Кошки. Породы, стерилизация
›

Карстовые пещеры. Что это такое карст и карстовые пещеры

Карстовые пещеры

Растворение (выщелачивание) некоторых горных пород вызывает целый ряд явлений, которые называются карстовыми или, одним словом, карст. Эти явления впервые были изучены на известковом плато Карст в Югославии. Они встречаются там, где распространены растворимые породы: каменная соль, гипс, мел, известняки, доломиты. Поверхностные и подземные воды выщелачивают в них большие и малые полости, имеющие нередко причудливые формы, образующие пещеры, провалы, гроты.

Когда рушится кровля над карстовыми пустотами или выщелачиваются породы, залегающие с поверхности, возникают своеобразные формы рельефа-карстовые. Из них наиболее распространены воронки различных размеров и форм, котловины и провалы; кар-ры - углубления, канавы, щели, борозды, прорезающие земную поверхность.

Под влиянием карста происходит немало удивительных явлений: пропадают (в буквальном смысле проваливаются под землю) реки, ручьи, озера; некоторые реки внезапно «выныривают» на поверхность; на морском дне из карстовых полостей изливаются пресные воды. Предполагают, что некоторые легенды о внезапно исчезающих городах (скажем, о невидимом граде Китеже) возникли под впечатлением карстовых провалов, в которые обрушивались строения. Подобные явления нередки в районах, где развит карст.

Изучение карста связано прежде всего с практическими нуждами: строительством городов и отдельных сооружений, эксплуатацией железных дорог и т. д. Карстовые провалы, например, неоднократно происходили близ полотна железной дороги на линии Москва- Горький. Одна из воронок имела диаметр 50 м. На ее засыпку потребовалось 15 вагонов грунта. Еще больше неприятностей доставляют карстовые провалы в городах. Известны случаи, когда дома проваливались в карстовые полости, а целые кварталы разрушались. Так, в Йоханнесбурге (ЮАР) в конце 1962 г. исчез под землей, в провале, целый завод, а позже - жилой дом. По-видимому, эти провалы возникли в результате крупных откачек подземных вод. Нарушилась устойчивость в карстовых полостях, в доломитах и известняках, залегающих под городом.

В карстовых районах очень непросто проводить гидротехническое строительство.

Несмотря на это, в карстовых районах ведется строительство. Так, Павловская гидроэлектростанция на реке Уфе, Каховская на Днепре и многие другие плотины находятся в местах, где развит карст. Но тут еще до начала строительства поработали географы и геологи, изучившие карст и подсказавшие меры борьбы с ним. Ведь, несмотря на все «коварство» карста, с ним можно успешно бороться. Скажем, нагнетать по скважинам цемент в подземные пустоты или «залечивать» воронки грунтом.

Карст очень осложняет подземные работы: проходку шахт, штолен, тоннелей. Нередко в карстовых пустотах текут подземные ручьи и реки, находятся подземные озера. Но под землей карст может стать и помощником человека: по карстовым пещерам спелеологам (исследователям пещер) удается проникнуть на сотни метров в глубины гор.

Карстовые пещеры - замечательные создания природы. Причудливые лабиринты, галереи; величественные гроты и «бездонные» пропасти; каменные «сосульки» сталактитов и сталагмитовые колонны; бурные потоки, водопады и тишайшие озера; особый животный мир и хрупкие кристаллические образования - все это встречается в карстовых пещерах. Некоторые из них очень велики. В Среднем Приднестровье длина Озерной пещеры - 21,6 км, а Главной (Кристальной)-18,8 км. Знаменитая Кунгурская пещера в Предуралье имеет длину 4,6 км; в ней находится более 30 озер. Самая большая пещера-Мамонтова (США, штат Кентукки); суммарная длина всех ее ответвлений-240 км. Много пещер на Кавказе, в Крыму. Летом 1979 г. советские спелеологи, исследовавшие кавказскую пещеру Снежную, опустились на глубину 1190 м. Глубочайший в мире карстовый провал - пещера Пьер-Сен-Мартен во Франции (1332 м).

Карст бывает древний и современный. В долине Волги, на Самарской Луке, можно видеть карстовые формы, образовавшиеся более 150 млн. лет назад. Это древний карст. Современные карстовые процессы имеют разную интенсивность. И все-таки скорость их, в общем, не очень велика. За годы и десятилетия не может образоваться крупная карстовая полость, или карры. Так что возраст большинства современных карстовых форм - многие тысячи, а то и миллионы лет.

Для образования карста еще недостаточно присутствия растворимых пород. Большое значение имеют глубина залегания подземных вод (чем ниже их уровень, тем глубже карстовые формы), химический состав поверхностных и подземных вод, рельеф, климат, а также деятельность человека (горные работы, строительство, гидротехнические сооружения и пр.). Поэтому очень непросто изучать карст, его Причины, особенности и методы борьбы с ним.

Карст встречается во многих обширных районах нашей страны: на Среднерусской и Приволжской возвышенностях, в бассейне Оки, Клязьмы, верховьях Днепра и Дона, на Волынской возвышенности, в Прибалтике, на О него-Двинском водоразделе, в северной части Белоруссии, в Предкарпатье и Закарпатье, в Крыму и на Кавказе, в Прикаспийской низменности, на Урале и в Предуралье. Распространен карст также в Восточной Сибири, в Западном Прибайкалье, в Приморье и Приамурье, в Казахстане и Средней Азии. Наиболее детально он изучен в европейской части страны. Однако и здесь во многих районах он исследован еще недостаточно хорошо.

