etimologie
de Neven Kresic (apa în carst, Dealul Mc Graw, 2013, p. xiii)
„carstul este un termen științific numit după Districtul geografic dintre Slovenia și Trieste, Italia, care are un peisaj foarte distinct. Este un cuvânt Germanizat pentru „carso” (în italiană) și „kras” în (slovenă); toate cele trei cuvinte sunt derivate din cuvântul Indo-European „kar” sau „karra”, ceea ce înseamnă rocă…unele cuvinte obișnuite din limbile slave din regiunea carstică au devenit termeni științifici internaționali care descriu trăsături carstice, în principal datorită geomorfologului sârb Jovan Cviji, care a fost primul care a susținut o teză de doctorat și a publicat o monografie științifică dedicată exclusiv carstului (Cviji, 1893).”(Figurile 1,2)
peisaj
de Derek Ford & Paul Williams (hidrogeologie carstică și geomorfologie, Wiley, 2007, p. 1)
„putem defini carstul ca fiind un teren cu hidrologie distinctă și forme de relief care apar dintr-o combinație de solubilitate ridicată a rocilor și porozitate secundară (fractură) bine dezvoltată. Astfel de zone se caracterizează prin cursuri de scufundare, peșteri, depresiuni închise, aflorimente de rocă canelată și izvoare mari. Solubilitatea considerabilă a rocilor este insuficientă pentru a produce carst. Structura rocilor și litologia sunt, de asemenea, importante: rocile dense, masive, pure și fracturate grosier dezvoltă cele mai bune carstice…experiența arată că mulți hidrogeologi presupun în mod eronat că, dacă formele de relief carstice sunt absente sau nu sunt evidente la suprafață, atunci sistemul de apă subterană nu va fi carstic. Această ipoteză poate duce la erori grave în gestionarea apelor subterane și evaluarea impactului asupra mediului, deoarece circulația apelor subterane se poate dezvolta chiar dacă carstul de suprafață nu este evident.”
caracteristici
lista caracteristicilor carstice rezultate din procesele de dizolvare și carstificare erozională este lungă și include o varietate de obiecte micro și macro surficiale și subterane. Printre acestea se numără karrens sau lapies, doline sau doline, uvale, poljes, văi oarbe și agățate, cursuri de scufundare, caverne (Figura 3), ponori sau găuri de înghițire (Figura 4), gropi, peșteri (Figura 5).
glosarul pentru acești Termeni și mulți alți termeni folosiți în carstologie este disponibil aici (menținut de Alexander Klimchouk și colab.)
Clasificarea acviferelor carstice
de Zoran Stevanovi (acvifere carstice-caracterizare și Inginerie, Springer, 2015, p. 25-29, 49)
„rocile carstice sedimentare pot fi clasificate în general în cele două grupe majore:
- roci carbonate
- roci evaporite
rocile carbonatate sunt formate din minerale de calciu și magneziu: calcit, dolomit, Aragonit și magnezit și includ cele două grupe majore:
- calcare (CaCO3) și
- Dolomiți (CaCO3 x MgCO3)
cu o gamă largă de soiuri.
grupării evaporite aparțin roci și minerale care conțin anioni SO4 sau Cl:
- anhidrit (CaSO4),
- gips (CaSO4 X 2H2O)
- Halit (NaCI) și
- silvit (KCl).
dizolvarea calcitului (1) dolomitei (2) și a gipsului (3) se exprimă prin următoarele ecuații:
CaCO3 + H2O + CO2 ↔ Ca2+ + 2HCO3 (1)
CaMg(CO3)2 + 2H2O + 2CO2 ↔ Ca2+ + Mg2+ + 4HCO3 (2)
CaSO4 x 2H2O → Ca2+ + SO4 2- + 2H2O (3)
According to the dominant type of rocks of which karstic aquifer consists the following classification can be made:
- Carbonate karst aquifer,
- Dolomitic karst aquifer,
- Marble karst aquifer,
- Chalky karst aquifer,
- Anhydritic karst aquifer,
- Gypsum karst aquifer,
- Halitic karst aquifer.
luând în considerare structurile și proprietățile hidrodinamice, există:
- acvifer carstic Neconfinat (Figura 6),
- acvifer carstic închis,
- acvifer carstic Semi-închis.”
caracteristicile hidrogeologice ale acviferelor carstice
de Nico Goldscheider (site-ul web al KC, 2009-2013)
„evoluție: acviferele carstice se formează prin curgerea apei care conține dioxid de carbon (CO2) care dizolvă rocile carbonatate. Prin urmare, există o relație strânsă între evoluția acviferelor, formarea peșterilor (speleogeneza) și fluxul de apă subterană.
