Materialer og funktioner i huler

Der findes tre brede kategorier af sedimentært materiale i huler: klastiske sedimenter, som bæres ind af vandløb og infiltreres fra overfladen; blokke, plader og fragmenter af nedbrydning fra det lokale grundfjeld; og kemiske sedimenter, der er aflejret i hulen af nedsivende vand. De kemiske sedimenter er de mest forskelligartede og er ansvarlige for den dekorative skønhed i mange huler.

Det mest almindelige af de sekundære kemiske sedimenter er calcit, kalciumkarbonat. Der forekommer også en mindre almindelig form for calciumcarbonat, mineralet aragonit. Det næsthyppigste mineral i huler er gips, calciumsulfatdihydrat. Andre karbonat-, sulfat- og oxidmineraler findes også lejlighedsvis i huler. Mange af disse kræver, at hulen er forbundet med malmforekomster eller med andre særlige geologiske miljøer. Af denne grund findes kun omkring 20 af de mere end 200 mineralarter, som man ved, at de forekommer i huler, i stor udstrækning.

Hulemineraler forekommer i mange former, hvis form bestemmes af, om de blev aflejret af dryppende, strømmende eller sippende vand eller i stående vandpytter. Tilsammen er disse sekundære mineralformer kendt som speleothemer.

Vand, der kommer ud af en fuge i grotteloftet, hænger et stykke tid som en hængende dråbe. I løbet af denne tid aflejres en lille mængde kalciumkarbonat i en ring, hvor dråben er i kontakt med loftet. Derefter falder dråben ned, og en ny dråbe tager dens plads og aflejrer også en lille ring af kalciumkarbonat. På denne måde opbygges et istagelignende speleothem kaldet en stalaktit. Stalaktitter varierer i form fra tynde strålignende træk til massive vedhæng eller draperiagtige former. Stalaktitter har en central kanal, der fører vand fra fødestillingsleddet til stalaktitspidsen. Når dråberne falder ned på grottens bund, aflejres yderligere mineralske stoffer, og stalagmitterne opbygges. Stalagmitterne antager også mange former, fra slanke kosteskafter til høj- og pagodeformede former. Stalagmitterne består af overlejrede hætter eller lag og har ikke en central kanal. Stalaktitter kan vokse sig så store, at de ikke kan bære deres egen vægt; de knuste fragmenter af store stalaktitter findes undertiden i huler. Stalagmitterne er ikke så begrænsede og kan nå op i titusindvis af meters højde. Vand, der strømmer langs afsatser og ned ad vægge, efterlader kalcitplader, som danner en massiv aflejring kendt som en strømsten.

De fleste flodstensaflejringer består af calcit, selv om der lejlighedsvis er andre mineraler til stede. Calcit er normalt grovkrystallinsk, tæt pakket og farvet i forskellige nuancer af tan, orange og brun. En del af pigmentet stammer fra jernoxider, der er ført ind i aflejringen med nedsivningsvandet, men det mest almindelige farvestof er humusstoffer, der stammer fra de overliggende jordlag. Humusstoffer er organiske produkter fra planters forrådnelse, som også er ansvarlige for den brune farve i visse jorde og for den krikandede farve i visse sump- og søvande. Kalcitspeleothemer kan være rent hvide, men fremstår mælkeagtige på grund af mange små vandindeslutninger i strukturen.

Kalcitten i speleothemer stammer fra den overliggende kalksten nær grænsefladen mellem grundfjeld og jordbund. Regnvand, der infiltrerer gennem jorden, absorberer kuldioxid fra den kuldioxidrige jord og danner en fortyndet opløsning af kulsyre. Når dette syreholdige vand når jordbunden, reagerer det med calcitten i kalkstensgrunden og opløser noget af det. Vandet fortsætter sit nedadgående forløb gennem smalle samlinger og brud i den umættede zone uden yderligere kemiske reaktioner. Når vandet kommer op fra hulens tag, forsvinder kuldioxid til hulens atmosfære, og noget af kalciumkarbonatet udfældes. Det infiltrerende vand fungerer som en kalcitpumpe, der fjerner kalcit fra toppen af grundfjeldet og genaflejrer det i hulen nedenunder.

Huler giver et meget stabilt miljø, hvor temperatur og relativ luftfugtighed kan forblive konstant i tusindvis af år. Den langsomme vækst af krystaller bliver ikke afbrudt, og nogle speleotemer har former, der er styret af krystalvækstens kræfter snarere end af de begrænsninger, som dryppende og strømmende vand medfører. Speleothemer, der er kendt som heliktitter, minder meget om stalaktitter, idet de har en central kanal og vokser i lange rørformede former. De vrider og drejer sig dog i alle retninger og er ikke styret af tyngdekraften på vanddråberne. En anden art af speleotem, antodit, er en strålende klynge af nåleformede krystaller. Anthoditter består normalt af aragonit, som har en anden habitus (dvs. de enkelte krystalkorns form) end den mere almindelige variant af calciumkarbonat, calcit. Lagdelte perle- eller korallignende former forekommer på grottevægge, og komplekse krystalarrangementer findes i grottebassiner. Vandbassiner, der er mættet med calciumcarbonat, har den bemærkelsesværdige egenskab, at de omgiver sig selv med randstensdæmninger af udfældet calcit.

Gips og andre mere vandopløselige sulfatmineraler som f.eks. epsomit (magnesiumsulfat heptahydrat) og mirabilit (natriumsulfat decahydrat) vokser fra sivvand i tørre grotter. Aflejringen af sulfatmineralerne skyldes fordampning af de mineralholdige opløsninger. Disse mineraler forekommer som skorper og i form af udstrålende, krumme masser af fibrøse krystaller, der kaldes gipsblomster. På grund af deres større opløselighed forekommer sulfatmineralerne enten ikke eller ødelægges i fugtige eller våde huler.