Caverna

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O interior de uma caverna no Alabama, EUA
Caverna de Acsibi na Salta (Argentina)

Caverna, gruta ou furna é toda cavidade natural rochosa com dimensões que permitam acesso a seres humanos. Podem ter desenvolvimento horizontal ou vertical em forma de galerias e salões. Ocorrem com maior frequência em terrenos formados por rochas sedimentares, mas também em rochas ígneas e metamórficas, além de geleiras e recifes de coral.

São originárias de uma série de processos geológicos que podem envolver uma combinação de transformações químicas, tectônicas, biológicas e atmosféricas. Devido às condições ambientais exclusivas das cavernas, esse ecossistema apresenta uma fauna especializada para viver em ambientes escuros e sem vegetação nativa. Outros animais, como os morcegos, podem transitar entre seu interior e exterior. As cavernas também foram utilizadas, em idades remotas, como ambiente seguro e moradia para o homem primitivo, fato comprovado pela imensa variedade de evidências arqueológicas e pela arte rupestre. Em alguns casos essas cavidades também podem ser chamadas de tocas, lapas ou abismos. Os termos relativos a caverna geralmente utilizam a raiz espeleo-, derivada do latim spelaeum, do grego σπήλαιον, "caverna", da mesma raiz da palavra "espelunca".

As cavernas são estudadas pela espeleologia, uma ciência multidisciplinar que envolve diversos ramos do conhecimento, como a geologia, hidrologia, biologia, paleontologia e arqueologia. Além da importância científica, a exploração de cavernas representa um grande papel no turismo de aventura (ou ecoturismo), sendo uma parte importante da economia das regiões em que ocorrem.

Formação

As cavernas, de acordo com sua formação, são divididas em dois grandes grupos: cavernas primárias e secundárias.

Cavernas primárias

Tubo de lava Thurston no Hawaii Volcanoes National Park. Tubos de lava são exemplos de cavernas primárias.

São ditas cavernas primárias aquelas cuja formação é contemporânea à formação da rocha que a abriga.

Cavernas vulcânicas

Em regiões com vulcanismo ativo, o escoamento de lava pode formar diversos tipos de cavidades na rocha. Em geral a lava escoa para a superfície através de um fluxo contínuo. À medida que o entorno do fluxo se resfria e solidifica, a lava continua escorrendo por canais, muitas vezes de vários quilômetros de extensão, chamados tubos de lava. Em alguns casos, após o vulcão se tornar inativo, esses tubos podem ser esvaziados e preservados formando cavidades acessíveis pelo exterior. As mais importantes cavernas desse tipo estão no Havaí e no Quênia. A caverna Kazumura, na Ilha Havaí, próxima a Hilo, com 65 500  m de comprimento e desnível de 1 101 m, é o mais longo e mais profundo tubo de lava do mundo. Além dos tubos de lava, também podem ser formadas cavernas vulcânicas pela existência de bolsões de ar ou outras irregularidades no magma durante seu escoamento ou resfriamento. Essas cavernas costumam formar salões ou canais de pequenas dimensões. Cavernas de lava não possuem formações exuberantes como as cavernas criadas por dissolução química. Em geral possuem paredes lisas e uniformes, mas em alguns casos possuem escorrimentos, pontas e gotas de lava resfriada.

Cavernas de corais

Cavidades criadas durante o crescimento de recifes de coral por qualquer razão. Uma vez calcificados e litificados os corais, essas cavidades podem ser preservadas e em alguns casos formam galerias ou salões penetráveis de pequenas dimensões dentro do recife.

Cavernas secundárias

Cavernas secundárias são aquelas que se originam após a formação da rocha que as abriga. É o caso mais comum de formação de cavernas e envolvem diversos processos diferentes.

