Koncept soodvisnosti v krasu: povezanost vrtač in jam z vidika antropogenih vplivov

Opis

Kraško površje obsega približno 8.800 km2 ali 44 % ozemlja Slovenije,  iz kraških vodonosnikov pa se s pitno vodo oskrbuje približno polovica prebivalcev države. Predvideva pa se, da bo delež oskrbe s pitno vodo iz krasa v prihodnje še naraščal. Kljub visoki stopnji ranljivosti krasa z vidika izjemno nizkih samočistilnih sposobnosti vode v kraških vodonosnikih, so, zaradi širjenja poselitve, kraške pokrajine pod čedalje večjim pritiskom, slednji pa so bili prisotni tudi v pretekli tradicionalni pokrajini (delane vrtače, apnenice v vrtačah). Kras ima značilne površinske in podzemne reliefne oblike, med najbolj prepoznavne pa štejemo vrtače in kraške jame.
Geoznanost posveča vse več pozornosti razumevanju procesov pretoka snovi in njihovega součinkovanja med različnimi geološkimi sistemi. S »konceptom povezljivosti« (imenovan tudi koncept soodvisnosti), želimo v projektu povezati obe omenjeni kraški obliki, saj nas bo zanimal neposreden pretok snovi med vrtačami in jamami. Vrtače nam bodo služile kot »vhodne točke«, jame neposredno pod njimi pa kot »izhodne točke« naših raziskav. V okviru koncepta povezljivosti med kraškim površjem in podzemljem so pomembne predvsem hidrološka, sedimentološka in geokemična povezljivost (onesnaženje).
S primerjavo razmerij med oblikovanostjo površja (npr. kotanja, ravna planota) in podzemnimi prostori (jame) ter vplivov snovnih tokov v daljšem časovnem obdobju bomo razložili naravne procese in ocenili vpliv človeka. Povezljivost in razporeditev tokov je pomemben dejavnik pri raziskovanju preteklih in recentnih antropogenih vplivov na kraško okolje.

Glavni namen projekta je določiti vlogo sedimentov v vrtačah pri hidrološki in geokemični povezljivosti vrtač z plitvimi jamami v vadozni coni, in sicer preko doseganja sledečih specifičnih ciljev raziskave:

  • Cilj 1: Določiti plitve jame v vadozni coni na območju Dinarskih planot (Kras, Matarsko podolje, Gorjanci); in identificirati ustrezne vrtače, ki ležijo nad jamami, in sicer za nadaljnje analize antropogenih vplivov.
  • Cilj 2: Identificirati obstoj, obseg in značilnosti procesov povezljivosti v coni med vrtačo in plitvo jamo za tri reprezentativne plitve jame na območju nizkih dinarsko-kraških planot.
  • Cilj 3:  Analizirati geomorfološke značilnosti relevantnih vrtač.
  • Cilj 4: identificirati značilnosti sedimentnih depozitov v dnu vrtač in značilnosti sedimentov v plitvih jamah; geokemične parametre inflitrirane vode (na površju / v sediment v vrtači in v plitvi jami) z namenom določitve antropogenih vplivov na kraško okolje.
  • Cilj 5: Določiti vpliv sedimentov na procese in značilnosti v epikraški zoni.
  • Cilj 6: Sestaviti in testirati prenosljivi model za oceno vplivov med vrtačami in plitvimi jamami.

Faze projekta


Rezultati

V projektu sledimo 6 specifičnim ciljem v okviru katerih smo do konec leta 2022 dosegli že tudi rezultate  sledečih specifičnih ciljev raziskave.

CILJ 1: DOLOČITI PLITVE JAME V VADOZNI CONI IN USTREZNE VRTAČE ZA NADALJNJE ANALIZE ANTROPOGENIH VPLIVOV

Identificirali smo plitve jame in nad njimi ležeče vrtače. Izdelali smo podatkovni sloj vseh zaznanih plitvih jam in sloj na njih vezanih vrtač v izbranih slovenskih pokrajinah (Kras, Matarsko podolje in Logaško-begunjski ravnik). Raziskava je potekala v arhivu Katastra jam Jamarske zveze Slovenije, geoinformacijske meritve in analize smo izvajali kabinetno, z analizo Lidar DMR (1m x 1m) in satelitskih / letalskih posnetkov, terensko raziskovalno delo pa smo izvajali tako v jamah kakor tudi na kraškem površju. Na nivoju Slovenije smo izbrali 3 jame. Kriterjij vrednotenja so bili globina vadozne jame <100 m; dolžina jame >200 m ; nadmorska višina vhoda v jamo <1000 m n. v. ; razmerje med globino in dolžino jame je < 0,5. Izmed 13.659 podzemnih jam (Kataster jam, 2021) smo izločili 264 (le 1,9 %) primernih za nadaljnjo analizo v 6 pokrajinah: Matarsko podolje, Notranjsko podolje, Pivško podolje in Vremščica, Kras, Bela krajina, Krimsko hribovje in Menišija). Za 103 izbrane jame smo načrte iz Katastra jam skenirali, vektorizirali, georeferencirali in  prekrili s površjem na Lidar DMR. Izbor jam smo zožili na 32, z ekspertno odločitvijo pa smo izbrali 3 jame: Polina peč (kat. št. 938) na Matarskem podolju ter Divaška jama (kat. št. 741) in Jama pri Ukmarjevem dolu (354) na Krasu.

