Sedra Plitvičkih jezera

Prirodna obilježja Plitvičkih jezera

Plitvička jezera niz su od 16 većih i mnogo malih krških kaskadnih jezera smještenih u Lici, između planina Male Kapele i Plješivice, u istoimenom nacionalnom parku. Ukupna površina iznosi manje od 2 km², od čega gotovo 80 % otpada na dva najveća jezera, Prošćansko i Kozjak. Ujedno su to i najdublja jezera (37 i 46 metara; dubina ostalih jezera uglavnom ne prelazi 15 m). Voda dolazi iz mnogo izvora Bijelom i Crnom rijekom (koje utječu u Jezera spojena u Maticu) i potocima Plitvicom i Rječicom, a tok vode nastavlja se iz Jezera rijekom Koranom. Dvovrsna podloga uvjetovala je razliku između jezera na većoj nadmorskoj visini (Gornja jezera) i nižih (Donja jezera). Viša jezera su na dolomitu koji je trošan i podložan koroziji pa je izmodelirana široka dolina. Vapnenac, u nižim predjelima, mnogo je otporniji od dolomita te je voda usjekla samo kanjon pregrađen sedrenim barijerama na mala, uska jezera.

Slika 9. Na mjestu gdje iz posljednjeg plitvičkog jezera izlazi Korana (Sastavci) ulijeva se potok Plitvica slapom 72 metra visine.

Jezera se protežu od 636 do 503 metra nadmorske visine. Planinsko okruženje i visina rezultirali su relativno hladnom i vlažnom klimom. U Plitvičkom Ljeskovcu, naselju na Matici, srednja godišnja temperatura je 7,8 °C, a srednja mjesečne između –2,2 (siječanj) i 17,4 °C (srpanj i kolovoz). Srednja godišnja količina padalina iznosi 1450 mm (svi podaci vrijede za razdoblje 1931 – 1960).

Slika 10. Longitudinalni presjek kroz Plitvička jezera (prema Petrik, 1985). Obilježeno je samo 16 najvažnijih jezera, dok postoji još mnoštvo manjih vodenih površina. Osim aktivnih sedrenih barijera koje zagrađuju vodu, pronađene su stare brane, sada poplavljene.

Prezasićivanje vode i precipitacija CaCO₃

Po sastavu izvori Bijele i Crne rijeke daju tipičnu kršku vodu. Parcijalni tlak ugljikova dioksida je visok, oko 20 puta veći od tlaka CO₂ u atmosferi (Srdoč et al., 1985), vjerovatno zahvaljujući okolnim gustim šumama odakle se respiracijom korjenja obogaćuje tlo sa CO₂. Na izvorima voda je nezasićena do slabo prezasićena, tj. indeks zasićenosti kreće se oko 1.

Nizvodno vrlobrzo opada tlak CO₂, naglo rastu zasićenost i pH. Nakon 2 km Crna rijeka izgubi 3/4 CO₂, a Plitvica između izvora i slapa na ušću čak 97 %. U odnosu na početni dio toka izlaženje CO₂ u samim jezerima je vrlo malo, ali raste koncentracija ¹⁴C na slapovima što znači da se izmjenjuje CO₂ između atmosfere i vode (Srdoč et al., 1985). Indeks zasićenosti prati promjenu p(CO₂) i već u Matici dostiže 5,5, a pH 8,3. U jezerima je I_zas pretežno između 2,5 i 8,0 i opada s dubinom.

Temperatura vode na izvorima manja je od 10 °C. U potocima i jezerima u toplim mjesecima voda se zagrije pa može prijeći 20 °C, a zimi često se zamrznu i slapovi. Dublja voda je ljeti mnogo hladnija od površine i to objašnjava pad zasićenosti. 7. srpnja 1954. na Kozjaku je izmjereno na dubini od 4 m 18,9 °C, na 20 m 5 °C, a na 44 m (gotovo na dnu) samo 4,1 °C (Iveković, 1960). Ne ovisi samo topljivost kalcita o temperaturi. Prema kraju godine, sa zahlađenjem, snizuje se pH, a raste p(CO₂).

Prosjećna koncentracija kalcijevih iona iznosi 95 mg/L, ali kreće se od 66 pa sve do 130 mg/L (Emeis et al., 1987). Magnezij je prisutan u manjim količinama, prosječno 46 mg/L, a ostale anorganske tvari tek u tragovima. Sa omjerom Mg/Ca samo 0,7 ni pod kakvim uvjetima ne može koprecipitirati magnezij sa kalcijem pa je sav istaloženi kalcit praktički čist od magnezija.

