Procesy krasowe czyli jak powstały jaskinie Projekt współfinansowany przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego za pośrednictwem Euroregionu Tatry w ramach Programu Współpracy Transgranicznej Rzeczpospolita Polska Republika Słowacka 2007 2013
Procesy krasowe czyli jak powstały jaskinie Zakopane 2011 1
Polscy i słowaccy uczniowie poznają Tatry cykl imprez edukacyjnych Procesy krasowe czyli jak powstały jaskinie Opracowanie materiałów: Agata Guzik Rysunki: Joanna Galica-Dorula Mapy: Marcin Guzik Autorzy fotografii: Maria Król, Andrzej Śliwiński Projekt graficzny, skład i druk: Lettra-Graphic Wyłączną odpowiedzialność za treść niniejszej publikacji ponosi Tatrzański Park Narodowy i w żadnym razie nie może ona być utożsamiana z oficjalnym stanowiskiem Unii Europejskiej ani Euroregionu Tatry. Wszelkie prawa zastrzeżone Żadna część tej publikacji nie może być powielana ani rozpowszechniana w jakikolwiek sposób bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich. Tatrzański Park Narodowy Kuźnice 1, 34-500 Zakopane tel. 18 20 23 200 e-mail: sekretariat@tpn.pl www.tpn.pl Zakopane 2011 ISBN 978-83-61788-44-7 Projekt współfinansowany przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego za pośrednictwem Euroregionu Tatry w ramach Programu Współpracy Transgranicznej Rzeczpospolita Polska Republika Słowacka 2007 2013
Temat: Procesy krasowe czyli jak powstały jaskinie Cel ogólny Poznanie procesów krasowych. Cele operacyjne Uczeń: umie wymienić formy krasu podziemnego i powierzchniowego; potrafi przeprowadzić proste doświadczenie i wyciągnąć wnioski; wie, gdzie w Tatrach występują jaskinie i umie wymienić ważniejsze z nich; potrafi znaleźć interesujące go informacje w słowniku. Metody i techniki pracy podająca samodzielnego uczenia się praktycznego działania eksponująca Formy pracy zbiorowa indywidualna 3
Środki dydaktyczne karty pracy uczniów słowniki geograficzne prezentacja multimedialna skały węglanowe i granitowe młoteczki, ocet mapa geologiczna Tatr plansza edukacyjna Przebieg zajęć I faza wstępna Wprowadzenie 1. Krzyżówka z tematem lekcji (procesy krasowe). Uczniowie rozwiązują krzyżówkę z kart pracy (zadanie 1). 2. Wyjaśnienie hasła za pomocą słownika. II faza realizacyjna 3. Nauczyciel objaśnia uczniom proces tworzenia się jaskiń. 4. Prezentacja skały węglanowej i granitowej. Próba porównania. Wpisanie do kart pracy zaobserwowanych różnic. Przeprowadzenie doświadczenia z użyciem octu i wody. Zapisanie wyników doświadczenia (zadanie 2). 5. Nauczyciel, wykorzystując prezentację multimedialną oraz plan szę edukacyjną, przedstawia uczniom, gdzie w Tatrach można spotkać jaskinie i formy krasowe. Uczniowie wykonują zadania w karcie pracy polegające na zakolorowaniu (zakreskowaniu) obszaru występowania jaskiń w Tatrach (zadanie 3). 6. Nauczyciel opisuje inne formy krasu podziemnego i powierzchniowego. 4
7. Z rozsypanek w karcie pracy uczniowie mają ułożyć właściwe słowa określające formy krasowe (zadanie 5). 8. Objaśnienie i pokazanie na prezentacji form krasowych. 