Cavernas cársticas

Ver artigo principal: Carste

O processo mais frequente de formação de cavernas é através da dissolução da rocha pela água da chuva ou dos rios, um processo também chamado de carstificação. Este processo ocorre num tipo de paisagem chamado carste ou sistema cárstico, terrenos constituídos predominantemente por rochas solúveis, principalmente as rochas carbonáticas (calcário, mármore e dolomitos) ou outros como evaporitos e gipsita. As regiões cársticas costumam possuir vegetação cerrada, relevo acidentado e alta permeabilidade do solo, que permite o escoamento rápido da água. Além de cavernas, o carste apresenta diversas outras formações produzidas pela dissolução ou erosão química das rochas, tais como dolinas, furnas, cones cársticos, cânions, vales secos, vales cegos e lapiás.

Fase inicial da espeleogênese. A rocha calcária possui diversas fendas e fraturas por onde as águas superficiais escorrem em direção ao lençol freático.

O processo de carstificação ou dissolução química é resultado da combinação da água da chuva ou de rios superficiais com o dióxido de carbono (CO2) proveniente da atmosfera ou das raízes da vegetação. O resultado é uma solução de ácido carbônico (H2CO3), ou água ácida, que corrói e dissolve os minerais das rochas. O escoamento da água ácida ocorre preferencialmente pelas fendas e planos de estratificação. Os minerais removidos combinam-se ao ácido presente na água e são arrastados para rios subterrâneos ou para camadas geológicas mais baixas, onde podem se sedimentar novamente. Em outros casos podem ser arrastados para fora por rios que ressurgem e passam a correr pela superfície. As fendas aos poucos se alargam e tornam-se grandes galerias.

Fase intermediária. A água corrói e carrega os sais removidos da rocha, formando galerias ao longo de fraturas e camadas de estratificação. O rio superficial pode se tornar subterrâneo após a formação de um sumidouro e deixa um vale seco no terreno por onde corria.

Quando o nível freático se rebaixa naturalmente devido à dissolução e aumento de permeabilidade de camadas inferiores, as galerias formadas se esvaziam. Em muitos casos, tetos que eram sustentados pela pressão da água podem desmoronar, formando grandes salões de abatimento. Estes desmoronamentos podem levar ao rebaixamento do solo acima dos salões, o que cria dolinas de colapso. Em alguns casos, essas dolinas se abrem totalmente até o nível do salão, resultando em uma entrada da caverna ou uma claraboia. Outras entradas podem ser formadas em sumidouros (pontos em que rios entram no solo formando rios subterrâneos) ou exsurgências (pontos de saída da água subterrânea).

Fase avançada. O lençol freático foi rebaixado deixando as galerias secas. O teto em alguns trechos cede formando salões de abatimento que ficam cheios de detritos. O solo da superfície se rebaixa sobre os pontos em que ocorreram colapsos (dolinas de abatimento) ou pela dissolução do solo (dolinas de subsidência). Espeleotemas começam a se formar nas galerias e salões.

Uma vez que o nível de água é rebaixado, os salões e galerias secam e passa a existir ar em seu interior. A carstificação nessas galerias passa a ser construtiva, ou seja, a sedimentação dos minerais dissolvidos na água passa a construir formações no interior da caverna. Quando a água atinge as galerias secas através de fendas ou pela porosidade difusa das rochas (exsudação), o gás carbônico é liberado para a atmosfera e a calcita ou outros minerais dissolvidos se precipitam, criando formações de grande beleza, chamadas coletivamente de espeleotemas. (ver abaixo).

Embora haja cavernas cársticas formadas de diversas rochas carbonáticas, as rochas calcárias são mais estáveis e resistem mais a desabamentos que as dolomitas ou gipsitas. Por essa razão a maior parte das cavernas de dissolução existentes atualmente são calcárias.

