Materiały i cechy depozycyjne

Są trzy szerokie kategorie materiału osadowego znajdowanego w jaskiniach: osady klastyczne przenoszone przez strumienie i infiltrowane z powierzchni; bloki, płyty i fragmenty rozpadu pochodzące z lokalnej skały macierzystej; oraz osady chemiczne zdeponowane w jaskini przez wody przesiąkające. Osady chemiczne są najbardziej zróżnicowane i są odpowiedzialne za dekoracyjne piękno wielu jaskiń.

Najczęstszym z wtórnych osadów chemicznych jest kalcyt, węglan wapnia. Występuje również mniej popularna forma węglanu wapnia, minerał aragonit. Drugim najczęściej spotykanym minerałem jaskiniowym jest gips, dwuwodny siarczan wapnia. Inne minerały węglanowe, siarczanowe i tlenkowe są również sporadycznie spotykane w jaskiniach. Wiele z nich wymaga, aby jaskinia była związana ze złożami rud lub z innymi szczególnymi środowiskami geologicznymi. Z tego powodu, z ponad 200 gatunków minerałów znanych z występowania w jaskiniach, tylko około 20 występuje powszechnie.

Złoża minerałów jaskiniowych występują w wielu formach, ich kształty zależą od tego, czy zostały zdeponowane przez kapiącą, płynącą lub sączącą się wodę, czy też w stojących basenach wodnych. Zbiorczo, te wtórne formy mineralne znane są jako speleotemy.

Woda wypływająca ze szczeliny w stropie jaskini wisi przez pewien czas jako wisząca kropla. W tym czasie niewielka ilość węglanu wapnia odkłada się w pierścieniu, gdzie kropla styka się ze stropem. Następnie kropla opada, a na jej miejsce pojawia się nowa kropla, również osadzając niewielki pierścień węglanu wapnia. W ten sposób powstaje przypominający sopel speleotem zwany stalaktytem. Stalaktyty mają różne kształty, od cienkich, słomkowych elementów do masywnych wisiorków lub form przypominających draperie. Stalaktyty mają centralny kanał, który przenosi wodę ze złącza zasilającego do czubka stalaktytu. Kiedy krople opadają na dno jaskini, odkłada się dodatkowa materia mineralna i powstają stalagmity. Stalagmity przybierają również różne formy, od smukłych rączek miotełek po kształty przypominające kopce i pagody. Stalagmity składają się z nałożonych na siebie czapek lub warstw i nie mają centralnego kanału. Stalaktyty mogą rosnąć tak duże, że nie są w stanie utrzymać własnego ciężaru; połamane fragmenty dużych stalaktytów są czasami znajdowane w jaskiniach. Stalagmity nie są tak ograniczone i mogą osiągać wysokość kilkudziesięciu metrów. Woda płynąca wzdłuż gzymsów i w dół ścian pozostawia za sobą arkusze kalcytu, które budują masywne złoże znane jako flowstone.

Większość złóż flowstone składa się z kalcytu, choć inne minerały sporadycznie są obecne. Kalcyt jest zwykle grubokrystaliczny, gęsto upakowany i zabarwiony na różne odcienie brązu, pomarańczy i brązu. Część pigmentu pochodzi z tlenków żelaza przenoszonych do złoża przez wody przesiąkające, ale bardziej powszechnym barwnikiem są substancje humusowe pochodzące z gleb nadległych. Substancje humusowe są organicznymi produktami rozkładu roślin, które są również odpowiedzialne za brązowy kolor niektórych gleb i za kolor zbliżony do tealii niektórych wód bagiennych i jeziornych. Speleotemy kalcytowe mogą być czysto białe, ale wydają się mleczne z powodu wielu drobnych wtrąceń wody w strukturze.

Kalcyt w speleotemach pochodzi z nadległego wapienia w pobliżu interfejsu skała macierzysta/gleba. Woda deszczowa infiltrująca przez glebę absorbuje dwutlenek węgla z bogatej w dwutlenek węgla gleby i tworzy rozcieńczony roztwór kwasu węglowego. Kiedy ta kwaśna woda dociera do podstawy gleby, wchodzi w reakcję z kalcytem w skale wapiennej i zabiera jego część do roztworu. Woda kontynuuje swój bieg w dół przez wąskie stawy i pęknięcia w strefie nienasyconej z niewielką ilością dalszych reakcji chemicznych. Kiedy woda wydostaje się ze stropu jaskini, dwutlenek węgla jest tracony do atmosfery jaskini, a część węglanu wapnia jest wytrącana. Woda infiltrująca działa jak pompa kalcytowa, usuwając go z górnej części skały macierzystej i ponownie umieszczając go w jaskini poniżej.

Jaskinie zapewniają bardzo stabilne środowisko, w którym temperatura i wilgotność względna mogą pozostać niezmienne przez tysiące lat. Powolny wzrost kryształów nie jest przerywany, a niektóre speleotemy mają kształty kontrolowane przez siły wzrostu kryształów, a nie przez ograniczenia związane z kapiącą i płynącą wodą. Speleociemy znane jako heliktyty są bardzo podobne do stalaktytów, ponieważ mają centralny kanał i rosną w długich rurkowatych formach. Skręcają się one jednak i obracają we wszystkich kierunkach i nie są prowadzone przez grawitacyjne przyciąganie wiszących kropel wody. Inna odmiana speleotemu, antodit, jest promienistym skupiskiem igiełkowatych kryształów. Antodity składają się zwykle z aragonitu, który ma inny pokrój (tzn. kształt poszczególnych ziaren kryształu) niż bardziej powszechna odmiana węglanu wapnia, kalcyt. Na ścianach jaskiń występują warstwowe formy przypominające korale lub paciorki, a w basenach jaskiniowych można znaleźć skomplikowane układy kryształów. Baseny wody nasyconej węglanem wapnia mają niezwykłą właściwość otaczania się kamiennymi zaporami z wytrąconego kalcytu.

Gips i inne bardziej rozpuszczalne w wodzie minerały siarczanowe, takie jak epsomit (heptahydrat siarczanu magnezu) i mirabilit (dekahydrat siarczanu sodu) rosną z wód przesiąkających w suchych jaskiniach. Osadzanie się minerałów siarczanowych jest spowodowane odparowywaniem roztworów mineralnych. Minerały te występują jako skorupy oraz w postaci promienistych, zakrzywionych mas włóknistych kryształów zwanych kwiatami gipsowymi. Ze względu na ich większą rozpuszczalność, minerały siarczanowe albo nie występują, albo ulegają zniszczeniu w wilgotnych lub mokrych jaskiniach.