Как растут сталактиты и сталагмиты? Сталактиты и сталагмиты – в чем разница? Сталактиты и сталагмиты когда срастаются.

Вода способна пробивать в горных породах длинные проходы. Такие проходы называются пещерами. Пещеры в большинстве случаев образуются в тех местах, где залегают пласты минералов, которые вода может растворить. Пещеры редко представляют собой отдельную пустоту в горе, а большей частью - ряд пустот.

Эти пустоты имеют форму залов или гротов самой разной величины. Пещеры обычно соединены между собой тесными или низкими проходами. В горе встречаются целые подземные города с системой ходов и залов, расположенных почти на одном уровне, или с уклоном в одну из сторон.

В некоторых камерах текут подземные речки или ручейки. Есть подземные впадины, где сохранились озерки-бассейны разных размеров со стоячей водой на дне отдельных гротов.

Камеры бывают очень большие или очень маленькие. В Северной Америке есть знаменитая Мамонтова пещера. Она состоит из двухсот галерей, общей длиной не менее двухсотпятидесяти километров. Самая большая имеет высоту тридцать метров. Пол пещер обычно усеян обломками горной породы, или покрыт пылью. В пещерах часто находят кости людей и животных, которые жили здесь много тысяч лет назад. Тогда люди не умели строить домов и прятались от холода и хищников в пещерах.

В наше время пещеры заселены летучими мышами, совами, филинами и голубями.

Первобытный человек, живший в пещерах, оставил в них кости свои и животных, которых он съедал, угли и золу своих огнищ, остатки каменных и костяных топоров и ножей. На стенах многих пещер до нашего времени сохранились рисунки и надписи.

На дне и своде практически любой пещеры можно увидеть твердые, окаменевшие формы, которые образовались из извести и капелек воды, просачивающихся через трещины в потолке. Таким образом медленно, но верно растет сосулька, превращаясь со временем в довольно ощутимую громадину, а называется она сталактитом.

С пола, в тоже время, растёт другая сосулька, более широкая и плоская - сталагмит. Если в потолке много трещин, то на нём со временем вырастает множество сталактитов. Если не обламывать сталактиты и сталагмиты - они со временем, соединившись друг с другом, образуют прочную блестящую колонну. Эти капельки на своде и на полу пещеры создают очень красивые и эффектные при искусственном освещении архитектурные ансамбли.

Ещё красивее световые эффекты в пещерах - ледниках, так как сталактиты и сталагмиты в них состоят изо льда. При низкой температуре они растут не только зимой, но и летом. На стенах и сводах, где вода не капает, водяной пар осаждается в виде инея, состоящего из крупных красивых ледяных кристаллов. Эти кристаллы отражают огонь свечей или факелов миллионами блёсток.

Природа всегда была и остается для человека загадкой, и в далекие первобытные времена, и в современном мире. Одной из таких загадок современности являются пещеры. Раньше людей не интересовало откуда они произошли – главное, что они служили надежным укрытием от непогоды и врагов. Сегодня исследованием пещер занимается специальная наука – спелеология. Спелеологи подробно изучают все закономерности появления углублений, состав пород, особенности флоры и фауны, а также дают прогнозы по их развитию. Пещеры содержат в себе много интересного: неизвестную живность, различные источники воды, отростки — сталактиты и сталагмиты. О них мы и поговорим в этой статье.

Как образуются сталактиты и сталагмиты

Такие отростки образуются преимущественно в карстовых и пещерах – где содержится большое количество минеральных пород. К ним относят известняк, мел, даламит, мрамор, гипс, соль. Под воздействием дождевой влаги, которая содержит в себе растворенный углекислый газ, породы размываются, а осадочная вода стекает внутрь таких пещер. От скорости стекания воды зависит появление того или иного вида отростков.

– отросток, состоящий из минеральной породы и формирующийся с потолка пещеры. Он образуется, когда вода стекает медленно и капли подолгу задерживаются наверху пещерного углубления. В пещерах преобладает пониженная температура, как раз она и способствует застыванию капель. Так постепенно стекающие и застывающие капли формируют некое каменное образование в виде толстой иглы, но больше всего по форме сталактит напоминает сосульку.

Сталагмит – отросток, состоящий из минеральной породы и формирующийся с нижней поверхности пещеры. Он возникает, когда осадочная вода стекает быстро с потолка пещерного пространства и попадает в одну точку на полу. На нижней поверхности пещеры температура еще ниже, чем наверху и капли застывают еще быстрее. Под силой тяжести капля ударяется о пол и растекается на небольшое расстояние по кругу от места падения капли. Такое застывание капель образует толстое и плотное основание сталагмита, и он похож на конусообразный отросток с заостренным верхом.

