Interaktív karsztos terepmodell a karsztok sérülékenységének bemutatására
A modell leírása
A karsztos terepmodell egy térbeli alakzat. Két szerkezeti egységre tagolható: a földfelszín alatti részt 1 m széles, függőleges állású lapok reprezentálják, ezek felül (a fennsíki oldalon kb. 40 cm, a völgy oldalán 10 cm magasságban) elhajlanak egymástól mindkét irányba, egyik irányba 15, másik irányba 35 cm-re. Az elhajló oldalak alkotják a felszínt (kb. 50x100 cm), a barlangforma pedig a párhuzamosan futó lapokból domborodik ki, a szemlélő felőli oldalát átlátszó plexilap zárja le. Így felülről nézve egy karsztos felszínt láthatunk, oldalról nézve pedig egy barlang hosszmetszetét. A két lapot csavarok szorítják össze, és egy alumínium profil talpban áll. Oldalról és alulról a két lap közé helyezett szigeteléssel akadályozzuk meg a modellben áramló víz kiszivárgását. Ez reprezentálja egyben a határvonalat a viszonylag jó vízvezető képességű karsztosodott mészkő és a sokkal gyengébben vízáteresztő (vízzáró) nemkarsztos kőzet között. A két lap között az egyenetlenségeket 1 mm vastag szilikon lapból kivágott 15x10 mm-es téglalapok egyenlítik ki, olyan hatást keltve, mint a térképeken a mészkő jelölésére használt jelkulcsi elem. A lapocskák közötti réseken tud szivárogni a víz, így modellezni tudjuk a beszivárgást a karszt felső töredezett rétegén (az ún. epikarszton) keresztül. A nagyobbik felszín felső része demonstrálja a nemkarsztos kőzetet, mely a felszín alá is benyúlik, így biztosítottuk a szigetelést, és az andezit térképi jelét használva különböztetjük meg a mészkőtől. A csapadékot jelenleg egy perisztaltikus pumpával (tömlőszivattyú) biztosítjuk, mert a szobaszökőkút szivattyúk teljesítménye nem volt elegendő a víz felpumpálásához és permetezéséhez. Így a modell érintésvédelmileg is biztonságosabb. A csapadék fő tömege a hosszmetszeten látható víznyelőbe vezetődik, kisebb része két ún. vakvölgybe kerül. Az egyiken a hátravágódás jelenségét tudjuk bemutatni: a távolabbi víznyelő már inaktív, mert a víz útközben elnyelődik egy fiatalabb nyelőben. A karrokat és mészkőfalakat a domborzat kialakításával próbáltuk érzékeltetni. A barlang nagy terme fölött egy dolinát alakítottunk ki. Az ebben meggyűlő víz természetesen a két lap közé, a terem plafonjába szivárog. Itt a szintén az 1 mm-es szilikon lapból kivágott cseppkőformákról csepeg, lehetővé téve a cseppkőképződés bemutatását. Az omladékot kis PET-darabkák jelképezik, ezekből formáltuk a felső szint kitöltését. A barlangban megfigyelhetjük a három szint jellemzőit: az alsó fiatal, szűk, még táguló állandó vízvezető járat, a középső, már kialakult, időszakosan vízvezető járat és a felső, öreg, száraz, cseppkövekkel és omladékkal feltöltődő járat.
A víznyelőn lecsorgó víz tehát az alsó járatba kerül, majd a forráson keresztül a felszínre. A forrás átmérőjét lecsökkentve (eltömve) és a vízhozamot megnövelve a víz visszaduzzad és a felsőbb, magasabban fekvő járat kivezetésén, az ún. árvízi forrásszájon távozik.A felszínen két másik víznyelő és forrás kialakítására volt hely, ezeket csövekkel köthetjük össze, így tanulmányozhatók a párhuzamos karsztvízrendszerek. Érdekességként a modellbarlang középső szintjén is elhelyeztünk egy csonkot, így ide is lehet csatlakoztatni az egyik víznyelő csövét, ekkor a barlang két nyelőből is táplálódik. A modellt a lapokkal párhuzamosan UV-ledekkel tudjuk megvilágítani.
Megvalósítás
Megterveztük a barlang hosszmetszetét és a felszínt, igyekeztünk minél több formát és jelenséget bemutathatóvá tenni. Elkészítettük a barlang hosszmetszetének műszaki rajzát és ez alapján kivágtunk egy sablont. A sablon segítségével agyagba mélyítettük bele a kialakítandó domborművet. Kialakítottuk a felszínt (ügyelve arra, hogy a forma a vákuumszívás után eltávolítható legyen). Erről egy-egy gipszlenyomatot készítettünk: ez a vákuumszívás szívóformája. A vákuumszívást ipari gépen, megrendelésre végezték el. Mivel a vákuumszívott forma nem illeszkedett jól, a hiányzó részeket műgyantával pótoltuk. Ezt gletteltük, csiszoltuk, festettük. Felragasztottuk a távtartó szilikon lapocskákat, elhelyeztük a formaelemeket, cseppköveket és omladékokat. A csavarokkal összefogattuk a két oldalt. Kialakítottuk az összekötő csövek csatlakozó csonkjait és csatlakoztattuk. A „völgy” alsó pontján kialakítottuk a víztározót (ahonnan a pumpa képes felszívni a vizet). Elhelyeztük az UV-ledeket és a modellt felfogattuk az alumínium talpra. Utómunkálatok: javítások, kisebb kiegészítések, formázás, dekoráció, látványnövelés következett. Beállítottuk a „közepes” és „árvízi” vízhozamot, kikísérleteztük az aktív forrás lefojtásának módját.
