The Eisriesenwelt Ice Caves

The Eisriesenwelt Ice Caves

A: Most caves are found in coastal regions, their existence being down to pure water erosion. Other common cave formations include those caused by lifting and volcanic lava streams. Eisriesenwelt, which holds the longest known system of ice caves in the world, was not formed by any one of these processes alone, and, in fact, owes its existence primarily to the water-soluble nature of the limestone rock found in the limestone mountains of the Austrian Alps around Salzburg.

B: The Alps themselves, one of the largest mountainous regions on earth, which stretch across most of Austria, Germany, Switzerland and on into Italy and France as well, were created by a process called lifting. The African and European tectonic plates moved towards each other. The impact of the eventual collision of the plates resulted in the formation of a large mountainous ridge stretching across the impact line. As the two plates continued to push towards each other, the ridge grew in size, eventually leading to the formation of cracks, rock displacements and fault lines. Once the Alps were raised, the hollow areas formed by pressure cracks started to be worked on by outside influences, especially water, and these influences then played their part over millions of years in the creation of the subterranean passages of Eisriesenwelt that we are familiar with today.

C: Rock composition also played an important role in the formation of the alpine caves. Extensive cave systems like Eisriesenwelt tend only to be located in the limestone Alps, primarily on account of limestone being water soluble, especially when it comes into contact with rain water that has been enriched with organic material. Over time, the limestone which came into contact with rain water broke down and dissolved, leaving large hollow areas to form underground. When the caves were first forming a few million years ago, the climate of the region was sub-tropical, meaning the level of solubility was even higher than it is today, so the erosion of the limestone occurred at a higher rate, too.

D: Corrosion is the chemical dissolution of rock. In the case of Eisriesenwelt, when rain water came into contact with the limestone rock, lime, or CaC03, was being corroded.

But water alone is not enough to corrode rock. Pure water has fewer H+ ions and would not cause lime to dissolve. Only when carbon dioxide or C02 from the air and vegetation is introduced is an aggressive acid, known as carbonic acid, formed. When this acid permeates the cracks in the limestone, the limestone dissolves. As it dissolves, wider cracks open in the stone allowing more water to pass through, which, in turn, causes greater erosion of the rock. High levels of precipitation, characteristic of the alpine region, resulted in greater volumes of water collecting and flowing through the hollow areas of the stone, and at faster rates. The greater volume of water and rate of flow combined eroded the caves further and led to an increasing amount of material being washed away. This resulted in the formation of the spectacular geological features of the Alps, such as the long gorges, shafts and canyons to be found there.

E: In short, the Eisriesenwelt caves were formed as a result of a combination of various factors: primarily lifting, corrosion and water erosion. The caves themselves are unremarkable, though, similar examples being relatively widespread in limestone areas around the world. What sets Eisriesenwelt apart is the unique ice formations that are present in a significant amount of the cave expanse. Of the millions of known cave systems in the world, relatively few are genuine ice caves in which ice is present year-round. That is what makes the Eisriesenwelt caves so special.

F: Eisriesenwelt is what’s known as a dynamic ice cave system, the other types being static ice caves and glacier caves. Static ice caves, as the name would suggest, have a consistent level of ice cover year-round and a fairly even temperature. In winter, the air temperature outside the cave might reach below minus 20 degrees Celsius for example. When it becomes colder than the air inside the cave, the air in the cave rises to escape and the cold air fills the space left behind. In summer, though, the temperature outside the cave is warmer than it is inside and the cold air in the cave, being heavier than the hot air outside, cannot escape and remains in a cold pocket, keeping the cave at a fairly constant temperature below freezing. Glacier caves are easier to explain, simply the product of melt water carving a route for itself down from the mountain.

