- Processus d'altération karstique
- Facteurs nécessaires à l' apparition du relief karstique:
- Mécanismes de dissolution de la roche hôte:
- Géomorphologie des reliefs karstiques
- -Décharge karstique interne ou endocarstique
- Grottes sèches
- Galeries
- Stalactites, stalagmites et colonnes
- Canons
- -Support externe karstique, exocarstique ou épigénique
- Dolinas
- les raisins
- Poljés
- Les formations karstiques comme zones de vie
- Zones photiques dans les formations karstiques
- Faune et adaptations dans la zone photique
- Autres conditions limites dans les formations karstiques
- Microorganismes des zones endocarstiques
- Microorganismes des zones exocarstiques
- Paysages de formations karstiques en Espagne
- Paysages de formations karstiques en Amérique latine
- Références
Le relief karstique, karstique ou karstique, est une forme de topographie dont l'origine est due à des processus d'altération par dissolution des roches solubles calcaires, dolomites et gypse. Ces reliefs se caractérisent par la présentation d'un système de drainage souterrain avec des grottes et des drains.
Le mot karst vient du karst allemand, terme utilisé pour désigner la région italo-slovène de Carso, où les reliefs karstiques abondent. L'Académie royale espagnole a approuvé l'utilisation des deux mots «karst» et «karst», avec une signification équivalente.
Figure 1. Montagnes d'Anaga, Tenerife, Îles Canaries, Espagne. Source: Jan Kraus via flickr.com/photos/johny
Les roches calcaires sont des roches sédimentaires principalement composées de:
- Calcite (carbonate de calcium, CaCO 3).
- Magnésite (carbonate de magnésium, MgCO 3).
- Minéraux en petites quantités qui modifient la couleur et le degré de compactage de la roche, tels que les argiles (agrégats de silicates d'aluminium hydratés), l'hématite (minéral d'oxyde ferrique Fe 2 O 3), le quartz (minéral d'oxyde de silicium SiO 2) et la sidérite (carbonate de fer minéral FeCO 3).
La dolomite est une roche sédimentaire constituée de la dolomite minérale, qui est un double carbonate de calcium et de magnésium CaMg (CO 3) 2.
Le gypse est une roche composée de sulfate de calcium hydraté (CaSO 4.2H 2 O), qui peut contenir de petites quantités de carbonates, d'argile, d'oxydes, de chlorures, de silice et d'anhydrite (CaSO 4).
Processus d'altération karstique
Les processus chimiques de la formation karstique comprennent essentiellement les réactions suivantes:
- Dissoudre le dioxyde de carbone (CO 2) dans l'eau:
CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
- La dissociation de l'acide carbonique (H 2 CO 3) dans l'eau:
H 2 CO 3 + H 2 O → HCO 3 - + H 3 O +
- La dissolution du carbonate de calcium (CaCO 3) par attaque acide:
CaCO 3 + H 3 O + → Ca 2+ + HCO 3 - + H 2 O
- Avec une réaction totale résultante:
CO 2 + H 2 O + CaCO 3 → 2HCO 3 - + Ca 2+
- L'action des eaux gazeuses légèrement acides, produisant la dissociation de la dolomite et l'apport ultérieur de carbonates:
CaMg (CO 3) 2 + 2H 2 O + CO 2 → CaCO 3 + MgCO 3 + 2H 2 O + CO 2
Facteurs nécessaires à l' apparition du relief karstique:
- L'existence d'une matrice de roche calcaire.
- La présence abondante d'eau.
- La concentration appréciable de CO 2 dans l'eau; cette concentration augmente avec les hautes pressions et les basses températures.
- Sources biogènes de CO 2. Présence de micro-organismes, qui produisent du CO 2 par le processus de respiration.
- Assez de temps pour l'action de l'eau sur le rocher.
Mécanismes de dissolution de la roche hôte:
- L'action des solutions aqueuses d'acide sulfurique (H 2 SO 4).
- Le volcanisme, où les coulées de lave forment des grottes tubulaires ou des tunnels.
- Action érosive physique de l'eau de mer qui produit des grottes marines ou côtières, en raison de l'impact des vagues et de l'affaiblissement des falaises.
- Grottes côtières formées par l'action chimique de l'eau de mer, avec solubilisation constante des roches hôtes.
Géomorphologie des reliefs karstiques
Le relief karstique peut se former à l'intérieur ou à l'extérieur d'une roche hôte. Dans le premier cas, on parle de relief karstique interne, endocarstique ou hypogénique, et dans le second cas de relief karstique externe, exocarstique ou épigénique.
Figure 2. Relief karstique à Covadonga, Asturies, Espagne. Source: Mª Cristina Lima Bazán via
-Décharge karstique interne ou endocarstique
Les courants d'eau souterrains qui circulent dans les lits de roches carbonées creusent des cours internes dans les grosses roches, à travers les processus de dissolution que nous avons mentionnés.