О существовании карста в данной местности юный краевед может узнать по рассказам местных жителей и специалистов, а также по формам рельефа, пещерам и т. д.

Карст можно обнаружить по характерным формам рельефа (карры, воронки); по исчезающим ручьям и речкам; по участкам, где уменьшается или резко возрастает количество воды в реке; по крупным источникам подземных вод. В больших карстовых понижениях и закарстованных оврагах нередки сильно заросшие небольшие воронки, которые непросто заметить. Однако следует помнить, что именно такие очаги густой растительности свидетельствуют о существовании здесь провалов.

Обследовать карстовые формы рельефа надо очень осторожно, помня о возможной встрече с глубокими карстовыми колодцами, провалами; нельзя действовать в одиночку, без участия опытных старших товарищей, учителей. Следует ограничиться осмотром и обмером карстовых форм рельефа с поверхности (не спускаясь в провалы, пещеры). Проведите глазомерную съемку участков их распространения, нанесите эти участки на мелкомасштабные карты и схемы. Особое внимание надо обращать на повреждения дорог, отдельных сооружений в связи с проявлениями карста. Очень опасны карстовые пещеры: в них легко заблудиться; вдобавок в них нередко встречаются глубокие карстовые колодцы, пропасти.

Источник: yunc.org

Карстовые пещеры - это подземные полости, образовав­шиеся в толще земной коры, в районах распространения легкорастворимых карбонатных и галогенных горных по­род. Подвергаясь выщелачиванию и механическому воз­действию, эти породы постепенно разрушаются, что при­водит к образованию различных карстовых форм. Среди них наибольший интерес вызывают подземные карстовые формы - пещеры, шахты и колодцы, характеризующиеся иногда весьма сложным строением.

Одним из основных условий развития карстовых пе­щер является наличие карстующихся горных пород, от­личающихся значительным литологическим разнообрази­ем. Среди них выделяются карбонатные породы (извест­няки, доломиты, писчий мел, мраморы), сульфатные (гипсы, ангидриты) и галоидные (каменная, калийная соли). Карстующиеся породы имеют весьма широкое рас­пространение. Во многих местах они перекрываются ма­ломощным чехлом песчано-глинистых отложений или не­посредственно выходят на поверхность, что благоприят­ствует активному развитию карстовых процессов и обра­зованию различных карстовых форм. На интенсивность карстообразования значительное влияние оказывает также мощность пород, их химический состав и особенности залегания.

Как уже говорилось, строителем карстовых пещер яв­ляется вода. Однако чтобы вода могла растворять гор­ные породы, они должны быть водопроницаемы, т. е. трещиноваты. Трещиноватость пород является одним из основных условий развития карста. Если карбонатный или сульфатный массив монолитен и состоит из твердых раз­ностей пород, лишенных трещиноватости, то он не под­вергается воздействию карстовых процессов. Однако такое явление встречается редко, так как известняки, доломиты и гипсы трещиноваты по своей природе. Трещины, рассе­кающие известняковые массивы, имеют различное проис­хождение. Выделяют трещины литогенетические, текто­нические, механической разгрузки и выветривания. Наи­более распространены тектонические трещины, которые обычно секут различные слои осадочных пород, не пре­ломляясь при переходе из одного слоя в другой и не меняя своей ширины. Тектоническая трещиноватость от­личается развитием сложных взаимно перпендикулярных трещин шириной 1-2 мм. Наибольшей раздробленностью и трещиноватостью горные породы характеризуются в зонах тектонических нарушений.

Выпадая на поверхность карстующегося массива, ат­мосферные осадки по трещинам различного происхожде­ния проникают в глубь этого массива. Циркулируя по подземным каналам, вода выщелачивает горную породу, постепенно расширяет подземные проходы и образует иногда громадные гроты. Движущаяся вода является третьим обязательным условием развития карстовых про­цессов. Без воды, растворяющей и разрушающей горные породы, не было бы карстовых пещер. Вот почему осо­бенности гидрографической сети и своеобразие гидрогео­логического режима в значительной мере определяют степень кавернозности карстующихся толщ, интенсивность процессов выщелачивания и условия развития подземных полостей.

Основную роль в формировании многих карстовых полостей играют инфильтрационные и инфлюационные дождевые и талые снеговые воды. Такие пещеры - корро­зионно-эрозионного происхождения, поскольку разрушение породы происходит как за счет ее химического выщела­чивания, так и путем механического размыва. Однако не следует думать, что эти процессы протекают одновре­менно и непрерывно. На разных стадиях развития пе­щер и на разных их участках доминирует обычно один из указанных процессов. Образование некоторых пещер целиком связано или с коррозионными, или с эрозионны­ми процессами. Встречаются также нивально-коррозионные пещеры, своим происхождением обязанные деятель­ности талых снеговых вод в зоне контакта снежной тол­щи с карстующейся породой. К ним относятся, например, сравнительно неглубокие (до 70 м) вертикальные поло­сти Крыма и Кавказа. Многие пещеры возникли в результате обвала кровли над подземными коррозионно-эро­зионными пустотами. Некоторые естественные полости образовались путем выщелачивания горных пород восходя­щими по трещинам артезианскими, минеральными и тер­мальными водами. Таким образом, карстовые пещеры мо­гут иметь коррозионное, коррозионно-эрозионное, эрозион­ное, нивально-коррозионное, коррозионно-гравитационное (провальное), гидротермальное и гетерогенное происхож­дение.

