etymologia
Autor: Neven Kresic (Water in Kras, Mc Graw Hill, 2013, s. xiii)
” Kras to termin naukowy nazwany od geograficznego okręgu między Słowenią a Triestem we Włoszech, który ma bardzo wyraźny krajobraz. Jest to Germanizowane słowo ” carso „(po włosku) i „kras” (po słoweńsku); wszystkie te trzy słowa pochodzą od indoeuropejskiego słowa ” kar ” lub „karra”, co oznacza skałę…niektóre popularne słowa z języków słowiańskich regionu krasowego stały się międzynarodowymi terminami naukowymi opisującymi cechy krasowe, głównie dzięki serbskiemu geomorfologowi Jovanowi Cvijićowi, który jako pierwszy obronił pracę doktorską i opublikował monografię naukową poświęconą wyłącznie krasowi (Cvijić, 1893).”(Rysunki 1,2)
Krajobraz
Derek Ford & Paul Williams (hydrogeologia Krasu i Geomorfologia, Wiley, 2007,p. 1)
” możemy zdefiniować Kras jako obejmujący teren z charakterystyczną hydrologią i formami lądowymi, które powstają z połączenia wysokiej rozpuszczalności skał i dobrze rozwiniętej porowatości wtórnej (złamania). Obszary te charakteryzują się opadającymi strumieniami, jaskiniami, zamkniętymi zagłębieniami, karbowanymi wychodniami skalnymi i dużymi źródłami. Znaczna rozpuszczalność skał jest niewystarczająca do wytworzenia Krasu. Ważna jest również struktura skał i litologia: gęste, masywne, czyste i grubo pęknięte skały rozwijają najlepszy Kras … doświadczenie pokazuje, że wielu hydrogeologów błędnie zakłada, że jeśli krasowe formy lądowe są nieobecne lub nie są oczywiste na powierzchni, to system wód gruntowych nie będzie krasowy. Założenie to może prowadzić do poważnych błędów w gospodarowaniu wodami podziemnymi i ocenie oddziaływania na środowisko, ponieważ cyrkulacja wód podziemnych może się rozwijać, nawet jeśli Kras powierzchniowy nie jest widoczny.”
cechy
lista cech krasowych powstałych w wyniku rozpadu i erozyjnych procesów krasowych jest długa i obejmuje różnorodne mikro i makro obiekty surfijne i podziemne. Wśród nich są karrens lub lapies, dolines lub zapadliska, uvalas, poljes, ślepe i wiszące doliny, tonące strumienie ,jaskinie (ryc. 3), Ponory lub jaskółki (ryc. 4), dziury, jaskinie (ryc. 5).
słowniczek dla tych i wielu innych terminów używanych w karstologii jest dostępny tutaj (prowadzony przez Alexandra Klimchouka et al.)
Classification of Kras Aquifers
by Zoran Stevanović (Kras Aquifers – Characterization and Engineering, Springer, 2015, p. 25-29, 49)
„osadowe skały krasowe można ogólnie podzielić na dwie główne grupy:
- skały węglanowe
- skały parytetowe
skały węglanowe powstają z minerałów wapniowych i magnezowych: kalcytu, dolomitu, aragonitu i magnezytu i obejmują dwie główne grupy:
- wapienie (CaCO3) i
- Dolomity (CaCO3 x MgCO3)
z szeroką gamą odmian.
do grupy parytetów należą skały i minerały zawierające aniony SO4 lub Cl:
- anhydryt (CaSO4),
- gips (CaSO4 x 2H2O)
- Halit (NaCl) i
- sylwit (KCl).
rozpuszczanie kalcytu (1) dolomitu (2) i gipsu (3) wyraża się następującymi równaniami:
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.
biorąc pod uwagę struktury i właściwości hydrodynamiczne, istnieją:
- nieoczyszczona warstwa wodonośna Krasu (rys. 6),
- ograniczona warstwa wodonośna Krasu,
- częściowo ograniczona warstwa wodonośna Krasu.”