Cavernas de colapso e erosão mecânica

Alguns minerais não são solúveis em água e não permitem que o processo de carstificação ocorra. Por exemplo, os quartzos, sílicas e argilitos são pouco solúveis e rochas compostas principalmente por esses minerais, como granitos e arenitos, não permitem a formação de relevo cárstico a não ser em condições muito especiais, como por exemplo algumas regiões de carste em clima semiárido ou feições típicas de dolinas em arenitos por erosão geoquímica. Neste tipo de rochas, o processo mais comum de formação de cavernas são as fraturas ou colapsos resultantes de atividade tectônica como terremotos e dobramentos da rocha. Cavernas de colapso também podem ocorrer quando uma camada solúvel abaixo de uma camada de granito ou arenito é dissolvida e remove a sustentação das camadas superiores. As fraturas resultantes dos dois processos podem eventualmente atingir grandes dimensões e quando se estendem até a superfície, permitem a visitação dessas cavernas. Se estas fissuras estão total ou parcialmente abaixo do nível freático, a água pode aumentar a caverna por erosão mecânica, mas não por dissolução. Em muitos casos as cavernas de arenito podem ser expandidas também pela erosão eólica. Cavernas desse tipo são muito estáveis e em geral se originam de processos geológicos mais antigos que as cavernas por dissolução química.

Como o processo de formação e crescimento dessas cavernas não é químico, elas não costumam possuir espeleotemas, a não ser em raros casos em que uma camada de rocha carbonática esteja acima da caverna. Em condições especiais, podem ocorrer espeleotemas de sílica em cavernas de arenito, como os presentes na Gruta do Lapão e na Gruta do Riachinho, na Chapada Diamantina, Bahia, Brasil.

Cavernas de gelo

Apesar do nome, as cavernas de gelo não devem ser confundidas com as cavernas em glaciares. Cavernas de gelo são cavidades na rocha, formadas por qualquer dos processos descritos acima. Como se localizam em regiões muito frias do globo, elas apresentam temperaturas abaixo de 0 °C durante todo o ano em pelo menos uma parte de sua extensão. Isso provoca o congelamento da água infiltrada pelo solo ou da umidade atmosférica e forma em seu interior diversos tipos de precipitações de gelo (chamados icicles em inglês) que podem ser tão exuberantes como os espeleotemas rochosos.

Cavernas glaciares

Caverna glacial no interior de uma geleira na Suíça.

Este tipo especial de caverna não é formado na rocha, mas no gelo de glaciares. A passagem da água da parte superior da geleira para o leito rochoso produz tubos que podem ter desenvolvimento horizontal ou vertical. Embora possam permanecer praticamente inalteradas por muitos anos, estas cavernas são instáveis e podem desaparecer completamente ou mudar de configuração ao longo do tempo. Ainda assim podem ser visitadas e utilizadas para estudar o interior das geleiras. Seu maior valor científico reside no fato de permitirem acessar amostras de gelo de diversas idades diferentes, usadas em pesquisas de paleoclimatologia.

Cavernas marinhas

Cavernas marinhas podem ter diversas configurações, desde cavidades totalmente submersas no leito oceânico até formações parcialmente submersas em paredões rochosos da costa. As primeiras são abismos ou fendas que podem atingir profundidades abissais e são penetráveis por mergulhadores ou veículos submersíveis. Essa cavernas podem ter diversas origens, em geral tectônicas.

Cavernas da costa podem resultar de diversos processos diferentes. Um deles é a erosão mecânica das ondas que abre cavidades na rocha. Em alguns casos, não passam de tocas submersas e sem saída. Outras podem ter uma extremidade que se abre no lado da terra, permitindo o acesso por ambos os lados. Grutas formadas por processos tectônicos ou dissolução química também podem se tornar parcialmente submersas no oceano, devido ao rebaixamento do terreno ou pelo aumento do nível do mar. Também é possível que rios subterrâneos originários de cavernas cársticas próximas à costa deságuem diretamente no mar, abrindo passagens entre a terra e o oceano. Nestes casos também pode ser possível o acesso por ambas as extremidades. Algumas dessas cavernas podem atingir grandes extensões. Em geral são acessíveis através de cenotes e exploráveis por mergulho.

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