Помимо инфильтрационных, инфлюационных и напор­ных вод в образовании пещер определенную роль иг­рают также конденсационные воды, которые, собираясь на стенках и потолке пещер, разъедают их, создавая при­чудливые узоры. В отличие от подземных ручьев кон­денсационные воды воздействуют на всю поверхность полости, в связи с чем оказывают наибольшее влияние на морфологию пещер. Особенно благоприятными усло­виями для конденсации влаги характеризуются неболь­шие полости, расположенные на значительной глубине от поверхности, поскольку количество конденсационной вла­ги находится в прямой зависимости от интенсивности воздухообмена и в обратной от объема полости. Наблю­дения, проведенные в Горном Крыму, показали, что в исследованных карстовых пещерах в течение года кон­денсируется 3201,6 м 3 воды (Дублянский, Илюхин, 1971), а в подземных полостях всей главной гряды в 2500 раз больше (т. е. 0,008004 км 3). Эти воды отли­чаются большой агрессивностью. Жесткость их превышает 6 мг-экв (300 мг/л). Таким образом, за счет инфильтра­ционных вод пещеры Горного Крыма, как показывают не­сложные расчеты, увеличиваются по сравнению с общим объемом примерно на 5,3%. Средняя минерализация кон­денсационных вод около 300 мг/л, следовательно, они выносят в течение года 2401,2 т (8004 10 6 л X 300 мг/л) углекислого кальция. Суммарный вынос карбоната каль­ция карстовыми источниками Горного Крыма составляет около 45 000 т/год (Родионов, 1958). Следовательно, роль конденсационных вод в формировании подземных поло­стей сравнительно невелика, причем воздействие их на горную породу как агента денудации ограничивается в основном теплым периодом.

Как же идет процесс выщелачивания карстующихся пород? Рассмотрим этот вопрос в общем плане на примере карбонатных образований. Природные воды всегда со­держат углекислоту, а также различные органические кислоты, которыми они обогащаются при контакте с рас­тительностью и просачивании через почвенный покров. Под действием углекислоты карбонат кальция переходит в бикарбонат, который значительно легче растворяется в воде, чем карбонат

Эта реакция обратима. Увеличение содержания углеки­слоты в воде вызывает переход кальцита в раствор, а при уменьшении ее происходит выпадение из водного раство­ра бикарбоната кальция (известкового осадка), который накапливается в некоторых местах в значительном коли­честве. Между содержанием углекислоты и температурой воды существует обратная связь.

Резко возрастает растворимость известняков, когда под­земные воды обогащены кислотами и солями. Так, при обогащении подземных вод серной кислотой реакция идет по уравнению

Выделившаяся в результате этой реакции углекисло­та оказывается дополнительным источником образования гидрокарбонатов.

Степень растворимости гипса и ангидрита также зави­сит от наличия тех или иных кислот и солей. Так, на­пример, присутствие в воде СаCl 2 значительно снижает растворимость гипса, напротив, наличие в воде NCl и MgCl 2 увеличивает растворимость сульфата кальция. Рас­творение гипса в принципе может происходить и в хими­чески чистой воде.

Хотя мы и называем карбонатные и сульфатные по­роды легкорастворимыми, однако растворяются они чрез­вычайно медленно. Для образования подземных пустот требуются многие и многие тысячи лет. При этом карстующиеся породы растворяются и разрушаются только по трещинам, вне трещин они остаются по-прежнему очень прочными и твердыми.

Проникающие в карстовые массивы по трещинам и тектоническим нарушениям атмосферные воды харак­теризуются сначала преимущественно вертикальным дви­жением. Достигнув водоупора или местного базиса эрозии, они приобретают горизонтальное движение и текут обычно по падению пластов горных пород. Часть воды просачивается в глубокие горизонты и формирует регио­нальный сток. В этой связи в карстующемся массиве выделяется несколько гидродинамических зон, а именно - зона поверхностной, вертикальной, сезонной, горизонталь­ной, сифонной и глубинной циркуляции карстовых вод (рис. 1). Каждая из указанных гидродинамических зон характеризуется определенным набором карстовых форм. Так, к зоне вертикальной циркуляции вод или к зоне аэрации приурочены в основном вертикальные подземные полости - карстовые колодцы и шахты. Они развиваются вдоль вертикальных или пологонаклонных трещин в ре­зультате периодического выщелачивания горных пород талыми снеговыми и дождевыми водами. В зоне горизон­тальной циркуляции, где происходит свободный сток без­напорных вод к речным долинам или периферии карстующегося массива, формируются горизонтальные пещеры. Наклонные и горизонтальные полости отмечаются в зоне сифонной циркуляции, характеризующейся напорными во­дами, которые движутся в подрусловых каналах нередко ниже местного базиса эрозии.

На развитие пещер, кроме морфоструктурных и гид­рогеологических особенностей, существенно влияют также климат, почвы, растительность, животный мир, а также хозяйственная деятельность человека. К сожалению, роль этих факторов в пещерообразовании изучена в настоящее время далеко не достаточно. Хочется надеяться, что этот пробел в ближайшем будущем будет ликвидирован.