G: Dynamic caves are a little different and the basic principle of a dynamic ice cave is the chimney effect: the requirement for a cave to have at least two entrances, one at relatively low altitude and the other at a much higher altitude. In winter, when the outside temperature is very low, the (comparatively) warm temperature within the cave system’s rock causes a draft which rises up through the cave towards the uppermost cave entrance. As a result of cold air streaming in from outside, the rock in the lower part of the cave then starts to radically cool. In summer, the outside temperature is much higher than the inside one, so the draft goes the other way, with warm air streaming in from the topmost entrance towards the lower levels. But, before this warm air can reach the lower levels of the cave, it has cooled considerably, so, as a result, the lower levels maintain a fairly constant year-round temperature close to freezing. Consequently, water that seeps into the lower part of the cave tends to freeze causing ice to build up, giving the spectacular ice formations for which the area has become known.

Hang động băng Eisriesenwelt

A: Hầu hết các hang động được tìm thấy ở các khu vực ven biển, sự tồn tại của chúng là kết quả của quá trình xói mòn do nước. Những kiểu hình thành hang động phổ biến khác bao gồm những hình thành do quá trình nâng kiến tạo và các dòng dung nham núi lửa. Eisriesenwelt, nơi có hệ thống hang động băng dài nhất được biết đến trên thế giới, không được hình thành bởi riêng bất kỳ quá trình nào trong số đó, trên thực tế, sự tồn tại của nó chủ yếu là do tính chất hòa tan trong nước của đá vôi được tìm thấy trong núi đá vôi thuộc dãy Alps của Áo quanh Salzburg.

B: Bản thân dãy Alps, một trong những vùng núi lớn nhất trên trái đất, nằm trải dài qua hầu hết các nước Áo, Đức, Thụy Sĩ và sang cả Ý, Pháp, được tạo thành bởi một quá trình gọi là nâng kiến tạo. Các mảng kiến tạo châu Phi và châu Âu dịch chuyển hướng về phía nhau. Tác động do sự va chạm của các mảng cuối cùng đã dẫn đến sự hình thành của một rặng núi lớn trải dài trên đường va chạm. Khi hai mảng tiếp tục đẩy về phía nhau, kích thước rặng núi lớn dần, cuối cùng dẫn đến sự hình thành các vết nứt, đá dịch chuyển và các đường đứt gãy. Khi dãy Alps được nâng lên, các vùng rỗng hình thành bởi các vết nứt do áp lực bắt đầu bị ảnh hưởng bởi các tác động bên ngoài, đặc biệt là nước, và những tác động này sau đó thực hiện vai trò của chúng qua hàng triệu năm tạo ra các đoạn hang dưới lòng đất của Eisriesenwelt mà chúng ta quen thuộc ngày nay.

C: Thành phần của đá cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành các hang động trong dãy Alps. Các hệ thống hang động rộng lớn như Eisriesenwelt có xu hướng chỉ nằm trong dãy núi đá vôi Alps, chủ yếu do đá vôi có khả năng hòa tan trong nước, đặc biệt là khi tiếp xúc với nước mưa đã được làm giàu bằng vật liệu hữu cơ. Theo thời gian, đá vôi tiếp xúc với nước mưa bị nứt vỡ và bị hòa tan, để lại những vùng rỗng lớn hình thành dưới lòng đất. Khi các hang động lần đầu tiên được hình thành cách đây vài triệu năm, khí hậu của khu vực lúc đó là cận nhiệt đới, có nghĩa là mức độ hòa tan thậm chí còn cao hơn ngày nay, do đó sự xói mòn của đá vôi cũng xảy ra với tốc độ cao hơn.

D: Ăn mòn là quá trình phân hủy hóa học của đá. Trong trường hợp Eisriesenwelt, khi nước mưa tiếp xúc với đá vôi, vôi hoặc CaC03 bị ăn mòn.