charakterystyka hydrogeologiczna warstw wodonośnych Krasu
Nico Goldscheider (strona KC, 2009-2013)
„Ewolucja: warstwy wodonośne krasowe tworzą się przez płynącą wodę zawierającą dwutlenek węgla (CO2), który rozpuszcza skały węglanowe. W związku z tym istnieje ścisły związek między ewolucją warstw wodonośnych, powstawaniem jaskiń (speleogeneza) a przepływem wód gruntowych.
indywidualność: Chociaż istnieje wiele podobieństw między różnymi systemami krasowymi, każdy system krasowy jest również szczególnym przypadkiem i trudno jest uogólnić. Rysunek 7 przedstawia uproszczony model typowej warstwy wodonośnej Krasu.
heterogeniczność: właściwości warstw wodonośnych Krasu znacznie różnią się w przestrzeni. W jaskini mogą znajdować się duże ilości wody, ale otwór w odległości kilku metrów może być całkowicie suchy.
anizotropia: Właściwości hydrauliczne warstwy wodonośnej zależą od orientacji geologicznych elementów tkaniny; na przykład przewodność hydrauliczna jest zwykle wysoka w kierunku dużych pęknięć i przewodów, ale może być niska w innych kierunkach.
dualność ładowania: ładowanie wody może pochodzić z samego obszaru krasowego (Ładowanie autogeniczne) lub z sąsiednich obszarów innych niż krasowe (Ładowanie allogeniczne).
dwoistość infiltracji: Infiltracja następuje przez glebę i strefę nienasyconą (infiltracja rozproszona), a także może być skoncentrowana przez otwory jaskółcze/zlewki (infiltracja punktowa).
dwoistość porowatości i przepływu: istnieją dwa lub nawet trzy rodzaje porowatości w warstwach wodonośnych krasowych: pory międzykrystaliczne w macierzy skalnej, wspólne nieciągłości skalne, takie jak pęknięcia (szczeliny) i płaszczyzny ściółki, oraz solutionally powiększone puste przestrzenie, takie jak kanały i przewody, opracowane z początkowych nieciągłości. Podczas gdy przepływ wód gruntowych w matrycy i małych szczelinach jest zazwyczaj powolny i laminarny, przepływ w przewodach krasowych (jaskiniach) jest często szybki i burzliwy.
: Poziom wód w warstwach wodonośnych krasowych może czasami wahać się o 10 lub nawet 100 metrów w krótkim czasie, a Źródła krasowe zwykle wykazują gwałtowne zmiany wypływu i jakości wody.”
Kras w kontekście regionalnych systemów przepływu
Judit Mádl-Szőnyi (White, 1969; Mádl-Szőnyi and Tóth 2015, Palmer 1991, 1995, Klimchouk 2000, 2007; Goldscheider et al. 2010)
Kras Epigenowy: jest to produkt korozyjnego wpływu infiltracji wód gruntowych na warstwy wodonośne węglanowe. Może ewoluować w płytkich, w zasadzie nieskażonych węglanach i jest związany z efektami rozpuszczania zimnej wody w lokalnych układach przepływowych. Są to typowe obszary krasowe z charakterystycznymi cechami powierzchniowymi i podpowierzchniowymi.
głęboki Kras: Kras, w którym rozciąga się na znaczne głębokości poniżej poziomu podstawowego.
Kras Hipogenowy: generowany przez głębokie źródła energii, płynów i gazów, w tym wsteczną rozpuszczalność kalcytu, mieszanie korozji przez różne płyny indukowane przez przepływ krzyżowy i rozpuszczanie przez kwasy geogenne. Może rozwijać się w głęboko zamkniętych obszarach krasowych związanych z letnimi i termalnymi wodami regionalnych lub pośrednich systemów przepływowych bez znaczących cech powierzchniowych.
