France Šušteršič Geologie krasu List 41 VODONOSNÝ KRAS Hydrogeologii kras sám od sebe nezajímá; hydrogeologie si přeje zjistit, jaký má vliv přítomnost krasových dutin na chování pole (oblasti) průniku podzemní vody. To pole se shoduje s polem hydraulické propustnosti a okrajovými podmínkami. Pro průtok vody v krasu je charakteristická duálnost, která je bezprostředním výsledkem stavby systému. Tři hlediska duálnosti: Duálnost infiltrace difuzní (pomalá) infi-ltrace do bloků s menší propustností (bez ka-nálů) rychlý vtok do kanálů Duálnost pole rychlosti průtoku podzemní vody nižší rychlosti v puklinových propustích vysoké rychlosti v kanálových propustích Duálnost výtoku ze systému difuzní odtok z bloků s nízkou propustností koncentrovaný výtok z kanálů přes krasové prameny · Počáteční heterogenita šířky primárních vodních cest (rang 1 – 50) se zkasověním naroste do do rangu 1 – 10^6. · Rozvoj jde od relativní homogenity k velké heterogenitě · Zvýší se koncentrace toku do menšího počtu větších pramenů. · Jejich hydragramy zůstanou více »krasové« / dvoukom-ponentové (rychlé reakce na srážky) a proto význačné pro kras. · Rozvine se charakteristická duálnost krasu · Celý vodonosný kras usiluje o to, aby se stal jedním »kontrolním volumenem«. Zákonitosti přelévání zjišťujeme kontrolním volumnem 1. KV je blok krasové horniny s definovanými hranicemi a rozměry. 2. Počáteční struktura horniny. 2.1 Lito-petrografické vlastnosti 2.2 Porozita 2.3 Mechanické vlastnosti 3. Mezní podmínky (systém otevřený / zavřený) 4. Vstupní hodnoty 4.1 Hydrodynamické podmínky 4.2 Chemické vlastnosti vody France Šušteršič Geologie krasu List 42 VODONOSNÝ KRAS RYCHLOSTI PRŮNIKU KRASEM [m s^-1] Průnik skrz půdu 8 . 10^-8 - 1,5 .10^-7 Vtok^ do otvoru 1 .10^-10 - 8 . 10^-7 Difuzní infiltrace 4,5 . 10^-8 - 8 . 10^-4 Epikrasová^ zóna 1 . 10^-6 - 1 . 10^-3 Pukliny v hornině a komíny 3 . 10^-2 - 1,5 . 10^-1 Krby a propasti 5,5 . 10^-1 - 2 . 10^0 Vadózní toky 1,5 . 10^-2 - 1 . 10^0 Freatické toky 2,5 . 10^-4 - 2 . 10^-1 Loke-Logarček / SLO [freatický kanál] 1,14 . 10^-2 1. Oddělit musíme rychlost impulzu od rychlosti pohybu částic. 2. Rychlost, kterou zdánlivě získáme, není identická s rychlostí toku přes samotné kanály. 3. Fasety ukazují max. 2% rychlosti v celku. U Hjulstroemově kritické rychlosti pokryje stěny kanálu obklad jílových minerálů. 1. Koroze stěn drasticky klesne. 2. Zvětší se penetrační vzdálenost. 3. Kanál a tok jsou v dynamické rovnováze 4. Kritická rychlost je v[x] = 0,2 m s^-1. v[x] znamená rychlost paragenetického prahu. France Šušteršič Geologie krasu List 43 KRASOVÉ OTVORY NENASYCENÉ (vadózní) ZÓNY ZÓNA PŮDNÍHO PRŮSAKU Charakteristiky: 1. Agresivní voda je ve styku s „plovoucími” kusy horniny a statistickou hranicí horniny. 