Tuy nhiên chỉ riêng nước thì không đủ để ăn mòn đá. Nước tinh khiết có hàm lượng ion H+ thấp hơn và không thể làm cho vôi tan. Chỉ khi carbon dioxide hoặc CO2 từ không khí và thực vật được đưa vào thì một loại axit mạnh là acid carbonic, mới được hình thành. Khi axit này thấm qua các khe nứt trên đá vôi, đá vôi sẽ tan ra. Khi nó tan ra, các khe nứt rộng hơn xuất hiện trên đá cho phép nhiều nước chảy qua hơn, do đó, xói mòn đá diễn ra nhanh hơn. Lượng mưa cao, đặc trưng của vùng núi Alps, dẫn đến lượng nước bị thu giữ lại nhiều hơn và chúng chảy qua các vùng đá rỗng với tốc độ nhanh hơn. Lượng nước lớn hơn kết hợp với tốc độ dòng chảy làm xói mòn thêm các hang động và dẫn đến lượng vật chất bị rửa trôi ngày càng nhiều. Điều này dẫn tới sự hình thành các đặc điểm địa chất ngoạn mục của dãy Alps, như việc đã phát hiện các hẻm núi, hầm và rãnh núi dài tại đây.

E: Tóm lại, các hang động Eisriesenwelt được hình thành là kết quả của sự kết hợp nhiều yếu tố khác nhau: chủ yếu là quá trình nâng kiến tạo, ăn mòn và xói mòn bởi nước. Tuy nhiên, bản thân các hang động kiểu này không có gì nổi bật, Đã có những ví dụ tương tự khá phổ biến ở các khu vực đá vôi trên thế giới. Điều làm nên sự khác biệt của Eisriesenwelt là các cấu thành dạng băng độc đáo hiện diện trong một lượng lớn các không gian hang động. Trong số hàng triệu hệ thống hang động được biết đến trên thế giới, có tương đối ít là hang động băng thực sự, trong đó băng xuất hiện quanh năm. Đó là điều làm cho các hang động Eisriesenwelt trở nên đặc biệt.

F: Eisriesenwelt được biết đến như một hệ thống hang động băng, các dạng khác là hang băng tĩnh và sông băng. Các hang động băng tĩnh, như tên gọi, có mức băng bao phủ ổn định quanh năm và nhiệt độ khá đồng đều. Vào mùa đông, nhiệt độ không khí bên ngoài hang có thể xuống dưới âm 20 độ C. Khi bên ngoài lạnh hơn không khí bên trong hang, không khí trong hang bốc lên thoát ra ngoài và hơi lạnh lấp đầy khoảng trống bị bỏ lại. Tuy nhiên, vào mùa hè, nhiệt độ bên ngoài hang ấm hơn bên trong và do không khí lạnh trong hang nặng hơn không khí nóng bên ngoài, chúng không thể thoát ra ngoài và nằm trong túi khí lạnh, giữ cho hang ở nhiệt độ khá ổn định dưới mức đóng băng. Các hang động sông băng dễ giải thích hơn, chỉ đơn giản là sản phẩm của nước chảy tạo khắc nên một con đường đi xuống núi.

G: Các hang băng động có một chút khác biệt và nguyên tắc cơ bản của một hang băng động là hiệu ứng ống khói: yêu cầu cần thiết là phải có là ít nhất hai lối vào, một ở độ cao tương đối thấp và một cao hơn nhiều. Vào mùa đông, khi nhiệt độ bên ngoài xuống rất thấp, nhiệt độ ấm áp (tương đối) bên trong đá của hệ thống hang động gây ra hiện tượng gió lùa xuyên qua hang động đến cửa hang trên cùng. Do luồng không khí lạnh từ bên ngoài tràn vào, đá ở phần dưới của hang bắt đầu lạnh đi rõ rệt. Vào mùa hè, nhiệt độ bên ngoài cao hơn nhiều so với bên trong, vì thế gió lùa theo hướng khác, luồng không khí ấm áp từ lối vào trên cùng đi xuống các tầng thấp hơn. Tuy nhiên, trước khi không khí ấm này có thể đến được các tầng thấp của hang, nó đã nguội đi đáng kể, do đó, các tầng thấp hơn duy trì nhiệt độ khá ổn định gần như đóng băng quanh năm. Do đó, nước thấm qua phần dưới của hang có xu hướng bị đóng băng khiến băng dần tích tụ, tạo nên những cấu tạo băng ngoạn mục mà nhờ đó khu vực này được nhiều người biết tới.