A modellen megjelenített formaelemek:
- A mészkő és az andezit jelkulcsi jele
- Felszíni formák: víznyelő, vakvölgy, zsomboly, forrás, karr, dolina
- A téma szempontjából legfontosabb felszín alatti formák: víznyelő, alsó (aktív) barlangjárat, felső (időszakosan aktív) barlangjárat, forrás, árvízi forrásszáj,
- Megfigyelhető a telítetlen (vadózus) és a telített (freatikus) zóna, a kettő határát a karsztvízszint jelenti, mely jelen esetben az alsó, aktív járatban folyó víz szintje.
- Egyéb felszín alatti formák: akna (kürtő), terem, szifon, szifonkerülő járat, felszakadás
- Képződmények: cseppkő (függő-, álló-, oszlop-), omladék
A modell segítségével tanulmányozható jelenségek:
Egy szivattyú segítségével esőt (csapadékot) szimulálhatunk, és a következő folyamatokat tanulmányozhatjuk:
- a „nemkarsztos” térszínen összegyűlő csapadékvizek egyesülve a víznyelőben vezetődnek le.
- a karsztos térszínre hulló csapadék némi késleltetéssel (az ún. „epikarszt” ) szintén barlangba jut, csepegő vizek formájában modellezni tudjuk a beszivárgást a karszt felső töredezett rétegén (az ún. epikarszton) keresztül. mely egy szivacshoz hasonlóan lassítja a rákerülő „csapadék” mozgását.
- a cseppkövek növekedése a szivárgó vizek eredménye
- a barlangon keresztül folyamatos az összeköttetés a víznyelő és a forrás között
- követhetjük a víz útját a víznyelőtől a forrásig
- a csapadékra a forrás késleltetett vízhozam-növekedéssel reagál
Nagyobb csapadékot szimulálva megállapíthatjuk, hogy
- a víznyelő nem tudja folyamatosan elszállítani a folyadékot („visszaduzzad”)
- az alsóbb járatok feltöltődnek, megtelnek vízzel, ezt követően a barlang egy magasabb szintjén („emelet”) is folyni kezd a víz
- ezt felszínre hozandó, működésbe lép egy magasabb szinten nyíló forrás, az árvízi forrásszáj
A modellen a karsztos zóna fizikailag is el van szigetelve a nem karsztosodó zónától, ez reprezentálja a határvonalat a viszonylag jó vízvezető képességű karsztosodott mészkő és a sokkal gyengébben vízáteresztő (vízzáró) nemkarsztos kőzet között.
Meg tudjuk mutatni, hogy a karsztvízszint alatt –a valóságnak megfelelően- minden hézag, rés ki van töltve vízzel. A karsztvíz szintjén van az egyetlen szigeteletlen pont: a forrás, ahol a barlangjáratban folyó vizek felszínre kerülnek.
A felszínen a hátravágódás jelenségét tudjuk bemutatni: a távolabbi víznyelő már inaktív, mert a víz útközben elnyelődik egy fiatalabb nyelőben.
Festéket, pl. fluoreszceint alkalmazva bemutatható:
- A karszt csekély szűrőhatása miatt a vízgyűjtőterületre került szennyezés bekerül a felszín alá, a víz barlangon keresztül továbbítja a forrásba, így a szennyezés újra a felszínre kerül. A fluoreszcein nagyon nagy hígításban is látható, zöldessárgán fluoreszkáló vegyület, ami már magában is látványos. UV fénnyel megvilágítva még egészen kis koncentrációját is érzékelni lehet.
- A karszt A lehetséges víznyelőkbe folyó víz megjelölésével (szintén festék vagy fluoreszcein alkalmazásával) következtetni tudunk arra, hogy az melyik forrásban tör elő, így megállapíthatjuk a megfelelő víznyelő-karsztforrás párokat.
Köszönetnyilvánítás:
Ezúton is szeretnénk köszönetet mondani Szalai Verának, Erdélyi Tamásnak és Kerékgyártó Andrásnak, akik kreativitásukkal és munkájukkal nagyban hozzájárultak a modell elkészítéséhez.
Köszönjük a Nemzeti Kulturális Alap (NKA 2533/004) anyagi támogatását: