--UNIVERSITET ET I OSLO

St ei n- Er ik Laur i t zen

I NN FØRING I K A RST MOR FOLOGI OG S P ELEOLOGI

REGIONA L UT B R EDELS E AV K A RST FORMER I NORGE

'

K0RE S

Vs SDM I S- OG ELE I K TRIS I TET S'IES E BIBLI OTEK

O S LO 1 9 81 719

K

R A PPO R T 2 7

BL INDERN OSLO 3

NORGES

VASSDRAGS- OG ELEl<TRIS ITE TSV ESEN

BIBLIOTEK

STEIN-ERIK LAURITZEN

INNFØRING I KARTSMORFOLOGI OG SPELEOLOGI

REGIONAL UTBREDELSE AV KARSTFORMER I NORGE

O S LO 198 1 R A P P O R T 2 7

i I

L - - - - - - -- - -

Stein-Erik Lauritzen

©

fa ttet inn fø ring i hovedprin sippene i karstformers morfo log i Og genese . Dette er ingen fy llestg jr ende inn f@ring i alle aspekter ved em net , jeg har valgt ut stoff som jeg mener har relevans til norske forho ld . Rapporten er også m ent som en bredere og supp lerende inn ledning til kommende rapporter , som sy stem a tisk v il ta fo r seg karstformene i Norge i detalj . Den første som er p å trappene , b lir en detaljert oversik t over Saltfjell-Svartisen med vernevurdering av formene .

Denne innføringen g ir også argumenter for at studier av

karstformer i N orge kan gi viktige resultater av stor betyd- ning for andre fagområder ; som geomor fo logi , paleoklim ato logi , kvartar kronologi sam t resent og in terg lasial pko log i . Den våkne leser v il inn se at m uligheten til ab so lutt-dateringer av speleothem er (drypp stein ) og grottesedim enter er v iktige redskaper til å klarlegge landskap sutviklingen i No rge og dens krono logi .

I det siste kapitlet har jeg gitt en faglig vurdering av no rsk karstlitteratur , sam t en oversikt over karstfo rm enes regionale utbredelse i Norge slik de er kjent i dag .

Denne rapporten er fremkommet som et b ip rodukt fra m in egen forskning på karstformer og deres genese i No rge de siste 6 år . I den anledn ing vil jeg få rette en takk til alle som har assistert under m in feltforskn ing , samt fp lgende institu-

sjoner/ firm aer som på for skjellig m åte har stø ttet dette arbeidet :

Kontak tutvalget for vassdragsreguleringer , U iO ; Norges Vassdrags- og e lek trisitetsvesen ; Zoo logisk Institutt , U iO ; K jem isk Institutt , U iO ; Nansen fondet og de derm ed fo rbundne fond ; C iba-Geigy A /G ;

Blindern , m ars 1981

Ste in-E rik Lauritzen

S ide GENERELL DEL

l .l Inn ledn ing ^{, t 8}

1 .2 K lassifikasjon av karstformer .••..••...•...•.• 3 Ho lokarst eller ekte karst • • • . • • • • • • . . • . • • . • . . 3 F luviokarst

G lasiokarst

. . . . ^{. . . . .} . ^{. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .}

og nival karst .•..•.•...•.•••••.

Tr o p i s k ka r s t . . . . . . . 5 A rid og sem i-arid karst • . • . . . • . . . . • . . . • . 5 J a kuc s ' s y s t e m . . . . . . . . ⁶ l .3 Karstp ro sessens m ekan ism e og kinetikk .•••...••..•. 8

Opp lpsn ing av kalkstein ....·...····...···-··.. 8 A ndre e ffekter av speleogenetisk betydning

a ) B landingskorrosjon ..•·••••..···..•...•. l2 b ) Ok sydasjo nspro sesser ...•••.•..•••..••...•.. 14 Karstdenudas jon .••....••••••..•...•....• 15

l . 4 Ka r s tmo r f o l o g i 2 1

Over fla teform er Gro ttemor fo logi

...

1

3 4

Gro ttedannelse (spe leogenese )

21 25 27 L itovariansens inn fly telse på speleogenesen

a ) Stratigra fiske fak torer . . . 31 b ) Sprekkesystem er . . . • . • . . . • . • . . . 31 Hydrauliske og geomor fo logiske fak torer

a ) Hydrauliske faktorer . . • • . • • • • • . . • • . • • . • • • • . 33 b ) Geomo rfo log iske faktorer .••..•..••••...•. 35 c ) Sedimentinn fy llinger - paragenese ..•.•..••• 35 K lassifikasjon av gro tter •••••.•••••••..••.••• 37 Fo rd 's speleogenetiske modell fra Mend ip

Hi l l s , Eng l a n d . . . . 3 7 Mekaniske modifikasjoner i gro tter ••.••••••.•• 39 I s g r o t t e r . . . . 4 0

Radiometrisk datering av dryppstein

lg .-metodikk ..•••••·•·••··•·•...••·•••.••• 43 Uran-serie dateringer . . . 43 l . 6 Bi o s pe l e o l o g i . . . . 4 6 G rotte-@kosystemer som k ologiske labo ratorier 4 6

1 . 7 A rkeo log i o g paleonto logi i grotter ...•...• 4 7

1 .8 Forslag til vernekriterier for karst ...•• 50 SPESIELL DEL

2 .l Kort h istorikk over norsk speleo logi og en

kritisk inndeling av karstlitteratur •..•..••.•.•. 53 2 .2 Regional utb rede lse av k arsthuler i Norge 5 5 2 .3 U tb rede lse av karst og karbona tbergart i

Saltfjell-Svartisom radet . . . • • . . . . • . • . . . • . . . • . • . 5 7

SUMMARY • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 6 0

REF ERANSER • • • • • • • • • • • • • • • • • • . • . • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 6 2

F OTOGRAFI ER . . . • . . . • . • . • . . . . 6 8

1 . GENERELL DEL

l .l . INNLEDN ING

Der hvor berggrunnen inneholder oppløselige bergarter vil

kjem isk forvitring kunne dom inere denudasjonspro sessene , og det dannes spesielle topografiske forner som kalles k a n s t . I tillegg dannes et spesielt karst-hydro logisk regime. Prosessen kalles f o r k a n s t n i n g eller karsting .

Karstprosessen er i prinsippet en kjem isk prosess hvor kjem iske likevektsreaksjoner er essensielle prosessvariab le . Andre , tradisjonelle geomorfologiske prosesser , som frostforv itring , fluvial .erosjon , glasiasjon og solifluksjon er oftest av sekundær betydning for karstutv iklingen . Slike prosesser virker også o fte hemmende på karstprosessen . Forkarstningen er videre kontrollert av geologiske (strukturelle og k jem iske ), klimatiske og tildels biologiske faktorer . Karst finnes best utv iklet i kompakte , oppløselige bergarter . Dette er oftest krystallinske karbonat- bergarter , sjeldnere gips og steinsalt . I trop iske strøk finnes unntaksvis korrosjonsform er u tv iklet på silikatbergarter (p seudo- karst) .

Topografisk sett karakteriseres karstlandskaper med lukkede forsenkninger (doliner , poljer ), blinde daler og en sterkt opp- sp ist bergoverflate (karren ) hvor vegetasjonen kan være relativt sparsom . Hydrologisk er karst karakterisert ved at dreneringen overveiende foregår underjordisk . Nedlp (sluk ), kilder og grotter er vanlige fenomener .

Globalt utgjør karstformer ca . 13% av jordoverflaten (Sweeting 1972), fig . 1 . Sammenliknet med andre land former , er karst et vanlig fenomen på global basis . De klassiske karstområdene ligger i Jugoslavia ved Adriaterhavet , og m ange av termene har sin opprinnelse i slaviske språk (fig . 2 ).

