يشكل الهوابط (المملكة المتحدة: ، الولايات المتحدة: ) تكوينًا معدنيًا يتدلى من الأسطح العلوية للتجاويف الطبيعية الجوفية أو الينابيع الحرارية أو الإنشاءات البشرية مثل الجسور وأعمدة التعدين. المصطلح مشتق من الكلمة اليونانية القديمة στακακτός (stalaktós)، والتي تشير إلى ''تقطر'، والتي نشأت في حد ذاتها من στανάσσειν (stalássein)، وتعني ""للتنقيط'. أي مادة تظهر قابلية الذوبان أو الترسيب الغروي أو التعليق أو الانصهار تمتلك القدرة على تكوين مقرنصات. يمكن أن تشتمل هذه التكوينات على مواد متنوعة، بما في ذلك الحمم البركانية والمعادن المختلفة والطين والخث والزفت والرمل واللبيدة والأمبيرات (بول القوارض المتبلور). على الرغم من أن الهوابط لا تقتصر على الكهوف فقط، إلا أنها تظهر في كثير من الأحيان على هذا النحو، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى انتشار كهوف الحجر الجيري.
يتم تصنيف التكوين الجيولوجي المماثل الذي يتطور على أرضية الكهف على أنه صواعد.
التشكيل والتصنيف
الهوابط الجيرية
يتكون النوع السائد من الهوابط من الكهوف، والتي توجد بشكل مميز داخل كهوف الحجر الجيري. يتضمن تكوينها ترسب كربونات الكالسيوم والمكونات المعدنية الأخرى، المترسبة من المحاليل المائية المفرطة التشبع. يخضع الحجر الجيري، الذي يتكون أساسًا من كربونات الكالسيوم، إلى الذوبان بواسطة الماء الغني بحمض الكربونيك، وبالتالي توليد محلول بيكربونات الكالسيوم داخل البيئات الجوفية. يتم عرض المعادلة الكيميائية المرتبطة على النحو التالي:
- CaCO3(s) + H§78§O(l) + CO§1112§(aq) → Ca(HCO§1516§)§1718§(aq)
يتخلل هذا المحلول المائي المصفوفة الصخرية حتى يواجه حدًا، عادةً ما يكون سقف الكهف، والذي ينحدر منه لاحقًا على شكل قطرات. عند التعرض للظروف الجوية، ينعكس التفاعل الكيميائي السابق، مما يؤدي إلى ترسب جسيمات كربونات الكالسيوم. يتم تمثيل التفاعل العكسي بـ:
- Ca(HCO3)§56§(aq) → CaCO§910§(s) + H§1314§O(l) + CO§1718§(aq)
يبلغ متوسط معدل التراكم النموذجي 0.13 ملم (0.0051 بوصة) سنويًا. لوحظ أسرع نمو للهوابط، حيث يصل إلى 3 مم (0.12 بوصة) سنويًا، في التكوينات التي يحافظ عليها التنقيط الثابت والبطيء للمياه المشبع بكربونات الكالسيوم (CaCO3) وثاني أكسيد الكربون (CO2). يعد معدل التنقيط البطيء بدرجة كافية أمرًا ضروريًا لتسهيل تفريغ غاز CO§45§ من المحلول إلى جو الكهف، وبالتالي تعزيز ترسب CaCO§67§ على سطح الهوابط. على العكس من ذلك، يؤدي معدل التنقيط السريع للغاية إلى نزول المحلول، الذي لا يزال محملاً بنسبة كبيرة من CaCO§89§، إلى أرضية الكهف، حيث يؤدي التفريغ اللاحق إلى تكوين الصواعد.
تبدأ المرحلة الأولية من تطور الهوابط الجيرية بقطرة ماء منفردة غنية بالمعادن. عندما تنفصل هذه القطرة، فإنها تترسب حلقة دقيقة من الكالسيت. تساهم القطرات المتعاقبة، عند التكوين والنزول، بحلقات كالسيت إضافية. بشكل تراكمي، تتجمع هذه الحلقات متحدة المركز لتشكل هيكلًا أنبوبيًا مجوفًا رفيعًا (يبلغ قطره حوالي 4 إلى 5 مم)، يُطلق عليه بالعامية مقرنصات "قش الصودا". على الرغم من أنها قادرة على الاستطالة بشكل كبير، إلا أن قش الصودا يظهر هشاشة شديدة. في حالة انسداد هذه الأنابيب بواسطة المخلفات، يتدفق الماء بعد ذلك إلى الخارج، مما يسهل ترسب المزيد من الكالسيت ونشوء شكل الهوابط المخروطية الأكثر انتشارًا.