Slika 11. Evolucija vode od izvora pritoka Plitvičkih jezera do nizinskog toka Korane s obzirom na zasićenost kalcitom (Srdoč et al., 1985). Širina vrpce odražava varijacije pri mjerenjima ( 2 standardne devijacije). Brzo izlažennje CO2 u Bijeloj i Crnoj rijeci te Matici pokazuje da na globalno prezasićivanje nemaju utjecaja slapovi i grebeni na kojima se voda prozračuje. Dakle, na mjestima taloženja kalcita prezasićivanje se ili odvija volumno ograničeno ili neki djeluju neki drugi faktori inicijacije precipitacije.

Unatoč prezasićenosti kalcitom od izvora ili odmah ispod njega, precipitacija se ne odvija na svim vodama NP Plitvička jezera. Krške rijeke i potoci (Crna i Bijela rijeka, Plitvica, Krka, Pliva, Lika, Una, Soča...) ne sedre na izvorima i u jednom početnom dijelu toka. Pojava je pripisana maloj prezasićenosti. potrebno je da indeks loma prijeđe 3,0 i istodobno pH mora biti veći od 8,0. Ako nisu ispunjena oba uvjeta, do sedrenja neće doći (Srdoč et al., 1985). Ipak, u mnogim slučajevima, nakon zone precipitacije, ponovo je obustavljen proces sedrenja. Tako i Korana sedri samo prvih 10 – 15 km, usprkos povoljnim I_zas i pH. Potok Sartuk, pritok Korane u njenom gornjem toku, ima visoku prezasićenost (I_zas čak do 15) i pH 8,5, ali ipak ne sedri. Zanimljivo da, mada je koncentracija Ca²⁺ gotovo jednaka onoj u Plitvici (1,32 prema 1,54 mmol/L; Srdoč et al., 1985), stanovnicima toga kraja voda Sartuka je pogodnija za pranje rublja. Analiza količine otopljene organske tvari fluorescencijskom spektroskopijom pokazala je visoku koncentraciju otopljenog organskog ugljika (DOC, dissolved organic carbon) u Sartuku kao i porast koncentracije u svim krškim tekućicama od izvora prema ušću (Srdoč et al., 1985). Organske tvari poznate su kao najjači inhibitori precipitacije kalcijeva karbonata u prirodnim vodama. Prema rezultatima analize uzeta je kao najviša koncentracija organskih tvari u vodi u kojoj je još moguća precipitacija 10 mg/L  organskog ugljika, uz zadovoljena prethodna dva uvjeta (I_zas>3,0 i ph>8,0). Zapravo su vode sliva gornjeg toka Korane vrlo siromašne organskim tvarima. DOC gotovo da ne prelazi 2,5 mg/L. U Sartuku i ravničarskom dijelu Korane organskih tvari ima nešto više (5 – 15 mg/L). Prosječna koncentracija organskog ugljika u rijekama i jezerima svijeta je 5 g/L (Deggens i Ittekkot, 1983), prema tome Plitvička jezera, pritoci i Korana iznimno su čisti u tom pogledu, a otprilike isto vrijedi i za ostale naše krške vode.

Sve tri granice grubo su određene uspoređivanjem karakteristika vode i postojanja taloženja kalcita. Posebno je nesigurno izražavanje organskih tvari preko koncentracije ugljika jer nije određen sastav, a inhibicijska moć uvelike ovisi o strukturi spoja.

Precipitati kalcijeva karbonata na Plitvičkim jezerima

Prva istraživanja o opsegu precipitacije rađena su 50-ih godina. Izračunato je da ljeti od ušća Matice do Kozjaka voda gubi prosječno 28 grama kalcijeva karbonata po volumnom metru, nizvodno do Sastavaka daljnih 12 g, ukupno 40 g/m³ (Iveković, 1960). Uz protok koji se kreće 600 – 1200 L/s godišnje bi se na području 16 jezera istaložilo 750 do 1500 tona karbonata.

Slika 12. Plitvička jezera povezana su preko kaskada. Voda iz Galo-vačkog u Gradinsko jezero pada 16 metara visokim Galovačkim bukom.

