Apesar de já não ter a sua imponência inicial, como se depreende dos relatos presentes nos acervos históricos, a Gruta do Carvão possui uma grande variedade de estruturas geológicas, típicas de um vulcanismo efusivo, constituindo um importante monumento espeleológico. Do tecto pendem numerosas estalactites lávicas de variados tipos, resultantes da solidificação rápida de pingos de lava. Na sua maioria apresentam forma cónica e superfície lisa, designando-se estalactites cónicas. Quando os pingos de lava se acumulam no chão do tubo lávico, originam estalagmites ou estafilitos, estruturas frequentemente com forma globular/reniforme e de base mais larga.
Estalactite e estalagmite lávica.
As estalactites secundárias de sílica amorfa, predominantemente irregulares, de cor esbranquiçada e extremamente frágeis, surgem como resultado da alteração e acumulação de águas de escorrência da superfície que se infiltraram e precipitaram na gruta.
Estalactites secundárias de sílica amorfa
Estas águas também são responsáveis por fenómenos de oxidação das rochas basálticas que formam a Gruta do Carvão, conferindo-lhes, em muitos locais, tonalidades avermelhadas ou alaranjadas que surgem junto às fendas e a outros locais de infiltração, e correspondem à formação de minerais secundários, como a Limonite e a Hematite, resultantes da alteração da Magnetite do basalto. Nos túneis lávicos é comum a presença de estruturas salientes nas paredes laterais, designadas por balcões ou bancadas, que são “registos” dos níveis de escoamento das lavas que percorreram o interior do túnel.
Balcões ou bancadas laterais
Quando estas bancadas se desenvolvem em extensão, ambos os lados podem unir-se, formando uma única estrutura, designada por ponte lávica, que estabelece a ligação entre as duas paredes.
Ponte lávica
Igualmente resultantes do fluxo lávico no interior da gruta, são as estrias que resultam da acção erosiva da lava, principalmente nas zonas côncavas dos sectores curvilíneos do túnel lávico.
Estrias resultantes do fluxo da lava
Durante o processo de solidificação das paredes do tubo lávico, por acção da pressão dos gases acumulados no seu interior, a camada superficial por vezes explode, dando origem a estruturas designadas de bolhas de gás. As fendas nas paredes e tecto do tubo lávico são resultantes, essencialmente, da fracturação ocorrida no processo de arrefecimento da gruta e consequente estabilização estrutural, bem como de eventos naturais (como episódios sísmicos) e da acção antrópica (como alteração do uso do solo à superfície).
Bolhas de gás e fenda
Por vezes os fragmentos de rocha que colapsam do tecto ou das paredes do tubo lávico são envolvidos e agregados pela escoada lávica, originando estruturas designadas por bolas de acreção ou lava balls.
Lava Ball
A maioria das paredes e tectos das cavidades vulcânicas é recoberta por uma fina camada de lava, de brilho metálico e superfície lisa (glaze), que reveste o basalto de textura esponjosa. A sua formação resulta da refusão do basalto devido às altas temperaturas das escoadas e dos gases que percorrem o túnel. O chão da gruta é constituído principalmente por escoadas lávicas do tipo aa, apresentando uma superfície muito irregular, espinhosa e áspera, de fragmentos soltos e escoriáceos de dimensões variadas, que por vezes surgem soldados (designados por clinker). Pontualmente existem pequenas áreas de superfície contínua, lisa, ou ligeiramente ondulada, formada por lavas pahoehoe.
Lavas aa e pahoehoe
São todas estas estruturas vulcanoespeleológicas que confirmam a importância da Gruta do Carvão no conhecimento e interpretação do vulcanismo basáltico da ilha de S. Miguel.