ANNALES 4/' 94 izvirno znanstveno delo UD K 553.2:551.44(497.12-15) 551.44(497.1215):553.2 NAJPOGOSTEJŠI MINERALI IZ JAM KLASIČNEGA KRASA Nad/a ZUPAN HAjNA mag., inštitut za raziskovanje krasa ZR C SAZU, 66230 Postojna, Titov trg 2, SLO MD, istituto per io studio del Carso presso i) CRS ASSA, 66230 Postojna, Titov trg 2, SL O IZVLEČEK Najpogostejši minerali iz jam našega klasičnega krasa so karbonatni minerali, od katerih sta najbolj razširjena kalcit ter aragonit. Minerali drugih mineralnih skupin so bolj redko prisotni, med njimi sta najbolj pogosta sadra in led. Vse te minerale najdemo v najrazličnejših oblikah, ki so pogojene z njihovimi kristalografskimi lastnostmi in z načinom njihovega izločanja iz raztopin. Tako na primer kalcit najdemo kot posamezne kristale ali pa kot sigo najrazličnejših oblik. UVO D V kraških jamah nastajajo različni kemijski sedirnenti. Med kemijskimi minerali, ki nastajajo v jamah, ločimo naslednje skupine mineralov: karbonate, evaporite, že­lezove in manganove hidrokside, okside, sulfate ter fos­fate. Kemijski sedirnenti, ki so se oblikovali v naših kraških jamah, so sekundarnega nastanka, saj gre za minerale, ki sose v jamah izločili iz raztopin. Voda raztaplja kamnine, skozi katere prenika. Pri tem se obogati z različnimi ioni, ki izvirajo iz raztopljenih kamnin. Raztopina odraža ke­mijsko in s tem mineralno sestavo raztopljene kamnine ter je obenem tudi v kemijskem in fizikalnem ravnotežju s kamnino. Kadar se ravnotežje v raztopini poruši, pride do izločanja mineralov. Ti so v ravnotežju z novimi pogoji in imajo tako kemijsko sestavo, kakršno dopušča sestava raztopine. V kraških jamah najdemo minerale, ki jih delimo v štiri skupine. V prvi so kraški minerali, nastali pri nizkih temperaturah in kraških procesih, to so minerali kalcitne in argonitne združbe ter hidroksidi in oksidi. Naslednjo skupino predstavljajo minerali, oblikovani pod vplivom bližine rudnih nahajališč. Taki so hidrotermalni minerali in hipergeni minerali, Tretja skupina so minerali, nastali zaradi vpliva organskih ostankov, kot so fosfati, nitrati in organogeni minerali. V zadnjo skupino pa spadajo vul­kanogeni minerali. Najpogostejši na krasu so karbonatni minerali, njiho­va najznačilnejša predstavnika sta kalcit in aragonit. KARBONATNI MINERALI Karbonati so najpomembnejša skupina mineralov, ki nastopa v kraških jamah. Najznačilnejša predstavnika skupine sta kalcit in aragonit, ki tvorita preko 95% vseh mineralov, ki so se izločili v jamah. Nastanek karbonatnih mineralov ter njihov obstoj in oblika so vezani na srednje do nizke temperature. Raz­likujemo dve osnovni skupini karbonatov, karbonate brez vode in drugih anionov ter karbonate z vodo in s tujimi anioni. Glede na obliko kristalov ločimo rom­boedrske in rombične karbonate. Romboedrske karbonate skupaj s karbonatnim anionom tvorijo naslednji kationi: Ca , Mg 2+ ( Mn2+ , Zn2+ , Fe2+; rombične pa Ca2"*", Sr 2+ , Ba2 + in Pb2+ . Romboedrski karbonati so kalcit, magnezit, rodohrozit, siderit in smithsonit. Morfološko so si zelo podobni, strukturno so popolnoma enaki, vendar zaradi različnih ionskih radijev njihovih kationov ne obstaja možnost popolnega izomorfnega mešanja med njimi. Dolomit nastaja, ker manjka popolno izomorfno mešanje med kalcitom in magnezitom. V njem je lahko del ali ves magnezij zamenjan z železom ali manganom. Pri tem nastanejo minerali ankerit, manganodolomit