zalecane referencje do dalszej lektury:
Goldscheider N, Mádl-Szőnyi J, Erőss a, Schill E (2010) Thermal water resources in carbonate rock aquifers. Hydrogeol J 18 (6): 1303-1318
Klimchouk A (2007). Hypogene speleogenesis: hydrogeological and morphogenetic perspective. Papier specjalny nr 1, National Cave and Kras Research Institute, Carlsbad, NM
Mádl-Szőnyi J Tóth Á (2015) Basin-scale conceptual groundwater flow model for an uncfined and closed thick carbonate region. Hydrogeol J 23 (7): 1359-1380
metody badania krasowych systemów wodonośnych
Nico Goldscheider (strona KC, 2009-2013)
„ze względu na cechy opisane powyżej, konwencjonalne metody hydrologiczne i hydrogeologiczne często zawodzą, gdy są stosowane do Krasu; dlatego wymagane są ich adaptacje i metody specyficzne dla Krasu.
metody geologiczne: Litologia, stratygrafia, szczelinowanie, wzór uskoków i struktury fałdowe są kluczowe dla zrozumienia przepływu wód gruntowych w warstwach wodonośnych krasowych.
Speleologia: kanały i kanały podziemne są kluczowe dla przepływu wód podziemnych w warstwach wodonośnych krasowych. Jaskinie umożliwiają wejście do warstwy wodonośnej i bezpośrednie obserwowanie i badanie części sieci kanałowo-kanałowej.
metody hydrologiczne: ze względu na dużą zmienność natężenia przepływu potoków tonących, potoków jaskiniowych i źródeł krasowych, ciągłe monitorowanie ilości i jakości wody ma kluczowe znaczenie w badaniach hydrogeologicznych krasowych.
Metody hydrauliczne: Mapy potencjometryczne i testy hydrauliczne w otworach i studniach są szeroko stosowane w hydrogeologii, ale wymagają szczególnych adaptacji, gdy są stosowane do Krasu.
techniki izotopowe: stabilne i radioaktywne izotopy mogą pomóc w identyfikacji pochodzenia wody, określeniu czasów TRANZYTU i scharakteryzowaniu procesów mieszania.
testy Tracer: Testy Tracer (Rysunek 8) są najpotężniejszą metodą identyfikacji połączeń punkt-punkt (zwykle między otworami jaskółczymi/zlewniami i sprężynami), wyznaczania zlewni sprężyn krasowych oraz scharakteryzowania przepływu i transportu w sieciach przewodów.
metody geofizyczne: Geofizyka może pomóc zidentyfikować miejsca wiercenia studni, zbadać zagłębienia podpowierzchniowe (potencjalne zapadliska) i uzyskać inne informacje na temat struktury warstwy wodonośnej.
Modelowanie: modele matematyczne mogą pomóc lepiej zrozumieć speleogenezę, przepływ i transport w warstwach wodonośnych krasowych. Istnieją jednak przykłady (np. Rysunek 9), w których zastosowanie konwencjonalnych modeli przepływu wód gruntowych w środowiskach krasowych przyniosło katastrofalnie błędne wyniki i doprowadziło do wyznaczenia rażąco nieodpowiednich stref ochrony źródła, co doprowadziło do wybuchu chorób, a wszystko dlatego, że specyficzny charakter Krasu został zignorowany.”
wykorzystanie wód podziemnych Krasu
przez Zorana Stevanovicia (warstwy wodonośne Krasu-charakterystyka i Inżynieria, Springer, 2015, p. 111-112, 116-119, 299, 109-111)
jakość wody
” rozpuszczanie skał i czas trwania bezpośredniego kontaktu woda-skała powodują zmienną jakość wód gruntowych w punktach odprowadzania. Składniki mineralne wód krasowych zależą od składu skał, przez które przenika woda: Wodorowęglan (HCO3) – wapń Ca) Typ wód powstaje z rozpuszczania węglanu wapnia, który jest dominującym typem wody w wapieniu, podczas gdy wodorowęglan (HCO3) – magnez (Mg) Typ wód gruntowych występuje w mniejszym stopniu i jest regularnie połączony ze skałami dolomitowymi.