9. Uzupełnienie karty pracy. Podpisanie na szkicu odpowiednich form krasowych (zadanie 4, 6). III faza podsumowująca Prezentacja 10. Prezentacja multimedialna ze zdjęciami jaskiń tatrzańskich, jak również znanych jaskiń Polski (Jaskinia Raj, Łokietka, Smo cza Jama). Definicje Zjawiska krasowe zespół procesów przyrodniczych prowadzący do powstania określonej morfologii powierzchniowej i podziemnej, w wyniku wzajemnego oddziaływania rozpuszczalnych skał i aktywnych chemicznie roztworów wodnych. Skały krasowiejące (krasowe) skały ulegające procesom krasowienia, charakteryzujące się wysoką rozpuszczalnością w wodach naturalnych. Skały semikrasowe zawierają znaczny procent minerałów łatwo rozpuszczalnych w wodach naturalnych (margle, piaskowce o spoiwie węglanowym). Skały krasogeniczne skały będące efektem krasowienia: nacieki kalcytowe, trawertyny, brekcje krasowe. Jaskinia powstała w sposób naturalny próżnia w skale dostępna dla człowieka. Definicja ta wyklucza wszystkie obiekty powstałe w wyniku działalności ludzkiej. Jaskiniami nie są więc sztolnie, studnie gospodarskie, podziemne lochy i kute piwnice, gdyż nie zostały stworzone przez przyrodę. 5
Najogólniejszy podział jaskiń rozróżnia jaskinie pierwotne i wtórne. Jaskinie pierwotne to te, które powstały w jednym procesie razem ze skałą, w której występują. Typowym przykładem takich jaskiń są jaskinie lawowe powstałe podczas krzepnięcia spływających jęzorów lawy. Jaskinie wtórne powstały już po uformowaniu się skały. Zaliczymy tutaj jaskinie np. tektoniczne, powstałe na skutek uderzeń fal morskich, i jaskinie krasowe. Jaskinie krasowe są najczęściej występującym typem i mają największe rozmiary, dlatego są głównym obiektem zainteresowań grotołazów i speleologów. Ogólny podział skał SKAŁY MAGMOWE jeden z trzech głównych typów skał budujących skorupę ziemską, powstały na skutek krystalizacji z magmy; dzielą się na: głębinowe krzepnące głęboko pod powierzchnią ziemi (np. granity, dioryty, sjenity); żyłowe krystalizujące w przestrzeniach pomiędzy innymi ciałami magmowymi (pegmatyty); wylewne krystalizujące z magmy wydobywającej się na powierzchnię ziemi lub na niewielkiej głębokości (np. bazalty). skały OSADOWE skały powstałe na powierzchni skorupy ziemskiej w wyniku nagromadzenia materiału pod wpływem wietrzenia, procesów życiowych, sedymentacji i diagenezy; składają się z okruchów minerałów i skał pochodzących ze skał starszych, minerałów nowo powstałych, ze szkieletów mineralnych i szczątków organizmów zwierzęcych i roślinnych oraz okruchów wulkanicznych; dzielą się na: okruchowe (np. piaskowce, zlepieńce), ilaste (np. iły, iłowce), pochodzenia chemicznego (np. dolomity, gipsy, odmiany wapieni), organogeniczne (np. odmiany wapieni, kreda, radiolaryty). skały METAMORFICZNE powstają ze skał magmowych i osadowych na skutek ich przeobrażenia pod wpływem wysokich temperatur i ciśnień; ich rodzaj zależy od skały wyjściowej oraz zakresu temperatur i ciśnień. Granity to magmowe skały głębinowe, zbudowane ze skaleni alkalicznych i plagioklazów, kwarcu oraz podrzędnie łyszczyków (biotyt, musko- 6
wit). Kryształy minerałów są w granitach dobrze widoczne i możliwe do rozróżnienia. Barwa skały zależy od układu, wielkości kryształów i przeważającego udziału budującego ją minerału. Obserwuje się granity różowo-szaro-białe, szaro-białe, szaro-biało-czarne. Wapienie to skały osadowe pochodzenia chemicznego lub organogenicznego, zbudowane głównie z węglanu wapnia w postaci kalcytu i/lub aragonitu. Barwa najczęściej jest jasnoszara, biała, jeśli nie zawierają domieszek substancji niewęglanowych. Charakterystycznym elementem rozpoznawczym wapieni jest ich silna reakcja z kwasem solnym. Skały wapienne składają się z masy podstawowej, w której czasami tkwią różne składniki ziarniste (masa tworzy wtedy spoiwo). Masa mikrytowa jest to materiał o bardzo drobnej frakcji (makroskopowo to jednolita masa), natomiast masa sparytowa ma postać drobnych kryształów węglanu wapnia, do maksymalnie kilku milimetrów. Wapienie może tworzyć tylko sama masa sparytowa lub mikrytowa lub mogą też występować składniki ziarniste w postaci fragmentów wapiennych szkieletów organizmów, ooidów, grudek, intraklastów itp. Wapienie łatwo ulegają procesowi wietrzenia che micznego, czego efektem są procesy kra sowe: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Ca 2+ + 2HCO 3 Procentowy udział kalcytu i dolomitu jest podstawą klasyfikacji skał węglanowych: wapienie zawartość dolomitu jest mniejsza niż 5%; dolomity zawartość dolomitu przekracza 75%. Źródło: Książkiewicz M., 1979, Geologia dynamiczna, Wyd. Geologiczne, Warszawa. 7
Charakterystyka zjawisk krasowych Obszary zbudowane ze skał węglanowych (głównie wapieni i dolomitów) charakteryzują się specyficzną rzeźbą krasową (nazwa ta pochodzi od krainy geograficznej Kras położonej na pograniczu Włoch i Słowenii). Składają się na nią różne formy występujące na powierzchni, jak i pod ziemią. Powstały one w wyniku złożonych procesów fizyko-chemicznych, w czasie których z reguły słabiej rozpuszczalne skały węglanowe modelowane są przez wody wzbogacone w dwutlenek węgla pobierany zazwyczaj z próchniczej warstwy gleby. Na obszarach krasowych dominują malownicze masywy lub skałki wapienne z wyciętymi w nich bramami i wąwozami. Powierzchniowe formy krasowe powstają najczęściej na skutek rozpuszczenia skał przez wodę opadową. Na skutek rozpuszczenia skał wapiennych na dużych powierzchniach powstają formy o przebiegu zgodnym ze spadkiem danej powierzchni. Formy te znane są jako żłobki krasowe oraz żebra krasowe. Są to bruzdy o głębokości do 2 m, szerokości do kilkudziesięciu centymetrów i długości do kilkunastu metrów. Żłobki krasowe powstają na pochyłych powierzchniach skał podlegających krasowieniu. Żebra krasowe są to wypukłe formy rozdzielająpolje lej stalaktyt jaskinia stalagmit 8
ce sąsiednie żłobki krasowe. Woda opadowa może także rozszerzać pionowe szczeliny skalne, tworząc studnie krasowe. W wyniku rozpuszczania skał znajdujących się na powierzchni lub też na skutek zapadania się podziemnych komór powstają charakterystyczne okrągłe zagłębienia terenu zwane lejami krasowymi. Średnica lejów krasowych może wynosić kilkanaście metrów, a nawet więcej w niektórych przypadkach. Na skutek połączenia ze sobą kilku lejów krasowych powstają zagłębienia zwane uwałami. Dalsze zapadanie i łączenie ze sobą sąsiadujących lejów i uwałów prowadzi do powstania dużych obniżeń zwanych poljami. Polja mogą zajmować powierzchnię od 2 do 200 km 2, a ich głębokość wynosi średnio od 100 do 800 m. Formy te powstają, kiedy zapadnie się grunt nad powstałymi poniżej jaskiniami. Na podziemne formy krasowe składają się przede wszystkim jaskinie, które tworzą się najczęściej wskutek rozszerzenia przez wody podziemne sieci szczelin w skałach. Im więcej szczelin występuje w masywie skalnym, tym więcej jaskiń może tam powstać. W miarę powiększania się kanałów i szczelin w systemie jaskiniowym zaczynają się pojawiać przestrzenie niewypełnione wodą, która przepływa wzdłuż głównych ciągów jaskini. W wielu jaskiniach występuje proces wytrącania się węglanu wapnia na dnie jaskini, jej ścianach bądź stropie. Węglan wapnia wytrąca się z kropel