عادةً ما يمتد بدء تكوين الهوابط على مساحة واسعة، تتميز بوجود قنوات عديدة لتدفق المياه المحملة بالمعادن. وتؤدي معدلات انحلال المعادن التفاضلية بين القنوات المتنافسة إلى التطوير التفضيلي لقناة مهيمنة، والتي تستحوذ تدريجياً على نسبة أكبر من المياه المتاحة، وبالتالي تسريع نموها وفي نهاية المطاف إغلاق المسارات البديلة. تمثل هذه العملية التنافسية جزئيًا الحد الأدنى الملحوظ للتباعد بين التشكيلات الفردية. توجد علاقة طردية بين حجم التكوين ومسافة التداخل فيه.
الركائز
تساهم قطرات الماء المتماثلة التي تنحدر من قمة الهوابط في زيادة ترسيب الكالسيت على الأرضية السفلية، مما يؤدي إلى تكوين صواعد مدورة أو مخروطية الشكل. وعلى النقيض من الهوابط، لا تنشأ الصواعد على شكل هياكل مجوفة من "قش الصودا". على مدى فترات زمنية جيولوجية ممتدة، قد تتجمع هذه التكوينات المتميزة وتندمج، مما ينتج عنه كربونات الكالسيوم المفردة speleothem والتي يشار إليها على أنها عمود أو عمود أو صواعد.
هوابط الحمم
على الرغم من أن أنابيب الحمم البركانية تحتوي على حمم منصهرة نشطة، إلا أنها يمكن أن تستضيف تكوين نوع آخر مميز من الهوابط. تتطور هذه الهياكل من ترسب المواد المنصهرة المتقطرة على أسقف الكهوف. من الخصائص البارزة لهوابط الحمم البركانية هو تكوينها السريع، الذي يحدث خلال ساعات أو أيام أو أسابيع، في تناقض صارخ مع الهوابط من الحجر الجيري، والتي تتطلب آلاف السنين لتتطور. والأهم من ذلك، أن هوابط الحمم البركانية تتوقف عن النمو بشكل دائم بمجرد انتهاء تدفق الحمم البركانية، مما يعني أن أي كسر سيمنع التجدد.
يتم تطبيق التسمية العامة الحلية البركانية، المشتقة من مصطلح "جليد"، على نطاق واسع على كل من هوابط الحمم والصواعد.
على غرار نظيراتها من الحجر الجيري، يمكن أن تنتج هوابط الحمم البركانية قطرات تصلب على الأرض، وتشكل الحمم البركانية. الصواعد. ومع مرور الوقت، قد تتحد هذه التشكيلات مع الهوابط الخاصة بها لتكوين عمود موحد.
هوابط أسنان القرش
تتميز هوابط أسنان سمك القرش بتشكيل واسع ومستدق، وتنشأ عادةً على شكل قطرات صغيرة من الحمم البركانية من سقف متصلب جزئيًا. ويحدث نموها اللاحق من خلال تراكم الطبقات حيث أن مستويات الحمم البركانية المتقلبة داخل الأنبوب تغطي التكوين بشكل متكرر بمادة إضافية. وتتراوح أحجام هذه الهياكل من عدة مليمترات إلى أكثر من متر واحد في الطول.
تناثر الهوابط
عندما تجتاز الحمم البركانية أنبوبًا، يمكن أن تتساقط المواد على السقف، وبالتالي تتسرب إلى الأسفل وتتجمد في الهوابط. تنتج هذه العملية تكوينًا غير منتظم الشكل، وغالبًا ما يشبه الحلوى الممدودة. وفي كثير من الأحيان، تعرض هذه الهوابط لونًا مميزًا مقارنةً بالحمم البركانية الأصلية التي تشكل الكهف.
