Geologija (i hidrogeologija) krša
Uvod Mladen Juračić, Geološki odsjek PMF-a, Sveučilište u Zagrebu, 2006/07 Radni materijal za internu upotrebu
Uvod • Ova Ova pre preda dava vanj nja a nap napra ravl vlje jena na su na teme temeljlju u skripta Bahun, S. & Jurač i ić , M. (2002): Geologija ć krša. GPZ, 30 + 45 p i dio priloga koji su navedeni u tekstu nalazi se u skriptama. • Zašto ovaj kolegij? • Poseb seban okol koliš s velik likom zas zastup tupljenošću u Hrvatskoj. • Pred Predme mett je je inte intere resa sa:: geo geolo logi gije je,, geom geomor orfo folo logi gije je (geografije), hidrologije, geokemije. • Što ćemo raditi u ovom kolegiju, čime ćemo se baviti?
Uvod • Ova Ova pre preda dava vanj nja a nap napra ravl vlje jena na su na teme temeljlju u skripta Bahun, S. & Jurač i ić , M. (2002): Geologija ć krša. GPZ, 30 + 45 p i dio priloga koji su navedeni u tekstu nalazi se u skriptama. • Zašto ovaj kolegij? • Poseb seban okol koliš s velik likom zas zastup tupljenošću u Hrvatskoj. • Pred Predme mett je je inte intere resa sa:: geo geolo logi gije je,, geom geomor orfo folo logi gije je (geografije), hidrologije, geokemije. • Što ćemo raditi u ovom kolegiju, čime ćemo se baviti?
U kolegiju ćemo se baviti: • Poviješću istraživanja krša • Različitim pristupima istraživanju i klasifikacijama krša (speleološkim, deskriptivnim, funkcionalnim, genetskim, tektogenetskim) • Vod Vodom u kršu kršu (geo (geoke kemi mijs jski kim m i hidro idro(g (ge eo)lo o)lošk škim im aspektom) • Rasp Raspor ored edom om i pos poseb ebno nost stim ima a krš krša a u raz razliličitim dijelovima svijeta • Kršem Dinarida – većim dijelom (Hrvatska i susjedna podru č ja,) • Morfo orfog gene enezom zom i evol evolu uci cijo jom m krša krša
Što je krš? • Krš je teren s posebnom hidrologijom i reljefnim oblicima. • Razvija se u stijenama koje su relativno dobro topljive u vodi i s dobro razvijenom sekundarnom i kanalskom poroznošću, tj. krškom poroznošću. • Ključ razvoj krša je njegova neobična podzemna hidrologija. • Stroj koji pokreće te prirodne procese je hidrološki ciklus.
• Krška područ ja najčešće su razvijena u karbonatnim stijenama, a odlikuju se nizom suprotnosti npr: – bujnost vegetacije i golet – višak vode s poplavama i bezvodice sa sušama, – Česta je demografska neujedna čenost: nenaseljenost u brdovitim predjelima i na goletima, a gusta naseljenost u krškim poljima.
• Sve to pridonosi interesu za krš, kako u svijetu tako i kod nas. • Krš može biti razvijen i u drugim relativno topljivim stijenama (gips, anhidrit, halit,..)
Kako nastaje krš? • Topljive stijene sa zanemarivom primarnom poroznošću a koje su kasnije razvile jaku sekundarnu poroznost (vapnenci, mramori, gips) imaju odlično razvijeni krš. • Karakteristični reljefni oblici na površini i u podzemlju, koji su zaštitni znak krša, nastaju otapanjem stijena duž pukotina koje su strukturnog postanka.
Neki krški oblici
Griže (škrape)
Ponikva, Velebit
Uvala Blato na Mljetu
Krško polje (polje u kršu), Cerkniško polje, Slovenija
Humovi Humoviuudelti deltiNeretve Neretve
Špilja Postojnska jama, Slovenija
Jama Odisejeva špilja, Mljet
Krški sustav • Krš se može objasniti kao otvoreni sustav s dva jasno integrirana hidrološka i geokemijska podsustava, koji djeluju na krške stijene. • Krški oblici su rezultat međudjelovanja procesa u ta dva povezana podsustava. • KRŠ obuhvaća skup pojava i procesa koji se odnose na razvitak površinske i podzemne morfologije i protjecanje vode prvenstveno u karbonatnim terenima
Krški sustav
Pojam i termin • KRŠ je pojam uvriježen u hrvatskoj stru čnoj literaturi u posljednjih pedesetak godina, a u sustavnu upotrebu uveo ga je Gorjanovi ć-Kramberger 1894 godine. • U Sloveniji i Slovačkoj koristi se izraz KRAS . Talijani ga zovu CARSO. Kao prijevod na njema čki, a kasnije i na engleski u međunarodnu literaturu ušao je izraz KARST . • Podrijetlo riječi izvodi se iz indoeuropskog korijena riječi KAR što znači kamen, kameniti kraj, krški predjel, golet; dakle ozna čava morfološke karakteristike krških područ ja.