_.:.·:._··....._-

'

,

"(

- - - - - -

- » ,

'

'

^{· M ;}

_{-V- ..}

0

i , ·

d-- _

•

F ig . 1 . Global utbredelse av karst . Etter Sweet ing (197 2) .

Sava Beogra

I

t.'-- - ·,~ ·

"'

I; .<, "' •

. :, .i

,.,: (

1'\ \

0 50 10 0

0 10 0

20 0 4 0 k m

260 mile s

F ig . 2 . "K lassiske " karstom råder i Jugoslavia . E tter Sw eeting (1972 ) .

1 .2 . KLA SSIFIKA SJON AV KARSTFO RMER

Karststud ier har væ rt m indre p åvirket av Dav is ' syk lus-begrep enn andre deler av geom orfo logien (Sweeting 1972 ), og det har vært lan sert en rekke morfogenetiske k lassifikasjon ssy stem er . De første var tilpasset det k la ssiske og det Dinariske karst- land sk apet , m en etterhv ert som kunn skapen om andre (og for-

sk jellige ) om råder har økt , har også nye k lassifika sjonssy stemer blitt foreslått . Sw eeting (1972) inndeler karst-land fo rmer i

5 hoved typ er :

l ) Ho o k a n s t e e n e k t e k a r s t

Karst utv ik let i tykke kalk ste iner . Land form ene er dannet hovedsak elig av opplø sn in gsp ro sesser . Doliner og do linetype-

form er er vesentlige formelemen ter . Drenerin gssystem et er

hovedsakelig under jo rd isk og er ikke relatert til overflatetopo- grafien . Gro tter eksisterer på stort dyp og e r sjelden til- g jenge lige ; horison ta le g ro tter er sje ldne .

2 ) F u v o k a n s t

Er dannet ved en kombinas jon av fluv ial og karstp ro sesser . Dypere sirkulasjonssy stemer er lite utvik let , loka l erosjons- basis d irigerer ofte fo rkarstn ingen . Regressiv erosjon er viktig . Dalsystem er er vesentlige forme lem en ter i fluv iokarst , m ens

do lineland skap er dannes p å p latåene m e llom dem . Land form er assosiert med at vann forsv inner og kommer tilsyne igjen , er v an lige , spe sielt b linde da ler og ned lØp av a lle typ er . Grotter

er svæ rt utb redt i fluv iokarst ; horisontale sy stemer , d irigert av lokale ero sjon sbasis er typ iske . N edlppsgrotter er sr lig konsen trert lang s karstens gren seom råder hvor allogenetisk drenering kommer inn på kalken . Lø sm assedekke er van ligere i fluv iokarst enn i ho lok arst .

3 ) Ga s i o k a n s t o g n i v a l k a n s t

Dannes ved en kombinasjon av glasiale , periglasiale og nivasjons- prosesser sammen med karstp rosessene . Glasial erosjon på kalk gir enten benking (Schichttreppenkarst , B gli 1979), fig . 3, eller rundsva . Glasiale m ikroformer (skuring ) forsv inner etter ca . 10 år dersom de ikke er beskyttet av løsmasser . Glasiale sedimenter (morene , flyttblokker ) besky tter underliggende kalk mot korrosjon og b idrar til å danne relieffet i glasiokarst . Dolinelandskaper preget av n ivasjonsprosesser (snpdoliner , kotlich i) er vanlige . Såkalte sprekkdoliner (Hellden 1974) er

foreslått som typiske for glasiokarst . Grotter og vertikale sjakter er karakteristiske . Intens frostforvitring kan dom inere over karstprosessene og gi blokkmark i polare og alp ine strøk .

Ford (1977a ) inndeler glasiokarst etter et system som bygger på relativ kronologi mellom karstformer og g lasiale land former :

I ) Po s t g l a s i a k a s t

Formene skyldes oppløsning , dannet uavhengig av om topo- grafien er glasial eller ikke .

II) Ka n s t g a s a e f o rmer

Formene er av glasial opprinnelse , m en de er modifisert eller aksentuert av karstp rosesser . Eks .: Overfordypede botner (botnsjøer ) og morenedem te vannm asser som drenerer underjordisk .

III) Gl a s i a l e k a n s t f o r me r

Formene er av karst opprinne lse , men er modifisert av glasiale prosesser . Eks .: Do liner som v iser tegn på p lukk ing ved at de har støt- og lesider .

I V ) P e g a s a l k a n s t

Relikter som har overlevet nedisinger . Typ iske eksempler er "avkuttede " grottesystemer som ligger høyt i terrenget og som ikke inneholder formelementer kny ttet til glasiale erosjonsprosesser .

4 ) Tr o p i s k k a n s t

Tropisk k lim a er karakterisert ved høy temperatur , stor nedbør og stor fordampning . Kraftige regnfall og flommer g jør uthul- n ingene i kalk mye m indre regelm e ssige og avrundete enn i

tem pe rerte om råder (Sw eeting 1972) . Topografisk er trop isk karst karakterisert ved at relie ffet er "inverst " i forho ld til temperert og arktisk karst . De dom inerende form ene er ikke lukkede forsenkn inger (doliner ), men k jeg le form ede hauger

(cockp its ) . Disse kan tenkes dannet fra tettliggende do liner som gror sammen ved at denudasjonsp rosessene aksentueres i bunnen og/eller retarderes i høyere liggende partier . Trop isk karst inndele s i to hovedtyper : k j e g e k a n s t og t a r n k a r s t ,

avheng ig av form og innby rdes plassering på de enkelte haugene . På grunn av den store fordam pning sraten i trop iske områder , er såkalt "case-harden ing " av porø s kalk stein van lig . Porevannet fordamp er og etterla ter en tyngre lø se lig , kompakt sem en tert hud på overflaten av bergarten . Det er in teressant å merke seg at en type k jeglekarst (relativ t sm å fo rmer ) er besk revet fra Sverige (Rasm usson , 1957 ).

5 ) Ar i d o g s e mi - a n d k a n s t

Da vann er et n dvendig reagens og lpsningsm iddel for u tvikling av karst , er konsekven sen av aride og sem i-aride k limatyper

(h y t fo rho ld fordamp ing/avrenning og lite nedbpr ) at k arst- former er lite utv iklet . Case-hardening er vanlig . Et godt eksempel er Nullarbor Plain i S . Australia , et arid/semi-arid om råde på 200 000 km 2 • Om rådet inneho lder ingen v irkelige daler , bare et grun t , undulerende relieff

pa

3-6 m amp litude . Kollapsdoliner er få og grotter er sje ldne . M indre enn 20

store og dype gro tter som når ned til grunnvann sspeilet er kjen t i he le om rådet . Grunnere grottesy stem er er m er vanlige, men b åde underjord isk og over flate-karsttopografi er sterkt retardert til tro ss for at om rådet er gammelt (hevet i M iocen)

(Jenn ings , 1967 , 1971 ) . Dersom en tar i betraktn ing det antatte aride eller seim i-aride k lima i No rge i Tertia r tid

(Gjessing , 1967) er det intere ssant a se om pre-glasia le grottesy stem er (se av snittet om gla siokarst) som ligger nær den paleiske landoverflaten i Norge , inneho lder form elementer e ller sedim enter som er k arakteristiske for aride k lim atyper .