Selon les caractéristiques de l'affouillement, différentes formes de relief karstique interne apparaissent.
Grottes sèches
Des grottes sèches se forment lorsque des courants d'eau internes quittent ces canaux qui ont creusé à travers les roches.
Galeries
Le moyen le plus simple d'être creusé par l'eau à l'intérieur d'une grotte est la galerie. Les galeries peuvent être élargies pour former des "voûtes" ou elles peuvent être rétrécies et former des "couloirs" et des "tunnels". Des "tunnels ramifiés" et des montées d'eau appelées "siphons" peuvent également être formés.
Stalactites, stalagmites et colonnes
Pendant la période où l'eau vient de quitter son cours à l'intérieur d'un rocher, les galeries restantes sont laissées avec un degré d'humidité élevé, exsudant des gouttelettes d'eau avec du carbonate de calcium dissous.
Lorsque l'eau s'évapore, le carbonate précipite dans un état solide et des formations apparaissent qui poussent à partir du sol appelées «stalagmites», et d'autres formations se développent suspendues au plafond de la grotte, appelées «stalactites».
Lorsqu'une stalactite et une stalagmite se rencontrent dans le même espace, s'unissant, une «colonne» se forme à l'intérieur des grottes.
Canons
Lorsque le toit des grottes s'effondre et s'effondre, des «canyons» se forment. Ainsi, des coupes très profondes et des parois verticales apparaissent là où les rivières de surface peuvent s'écouler.
-Support externe karstique, exocarstique ou épigénique
La dissolution du calcaire par l'eau peut percer la roche à sa surface et former des vides ou des cavités de différentes tailles. Ces cavités peuvent être de quelques millimètres de diamètre, de grandes cavités de plusieurs mètres de diamètre ou des canaux tubulaires appelés «lapiaces».
Au fur et à mesure qu'un lapiaz se développe suffisamment et génère une dépression, d'autres formes de relief karstiques apparaissent appelées «dolines», «uvalas» et «poljes».
Dolinas
Le gouffre est une dépression à base circulaire ou elliptique , dont la taille peut atteindre plusieurs centaines de mètres.
Souvent, dans les gouffres, l'eau s'accumule qui, en dissolvant les carbonates, creuse un évier en forme d'entonnoir.
les raisins
Lorsque plusieurs gouffres poussent et se rejoignent dans une grande dépression, un «raisin» se forme.
Poljés
Lorsqu'une grande dépression à fond plat et de dimensions en kilomètres se forme, on parle de «poljé».
Un poljé est en théorie un gros raisin, et dans le poljé il y a les plus petites formes karstiques: uvalas et dolines.
Dans les Poljés, un réseau de canaux d'eau est formé avec un évier qui se jette dans les eaux souterraines.
Figure 3. Cueva del Fantasma, Aprada-tepui, Venezuela. (Observez les personnes sur le côté gauche de l'image pour une référence de taille). Source: MatWr, de Wikimedia Commons
Les formations karstiques comme zones de vie
Dans les formations karstiques, il y a des espaces intergranulaires, des pores, des articulations, des fractures, des fissures et des canaux, dont les surfaces peuvent être colonisées par des micro-organismes.
Zones photiques dans les formations karstiques
Dans ces surfaces des reliefs karstiques, trois zones photiques sont générées en fonction de la pénétration et de l'intensité de la lumière. Ces zones sont:
- Zone d' entrée: cette zone est exposée à l'irradiation solaire avec un cycle d'éclairage quotidien jour-nuit.
- Zone crépusculaire: zone photique intermédiaire.
- Zone sombre: zone où la lumière ne pénètre pas.
Faune et adaptations dans la zone photique
Les différentes formes de vie et leurs mécanismes d'adaptation sont directement corrélés aux conditions de ces zones photiques.
Les zones d'entrée et de crépuscule ont des conditions tolérables pour une variété d'organismes, des insectes aux vertébrés.
La zone sombre présente des conditions plus stables que les zones superficielles. Par exemple, il n'est pas affecté par les turbulences du vent et maintient une température pratiquement constante tout au long de l'année, mais ces conditions sont plus extrêmes en raison de l'absence de lumière et de l'impossibilité de la photosynthèse.
Pour ces raisons, les zones karstiques profondes sont considérées comme pauvres en nutriments (oligotrophes), car elles manquent de producteurs primaires photosynthétiques.
Autres conditions limites dans les formations karstiques
En plus de l'absence de lumière dans les environnements endocarstiques, dans les formations karstiques, il existe d'autres conditions limitantes pour le développement des formes de vie.
Certains environnements avec des connexions hydrologiques à la surface peuvent subir des inondations; les grottes du désert peuvent connaître de longues périodes de sécheresse et les systèmes tubulaires volcaniques peuvent connaître une activité volcanique renouvelée.
