Συνθήκες σχηματισμού υπογενών σπηλαίων από την Β. Ελλάδα με την μελέτη των ρευστών εγκλεισμάτων=Formation conditions of hypogene caves in N. Greece through the study of fluid inclusions

Περίληψη

Τα σπήλαια συνήθως δημιουργούνται από μετεωρικά νερά τα οποία διαλύουν τα ανθρακικά πετρώματα (ασβεστόλιθοι, μάρμαρα, δολομίτες κλπ) λόγω της δυναμικής κίνησής τους κατά μήκος των διακλάσεων και των μικρορηγμάτων. Τα παραπάνω σπήλαια χαρακτηρίζονται ως επιγενή. Σε ορισμένες περιπτώσεις τα σπήλαια όμως σχηματίζονται από διαλύματα τα οποία ανέρχονται μέσα από το στερεό φλοιό της Γης. Τα διαλύματα αυτά είναι «υδροθερμικά» ή «μαγματικά» και διαλύουν τα ανθρακικά πετρώματα είτε από τη μαγματική-υδροθερμική δραστηριότητα σε σχετικά μεγάλα βάθη είτε λόγω της διάλυσης από τη μίξη μετεωρικών υδάτων με μαγματικά-υδροθερμικά ύδατα σε κατάλληλες οξειδοαναγωγικές συνθήκες. Αυτά τα σπήλαια αποτελούν τα «υπογενή» ή «υδροθερμικά» σπήλαια (Palmer 1991, Ford 2006). Πολλά σπήλαια που αρχικά θεωρούνταν επιγενή αργότερα επαναπροσδιορίστηκαν ως υπογενή. Τα περισσότερα σπήλαια υπογενούς προέλευσης στην Ελλάδα σχετίζονται και βρίσκονται ανεπτυγμένα κοντά σε ένα στεγανό υπόβαθρο (Vaxevanopoulos and Melfos 2010). Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν οι συνθήκες σχηματισμού των σπηλαίων της Μαρώνειας στη Ροδόπη, του Βάραθρου Περιστερώνα στο Κοκκινόχωμα Καβάλας και του Γιοβάννη Λάκκου στη Φωλιά Καβάλας. Η διερεύνηση έγινε με τη μικροθερμομετρική μελέτη εννιά διπλά στιλβωμένων τομών, από διάφορα τμήματα των παραπάνω σπηλαίων και οι θερμοκρασίες που βρέθηκαν επιβεβαίωσαν την υπογενή δημιουργία τους. Για το σπήλαιο της Μαρώνειας τα ρευστά εγκλείσματα έδωσαν θερμοκρασίες περίπου 90 έως 200 °C, με δύο μέγιστα, ένα στους 100 °C και ένα στους 140 °C, κάτι που δείχνει ότι πιθανώς υπήρχαν συνεχή υδροθερμικά γεγονότα. Οι αλατότητες των υδροθερμικών διαλυμάτων ήταν πολύ μικρές 0,17 έως 1,00 % κβ ισοδ. NaCl. Το σπήλαιο στο Βάραθρο Περιστερώνα σχηματίστηκε σε θερμοκρασίες περίπου 116 έως 347 °C, με μέγιστο στους 290 °C, που κι εδώ φαίνεται ότι πιθανώς το υδροθερμικό γεγονός ήταν σχετικά υψηλής θερμοκρασίας. Οι αλατότητες επίσης ήταν πολύ μικρές 0,17 εως 0,50 % κβ ισοδ. NaCl. Τέλος το σπήλαιο Γιοβάννη Λάκκος στην Καβάλα δημιουργήθηκε από υδροθερμικά διαλύματα σε θερμοκρασίες περίπου 112 έως 335 °C, με μέγιστο στους 180 °C, κάτι που υποδηλώνει υψηλή θερμοκρασία. Οι αλατότητες των υδροθερμικών διαλυμάτων ήταν ίδιες με αυτές που μετρήθηκαν στο Βάραθρο, που αποτελεί ένδειξη ότι και στα τρία σπήλαια η προέλευση των νερών ήταν πιθανώς μετεωρική.

Caves are formed by meteoric water that dissolves carbonate rocks (limestones, marbles, dolomites etc.) with aggressiveness into fractures and faults. These caves are defined as “epigenic”. In some cases the caves are formed by solutions ascended from depth. These solutions are hydrothermal or magmatic and dissolve the carbonate rocks by magmatic or hydrothermal activity in depth or by meteoric water mixed with hydrothermal water under appropriate redox conditions. These caves are defined as “hypogenic” or “hydrothermal” caves (Palmer 1991, Ford 2006). Many caves considered previously as epigenic are now reinterpreted as hypogenic. Most Greek hypogenic caves are related with confined speleogenesis in karstic rocks near to impermeable rock exposures (Vaxevanopoulos and Melfos 2010). At the present diploma thesis the formation conditions of the Maronia cave in Rhodope, Varathro Peristerona cave in Kokkinohoma Kavala and Giovanni Lakkos cave in Folia Kavala are studied. This examination was performed through the study of fluid inclusions in nine double-polished sections, from different parts of the caves, and affirmed the hypogenic formation of these caves. Fluid inclusion studies in Maronia cave show temperatures of formation, from 90 to 200oC with two peaks at 100 and 140 oC of the circulating hydrothermal fluids. The salinity of the hydrothermal solutions is low, between 0.17-1.00 % wt NaCl equiv. In Varathro Peristerona cave the fluid inclusion studies show elevated temperatures of formation from 116 to 347oC with a peak at 290 oC of the circulating hydrothermal fluids. The salinity of the hydrothermal solutions is low, between 0.17-0.50 % wt NaCl equiv. Finally, in Giovanni Lakkos the fluid inclusion studies show elevated temperatures of formation 112 to 335oC with peak at 180 oC of the hydrothermal fluids. The salinity is the same as in Varathro Peristerona, which proves that the origin of the water at the three caves was meteoric.