Caverna

Lechuguilla Cave, Novo México, Estados Unidos da América

Uma caverna ou caverna é um vazio natural no solo, especificamente um espaço grande o suficiente para um humano entrar. As cavernas geralmente se formam pelo intemperismo da rocha e geralmente se estendem profundamente no subsolo. A palavra caverna pode se referir a aberturas menores, como cavernas marinhas, abrigos rochosos e grutas, que se estendem por uma distância relativamente curta na rocha e são chamadas de cavernas exógenas. As cavernas que se estendem mais no subsolo do que a largura da abertura são chamadas de cavernas endógenas.

A espeleologia é a ciência da exploração e estudo de todos os aspectos das cavernas e do ambiente cavernícola. Visitar ou explorar cavernas para recreação pode ser chamado de espeleologia, espeleologia ou espeleologia.

Tipos de formação

A formação e desenvolvimento de cavernas é conhecida como espeleogênese; pode ocorrer ao longo de milhões de anos. As cavernas podem variar amplamente em tamanho e são formadas por vários processos geológicos. Estes podem envolver uma combinação de processos químicos, erosão pela água, forças tectônicas, microorganismos, pressão e influências atmosféricas. Técnicas de datação isotópica podem ser aplicadas a sedimentos de cavernas, para determinar a escala de tempo dos eventos geológicos que formaram e moldaram as cavernas atuais.

Estima-se que uma caverna não pode ter mais de 3.000 metros (9.800 pés) verticalmente abaixo da superfície devido à pressão das rochas sobrepostas. Isso não impõe, no entanto, uma profundidade máxima para uma caverna que é medida de sua entrada mais alta até seu ponto mais baixo, pois a quantidade de rocha acima do ponto mais baixo depende da topografia da paisagem acima dela. Para cavernas cársticas, a profundidade máxima é determinada com base no limite inferior dos processos de formação cárstica, coincidindo com a base das rochas carbonáticas solúveis. A maioria das cavernas é formada em calcário por dissolução.

As cavernas também podem ser classificadas de várias outras maneiras, incluindo um contraste entre ativo e relíquia: cavernas ativas têm água fluindo através delas; cavernas de relíquias não, embora a água possa ser retida nelas. Os tipos de cavernas ativas incluem cavernas de entrada ("nas quais um riacho afunda"), cavernas de saída ("das quais um riacho emerge") e através de cavernas ("atravessadas por um fluxo").

Speleothems in Hall of the Mountain King of Ogof Craig a Ffynnon, uma caverna de solução em South Wales.

Solucional

Cavernas de solução ou cavernas cársticas são as cavernas que ocorrem com mais frequência. Essas cavernas se formam em rochas solúveis; a maioria ocorre em calcário, mas também pode se formar em outras rochas, incluindo giz, dolomita, mármore, sal e gesso. A rocha é dissolvida por ácido natural nas águas subterrâneas que se infiltram através de planos de estratificação, falhas, juntas e recursos comparáveis. Com o tempo, as rachaduras aumentam e se tornam cavernas e sistemas de cavernas.

As maiores e mais abundantes cavernas solucionais estão localizadas em calcário. O calcário dissolve-se sob a ação da água da chuva e das águas subterrâneas carregadas com H₂CO₃ (ácido carbônico) e ácidos orgânicos naturais. O processo de dissolução produz um relevo distinto conhecido como karst, caracterizado por dolinas e drenagem subterrânea. As cavernas de calcário são frequentemente adornadas com formações de carbonato de cálcio produzidas por precipitação lenta. Estes incluem flowstones, estalactites, estalagmites, helictites, canudos de refrigerante e colunas. Esses depósitos minerais secundários em cavernas são chamados de espelotemas.

As partes de uma caverna de solução que estão abaixo do lençol freático ou do nível local do lençol freático serão inundadas.

A Caverna Lechuguilla, no Novo México, e a Caverna Carlsbad, nas proximidades, são consideradas exemplos de outro tipo de caverna solucional. Eles foram formados pelo gás H₂S (sulfeto de hidrogênio) subindo de baixo, onde os reservatórios de petróleo emitem vapores sulfurosos. Este gás se mistura com as águas subterrâneas e forma H₂SO₄ (ácido sulfúrico). O ácido então dissolve o calcário por baixo, e não por cima, pela percolação da água ácida da superfície.

Principal

Explorando um tubo de lava no Havai.

Cavernas formadas ao mesmo tempo que a rocha circundante são chamadas de cavernas primárias.

Os tubos de lava são formados através da atividade vulcânica e são as cavernas primárias mais comuns. À medida que a lava flui para baixo, sua superfície esfria e solidifica. A lava líquida quente continua a fluir sob essa crosta e, se a maior parte fluir, restará um tubo oco. Essas cavernas podem ser encontradas nas Ilhas Canárias, Jeju-do, nas planícies basálticas do leste de Idaho e em outros lugares. A Caverna Kazumura perto de Hilo, no Havaí, é um tubo de lava notavelmente longo e profundo; tem 65,6 km de comprimento (40,8 mi).

Cavernas de lava incluem, mas não estão limitadas a tubos de lava. Outras cavernas formadas por atividade vulcânica incluem fendas, moldes de lava, condutos verticais abertos, inflacionários, bolhas, entre outros.

Mar ou litoral

Caverna pintada, uma grande caverna marítima, Ilha de Santa Cruz, Califórnia

Cavernas marinhas são encontradas ao longo das costas ao redor do mundo. Um caso especial são as cavernas litorais, que são formadas pela ação das ondas em zonas de fraqueza nas falésias. Frequentemente, essas fraquezas são falhas, mas também podem ser diques ou contatos do plano de estratificação. Algumas cavernas cortadas por ondas estão agora acima do nível do mar por causa da elevação posterior. Em outros lugares, como a Baía de Phang Nga, na Tailândia, cavernas de solução foram inundadas pelo mar e agora estão sujeitas à erosão litorânea. As cavernas marinhas geralmente têm cerca de 5 a 50 metros (16 a 164 pés) de comprimento, mas podem exceder 300 metros (980 pés).

Corracional ou erosão

Caverna de sal no Monte Sodoma

Cavernas corrosivas ou erosivas são aquelas que se formam inteiramente pela erosão de cursos de água que transportam rochas e outros sedimentos. Estes podem se formar em qualquer tipo de rocha, incluindo rochas duras como o granito. Geralmente deve haver alguma zona de fraqueza para guiar a água, como uma falha ou junta. Um subtipo da caverna erosiva é o vento ou caverna eólica, esculpida por sedimentos trazidos pelo vento. Muitas cavernas formadas inicialmente por processos de solução muitas vezes passam por uma fase subsequente de alargamento erosivo ou vadoso onde riachos ou rios ativos passam por elas.

Geleira

Caverna Glacier em Big Four Glacier, Big Four Mountain, Washington, C. 1920

As cavernas glaciais são formadas pelo derretimento do gelo e pelo fluxo de água dentro e sob as geleiras. As cavidades são influenciadas pelo fluxo muito lento do gelo, que tende a colapsar novamente as cavernas. As cavernas glaciais às vezes são erroneamente identificadas como "cavernas de gelo", embora este último termo seja adequadamente reservado para cavernas rochosas que contêm formações de gelo durante todo o ano.

Fratura

As cavernas de fratura são formadas quando camadas de minerais mais solúveis, como gesso, se dissolvem entre as camadas de rocha menos solúvel. Essas rochas se fraturam e colapsam em blocos de pedra.

Talus

As cavernas de Talus são formadas por aberturas entre grandes pedras que caíram em uma pilha aleatória, muitas vezes na base de penhascos. Esses depósitos instáveis são chamados de tálus ou seixos e podem estar sujeitos a frequentes quedas de rochas e deslizamentos de terra.

Anquialina

As cavernas anchialinas são cavernas, geralmente costeiras, contendo uma mistura de água doce e água salgada (geralmente água do mar). Eles ocorrem em muitas partes do mundo e geralmente contêm fauna altamente especializada e endêmica.

