Material och egenskaper i grottor

Det finns tre breda kategorier av sedimentärt material i grottor: klastiska sediment som transporteras in av vattendrag och infiltreras från ytan, block, plattor och fragment av nedbrytning från den lokala berggrunden och kemiska sediment som deponeras i grottan av perkolerande vatten. De kemiska sedimenten är de mest varierande och är ansvariga för den dekorativa skönheten i många grottor.

Den vanligaste av de sekundära kemiska sedimenten är kalcit, kalciumkarbonat. Det förekommer också en mindre vanlig form av kalciumkarbonat, mineralet aragonit. Det näst vanligaste grottmineralet är gips, kalciumsulfatdihydrat. Även andra karbonat-, sulfat- och oxidmineraler förekommer ibland i grottor. Många av dessa kräver att grottan är förknippad med malmfyndigheter eller med andra speciella geologiska miljöer. Av denna anledning är det av de mer än 200 mineralarter som är kända för att förekomma i grottor endast cirka 20 som förekommer allmänt.

Depositioner av grottmineraler förekommer i många olika former, vars former bestäms av om de har avsatts av droppande, rinnande eller sipprande vatten eller i stillastående vattenpölar. Tillsammans kallas dessa sekundära mineralformer för speleotemer.

Vatten som kommer ut från en skarv i grottans tak hänger en stund som en hängande droppe. Under denna tid avsätts en liten mängd kalciumkarbonat i en ring där droppen är i kontakt med taket. Sedan faller droppen ner och en ny droppe tar plats, som också avsätter en liten ring av kalciumkarbonat. På detta sätt byggs en istappliknande speleotem som kallas stalaktit upp. Stalaktiter varierar i form från tunna stråliknande inslag till massiva hängande eller draperiliknande former. Stalaktiter har en central kanal som leder vatten från matarleden till stalaktitspetsen. När dropparna faller ner på grottans botten avlagras ytterligare mineralämnen och stalagmiter byggs upp. Stalagmiter har också många olika former, från slanka kvastskaft till hög- och pagodliknande former. Stalagmiter består av överlagrade hattar eller lager och har ingen central kanal. Stalaktiter kan bli så stora att de inte kan bära sin egen vikt; de trasiga fragmenten av stora stalaktiter hittas ibland i grottor. Stalagmiter är inte så begränsade och kan bli tiotals meter höga. Vatten som rinner längs avsatser och nerför väggar lämnar efter sig kalcitskikt som bygger upp en massiv avlagring som kallas flödessten.

De flesta flödesstensavlagringar består av kalcit, även om andra mineraler ibland förekommer. Kalciten är vanligtvis grovkristallin, tätt packad och färgad i olika nyanser av brunt, orange och brunt. En del av pigmentet kommer från järnoxider som förts in i avlagringen med läckagevattnet, men det vanligaste färgämnet är humusämnen som härrör från överliggande jordar. Humusämnen är organiska produkter från växters nedbrytning, som också är ansvariga för den bruna färgen på vissa jordar och för den kritvita färgen på vissa träsk- och sjövatten. Kalcitspeleotek kan vara rent vita men verka mjölkaktiga på grund av många små vatteninklusioner i strukturen.

Kalciten i speleotek kommer från den överliggande kalkstenen nära gränssnittet mellan berggrund och jord. Regnvatten som infiltrerar genom marken absorberar koldioxid från den koldioxidhaltiga marken och bildar en utspädd lösning av kolsyra. När detta sura vatten når markens botten reagerar det med kalciten i kalkstensberggrunden och tar en del av det i lösning. Vattnet fortsätter sin nedåtgående bana genom smala fogar och sprickor i den omättade zonen utan någon ytterligare kemisk reaktion. När vattnet kommer ut från grottans tak förloras koldioxid till grottans atmosfär och en del av kalciumkarbonaten fälls ut. Det infiltrerande vattnet fungerar som en kalcitpump som tar bort kalcit från toppen av berggrunden och återplacerar det i grottan nedanför.

Grottor erbjuder en mycket stabil miljö där temperaturen och den relativa luftfuktigheten kan vara konstant i tusentals år. Den långsamma tillväxten av kristaller avbryts inte, och vissa speleotek har former som styrs av kristalltillväxtens krafter snarare än av de begränsningar som droppande och rinnande vatten innebär. Speleotomer som kallas helictiter liknar stalaktiter på så sätt att de har en central kanal och växer i långa rörformar. De vrider och vänder sig dock i alla riktningar och styrs inte av gravitationens dragningskraft på hängande vattendroppar. En annan sort av speleotem, antoditen, är ett strålande kluster av nålliknande kristaller. Anthoditer består vanligtvis av aragonit, som har en annan habitus (dvs. de enskilda kristallkornens form) än den vanligare sorten av kalciumkarbonat, kalcit. Skiktade pärl- eller korallliknande former förekommer på grottväggar, och komplexa arrangemang av kristaller finns i grottbassänger. Vattensamlingar som är mättade med kalciumkarbonat har den anmärkningsvärda egenskapen att de omger sig själva med kantstensdammar av utfälld kalcit.

Gips och andra mer vattenlösliga sulfatmineraler som epsomit (magnesiumsulfat heptahydrat) och mirabilit (natriumsulfat dekahydrat) växer fram från sippervatten i torra grottor. Sulfatmineralernas avlagring beror på avdunstning av de mineralhaltiga lösningarna. Dessa mineraler förekommer som skorpor och i form av strålande, böjda massor av fibrösa kristaller som kallas gipsblommor. På grund av sin högre löslighet förekommer sulfatmineraler antingen inte eller förstörs i fuktiga eller våta grottor.