Rezultat iz 80-ih (Emeis et al., 1987), i ako se uzme u obzir da se odnosi na cijeli vodeni tok od izvora do Korane kod Tušilovića (mada ona sedri samo prvih 10 – 15 km) nekoliko puta je veći i iznosi 7400 t (prema promjeni koncentracije Ca²⁺), odnosno 10 000 t (prema gubitku svih iona i promjeni provodnosti) godišnje precipitiranog kalcit. Sav kalcijev karbonat taložen u postglacijalu konstantnom brzinom 10 000 t/god prekrio bi područje precipitacije (≈ 2 km²) 20 metara debelim slojem čistog kalcita.

Iako je riječ o krškom terenu, i to na kojem se susreću dvije vrste podloge, dolomitna i vapnenačka, sa različitim hidrogeološkim svojstvima i otpornošću prema trošenju, ujezerivanje kakvo postoji na području NP Plitvička jezera nikako ne može biti posljedica erozivnog djelovanja vode.

Barijere koje pregrađuju vodeni tok produkt su lokaliziranog taloženja kalcijeva karbonata. Dok u većini slučajeva voda razara prepreke na svome putu, ovdje je izgradnja veća od erozije.

Stvaranju barijera suprotan je proces taloženja mulja na dno Jezera (lakustrički sediment) kojima se ona zapunjavaju i smanjuje razvedenost dna. O odnosu brzina rasta sedrenih barijera, sedimentacije i erozije ovisi da li će jezero biti u fazi razvijanja ili degradiranja.

Mala količina kalcita taloži se, vjerovatno abiogeno, u zoni prskanja vodopada.

Lakustrička sedimentacija

Dno plitvičkih jezera prekriva debeo sloj (više od 30 m; Srdoč et al., 1985) mekanog, sivkasto bijelog mulja. Već gotovo stolječće traju rasprave o tome koliko sudjeluje precipitacija u stvaranju mulja – da li je pretežno detritusni (Gavazzi, 1919) ili precipitirani sediment (Iveković, 1958). Prije dvadesetak godina, čini se definitivno, potvrđeno je porijeklo iz vode bogate otopljenim kalcijevim karbonatom (Srdoč et al., 1985; Emeis et al., 1987).

Po sastavu, određenom rentgenskom analizom, sediment je gotovo čist kalcit, unatoč pretežno dolomitnoj, trošnoj podlozi. Dolomit je poput kremena, željezovih oksida i feldspata, zastupljen u tragovima i udio nizvodno opada.

Ugljik u kalcitu sadrži izotop ¹⁴C u količini koja odgovara starosti sedimenta, a ne vapnenca iz kojeg potječe kalcij i u kojem tog izotopa nema u koncentraciji koja se može izmjeriti. Do obogaćivanja težim izotopom moglo je doći samo u otopini sa ugljikovim dioksidom iz atmosfere u vrijeme taloženja.

I omjer ¹³C/¹²C (δ_PDB¹³C od –9,6 do –8,7 ‰) odgovara biogenim sedimentima (δ_PDB¹³C od  -7 do –12 ‰, nasuprot marinskim: -1 do +1 ‰).

Kristali u mulju su vrlo mali, <1 μm do 100 μm, često u klasterima. Smatra se da nastaju kristalizacijom na zrncima minerala i mikroorganizmima sa skeletom, možda i mikrokolonijama bakterija (Chafetz i Folk, 1984). U mulju je pronađena velika količina ljušturica dijatomeja. U 1 gramu sedimenta iz Kozjaka ima 30 milijuna čitavih ljušturica i nepoznat broj fragmenata. Novija saznanja o biogenezi kalcitnih precipitata (poglavlje 3.4.) navode da se preispitaju i ovi mehanizmi kristalizacije. Homogena kristalizacija je u svakom slučaju isključena jer je prezasićenost nedovoljna da do nje dođe u vremenu u kojem voda proteče Plitvička jezera.

Slika 13. SEM snimka kristalića kalcita (<10 žm) iz sedimenta Kozjaka. (Srdoč et al., 1985)

U Crnoj rijeci i umjetnim akumulacijama na Bijeloj rijeci pronađen je sediment od rastrošeno materijala donešenog vodom. U mulju na ušću Rječive precipitiranog kalcita i dolomit ima u približno istim količinama. Ipak, zanemariva je ukupna količina mineralno-detritusnog sedimenta prema precipitiranom.