Padrões físicos

• Cavernas de ramificação assemelhar padrões de fluxo dendritic de superfície; eles são compostos de passagens que se juntam a jusante como afluentes. As cavernas de ramificação são as mais comuns dos padrões das cavernas e são formadas perto de buracos onde ocorre recarga de água subterrânea. Cada passagem ou ramo é alimentado por uma fonte de recarga separada e converge para outros ramos de ordem superior a jusante.
• Cavernas de rede anulares forma de fissuras intersectantes de rocha carbonato que tiveram fraturas ampliadas pela erosão química. Estas fraturas formam passagens altas, estreitas e retas que persistem em loops fechados difundidos.
• Cavernas anabóticas em grande parte se assemelham a fluxos trançados de superfície com suas passagens separando e, em seguida, encontrando-se mais para baixo drenagem. Eles geralmente formam ao longo de uma cama ou estrutura, e raramente cruzam em camas superiores ou inferiores.
• Cavernas de esponja são formados quando as cavidades de solução são unidas pela mistura de água quimicamente diversificada. As cavidades formam um padrão que é tridimensional e aleatório, semelhante a uma esponja.
• Cavernas de Ramiform forma como salas grandes irregulares, galerias e passagens. Estes quartos tridimensionais randomizados formam-se de uma mesa de água que erode a rocha carbonato com água enriquecido hidro-sulfeto.
• Cavernas de pit (cavernas verticais, buracos, ou simplesmente "pits") consistem em um eixo vertical em vez de uma passagem horizontal da caverna. Eles podem ou não estar associados a um dos padrões estruturais acima.

Distribuição geográfica

Domica Caverna em Eslovaco Karst (Eslováquia)

Uma entrada da caverna de Torhola em Lohja (Finland)

As cavernas são encontradas em todo o mundo, embora a distribuição do sistema de cavernas documentado seja fortemente inclinada para os países onde a espeleologia é popular há muitos anos (como França, Itália, Austrália, Reino Unido, Estados Unidos, etc.). Como resultado, cavernas exploradas são encontradas amplamente na Europa, Ásia, América do Norte e Oceania, mas são esparsas na América do Sul, África e Antártica.

Esta é uma generalização grosseira, já que grandes extensões da América do Norte e da Ásia não contêm cavernas documentadas, enquanto áreas como as florestas secas decíduas de Madagascar e partes do Brasil contêm muitas cavernas documentadas. À medida que as extensões de rocha solúvel do mundo são pesquisadas por espeleólogos, é provável que a distribuição de cavernas documentadas mude. Por exemplo, a China, apesar de conter cerca de metade do calcário exposto do mundo - mais de 1.000.000 quilômetros quadrados (390.000 sq mi) - tem relativamente poucas cavernas documentadas.

Registros e superlativos

• O sistema de caverna com o maior comprimento total de passagem pesquisada é Mammoth Cave em Kentucky, EUA, a 685.6 km (426.0 mi).
• O mais longo inquérito caverna subaquática, e segundo mais longo geral, é Sistema Ox Bel Ha em Yucatán, México a 436 km (271 mi).
• O caverna mais conhecida — medida da sua mais alta entrada para o seu ponto mais baixo — é a Gruta de Veryovkina em Abkhazia, Geórgia, com uma profundidade de 2,204 m (7,231 ft). Esta foi a primeira caverna a ser explorada a uma profundidade de mais de 2.000 m (6.600 pés). (A primeira caverna a descer abaixo de 1.000 m (3.300 pés) foi Gouffre Berger na França.) As cavernas de Sarma e Illyuzia-Mezhonnogo-Snezhnaya na Geórgia, (1,830 m ou 6.000 ft, e 1,753 m ou 5,751 ft respectivamente) são as atuais cavernas de segunda e terceira profundidade. O mais profundo fora da Geórgia é Lamprechtsofen Vogelschacht Weg Schacht na Áustria, que é 1.623 m de profundidade.
• O eixo vertical mais profundo em uma caverna é 603 m (1,978 ft) em Vrtoglavica Cave na Eslovénia. O segundo mais profundo é Ghar-e-Ghala a 562 m (1,844 ft) no maciço Parau perto de Kermanshah no Irã.
• O mais profundo caverna subaquática inferiorizado por um veículo submarino operado remotamente a 404 metros (1,325 pés), é o Abyss de Hranice na República Checa.
• A Sala Miao é do mundo maior quarto conhecido por volume, com um volume medido de 10.780.000 m³ (381,000,000 cu ft). O maior quarto conhecido por superfície é Sarawak Chamber, no Parque Nacional Gunung Mulu (Miri, Sarawak, Bornéu, Malásia), um sloping, camarote strewn câmara com uma área de 154,500 m² (1,663,000 pés quadrados). A maior sala de uma gruta de espetáculos é o salle de La Verna nos Pirinéus franceses.
• O maior passagem descoberto é na caverna de Son Doong em Phong Nha-K. Bàng National Park, na província de Quảng Bình, no Vietnã. É de 4,6 km (2,9 mi) de comprimento, 80 m (260 ft) de altura e larga sobre a maior parte do seu comprimento, mas mais de 140 m (460 ft) de altura e larga para parte do seu comprimento.