L ignende klassifikasjonssystemer er foreslått av Jenn ings (1971 ) og BØg li (1979 ) . Im idlertid h ar Jakucs (1977 ) fo re- slått et annet system , som tar utgangspunk t i de hyd ro log iske forho ldene i karstsy stemet : Han angir to hovedtyper av karst, a u t o g e n e t s k og a l l o g e n e t i s k (fig . 4 ) . Selv om Jakucs ' bok

(1977 ) er diskutabe l og kritisert , har system et v ist seg prak- tisk til en fo re lp ig k la ssifikasjon av norsk e karstformer . Engh (1 977) foreslar a bruke Cv ijick 's (1893 , 1918 , 1925 ) k lassiske sy stem (holokarst og merokarst ) på karstom råder i

Sverige . Im id lertid trengs en mer inngående m or fometrisk analy se av et større m ateriale av norske k arstfo rmer før et endelig k lassifikasjon ssy stem kan inn fø res .

a k u c s ' s y s t e m ( f i g . 4 )

Au t o g e n e t i s k k a n s t er k arak ter isert ved at hele nedb rfe ltet (delfe ltet ) ligger i kalk . Den hydrologiske kon sekvensen av dette er at det utelukkende er kalkom rådets eget in filtrasjons- vann som er ansvarlig for korro sjonen . V annet renner ut av karstom rådet . Fe ltet er karakterisert m ed et stort antall kilder , m ens ned lØp sgro tter (sw allow ho les ) ikke finnes .

Eventuelle sedim enter i grottesy stem ene er autoktone dersom de ikke er arvet fra en tid ligere topogra fi e lle r er tilført v ed glasias jon . Korro sjon sm ekanismene er stratifisert i to hoved- soner : a ) aktiv infiltrasjonssone , hvor avrnetning i karbonat/

karbondioksydsy stemet foregar , og b ) den lentikulære freatiske sone , hvor korrosjonen er bet in get av sekundære prosesser , som inhibering , b landingsko rrosjon og ok sydasjonsprosesser .

A o g e n e t s k k a n s t . Karstomr det mottar av renn ingsvann fra ikke-k arbonatm ateriale . Hydrolo gisk sett finnes m inst like

Abb. 3.16.Schicht rippenkarst ([) um! Schicht t repp cnk:us t ({/)

Fig . 3 . Forme lementer i glasiokarst ; Sch ichtrippenkarst og Sch ich ttrippenkarst . Etter BØgli ( 1 9 7 8 ) .

' i 1 - I , - ,

,-I __ - ·

-

- /

Ill

IV

I __L ,I ;

1 - .

. .

!N y . 6,5.S c h em a t ic d ing r a m s o f t.he p os s ih lo v a r ia n ts o f U -Lyp c (u llo - gen ic) ka r s t s

F' i q. 6 1. Schr em a t ied i g r am s o ftho p oss ibl e v a r ia n t s o f A -t y pe (u u t h i- g en ic ) k n rs t s

- _ _ Jf/JJJJ

Mt.

111111:

.·'/I .N

u ^{Ul IV}

F ig. 78. U p wa r d Pn lu 1·g c m cn t b y Rco ur o f ca ve rn p a Rsa g l'S in 11 B- ty pe len tic ula rz one

F ig . 4 • a ) A llo- og autogenetisk k arst , b ) gro ttetak , o p p å sedim en tfy llinger .

ko rrosjon i

Etter Jakucs ( 1 9 7 7 ) .

m ange sluk (ned lp ) som k ilder . Gradienten på de under-

jordiske lp er o fte stor , og dette sammen med punktvis input av allogenetisk vann gir stor lok al eros jonseffek t . Dette har og så sammenheng m ed at inntaksgrotter o fte m ottar store

mengder klastiske sedim enter , og de fungerer som sedim enta sjons- feller . Mo rfo logisk arter dette seg ved utstrakte sedim en t- innfyllinger og ved at korrosjonen i noen tilfe lle dirigeres oppover i gro ttetaket (fig . 4 ).

l .3 . KA RSTPROSESSENS MEKANISME OG KINET IKK

O lpsning av kalk stein

Det prinsipp ie lle reak sjon ssk jem aet fo r opp lø sn ing og utfe lling av ka lkste in er v ist i fig . 5 . Pro sessen invo lverer både

heterogene og homogene reaksjonstrinn som foregår i 3-fase - system et lu ft/vann/kalsiumkarbonat (fig . 6) . Det essen sie lle k jem iske trinnet er en homogen sy re-b ase reak sjon ; p rotoneringen av karbonationet , eller i m indre grad protonering av so lvati- sert ka lsiumkarbonat ionepar (N akayam a 1968 ) . Dette gir hen - ho ld sv is b ikarbonation , HCO, (a q) og ka lsiumbikarbonat kation , caHcO ,+ ( a a ) .

Den totale kapasiteten ved termodynamisk likevekt i CaCO ,/H-,O- sy stem et er d irek te avheng ig av p rotontilfØrselen til sy stem et . Denne tilførselen foregår hovedsakelig som karbond iok syd ,

enten fra a tm osfæren eller fra b io log iske (respirasjons- ) prose sser i humus og l sm asser . I m indre grad frigj@res

protoner ved ioneby ttingsp ro sesser fra polym ere organiske syrer i humus (L iken s et al . 1977 , Rosenqv ist 1977 , 1980 ) . Denne prosessen er avhengig av tilførsel av nøy tralsalter fra atmos- færen , og m engdene av disse underskrider langt de ka lkmengder som utlutes fra vegetasjonsdekkede karstom råder . I dette

2

-

Ca (aq) + 2 HC0 3 (aq)

Fig . 5 . Opp l sn in g og utfe lling av kalsiumkarbonat i ferskvann sm iljø .

b ).

GAS LIQUID SOLID

I I

I I

I I

I - _ _ 2- ^I

co-, K ^{O,Jal H, o, - c o, co, -} coco, as! -{

\ / caco,sl

(a ir ) ^{1 "'-} 2

, o

^{H, 0 -}

Ho' ^{ca {}

1

l

I I

phase

boundary

phase

bounda r y

F ig . 6 . FaseoverfØringsprose sser og mellomprodukter i

tre fase sy stemet CaCO / H ,O (1 )/CO , (g ) . Etter Roques (1961) .

siste tilfe llet hvor pro toner tilføre s d irekte , unngås den langsomme hydratiseringen av karbondioksyd , og dette kan forandre reak sjon sk inetikken i system et som he lhet .

Det hastighetsbestemmende trinn i en reaks jonsrekke er a lltid den langsom ste prosessen . Dette kan enten være transport- p rosessen (diffusjon og konveksjon ) m ellom et nesten m ettet overflatesk ik t og den umettede hovedmengden av vann fasen -

eller den totale hastigheten kan være dirigert av et reaksjons- trinn som er langsomt i forhold til transportprose ssene .

Sammen liknet m ed andre reaksjonshastigheter , er protonover- føringer forho ld sv is raske . Det langsom ste k jem iske trinnet i trefasesy stemet er sann syn ligvis hydratiseringen av karbon- d ioksyd (Kern 1960 , P icknett 1976) :

Den totale k inetikken i CO,/H,0/CaCO - sy stemet er ogsa avhengig av metningsgraden , inh iberingsprosesser og hydro- logiske fak to rer .

Forurensn inger i ka lkstein og v ann påv irker opp løsnings-

k inetikken i sy stemet . Sm a m en gder , ned mot lo' M av metall-

. 2+ 3+ 2+ 2+ 3+ 2+

1oner som Pb , Sc , Cd , Cu , Y , Zn (med av tagende e ffektiv itet ) og fo sfa tioner inhiberer reaksjonene sterk t

(Erga og Terjesen 1956 , Ter jesen et al . 196l , Berner and

Morse 1974 ) . Dette g jør at en får kinetisk kontroll ved nær- m etn ingskon sentrasjoner og en ob serverer tilsynelatende

"likevek ter " istedet fo r termodynam iske likevekter som skulle korrespondere til

F o,

l l sningen (fig . 7) . Konsekvensen av dette er at protoner (aggressiv itet overfor k alk ) kan tran- sporteres lang t inn i et karstsy stem før avme tning sk jer .

T idligere undersøkelser antydet at opp løsn ingsprosessen av ka lsitt var enten tran sportkontro llert (W eyl 1958 ) e ller kontro llert av overflatereak sjoner (Terjesen et al . 1961 ) .

a

5

- - -

---

C

--

0 100 20D 0 0

mi n.