Krš • se upotrebljava u apelativnom smislu opisujući sve morfološke i hidrogeološke karakteristike nekog kraja (rijeke ponornice, krški izvori, ponikve itd.), ili • toponimski označavajući njegov regionalni položaj (alpski krš, dinarski krš, tršćanski krš, itd.).
Okršavanje • Sam proces razvitka krša u karbonatnim vapnenačkim stijenama teče prema formuli: • CaCO3 + H2O + CO2
⇔
Ca2+ + 2(HCO3)-
• vapnenci pod djelovanjem vode u kojoj je otopljen ugljični dioksid otapaju se i tako stvaraju kalcij hidrogenkarbonat koji je topljiv u vodi. • Ukoliko se gubi CO2 proces ide u suprotnom smjeru, tj. dolazi do taloženja karbonata (sige, sedra).
Okršavanje • Proces otapanja vapnenaca zove se još i korozija vapnenaca, a budu ći da njim nastaju karakteristične krške forme, to zovemo OKRŠAVANJEM (karstifikacija). U načelu taj je proces u karbonatnim naslagama sveobuhvatan i temeljit. • Vapnenac = kalcit + primjese (do 15%), pa je veliki dio vapnenačke mase podložan otapanju, a tek mali dio ostaje neotopljen kao tzv. vapnenač ka trošina. • U geološkoj budućnosti uz postojeće klimatske uvjete svi vapnenci biti prije, ili kasnije otopljeni.
• Kasnije ćemo se detaljno baviti i stijenama u kojima se razvija krš, a za sada ćemo istaknuti da je krš prvenstveno vezan uz karbonate (vapnence, dolomite, mramore, lapore...) koji prekrivaju oko 20 % površine kopna. • Element koji dovodi do sekundarne poroznosti tj. do stvaranja pukotinskih struktura je tektonika (endodinamika). • Osim ova dva elementa već smo rekli da je presudna voda tj. korozija (odnosno egzodinamika - geokemija i hidrologija). • Dodatni element koji će modificirati krški razvoj je klima.
Krš u svijetu
• Potrebno je ponovno spomenuti da je u Hrvatskoj krš razvijen u najvećoj mjeri i da su naši krški krajevi “locus typicus” krša. • U dinarskom su kršu razvijeni svi površinski i podzemni oblici, pa su stoga naši nazivi za neke krške forme ušli u međunarodnu kršku terminologiju, kao npr: polje, ponor, uvala, dolina (u stvari ponikva, vrta ča).
Kratka povijest istraživanja krša • Prvi zabilježen posjet nekom krškom fenomenu potječe iz 852. godine p.n.e. kojim se opisuje boravak asirskog kralja Salmanassara III na izvoru rijeke Tigrisa, koji je tipično krško vrelo. • Različite krške oblike spominju i opisuju već i gr čki i rimski pjesnici i filozofi (Herodot, Plinije stariji..)
Kratka povijest istraživanja krša • Josephus FLAVIUS (Josip Flavije) opisuje u svom djelu "Judejski rat" trasiranje (istraživanje podzemnog toka) rijeke Jordan primjenom trasera "piljevine" i zaključuje o vezi između ponora Fijala i izvora Panium.
Kratka povijest istraživanja krša • U Postojnskoj jami otkriveni potpisi iz 13 st. • U 17 st. prvo speleološko djelo: Jacques GAFFAREL (1654): Le monde souterraine u kojem je spilje podijelio na božanske, ljudske, životinjske, prirodne i umjetne; sačuvani su samo fragmenti u pariškoj nacionalnoj biblioteci.
Kratka povijest istraživanja krša • Jochan W. VALVASOR 1689. pisao je putopisna djela, pa među ostalim opisuje i Cerkniško jezero (polje), estavele, vrela i ponore. Ističe da su to sve prirodne pojave i da su figure u podzemlju nastale iz vode, što je dakako i danas prihvatljivo.
Kratka povijest istraživanja krša • Balthasar HAQUET, rudarski liječnik u Idriji zanimao se za zemljopis, pa 1778. navodi da su ponikve nastale otapanjem. • GRUBER 1781. slaže se s Haquetom, no smatra da se otapanje (korozija) vapnenaca događa u unutrašnjosti Zemlje, te da najprije nastaju spilje a urušavanjem se stvaraju ponikve. Također istražuje Cerkničko jezero.
Kratka povijest istraživanja krša • Gjuro PILAR (1846-1893), utemeljitelj i prvi profesor geologije na Sveučilištu u Zagrebu u suradnji s Titze-om i Bayer-om 1876. piše djelo O oskudici vode po Hrvatskoj vojnoj krajini . To se djelo smatra prvim krškim hidrogeološkim djelom jer se naglašava važnost geoloških čimbenika, geoloških struktura (navodi važnost boranih struktura) u rasporedu podzemnih voda.