هوابط الحمم الأنبوبية
خلال مرحلة التبريد لسقف أنبوب الحمم البركانية، يتطور الجلد السطحي، ويغلف مادة شبه منصهرة. يؤدي تمدد الغازات المحتبسة إلى إجبار الحمم البركانية على الخروج من خلال فتحات صغيرة، مما يؤدي إلى إنشاء مقرنصات أنبوبية مجوفة. تشبه هذه التكوينات كائنات "قش الصودا" الموجودة في كهوف المحلول. أطول عينة مسجلة يصل طولها إلى مترين. تنتشر هذه الهوابط، السائدة في أنابيب الحمم البركانية في هاواي، في كثير من الأحيان مع الصواعد التنقيطية التي تتراكم على الأرض بالأسفل، والتي تتشكل من المواد المنقولة عبر الهيكل الأنبوبي. في بعض الأحيان، ينهار الشكل الأنبوبي بالقرب من نهايته البعيدة، ويرجع ذلك على الأرجح إلى انخفاض ضغط الغاز والانكماش اللاحق وتبريد الأجزاء التي لا تزال منصهرة. علاوة على ذلك، يمكن لهذه الهوابط الأنبوبية أن تتطور إلى شكل ملتوي ودودي الشكل، حيث تعمل تبلور الحمم البركانية على إعادة توجيه التدفق. قد تظهر أيضًا هذه الهليكوبترات المحددة من الحمم البركانية الأنبوبية نموًا اتجاهيًا متأثرًا بتيارات الهواء داخل الأنبوب، متجهة نحو اتجاه الريح.
الهوابط الجليدية
إن الهوابط الجليدية، والتي يطلق عليها غالبًا رقاقات ثلجية، هي تكوينات سائدة يتم ملاحظتها موسميًا أو دائمًا في العديد من الكهوف، خاصة على الأسطح المكشوفة. ويحدث تكوينها عندما تتسرب المياه السطحية إلى الكهف وتتجمد بسبب درجات الحرارة تحت الصفر. وبدلاً من ذلك، يمكن أن تنشأ من تجميد بخار الماء. على غرار الهوابط البركانية، تُظهر الهوابط الجليدية نموًا سريعًا، وتتطور خلال ساعات أو أيام. ومع ذلك، فإن الاختلاف الرئيسي بينهما هو قدرتها على إعادة النمو، بشرط استمرار إمدادات المياه المناسبة ودرجات الحرارة المتجمدة.
تحت الجليد البحري، يمكن أن تظهر الهوابط الجليدية أيضًا على شكل حبيبات، والتي تتشكل عندما تتفاعل المياه المالحة مع مياه المحيط.
تستطيع الهوابط الجليدية تشكيل صواعد متناظرة تحتها، ومع مرور الوقت الكافي، يمكن أن تتجمع هذه التكوينات لتكوين عمود جليدي.
الهوابط الخرسانية
يمكن أن تتكون الهوابط أيضًا على الهياكل الخرسانية وأنظمة السباكة التي تعاني من تسربات بطيئة، خاصة عندما تحتوي إمدادات المياه على الكالسيوم أو المغنيسيوم أو أيونات أخرى. تتطور هذه التكوينات بشكل أسرع بكثير من تلك الموجودة في بيئات الكهوف الطبيعية. تنشأ هذه الرواسب الثانوية، بما في ذلك الهوابط والصواعد والأحجار المتدفقة، من الجير أو الملاط أو المواد الجيرية الأخرى داخل الخرسانة. ومع ذلك، فإن هذه التكوينات، التي تحدث خارج بيئة "الكهف" الطبيعية، لا يتم تصنيفها على أنها "كهوف" بناءً على التعريف المحدد للمصطلح. يتم استخدام تسمية "الكالثيميت" لتصنيف هذه الرواسب الثانوية التي تحاكي مورفولوجية الكهوف في البيئات غير الكهفية.
تختلف العملية الكيميائية الكامنة وراء تكوين الهوابط على الخرسانة عن تلك التي لوحظت في كهوف الحجر الجيري الطبيعية، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى وجود أكسيد الكالسيوم في الأسمنت. تتكون الخرسانة من الركام والرمل والأسمنت. عند إضافة الماء إلى هذا الخليط، يخضع أكسيد الكالسيوم الموجود داخل الأسمنت للتفاعل مع الماء، مما ينتج عنه هيدروكسيد الكالسيوم (Ca(OH)2). المعادلة الكيميائية المقابلة معروضة أدناه:
- CaO
(ق) + H
§1920§O
(l) → Ca(OH)
§3940§
(aq)
- CaO
بعد ذلك، تقوم الشقوق المتسربة من مياه الأمطار داخل الخرسانة المتصلبة بنقل هيدروكسيد الكالسيوم المذاب إلى محيط الخرسانة. ويحدث تطور الهوابط عندما يخرج هذا المحلول من الجانب السفلي للهيكل الخرساني، مثل السقف أو العارضة، ويتعرض للهواء المحيط. عند ملامسته لثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي، يخضع المحلول لتفاعل كيميائي إضافي، مما يؤدي إلى ترسيب كربونات الكالسيوم.