Теория происхождения известняковых карстовых пе­щер, развивающихся в породах с горизонтальным залега­нием слоев, была разработана У. М. Девисом (1930). В эволюции так называемых двуцикловых пещер, обра­зовавшихся при двукратном поднятии известнякового мас­сива, он различал пять основных этапов: а) зачаточные каналы, формирующиеся в зоне полного насыщения мед­ленно движущихся фреатических вод, находящихся под давлением; б) зрелые галереи, когда в условиях распро­странения безнапорных вадозных потоков начинает доми­нировать механический размыв (корразия); в) сухие га­лереи, возникшие в результате ухода воды в глубь мас­сива вследствие местного поднятия территория; г) натеч­но-аккумулятивная, характеризующаяся заполнением галерей натечно-капельными и другими пещерными от­ложениями; д) разрушение подземных галерей (пенепле­низация).

На основе развития взглядов Девиса было создано представление о фреатической (пещерные галереи разра­батываются грунтовыми водами, находящимися под давле­нием) и вадозной (подземные воды свободно, не под на­пором, движутся по галереям в сторону дренирующих систем) стадиях развития пещер (Бретц, 1942).

Наиболее полно вопросы эволюции подземных полос­тей разработаны советскими исследователями Г. А. Мак­симовичем (1963, 1969) и Л. И. Маруашвили (1969), которые выделили несколько стадий формирования гори­зонтальных карстовых пещер. Первая стадия - трещинная, затем щелевая. По мере увеличения ширины трещин и щелей в них проникает все большее количество воды. Это активизирует карстовые процессы особенно на участ­ках чистых разностей пород. Пещера переходит в кана­ловую стадию. При расширении каналов подземные пото­ки приобретают турбулентное движение, что благоприят­ствует еще большему усилению процессов коррозии и эро­зии. Это стадия подземной реки, или воклюзовая. Она характеризуется значительным заполнением подземного канала водным потоком и выходом его в виде воклюз­ного источника на дневную поверхность, а также обра­зованием органных труб, обвалом сводов, ростом гротов.

В связи с размывом дна подземного канала вода просачивается по трещинам в глубь карбонатных и га­логенных толщ, где на более низком уровне разрабаты­вает новые полости, формируя более низкий этаж пеще­ры (рис. 2). Постепенно подземные каналы расширя­ются. Водный поток частично, а затем полностью уходит в нижние горизонты массива, и пещера становится сухой. В нее проникают по трещинам в кровле лишь инфиль­трационные воды. Это коридорно-гротовая натечно-осып­ная (водно-галерейная, по Л. И. Маруашвили) стадия развития пещеры. Она отличается широким распрост­ранением химической и механической аккумуляции (в гипсовых пещерах стадия натечной аккумуляции от­сутствует). Потолок и стены пещеры покрываются раз­нообразными кальцитовыми натеками. Образуются камен­ные и земляные «осыпи, последние располагаются пре­имущественно под органными трубами. Накапливаются также отложения рек и озер. С уходом водотока даль­нейшее увеличение подземной полости резко замедляется, хотя коррозионная деятельность продолжается за счет инфильтрационных и конденсационных вод.

По мере развития пещеры она переходит в коридор­но-гротовую обвально-цементационную (сухо-галерейную, по Л. И. Маруашвили) стадию. На этой стадии в ре­зультате обрушения кровли над подземными полостями возможно вскрытие некоторых частей пещеры. Постепен­ное обрушение свода пещеры приводит к полному ее унич­тожению, что особенно характерно для верхних частей с небольшой мощностью кровли. На уцелевших участках остаются лишь карстовые мосты и узкие арки. При полном разрушении пещеры образуется карстовая долина.

Если толща кровли превышает 100-200 м, то провалов в ней, как правило, не образуется, а подземные полости заполняются обрушившимися с потолка глыбами породы и принесенными песчано-глинистыми отложениями, которые разбивают пещеру на отдельные изолированные полости. В этом случае развитие пещеры заканчивается коридор­но-гротовой обвально-цементационной стадией (грото-камерная стадия, по Л. И. Маруашвили).

Продолжительность отдельных стадий пещерообразо-вательного цикла, отличающихся своими гидродинамиче­скими и морфологическими особенностями, спецификой физико-химических процессов и своеобразием биоклимати­ческих условий, измеряется десятками и сотнями тысячелетий. Так, сухо-галерейная стадия пещеры Кударо на Кавказе продолжается уже 200-300 тыс. лет (Маруашви­ли, 1969). Что касается ранних стадий развития пещер (трещинная, щелевая, каналовая и воклюзовая), то их продолжительность значительно короче. Пещеры «могут достигать зрелого водно-галерейного состояния за не­сколько тысячелетий от начального момента своего раз­вития». В этом отношении интересны эксперименталь­ные исследования Е. М. Абашидзе (1967) по растворению стенок трещин глауконитовых известняков Шаорского во­дохранилища (Кавказ). Опыты показали, что за 25 лет непрерывной фильтрации в зависимости от скорости по­тока волосные трещины размером 0,1-0,25 мм могут уве­личиваться до 5-23 мм.

Таким образом, карстовые пещеры характеризуются сложной эволюцией, особенности которой зависят от со­четания самых различных факторов, определяющих не­редко значительные отклонения от рассмотренной схемы. Развитие пещер в силу тех или иных причин может пре­кратиться или вновь начаться на любой морфолого-гид­рологической стадии. Сложные пещерные системы состоят обычно из участков, находящихся на разных стадиях раз­вития. Так, в Ищеевской пещере на Южном Урале в на­стоящее время встречаются участки от каналовой стадии до карстовой долины.