individualitate: deși există multe asemănări între diferitele sisteme carstice, fiecare sistem carstic este, de asemenea, un caz special și generalizarea este dificilă. Figura 7 prezintă un model simplist al unui acvifer carstic tipic.
eterogenitate: proprietățile acviferelor carstice variază foarte mult în spațiu. Pot exista cantități mari de apă într-o peșteră, dar o gaură de foraj la câțiva metri distanță poate fi complet uscată.
anizotropie: Proprietățile hidraulice ale acviferului depind de orientarea elementelor de țesătură geologică; de exemplu, conductivitatea hidraulică este de obicei ridicată în direcția fracturilor și conductelor mari, dar poate fi scăzută în alte direcții.
dualitatea reîncărcării: apa de reîncărcare poate proveni chiar din zona carstică (reîncărcare autogenă) sau din zonele necarstice adiacente (reîncărcare alogenă).
dualitatea infiltrării: infiltrarea are loc prin sol și zona nesaturată (infiltrare difuză) și poate fi concentrată și prin găuri de înghițire/chiuvete (infiltrare punctuală).
dualitatea porozității și a fluxului: există două sau chiar trei tipuri de porozitate în acviferele carstice: porii intergranulari din matricea rocilor, discontinuitățile comune ale rocilor, cum ar fi fracturile (fisurile) și planurile de așternut, și golurile mărite din punct de vedere soluțional, cum ar fi canalele și conductele dezvoltate din discontinuitățile inițiale. În timp ce fluxul de apă subterană în matrice și fisurile mici este de obicei lent și laminar, fluxul în conductele carstice (peșteri) este adesea rapid și turbulent.
variabilitate: Pânza freatică din acviferele carstice poate fluctua uneori 10 sau chiar 100 de metri în perioade scurte de timp, iar izvoarele carstice prezintă de obicei variații rapide ale descărcării și calității apei.”
carstice în contextul sistemelor regionale de flux
de Judit m Oktiddl-SZ Oktidnyi (White, 1969; m Oktiddl-Szektidnyi și T-2015, Palmer 1991, 1995, Klimchouk 2000, 2007; Goldscheider și colab. 2010)
epigene carst: acesta este produsul efectului coroziv al infiltrării apelor subterane asupra acviferelor carbonatate. Poate evolua în carbonați superficiali, practic neconfinați și este legat de efectele de dizolvare ale apei reci în sistemele locale de curgere. Acestea sunt zonele carstice tipice cu caracteristici caracteristice ale suprafeței și subsolului.
carst adânc: carst unde se extinde la adâncimi considerabile sub nivelul de bază.
carst Hipogen: generat de surse de energie profundă, fluide și gaze, inclusiv solubilitatea retrogradă a calcitului, amestecarea coroziunii prin diferite fluide induse de fluxul de formare încrucișată și dizolvarea prin acizi geogeni. Poate evolua în zone carstice închise adânci asociate cu apă călduță și termală a sistemelor de curgere regionale sau intermediare, fără caracteristici semnificative ale suprafeței.
referințe recomandate pentru lecturi suplimentare:
Goldscheider N, M Okticdl-SZ Okticnyi J, er Okticss a, Schill E (2010) resurse de apă termală în acvifere de rocă carbonatată. Hydrogeol J 18 (6): 1303-1318
Klimchouk A (2007) speogeneza Hipogenă: perspectivă hidrogeologică și morfogenetică. Hârtie specială nr. 1, Institutul Național de cercetare a peșterilor și carstice, Carlsbad, NM
m Ziftdl-SZ Ziftnyi J T Aktft (2015) model conceptual de curgere a apelor subterane la scară Bazinală pentru o regiune carbonată groasă neconfinată și limitată. Hydrogeol J 23 (7): 1359-1380
metode de studiu a sistemelor acvifere carstice
de Nico Goldscheider (site-ul web al KC, 2009-2013)
„datorită caracteristicilor descrise mai sus, metodele hidrologice și hidrogeologice convenționale eșuează adesea atunci când sunt aplicate carstului; prin urmare, sunt necesare adaptările lor și metodele specifice carstului.
metode geologice: Litologia, stratigrafia, fracturarea, modelul de defect și structurile de pliere sunt cruciale pentru înțelegerea fluxului de apă subterană în acviferele carstice.
speologie: conductele și canalele subterane sunt cruciale pentru fluxul de apă subterană în acviferele carstice. Peșterile fac posibilă intrarea în acvifer și observarea și studierea directă a unei părți a rețelei de canale.
metode hidrologice: datorită variabilității mari a debitelor cursurilor de scufundare, a cursurilor de peșteră și a izvoarelor carstice, monitorizarea continuă a cantității și calității apei este crucială în studiile hidrogeologice carstice.