Langmuir (Physical and chemical characteristics of carbonate water, 1984) wymienia procesy, które kontrolują i wpływają na jakość wód gruntowych, zanim dotrą one do źródła lub do głowicy studni. Procesy te są następujące:
- skład przenikniętych opadów atmosferycznych;
- straty ewapotranspiracji z ładowania wód gruntowych i płytkich wód gruntowych;
- kwasowość i stopień niedostatecznego nasycenia ładowania wód gruntowych;
- dostępność i rozpuszczalność węglanów i skał towarzyszących, w tym halitu, gipsu i anhydrytu;
- szybkość roztworu skał i czas kontaktu;
- procesy hydrologiczne, takie jak rozcieńczanie wodą słodką i mieszanie różnych wód gruntowych;
- procesy antropogeniczne, w tym zanieczyszczenie wód gruntowych przez odpady i odcieki z odpadów stałych.
prawie zasadą jest, że wody gruntowe w otwartych strukturach krasowych są słabo zmineralizowane, co jest wynikiem intensywnej wymiany wody i szybkiej filtracji. W głębszych częściach warstwy wodonośnej wolniejsza filtracja powoduje wzrost mineralizacji. Ta zmienność jest często minimalna, ale mimo to wskazuje na pewne zróżnicowanie, które może być ważne w określonych okolicznościach (np. w przypadku zanieczyszczenia).
dlatego w przypadku Krasu węglanowego jakość naturalnych wód krasowych jest prawie z definicji doskonała: w wielu miejscach na świecie potwierdzono, że woda emitowana z nie zaludnionych obszarów zlewni na masywach górskich jest sanitarna i czysta, podczas gdy tylko wyjątkowo może występować niewielka ilość bakterii. Jeśli jednak źródła zanieczyszczeń znajdują się w zlewisku niezbadanej krasowej warstwy wodonośnej, następuje poważne zagrożenie.
wydobywanie wód krasowych
wydobywanie wód gruntowych nigdy nie jest łatwym zadaniem, głównie dlatego, że mamy do czynienia z „niewidzialnym zasobem”. Sytuacja jest jednak jeszcze bardziej skomplikowana, gdy mamy do czynienia z niejednorodną i anizotropową warstwą wodonośną, taką jak Kras: bardzo często konieczne jest dotarcie, złapanie i wychwycenie wód gruntowych, które krążą przez Pustki lub przez porowate bloki izolowane od reszty masy skalnej.
możemy wyróżnić dwa główne rodzaje wód gruntowych w krasie:
- ujęcie krasowego przepływu wód gruntowych w punktach wylotowych-źródłach (rys. 10).
- wydobywanie krasowego przepływu wód podziemnych w zlewni warstwy wodonośnej – sztucznych struktur, takich jak studnie, Galerie lub inne podobne struktury (rys. 11).
woda gruntowa jest wykorzystywana nie tylko do celów pitnych, przemysłowych, ekstrakcji ciepła lub nawadniania, ale także do odwadniania w przypadku wyrobisk kopalnianych, obszarów miejskich lub gruntów uprawnych, które powinny być chronione przed wysokim poziomem wód gruntowych.
Użyj do różnych celów
krasowe źródła są szeroko wykorzystywane jako źródło wody pitnej. Wiele krajów korzysta ze źródeł krasowych tylko dlatego, że nie ma innej alternatywy, ale w wielu innych krajach świadomość ich znaczenia i dobrej jakości wody, którą zapewniają, jest głównym czynnikiem takiej decyzji. Krasowe warstwy wodonośne mają znaczną część zaopatrzenia w wodę w następujących regionach: Europa Południowo-Wschodnia (Alpy i Karpaty), basen Morza Śródziemnego, Bliski Wschód i Bliski Wschód, Półwysep Arabski i Róg Afryki, Azja Południowo-Wschodnia, Afryka Północna, basen Karaibów i Ameryka Środkowa oraz południowa część USA.
