Introduction
partout dans le monde, les paysages karstiques varient des collines vallonnées parsemées de dolines, comme on le trouve dans certaines parties du centre des États-Unis, aux collines déchiquetées et au karst de pinacle trouvés sous les tropiques. Le développement de tous les reliefs karstiques nécessite la présence de roches pouvant être dissoutes par les eaux de surface ou souterraines.
le terme karst décrit une topographie distinctive qui indique la dissolution (également appelée solution chimique) des roches solubles sous-jacentes par l’eau de surface ou l’eau souterraine., Bien que généralement associées aux roches carbonatées (calcaire et dolomite), d’autres roches hautement solubles telles que les évaporations (gypse et sel gemme) peuvent être sculptées dans un terrain karstique.
comprendre les grottes et le karst est important car dix pour cent de la surface de la Terre est occupée par un paysage karstique et jusqu’à un quart de la population mondiale dépend de l’eau fournie par les zones karstiques. Bien que plus abondant dans les régions humides où la roche carbonatée est présente, le terrain karstique se trouve dans les environnements tempérés, tropicaux, alpins et polaires., Les caractéristiques karstiques vont de microscopiques (précipités chimiques) à des systèmes de drainage entiers et à des écosystèmes qui couvrent des centaines de kilomètres carrés, en passant par de larges plateaux karstiques.
bien que les processus karstiques sculptent de beaux paysages, les systèmes karstiques sont très vulnérables à la pollution des eaux souterraines en raison du débit d’eau relativement rapide et de l’absence de système de filtration naturel. Cela met les approvisionnements locaux en eau potable à risque d’être contaminés., Au milieu des années 1980, l’inondation de grottes dans la zone très peuplée de Bowling Green, dans le Kentucky, a provoqué une fuite de déchets industriels dans le vaste système de fissures souterraines polluant les eaux souterraines des puits locaux. En raison de l’expansion urbaine, des millions de dollars sont dépensés chaque année aux États-Unis pour réparer les dommages causés aux routes, aux bâtiments et à d’autres structures construites sur des surfaces karstiques instables.
relief Karstique
Le degré de développement des reliefs karstiques varie grandement d’une région à l’autre., Les grands systèmes de drainage dans les zones karstiques sont susceptibles d’avoir des composants de drainage fluvial (surface) et karstique (souterrain). Comme indiqué dans l’introduction, Le terme karst décrit une topographie distinctive qui indique la dissolution des roches sous-jacentes par les eaux de surface ou les eaux souterraines.
l’eau tombe sous forme de pluie ou de neige et pénètre dans le sol. L’eau devient faiblement acide car elle réagit chimiquement avec le dioxyde de carbone qui se produit naturellement dans l’atmosphère et le sol. Cet acide est appelé acide carbonique et est le même composé qui rend les boissons gazeuses acidulées., L’eau de pluie s’infiltre vers le bas à travers le sol et à travers les fractures de la roche en réponse à la force de gravité. L’acide carbonique dans l’eau souterraine en mouvement dissout le substrat rocheux le long des surfaces des joints, des fractures et des plans de litière, formant éventuellement des passages de grottes et des cavernes.
le Calcaire est une roche sédimentaire composée principalement de carbonate de calcium sous forme de calcite. L’eau de pluie dissout le calcaire par la réaction suivante: Calcite + acide carbonique = ions Calcium dissous dans l’eau souterraine + ions Bicarbonate dissous dans l’eau souterraine.,
Les fissures et les joints qui s’interconnectent dans le sol et le socle rocheux permettent à l’eau d’atteindre une zone sous la surface du terrain où toutes les fractures et les espaces vides sont complètement remplis (également appelés saturés) d’eau. Cette zone riche en eau s’appelle la zone saturée et sa surface supérieure s’appelle la nappe phréatique. Le volume d’espace vide (espace rempli d’air ou d’eau) dans le sol ou le socle rocheux est appelé porosité. Plus la proportion de vides dans un volume donné de sol ou de roche est grande, plus la porosité est grande., Lorsque ces vides sont interconnectés, l’eau ou l’air (ou d’autres fluides) peuvent migrer d’un vide à l’autre. Ainsi, le sol ou le socle rocheux est dit perméable parce que les fluides (air et eau) peuvent facilement se déplacer à travers eux. Le substrat rocheux perméable constitue un bon aquifère, une couche rocheuse qui retient et conduit l’eau. Si l’eau souterraine qui traverse le substrat rocheux perméable sous-jacent est acide et que le substrat rocheux est soluble, un type distinctif de topographie, la topographie karstique, peut être créé.,
la première partie de notre animation montre l’évolution des reliefs karstiques créés par le mouvement descendant de l’eau accompagné de la dissolution de la roche et du transport massif des sédiments dans les canaux des cours d’eau. Dans les zones tropicales avec des calcaires massifs épais, un paysage remarquable et distinctif de collines déchiquetées et de gorges étroites domine complètement le paysage. Le mouvement de la solution le long des fractures et des joints attaque le socle rocheux et laisse des blocs de calcaire comme des flèches ou des pinacles isolés., Les pinacles vont de petites caractéristiques de quelques pouces de haut à des formes intermédiaires de quelques pieds de haut à de grands pinacles de centaines de pieds de haut. Outre la gravure des pinacles et des collines résiduelles, des feuilles d’eau qui coule se déplacent sur des surfaces en pente créant une variété de caractéristiques de surface gravées. Notre animation par ordinateur montre les reliefs dominants, tels que les pinacles, les cônes et les tours, couramment trouvés dans l’environnement karstique tropical du Nord de Porto Rico.,
notre modèle en papier représente un autre type de paysage karstique, celui d’une plaine calcaire vallonnée telle que l’on trouve dans le Centre-Sud du Kentucky, le nord de la Floride et le bord des Highlands du Centre du Tennessee où le karst doline est la caractéristique dominante. Le karst Doline est le type de paysage karstique le plus répandu. Le paysage est parsemé de dolines (dolines) dont le nombre et la taille peuvent varier considérablement. Pour la plaine de dolines dans le centre du Kentucky, il y a environ 5,4 dolines par kilomètre carré sur une superficie de 153 kilomètres carrés., Pour le nord de la Floride, il y a près de 8 gouffres par kilomètre carré sur une superficie de 427 kilomètres carrés (White, 1988, tableau 4.1, page 100).