in ferodo­iomit. Rombični karbonati so aragonit, stroncianit, vvit­herit in cerusit, Izomorfno mešanje teh karbonatov je zelo omejeno. Fizikalne in kristalografske lastnosti vseh naštetih mi­neralov so si zelo podobne. Razlike so v barvi, specifični 14 3 ANNALES 4/'94 Nadja ZUPA N HAJNA: NAJPOGOSTEJŠI MINERALI IZ JAM KLASIČNEGA KRASA, 143-148 teži, indeksu loma svetlobe ter v bogastvu oblik, ki Je pri kalcitu največje. Najpogostejši karbonatni minerali v kraških jamah, nastali pri nizkih temperaturah in kraških procesih, so prikazani v tabeli 1. Ime Formula Singonija Pogostnost v jamah kalcit CaCO j trigonalna najpogostejši aragonit CaCO s rombična pogost dolomit CaMgiCCb k trigonalna redek htdromagnezit MgsiCOsWOH) rnonoklinska redek 'magnezit MgC03 trigonaina redek Tabela 1: Najpogostejši karbonatni minerali v kraških jamah Pomembnejši karbonatni minerali v kraških jamah, ki so nastali v povezavi z rudnimi nahajališči, so azurit, cerusit, malahit, rodohrozit, smithsonit, stroncianit in vvitherit. Kalcit Kalcit CaC0 3 kristali trigonalno, njegovi posamezni kristali so skalenoedrske ali romboedrske oblike. Ploskve in robovi so velikokrat blago zaobljeni, zaradi tega plo­ščati romboedri kažejo lečasto obliko. Za kalcitne kristale je značilno tudi njihovo dvojčično zraščanje. Najpogostejša oblika kalcita v jamah je siga. Najdemo ga tudi v kristalni obliki, vendar so veliki kristali bolj redki. Kaicitni kristali Kalcitni kristali pravilnih oblik v jamah niso prav po­gosti. Posamezni kristali so skalenoedrične oblike, kate­rih najdaljša kristalografska os je pravokotna na jamsko steno. Kristali so veliki od nekaj milimetrov do enega metra ter rastejo v skupinah. Različne velikosti skaie­noedričnih kristalov v jamah zrastejo na tri načine. Največji, do 1 m, ter najlepše oblikovani kristali zrastejo v freatični, stalno zaliti coni krasa. Vendar tako velikih v naših jamah ne poznamo. V vodnih ponvicah zrastejo lahko kristali skale­noedrske ali rombične oblike. Navadno so ti kristali majhni, bolj slabo razviti in obarvani. Ponvice, napolnje­ne z različnimi kristali kalcita, so v naših jamah zelo pogoste. Iz prenasičenih raztopin, mezečih iz jamskih sten, se lahko izločijo tudi veliki skalenoedrični kalcitni kristali. Posamezni kristali so lepih in pravilnih oblik, veliki do nekaj decimetrov in navadno rastejo v skupinah. Kristali so tem bolj pravilnih oblik, čim bolj enakomerno priteka raztopina in čim več prostora in časa imajo kristali za svojo rast. Slovenske jame niso ravno bogate s temi kristali, vendar jami, v kateri so, dajo poseben pečat. Zelo lepi so bili v Kristalni jami nad Kupljenikom , vendar so, žal, najlepši odlom !jeni in odneseni. Siga Siga je najpogostejša oblika nastopanja kalcita v kra­ških jamah. Njena oblika je odvisna od načina dotekanja raztopine. Različne oblike sige nastanejo iz kapljajoče, tekoče, mezeče, ujete in kondenzne vode. 5talaktiti in stalagmiti rastejo iz kapljajoče vode v vzdolžni smeri curka. Siga v plasteh se izloča iz vode, ki teče po stenah ali tleh. Iz mezeče ali pljuskajoče vode se izločajo koralne oblike sige. Heiektiti rastejo iz kapilarne vode, ki mezi skozi tanke kanale. Tanke plavajoče skorje sige rastejo na ujeti vodi v bazenih in lužah. Sigaste obrobe se izločajo iz kondenzne vode, ostale oblike sige pa so rezultat drugačnih hidroloških mehanizmov. Izločanje sige V kraških