Fig . 7 . E ffekt av inh ib itorer på reaksjonsk inetikken mellom ka lsiumk arbonat (kalsitt) og karbonsyre . E tter Terjesen et a l . (1961 ) .

6 - a .

... b.

-u-- .

- - - - d . 5

ID 0;

N 4

'eu

7z

23

QJ

c

2Cl 1/1

c0 1/1 C 0

51

0,_

,_

.X0

10 20 50

°lobica r bonat met ni ng

F ig . 8 . Korrosjonshastighet som funksjon av b ikarbonat-metning for ulike ka lksteiner . Etter Rauch and White (1977) .

Senere har Curl (1973) og Plummer og Wigley (1976) komb inert begge d isse (spesial)tilfe llene i m odeller som også tar

hensyn til strømn ingsforho ld og metningsgrad .

Beregn ingene v iser at hastigheten i kalsittkorro sjonen i

naturlige m iljøer kan være in fluert av b åde transportkontroll og overflate-reaksjonskontroll . Uten inh ibering skulle rela- tivt ko rte tidsrom (noen d gn ) va re t ilstrekke lig til

a

etab lere te rmodynam isk likevekt . V ik tigheten av inh ibering i naturlige sy stemer kan demonstreres ved at til og med 1000 år gammelt grunnvann frem deles er undermettet med hen syn på

kalsitt (Plummer og W igley 1976 ) .

Da den totale reaksjonshastigheten i CO ,/H , Q CaCO ,-sy stemet også er en funk sjon av m etningsgraden , fant Rauch og Wh ite

(1977) at k arbonatb ergarter av fo rsk jellig sammensetn ing og tekstur forandret seg innbyrdes i opplpsningshastighet etter- hvert som undermetningen i sy stem et forandret seg . I de

om rader av underm etning som b le underspk t (un der 50% ), fore- gikk den mest e ffektive differensielle korro sjonen mellom de forskje llige bergartslagene ved 22% b ikarbonatme tning m ed hensyn pa kalsitt og do lom itt-likevek ter (fig . 8 ) . Det er derfor klart at korrosjon av kalkstein ikke bare e r avhengig av protontilførselen , men også av de hyd rauliske o g k jem iske forholdene på de forsk je llige steder i ka lk steinen etterhvert som vanne t beveger seg igjennom karstsy stem et .

A ndre e ffekter som er av s eleo enetisk bet dnin

B a n d i n g s k o r r o s j o n (Corrosion par melange des eaux ; M ishcungskorro sion ) (B gli 1964 , 1978 ) .

Sorn nevnt , v il aggressiv t vann avrnettes etter kort tid dersom inhibering ikke finner sted . I trange sprekker (juvenile

grotter e ller "pre-gro tter ") er den spesifikke over flaten stor ,

£1- 0

Fig . 9 . U tvidelse i (freatisk ) grottepassasje der hvor to pa ssasjer smelter sammen .

280 240 :::::.

2

²⁰⁰

M

0 160

u"'

u 120

80 w,

40

0 4

w,

C A

8

D

2 2 mg.

CO, 22 mg C0 ,

8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 5 6 mg/1 CO, ea.

F ig . 59 M ixt u re co r rosion ^{( fr om} B6 l i[9 0] )

Fig . 10 . Blandingskorro sjon , Bg li (1964 ) . Den krumme kurven representerer likevekt i sy stemet CaCO 3/H 30/CO 3 ved samme temperatur , m en ved ulike p artialtrykk av CO 2 . Dersom to vannmengder , W 1 og W 2 (som er ekv ilibrert ved fo rsk je llige ^{Pc o 2 )} b landes , v il b landingsvannet b e finne seg pa lin jen W]-W 3 . Punktet D representerer e t be stem t b landin gsforho ld , CD representerer den

mengde CO 2 som b lir frigjort v ed b land ingen . U tse ttes dette vannet for CaC0 3 , vil vannets sammensetning

forandre seg langs linjen AD . A B representerer den nye m engde CaC0 3 som vil opp løses (aggre ssiv itet ) før

likevek t er nådd .

og etter noen meter vil reaksjonshastigheten være svært liten . Det har derfor vært et problem å forklare den tidlige

dannelsen av grotter på stort dyp . Et vanlig morfologisk fenomen er at grottepassasjer har p lutselige (og store ) utvidelser uten at dette kan korreleres med tilsvarende

forandringer i bergarten . Fenomenet skyldes derfor sannsyn- ligvis en lokal Økning

i

korrosjonshastigheten . Spesielt store utvidelser finnes der hvor to eller flere passasjer smelter sammen (fig . 9) .

Dersom to vannmasser , som begge er m ettet med hensyn på kalsiumkarbonat , men ved forsk jellig

F 3

b landes , vil det frigjr es CO 3 og b landingsvannet far ny aggressiv itet overfor kalkstein . Dette har s in arsak i at likevektskurven i CO ,/H,O/

CaCO , - system et er krum, og ulike b landingsforhold av to vann- typer nødvendigv is blir liggende på en rett linje , fig . 10 . Fenomenet ble fø rst oppdaget av russiske og tyske vannverks-

ingeniører , men er senere bearbeidet og tilrettelagt for karstproblematikk av Bg li (1964 , 1978 ) . En lignende , men

svakere e ffekt er også funnet ved blanding av vann som har for- sk jellig magnesium innhold (Picknett and Stenner 1978) .

0 k s y d a s j o n s p r o s e s s e r

Dersom bergarten inneho lder sulfidmineraler (noe som er vanlig i kontaktmetamor fe kalksteiner i Norge ) kan disse oksyderes under aerobe forho ld og frigjøre protoner :

4F S_{e 2} + ^{2H O}₂ + ^{150 2}

=

^{4Fe 3+} + ^4H+ + ^{8s0 42-}

Denne prosessen er sannsynligvis også årsaken til at enkelte grotter i Norge er rike på gipsutfellinger .

Dessuten vil organiske substanser som er løst i vannet kunne ok syderes i grottesystemer (Bray 1977) , og effek ten kan være av betydning for grottedannelsen (speleogenesen ).

Karstdenudasjon

Denudasjonsraten i et karstsystem (transport av k jem isk løst m ateriale ut av nedbørfeltet ) er lik produk tet av m idlere årlig avrenn ing og m idlere årlig hardhet i vannet (Sm ith and A tkinson 1976) . Til b eregninger av denudas jonen brukes o ftest den såkalte modifiserte Corbel 's fo rm el :

D O · H · n 1 0 7 . A . 6

hvor :

D d d . . 10-3 ⁰ -1

=

enu asyonen 1 mm· ·ar

Q = årlig m idlere avrenn ing

H = arlig m id lere to tal hardh et i ppm CaCO ,

l/n = a realande l ka lkstein som brøkde l av totalarealet A

=

arealet av he le nedb rfeltet i kn

o

=

tetthe ten av kalk steinen

Slike beregninger k rever m iddelverdier over lang tid , ikke bare over he le året , m en også fortrinnsv is over et tidsinter- vall på 30-50 år . Dette er nødvendig for dekke både sesong- og langtidsvariasjoner . Bruken av hardhe tsdata fra ko rte

tidsinte rvaller er begrenset til å sk ille me llom typer og respon ser i karstvann . Tabell 1 vise r noen denudas jonsrater fra fo rsk je llige om råder , og en sk al merk e seg at de høye verdiene som Corbel rapporterer fra ark tiske og sub-arktiske strøk o fte bygger på enke ltp røver eller svæ rt korte prøve- takingsperioder .

Tabell I . K arstdenudasjon i ulike klimasoner (Bogli 1978) .