wody opadających ze stropu i ściekających po ścianach. Kiedy woda nasycona węglanem wapnia dostaje się do komory lub korytarza jaskiniowego, zaczynają się z niej wytrącać mikroskopijne kryształki kalcytu (węglanu wapnia). Proces krystalizacji nacieków rozpoczyna się w najsuchszych partiach jaskiń, nie ulegających już okresowemu zalewaniu przez wodę. Powstawanie szaty naciekowej jest więc procesem odwrotnym do rozpuszczania skał węglanowych w wodzie. Kiedy węglan wapnia narasta ze stropu jaskini w postaci sopli, wtedy mówimy o stalaktytach. Proces narastania stalaktytów może być szybki lub bardzo powolny. Niekiedy 1 cm stalaktytu przyrasta w ciągu kilku lat. Krople wody, które spadają na dno jaskini, zawierają w dalszym ciągu węglan wapnia. Nadal trwa proces jego wytrącania na dnie jaskini. W rezultacie przez kilka tysięcy lat powstanie słup zwany stalagmitem. Niekiedy zdarza się, że stalagmit połączy się z rosnącym od góry stalaktytem. Wówczas powstała forma będzie nosiła nazwę stalagnatu. Kiedy 9
namulisko zasłony stalaktyt stalagmit misa martwicowa skała macierzysta kolumna naciekowa polewa kalcytowa 10
woda ze szczelin skalnych spływa kroplami lub małym strumyczkiem po nachylonym stropie i ścianie, powstają ozdobne, często bardzo cienkie i prześwitujące draperie i zasłony. Najczęściej spotykanymi naciekami są polewy, nieraz o znacznej grubości, pokrywające duże powierzchnie ścian i dna korytarzy. Przyjmują one formy żeber czy nacieków tarczowych. W obrębie namuliska tworzą niekiedy kilka warstw. Polewy często zbudowane są z miękkiego lub wyschniętego (stwardniałego) mleka wapiennego. 11
Formy krasowe w Tatrach Na obszarze polskich Tatr znajduje się około 650 jaskiń, z czego ponad 250 leży na terenie Doliny Kościeliskiej. Formy krasowe występują przede wszystkim w wierchowej części Tatr Zachodnich, w rejonie Czerwonych Wierchów, Giewontu oraz Kasprowego Wierchu, w miejscach o przewadze skał wapiennych. Po słowackiej stronie gór miejscem występowania jaskiń są Tatry Bielskie, tam też znajduje się najpiękniejsza w Tatrach Jaskinia Bielska. Rozwój form krasowych w Tatrach jest stosunkowo szybki, co uwarunkowane jest cechami klimatu: dużymi opadami i niską temperaturą, przy której zawartość dwutlenku węgla w wodach opadowych jest znaczna. Czynniki klimatyczne, a także związany z nimi strefowy układ roślinności powodują, że formy krasowe w wysokogórskich obszarach Tatr są odmienne niż w strefie reglowej. Na obszarach wapiennych ponad granicą lasu powierzchnia gruntu jest długo zamarznięta, a pokrycie roślinnością słabe. Wody opadowe spływające po powierzchni skał tworzą tu często charakterystyczne bruzdy zwane żłobkami krasowymi. Występują one licznie np. w masywie Czerwonych Wierchów w Tatrach Zachodnich. Spotykamy tu też studnie krasowe oraz jaskinie o wyraźnie pionowym rozwinięciu. W strefie regli częstym zjawiskiem są leje krasowe. Proces niszczenia skał zachodzi tu głównie pod warstwą gleby, dlatego żłobków krasowych nie widać. Proces powstawania jaskiń był bardzo długi i skomplikowany. Rozpoczął się już w trzeciorzędzie po wypiętrzeniu się masywu tatrzańskiego z oceanu Tetydy i trwa nadal. Obszary krasowe porównywane są niekiedy do sita, gdyż w miejscach działalności krasowej powstają liczne otwory, chłonące wodę. Ilość miejsc, gdzie woda podziemna wydostaje się na powierzchnię, jest proporcjonalnie znacznie mniejsza. Z krążeniem wód w obszarach krasowych związane są pojęcia: wywierzysko, wypływ krasowy, ponor. Wywierzysko miejsce, gdzie wody podziemne, trafiając na warstwę nieprzepuszczalną, wypływają na powierzchnię z dużą siłą; w Tatrach największe są Wywierzysko Chochołowskie, Wywierzysko Bystrej, Lodowe Źródło. Wypływ krasowy wody podziemne wypływają spod powierzchni swobodnie, np. wypływ spod Pisanej. 12