Kratka povijest istraživanja krša • MOJSISOVITZ, TIETZE I BITTNER, 1880. govore o značajnom utjecaju navla čne tektonike (znači geologije) u razvitku krša. • Jovan CVIJIĆ, 1893. objavljuje disertaciju “Das Karstfenomen” u kojoj uvažava geološke odnose i principe u objašnjavanju krških fenomena. Razlikuje mediteranski i srednjoeuropski krš, te uvodi nazive holokarst (holokrš) za potpuni krš i merokarst (merokrš) za nepotpuni krš.
Kratka povijest istraživanja krša • DAVIS, 1899. u evoluciji reljefa uvodi cikličnost prema kojoj od manjih formi nastaju ve će. U to je uvjerio PENCK-a, koji cikličnost primjenjuje i na krš. • Pod njihovim utjecajima i Cvijić pokušava objašnjavati krške forme cikli čnošću što mu nije uspjelo, pa pod konac života napušta cikli čnost i vraća se svojim početnim razmatranjima u kojima je osnova razvitka krških oblika geologija. • Koncepcija, iako pogrešna, odigrala je zna čajnu ulogu u istraživanju krša. Kroz 40 godina uzaludno se tražila ta cikličnost u razvoju krških formi.
Kratka povijest istraživanja krša • Razmatranja o vodi u kršu bila su također veoma burna i zanimljiva, a aktualna su i danas kako sa znanstvenog tako i s praktičnog aspekta. Osnovno je pitanje, jesu li vode u podzemlju krša povezane i imaju li zajedničku razinu, ili se radi o izoliranim tokovima.
Kratka povijest istraživanja krša • KATZER, geolog koji je dugo živio u Bosni, ušao je u rasprave o kršu i u vezi s tim vidjevši ponore i izvore u istoj razini zaključio (1909) da u podzemlju postoje različiti međusobno nepovezani sustavi podzemnih otjecanja. To se mišljenje ne poklapa s mišljenjima Pilara i Bite-a (SAD, 1911), za koje su podzemne krške vode povezane. Katzer nadalje razlikuje plitki krš koji je razvijen do nepropusne podloge i duboki krš , u kojem okršavanje nije doprlo do nepropusne podloge. • GRUND, 19l4 nasuprot Katzer-u piše o dva sloja povezane vode u krškom podzemlju: donji sloj je stagnantan, a gornji je pokretan i varira i te če i to je tzv. karstwaser, ili krška voda.
Kratka povijest istraživanja krša
Kratka povijest istraživanja krša • CVIJIĆ (1924) uvodi u razmatranje krških oblika evolucijsku ideju, pa pretpostavlja u krškom podzemlju tri zone: suhu (kroz koju vode samo procjeđuju u dublje dijelove), prijelaznu (u kojoj vode teku samo povremeno), i duboku (u kojoj su vode stalno, a česta su i sifonalna tečenja) Slika
Kratka povijest istraživanja krša • Tridesetih godina ovog stoljeća problemima vode u kršu počinju se baviti i hidrauli č ari . • Otto LEHMAN se priklanja ideji o izoliranim tokovima. dovodi u vezu boć ate izvore s vruljama naglašavajući da spoj mora biti sužen da bi se uslijed podtlaka "usisala" morska voda i istekla na bo ćatom izvoru. • K. GJURAŠIN (1942-1943) se tome suprotstvalja. Smatra da spoj mora biti proširen a ne sužen jer se radi o zdrobljenoj zoni pa miješanje slatke i morske vode dovodi u vezu s razlikom u specifi čnoj težeini. • Ivan KUŠČER nakon proučavanja vrulja kod Senja daje za pravo Gjurašinu. • Sve su te teorije na klimavim nogama jer ne vode računa o geološkoj osnovi.
Kratka povijest istraživanja krša • Većini razmatranja nedostaje geološka osnova i objašnjenje geoloških odnosa. • Svaki od istraživača bili su donekle u pravu. Najčešće su ispravno prikazivali detalje koje su navodili kao primjer. • Kad su to željeli primijeniti na širi prostor ili svoje mišljenje predstaviti kao op će važeću teoriju, upadali su u poteškoće, nelogičnosti i pogreške. • Danas znamo da su u razvitku krša, a posebno u interpretaciji krške hidrogeologije mogući najrazličitiji odnosi i da svaki problem treba rješavati kao posebnu cjelinu i to na dobro utvr đenoj i razjašnjenoj geološkoj osnovi.
Kratka povijest istraživanja krša • U istraživanju voda u kršu treba uzeti u obzir i klimu, paleoklimatsku i morfološku evoluciju prostora, godišnja doba. Primjer: • U istom područ ju podzemne vode mogu biti međusobno povezane i imati zajedničku razinu (u vrijeme intenzivnih oborina u jesen i proljeće), odnosno u tom istom podru č ju mogu postojati izolirani i nepovezani podzemni tokovi (u vrijeme suša u zimi i ljetu).