Частота расположения сталактитов и сталагмитов зависит от степени проницаемости пещерной поверхности и от состава минеральных пород. Если породы в основном известняковые или гипсовые, то растворяться они будут быстрее и вода будет быстрее стекать по верхней части пещеры. Сталактиты и сталагмиты в такой породе будут хрупкими, поэтому при осмотре таких пещер надо быть осторожным – не задевать отростки, ни кричать, ни топать, иначе неизбежны травмы от падения таких образований. Иногда сталактиты и сталагмиты сливаются в один сплошной столбик – сталагнат; такие столбики могут образовывать целые колонны внутри пещер.

Сталактиты могут выглядеть по-разному, это зависит от состава пород и химических процессов, происходящих под влиянием углекислого газа и воды. Также большое влияние оказывает температура и циркуляция воздуха в пещере, если внутри частенько гуляет ветер, то нити, отростки могут быть непрямыми, искривленными, дугообразными. Так в пещере можно увидеть бахрому из сталактитов, гребешки, драпировку, нити, различные фигурки, грибки. Форма сталагмитов тоже может быть разной – от простых конусных столбиков, до приплюснутых грибков.

Образования в виде отростков в карстовых пещерах могут расти целыми столетиями. В некоторых они растут быстрее, в некоторых очень долго. На всем земном шаре находятся тысячи карстовых пещер, многие из них уже изучены, многие еще неизвестны миру.

Самые известные во всем мире пещеры сталактитов и сталагмитов

«Мамонтова пещера» (США, Кентукки)

По данным ученых возникла около 10 миллионов лет назад, название получила благодаря своим размерам, длина ее составляет около 600 км. Внутри находится целая система шахт и разветвлений. Минеральные отростки в этой пещере располагаются целыми этажами, во многих ее отделах и залах каменные глыбы торчат прямо из воды. Зрелище впечатляет как спелеологов, так и туристов, но необходимо быть осторожным – заблудиться в ней очень легко.

«Хрустальная пещера» (Мексика)

Внутри пещера заполнена кристаллами из гипса, самый большой отросток достигает 11 метров в высоту, а его масса 54 тонны! Посетить такую пещеру вряд ли удастся обычным туристам, ведь температура внутри достигает +50 градусов.

«Пещера Горла Барлога» (Россия)

Высота пещеры около 2800 метров, внутри находится целая система различных по объему залов, колодцев и ручьев. Наполнение в залах различное от больших пирамидальных кристальных отростков до различных глиняных и кальциевых отложений. Спускаться в такую пещеру опасно даже профессионалам.

Несмотря на все опасности, связанные с путешествием по таким шедеврам природы, пещеры всегда будут манить к себе своей неповторимой и чарующей красотой, и таинственной тишиной, где имеется свое летоисчисление и свое особое течение жизни.

Видео

Почему возникают пещеры

Земная поверхность имеет сложное по составу и конфигурации строение. В свое время, когда происходило формирование суши и океанов, образовывались и различные минералы. К примеру, базальт появился при высокой температуре и давлении в результате вулканической деятельности. В таких же условиях возник и гранит. А вот известняк, мрамор, мел, гипс и соль, из которых могут состоять сталактиты и сталагмиты, образовались по другому механизму, в менее экстремальных обстоятельствах. Все они растворяются в воде - это их отличительное свойство. Когда вода вымывает эти элементы из состава горных пород, то внутри возникают пустоты. Они и называются пещерами.

Пустое пространство внутри какого-либо тела - это карст. В соответствии с этим термином карстовыми стали называть и большинство известных людям пещер. Надо сказать, что пещеры могут образовываться и в результате других процессов, протекающих в земной коре, но это уже тема отдельного разговора. Важно подчеркнуть, что сталактиты и сталагмиты возникают именно в карстовых образованиях. В этих пустотах природные процессы не прекращаются ни на мгновение, хотя и продолжаются в течение многих миллионов лет. Ученые подсчитали, сталактиты и сталагмиты вырастают примерно на 1 см за 100 лет.

По утверждению специалистов, самая большая карстовая пещера на планете расположена в США. Штат Кентукки знаменит тем, что здесь находятся Мамонтовы пещеры, сталактиты и сталагмиты которых привлекают и туристов, и ученых. Эти пещеры сообщаются между собой. Общая протяженность подземных залов и переходов составляет 560 километров. На острове Крит расположено почти полторы тысячи пещер. Самая интересная из них - Сфедони. Ее возраст оценивается от семи до пятнадцати миллионов лет. Размеры она имеет скромные, всего 145 метров. Однако ее интерьер (если можно так выразиться) отличается удивительными пропорциями и красотой. Возникает впечатление, что он оформлен руками человека.

