izvirno znanstveno delo UDK 551,3.051.551.44(497.4 Škocjanske j,) 551.44(497.4 Škocjanske j.) VPLIV LEZI K NA SPELEOGENETSKI RAZVOJ VHODNEG A DELA ŠKOCJANSKIH JAM Martin KNEZ dr., dipl. ing. geoS., institut za raziskovanje krasa ZR C SAZU , Si-6230 Postojna, Titov trg 2 Ph.D., In geology, Karst Research Institute, Scientific Research Centre of the Slovene Academy of Sciences and Arts, Si-6230 Postojna, Titov trg 2 IZVLEČEK Avtor podaja rezultate raziskav lezik iz ene največjih udomih dolin, Velike doline, iz sistema Škocjanskih jam. Poznavanje odnosov med tvorbo jamskih rovov in tektonskimi pojavi je danes znatno večje od poznavanja vplivov litopetroloških in stratigrafskih lastnosti karbonatne kamnine na podzemeljsko zakrasevanje. Inicialni podzemni kanali so se v Veliki dolini oblikovali ob samo treh t.i. nosilnih lezikah in ta skladnost ni samo navidezna. Ključne besede: krasoslovje, geologija, speleogeneza, lezika, medplastni zdrs, freatični kanal, Kras, Škocjanske jame Key words: karstoiogy, geology, speleogenesis, bedding-plane, interbedded slide, phreatic channel, Kras, Škocjan Caves UVO D V preteklih desetih letih so v okviru Inštituta za raziskovanje krasa ZRC SAZU stekle obsežne raziskave v Škocjanskih jamah in njihovi okolici tako na površju kot v podzemlju. Posebej odmevni so bili izidi geodetskega merjenja in novi popravljeni načrt Škoc­janskih jam, kjer se je polovica Hankejevega kanala po novem "obrnila" za več 10° proti zahodu, kot tudi udornih dolin pred ponorom reke Reke (Kranjc, 1992; More), 1992; Sancin, 1992), Študij prenikanja mezeče vode v nekaterih dvoranah Škocjanskih jam (Kogovšek, 1984, 1992, 1994), ugotavljanje vplivov na podzemsko okolje med graditvijo avtoceste v neposredni bližini (Slabe, 1996), stratigrafske, litološke in tektonske raz­iskave kamnine na površju in v podzemlju in drugo (Gospodaric, 1983, 1984, 1986; Knez, 1991, 1994a, 1 994b; Kranjc A., 1983, 1984, 1989; Kranjc M., 1996; Mihevc, 1993; ŠebelaJ 994). S področja speleogeneze so Škocjanske jame pre-učevali marskikateri avtorji (med njimi npr. Gospodarič, !983; Slabe, 1995 in drugi). Nihče se ni osredotoči! na litološke, petrološke in stratigrafske lastnosti kamnine in z njimi tesno povezane speleogenetske zakonitosti. Ena obsežnejših raziskav v zadnjem času je bila usmerjena v podrobne mikroskopske raziskave karbonatne kamnine v tistih odsekih geološkega stolpca, ki meji na "jamo­nosne" lezike; točneje tiste, v katerih so se oblikovale prve, inicialne podzemeljske vodne poti (Knez, 1996). Tematika, ki poleg tektonskega znanja upošteva tudi vpliv litoloških, petroloških in stratigrafskih lastnosti kamnine, je v nekaterih geoloških in krasoslovnih krogih odprla deloma nov, deloma kompleksnejši in s tem bogatejši in kakovostnejši vpogled v oblikovanje primar­nih freatičnih kanalov. Nekatera nova pa tudi stara sta­lišča glede pomembnosti lezik oz. stratigrafski položaj posameznih plasti kot tudi vpliv litoloških in petroloških lastnosti na začetno speleogenezo so dobila nov krog raziskovalcev (Šušteršič, 1994). Prav tako bi rad tudi poudaril v zadnjem času pomembne raziskave o mož­nosti raztapljanja