jamah se siga izloča iz raztopin, prenasiče­nih s kalcijevim karbonatom. Deževnica se v atmosferi in pri prenikanju skozi tia obogati s CO2. Ti dve kompo­nenti skupaj tvorita šibko ogljikovo kislino ( H2O + CO2 = H2CO3). Ta kislina topi karbonatne kamnine, skozi katere prenika. Pri tem nastajajo kalcijevi in hidrogen­karbonatni ioni (CaCO a + H2OO3 = Ca 2 + + 2{HC03)" ). V trenutku, ko raztopina, bogata s temi ioni, doseže jamski prostor, se ravnotežje v raztopini poruši, zaradi spremembe parcialnega tlaka CO2 in temperature. Začne se izločati kalcijev karbonat ( Ca 2 + + 2{HCC>3)~ — CO2 + CaCO s + H2O ) v obliki sige ali posameznih kristalov. Kakšna bo siga po mineralni sestavi, je odvisno od prisotnosti ostalih ionov v raztopini. Sigo lahko gradijo zelo drobni kristali kalcita, srednji ali veliki kristali. Iz zelo čistih raztopin in počasi mezeče vode ter pri prekristalitvi sige največkrat zrastejo v sigi veliki kristali. Vse snovi težijo k čim popolnejši in obsto­jnejši obliki, veliki kristali so pa precej bolj stabilni kot majhni. Zelo drobni kristali različne mineralne sestave tvorijo tudi tako imenovano jamsko mleko. Siga se izloča različno hitro. Lahko zraste za nekaj milimetrov v tisoč letih ali celo v desetih letih. Tak primer je rast sige Čez ograjo na poti v Hankejevem kanalu Škocjanskih jam ali rast makaronov pod betonskim mos­tom v Črni jami. Barva sige Barva sige je zelo različna. Nanjo vplivajo različni kationi v raztopini ter mehansko naneseni mulj, glina ali organski material. Prisotni kationi železa v raztopini obarvajo sigo rumeno, rjavo ali rdeče, mangana sivo ter črno, bakra zeleno in žvepla rumeno. Najbolj bela je ponavadi čista, drobnokristalna siga, medtem ko je de­beiokristalna večkrat obarvana rahlo rumeno ali rjavo. Starost sige Z relativnimi in absolutnimi metodami lahko določi­mo starost sige. Relativna starost se določi glede na ostale plasti sige in nam pove samo, katere plasti so starejše in 144 ANNALES 4/'94 Nadja ZUPAN HAjNA: NAJPOGOSTEJŠI MtNERAU !Z JAM KLASIČNEGA KRASA, 143-143 katere mlajše. Absolutno starost sige določimo z 14 C in U/Th radioaktivnima metodama. Z ogljikovo metodo lahko določimo starost do 35.000 let. Drugi način za absolutno določanje starosti sige je uran-torijeva ra­dioaktivna metoda. Meja za določanje starosti s to me­todo je 350.000 do 400.000 let. Metodi, pri katerih lahko določimo tudi višjo starost, sta termoiummiscen­čna in ESR metoda. Rezultati vseh teh metod imajo seveda določen odstotek napake. Najstarejša znana siga v Sloveniji je iz Pisanega rova v Postojnski jami. Jedro stalaktita je bilo datirano z ESR metodo, ugotovljena starost je 530.000 let. Naslednja dva obroča sige, med njima je poplavna ilovica, sta datirana z U/Th metodo na 269.400 in 76.000 let. Zunanji trije obroči sige v stalaktitu niso bili datirani zaradi premajhne vsebnosti urana, vendar se predvide­va, da sta vmesni plasti poplavne ilovice iz srednjega in mlajšega wurma. Zunanji obroč sige se je tako verjetno odložil po zadnji poledenitvi. Z a boljšo predstavo naj omenim nekaj starosti sig iz različnih jam določenih z uran-torijevo metodo. Iz Podome dvorane Pisanega rova je starost korena stalagmita, ki raste na podrtem bloku s stropa dvorane, 19.900 let (+25.200, -24.700). V Fižen­ci je starost: baze sigove zavese 153.900 let (+237.700, -94.600). Rjava skorjasta siga iz Fabrisovega rova v Viie­nici