2. Ten proces není vázán na svislý odtok a ve skutečnosti není krasový. Tvary: · Vyloužené geologické struktury · Kapsy · Otvory po kořenech · Přetvořené geologické struktury Epikarasová zóna: Hydrogeologicky jasně definovaná a dokázaná · Na základě chování hydrogramů · Izotopovými analýzami Geomorfologicky dosud jen „postularizovaná“ na základě * Domněle vytvořených cest svislého odtoku * Ćinnosti v pleistocénu (permafrost) * Zogovićova efektu Význačné (typické) tvary negativní hmoty nejsou dokázány. Ve slovinském krasu se “význačné” tvary prokazují jako zdánlivé. Více pravděpodobná v Moravském a Českém krasu. France Šušteršič Geologie krasu List 44 KRASOVÉ OTVORY NENASYCENÉ (vadózní) ZÓNY ZÓNA SVISLÉHO PRŮNIKU A/ ÚZEMÍ ADHEZIVNÍHO POSUNU PO HORNINOVÝCH VRSTVÁCH Charakteristiky: 1. Chaotický průnik do štěrbin bez ohledu na jejich vznik rozšířené štěrbiny, kanály nevytvarovány, řečiště špatně definované. 2. Adsorbční stékání do pramínků – vznik koncentrických svazků. Tvary: · strmé kanály W profilu · naznačené žlábky v otevřených mezivrstevních spárách · nepravidelně přemodelované geologické struktury převážně s drsnými stěnami. B/ ÚZEMÍ VOLNÉHO PÁDU AUTIGENNÍ VODY Charakteristiky a tvary: 1. Kaskádové toky v menších otvorech (dutinách) * nesprávně tvarované kanály * vícenásobně rozšířené geologické struktury * malé“, „zřetězovělé“ propasti 2. Volně padající praménky, aktivní vodní film na stěnách chodeb * „velké propasti“ (dome pits) * zděděné struktury: a) geologické b) speleologické Frankeův efekt VODA svažitý povrch převisový, svislý povrch agresivní RÝHY ZAOBLENÉ STĚNY sintrotvorná HLADKÝ POVRCH ŽEBRA France Šušteršič Geologie krasu List 45 KRASOVÉ OTVORY NASYCENÉ (freatické) ZÓNY Vývoj názorů: od fluviálního ke geostrukturnímu modelu. DYNAMOFREATICKÁ ZÓNA 1. Proteče v ní do 99% vody ve svazku. 2. Napájení je autochtonní (+ alochtonní). 3. Ve speleogenetickém prostoru jsou kanály organizovány do svazků. 4. Dva modely: Ford- Ewers (1978) Worthington (1991) Předchůdci: Lehmann (1936), Jenko (1959) Ve skutečnosti jde o ověření syntéz starších modelů. 5. Starší modely: Katzer (1909) ANALOGIE: " Jeskyně je říční strouha, jejiž břehy se sevřely v strop." ß mezi opce Ý Grund (1914) KRITICKÉ POZOROVÁNí / Bosna: Máme dva typy podzemni vody, stojici a dynamickou". FREATICKÉ KANÁLY, podle původu: · rozšířené mezivrstevní spáry (čočkovité, elipsovité) · rozšířené zlomové struktury · freatické „propasti“ a „komíny” FREATICKÉ KANÁLY, podle vzniku: · syngenetické · paragenetické · přetvořené (sutě /breakdown/, Gamsův efekt, … Mezi syngenezí a paragenezí je velikostní práh. NOTEFREATICKÁ ZÓNA · Napájí se z dynamofreatické zóny. · Voda je relativně obohacená o sulfáty. France Šušteršič Geologie krasu List 46 KRASOVÉ OTVORY NASYCENÉ (freatické) ZÓNY ORGANIZACE SVAZKU Svazek ve speleogenetickém prostoru · poloze svazku rozhodují regionální hydraulické faktory. · Hustota kanálů ve vytvořeném svazku činí 10 - 100 km/km^3, kanálová porozita 0,1 - 1,0 %. · Úplný (celkový) svazek má na svém počátku freatický pokles a na konci freatický zdvih. Celkový freatický pokles svazku činí zpravidla více nežli 100 metrů. · Člověku je dostupná jenom menší část aktivního svazku (Castleguard cave 5 %). Svazek a geologická struktura · Polohu kanálů zevně svazku určují diferenciální počáteční vodivosti. · Vodivost podél mezivrstevních spár je větší nežli vodivost v pravoúhlém (kolmém) směru na ně. · Poměr velikosti kanálů ve svazku neodpovídá vodivosti, kterou má sekvence prvního průlomu (faktor do 10^7). Zjištění z bodů 2 a 3 nejlépe vysvětlí teorie o počátečních