Lokalitet J am aica Jam aica Puerto Rico Cuba

F lorida

Kentucky , U SA

Lee , Essex , England M alham Tarn , England A reuse , Schweiz

M uotatal , Schweiz , under tregrensa Birsigta l , Schw eiz

M uotatal , Schw eiz , alpine om råder Spitsbergen

Svartisen , N or e (Corbe l )

Denudasjon A rlig nedb r rnm/1000 ar⁰ mm

51 2000

54 1800

40 1650

46 1600

27 1200

64 1100

63 700

58 1100

89 1700

91 2200

50 1100

71 2400

17 280

100 2000-4000

Allo-

Auto -

I I

I

I

I

^I

I ^I

Fig . ll . A llo- og auto genetisk karstvann . Etter W illiam s (1977) .

Det er im id lertid g jort en studie over enkeltprøve r av karst- vann fra ulike områder i Norge , med størst tyngde på Saltfjell- Svartisen-om radet (Lauritzen , in prep .) . Et totalt an tall på

104 v annprøver (ju li - august ) er v ist som h istogram i Fig . 12 . 8 av d isse verdiene e r tatt fra andre arbeider (Corbel 1968 ) , de resterende er fra 87 karstk ilder og 9 fra grotter, inn sje r og elver i karstområder . Dersom en tar for seg sm å k ilder

som kommer fra autogenetiske delfelt , kan k ildene inndeles i

to sign ifikant forsk jellige grupper , fra over og under tregrensa . Dersom disse vannp røvene plottes i et diagram som også vise r

m etn ingsgraden , ser en at prøver tatt over tregrensa (b ar karst ) korrelerer relativt godt til en regresjonslinje som skjærer

metningsn iv et i ca . 80 ppm CaCO , · Dette er sv rt nar den teoretiske verdien fo r lik evek t ⁱ systemet luft/H O/CaCO , ved g jennomsn ittstemp eraturen fo r k ildene (80 ppm; ^{6 , 6c ) .}

Prøver fra under tregrensa viser ingen slik korrelasjon og stor spredn ing i både hardhet og aggressiv itet (fig . 13) .

10

8 a.

6

4 2

0 50 100 ppm

10

8 b.

6 4 2

0 50 100 ppm

10

8 c.

6 4 2

0 50 100 ppm

total ha rdness

F ig . 12 . a ) Histogram over totalhardh et (CaC0 ,+M gCO ,) i 104 prøver av karstvann fra Norge , tatt i juli/

august . De fleste er fra Saltfjell-Svartisom rådet . b ) Histogram over vann fra karstkilder . Det er ingen

signifikan t forsk jell mellom prøver tatt over o g under tregren sa .

c ) Vannprøver fra exsurgen ser ("autogenetiske "

kilder ) . Det er sign ifikan t forsk jell me llom kilder m ed nedbørfelt over o g under tregrensa . Etter Lauritzen in p rep .

Svart : under trgrensa , hv itt : over tregren sa .

supersaturat ed 12

10 8 6 4

+ 2

0.a.

a, 0

-

⁰C ^{+ 2} 0

.0 4

ou E 6

:, 8

·u5 u 10

"CIll

t._o 12

30 14

-

Ill enCII 16

C CII 1 8 5>

en_CII 20

» OC\₀ 22

2

26 28

+19°

⁺

6,6° o° c

_,

'' ,^,

''' ^,

,

' ⁽

'I

I ^I

I I

I I

e ' 8

^I

•

•

•

•

•

•

undersaturat ed

tota l har dness (ppm

ca"M

^{as Ca0 3 )}

50 100 140

F ig . 13 . A ggressiv itet som funksjon av total hardhet i exsurgenser , samme utvalg som fig . 12c .

Prøver fra over tregrensa korrelerer til en linje som sk jærer metningsnivået i punk tet 80 ppm c ac0 , , som er svært næ r den teoretiske verdien for like- vek t i sy stem et Ca 0 /H O /luft ved gjennom snitts- temperaturen fo r alle prøvene (+ 6 ,6°C ) . Korrosjon over tregrensa kan forklares ved lu ftas

Pco2-

^Under

tregrensa m å det komme et tillegg av b iogen

co

_{2 o}g pro toner . Etter Lauritzen in prep .

Det er videre verdt

a

m erke seg at få prøver er i likevekt m ed CaCO , , de er enten undermettet eller overmettet . Bare prøver fra under tregrensa v iser overmetn ing . D isse resul- tatene viser at kalkkorro sjonen over tregrensa k an fo rk lares ved luftas Pc02, mens under tregrensa kommer et varierende tilskudd av biogene pro toner , som biogen

co

₂ og som p rotoner eluert fra po lymere organiske syrer i hum us . Disse resulta tene er i overensstemmelse m ed tilsvarende arb eider i Canada (Ford 1971) , fig . 14 .

20 0 ( b)

150 ::::::

OE

_i:;

cf 10 0

<.) 0

<.)

n

I

World atmospheric mean at sea level

I

[ --

I • '-

I / • •• \

I I '

I I • • Below the treeline

__ . . · ¢ · }

-- - - I " \ "-

__. .-- I \ "-. ./

Ab ove thetreelne

o f ° j - -

°

^{o o o o II ./}

• a

°°

^....-

^L

Par t ial pressure of CO2 in at mospheres

F ig . 14 . Hardhet på karstvann og det Pc0 2 de teoretisk er i likevekt med . Prøver fra Rocky Mountains , Canada , etter Ford (1971 ) .

1 .4 . KARSTMO RFOLOG I

Overflatefo rmer

Do n e t y p e n . Do liner er lukkede forsenkninger av moderate

dim en sjoner . De er fra l-100 m dype og fra 2-1000 m i dia- m eter . Tettheten kan variere betraktelig , f .ek s . i Monteneg ro

utg jør doliner 64% av landarealet . Doliner kan inndeles i 4 hovedtyper :

Op p o s n i n g s d o n e r

Disse fo rm ene er dannet ved oppløsn ing langs sprekker i berg- arten og det er karakteristisk for vertikalsn itt igjennom slike do liner at det ikke forekommer nevneverdig dislokasjon i kalk-

steinen . Fo rsenkningen er en konsekvens av at opp lø snings- restene tar m indre p lass enn den opp rinne lige opp sp rukne berg- arten . Oppl sningsdo liner har o fte avrundete og fo rho ldsvis regelm essige fo rmer , de er relativt grunne . Deres langakser og innbyrdes p la ssering er o fte dirigert av strøk og sprekk- retn inger i bergarten . Doliner ligger o fte på lin je i land- skapet .

Ko l a p s - e l e n s u b s i d e n s d o l i n e n ( s a mmen s t y t n i n g s d o l n e r ) Dannet ved inn styrtning av huletak . Formen er uregelmessig , sprekkdirigert og de er re lativt dype med bratte sider .

Bunnen utgjø res av grovt , kan tete rasm ateriale , og de står o fte i direkte forbindelse med gro ttesy stem er .

Sp r e k k d o e r ( He l d &n 1 9 7 4 )

Denne formen som er foreslått som en ny mo rfo log isk type av Hellden b asert pa studier i Sverige , er en v ariant av termen

"grikes ", som er dype sp rekker i karrenfelder på bar karst .

I Skandinav ia og i alp ine strøk er sprekkutvidelsene så markante at term en kan rettferd igg jøres . Sp rekkdo liner er opprinne lige sprekker eller b unter av sp rekker som er utvide t ved opp løsning . De er mye dypere enn bredden , og o ftest langstrakte i om riss . De fører direkte ned i det underjord iske dreneringssystemet .

; ·.. . . . . . . . : : : °

#

A

' - _{- G}

B

7

E -

C D

Abb. 3.9 . Lo sungsdo line (A ), Allu vialdoli ne (B) , Subsidenzdoline (C), Ein st urzdoline (D)

F ig . 15 . Do linetyper , etter B gli (1978) • Her er type C og D slått sammen til en (kollap sdo line ) .