Os cinco mais pesquisados

1. Mammoth Cave, Kentucky, EUA
2. Sistema Ox Bel Ha, México
3. Sistema Sac Actun/Sistema Dos Ojos, México
4. Jewel Cave, South Dakota, EUA
5. Shuanghedong Cave Network, China

Ecologia

Os morcegos de grandes orelhas de Townsend em uma caverna na Califórnia

Olms em uma caverna eslovena

Os animais que habitam cavernas são frequentemente categorizados como troglóbios (espécies limitadas a cavernas), troglófilos (espécies que podem viver suas vidas inteiras em cavernas, mas também ocorrem em outros ambientes), trogloxenos (espécies que usam cavernas, mas não conseguem completar sua ciclo de vida totalmente em cavernas) e acidentais (animais que não estão em uma das categorias anteriores). Alguns autores usam terminologia separada para formas aquáticas (por exemplo, stygobites, stygophiles e stygoxenes).

Destes animais, os troglóbios são talvez os organismos mais incomuns. Espécies troglóbias geralmente mostram uma série de características, denominadas troglomórficas, associadas à sua adaptação à vida subterrânea. Essas características podem incluir uma perda de pigmento (muitas vezes resultando em uma coloração pálida ou branca), perda dos olhos (ou pelo menos da funcionalidade óptica), alongamento dos apêndices e aumento de outros sentidos (como a capacidade de sentir vibrações na água). Os troglóbios aquáticos (ou estigobitas), como o ameaçado camarão das cavernas do Alabama, vivem em corpos d'água encontrados em cavernas e obtêm nutrientes dos detritos levados para suas cavernas e das fezes de morcegos e outros habitantes das cavernas. Outros troglóbios aquáticos incluem peixes das cavernas e salamandras das cavernas, como o proteus e a salamandra cega do Texas.

Os insetos das cavernas, como Oligaphorura (anteriormente Archaphorura) schoetti, são troglófilos, atingindo 1,7 milímetros (0,067 pol.) De comprimento. Eles têm ampla distribuição e foram estudados de forma bastante ampla. A maioria dos espécimes são fêmeas, mas um espécime masculino foi coletado em St Cuthberts Swalet em 1969.

Os morcegos, como o morcego cinza e o morcego mexicano de cauda livre, são trogloxenos e são freqüentemente encontrados em cavernas; eles forrageiam fora das cavernas. Algumas espécies de grilos das cavernas são classificadas como trogloxenos, porque se empoleiram nas cavernas durante o dia e se alimentam acima do solo à noite.

Devido à fragilidade dos ecossistemas das cavernas e ao fato de que as regiões das cavernas tendem a ser isoladas umas das outras, as cavernas abrigam várias espécies ameaçadas, como a aranha da caverna Tooth, a aranha do alçapão liphistius e o morcego cinza.

As cavernas são visitadas por muitos animais que vivem na superfície, incluindo humanos. Estas são geralmente incursões de duração relativamente curta, devido à falta de luz e sustento.

As entradas das cavernas costumam ter flora típica. Por exemplo, no leste temperado dos Estados Unidos, as entradas das cavernas são mais frequentemente (e muitas vezes densamente) povoadas pela samambaia bulbosa, Cystopteris bulbifera.

