Как образуются сталактиты и сталагмиты?

Сталактиты и сталагмиты украшают пещеры по всему миру. С потолка свисают сталактиты, а из земли поднимаются сталагмиты. Они растут невероятно медленно, а некоторые из них настолько древние, что старше современного человека.

Согласно веб-сайту Службы национальных парков США, эти похожие на зубы скальные образования растут, когда капающая вода вступает в контакт с воздухом пещеры. Вода несет растворенные минералы, собранные в пути с поверхности Земли. Проходя через пещеру, она оставляет за собой крошечные следы этих минералов, выстраивая каждый сталактит капля за каплей. (1)

Какой формы бывают сталактиты?

Большинство сталактитов имеют форму конуса: толстый вверху и сужающийся к концу внизу. Но некоторые являются пустыми. По форме напоминающие соломинки, эти сталактиты растут, когда вода стекает по их центру. Когда каждая капля испаряется, на дне соломинки остается еще одна оболочка из минералов.

Пещерные соломинки невероятно хрупкие и часто крошатся при малейшем прикосновении, что делает их редкой находкой в ​​часто посещаемых пещерах. (2)

Некоторые сталактиты в форме соломинок, кажется, не поддаются гравитации. Эти структуры, известные как геликтиты, имеют изгибы, уступы и бугорки, которые наклоняются во всех направлениях. По данным Ассоциации космических исследований университетов, ученые точно не знают, как они образуются, но считают, что это может быть связано с сочетанием капиллярного эффекта и ветра. (3)

Небольшие изменения в воздушных потоках пещеры или в ориентации кристаллов в растущем сталактите могут унести мельчайшие капельки воды в новых направлениях. Вместо того, чтобы капать на пол под действием силы тяжести, они движутся вбок или даже вверх, оставляя свои минералы позади.

Что содержат сталактиты и сталагмиты?

По данным Королевского химического общества, большинство сталактитов, которые вы видите в пещерах, сделаны из карбоната кальция. Он образует два основных типа кристаллов: кальцит и арагонит. Они имеют химическую формулу CaCO3. (4)

По этой причине сталактиты обычно появляются только в пещерах, где окружающие породы содержат кальций в виде известняка или доломита.

Сталактиты также могут нести следы других химических веществ, которые придают им разные цвета и текстуры. Этими химическими веществами являются карбонаты, сульфиды и даже опал.

Помимо сталактитов известняковые пещеры часто содержат сталагмиты. Эти структуры образуются на полу, с толстым основанием и острием, обращенным к потолку пещеры. Согласно Энциклопедии пещер (третье издание, 2019 год), некоторые из них плоские, а другие длинные и тонкие. (5)

Сталагмиты часто образуются прямо под сталактитами, вымывая любые минералы из капель воды, падающих на пол пещеры. Однако два типа пещерных украшений не всегда образуются парами: любой из них может появиться сам по себе.

Внутри пещеры

Другие особенности пещеры

Известняковые пещеры могут также содержать другие виды пещерных украшений. Согласно журналу Transactions of the Royal Society of South Africa, сталактиты и сталагмиты являются типами капельных камней, названных так потому, что они образуются из капающей воды. Но вы также можете увидеть натёчные камни и «пещерный попкорн». (6)

По данным Национального парка Йоркшир-Дейлс, Великобритания, натёчные камни появляются, когда вода стекает по стене пещеры слоями. Они похожи на завесы из сталактитов, свисающие вместе, как водопад, застывший во времени. По данным Американского геофизического союза (AGU), иногда известняки содержат слои цвета из минералов, оставленных водой, из-за чего их называют «пещерным беконом». (7, 8)

Пещерный попкорн образуется там, где вода проходит через поры в скале, образуя шишки и бугорки, похожие на ягоды.

Химия известняковых сталактитов

Сталактиты и сталагмиты образуются, когда дождевая вода просачивается через известняковую скалу. По данным Службы национальных парков США, по пути она собирает углекислый газ из воздуха и любых органических веществ, через которые она проходит. Углекислый газ реагирует с водой, образуя слабую кислоту, называемую угольной кислотой. Эта кислота может растворять известняк, реагируя с минеральным кальцитом и вытягивая его в воду в виде бикарбоната кальция.

Когда вода просачивается в пещеру, она снова вступает в контакт с воздухом. Там она выпускает углекислый газ, а кальций выходит из раствора, снова образуя твердый кальцит.

Как они образуются

Странные сталактиты

Знаете ли вы, что сталагмиты и сталактиты не всегда можно найти в пещерах? Вы можете увидеть их под бетонными зданиями, в лавовых трубках и даже зимой свисающими с крыши вашего гаража в форме сосулек. Это связано с тем, что сталагмиты и сталактиты не всегда сделаны из известняка.

Ледяные сталактиты, вероятно, являются наиболее распространенным типом сталактитов. Согласно статье 2019 года в Энциклопедии пещер, они образуются, когда вода достаточно холодная, чтобы замерзнуть, а погода достаточно солнечная, чтобы снова вызвать таяние. Растаявшая вода стекает вниз и снова замерзает, прежде чем упадет на землю. (9)

Ученые из Кембриджского и Аризонского университетов использовали фотографии, математику и физику, чтобы выяснить, почему сосульки острые. Они заметили, что, когда вода стекает вниз, она смешивается, образуя слой. Этот слой отдает тепло, создавая теплый воздушный карман вокруг сосульки. Теплый воздух поднимается вверх, а это значит, что вода быстрее замерзает внизу сосульки, отчего они удлиняются и утончаются на кончике.

По данным Королевского химического общества, еще один вид сталактита, который вы можете увидеть в повседневной жизни – это бетонный сталактит. Вы можете найти их на автостоянках и даже на трубах в вашем доме. Бетон содержит оксид кальция, который растворяется при прохождении через него щелочной жидкости. Когда эта жидкость попадает в воздух, кальций выходит из раствора, образуя твердое вещество, называемое кальтемит. Если капли идут достаточно быстро, могут начать формироваться сталагмиты из кальтемита. (10)

Другие странные сталактиты найти немного сложнее. По данным Международного журнала спелеологии, внутри лавовых трубок – туннелей, которые несут расплавленную породу под землей – образуются лавовые сталактиты. Когда потолок лавовой трубки начинает остывать, он покрывается наружным слоем. Под ним горячие газы продолжают расширяться, надавливая на наружный слой и растягивая его, образуя полые трубки, которые затвердевают и превращаются в твердую породу. (11)

Live Science