Αποκρυπτογράφηση πολυφασικής παραμόρφωσης κλίσης από την προοπτική ενός σπηλαίου
Οι σπηλιές είναι περιβάλλοντα που συχνά λειτουργούν ως παγίδες στα οποία ο χρόνος φαίνεται να έχει σταματήσει. Επειδή τα ανενεργά περάσματα των σπηλαίων προστατεύονται από εξωτερικούς διαβρωτικούς παράγοντες, τα σημάδια που αφήνουν προηγούμενες διαδικασίες και γεγονότα διατηρούνται καλά σε αυτά τα περάσματα, σε αντίθεση με τα αντίστοιχα επιφανειακά τους που συχνά μπορούν να εξαλειφθούν. Διερευνώντας παραμορφωμένα σπηλαιόθεμα, οι ερευνητές μπορούν να βρουν ακριβή χρονολόγηση σε ένα ευρύ χρονικό διάστημα, έως και 0,6 Ma.
Χρησιμοποιήσαμε δύο χαρακτηριστικά σπηλαίων για να μελετήσουμε τα ρήγματα στο σπήλαιο Kalacka, που βρίσκεται στα βουνά Tatra, στην Πολωνία. Τα όρη Τάτρα αποτελούν την υψηλότερη οροσειρά των Καρπαθίων, φτάνοντας τα 2655 μ. στην κορυφή Gerlachovský.
Κατά τη διάρκεια της έρευνας για το διδακτορικό μου. διδακτορική διατριβή, ανέλυσα εξαρθρωμένα σπήλαια περάσματα, δηλαδή κατασκευές νεότερες από τις σπηλιές. Η ανακατασκευή παλαιοτασών έδειξε ότι μέσα σε τέτοιο πληθυσμό ρηγμάτων, μπορούν να διακριθούν δύο ομάδες. Κάποιος μπορεί να συσχετιστεί με τεκτονικές διεργασίες. Το μέγιστο διάνυσμα συμπίεσης για τη δεύτερη ομάδα υπολογίστηκε ότι είναι κατακόρυφο, δηλαδή ίσο με τη βαρύτητα. Αυτό ήταν ένα από τα κύρια επιχειρήματα για την αναγνώριση αυτών των σφαλμάτων ως αποτέλεσμα μαζικών κινήσεων (βλ. Szczygieł, 2015). Στο σπήλαιο Kalacka, ένα από τα ρήγματα ήταν μοναδικό επειδή καλυπτόταν από πέτρα ροής, η οποία ήταν ραγισμένη ακριβώς πάνω από το ρήγμα, γεγονός που πρόσφερε την ευκαιρία να προσδιορίσουμε τη μέγιστη ηλικία ρηγμάτων εάν μπορούσαμε να χρονολογήσουμε το νεότερο έλασμα που ραγίστηκε με σπηλαιόθεμα.
Αυτό είναι που άρχισα να ασχολούμαι αφού τελείωσα το διδακτορικό μου. Όταν κόψαμε το δείγμα στο εργαστήριο, αποδείχθηκε ότι το κάτω μέρος έδειξε ένα ακόμη επεισόδιο εξάρθρωσης. Έτσι, με 3 cm δείγματος, καταφέραμε να προσδιορίσουμε το χρονικό διάστημα δύο φάσεων ρηγματώσεων κατά μήκος ενός επιπέδου.
Αυτή η μεθοδολογία βασίζεται στο γεγονός ότι χρονολογώντας το νεότερο στρώμα του σπασμένου σπηλαιόθεμου και το παλαιότερο στρώμα του αναγεννημένου σπηλαιόθεμου, είμαστε σε θέση να προσδιορίσουμε το χρονικό διάστημα στο οποίο συνέβη η καταστροφή. Η χρονολόγηση σπηλαιόθεμων πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ουρανίου-θορίου χρησιμοποιώντας φασματομετρία μάζας (ICP-MS), επιτρέποντας τη χρονολόγηση μικρών δειγμάτων (βάρους 0,1-1 g), δηλαδή απομονωμένα από ένα μόνο έλασμα, δίνοντας υψηλή ανάλυση μετρήσεων. Η χρήση της μεθόδου φασματομετρίας μάζας επέτρεψε χρονολόγηση δειγμάτων> 550 ka.