kamnine z uporabo močnih kislin (VVorthington & Ford, 1995}, speleogenetski pomen t.i. trans-bedding kontrasta (Lovve, 1992) in drugo. PROBLEMATIKA Kljub temu da so krasoslovci že od začetkov spe­leološke vede poskušali razvozlati odnose med geo­ ANNALES 9/'96 MaHm KNEZ: VPLIV LEZIK NA SPELEOCENETSKI RAZVOJ VHODNEG A DELA ŠKOCJANSKiH JAM, 89-94 loškimi lastnostmi kamnine in oblikovanjem rovov, raz­iskovalci slovenskega kraškega podzemlja beležijo na načrte jam predvsem tektonske elemente. Preučevanju tvorbe rovov v kraškem podzemlju z vidika litope­trologije in stratigrafije je bilo v preteklosti premalo izpostavljeno. Posamezni parametri so bili nakazani le delno, večina pa je bila slutenih. S svojimi raziskavami sem skušal problem s po­drobnimi meritvami in na praktičen način osvetliti na primeru začetnih kanalov, vidnih v Veliki dolini v Škoc­janskih jamah. jamski rovi, njihovi fragmenti in drugi sledovi pod­zemskega zakrasevanja v udornici Veliki dolini se nam­reč ne pojavljajo poljubno razmetani v stenah, ampak so zbrani vzdolž majhnega števila lezik (slika 1). ideja za temeljno vprašanje - ali je takšna "obogatitev" morda navezana na last­nosti kamnine / lezik oziroma ali je selektivno zakra­sevanje popojeno v kamnini? je torej izhajala iz jasne koincidence (navezanosti) med kamnino in lezikami oziroma kamnino in ostanki jamskih freatičnih kanalov. Škocjanske jame so eden središčnih kraških objektov na krasu, klasičnem Krasu ter Krasu in končno tudi v kamninah, ki so za Kras najbolj značilne oziroma razširjene. Zato bi mogle ali pa celo morale biti merilo ali morda vzorčni model tudi za speleološke objekte zunaj Slovenije. Poudariti želim, da zelo pogosto iščemo in v krasoslovni literaturi marsikdaj tudi najdemo primere, ki so nastali v popolnoma drugačnih sedi­mentac.ijskih razmerah (npr. paleozoik) in okoljih ter tektonskih razmerah z drugimi značilnostmi (npr. vodo­ravne plasti), kot so na območju klasičnega Krasa, Zato mu velja toliko večja pozornost. Slika 1: Nosilna lezika 500 in ponor Reke v Veliki dolini (desni bok udornice)(Foio: M. Knez). Fig. 1: Bedding-plane 500 and swallow-hole in Velika do­lina (the right flank of collapse doline)(Photo: M. Knez). DOSEDANJA LITERATURA Poudariti moram, da pomeni plastnatost, kot element nezveznosti oziroma kot mesto "oslabelosti" in manjše odpornosti kamnine za korozijske vplive vode v zgodnji fazi razvoja, predvsem v angloameriški literaturi enega pomembnejših faktorjev. Kljub temu da je znaten odstotek jam po svetu ob­likovanih v celoti ali vsaj večinoma v lezikah ali stra­tigrafsko in litološko določenih horizontih, je izbor lite­rature s področja o2je problematike razmeroma skro­men , Na področje raziskav lezik kot mediju inicialnih kanalov začeti a posega le okrog pet enot: Davies (1960), Ewers (1966), Raucb & White (1970), Ford & Ewers (1978). Raziskovalci kot Dreybrodt (1988), White (1988), Ford & Williams (1989), Palmer (1991), Worthington (1991), Lowe (1992) prej navedene avtorje obsežno citirajo in delajo predvsem teoretske zaključke. NOSILNE LEZIKE V VELIKI DOLIN I Lezike, ob katerih so se izoblikovali kanali in kasneje rovi, so