je stara 80.200 let {+56.900, -44.400). Baza trikot­nega kapnika iz Lipiške jame je stara 160.400 let (+116.900, -61.300), rumenorjava siga iz Mejam pa 42.100 let (+29.900, -28.000). Oblike sige Stalaktiti so ena najbolj znanih oblik sige. Pritrjeni so na strop ter so najrazličnejših velikosti in debelin, od drobnih do debelih in masivnih ter nekaj metrov dolgih. Stalaktit ima v sredini votel kanal, okrog katerega si sledijo tanke plasti sige. Tisti, ki nimajo kanala, so se oblikovali z nalaganjem posameznih plasti sige. Stalaktit najprej začne rasti v obliki drobne in dolge cevke, "ma­karona", ki se daljša z odlaganjem kalcijevega karbonata pri dotoku raztopine. Stalaktit se debeli, kadar pride do motnje pri pretoku skozi cevko in pri večjem dotoku raztopine, ker začne raztopina prehajati skozi steno cevke in se iz nje izločijo kristali kalcita, katerih najdaljša kristaiografska os je pravokotna na smer rasti cevke. Raztopina skozi stene stalaktita ne prehaja enakomerno, zato ne najdemo v naravi niti dveh enakih oblik stalaktita in tudi radialni obroči sige okrog središčne cevke niso enakomerno debeli. Najstarejši del stalaktita je koren stalaktita, najmlajši pa zunanji obroč. Stalaktiti so navad­no iz kalcita, včasih vsebujejo zaradi različnih pogojev pri njihovi rasti tudi druge minerale. Pri spremenjeni sestavi raztopine se lahko namesto kalcitnih izločijo ara­gonitni kristali. Poplave lahko prekinejo rast sige in tako se na stalaktitu namesto prirastka kalcita odloži plast poplavne ilovice. Tako lahko na stalaktitu sledimo ob- Slika 1: Kadar voda kaplja z velike višine, se vodna kaplji­ca razprši in dobimo stalaktite, ki imajo vrb krožnikaste oblike, Postojnska jama (foto J. Hajna). dobja, kose je odlagala siga, in obdobja poplav. Ti pogoji se lahko med rastjo enega stalaktita večkrat spremenijo. Na primeru stalaktita iz Pisanega rova v Postojnski jami lahko vidimo, kdaj je začel rasti in kdaj so bile poplave v tem delu jame, saj se je med posameznimi sigovimi plastmi ohranila poplavna ilovica. Ta vsebuje nekarbonatne minerale, ki jih je podzemeljska reka na­nosila v jamo iz Pivške kotline, kjer so flišne kamnine. Stalagmiti zrastejo na tleh iz kapljajoče vode. Nad njimi največkrat raste stalaktit Stalagmiti so navadno večji kot stalaktiti in imajo bolj zaobljen vrh in nimajo votlega kanala v sredini, ampak ležijo plasti sige ena čez drugo. Kadar voda kaplja z velike višine, se kapljica razprši in dobimo stalaktite, ki imajo vrh krožnikaste oblike. Če je višina curka manjša, se plasti sige odlagajo ena vrh druge. Korena, kjer je stalagmit začel rasti, ne vidimo, saj ga prekrivajo mlajše plasti sige. Med plastmi v stalagmitu lahko najdemo tudi druge minerale, zaradi spremembe kemijske sestave raztopine ter zaradi pop­lav, ki so odložile na rastoči kapnik poplavno ilovico. Stalagmiti so lahko najrazličnejših oblik. Nekateri so podobni cipresam, božičnim drevesom, orjakom, pal­čkom, kijem, pagodam tn drugemu. Stebri se oblikujejo, če se stalaktiti in stalagmiti zra­stejo s konicami. Steber se debeli pri nadaljnjem izloča­ 14 5 ANNALES 4/'94 Nscija ZUPAN HAJNA; NAJPOGOSTEJŠI MINERALI IZ JAM KLASIČNEGA KRASA, 143-140 nju sige. Ker to izločanje ni enakomerno, pri tem nasta­jajo najrazličnejše oblike. Zavese nastajajo na nagnjenih stropih ali stenah, po katerih voda mezi v določeni liniji. Glede na smer vode je lahko zavesa