Brzina taloženja karbonatnog mulja nije svugdje jednaka i mjenjala se u geološkoj povijesti. Na Kozjaku je izmjerena srednja brzina taloženja u posljednjih 3000 godina od 0,8 mm na godinu. S tom brzinom taloženja, da nema rasta barijera, južni dio Kozjaka, prosječne dubine 20 metara, bio bi zatrpan za 25 000 godina.

Sedrene barijere

Izvanredan fenomen stvaranja sedrenih barijera među prvima opisuje Franić 1910. Smatra da su odlučujući mehanički poticaji isparavanju vode.

Pevalek dugi niz godina (1924 – 1958) proučavao je sedrenje na Plitvičkim jezerima i drugima krškim vodama. Vodenom bilju, prvenstveno algama i mahovinama, pripisao je zasluge za precipitiranje kalcita (ťsedrotvorciŤ). Biljke smanjuju parcijalni tlak CO₂  u vodi upijajući CO₂ za potrebe fotosinteze i ispuštajući kisik čime izazivaju cijepanje hidrogenkarbonata. Vegetacija najobilnije raste na plitkim mjestima u vodotoku pa je već u početku taloženje kalcita lokalizirano. Pevalek je u zastupanju biogeneze išao tako daleko da je čak i stvaranje siga potaknuto bakterijama.

U nizu radova  Matoničkin i Pavletić (Matoničkin i Pavletić, 1960;  Mationičkin et al., 1974;...) razmatraju odnos između sedrenja i biocenoza krških slapova i dolaze do zaključka da je rasprskavanje i prozračivanje vode na slapovima i grebenima glavni uzrok taloženju kalcita za koji su flora i fauna tih turbulentnih voda samo supstrat. Postavili su i nekoliko uvjeta za sedrenje: alkalitet veći od 1,3, temperatura barem 14 °C (ispod koje nema raspadanja hidrogenkarbonata, navodno prema: Ohle, 1937) i brzina protoka između 0,5 i 1,5 m/s (veće brzine uništavaju biocenozu).

Slika 14. Suha sedrena barijera na Plitvičkim jezerima. (Stilinović i Plenković-Moraj, 1999)

Kasnije u prvi plan dolazi mikroflora Plitvičkih jezera, točnije obraštaj mikroorganizama (perifiton), uglavnom cijanobakterija i dijatomeja, na vodenom bilju i drugim objektima u vodi. Pronašao ih je Marčenko (1960), kao i osedrene cijanobakterije. I daljna istraživanja potvrdila su sudjelovanje perifitona.

Za provjeru teorije biogeneze i ispitivanje brzine taloženja postavljene su podloge od umjetnih vlakana i čelične spužve u pritocima, samim Plitvičkim jezerima i Korani (Srdoč et al., 1985). Ustanovljena je povezanost brzine sedrenja s temperaturom, ali i taloženje blizu 0 °Cte jaka erozija zimi i u proljeće. Glavni dokaz za ključnu ulogu perifitona pri sedrenju je odsutnost precipitiranog kalcita na mrežama od bakra (poglavlje 3.4.).

Na temelju tih saznanja i snimki optičkom i skenirajućon elektronskom mikroskopijom (slike 15, 16) razvijen je model koji uključuje sudjelovanje perifitona (Srdoč et al., 1985; Emeis et al., 1987). Najčešća prirodna podloga za njegov razvoj na Plitvičkim jezerima su buseni mahovina Cratoneurum comutatum, Bryum ventricosum i Didymodon tophaceus, kolonije cijanobakterija Oscillatoriaceae, ali općenito je svaki objekt za to pogodan pa tako i drvo, predmeti od materijala za mikroorganizme neotrovnih, kućice puževa, tuljci tulara i dr. Supstrat prvo obraštaju dijatomeje. Na njihove ljepljive izlučevine hvataju se mikrokristali kalcita poput onih iz jezerskog sedimenta pa možda imaju isto porijeklo. Ovaj fiksirani kalcit je kristalna klica za precipitaciju kao i same dijatomeje. Istovremeno se naseljavaju cijanobakterije i bakterije povećavajući količinu mukoznih tvari. Ciklus se nastavlj rastom dijatomeja i prokariota na istaloženom kalcitu i novim izdancima biljaka. Model pretpostavlja ulogu perifitona kao pasivnog supstrata. Nije isključena mogućnost da, barem dijelom, aktivno sudjeluje.