На первых порах знакомства с пещерами у некоторых людей возникает вопрос о том, чем отличаются сталактиты и сталагмиты? Если говорить на бытовом языке, то сталактиты - это "сосульки", которые свисают с потолка. Вода просачивается через почву и горную породу, размывая попутно те минералы, которые в ней растворяются. Попадая в помещение пещеры, вода испаряется, а минеральные вещества остаются в сухом остатке. Сосулька постепенно нарастает и увеличивается в размерах. В том случае, когда минеральный раствор образуется слабонасыщенный, его капли падают с высоты и достигают пола. В этом месте тоже образуется "сосулька", только острием вверх. Это сталагмит.

Специалисты и любители подземных маршрутов не устают удивляться разнообразию имеющихся на планете пещер. Казалось бы, уже все изучено и объяснено. Однако новые факты заставляют вновь и вновь возвращаться к прежним вопросам. Общеизвестно, что сталактиты и сталагмиты образуются в результате испарения влаги, которая проникает извне. Однако исследования последних лет показали, что так происходит не всегда. Из сказанного следует, что пещеры еще не раскрыли всех своих тайн. Над их разгадкой еще предстоит поломать голову любознательным и энергичным исследователям.

" ~- ~- ~- ~" ~&~" ~- ~- ~- ~"