tri (3), imenujem jih nosilne lezike (slika 2). Dosti številnejše druge lezike (59) nimajo speleo­genetskega pomena, "jamonosmh" lezik je torej le 4,8%^ "Nosilno leziko" imenujem leziko, ob kateri se je razvilo začetje (Šušteršič, 1994). To pomeni, da je bila na določenem območju in v določenem času odlo­čujoča za pretok tistih in hkrati bistvenih količin vode, da je tok prekoračil prag turbulence. Zato so ob tej leziki zbrani prvotni jamski kanali. speleogertetska faza dolžina trajanja RAZVO J 1 .-začetje (inception} 100.000-1,000.000 let 2.-oblikovanje (gestation) 10.000-100.000 let z laminarnim tokom 3.--preboj (breakthrough) trenutek 4-rast.s turbulentnim tokom čas je odvisen ocl fizikalno­ (+ možna abrazija) kemičmh lastnosti vode, minimum 10.000 let (W. Dreybrodt, 1988) RAVNOTEŽJE 5.-prevajanje na paragenetskem pragu, lahko več milijonov let RAZPADANJE lahko več deset milijonov let 6,-fosilizacija 7,-seseclanje Preglednica 1: Tri predlagane speleogcnctske faze (po: Knez, 1996). Table 1: Three suggested spelcogcnetical phases (after: Knez, 1996). Martin KNEZ; VPLIV LEZIK NA SPUEOCSNETSKl RAZVOJ VI-IODNECA DELA ŠKOCJANSKIH JAM, 89-94 Steinke (1971) je definiral jamo kot "tridimenzionalni nič". Lezika je posledično "dvodimenzionalni nič". Lezika je pravzaprav dvakrat "meja med maso in ničem". Zato je morda zanimivejša "rešitev" definicije s to terminologijo, da je lezika "nič med maso in maso". MIKROSKOPSKE RAZISKAVE Poudariti moram, da je bilo iz Velike doline mikro­skopsko pregledanih več kot 250 zbruskov in ob upo­števanju okrog 40 parametrov opravljenih prek 10.000 meritev. Po teh podatkih so bili izrisani podrobni geološki stolpci kamnine, ki meji na "jamonosne" kot tudi "nejamonosne" lezike. Z mikroskopskimi preiskavami nisem ugotovil kore­lacije med sedimentološkimi lastnostmi kamnine in obli­kovanjem rovov. Zato sem se usmeril še v druge raz­iskave in posvetil precej časa raziskavam kalcitnih žil. Ugotovil sem, da so kaidtne žile bistveno številnejše v neposredni bližini nosilnih lezik kot v območjih med njimi (slika 3). Tik pod nosilnimi lezikami je v kamnini bistveno manj kalcitnih žil kot tik nad nosilno leziko, Kalcitne žile so bistveno debelejše v neposredni bližini nosilnih lezik kot dlje od njih in drugo. KALCIJEV KARBONAT (CaC0 3 ) Vrednosti kalcijevega karbonata (CaC03> so v celotnem geološkem stolpcu v rangu od 98,18% do 99,82%. Razlika med obema vrednostima je tako dober odstotek in pol, Čeprav minimalna, je zelo jasna razlika med vred­nostmi skupnega karbonata v neposredni bližini nosilnih lezik, ki je za 0,33% večja od tiste med nosilnimi le­zikami. Omenil bi še razliko med povprečno vrednostjo vzorcev nad nosilnimi lezikami, ki je za 0,13% večja od povprečne vrednosti vzorcev pod nosilnimi lezikami. GEODETSKE MERITVE LEZIK, NEKATERIH OHRANJENI H KANALOV IN ROVOV Na raziskanem področu Velike doline sem skušal ugotoviti dolžino, volumen in potek kanalov, ki so bili oblikovani v kamnini pred udorom. Ker o poteku kanalov skozi material, ki ga je Reka že izprala skozi Škocjanske jame proti jadranskemu morju, lahko samo sklepamo, so takšni izračuni le približni. Zato