Особенностью многих пещер является их многоярусность, причем верхние ярусы всегда значительно старше нижележащих. Количество этажей у разных пещер изме­няется от 2 до 11.

Расстояние между двумя смежными уровнями много­этажных пещер колеблется от нескольких метров до не­скольких десятков. Обрушение сводов, разделяющих пе­щерные этажи, приводит к образованию гигантских гро­тов, достигающих иногда высоты 50-60 м (пещеры Крас­ная и Анакопийская).

Появление нового этажа Г. А. Максимович связывает с тектоническим поднятием района, где находится пеще­ра. Н. А. Гвоздецкий основную роль в развитии много­этажных пещер в условиях большой мощности карстую­щихся пород отводит восходящим движениям, которые рассматривает не как нарушающий фактор, а как общий фон эволюции карста. По мнению Л. И. Маруашвили, многоярусность пещер может быть определена не только тектоническим поднятием карстового массива, но и общим понижением уровня океана (эвстазия), что вызывает ин­тенсивное углубление речных долин и быстрое снижение уровня горизонтальной циркуляции карстовых вод.

Ярусность лучше всего выражена у пещер равнин­ных и предгорных территорий, отличающихся сравни­тельно медленными тектоническими поднятиями. В про­цессе формирования пещер иногда наблюдается смеще­ние оси пещерных галерей от первоначальной верти­кальной плоскости. Интересна в этом отношении пещера Цуцхватская. Каждый более молодой (из четырех ниж­них) ярус этой пещеры сдвинут по отношению к предыдущему к востоку, в связи с чем подземный отрезок реки Шапатагеле в настоящее время находится значительно восточнее, чем в период формирования более высоких зтажей пещеры. Смещение оси пещерных галерей свя­зано с наклоном тектонических трещин, к которым при­урочены подземные полости.

Каков же возраст карстовых пещер и по каким при­знакам можно судить о начале формирования пещеры? По мнению Л. И. Маруашвили, за начало формирова­ния пещеры следует принимать период перехода ее в натечно-осыпную (водно-галерейную) стадию, поскольку на более ранних стадиях своего развития пещера еще не является в обычном понимании пещерой: она плохо раз­работана, полностью заполнена водой и совершенно не­проходима.

Для определения возраста пещер применяются раз­личные методы исследования, в том числе палеозоологи­ческий, археологический, радиоуглеродный и геоморфоло­гический. В последнем случае сопоставляется гипсомет­рический уровень пещер с уровнями поверхностных форм. К сожалению, многие из этих методов позволяют опре­делить лишь верхний предел возраста пещеры. Прямыми и косвенными данными доказывается весьма длитель­ное существование карстовых пещер, определяемое иног­да многими миллионами лет. Разумеется, возраст пещер в значительной мере зависит от литологического состава пород, в которых они формируются, и общей физико-географической обстановки. Однако даже в легкораство­римых сульфатных (гипс, ангидрит) образованиях пещеры сохраняются весьма длительное время. Интересны в этом отношении гипсовые пещеры Подолии, начало формиро­вания которых относится к верхнему миоцену. И. М. Гу­невский, исходя из особенностей геологического строения территории, степени трещиноватости пород, характера рельефа, морфологии подземных полостей и строения на­течных образований, выделяет следующие этапы формиро­вания подольских пещер: верхнесарматский (начало ин­тенсивной глубинной эрозии), раннеплиоценовый (харак­теризующийся интенсификацией процессов вертикального направления), позднеплиоценовый (процессы горизонталь­ной циркуляции подземных вод преобладают над верти­кальными), раннеплейстоценовый (процессы образования пещер достигают максимальной интенсивности), среднеплейстоценовый (процессы подземного карстообразования начинают затухать), позднеплейстоценовый (аккумуляция минеральных и хемогенных образований), голоценовый (аккумуляция глыбовых отложений). Таким образом, воз­раст самых крупных в мире гипсовых пещер Оптими­стической, Озерной и Крывченской в Подолии превыша­ет, по-видимому, 10 млн. лет. Возраст известняковых пещер может быть еще более значительным. Так, некото­рые древние карстовые пещеры Алайского хребта (Средняя Азия), имеющие гидротермальное происхожде­ние, по мнению 3. С. Султанова, образовались в верхне­палеозойское время, т. е. более 200 млн. лет назад.

Древние пещеры встречаются, однако, сравнительно редко, сохраняясь длительное время лишь в наиболее благоприятных природных условиях. Большинство карсто­вых пещер, особенно в сильно обводненных сульфатных породах, имеет молодой, преимущественно четвертичный или даже голоценовый возраст. Разумеется, отдельные галереи сложно построенных многоярусных пещер обра­зовались в разное время и возраст их может изменять­ся в значительных пределах.

Для количественной оценки карстовых полостей Г. А. Максимович (1963) предлагает два показателя: плотность и густоту карстовых пещер. Под плотностью понимается количество пещер, отнесенных к площади 1000 км 2 , а под густотой - общая протяженность всех по­лостей в пределах той же условной площади.

Ж. Корбель предложил характеризовать величину кар­стовых пещер показателем пустотности, вычисляемым по формуле

где V - объем растворимой породы, в которой развита пе­щера, в 0,1 км 3 ; L - расстояние (на плане) между край­ними точками по основной оси системы полостей - 0,1 км; J - расстояние между двумя наиболее удаленными точка­ми по перпендикуляру к основной оси - 0,1 км; Н - раз­ница отметок между самой высокой и самой низкой точ­ками пещерной системы - 0,1 км.