la topographie karstique dominée par des Dolines ou dolines présente généralement plusieurs caractéristiques de surface distinctes. Notre modèle papier montre des caractéristiques normalement associées à la topographie karstique. Les dolines (également appelées dolines) sont des dépressions de surface formées par: 1) la dissolution du substrat rocheux formant une dépression en forme de bol, ou 2) l’effondrement de grottes peu profondes qui ont été formées par la dissolution du substrat rocheux., Ces dolines ou bassins peu profonds peuvent se remplir d’eau formant des lacs ou des étangs. Les sources sont des endroits où l’eau souterraine émerge à la surface de la terre. Les cours d’eau qui disparaissent sont des cours d’eau qui se terminent brusquement en s’écoulant ou en s’infiltrant dans le sol. La disparition des cours d’eau témoigne d’un drainage superficiel perturbé et indique donc la présence d’un système de drainage souterrain. Les entrées des grottes sont des ouvertures naturelles dans la terre suffisamment grandes pour permettre à une personne d’entrer. Les grottes peuvent refléter un système de drainage souterrain complexe.,tates
What do Caves Contain?,
L’eau en mouvement peut transporter des matériaux de terre Dans et à travers les grottes physiquement ou chimiquement. Les grottes contiennent des caractéristiques intéressantes en raison des processus physiques et chimiques qui les forment. Parmi ces caractéristiques sont des blocs de rupture de roche formés par l’effondrement des plafonds de la grotte. On voit également des sédiments contenant des rochers, du sable, du limon et de l’argile déposés par l’eau qui coule Dans et à travers les passages et les conduits de grottes. Les spéléogènes sont des formes irrégulières ou distinctives de roches carbonatées gravées dans le socle rocheux par des gouttes d’eau ou de l’eau courante., Les spéléogènes peuvent se former là où la composition chimique du substrat rocheux n’est pas uniforme. Par conséquent, la roche moins soluble se dissout plus lentement que la roche plus soluble adjacente à travers le temps. La roche moins soluble a tendance à se tenir dans le relief et les projets des murs et des plafonds des grottes.
loin de leurs entrées, les grottes fournissent généralement une température et une humidité relativement constantes sur une longue période de temps. Ainsi, les grottes fournissent un environnement idéal pour le dépôt chimique de minéraux., Lorsque l’eau chargée de carbonate dissous s’infiltre dans le passage de la grotte rempli d’air, elle peut perdre l’excès de dioxyde de carbone dans l’atmosphère de la grotte, ou l’eau elle-même peut s’évaporer, provoquant la précipitation du carbonate secondaire ou d’autres minéraux de la solution, créant des formations de grottes ou des spéléothèmes Les grottes dans les zones karstiques ont souvent des stalactites (masses de calcaire chimique ressemblant à des glaçons) qui pendent des plafonds des grottes et des stalagmites robustes dépassant du sol de la grotte., Les Stalactites et les stalagmites peuvent mesurer de quelques pouces à plusieurs pieds de long. Parfois, l’eau goutte à goutte coulera le long des murs et sur le sol de la grotte, créant des dépôts de flowstone ou de rimstone. Lorsque l’eau goutte à goutte s’infiltre d’un joint puis s’égoutte sur les bords des rebords, des dépôts d’une grande complexité appelés draperies se forment., La couleur des dripstones et des flowstones provient de composés organiques et/ou d’oxyde de fer apportés de la surface, donnant aux spéléothèmes une couleur brun orangé ou de la présence d’oxydes et d’hydroxydes de fer et de manganèse qui donnent aux spéléothèmes une couleur brun foncé ou noire.