sem od tega odstopil. Odnešena gmota kamnine med boki je bila pred udorom verjetno prevotljena kot mravljišče. Videti je, da je bil pretok vode še v obdobju laminarnega toka bolj ali manj neoviran po večji površini lezike (slika 4), Slika 2: Nosilna lezika 600 (Foto: M. Knez). Fig. 2: Formative bedding-plane 600 (Photo: M. Knez). SINTEZA MERSKIH PODATKO V IN PODATKOV, PRIDOBLJENIH S TERENSKIM OPAZOVANJEM Vsakokratno manjšanje debeline plasti nad nosilno leziko daje vtis, da imamo opraviti s ciklično sedi­mentacijo. Čeprav se na oko cikli pričnejo oz, končajo z nosilnimi lezikami in so plasti v spodnjih delih posa­meznih ciklov bistveno debelejše kot v zgornjem delu, mikroskopske preiskave niso pokazale očitnejših razlik pri sedimentaciji. Povečano število kalcitnih žilic, vidnih v mikro­skopskih preparatih iz apnenca iz neposredne bližine nosilnih lezik, je prepričljiv znak, da je ob "jamonosnih" lezikah prišlo do rnedp lastni h zdrsov, Pred mikroskopiranjem medplastnih zdrsov na te­renu makroskopsko nisem opazil in sem jih dokazal šele v zbruskib. Ker sem vzorčeval neprekinjeno, se je jasno pokazalo, da so plasti poškodovane oz. zdrobljene le v velikostnem redu nekaj milimetrov. Martin KNEZ: VPLIV LESK NA SPfLEOCENETSKl RAZVOJ VHODNEG A DELA ŠKOCJANSKIH JAM, 89-94 Slika 3: Zelo zdrobljena kamnina ob nosilnih lezikah. Fig. 3: Extremely technically crushed rock along for­mative bedding-planes. Kratko lahko odgovorimo na osnovni vprašanji: 1. Prvotni kanali so dejansko močno skoncentrirani ob samo treh "nosilnih" lezikah med 62 opazovanimi in ta skladnost nikakor ne more biti navidezna. 2. Nosilne Iezike se od drugih ločijo vsaj v naslednjih lastnostih: a. kamnina ob teh lezikah je značilno poškodovana; b. vsebnost kalcita je tu za spoznanje večja kot dlje od njih; c. kalcitne žilice so vzdolž njih številnejše kot dlje od njih; d. nosilne iezike so ločnice med posameznimi cikli. SKLEP Samoumevna se zdi misel, da je vendar že davno dokazano, da se jame razvijajo tako po tektonskih de­formacijah kot tudi po lezikah in da je vsaka nadaljnja razprava odveč. Takšno mnenje povzema neko neopre­deljeno, navidezno predznanje in je verjetno prav zato dolgo odvračalo pozornost speieologov od nekaterih postavk. Šele nadrobne raziskave postrežejo z na prvi pogled malenkostnimi ugotovitvami, ki pa vendarle pri­našajo natančnejše in predvsem konkretnejše odgovore. Šele v najnovejšem času se pogledi usmerjajo k samemu nastanku kamnine in posledično lezikam, Kljub temu da sem potrdil skoraj popolno navezanost jamskih rovov na zelo majhno število iezik, sem ugotovil, da v konkretnem primeru Velike doline teoretične predpo­stavke povsem ne odgovarjajo dejanskemu stanju. Obravnavani primer je drastično pokazal, da imajo matična kamnina oz. Iezike pri začetni speieogenezi zelo verjetno povsem samostojne in neodvisne vloge: - da lezika ni samo presledek med dvema kamnin­skima paketoma, in - da plast ni samo gmota kamnine, omejena s parom iezik (ali bolje, poilezik). Obe entiteti je očitno treba obravnavati samostojno in šele potem skupno. Ta moment je bil v speleoiogiji dosiej, kolikor lahko presodim iz razpoložljive