Identificirali smo vrtače  in izvedli geomorfometrično analizo na treh območjih (Kras, Matarsko podolje, Logaško-Begunjski ravnik). Rezultati so predstavljeni v reviji Remote Sensing v prispevku z naslovom The impact of digital elevation model preprocessing and detection methods on Karst depression mapping in densely forested Dinaric mountains.

Izvedli smo geohistorično analizo vrtač na Franciscejskem katastru, Lidarju in letalskih posnetkih ter kartirali vse nekoč delane vrtače in apnenice v vrtačah. Za Logaško-begunjski ravnik smo ovrednotili rabo vrtač z vidika ekološke funkcije za ohranjanje mikrohabitata velikih zveri in rezultate objavili v reviji Remote Sensing v prispevku z naslovom  Dolines and cats : remote detection of karst depressions and their application to study wild felid ecology.

 

CILJ 2: IDENTIFICIRATI OBSTOJ, OBSEG IN ZNAČILNOSTI PROCESOV POVEZLJIVOSTI V CONI MED VRTAČO IN PLITVO JAMO ZA TRI REPREZENTATIVNE PLITVE JAME.

Shematski prikaz povezljivosti med vrtačo in jamo v vadozni coni

Shema

Na območju treh študijskih jam raziskujemo hidrološke, geomorfološke in ekološke procese in pojave v vrtačah na površju in v jamskih rovih. Izvedli smo visoko-ločljivostno (2 cm) terestrično 3D lasersko skeniranje (Leica BLK2GO) jam in za vsako izdelali 3D model, določili lego, globino in geomorfologijo jame.

Preliminarne rezultate za jamo Polina peč smo v letu 2022 predstavili na Mednarodni krasoslovni šoli, na Svetovnem geomorfološkem kongresu ter na bienalnem simpoziju Geografski informacijski sistemi v Sloveniji z znanstveno objavo prispevka v zborniku simpozija z naslovom Določanje geomorfoloških in hidrogeoloških povezav med vrtačami in jamo Polina peč s 3D laserskim skeniranjem.

Vzdolžni profil

Na osnovi 3D modelov smo izvedli strukturno-geološko kartiranje površja in jame in začeli z spremljanjem in prepoznavanjem vzorcev tokov in hidrološke povezanosti v conah povezljivosti z uporabo posrednih metod sledenja vode. V Divaški in jami Polina peč namestili 6 merilcev kapljanja s katerimi bomo zagotovili dolgoročne meritve pretoka in sledenje padavinske vode skozi vadozno cono. Na površju jame Polina peč smo postavili dve merilni postaji za monitoring količine padavin, časovno visoko-resolucijsko merjenje vlage in temperature v sedimentu (<1 m).

Na podlagi študija najnovejše mednarodne literature ter na osnovi preliminarnih hidroloških meritev prenikajoče vode v jami Polina peč (merilci kapljanja), smo v raziskovanju povezljivosti  upoštevali tudi vlogo  rastja, še posebej vlogo dreves, katerih korenine prodirajo globoko v epikraško/vadozno cono. Vegetacija je upoštevana tudi v uveljavljenem konceptu kraške kritične cone (karst critical zone) kar še dodatno dokazuje nujnost njene vključenosti. Kot v jamah smo tudi na površju izvedli visoko-ločljivo 3D lasersko skeniranje reliefa in vegetacije z uporabo istega terestričnega skenerja (LiDAR-ja). Izvedli smo terestrično 3D lasersko skeniranje 20 vrtač iz katerih trenutno izdelujemo natančne 3D modele reliefa. Doslej smo v 20 vrtačah na Krasu opravili natančne terenske fitocenološke popise. Rezultate meritev električne upornosti tal smo uporabili za raziskovanje geomorfoloških in hidroloških procesov v odnosu z ekološkimi procesi v vrtačah. Rastlinstvo smo uporabili kot posredni pokazatelj ekoloških razmer v vrtači in določili reliefno-vegetacijske enote (landform vegetation units). Rezultate pa objavili v reviji Ecological Indicators v prispevku Landform-vegetation units in karstic depressions (dolines) evaluated by indicator plant species and Ellenberg indicator values.