Slika 15. Kristalići kalcita i dijatomeje na predmetnom stakalcu izvađenom iz vode Plitvičkih jezera nakon 30 dana. Povećanje 540 puta. (Stilinović i Plenković-Moraj, 1999)
Slika 16. Obraštaj cijanobak-terija i dijatomeja sa kris-talićima kalcita na vodenoj mahovini (SEM fotografija). (Srdoč et al., 1985)

Po sastavu je travertin barijera gotovo čist kalcit s vrlo malo primjesa udio kojih opada nizvodno (Iveković, 1958). Magnezija je vrlo malo, a tako i kremena, željeznih oksida i organske materije. Zbog  sezonske precipitacije ili erozije sedra pokazuje finu slojevitost.

Podizanje razine jezera ide usporedo sa rastom barijere, koja jezero zagrađuje, u visinu. Voda poplavljuje okolnu šumu i ona polako odumire, a na nekim mjestima uKozjaku još se mogu naći ostaci stabala. ¹⁴C-analiza  jednog debla, sadašnja dubina na kojoj se drvo nalazi i brzina taloženja jezerskog sedimenta upućuju na vertikalni rast barijere od 13,5 mm na godinu.

Barijere ne rastu jednakom brzinom. Otprilike na sredini Kozjaka prolazi sedreni prag, sada oko 5 metara ispod površine vode, ali do pred 400 godina (Srdoč et al., 1985) barijera koja je dijelila dva jezera. Potopljena je bržim rastom nizvodne barijere. Takvih primjera prijašnjih ustava ima još mnogo (slika 10).

Dok je velik dio kako Hrvatske tako i Evrope pod kršom, sa mnogo tekućih i stajaćih voda bogatih kalcijevim karbonatom, Plitvička jezera su jedini primjer visoko razvijenog sustava sedrenih barijera i kaskadnih jezera. Možda zahvaljujući, osim klimatskim i reljefnim obilježjima, izvanrednom podudaranju povoljnih uvjeta kakvi su prezasićenost kalcitom, pH, količina organske tvari i/ili neki drugi, ali koji objašnjavaju samo fizikalno-kemijsku stranu precipitacije.

Najveća prepreka kristalizaciji kalcita iz prezasićene otopine jest energijska barijera nukleaciji zbog čega brzina precipitacije više ovisi o broju mogućih centara kristalizacije nego o indeksu zasićenosti. Prema predloženom modelu na mukoznim izlučevinama mikroorganizama odvija se precipitacija kalcita pri izgradnji barijera. Ove ljepljive tvari omogućuju nastajanje kolonija bakterija koje su možda također jezgre kristalizacije (nastajanje lakustričkog sedimenta i kristalnih klica na perifitonu). Iz ovoga slijedi da bi obimu taloženja kalcijeva karbonata mogla biti uzrok povećana produkcija mukopolisaharida, glavnih sastojaka ekskreta perifitona. U vodi je vrlo niska koncentracija nitrata zbog čega sinteza ugljikohidrata (među njima i mukopolisaharida) može daleko nadmašiti proizvodnju dušikovih spojeva. Suvišak ugljikohidrata eliminira se izlučivanjem. U drugim vodama (bez precipitacije) koncentracija NO₃‾ je obično veća.

Starost precipitata

Razvitku vodene biocenoze pogoduje viša temperatura. Također s temperaturom opada topljivost kalcita, povećava se izlaženje u vodi otopljenog CO₂, a raste i produkcija CO₂ u tlu koji otapa vapnenac i dolomit. Uz to hladnoća potiče eroziju barijera (širenje leda u pukotinama).

Do danas kontinuirano se sedra može taložiti na Plitvicama od posljednjeg ledenog doba, tj. 12 – 15 tisuća godina (Šegota, 1968). Sedra aktivnih barijera i jezerski sediment stari su (prema ¹⁴C) između 6 i 7 tisuća godina (Horvatinčić, 1999) što ne znači da postglacijalni procesi nisu i duži.

Povoljni uvjeti postojali su i između glacijala. Sedra je vrlo trošna stijena i teško ostaje sačuvana kroz razdoblja intenzivne erozije kao što su ledena doba. Ipak postoji nekoliko blokova fosilne sedre,ali sada daleko izvan vode. Izotopskom analizom ²³⁰Th/²³⁴U procijenjena je njihova starost  na 250 000 (Smolčića pećina), odnosno 300 000 (Gradina) godina (Horvatinčić, 1999).

K. Kovač
Sedra

Sedra
Nastanak prezasićene
otopine kalcijeva
karbonata
Precipitacija CaCO3
Sedra Plitvičkih jezera
Literatura