Metode hidraulice: hărțile potențiometrice și testele hidraulice în puțuri și puțuri sunt aplicate pe scară largă în hidrogeologie, dar necesită adaptări specifice atunci când sunt aplicate pe carst.
tehnici izotopice: izotopii stabili și radioactivi pot ajuta la identificarea originii apei, la determinarea timpilor de tranzit și la caracterizarea proceselor de amestecare.
teste de trasare: Testele de trasare (figura 8) sunt cea mai puternică metodă de identificare a conexiunilor punct-la-punct (de obicei între orificiile de înghițire/chiuvete și arcuri), pentru a delimita bazinele carstice de primăvară și pentru a caracteriza fluxul și transportul în rețelele de conducte.
metode geofizice: geofizica poate ajuta la identificarea locațiilor pentru forarea puțurilor, la investigarea cavităților subterane (potențiale doline) și la obținerea altor informații despre structura acviferului.
modelare: modelele matematice pot ajuta la o mai bună înțelegere a speogenezei, fluxului și transportului în acviferele carstice. Cu toate acestea, există exemple (de exemplu, Figura 9) în care aplicarea modelelor convenționale de curgere a apelor subterane în medii carstice a produs rezultate catastrofale greșite și a dus la delimitarea zonelor de protecție a surselor extrem de inadecvate, ducând la focare de boli, toate deoarece natura specifică a carstului a fost ignorată.”
utilizarea apelor subterane carstice
de Zoran Stevanovi (acvifere carstice – caracterizare și Inginerie, Springer, 2015, p. 111-112, 116-119, 299, 109-111)
calitatea apei
„dizolvarea rocilor și durata contactului direct apă – rocă au ca rezultat o calitate variabilă a apelor subterane în punctele de descărcare. Componentele minerale ale apelor carstice depind de compoziția rocilor prin care apa se percolează: Tipul de ape hidrocarbonate (HCO3) – calciu Ca) este creat din dizolvarea carbonatului de calciu, care este un tip dominant de apă în calcar, în timp ce tipul de ape subterane hidrocarbonate (HCO3) – magneziu (Mg) este prezent într-o măsură mai mică și este conectat în mod regulat la roci dolomitice.
Langmuir (caracteristicile fizice și chimice ale apei carbonatate, 1984) a enumerat procesele care controlează și influențează calitatea apelor subterane înainte de a ajunge la locul de primăvară sau la capul puțului. Aceste procese sunt următoarele:
- compoziția precipitațiilor atmosferice infiltrate;
- pierderile de evapotranspirație din reîncărcarea apelor subterane și a apelor subterane de mică adâncime;
- aciditatea și gradul de sub-saturație a reîncărcării apelor subterane;
- disponibilitatea și solubilitatea carbonatului și a rocilor asociate, inclusiv Halit, gips și anhidrit;
- ratele de soluție a rocilor și timpul de contact;
- procese hidrologice, cum ar fi diluarea prin reîncărcare cu apă dulce și amestecarea apelor subterane diferite;
- procese antropice, inclusiv poluarea apelor subterane cu deșeuri și levigații din deșeuri solide.
este aproape o regulă că apele subterane din structurile carstice deschise sunt slab mineralizate, ceea ce este un rezultat al schimbului intensiv de apă și al filtrării rapide. În părțile mai adânci ale acviferului, filtrarea mai lentă are ca rezultat o creștere a mineralizării. Această variație este adesea minimă, dar indică totuși o anumită diferențiere care poate fi importantă în circumstanțe specifice (de exemplu, atunci când este implicată poluarea).
prin urmare, în cazul carstului carbonat, calitatea apelor carstice naturale este excelentă aproape prin definiție: se confirmă în multe locuri din întreaga lume că apa care provine din bazinele hidrografice nepopulate din masivele montane este sanitară și pură, în timp ce numai în mod excepțional ar putea exista o cantitate mică de bacterii prezente. Dar dacă sursele de poluare sunt prezente în bazinul hidrografic al unui acvifer carstic neconfinat, atunci urmează pericole grave.
atingerea apelor carstice
atingerea apelor subterane nu este niciodată o sarcină ușoară, în mare parte pentru că avem de-a face cu o „resursă invizibilă”. Cu toate acestea, situația este și mai complicată atunci când avem de-a face cu un acvifer neomogen și anizotrop, cum ar fi carstul: este foarte des necesar să ajungem, să capturăm și să capturăm apele subterane care circulă prin goluri sau prin blocuri poroase izolate de restul masei de rocă.
putem distinge cele două tipuri principale de apă subterană în carst:
- atingerea debitului carstic al apelor subterane în punctele de descărcare-arcuri (Figura 10).