Dans les cavernes internes ou les formations endogènes, diverses conditions potentiellement mortelles peuvent également se produire, telles que des concentrations toxiques de composés inorganiques; soufre, métaux lourds, acidité ou alcalinité extrême, gaz mortels ou radioactivité.
Microorganismes des zones endocarstiques
Parmi les microorganismes qui peuplent les formations endocarstiques, on peut citer les bactéries, les archées, les champignons et il y a aussi les virus. Ces groupes de microorganismes ne présentent pas la diversité qu'ils présentent dans les habitats de surface.
De nombreux processus géologiques tels que l'oxydation du fer et du soufre, l'ammonification, la nitrification, la dénitrification, l'oxydation anaérobie du soufre, la réduction du sulfate (SO 4 2-), la cyclisation du méthane (formation de composés hydrocarbonés cycliques à partir du méthane CH 4), parmi d'autres sont médiés par des micro-organismes.
Comme exemples de ces micro-organismes, nous pouvons citer:
- Leptothrix sp., Qui affecte les précipitations de fer dans les grottes de Borra (Inde).
- Bacillus pumilis isolé des grottes de Sahastradhara (Inde), médiatisant la précipitation de carbonate de calcium et la formation de cristaux de calcite.
- La bactérie filamenteuse oxydant le soufre Thiothrix sp., Trouvée dans la grotte de Lower Kane, Wyomming (USA).
Microorganismes des zones exocarstiques
Certaines formations exokarstiques contiennent des deltaproteobacteria spp., Acidobacteria spp., Nitrospira spp. et protéobactéries spp.
Les espèces des genres: Epsilonproteobacteriae, Ganmaproteobacteriae, Betaproteobacteriae, Actinobacteriae, Acidimicrobium, Thermoplasmae, Bacillus, Clostridium et Firmicutes, entre autres, peuvent être trouvées dans des formations hypogènes ou endokarstiques.
Paysages de formations karstiques en Espagne
- Parc Las Loras, désigné géoparc mondial par l'UNESCO, situé dans la partie nord de Castilla y León.
- Grotte de Papellona, Barcelone.
- Grotte d'Ardales, Malaga.
- Grotte de Santimamiñe, pays vide.
- Grotte de Covalanas, Cantabrie.
- Grottes de La Haza, Cantabrie.
- Miera Valley, Cantabrie.
- Sierra de Grazalema, Cadix.
- Grotte Tito Bustillo, Ribadesella, Asturies.
- Torcal de Antequera, Malaga.
- Cerro del Hierro, Séville.
- Macizo de Cabra, Subbética Cordoba.
- Parc naturel de la Sierra de Cazorla, Jaén.
- Montagnes d'Anaga, Tenerife.
- Massif de Larra, Navarra.
- Vallée de Rudrón, Burgos.
- Parc national d'Ordesa, Huesca.
- Sierra de Tramontana, Majorque.
- Monastère de Piedra, Saragosse.
- Ville enchantée, Cuenca.
Paysages de formations karstiques en Amérique latine
- Lacs de Montebello, Chiapas, Mexique.
- El Zacatón, Mexique.
- Dolinas de Chiapas, Mexique.
- Cenotes de Quintana Roo, Mexique.
- Grottes de Cacahuamilpa, Mexique.
- Tempisque, Costa Rica.
- Grotte de Roraima Sur, Venezuela.
- Charles Brewer Cave, Chimantá, Venezuela.
- Système La Danta, Colombie.
- Gruta da Caridade, Brésil.
- Cueva de los Tayos, Équateur.
- Système de couteaux Cura, Argentine.
- Île de Madre de Dios, Chili.
- Formation d'El Loa, Chili.
- Zone côtière de la Cordillère de Tarapacá, Chili.
- Formation de Cutervo, Pérou.
- Formation de Pucará, Pérou.
- Grotte d'Umajalanta, Bolivie.
- Formation de Polanco, Uruguay.
- Vallemí, Paraguay.
Références
- Barton, HA et Northup, DE (2007). Géomicrobiologie dans les environnements de grottes: perspectives passées, présentes et futures. Journal of Cave and Karst Studies. 67: 27-38.
- Culver, DC et Pipan, T. (2009). La biologie des grottes et autres habitats souterrains. Oxford, Royaume-Uni: Oxford University Press.
- Engel, AS (2007). Sur la biodiversité des habitats karstiques sulfurés. Journal of Cave and Karst Studies. 69: 187-206.
- Krajic, K. (2004). Les biologistes des cavernes déterrent un trésor enfoui. Science. 293: 2 378 à 2 381.
- Li, D., Liu, J., Chen, H., Zheng, L. et Wang, k. (2018). Réponses des communautés microbiennes du sol à la culture de l'herbe fourragère dans les sols karstiques dégradés. Dégradation et développement des terres. 29: 4 262 à 4270.
- doi: 10.1002 / ldr.3188
- Northup, DE et Lavoie, K. (2001). Géomicrobiologie des grottes: une revue. Journal de géomicrobiologie. 18: 199-222.