literature, neznan. Pričakovali smo, cla se bo pokazalo, kako zgolj potek sedimentacije vpliva na oblikovanje kraških ka­nalov, Izkazalo pa se je, da so neposredne povezave na nivoju medplastnih zdrsov ali vsaj strižnib napetosti. Raziskava je izluščila moment, ki je bil doslej v nekaterih primerih sluten, večkrat popolnoma neopa­žen, na mikroskopskem nivoju nikoli dokazan. jasno se je pokazala tudi okoliščina, o kateri dosiej ni bilo govora, Osnovni parametri speieogeneze niso samoumevno zapisani na makroskopski ravni. Razvidni postanejo šele pri podrobnejših raziskavah. Kljub so­razmerno velikim dimenzijam kraških jam začetni pro­cesi potekajo na mikroskopski ravni, takšnih izmer pa so tudi geološki parametri, ki jih porajajo. Vsekakor bo v prihodnje treba makrotektonsko in mikrogeološko zna­nje v istih regionalnih okvirih sestavljati, združevati in dopolnjevati. L Slika 4: Jama ob leziki v Veliki dolini (Foto: M. Knez). Fig. 4: The cave along the bedding-plane in Velika dolina (Photo: M. Knez). Msni n KN6Z : VPU V UEZMC N A SPf LtOCENETSK l RAZVO J VHOPNtC A DB A SKOCJANSK1 H JAM, 894 4 ~ SUMMARY The author presents the results of his research into bedding-planes in one of the largest collapse doline, the so-called Velika dolina in the Skocjan Caves system. The knowledge of relations between the formation of cave passages and tectonic phenomena is today much greater in comparison with the knowledge of the impacts of lithopetrologic and stratigraphie properties of carbonate rock on subterranean karstification. In Velika dolina, the initial subterranean channels formed only along the three so-called formative bedding planes, and this uniformity is not merely fictitious. LITERATURA DAVŠES, W, 1960. Origin of Caves in Folded Limestone,- Bulletin of National Speleological Society, Vol 22, Part 1, 5-22, Alexandria, Virg. DREYBRODT, W. 1988. Processes in Karst Systems. Physics, Chemistry, and Geology.- Springer-Verlag, Xli+288 str,, Berlin, Heidelberg. EWERS, R, O. 1966. Bedding-plane Anastomoses and Their Relation to Cavern Passages.- Bull. Nat. Spel. Soc., 28, 3, 133-140, Arlington, FORD, D. C. & EWERS, R. O. 1978. The development of limestone cave systems in the dimensions of lenght and depth,- Canadian journal of Earth Sciences, 15, 11, 1783-1798. FORD, D. & WILLIAMS P. 1989. Karst Geomorphology and Hydrology.- XV + 601 p., Unwin Hyman, London. COSPODARIČ, R. 1983. O geologiji in speieogenezi Škocjanskih jam,- Geol, zbor., UEK, FNT, Montanistika, 4, 163-172, Ljubljana, COSPODARIČ, R. 1984. Jamski sediment! in speleo­geneza Škocjanskih jam,- Acta carsologica SAZU, 12, 27-48, Ljubljana. COSPODARIČ, R. 1986. O geološkem razvoju klasične­ga krasa,- Acta crasologica, 14/15, 19-29, Ljubljana. KNEZ, M. 1991. Sedimentological and Siratigraphica! Properties of Limestones from the Škocjanske jame area (Outer Dinarids).- The Second International Symposium on the Adriatic Carbonate Platform, 105, Zagreb. KNEZ, M. 1994a. Phreatic Channels in Velika dolina, Škocjanske jame (Škocjanske jame Caves, Slovenia}.