I tillegg er det satt opp en ny form , sprekkdoline , E ; etter Hellden (1974) .

A ZZuvia ZdoZiner (Zøsmassedo Ziner)

Formen dannes der hvor kalksteinen er overdekket av løsmasser . De er k jegleformede innstrytninger (subsidenskonus), og

sidene har o fte rasvinkel . Avhengig av løsmassenes beskaffen- het har slike doliner o fte regelmessig form . Den under-

liggende formen kan væ re en av de 3 foregående . I områder som inneho lder glasiofluviale sedimenter , kan alluvialdoliner

forveksles med dØdisgroper , og det er behov for morfometriske kriterier til å sk ille disse to form typene fra hverandre . I de fleste tilfeller kan denne dolinetypen identifiseres ved at berggrunnen inneholder kalk , og at andre karstformer finnes i næ r tilknytning til forsenkningen .

Disse 4 hovedtypene er vist skjematisk i fig . 15 .

En fem te form som finnes i utbyggingsom rådet er s n ø d o l i n e r . Der hvo r de k lim at iske betingelser ligger til rette ,

fungerer dolinene som p erm anente fonne le ie r , og n iv asjons- p ro se sser akselererer korrosjonen .

Sammengrodde do liner kalles u v a a . Andre typ er av lukkede forsenkninger er c e n o t e n , som er b rønnliknende sjakter som f rer ned til grunnvann speilet . Term en " k a n s t - v i n d u " re fe- rerer seg til doliner hvor en grotte-e lv renner synlig i b unnen .

Po l j e r

Poljer er de stø rste formene av lukkede forsenkninger i karst- landskaper , de h ar flat bunn av lø sm asser og har en utstrek- n in g p å opp til flere hundre kvadratk ilom eter . Poljenes

d annelse er d iskutert , m en de regnes dannet ved lateral korro sjon i om råder hvo r løsm asser transporteres inn på et ka lkom råde . Av leiringene iso lerer unde rlaget m ot korro sjon . Poljer har kilde r lang s kan tene , og karstvann renner over lø s- m assene og forsv inner i sluk (panorer ) langs andre kanter . I flom perioder kan poljene oversvømmes , og de utgjør o fte de eneste dyrkbare om råder i karstland skaper .

Da @s y s t e me n i k a n s t

F luviokarst er karakterisert ved dalsystem er . Dalene kan være p ermanen t eller p eriodevis tørre . Dalene ender ofte

b lindt , og kan fortsette som lineasjoner av do liner innover på p latåene . En skiller m ellom b l i n d e d a l e (inntaksda ler ), som er blinde nedstrpm s , Og s e k k d a e n (utlp sdaler ) som ender blindt i opp str¢m s retning , fig . l6 . A l o g e n e t i s k e d a l e n er canyon-liknende dalsy stem er som fø re r v ann tvers over eller langt inn i ka lkom råder .

Abb. 3.15. Blindt al ( B) , Sack ta I (S) u nd zugehorige T rockenta ler (gestrich elt )

F ig . l6 . Dalsystem er i (fluvio )karst . Etter B gli (1978 ) .

Ka n s t k l d e r

Karstk ilder kan være perm anent eller periodev is vann fø rende . Trom be (1952 ) innde ler karstk ilder i to hovedtyper :

Ek s u r g e n s e r , som bare fø rer (auto genetisk ) in filtrasjon svann , og r e s u r g e n s e r som vesen tlig fører a llogenetisk vann som tid- ligere har forsv unnet ned i sluk i karstens randsoner .

Eksurgenser viser m in st variasjon i vann fø ring , temperatur og hardhet .

Smaf o r me n , k a n n e n t y p e r

Renne fo rmede korro sjonsfo rmer i kalkste in kalle s k a r n e n e ller kanneleringer . B gli (1960 ) gir en god oversik t over et

morfogenetisk inndelingssy stem av karren . De inndeles i frie , halv frie og dekkede karren ; dette refererer seg til om kalken er dekket av humus og løsmasse eller ikke . Frie karrentyper har skarpe kanter og har relativ t sm ale renner . Ha lv frie karren utg jø res av runde gryter som en ten inneho lder jord

e ller alger . Dekkede karren er dannet under humusdekke , fo rm ene er av rundete og relativ t store . Resp irasjonsp ro sesser i humus produserer b iogene p ro toner ( CO, e ller syrer ) som aksellererer korrosjonen loka lt . Ulike karrentyper er v ist på fotografier under de enkelte om rådebeskrive lsene .

Gro ttemor fo lo i

Hy d r o l o g i s k e s o n e r i k a r s t s y s t e me r

E tterhvert som sp rekkutv idelsen utvik les i en karstbergart , og sprekkesy stem ene utgjør et mer eller m indre kommuni- serende hele , vil det danne seg et grunnvannspeil e ller p iezometrisk overflate i karstsy stemet . H yden pa denne

overflaten er bestem t av ero sjonsbasis (Vo r flu ter ) ved kanten av karstsystem et , dette er o fte kildenivået . Krumningen på den p ie zometriske over flaten bestemmes av loka le faktorer ,

som sprekksystem enes perm eabilitet og vann føringen . Overflaten av grunnvannet represen terer et loka lt e r o s j o n s b a s i s inne i karsten , m en korro sjon kan foregå og fo regår på dypet (Thrail- k ill 1968) .

Den to talt vann fy lte sonen , hvor vanne t bevege s under trykk , d revet av hydrau liske g rad ien ter i den p iezom etriske ove r-

flaten , kalles den f e a t i s k e s o n e . N ed mot den p ie zometriske overflaten renner vannet i delvis lu ftfy lte hu lrom, drevet 'av tyngdekraften . Denne luftfy lte sonen kalles den v a d o s e s o n e . V ed varierende vann føring i karsten kan den p ie zometriske

overflaten stige eller synke , og dette området m ed fluktuerende grunnvann speil kalles p a n a f r e a s . M an b le tidlig k lar over at d isse hyd ro log iske forsk jellene i karstsystem et resulterer i morfo logiske forsk je ller i gro ttene (B retz 1942 ). De fleste formelementer i gro tter refereres til en e ller flere av d isse sonene , fig . 17 .

I den freatiske sone beveger vannet seg under trykk , og korro- sjonen kan v irke like godt i taket som langs gu lvet . Dette resulterer i symmetriske tverrprofiler på gro ttegangene . D isse såkalte trykk ledninger e ller freatiske rør har o ftest et sirke lrundt eller elliptisk tve rrsn itt , sam tid ig som de ikke n dvendigvis f lge r noe bestemt fall . De kan snart

g

oppover , snart nedover . Det er v idere karakteristisk for

I I

/

I /

v ados sone

I ^I

kildenivå freatisk son e

Fig . 17 . V ades og freatisk sone i karstsy stem .

Fig . l8 . Korro sjonslommer er typiske i freatiske passasjer . Etter B gli (1978 ) .

freatiske form er at de har korros jonsformer i taket ; såkalte korrosjon slommer er dannet ved b landing sko rrosjon der hvor spalte r munner ut i taket på trykk ledninger , fig . 18 .

V adose former har en vertikal retn ingskomponen t som dom inerer b ildet . Loddrette sjak te r , høye , sma le passasjer , nedskårede canyoner og jettegryter er typisk . I ve lutv ik lede grotter v il overgangssonene me llom vadose og freatiske former ligge på

linjer som repre senterer tidligere p iezom etr iske overflater .

Det er vanlig finne sammensatte former , f .eks . ved at en tidligere (freatisk ) trykkledningspassasje blir tørrlagt , og en bekk i neste om gang graver en (vados) canyon i bunnen av dette pro filet . Dette resulterer i sakalte "n kkelhull- pro filer " som er svært vanlige , fig . 19 .