Naturalne odprowadzanie warstw wodonośnych przez źródła może pokryć zapotrzebowanie na wodę na szeroką skalę: od dostaw do wielomilionowych miast na poziomie regionalnym, do poziomu lokalnego, gdzie dostawa dotyczy tylko jednego lub kilku domów. Chociaż ta ostatnia nie stanowi dużego problemu pod względem ilości wody, dla dużego konsumenta wymagana jest bardzo duża warstwa wodonośna i wiosenny zrzut. Istnieje szeroki zakres zastosowań wód krasowych. Na przykład w suchych regionach Bliskiego Wschodu i Bliskiego Wschodu bardzo często wykorzystuje się źródła krasowe i buduje kanały grawitacyjne do nawadniania gruntów ornych. Woda źródlana jest również szeroko stosowana do podlewania zwierząt, a świeża woda o dobrej jakości zapewnia bezpieczeństwo zdrowia i wzrostu zwierząt.
wykorzystanie wód krasowych w produkcji energii wodnej poprzez wykorzystanie wysokiej głowicy hydraulicznej ogranicza się głównie do Alp (Austria, Szwajcaria), podczas gdy właściwości termiczne wód krasowych i źródeł są wykorzystywane gdzie indziej. Wreszcie, Liczba źródeł krasowych wykorzystywanych w światowym przemyśle rozlewniczym wody, który generuje roczny przychód w wysokości około 13 miliardów dolarów, jest bardzo duża, a krasowe warstwy wodonośne prawdopodobnie prowadzą na listę warstw wodonośnych, z których pochodzą takie źródła”.
Polecane referencje do dalszej lektury:
Bakałowicz m (2005) krasowe wody podziemne: wyzwanie dla nowych zasobów. Hydrogeol J, 13: 148-160
Bonacci O (1987) Karst Hydrology with Special Reference to the Dinaric Kras. Springer-Verlag, Berlin, 184 s.
Burger a, Dubertret l (eds) (1984) Hydrogeology of krastic terrains. Historie przypadków. International Contributions to Hydrogeology, IAH, vol 1, Verlag Heinz Heise, Hannover, 264 pp.
Drew D, Hötzl H (1999) Kras Hydrogeology and Human Activities. Skutki, konsekwencje i implikacje. Balkema, Rotterdam, 322 str.
Ford D, Williams P (2007) Karst Hydrogeology and Geomorfology. Wiley, 576 str.
Goldscheider N, Drew D (Eds.) (2007) Methods in Kras Hydrogeology. Taylor & Francis, Londyn, 264 str.
Käss w (1998) Technika śledzenia w Geohydrologii. Balkema, Rotterdam, 581 str.
Kresic N, Stevanović Z (Eds.) (2010) Hydrologia wód podziemnych źródeł. Inżynieria, teoria, zarządzanie i zrównoważony rozwój. Elsevier Inc. BH, Amsterdam, 573 str.
Kresic N (2013) woda w krasie. Zarządzanie, luki i przywracanie. McGraw Hill, Nowy Jork, 708 str.
Milanović P (2004) Inżynieria Zasobów Wodnych w krasie. CRC Press, Boca Raton, FL, 312 pp.
Palmer AN, Palmer MV, Sasowsky ID (Eds.) (1999) Karst Modeling. Special Publication 5, Karst Water Institute, Charles Town, WV, 256 pp.
Parise, M. & Gunn, J. (eds) 2007. Zagrożenia naturalne i antropogeniczne na obszarach krasowych: Rozpoznawanie, Analiza i łagodzenie. Geol. Soc. Londyn, Sp. z o. o. publ., 279 s.
) (2015) krasowe warstwy wodonośne – charakterystyka i Inżynieria. Seria: praktyka zawodowa w naukach o Ziemi, stażysta Springer. Publ., 692 s.
White WB (1988) Geomorfologia i Hydrologia terenów krasowych. Oxford University Press, New York, NY, 464 pp.