Для определения крупности пещер существует также и другой способ, который связан с подсчетом объема по­лостей. Если полость имеет сложную форму, то ее сле­дует представить в виде совокупности различных геометрических фигур (призмы, цилиндра, полного и усеченного конуса, полной и усеченной пирамиды с любым по форме основанием, шара и т. д), объем которых вычисляется по формуле Симпсона

где v - объем геометрической фигуры, м 3 ; h - высота фи­гуры, м; s 1 , s 2 , s 3 - площади нижнего, среднего и верх­него сечения фигуры, м 2 . Проверка этого метода крым­скими спелеологами показала, что ошибки при подсчете объема полостей по формуле Симпсона не превышают 5-6%.

Карстовые пещеры, фото которых можно увидеть в данной статье, широко распространены во всём мире. Именно для этого вида характерно образование с наибольшей протяжённостью и глубиной. В большинстве случаев при образовании пещер естественным путём их форма зависит от степени влияния воды на горные породы. Именно поэтому карстовые пещеры встречаются в тех местах, где существуют залежи разнообразных растворимых пород.

Известняк под воздействием чистой воды растворяется очень плохо. При этом, если в воде содержится повышенное количество углекислого газа, растворимость породы может ускориться в несколько раз.

Основные данные

Карстовые пещеры - это подземные полости, которые могут образовать выход на поверхность или формироваться в замкнутом пространстве. По сути, они представляют собой углубления разной длины и протяжённости, созданные естественным путём, без вмешательства человека, в разнообразных карстовых породах. При этом слой карста в каждой пещере имеет свой процент содержания влаги.

Примечательно, что соляные пещеры образуются и разрушаются достаточно быстро, вследствие чего они практически никогда не успевают достичь такой же протяжённости, как известняковые или мраморные, образованные под воздействием воды.

Рельеф пещер

Для ускоренного формирования подобных пещер необходимо обязательное наличие в слоях породы небольших трещин и углублений под названием кары, а также сети таких естественных отверстий, как:

  • Воронки. Характерной чертой является неправильная или конусообразная форма углубления. Достигают в диаметре до 250-300 м при глубине от 50 м до 100м. На дне можно обнаружить особые отверстия под названием поноры, в которые постепенно уходит основная масса подземных вод. Данные участки зачастую являются начальными образованиями будущих шахт, колодцев или пропастей, глубина которых в некоторых случаях превышает тысячу метров. Так, например, одна из самых больших пропастей в мире под названием Жан-Бернар находится в Альпийских горах Франции. Её глубина составляет 1410 м.
  • Котловины представляют собой полости, периодически заполняющиеся водой (исчезающие озёра).
  • Полья - это котловины размером 20-200 км 2 . Для них также характерно периодическое заполнение водой.
  • Колодцы.
  • Шахты.

Примечательно, что в закарстованных породах изначально образуются подземные ходы и углубления различной протяжённости, а уже из них начинает постепенно формироваться полноценная карстовая пещера, на образование которой может уйти не одна сотня лет.

Образование

Образование карстовых пещер во многом зависит от тектонических трещин и разломов, в которые на протяжении длительного периода стекают большие объёмы водных осадков. Кроме того, для формирования пещеры необходимо, чтобы вход в неё располагался гораздо выше того места, где скапливаются подземные воды. Примечательно, что основной особенностью карстовых процессов является то, что зачастую вода, растворив породу, через некоторое время вымывает её обратно, образуя ряд натёчных образований.

Степень выразительности карстовых форм

По степени выразительности поверхностные и подземные карстовые образования можно разделить на:

  • голые - ярко выражены и находятся на поверхности земли;
  • задернованные — могут быть прикрыты слоем почвы;
  • покрытые - карстовый слой покрыт рыхлыми осадками с нерастворимой структурой;
  • бронированные - карстовый слой покрыт полускальными и скальными образованиями.

Внутри подобных пещер в результате отсутствия доступа солнечных лучей и повышенного содержания концентрации углекислого газа на протяжении веков соблюдается особый микроклимат, позволяющий сохранить естественную красоту карстовых образований.

Влияние климата

В регионах, для которых характерно наличие пониженной температуры воздуха, подземные полости карстовых пещер в зимнее время года замерзают настолько, что даже летом температура в них не поднимается выше нуля. В таких пещерах зачастую можно наблюдать образование на потолке и стенах ледяной корки, сталактитов или других форм замёрзшей влаги.

Карстовые пещеры мира

Длиннейшая в мире пещера, образованная в известняках, получила название Мамонтова. Находится она в США (Кентукки) и имеет суммарную протяжённость ходов более 400 км. По ней протекают сразу две реки: Стикс и Эхо.

Длиннейшая пещера в гипсах — Оптимистическая - находится в Украине (Тернопольская область, Подолье). Она была обнаружена ещё в 1966 году. Протяжённость ходов в ней составляет более 230 км. Площадь самой пещеры при этом достигает 2 Га. Такой протяжённости удалось достичь благодаря тому, что пласты гипса, в которых образована пещера, перекрыты сверху слоем известняка, удерживающего своды от обрушения.