Na sliki je prikazanih 10 študijskih vrtač, različne velikosti in po transektu sever jug v merilu 2mx2m zveznih ploskev razporejene reliefno-vegetacijske enote.

Študijske vrtače

 

CILJ 3:  ANALIZIRATI GEOMORFOLOŠKE ZNAČILNOSTI RELEVANTNIH VRTAČ

Regionalna analiza je bila izvedena na osnovi LiDAR DMR 1x1m in je zaključena za 3 območja, pri čemer smo ugotovili, da so za vrednotenje antropogenih vplivov smiselne jame na Krasu in Matarskem podolju. Rezultati so predstavljeni v reviji Remote Sensing v prispevku z naslovom The impact of digital elevation model preprocessing and detection methods on Karst depression mapping in densely forested Dinaric mountains.

 

CILJ 4: IDENTIFICIRATI ZNAČILNOSTI SEDIMENTNIH DEPOZITOV V DNU VRTAČ IN ZNAČILNOSTI SEDIMENTOV V PLITVIH JAMAH IN DOLOČITEV ANTROPOGENIH VPLIVOV NA JAMO.

Sedimenti niso le v dnu vrtač, ampak se zaradi genetsko različnih tipov vrtač (npr. prisotnost denudiranih jam), pojavljajo tudi na pobočjih in izven vrtač. Klastične sedimente v dnu vrtač smo vzorčili do globine 1,5 m. Po Grunu (2002) so debele akumulacije terra-rossi podobnega materiala v dnu kraških kotanj pedosedimentni koluvialni kompleksi poligenetskega nastanka, zato sledimo temu terminu. Strukturne, teksturne in geokemične lastnosti pedosedimenta smo analizirali v laboratoriju Oddelka za gozdno ekologijo na Gozdarskem inštitutu in v Pedološkem laboratoriju Biotehniške fakultete, mineraloške in mikro-strukturne pa na Geološkem zavodu. V teku je vzorčenje klastičnih sedimentov v jamah. Za izbrane vrtače na Krasu smo poleg anorganskih parametrov pedosedimentov raziskali tudi njihovo sposobnost za skladiščenje organskega ogljika in bomo organski ogljik uporabili kot sledilni element v povezljivosti z jamo. Preliminarni rezultati za območje Krasa so bili objavljeni v reviji Catena v prispevku z naslovom Soil organic carbon stock capacity in karst dolines under different land uses.

 

CILJ 5: DOLOČITI VPLIV SEDIMENTOV NA PROCESE IN ZNAČILNOSTI V EPIKRAŠKI ZONI

Cilj 5 bo dosežen ko bodo zbrani potrebni rezultati raziskav, ki smo jih predstavili pri Cilju 4 za vse 3 študijske jame. Na podlagi sinteze rezultatov hidroloških, geomorfoloških in ekoloških procesov bomo predstavili vlogo sedimentov na procese v epikraški coni. Doslej smo z meritvami električne upornosti določili obseg in globino epikraške cone. Pri jami Polina peč, je najplitvejši rov jame 7 m pod površjem, v delu rova smo zaznali korenine dreves, kar dokazuje, da so deli jame v epikraški coni in bo jama služila kot dober model za raziskovanje epikraške cone in-situ tudi v podzemlju.

 

CILJ 6: SESTAVITI IN TESTIRATI PRENOSLJIVI MODEL ZA OCENO VPLIVOV MED VRTAČAMI IN PLITVIMI JAMAMI 

Na študiji primera prve jame (jama Polina peč) smo postavili preliminarni metodološki model za oceno vplivov med vrtačami in plitvimi jamami. Model je v fazi testiranja na primeru Divaške jame in Jame v Ukmarjevem dolu. Uporabnost in prenosljivost testiramo z vidika globine jamskih rovov, geološke podlage v kateri so nastale vrtače in jama, z vidika razlik v vegetaciji nad jamo in z vidika antropogenih aktivnosti na površju v vrtačah. Na celotnem območju planote Kras in ravnika Matarsko podolje smo ločili delane vrtače, v katerih so bile v preteklosti njive in vrtovi, vrtače z apnenicami in stara okoljska bremena v vrtačah (odlagališča odpadkov). OB Divaški jami smo evidentirali odlagališče odpadkov v vrtači, katerega posredni vpliv na jamo je možen in ga bomo skozi raziskavo še določili. Na površju Divaške jame in jame Polina peč sta v dveh vrtačah opuščeni apnenici, katerih neposredno povezavo z deli jame še raziskujemo.