Gr o t t e d a n n e l s e ( s p e l e o g e n e s e )

Grotter er spesielt vanlige i fluviokarst , og Sweeting (1972) sier at gro ttetettheten er et mål på fluvial påvirkning ⁱ et karstområde .

I porøse bergarter hemmes speleogenesen - de "beste " grotte- førende bergarter er tette , krystallinske kalksteiner m ed velutviklede sprekkesystemer . Marmorer , som er den hoved-

sakelige grotteførende kalkstein i Norge , er b lant de m inst primarpor se kalksteiner , og infiltrasjonen vil derfor være konsentrert på sekundærpermeab ilitetene . Grotter utv ikles ved utvidelse av sekundære permeabilitetsplan og -linjer i berg- arten . Disse planene er oftest sprekker , benke/foliasjons- plan , forkastninger eller sk jæ ringslinjer m ellom dem , fig . 20 .

De fleste spalter er til å begynne med m ikroskop isk tynne , og kap illark re fter vil dom inere over eventuelle hydrauliske gradienter . Blandingskorrosjon og inh ibering er sannsynligvis av stor betydning i denne fprste fasen av sprekkutvidelse .

Etterhvert som perm eabiliteten Øker , vil hydrauliske gradienter f st@rre og st@rre betydning . Det dannes til begynne med et diffust , forgrenet system av trange kanaler , hvor strøm - ningsretn ingen ikke er entydig bestemt , sakalte a n a s t omo s e r ,

fig . 21 . Disse formene regnes for pre-grotte stadier inntil kanaltverrsnittet overskrider en diameter pa 5-l5 mm, da vann- bevegelsen også kan være turbulent (Ford 1977b ).

\ \ \

\

^\

-

\ _{\ \}

\ ^A.

\ _\ ^\ \

,Y\ _\

^{. - A}

^\ _\

\

\ . \ B. \ _\

± _{1 +} ^{\ \}

^{EL- o}

\

F ig . 19 . Nøkkelhullpro fil i tilnærmet homogen kalkstein . A . (Freatisk ) trykkledning . B . (V ados) canyon .

Kluftfuge"---....__

-\ --

^\

.^,,., ' ^\

-- ) } 4-

I 1 >

/ l

'' I

/''

g4""

Schichtfuge/

iI

I

I

/

Schichtl uge-

/

/ / "( '-

"'\_

/

/ /

F ig . 20 . Grottepassasjer utvikles langs sekundær-permeabili- tetsp lan eller langs skjæringslin jer mellom dem . Etter B6gli (1978).

I .

- I I I I .

I

l

I .,..I .

- I - .

; I

benkepla n - a nast omoser.

F ig . 21 . An astomoser langs benke- e ller sp rekkeplan er tidlige stad ier i speleogenesen .

a

Abb. 14 .8 a,b. En tw icklu ng d er Wasserwege n ach Ewers ( 197 2 , Abb . 6 u nd 12) . a Ent- wicklu ng b is zu m Begin n der Ph ase 2 ; b A usschn itt c a u s d er Weit erentwicklu ng in der Phase2

0

b

F ig . 22 . Dannelse og utv idelse av anastomoser .

\

1 \

\

\

\

'

\

_\

\

\

\

^\

\ ^\

\ \

---V

^\

_1.

•

\ \

\

\ \ \

\

^{\ \}

\ \

·+,

^\

\ .,

\

^\

\ \

\ ^{\ \}

^\

\

^\

-1, \

- .)

¹

•

\ ^{e t-9o}

- ^5.

Fig . 2 3 . Utv ik ling av gro ttepassasje .

l . Homogen kalkste in med sekundærp erm eab ilitet langs benkeplan .

2 . Danne lse av anastomo ser langs ett benkeplan . 3 . En e ller få kanaler utv ides p å beko stn ing av

de andre . E tterhvert som passasjen u tvides , kan sedim en t akkumule res langs gu lvet .

4 . Erosjonsbasis eller V orfluter synker , o g en bekk b egynner å renne langs gulvet .

5 . "M oden " situasjon . Canyonen er fo rdypet v idere , og drypp steiner (speleotem er ) danne s i den

fo ssile passa sjen .

En må forutsette at korro sjonshastighe ten p å de enke lte steder Øker m ed vannfør ingen . De anastomo sene som ligger langs den st rste hydrauliske grad ient mot utlppet (k ildenivaet ) vil fa størst g jennom strømn ing og utv ides raskest (fig . 22 ) . Er slike ve ier fø rst etab lert vil de aksentuere seg selv og

speleogenesen fortsetter mo t danne lse av store trykk ledn ings- profiler . Dersom p assasjetverrsnittet b lir for stort for vann føringen , v il passasjen etterhvert få en luftlomme mot taket , og resten av utv idelsen vil foregå vadost . Utv ik lingen av et nøkkelhullpro fil fra sprekke/benkeplan er vist i fig . 2 3 .

Li t o v a r i a n s e n s n n f l y t e l s e p a s p e l e o g e n e s e n a ) S t r a t i g r a f s k e f a k t o n e r

Bergartens fysiske og k jemiske sammense tn ing påvirker speleo- gensen . Det er rim e lig å tenke seg at benk ing (og fo liasjon ) dolom ittinnho ld , tungm etallinnhold (inhib ito rer ) , silikatinn - hold og tekstur gir m ateria ler som opp lø ses med ulik hastighet

under like betingelser . De ideelle vadose og freatiske fo rm - elementer som er nevn t tidligere kan undertrykkes i vesentlig grad i urene kalkste iner . M ange grottepro filer uttrykker differensie ll korrosjon , fig . 24 .

G ro ttetetthet er i m ange tilfe lle stratigrafisk kontro llert , s lik f .eks . Horn (1947) ogs bemerker at m ange norske gro tter synes å være kny ttet til bestem te horisonter i ka lken .

B ioherrner (revkalker ) representerer "lommer " av renere kalk dersom omgive lsene er sk iferrike , og spe leogene sen d irigeres o gså av slike strukturer . Eksempler finnes i Oslo -feltet

(Lauritzen in p rep .) .

b ) Sp r e k k e s y s t e me r

Oppsprekningen er o fte av fundamental betydning fo r spe leo- genesen og grottepassasjens endelige forløp . Labyrint- og nettverkgro tter er ek semp ler på p assasjer som er dirigert av

1

Fig . 24 . Tverrp ro fil av gro ttepassasje utv ik let i inhomogen bergart (Differensiell korrosjon ) .

\ /

\

\

tlllL-lo

Fig . 25 . Sprekketetthet og dybde på freatiske sløy fer .

to eller flere k ry ssende sp rekkretn inger . Stor sp rekk tetthet gir gro ttene et forho ldsv is d irek te fo rløp me llom sluk og k ilde , o fte langs eller tett oppunder den p ie zometriske over-

flaten . L iten sprekketetthet derim o t gir o fte gro ttepassas jer som går i dype slynger (freatiske sly fer ) , fig . 25 . Da

gro ttepassasjer utv ik le s fra sprekker , gir sprekke sy stemenes a lder , dersom de kan dateres , en m aksim um sverd i for speleo- genesens begynne lse .

Hy d r a u s k e o g g e o mo n f o o g i s k e f a k t o n e r a ) Hy d a u l s k e f a k t o n e r

Vadose canyoner utvik ler o ftest et slyngete eller m eandrerende forløp , fig . 26 . Disse slyngene faseforskyves i nedstrøm s retning etterhvert som canyonen fo rdypes . Grottecanyoner v iser m ange likhetspunkter m ed supraglasiale sm eltevannsløp .