ravna ali pa močno nagubana. Kristali kalcita rastejo z daljšimi osmi pravokotno na smer pol­zenja vode. Plasti sige v zavesah so lahko različne barve, odvisno od kemijske sestave raztopine. Slapovi nastanejo, ko se iz polzeče vode izločajo tanke plasti sige ena čez drugo. Posamezne plasti so tudi tu lahko različnih barv, odvisno od raztopine. Med njimi se iahko odložijo tudi ilovnate plasti. Orientacija najda­ljših osi kristalov je praviloma pravokotna na površino. Baldahine imenujemo obliko sigovih slapov, ki ne dose­žejo tal. Koralasta siga se izloča v različnih oblikah iz mezeče in razpršene vode. je vrsta sige, ki za svojo rast potrebuje precejšnjo vlažnost zraka v jami. Helektiti rastejo v različnih smereh na že prej zraslih stalaktitih, stalagmitih in cevkah. Rastejo iz počasi meze­če kapilarne vode. Kristali rastejo po načelih kristalizacije in ne gravitacije, zato so helektiti obrnjeni na vse mogoče strani ter tvorijo najrazličnejše oblike. Jamsko mleko je mikrokristalna snov, ki jo iahko gradijo kristali kalcita, aragonita ali kakšnega drugega Slika 2: jamski biser iz Malih jam, Postojnska jama (foto J. Hajrta). 146 ANNALES 4/'94 Nadja ZUPA N HAJNA: NAJPOGOSTEJŠI MIN ER A U (Z (AM KLASIČNEGA KRASA, 143-148 karbonata. Najdemo ga kot lepljivo beio maso na stenah tersigi. Med mineralnimi zrni vsebuje tudi do 70 % vode. jamski biseri so bolj ali manj okrogle gladke oblike. Nastanejo tako, da se je kalcit nabral okrog že prej obstoječega jedra. Lahko je to kamenček, odlomek fosila ali kapnika. V bazenčkih pod kapljajočim curkom se nabira voda, v katerih se jedra obračajo in pri tem se okrog njih koncentrično izločajo plasti kalcita. Biseri so lahko različno veliki, od nekaj milimetrov do nekaj cen­timetrov. Pri nas so znani jamski biseri iz Postojnske jame. Aragonit Aragonit je drugi najbolj pogost jamski mineral, ima isto kemijsko sestavo kot kalcit, vendar nastopa v drugač­nih oblikah in se izloča iz drugačnih raztopin. Njegovo pojavljanje še vedno ni popolnoma razjasnjeno. Zaradi nizkih temperatur v jamah sploh ne bi smel nastajati, raste pa v jamah z nizkimi in visokimi temperaturami. Počasno pronicanje vode in obilica nekarbonatnih ionov v raztopini sta najverjetneje dva pomembna pogoja z a njegovo izločanje. Rast aragonitnih iglic je prav tako odvisna od zračnih tokov in izhlapevanja v jami ter je veliko večja, kjer je izhlapevanje bolj izrazito. Najpogosteje nastopa aragonit v jamah v obliki ježkov ali rož. Igličasti kristali rastejo iz središča radialno navzven ali pa so zaviti in se vzporedno prilegajo podlagi. V slovenskih jamah najdemo pogosto krhke, snežno bele aragonitne kristalne prevleke in aragonitne sige v obliki stalaktitov in stalagmitov. Posebno lepe skupke tudi do 10 cm dolgih iglic v obliki ježkov najdemo v Ravenski jami pri Cerknem. Nekatere igličaste kristalne kopuče imajo neobičajno odebeljene konice. NEKARBONATN I MINERALI Nekarbonatnih mineralov, ki se izločajo v jamah po svetu, je veliko vrst, pri nas so pa bolj redki. Najpomeh­nejše skupine takih mineralov so evaporiti, železovi ter manganovi hidroksidi, oksidi, sulfati in fosfati ime Formula Singonija Pogostnost v i a mah led HhO fieksajgonaJnaj pogost sadra CaS04.2H20 monokiinskaj pogosta MgS04.7H20 rombična zelo redek anhidrit CaSC>4 rombičnai redek Tabela 2: Pomembnejši nekarbonatni minerali iz kraških jam Led Ledene tvorbe v jamah nastajajo z