Ponor w obszarach krasowych lejkowate zagłębienie terenu, gdzie wpływają wody strumieni i potoków i giną pod powierzchnią ziemi. Źródło: Książkiewicz M., 1979, Geologia dynamiczna, Wyd. Geologiczne, Warszawa. Największe jaskinie Tatr Zachodnich są jednocześnie największe w całych Tatrach. Cztery spośród nich mają długość ponad 10 km. Są to: Wielka Śnieżna (23,6 km), Śnieżna Studnia (11,7 km), Wysoka za Siedmioma Progami (11,66 km) i Miętusia (10,5 km). Po stronie Słowacji w Horwackim Wierchu znajduje się najdłuższa w całych Tatrach jaskinia o nazwie Cień Księżyca (24,1 km). Należy przy tym podkreślić, że cztery jaskinie wyróżniają się deniwelacją (różnica wysokości między najwyższym a najniższym punktem) ponad 500 m. Prym wiedzie Wielka Śnieżna (deniwelacja 824 m), tuż za nią znajdują się Śnieżna Studnia (759 m), Bańdzioch Kominiarski (562 m) i Mała w Mułowej (538 m). Źródło: Radwańska-Paryska Z., Paryski W., 1995, Wielka encyklopedia tatrzańska, Wyd. Górskie, Poronin. Źródło: Baścik M. i in., 2001, Dolina Kościeliska, Śladami badaczy, artystów i wędrowców, Wyd. TPN, Zakopane. Tatrzańskie jaskinie udostępnione turystycznie to w Dolinie Kościeliskiej: Mroźna, Mylna, Raptawicka i Obłazkowa oraz jaskinia Dziura, znajdująca się w Dolinie ku Dziurze. Na terenie naszego kraju znajduje się kilka tysięcy mniejszych lub większych jaskiń. Te skupione głównie na wyżynach i w regionach górskich przepiękne komnaty, ukryte we wnętrzach skał, stanowią wyjątkową atrakcję turystyczną. Najsłynniejsze z nich to znajdująca się na Wzgórzu Wawelskim Smocza Jama czy Jaskinia Łokietka na Wyżynie Krakowsko-Częstochowskiej. W polskich Sudetach najbardziej znana, najpiękniejsza i największa jest Jaskinia Niedźwiedzia. Położona jest w północnej części masywu Śnieżnika niedaleko Kletna, na prawym zboczu Doliny Kleśnicy, w górze Stromej (1166 m n.p.m.). W Górach Świętokrzyskich natomiast znajduje się powszechnie uważana za najpiękniejszą w Polsce Jaskinia Raj. Największym bogactwem Jaskini Raj są fascynujące nacieki skalne o rozbudzających wyobraźnię kształtach. 13
niecka podhalańska (flisz) płaszczowina reglowa górna (skały węglanowe) płaszczowina reglowa dolna (skały węglanowe) autochtoniczna pokrywa osadowa i płaszczowiny wierchowe (skały węglanowe) płaszczowina Giewontu i Szerokiej Jaworzyńskiej (skały krystaliczne) masyw krystaliczny 14
granice sedymentacyjne granice tektoniczne jaskinie 15
Doświadczenie Opis przeprowadzenia doświadczenia dotyczącego różnic między skałą granitową a skałą węglanową. Doświadczenie ma na celu porównanie ze sobą skały węglanowej z granitem. Uczniowie mają zauważyć i zanotować różnice. 1. Posługując się własnymi słowami, uczniowie tworzą opis skał. 2. Za pomocą młotka uczniowie sprawdzają twardość skały. Czy uderzenia młotkiem pozostawiają jakieś ślady, rysy? Na tej podstawie uczniowie powinni wysnuć wniosek, że skała granitowa jest twardsza od węglanowej. 3. Polewając skałę octem, uczniowie obserwują zachodzącą reakcję. 16
17
ISBN 978-83-61788-44-7 18 egzemplarz bezpłatny