Importância arqueológica e cultural

Taíno petroglyphs em uma caverna em Porto Rico

Ao longo da história, os povos primitivos fizeram uso de cavernas. Os primeiros fósseis humanos encontrados em cavernas vêm de uma série de cavernas perto de Krugersdorp e Mokopane, na África do Sul. As cavernas de Sterkfontein, Swartkrans, Kromdraai B, Drimolen, Malapa, Cooper's D, Gladysvale, Gondolin e Makapansgat produziram uma variedade de espécies humanas primitivas que datam de três a um milhão de anos atrás, incluindo Australopithecus africanus, Australopithecus sediba e Paranthropus robustus. No entanto, geralmente não se pensa que esses primeiros humanos viviam nas cavernas, mas que foram trazidos para as cavernas por carnívoros que os mataram.

O primeiro hominídeo antigo encontrado na África, o Taung Child em 1924, também foi pensado por muitos anos como vindo de uma caverna, onde foi depositado após ser predado por uma águia. No entanto, isso agora é debatido (Hopley et al., 2013; Am. J. Phys. Anthrop.). As cavernas se formam na dolomita do Planalto Ghaap, incluindo o local da Idade da Pedra Inicial, Média e Posterior da Caverna Wonderwerk; no entanto, as cavernas que se formam ao longo da borda da escarpa, como a hipótese de Taung Child, são formadas dentro de um depósito secundário de calcário chamado tufo. Existem inúmeras evidências de outras espécies humanas primitivas habitando cavernas de pelo menos um milhão de anos atrás em diferentes partes do mundo, incluindo Homo erectus na China em Zhoukoudian, Homo rhodesiensis em África do Sul na Caverna das Lareiras (Makapansgat), Homo neanderthalensis e Homo heidelbergensis na Europa no Sítio Arqueológico de Atapuerca, Homo floresiensis na Indonésia, e os denisovanos no sul da Sibéria.

No sul da África, os primeiros humanos modernos usavam regularmente cavernas marinhas como abrigo desde cerca de 180.000 anos atrás, quando aprenderam a explorar o mar pela primeira vez. O site mais antigo conhecido é PP13B em Pinnacle Point. Isso pode ter permitido a rápida expansão dos humanos para fora da África e a colonização de áreas do mundo como a Austrália por 60 a 50.000 anos atrás. Em todo o sul da África, Austrália e Europa, os primeiros humanos modernos usaram cavernas e abrigos rochosos como locais para arte rupestre, como os do Castelo do Gigante. Cavernas como a yaodong na China eram usadas como abrigo; outras cavernas foram usadas para enterros (como túmulos escavados na rocha) ou como locais religiosos (como cavernas budistas). Entre as cavernas sagradas conhecidas estão a Caverna dos Mil Budas da China e as cavernas sagradas de Creta.

Cavernas e acústica

A importância do som nas cavernas é anterior à compreensão moderna da acústica. Arqueólogos descobriram relações entre pinturas de pontos e linhas, em áreas específicas de ressonância, dentro das cavernas da Espanha e da França, bem como instrumentos representando motivos paleolíticos, indicadores de eventos musicais e rituais. Aglomerados de pinturas eram frequentemente encontrados em áreas com acústica notável, às vezes até replicando os sons dos animais retratados nas paredes. A voz humana também foi teorizada para ser usada como um dispositivo de ecolocalização para navegar em áreas mais escuras das cavernas onde as tochas eram menos úteis. Pontos de ocre vermelho são frequentemente encontrados em espaços de maior ressonância, onde a produção de pinturas era muito difícil.

As cavernas continuam a ser utilizadas pelos exploradores modernos da acústica. Hoje Cumberland Caverns fornece um dos melhores exemplos de usos musicais modernos de cavernas. As cavernas não são utilizadas apenas para as reverberações, mas também para as qualidades de amortecimento de suas faces anormais. As irregularidades nas paredes das Cavernas de Cumberland difundem sons refletidos nas paredes e dão ao espaço uma qualidade quase semelhante à de um estúdio de gravação. Durante o século 20, músicos começaram a explorar a possibilidade de usar cavernas como locais como clubes e salas de concerto, incluindo nomes como Dinah Shore, Roy Acuff e Benny Goodman. Ao contrário de hoje, essas primeiras apresentações eram normalmente realizadas na boca das cavernas, pois a falta de tecnologia tornava as profundezas do interior inacessíveis com equipamentos musicais. Em Luray Caverns, Virgínia, foi desenvolvido um órgão funcional que gera som por marretas que atingem estalactites, cada uma com um tom diferente.