Примечательно, что самые глубокие пещеры в мире также являются карстовыми. В качестве примера можно привести Абхазские: Крубера-Воронья и Снежная. Глубина первой составляет 2191 м, а второй - 1753 м.

Большое количество карстовых пещер встречается и в Европе. Самая известная из них - Моравский карст (Чешская республика). Её подземные карстовые оседания из девонского известняка образовались более чем 350 миллионов лет назад. Она представляет собой целую область карстовых оседаний.

При этом одной из самых популярных пещер у туристов остаётся карстовая пещера Постойнска-Яма (Словения). Её общая протяжённость составляет не более 20 км, однако по её подземной территории протекает река Пойка, в водах которой можно увидеть необычных белесых рыб без глаз.

Карстовые пещеры в России

Несмотря на многообразие карстовых пещер по всему миру, самая крупная и длинная из них - Большая Орешная - расположена в Красноярском крае.

Одна из самых длинных известняковых пещер России — Ботовская (Иркутская область). Её протяжённость составляет около 60 км.

Самая глубокая карстовая пещера, Горло Барлога, находится в Карачаево-Черкесии и уходит вглубь на 900 м.

Пещеры Крымского полуострова

Отдельное внимание следует уделить Крыму, который издавна знаменит своими карстовыми полостями.

Несмотря на то, что их образования занимают внушительную часть полуострова, наибольшую известность среди туристов завоевали такие карстовые пещеры, как:

  1. Красная. Лабиринты её ходов занимают 6 этажей при высоте сводов около 30 м и протяжённости залов до 80 м. На её долю приходятся 1/3 площади всех образований этого типа на полуострове. По дну пещеры протекает подземная река Су-Учхан, своды которой украшены чрезвычайно красивыми колоннами, сталагмитами и сталактитами.
  2. Мраморная находится на высоте 1000 м над уровнем моря. Своё название получила в результате образования в мраморированном известняке. В ней присутствуют красивейшие каскады озёр, россыпи пещерного жемчуга и каменные водопады.
  3. Эмине-Баир-Хосар занимает одно из первых мест среди мировых природных феноменов. Представляет собой более 1500 галерей и залов, малая толика которых оборудована для посещений туристами. В данной пещере можно увидеть уникальную коллекцию останков представителей дикой фауны, населявшей Крымский полуостров несколько миллионов лет назад.

Особенности исследования

Подземные воды постепенно вымывают и расширяют отверстия трещин в породе и начинают формировать галереи и гроты. Примечательно, что те карстовые пещеры, где потоки воды прокладывают себе более внушительные пути, постепенно расширяются и формируют запутанную систему подземных ходов, которые могут располагаться на различных уровнях и соединяться шахтами и колодцами различной глубины.

Любому человеку, который решит совершить путешествие по подземной реке, необходимо обязательно помнить о том, что это весьма опасное занятие. Несмотря на то, что большая часть туннелей достаточно широкая, на определённых участках они постепенно сужаются. При этом под воздействием течения лодка может попросту разбиться о стены пещеры. Кроме того, туристов в подобных мастах подстерегают ещё и многочисленные пороги и водопады, а также неожиданно возникающие глубокие пропасти. Также получить серьёзные травмы можно, натолкнувшись на естественные наросты породы: как выступающие из воды, так и свисающие с потолка. В результате чего можно оказаться сбитым с лодки в ледяную воду, что черевато не только ушибами, но и переохлаждением. Именно поэтому, исследуя карстовые пещеры, необходимо соблюдать предельную внимательность и осторожность для того, чтобы сохранить только приятные впечатления от незабываемого путешествия по этим чудесным местам.

Карстовые пещеры – это подземные полости, образовавшиеся и толще земной коры, в районах распространения легкорастворимых карбонатных и галогенных горных пород, подвергаясь выщелачиванию и механическому воздействию, эти породы постепенно разрушаются, что приводит к образованию различных карстовых форм. Среди них наибольший интерес вызывают подземные карстовые формы – пещеры, шахты и колодцы, характеризующиеся иногда весьма сложным строением.

Одним из основных условий образования карстовых пещер является наличие карстующихся горных пород, отличающихся значительным литологическим разнообразием. Среди них выделяются карбонатные породы (известняки, доломиты, писчий мел, мраморы), сульфатные (гипсы, ангидриты) и галоидные (каменная, калийная соли). Карстующиеся породы имеют весьма широкое распространение.

Во многих местах они перекрываются маломощным чехлом песчано-глинистых отложений или непосредственно выходят на поверхность, что благоприятствует активному развитию карстовых процессов и образованию различных карстовых форм. На интенсивность карстообразования значительное влияние оказывает также мощность пород, их химический состав и особенности залегания.

Вода — строитель карстовых пещер

Как уже говорилось, строителем карстовых пещер является вода . Однако чтобы вода могла растворять горные породы, они должны быть водопроницаемы, т. е. трещиноваты. Трещиноватость пород является одним из основных условий развития карста. Если карбонатный или сульфатный массив монолитен и состоит из твердых разностей пород, лишенных трещиноватости, то он не подвергается воздействию карстовых процессов.

Однако такое явление встречается редко, так как известняки, доломиты и гипсы трещиноваты по своей природе. Трещины, рассекающие известняковые массивы, имеют различное происхождение. Выделяют трещины литогенетические, тектонические, механической разгрузки и выветривания . Наиболее распространены тектонические трещины, которые обычно секут различные слои осадочных пород, не преломляясь при переходе из одного слоя в другой и не меняя своей ширины.