- Acta carsologica, 23, 63-72, Ljubljana, KNEZ, M. 1994b. Paleoekološke značilnosti vremskih plasti v okolici Škocjanskih jam,- Acta carsologica, 23, 303-347, Ljubljana. KNEZ, M. 1996. Vpliv lezik na razvoj kraških jam,-Zbirka ZRC, 14, 186 str., Ljubljana. KOCOVŠEK, }. 1984. Vertikalno prenikanje v Škoc­janskih jamah in Dimnicah.- Acta carsologica, 12, 49­65, Ljubljana. KOCOVŠEK, J. 1992. Flowstone Deposition in the Slovenian Caves.- Acta carsologica, 21, 167-173, Lju­bljana. KOCOVŠEK, J. 1994. impact of Human Activity on Škocjanske jame,- Acta carsologica, 23, 74-80, Lju­bljana. KRANfC, A. 1983. Recentni fluvialni sediments v Škocjanskih jamah.- Mecln. simp. "Zaščita Krasa ob 160­lelnici turističnega razvoja Škocjanskih jam (Lipica 1982)", 27-31, Sežana. KRANJC, A. 1986. Transport rečnih sedimentov skozi kraško podzemlje na primeru Škocjanskih jam,- Acta carsologica, 14/15, 109-116, Ljubljana, KRANJC, A. 1989. Recent Fluvial Cave Sediments, Their Origin and Role in Speleogenesis,- Dela SAZU, Razred za naravoslovne vecle, Dela 27, 167 p., Ljubljana. KRANjC, A. 1992. Zadnji "veliki problem" Škocjanskih jam po sto letih rešen!- Naše jame, 34, 149-151, Lju­bljana. KRANJC, M. 1996. Škocjanske jame, A contribution to bibliography.- 52 p., Inštitut za raziskovanje krasa ZRC SAZU in Slovenska komisija za UNESCO, Postojna. LOWE, D. j. 1992. The origin of limestone caverns: an inception horizon hypotesis.- XIX+512 str., Manchester Polytechnic, Manchester (doktorska disertacija). MIHEVC, A. 1993. Contact Karst of Brkini Hills on the Southern Side of the Classical Karst area in Slovenia.­Proceedings of the XL International Congress of Speleology, 5-7, Beijing, MOREL, S. 1992. Za mrtvim jezerom,- Naše jame, 34, 152-155, Ljubljana. Martin KNEZ: VPLIV IEZIK NA SPELEOGENETSKi RAZVOJ VHODNEG A DELA ŠKOCJANSKIH JAM, 89-9-1 PALMER, A. N. 1991. Origin and morphology of lime­stone caves.- Bulletin of American Geological Society, 103, 1-21. RAUCH, H. W. & WHITE, W. 8. 1970. Lithologie Controls on the Development of Solution Porosity in Carbonate Aquifers. -Water Resources Research, 6 (4), 1175-1192, Pennsylvania State University, Pennsyl­vania. SANCIN, S. 1992. Nova odkritja v Škocjanskih jamah,-Naše jame, 34, 156-162, Ljubljana. SLABE, T. 1995. Cave Rocky Relief and its Speleo­genetical Significance.- Zbirka ZRC, 10, 128 p., Lju­bljana. SLABE, T. 1996. Karst features in the motorway sections between Čebulovica and Dane.- Acta carsologica, 25, Ljubljana. STE INKE, T. R. 1971. A Vertical Contour Method of Cave Presentation.- NSS Bulletin, 33, 4, 127-134. ŠEBELA, S. 1994. Določitev geološke zgradbe ozemlja nad škocjanskimi jamami s pomočjo letalskih posnet­kov,- Annales, 4, 183-186, Koper. ŠUŠTtRŠlČ, F. 1994. jama Kfoka in začetje - Naše jame, 36, 9-30, Ljubljana. WHITE, W. B. 1988. Geomorphology and hidrologv of karst terrains.- 464 p, Oxford University Press.- New York. WORTHINGTON , S. R. H, 1991. Karst bydrogeology of Canadian Rocky Mountains,- Doktorska disertacija, XVI! + 227 str., McMaster University Hamilton, Hamilton. WORTHINGTON , S. R. H. & FORD, D. C. 1995, High Sulfate Concentrations in Limestone Springs: An impor­tant Factor in Conduit Initiation.- Environmental Geo­logy, 25, 9-15, Berlin.