Et av de vik tigste hydrau lisk betingede fo rm elem en ter i

gro tter er de såkalte "scallops " e ller "flutes " , som e r å opp - fatte som strøm rifler i fast fje ll . Scallops e ller flutes dannes der hvor et lø sn ingsm idde l (e lle r gass ) beveger seg turbulent over en løselig (e ller flyk tig ) fast fase . Et sca llopprofil er v ist i fig . 27 . Fenomenet er sim u lert i

laboratoriet under kontro llerte betingelser (Curl 1966, Blum - berg and Curl 1974 , Goodch ild and Ford 197l ) . Bade b lgelengde og symmetri er hydraulisk kontrollert , o g dette gjør scallops

til uvurderlige h jelpem idler i spe leogen tiske tolkinger . Den bratteste siden utv ik les alltid i lesiden i forho ld til strpmre tn ingen . V idere er b plge lengden omvendt proporsjonal m ed vannhastigheten , fig . 27b . Godt u tvik lede scallops

definerer derfor både vann føring og -retn ing under den siste vannfy lte korrosjonsfase i grottepassas jen s utvik lingshistorie . For mer k omp liserte situasjoner er det utv ik let en statistisk m etode til å retn ing sbesternrne et større antall scallop s

(Lauritzen 198 1) .

( -) )!

J ±

-.

SEl-o

Fig . 26 . M eander-utvik ling i vados canyon . Slyngningene fase fo rskyve s i nedstrøm s retn ing etterhvert som canyonen fordyp es .

V _\

Fig . 27 . Væ skebevegelse rundt et scalloppro fil .

f A t Lo ? -L.t e s t

F ig . 27b . Sammenheng me llom vannhastighet og m id lere bø lge lengde på sca llop s .

b ) Ge omor f o l o g i s k e f a k t o n e r

I et velutv ik let karstsystem hvor det er god kommunikas jon m ellom de ulike kaviteter , er den p ie zometriske overflaten bestem t av k ildeniv e t ("Vorfluter " , e ller det ytre ero sjons- basis ) . Dette nivået er o ftest be stem t av ikke-karstp ro se sser , og det senke s uavhengig av karstutv ik lingen . Senkingen kan

f .ek s . forega ved fluvial eller glasial dalerosjon . Dersom ero sjon sb asis b lir liggende stille i lengre tid , v il også den p ie zometriske overflaten inne i karstsy stem et være forho lds- v is stabil , og vadose/ freatiske forme lem enter v il inn stille

seg deretter . Dersom d isse kan finnes igjen senere , kan de a ltså korreleres m ed tidligere stadier i landskapsutv iklingen utenfo r karstsy stem et . Dersom slike ko rrelasjoner skal vp re pålitelige , m å grundige strukturanaly ser g jøres , for å e lim inere eventuell d irigering fra andre fakto rer enn de geomorfo logiske .

c ) S e d i me n t i n n f y i n g e r - p a r a g e n e s e

Gro tter fungerer som sedim entasjonsfeller og m ange gro tte- passa sjer er fy lt til taket med sed im enter . Dersom en slik grottepassasje fy lles opp , og det frem de les b lir stående en hydraulisk gradient over systemet , m å vannbevegelsen

npdvendigvis ga langs taket . Dette sk jer un der fo rutsetning av at vannfø ringen ov ersk rider sedim entets permeab ilitet . Vannbevegelse langs take t kan foregå på to u like m åter , enten som sm å anastomo serende , eller som enke lte større kanaler . I begge tilfelle vil ko rrosjonen kunne fo rtsette i taket , og et anastomo serende eller meandrerende kanalsy stem oppstår i ka lken . Re sultatet k alles pendanter , resp ektive halv rør .

Prosessen ka lles paragenese (Renault 196 8) . Dannelsemekanismen b le f r st foresl t t av B retz (1942), og formene lar seg

simulere på gipsmode ller i laboratoriet (Lauritzen in prep .) . Pendantgenese er v ist i fig . 28 .

a.

b.

C.

d .

Fig . 28 . Dannelse av pendanter og halvrør (paragenese ) . a ) Trykkledningspro fil , norm alt utv iklet .

b ) Profilet fylles opp til taket med sediment .

Den vannfpringen som overskrider porekapasiteten i sedimentet konsentreres langs taket . Det

dannes enten et nettverk av anastomoserende kanaler eller enkelt-kanaler .

c ) Korrosjonen fo regår oppover i taket , og hulrommene etterfy lles med sediment etterhvert som de enke lte kanalene utv ides .

d ) V ed en senere hendelse spyles eller transporteres sedimentinn fyllingen vekk , og passasjen blir

tilgjengelig .

K a s s i f i k a s j o n a v g r o t t e r

Warwick (1976) k lassifiserer karsth uler i inntaksgrotter , iso lerte grotter , utlppsgrotter og g jennom lpp sgrotter .

I n n t a k s g o t t e n (nedlp sgrotter , influente grotter ) mottar e ller har mottatt vann som forsvinner under jorda , og er o fte p lassert i enden elle r langs blinde daler .

I s o l e r t e g r o t t e r er grotter som har liten funk sjonell for- b indelse m ed overflaten .

Ut l øp s g r o t t e r (k ildegro tter , e ffluente grotter ) fungerer e lle r har fungert som k ilde . De ligger o fte i karstens grenseom råde , i b rattkanter e ller i og langs sekkdaler .

Gj e n n oml p s g o t t e n (Through caves ) er grotter som kan f lges fra nedlp til k ilde . De er relativt sjeldne , og ek sisterer i sin enkleste form som naturlige b ruer og tunne lgro tter .

D isse katego riene kan v idere inndeles i om de er tørrlagte fra det vannet som dannet dem (fossile grotter ) eller om den speleogenetiske pro sessen pågår i dag (aktive grotter ) .

Dessuten relateres de o fte til om de er utv ik let i den vadose og/eller den freatisk e sonen . En bruk er gjerne term en

essensielt vados/freatisk .

Ford (1977b ) foreslår en morfogenetisk kla ssifikasjon som relaterer gro ttene til en syk lus , fig . 29 .

Fo r d ' s s p e e o g e n e t s k e mo d e l f a Me n d i p Hi s , En g l a n d Denne modellen relaterer vado se og freatiske fo rmelem enter til den p iezom etriske overflaten inne i karstsystemet og til det eksternt betingete erosjonsbasis , fig . 30 . En slik modell er bekre ftet fra andre om råder , f .ek s . H lloch i Sve its

(B gli 1978) . Modellen fungerer b est der hvor bergarten har steilt fall , slik at ikke stratigrafiske faktorer påv irker

A._E70 -- j ,-,. I.Q

.

I\) I.O CD:== rt0 rt ., CD Hl 11 0 I.Q 1 D 0::s 11CD 0,rt ... - en ;;,;- 1.0 -..J ;;,;- -..J trPl - en • til ,_,. Hl ,_,. ;;,;- Pl til w. 0 ::s Pl <{ I.Q H; 0 rt rt ro

.,

/

' .,..1

B .

SPRING STABL&,_ UQ_SURFA.£.E_

- - - - s

RFACE - ; .• SXftllMPERMEABL

. 11 11 1'4

1111

' ..e

_;c,<J,(

;1 ;'7 .:i as k#fi e

·.;r·· ' . /DRAWDOWN ..

v Ao SE

CAVE .. · ·

·. :

I. . 2.

«

. PIEZOMETRIC SURFACE

- - - - - - -- - - - - - --- -- - - -

BATHYPHREATIC CAVE

--- - - - - - -

,,,,,. DEEP PHREATIC CAVE WITH MULTIPLE LOOPS (AND SHOWING GRADATIONAL FEATURES) 3. C.

. : .. :· ;.::;.::TIL·:· . ··::·

..

•.

.. .. . , .° 1es #.

^,:,-,.·..

2a ;

3. INVASION VADOSE CAVE,,,_., ..,.

> o°

e

-- -- -

CAVE WITH MIXTURE OF PHREATIC 8 WATER TABLE- LEVELLED COMPONENTS 4. E. IDEAL WATER TABLE CAVE.