- captarea fluxului carstic de apă subterană în bazinul acvifer – structuri artificiale, cum ar fi puțuri, galerii sau alte structuri similare (Figura 11).
apele subterane sunt exploatate nu numai pentru a le exploata în scopuri de băut, Industriale, de extracție a căldurii sau de irigare, ci și pentru deshidratare în cazul gropilor miniere, zonelor urbane sau terenurilor cultivate care ar trebui protejate de o masă mare de apă subterană.
utilizare în diferite scopuri
izvoarele carstice sunt utilizate pe scară largă ca sursă de alimentare cu apă potabilă. Multe țări folosesc izvoarele carstice pur și simplu pentru că nu există alte alternative, dar în multe alte țări conștientizarea importanței lor și a calității bune a apei pe care o oferă este un factor principal pentru o astfel de decizie. Acviferele carstice au o proporție semnificativă din aprovizionarea cu apă în următoarele regiuni: Europa de Sud-Est (Alpi și Carpați), bazinul mediteranean, Orientul Apropiat și Orientul Mijlociu, Peninsula Arabică și Cornul Africii, Asia de Sud-Est, Africa de Nord, bazinul Caraibelor și America Centrală și partea de sud a SUA.
drenarea naturală a acviferelor prin izvoare poate acoperi cererile de apă la scară largă: de la aprovizionarea cu milioane de orașe La nivel regional, până la nivelul local în care este vorba de aprovizionarea cu doar una sau mai multe case. Deși acesta din urmă nu este o mare problemă în ceea ce privește cantitatea de apă, pentru consumatorul mare este necesar un acvifer foarte mare și o descărcare de primăvară. Există o gamă largă de utilizări ale apelor carstice. În regiunile aride din Orientul Apropiat și Orientul Mijlociu este, de exemplu, foarte obișnuit să se atingă izvoarele carstice și să se construiască canale gravitaționale pentru irigarea terenurilor arabile. Apa de izvor este, de asemenea, utilizată pe scară largă pentru udarea animalelor, iar apa dulce de bună calitate oferă securitate pentru sănătatea și creșterea animalelor.
utilizarea apelor carstice în generarea hidroenergetică prin utilizarea capului hidraulic înalt este limitată în principal la Alpi (Austria, Elveția), în timp ce proprietățile termice ale apelor și izvoarelor carstice sunt utilizate în altă parte. În cele din urmă, numărul izvoarelor carstice utilizate în industria mondială de îmbuteliere a apei, care are un venit anual de aproximativ 13 miliarde de dolari, este foarte mare, iar acviferele carstice conduc probabil lista acviferelor de unde provin astfel de surse”.
referințe recomandate pentru lecturi suplimentare:
Bakalowicz M (2005) apele subterane carstice: o provocare pentru noi resurse. Hydrogeol J, 13: 148-160
Bonacci O (1987) Hidrologie carstică cu referire specială la carstul Dinaric. Springer-Verlag, Berlin, 184 pp.
Burger a, Dubertret L (eds) (1984) hidrogeologia terenurilor carstice. Istoricul cazurilor. Contribuții internaționale la hidrogeologie, IAH, vol 1, Verlag Heinz Heise, Hanovra, 264 pp.
Drew D, H Xktzl H (1999) hidrogeologie carstică și activități umane. Impacturi, consecințe și implicații. Balkema, Rotterdam, 322 pp.
Ford D, Williams P (2007) hidrogeologie carstică și geomorfologie. Wiley, 576 pp.
Goldscheider N, Drew D (Eds.) (2007) metode în hidrogeologia carstică. Taylor & Francis, Londra, 264 pp.
K Oktosss W (1998) tehnica de urmărire în Geohidrologie. Balkema, Rotterdam, 581 pp.
Kresic N, Stevanovi Z (Eds.) (2010) hidrologia apelor subterane ale izvoarelor. Inginerie, teorie, Management și durabilitate. Elsevier Inc. BH, Amsterdam, 573 pp.
Kresic N (2013) apă în carst. Management, vulnerabilitate și restaurare. McGraw Hill, New York, 708 pp.
Milanovi P (2004) Ingineria resurselor de apă în carst. CRC presă, Boca Raton, FL, 312 pp.
Palmer AN, Palmer MV, Sasowsky ID (Eds.) (1999) Modelare Carstică. Publicație specială 5, Institutul de apă carstică, Charles Town, WV, 256 pp.
Parise, M. & Gunn, J. (eds) 2007. Pericole naturale și antropice în zonele carstice: recunoaștere, analiză și atenuare. Geol. Soc. Londra, sp. publ., 279 pp.
Stevanovi Z (Ed.) (2015) acvifere carstice – caracterizare și Inginerie. Serie: practica profesională în știința Pământului, Springer Intern. Publ., 692 pp.
White WB (1988) geomorfologia și hidrologia terenurilor carstice. Oxford University Press, New York, NY, 464 pp.