- Ca(OH)
§89§
(aq) + CO
§2829§
(g) → CaCO
§4849§
(s) + H
§6869§O
(l)
- Ca(OH)
مع نزول هذا المحلول، فإنه يترسب جزيئات كربونات الكالسيوم، والتي تتراكم تدريجيًا لتشكل الهوابط. يبلغ طول هذه التكوينات عادةً عدة سنتيمترات ويتراوح قطرها من حوالي 4 إلى 5 ملم (0.16 إلى 0.20 بوصة). تتأثر سرعة نمو الهوابط بشكل كبير بالتوفير المتسق لمحلول Ca2+
المحلول المشبع. ومعدل التنقيط. يمكن أن يتمدد الهوابط على شكل القش التي تنمو تحت هيكل خرساني بما يصل إلى 2 ملم يوميًا، خاصة عندما تكون فترة التنقيط حوالي 11 دقيقة. علاوة على ذلك، يمكن للتغيرات في الرقم الهيدروجيني لمحلول المادة المرتشحة أن تؤدي إلى تفاعلات كيميائية إضافية، وبالتالي من المحتمل أن تؤثر على معدلات نمو الهوابط الكلثيتية.
التكوينات البارزة
تحتوي الغرفة البيضاء، الواقعة داخل الكهف العلوي لمغارة جعيتا في لبنان، على مقرنصات من الحجر الجيري يبلغ طولها 8.2 متر (27 قدمًا)، وهي متاحة للجمهور ويُزعم أنها الأطول في العالم. تم التأكيد بشكل مماثل على هوابط من الحجر الجيري بطول 20 مترًا (66 قدمًا) تقع في غرفة النوادر داخل غروتا ري دو ماتو (سيتي لاغواس، ميناس جيرايس، البرازيل). ومع ذلك، فقد قام علماء الكهوف في كثير من الأحيان بتوثيق مقرنصات أكثر اتساعًا خلال رحلاتهم الاستكشافية. من بين أطول الهوابط التي يمكن مشاهدتها علنًا تلك الموجودة في بول آن إيونين (كهف دولين)، مقاطعة كلير، أيرلندا، ضمن المناظر الطبيعية الكارستية المعروفة باسم بورين. وتتجلى طبيعتها الرائعة من خلال ارتباطها بجزء من الكالسيت يقل حجمه عن 0.3 متر2 (3.2 قدم مربع).
أصل الكلمة
تم توثيق ظاهرة تكوين الهوابط، وإن كانت دون تسمية محددة، في البداية من قبل المؤرخ الطبيعي الروماني بليني، الذي وصفت كتاباته أيضًا الصواعد والأعمدة، وعزا نشأتها إلى عملية تساقط الماء. تم تقديم مصطلح "الهوابط" نفسه في القرن السابع عشر من قبل الطبيب الدنماركي أولي وورم، الذي اشتقه من الكلمة اليونانية στακακτός (الهوابط)، والتي تعني "تقطر"، بالإضافة إلى اللاحقة اليونانية -ίτης (-ites)، والتي تشير إلى الارتباط أو الانتماء.
معرض الصور
الصواعد
- الصواعد
- لافاسيكل
- صدأ
- كارست
- جليدية
- فرشاة الزجاجة: مقرنصات تتميز بطبقة من صاري حوض السباحة.
- برينكل
المراجع
- Dripstone في Time-Lapse ("Tropfsteine im Zeitraffer") - Schmidkonz, B.; ويتكي، G.؛ كيمياء عصرنا، 2006، 40، 246. دوى:10.1002/ciuz.200600370
"Speleothems (تكوينات الكهف) - حديقة كهف الرياح الوطنية (خدمة المتنزهات الوطنية الأمريكية)".. تم استرجاعه في 5 يناير 2020.
- "Speleothems (تكوينات الكهف) - منتزه Wind Cave الوطني (خدمة المتنزهات الوطنية الأمريكية)". حكومة. تم الاسترجاع 5 يناير 2020.