horizontech. France Šušteršič Geologie krasu List 47 ORGANIZACE JESKYNNÍCH KOMPLEXŮ (SYSTÉMŮ) Analýza A. Palmer, 1991: cca 500 jeskyní delších nežli 3 km (údaje Chabert, 1986) Po mezivrstevních spárách 57% Po puklinách 42% Po mezizrnové porozitě 1 % Chyby minulosti: přeceňování významu puklin chybné tlumočení (vnímání) hydrogeologického výrazu vodič vody (?) (= fracturated aquifer) podceňování významu mezivrstevních spár chodby kolem mezivrstevních spár ve vodorovných vrstvách srovnávali s říčními terasami, v šikmých nepozorovali selekce Základní typy organizace jeskynních komplexů (systémů) / podle Palmera % z celkového počtu % z celkové délky Rozvětvené / branchwork 57 65 Sběrače praménků proniklé vody Síťové / network 17 17 Nejsou pozorovatelná bodová napájení Anastomotské / anastomotic 3 10 houbovité/ spongework 5 <<1 Aktivace a srůstání mezizrnových pórů Rozvětvené / ramiform 4 8 Výtoky podzemní vody Jedna jediná chodba / single passage 14 <<1 Úlomky horních Epigenní jeskyně: Odvádějí vodu ze sběrné oblasti nad sebou nebo z nejbližšího sousedství. Těch je 90 % podle celkové délky a % podílu. Hypogenní jeskyně: Nemají genetické spojení s povrchem, napájejí se z hlubiny. France Šušteršič Geologie krasu List 48 SPELEOGENETICKÝ PROSTOR - pokračování SPELEOGENETICKÝ PROSTOR Je ta část horninového masivu, ve kterém se mohou rozvíjet nebo se již rozvinuly speleofakty. SPELEOFAKTY jsou speleogeny a speleotemy. Speleogen Je geologická struktura, která vznikla jako přímý nebo nepřímý výsledek nahrazení pevné fáze fází kapalnou. Druhotně ji může nahradit plynná fáze. Speleogeny vznikají odnosem horniny při činnosti procesů, které definujeme jako krasové. Speleotem Je geologická struktura, která vzniká jako nepřímý či přímý výsledek nahrazení speleogenu za pevnou fázi. Speleotemy jsou veškeré produkty sedimentace a destrukce strhávání, hroucení, řícení v krasovém podzemí. France Šušteršič Geologie krasu List 49 SPELEOGENETICKÝ PROSTOR - pokračování Fázová hranice Je plocha, která ve speleologickém prostoru odděluje speleofakty od okolí. Prakticky je to rozhraní mezi matečnou horninou a vzduchem, vodou, jeskynním sedimentem, sutí apod. Diferenciální prvek speleogenu (DPS) Je okruh fázových hranic, které jsou pravoúhle orientované k trajektorii vodního toku, který modeluje. Kanál (jeskynní kanál) Je nepřerušená, postupná řada DPS-ů, přes které probíhají stejné trajektorie. V hovorovém jazyce označují jeskyňáři kanál jako jednoduchou chodbu, nejčastěji freatického původu, kterou druhotné procesy ve skutečnosti ještě nepřetvořily. France Šušteršič Geologie krasu List 50 ORGANIZACE JESKYNNÍCH KOMPLEXŮ (SYSTÉMŮ) - pokračování VNITŘNÍ STAVBA SVAZKU Základní stavitel svazku je segment. Segment Je výsek kanálu se stejnými podmínkami a historií vzniku. Strukturní segment Vznikl ve stejné geologické struktuře. Strukturní segment definujeme proto, jelikož jsou kanály ve své podstatě změněné geologické struktury. Průměrná délka strukturního segmentu ve 20 prozkoumaných jeskyních činí 5 – 21 metrů. Článek je výsek kanálu mezi dvěma rozvětveními. Dělení na články pochází z fluviální geomorfologie a prokázalo se jako bezpředmětné (plané).