zmrzovanjem kap­ljajoče in pronicajoče vode ter z zmrzovanjem vodnih hlapov. Led ima najpogosteje obliko stalaktitov, stalag­mitov, stebrov in zaves. Ledeni stalaktiti so v bistvu ledene sveče, ki visijo z jamskega stropa. Vendar so Slika 3: Heksagonalni kristal ledu iz Velike ledenice v Para­dani, Trnovski gozd (fotoA Mihevc). pogostejši ledeni stalagmiti, saj topel zrak, ki se dviga proti stropu jame, največkrat onemogoča tvorbo stalak­titov. Ledeni kapniki so značilni predvsem za vhodne dele nekaterih jam visokogorskga krasa ter pozimi z a vhodne dele nižje ležečih jam. Lepi heksagonalni kristali se tvorijo neposredno iz zračne vlage, kadar imajo za to dovolj prostora. Takšni kristali so bili najdeni v Veliki ledenici v Paradani na Trnovskem gozdu. Sadra Značilni sulfatni minerali, ki jih najdemo v kraških jamah, so sadra, epsomit in anhidrit. Sulfatni minerali so različno topni, med njimi sta najbolj topna sadra in epsomit Tvorba sulfatnih mineralov v jamah še zdaleč ni dobro raziskana. Izhlapevanje raztopine povzroča izločanje mi­neralne snovi iz raztopin, ki so obogatene s primernimi kationi in anioni. Sadra jez a kalcitom in aragonitom tretji najpogostejši mineral v kraških jamah. Je brezbarvna ali bela, včasih rahlo rumeno, rjavo, sivo, modro ali rdeče obarvana. Nastopa v ploščatih, upognjenih, igličastih ali prizmatskih kristalnih oblikah. Najbolj značilen način nastopanja sadre ter tudi ep­somita v jamah so sulfatne skorje in o prhi, kristali so bolj 14 7 ANNALES 4/'94 Nadja ZUPAN HAINA: NAJPOCOSTEjŠI MINERAL! I Z JAM KLASIČNEGA KRASA, 143-148 redki. Na našem krasu najdemo sadro ter včasih anhidrit jami Kubik v Slovenski Istri (Mihevc, A., 1992), kjer se v največkratv obliki oprhov, intovjamah, kjer je nanesena spranih ostankih laporja najdejo do 3 cm veliki kristali ilovica iz fliša ali pa so jame razvite na stiku med plastjo sadre. karbonatne kamnine terflišnimi laporji. Tak primer je v RIASSUNTO I minerali piu frequenti nelle grotte del nostro Carso Proprio sono quelii costituití da carbonati di caldo e tra questi I piu diffusi sono la calcite e l'aragonite. Altri minerali sono piu rart, prevalgono comunque ilgesso ed il gbiaccio. Tutti questi minerali sono presentí nelle forme piu diverse, a seconda delle loro caratteristíche cristallografiche e delprocesso di separazione dalle soluzioni. La calcite, per esempio, si presenta sotto forma di cristalli o di stalattiti dalle forme piu diverse. LITERATURA Uporabljeni viri Citirana literatura Deer, W. A., & R. A. Howie, & J. Zussman, 1967: An Kuščer, D., & R. Savnik, & j. Gantar, 1959: Ravenska Introduction To The Rock-Forming minerals. 1-518, jama. Acta carsologica, 2, 5-25, Ljubljana. Longmans, London. Mihevc, A., 1992: Gypsum in Tajna jama and in the Ford, D . C , & P. Williams, 1989: Karst Geomorphology Cave Cubic. Acta carsologica, 21,175-182, Ljubljana. and Hydrology. 1-601, Unwin Hyman, London. Placer, L. et alv 1989: Nekaj novih podatkov o Ravenski Gams, L , 1974: Kras. 1-359, Slovenska matica, Lju-jami na Cerkljanskem. Acta carsologica, 18, 129-138, bljana. Ljubljana. Hill, C., & P. Forti, 1986: Cave Minerals of the World. Zupan, N., 1991: Flowstone dafations in Slovenia. Acta 1-238, National speleologica society, Huntsville. carsologica, 20, 187-204, Ljubljana. Knez, M. & Zupan, N., 1992: Minerali v slovenskih kraških jamah. 1-43, IZRK ZR C SAZU, Postojna. 148