Χάρη στη χρονολόγηση, είχαμε κάποια ιδέα για το χρόνο δραστηριότητας των ρηγμάτων, αλλά στην επιφάνεια, πάνω από το σπήλαιο, η μορφολογία δεν έδειχνε μαζικές μετακινήσεις. Λοιπόν, κάναμε μερικά βήματα για να το ελέγξουμε. Ξεκινήσαμε με μια βασική γεμολογική και γεωλογική χαρτογράφηση. Η επιτόπια εργασία επικεντρώθηκε στον προσδιορισμό του εντοπισμού, του ύψους, του προσανατολισμού και της επιφανειακής ανάγλυφης (ομαλότητα, επιπεδότητα, κ.λπ.) των καρπών. Επιπλέον, μετρήθηκαν ρωγμές και προσανατολισμοί στρωμνής μέσα σε μεμονωμένα τετράγωνα (μεταξύ σκαρπ) και στην in situ περιοχή για να βρεθεί η σχετική περιστροφή μεταξύ μεμονωμένων τεμαχίων και απαραμόρφωτου βράχου.
Για να ελέγξουμε τη σχέση μεταξύ των κηλίδων στην επιφάνεια και της εξάρθρωσης στο σπήλαιο, εφαρμόσαμε γεωφυσικές μεθόδους. Μια γεωφυσική μελέτη βασισμένη σε μεθόδους τομογραφίας ηλεκτρικής ειδικής ειδικής (ERT) και επαγόμενης πόλωσης (IP) πραγματοποιήθηκε σε δύο παράλληλες γραμμές έρευνας μήκους 200 και 300 m. Η γνωστή και ευρέως εφαρμοσμένη μέθοδος ERT χρησιμοποιεί συνεχές ρεύμα για τη μέτρηση της ειδικής αντίστασης των πετρωμάτων, όπως περιγράφεται από το νόμο του Ohm. Διαφορετικοί τύποι πετρωμάτων έχουν διαφορετική ειδική αντίσταση, ενώ ρωγμές, ρήγματα ή κενά (όπως σπηλιές) δίνουν διαφορετικά αποτελέσματα.
Όλα αυτά τα δεδομένα - τεκτονικά και γεωμορφολογικά δεδομένα από το σπήλαιο και από την επιφάνεια, καθώς και γεωχρονολογικά και γεωφυσικά δεδομένα - μας έδωσαν αρκετές ενδείξεις για να συμπεράνουμε ότι η παραμόρφωση του βουνού μας προκλήθηκε από κατολίσθηση που έφτασε στο σπήλαιο Kalacka. Αλλά θέλαμε επίσης να μάθουμε τι πυροδότησε αυτό το μαζικό κίνημα.
Μία από τις κοινές αιτίες των κατολισθήσεων είναι οι αυξημένες βροχοπτώσεις. Εκμεταλλευόμενοι το γεγονός ότι τα σπηλαιόθεμα είναι εξαιρετικοί φορείς παλαιοκλιματικών και παλαιοπεριβαλλοντικών πληροφοριών, προσπαθήσαμε να αξιολογήσουμε την επίδραση του κλίματος στην ανάπτυξη αστοχίας πλαγιάς χρησιμοποιώντας αναλύσεις μικρουφής και σταθερού ισοτόπου (δO, δC) του υπό διερεύνηση πετρελαίου ροής. Παρεμπιπτόντως, αυτές οι μελέτες είχαν ως αποτέλεσμα την απόκτηση των πρώτων πληροφοριών για τις περιβαλλοντικές συνθήκες του μέσου Πλειστόκαινου στην περιοχή. Μια τέτοια ολοκληρωμένη εξέταση του σπηλαίου και της γύρω περιοχής μας επέτρεψε να ανακατασκευάσουμε την εξέλιξη της περιοχής έρευνας.