Qu’est-ce qui vit sous terre?
certains scientifiques s’intéressent à l’écologie des cavernes et à la façon dont les animaux des cavernes interagissent avec les microclimats des cavernes., Les animaux trouvés dans les grottes comprennent tout, des animaux de surface comme les ratons laveurs qui utilisent occasionnellement la grotte, aux animaux qui se sont adaptés exclusivement à la vie dans la grotte (troglobites). Les Troglobites ne peuvent pas survivre en dehors des grottes. Ceux-ci peuvent inclure des animaux aussi divers que les poissons et les écrevisses sans yeux, les coléoptères des cavernes, les vers plats et d’autres types inhabituels d’insectes. Beaucoup de ces animaux ont perdu la pigmentation du corps et sont de couleur blanche ou transparente. Bien que l’environnement de la grotte semble être stable, le changement peut et se produit., La température de la grotte varie en raison du mouvement de l’air près des entrées et de la température de l’eau entrant dans la grotte. En réalité, certaines grottes ont leurs propres systèmes météorologiques qui créent du vent en raison des différences de température et de pression entre l’entrée et les passages intérieurs.
de nombreux animaux, tels que les chauves-souris, les grillons des cavernes et les rats de meute, visitent régulièrement, élèvent leurs petits ou hibernent dans des grottes. Ces animaux sont appelés trogloxènes . Les grottes peuvent accueillir un grand nombre de différents types de chauves-souris., Les chauves-souris peuvent être parmi les animaux les plus bénéfiques pour les humains et l’écosystème en tant que mangeurs d’insectes et pollinisateurs végétaux. La petite chauve-souris brune peut manger 600 moustiques en une heure, effectuant ainsi le travail d’un « insecticide naturel”, aidant à contrôler les ravageurs des cultures et autres insectes. Le système Mammoth Cave-Flint Ridge dans le Kentucky, qui est le système de grottes le plus étendu au monde, a une biodiversité de 43 mammifères, 15 reptiles, 19 amphibiens et 3 poissons. En 1981, les Nations unies ont désigné le Parc National de Mammoth Cave comme Site du patrimoine mondial., Suivez ce lien pour un excellent résumé de la région de Mammoth Cave et d’autres grottes trouvées dans le système de Parcs Nationaux des États-Unis.
en 1988, les États-Unis ont adopté le Federal Cave Resource Protection Act qui préserve et protège toutes les grottes importantes trouvées sur les terres fédérales pour les générations futures d’américains.
Qu’y a-t-il pour moi?
Sachant où les formations karstiques sont situés pourrait aider les urbanistes, ainsi que les propriétaires fonciers, à prendre des décisions sur l’endroit où construire des maisons et d’autres structures., Cette information pourrait permettre aux villes d’économiser des milliers de dollars en réparations de bâtiments construits sur un terrain karstique instable.
les sources karstiques fournissent de l’eau potable à des millions de personnes. La connaissance du terrain karstique et du mouvement de l’eau dans les systèmes de drainage souterrains est importante pour maintenir une eau potable de bonne qualité et salubre. La Pollution des eaux souterraines est un problème majeur dans les terrains karstiques.
Les Grottes offrent un lieu de loisirs. Bien que la plupart des grottes situées dans les parcs nationaux soient protégées, il existe plus de 200 grottes d’exposition commerciales dans tout le pays qui sont ouvertes au public., La spéléologie récréative est devenue un passe-temps populaire. La Société Nationale de Spéléologie compte environ 20 000 affiliés actifs dans tout le pays.
Les dépôts conservés dans les grottes peuvent renseigner les géologues sur les climats passés. Les fossiles et les artefacts trouvés dans les grottes aident les géologues et les archéologues à démêler la préhistoire d’une région.
Les Grottes abritent une communauté unique de bactéries, de champignons et d’animaux que l’on ne voit pas à la surface de la Terre.
Questions
- Pourquoi y a-t-il souvent du vent à l’embouchure d’une grotte?
- de grandes grottes se forment-elles dans des environnements secs au-dessus de la nappe phréatique?,
- Est-ce que des traits de stripstone tels que des stalactites et des stalagmites se forment dans des grottes situées au-dessous ou au-dessus de la nappe phréatique? Pourquoi ou pourquoi pas?
- La nappe phréatique est-elle toujours à niveau?
- Une personne devrait-elle explorer une grotte seule?
- une personne de construire une maison près d’un gouffre?
- Une personne devrait-elle collecter des stalactites et des stalagmites?
- Une personne devrait-elle collecter des animaux troglodytiques?
questions de réflexion
- quelles compétences ce contenu vous aide-t-il à développer?
- Quels sont les principaux sujets abordés dans ce contenu?,
- Comment le contenu de cette section vous aident à démontrer la maîtrise d’une compétence spécifique?
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