Водные хемогенные отложения пещер образуются путём осаждения из текучей или стоячей воды. Они представлены всевозможными формами натёчных образований.
Сталактиты (от греч. stalaktós - натёкший по капле) - натёчно-капельные (в карстовых пещерах обычно известковые) образования, свисающие в виде конических сосулек, драпировок, изгибающейся бахромы или полых трубок со сводов и верхних частей стен карстовых пещер или иных подземных пустот (англ: Speleothem). Это наиболее широко известная форма проявления гравитационных текстур минеральных агрегатов. Термины «сталактит» и «сталагмит» введены в литературу в 1655 г. датским натуралистом Оле Вормом.
Сталактиты возникают в результате выпадения в осадок углекислого кальция при распаде в растворе бикарбоната кальция с образованием менее растворимого карбоната кальция и CO 2 , и удалении из насыщенной им воды углекислого газа. Растворимость карбонатов зависит от наличия CO 2 в растворе. Как только лимит CO 2 в поровом растворе будет использован, растворение карбоната прекратится. Когда раствор близок к насыщению - в одних частях общей системы фильтрации-диффузии будет происходить растворение, а в других - осаждение карбоната. При этом растворение может происходить на стенках тонких пор и трещин, а выпадение осадка - на отдельные ядра кристаллизации в открытой полости.
Встречаются также гипсовые и соляные сталактиты, образующиеся за счет повышения насыщенности раствора при испарении растворителя (воды).
В определённых условиях со дна пещер и других подземных карстовых полостей навстречу сталактитам растут сталагмиты в виде конусов, а сливающиеся сталактит и сталагмит образуют столбообразные колонны, называемые сталагнат . На сталактиты или сталагмиты, частично затопленные подземными водами в пещерах, нарастают забереги (агрегаты, кристаллизующиеся в горизонтальной плоскости на границе вода-воздух от краёв твёрдой фазы), вследствие чего образуются сложные ансамбли из агрегатов грибовидной формы.
Гуры , или кальцитовые плотины, подпруживающие подземные озера - встречаются преимущественно в известняковых и значительно реже в доломитовых полостях. Они образуются в горизонтальных и наклонных проходах в результате выпадения из раствора карбоната кальция, что связано с выделением углекислоты вследствие турбулентности водного потока и/или изменения его температуры при движении по подземной галерее. Очертания плотин, имеющих обычно вид правильной или изогнутой дуги, определяются главным образом первоначальной формой выступов пола пещеры. По морфологическим признакам гуры подразделяются на площадные и линейные. Последние развиты в основном в узких проходах с подземными ручьями, которые они разделяют на отдельные водоёмы. Водный поток не только создает кальцитовые плотины, но и разрушает их. При изменении расходов потока и минерализации подземных вод под действием эрозии и коррозии в гурах образуются отверстия, проломы и пропилы. Это приводит к формированию сухих гуров, не способных удерживать воду. В результате дальнейшего растворения и размыва на месте кальцитовых плотин остаются лишь сильно корродированные выступы, отмечаемые на полу и стенах полости.
"Сосульки" льда как в ледяных пещерах, так и на поверхности Земли, также являются сталактитами. По классификации В.И. Степанова , для карстовых пещер выделяются следующие виды сталактитов:
при строго осевом питании возникают трубчатые сталактиты (макароны), характеризующиеся постоянным диаметром канала и структурой, контролируемой геометрическим отбором при росте на мениске капли;
при комбинированном площадном и осевом питании возникают конические сталактиты. Их нельзя рассматривать просто как обросшие сферолитовой коркой трубчатые сталактиты, так как синхронное обрастание влияет на морфологию мениска;
при линейном питании возникают драпировки;
чрезвычайно характерны ансамбли сталактитов и драпировок;
особо могут быть выделены туфлактиты - сталактиты, растущие в условиях высокого пересыщения, состоящие из известкового туфа, и тем самым лишенные структуры, задаваемой геометрическим отбором. Разделение понятий убирает также конфликт между распространенным определением, что трубчатые сталактиты всегда монокристалличны, и существованием трубчатых туфлактитов, характерных, например, для штолен Хайдарканского месторождения.
Сталактит-сталагмитовая кора , равно как и туфовая сталактит-сталагмитовая кора [Степанов, 1971], по сути состоят из агрегатов чрезвычайно близких структур и текстур, обладающих единой характеристической симметрией. Вместе с тем конкретные составы этих кор по агрегатам могут значительно варьировать. Существуют пещеры с резким преобладанием сталагмитовых форм, а также наоборот. В большинстве случаев, как это показано в [Максимович, 1965], соотношение количества сталактитовых и сталагмитовых форм контролируется исключительно степенью обводнённости пещеры.
Согласно В.А.Мальцеву , «Имеющееся подразделение сталактитов во типам питания (внешнее-внутреннее) не отвечает ни их морфологии, ни их структуре, ни реальным механизмам их питания. У истинных сталактитов, кристаллизующихся в результате дегазации раствора или охлаждения расплава, центральный канал является не причиной, а следствием, а наблюдающееся у части трубчатых сталактитов "питание" по каналу - вторично».
Описанные как сталактиты сталактитоподобные агрегаты халцедона, кварца, гётита, и многих минералов из секреций эффузивных и осадочных пород и из пустот рудных жил при внимательном изучении почти всегда оказываются псевдосталактитами или иными сталактитоподобными формами агрегатов.
Травертин (травертиновые террасы) образуется в результате осаждения кальцита и/или арагонита из растворов, содержащих бикарбонат кальция. Этот процесс происходит, в частности, при падении давления во время выхода подземных вод на земную поверхность. В результате происходит химическая реакция, в ходе которой выделяется нерастворимый в воде карбонат кальция. В присутствии углекислого газа в геотермальной воде СаСО3 растворяется в виде бикарбоната кальция:
СаСОз + СО2 + Н2О = Са(НСОз)2
С выходом геотермальной воды на поверхность Земли парциальное давление СО2 уменьшается и карбонатно-кальциевое равновесие в ней смещается в сторону образования твёрдой фазы: Ca(HCO3)2 = CaCO3↓ + CO2 + H2O.
При нарушении карбонатно-кальциевого равновесия в геотермальной воде образуется взвесь из кристаллов СаСО3 размером до10 мкм и более. Количество взвеси, образующейся при этом, составляет от 4 до 25 мг/л. Основная доля приходится на частицы размером менее1мкм. Часть из них, попадая в ламинарный подслой, оседает на твёрдых поверхностях формируя отложения. В зависимости от скорости потока воды относительно поверхности осаждения на ней образуются отложения различной плотности.

Литература:
Максимович Г.А. Генетический ряд натечных отложений пещер (карбонатный спелеолитогенез) // Пещеры, вып.5(6). Пермь, 1965.
Мальцев В.А. Минералы системы карстовых пещер Кап-Кутан (юго-восток Туркменистана) // "Мир Камня (World of Stones)", 1993, № 2 (рус/англ).
Мальцев В.А. Еще раз о сталактитах с "внутренним" и "внешним" питанием // Полная версия на англ: V.A.Maltsev. Stalactites with "internal" and "external" feeding, Proc. Univ. Bristol Spel. Soc., 1998, 21(2), 149-158
Степанов В.И. Периодичность процессов кристаллизации в карстовых пещерах // Труды мин. музея им. Ферсмана. Москва, 1971, вып.20, с. 161-171.
Степанов В.И. Структуры и текстуры минеральных агрегатов, образующихся в свободном пространстве пустот
C.Hill, P.Forti. Cave minerals of the world. NSS, 1986, 238 p.