Η χρήση ενός σπηλαιόθεμου μας επέτρεψε να αποκτήσουμε παλαιοπεριβαλλοντικές πληροφορίες που μπορεί να σχετίζονται άμεσα με τις συγκεντρωμένες ηλικίες. Λίγο πριν την ενεργοποίηση της διαστολής, οι τιμές δC έπεσαν και ανέβηκαν αμέσως μετά την κίνηση. Αν και η ανάλυση της ανάλυσης σταθερών ισοτόπων δεν μας επιτρέπει να αποκρυπτογραφήσουμε την άμεση αιτία της μαζικής μετακίνησης, υποδεικνύει περιφερειακές περιβαλλοντικές αλλαγές, όπως η ένταση της βροχόπτωσης, η οποία φαίνεται να είναι κρίσιμη για την έναρξη της αστοχίας πλαγιάς πάνω από το Σπήλαιο Kalacka.
Οι πλαγιές του Kalacka Turnia υπέφεραν από πολύπλοκες κινήσεις μάζας του βράχου που μπορεί να ξεκίνησαν ως διαστολή, όπως επισημάνθηκε από ρήγματα που βρέθηκαν στο σπηλαιόθεμα, η ενεργοποίηση του οποίου χρονολογήθηκε για μια περιοχή από 280 ± 7 ka έως 265 ± 8 ka. Το δεύτερο στάδιο (η κατολίσθηση πάνω από το σπήλαιο) δεν έχει χρονολογηθεί. Ωστόσο, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η παραμόρφωση έγινε αργότερα από 280 ± 7 ka. Σύμφωνα με τα γεωηλεκτρικά δεδομένα, οι κατασκευές που αναπτύχθηκαν κατά τη διάρκεια του δεύτερου σταδίου φτάνουν έως και τα 40 μέτρα σε βάθος.
Η έλλειψη του δακτύλου του ποδιού, ή η κατωφέρεια, της κατολίσθησης μπορεί να ερμηνευτεί με δύο τρόπους. Πρώτον, δεν είμαστε σίγουροι ότι η κατολίσθηση είχε ποτέ δάχτυλο. Λαμβάνοντας υπόψη την αναλογία του ύψους της κεφαλής (έως 4 m) προς το μήκος ολόκληρης της μορφής (περίπου 250 m) και την έκτασή της από τον πυθμένα της κοιλάδας μέχρι την κορυφογραμμή, αυτή η μαζική κίνηση θα μπορούσε να αναγνωριστεί ως βαθιά παραμόρφωση βαρυτικής κλίσης. Τέτοιες μορφές συχνά στερούνται λοβών. Από την άλλη πλευρά, το στέμμα και το κεφάλι της κατολίσθησης έχουν διατηρηθεί και η υπόγεια κατασκευή περιέχει την επιφάνεια της ρήξης, η οποία μπορεί να υποδηλώνει ότι το δάκτυλο του ποδιού θα μπορούσε να έχει αναπτυχθεί εκεί. Η έλλειψη μορφών κατολίσθησης στο ανάγλυφο κάτω από τα όρια των τελευταίων παγετώνων αποθέσεων υποδηλώνει ότι το δάκτυλο του ποδιού αργότερα διαβρώθηκε από τον πάγο του παγετώνα.
Κατά το τελικό στάδιο, η διαστολή αναζωογονήθηκε (μετά 35 ± 4 ka) και στην επιφάνεια, σημειώθηκε πτώση βράχου, που κάλυπτε τις τελευταίες παγετώδεις αποθέσεις που δείχνει την ανάπτυξή της κατά το τελευταίο Πλειστόκαινο ή το Ολόκαινο. Επιπλέον, ρωγμές και διαστολές που εκτείνονται πέρα από το εύρος της κατολίσθησης μπορεί να υποδηλώνουν τη συνεχιζόμενη μαζική χαλάρωση της. Αυτό μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η Kalacka Turnia παραμορφώθηκε σταδιακά από βαθιές παραμορφώσεις βαρυτικής κλίσης.
