micodepresiuni carstice, n mod obiinuit cu aspect de plnie, format prin procese de coroziune, sufoziune, tasare i/sau prbuire n masa rocilor carstificabile.

Uvale depresiuni carstice alungite care provin prin unirea mai multor doline. Diametrul uvalelor este de ordinul zecilor pn la sute de metri, iar adncimea atinge 30-40 m.

Poliile sunt depresiuni carstice foarte extins, care pot depi 400 km2. Sunt depresiuni nchise, cu martori de eroziune calcaroi (humuri), fund plat, contact cu versantul tranant, iar n perioadele ploioase pot fi inundate, lund natere lacuri efemere.

DOLINELE (plnie carstic) Cmp de doline sunt condiionate de dispoziia reelei de fracturi, sau apar aliniamente pe contactele litologice.

Mega-doline se formeaz n climatele tropicale i sunt caracterizate de diametre care depesc 500 m i adncimi de peste 100 m. Megadolinele de origine glacio-karstice din cmpul Rozanski Kukovi (Velebit, Croaia)(din Salomon, 2006)

ProcesulEvolutivaven / dolin, prin prbuire(Madagascar)(din Salomon, 2006)

Procesul evolutiv al unei doline, controlat de reeaua de fracturi(din Salomon, 2006)

Doline n Dobrogea CentralCheile Dobrogei - polie

doline

Fundul plat, aluvionat, cu martori de eroziune calcaroi

*