Тектоническая трещиноватость отличается развитием сложных взаимно перпендикулярных трещин шириной 1–2 мм. Наибольшей раздробленностью и трещиноватостью горные породы характеризуются в зонах тектонических нарушений.

Выпадая на поверхность карстующегося массива, атмосферные осадки по трещинам различного происхождения проникают в глубь этого массива. Циркулируя по подземным каналам, вода выщелачивает горную породу, постепенно расширяет подземные проходы и образует иногда громадные гроты. Движущаяся вода является третьим обязательным условием развития карстовых процессов.

Без воды, растворяющей и разрушающей горные породы, не было бы карстовых пещер. Вот почему особенности гидрографической сети и своеобразие гидрогеологического режима в значительной мере определяют степень каверзности карстующихся толщ, интенсивность и условия развития подземных полостей.

Дождевые и талые снеговые воды

Основную роль в формировании многих карстовых полостей играют инфильтрационные и инфлюационные дождевые и талые снеговые воды. Такие пещеры – коррозионно-эрозионного происхождения , поскольку разрушение породы происходит как за счет ее химического выщелачивания , так и путем механического размыва. Однако не следует думать, что эти процессы протекают одновременно и непрерывно.

На разных стадиях развития пещер и на разных их участках доминирует обычно один из указанных процессов. Образование некоторых пещер целиком связано или с коррозионными, или с эрозионными процессами. Встречаются также нивально-коррозионные пещеры, своим происхождением обязанные деятельности талых снеговых вод в зоне контакта снежной толщи с карстующейся породой. К ним относятся, например, сравнительно неглубокие (до 70 м) вертикальные полости Крыма и Кавказа.

Многие пещеры возникли в результате обвала кровли над подземными коррозионно-эрозионными пустотами. Некоторые естественные полости образовались путем выщелачивания горных пород восходящими по трещинам артезианскими, минеральными и термальными водами. Таким образом, карстовые пещеры могут иметь коррозионное, коррозионно-эрозионное, эрозионное, нивальнокоррозионное, коррозионно-гравитационное (провальное), гидротермальное и гетерогенное происхождение.

Конденсационные воды

Помимо инфильтрационных, инфлюационных и напорных вод в образовании пещер определенную роль играют также конденсационные воды, которые, собираясь на стенках и потолке пещер, разъедают их, создавая причудливые узоры. В отличие от подземных ручьев конденсационные воды воздействуют на всю поверхность полости, в связи с чем оказывают наибольшее влияние на морфологию пещер.

Особенно благоприятными условиями для конденсации влаги характеризуются небольшие полости, расположенные на значительной глубине от поверхности, поскольку количество конденсационной влаги находится в прямой зависимости от интенсивности воздухообмена и в обратной от объема полости. Наблюдения, проведенные в , показали, что в в течение года конденсируется 3201,6 м3 воды, а в подземных полостях всей главной гряды в 2500 раз больше (т. е. 0,008004 км3). Эти воды отличаются большой агрессивностью.

Жесткость их превышает 6 мг-экв (300 мг/л). Таким образом, за счет инфильтрационных вод пещеры Горного Крыма, как показывают несложные расчеты, увеличиваются по сравнению с общим объемом примерно на 5,3%. Средняя минерализация конденсационных вод около 300 мг/л, следовательно, они выносят в течение года 2401,2 т (8004 106л X 300 мг/л) углекислого кальция.

Суммарный вынос карбоната кальция карстовыми источниками Горного Крыма составляет около 45 000 т/год. Следовательно, роль конденсационных вод в формировании подземных полостей сравнительно невелика, причем воздействие их на горную породу как агента денудации ограничивается в основном теплым периодом.

Урал - пещерный край державы и Увельский район Челябинской области не исключение. Увельские карстовые пещеры - это уникальнейшая карстовая территория. Причем Увельский район не горный, а холмистый степной и лесостепной! Здесь порядка 60 пещер и гротов. Некоторые из них "слепые". Карстовые поля (несколько) и более сотни карстовых воронок.

Фото Карстовая воронка среди берез

Некоторые 4-ярусные глубиной до 27 метров. Из письма путешественника XVIII века: "Есть великая опасность попадания кареты или повозки в пещеру ибо она скрыта под снежными завалами и проходит в аккурат с почтовым трактом, который ведет из Троицка в Екатеринбург."

Увельские "степные" карстовые пещеры прячутся в подземелье. Тут много всего карстового: котловины, лога, овраги, поноры, воронки, а внизу - гроты, коридоры и пещеры. В общем вся эта территория насквозь дырявая.

Когда то много миллионов лет назад Урал был дном моря-океана. На дно осаждалась всякая взвесь, прежде всего кальциевая. За миллионы лет набралась толщина метров в сто. Потом море отступило, а его дно открылось и приподнялось. Это и есть Увельский известняк. Сначала он был плотным монолитом, а теперь изъеден вдоль и поперек всякими полостями. Он стал пористым. В нем много пустот, он насквозь дыряв. Тут и там проваливается воронками, логами и впадинами. Вода сделала этот камень известняк, вода его и точит.

Пещера Казачий стан самая крупная в районе, она имеет длину более 200 метров. Непод готовленному туристу ее действительно сложно заметить. Прямо посреди чистого поля, а то и в центре земляничной поляны земные недра вдруг разверзаются под ногами изумленных путников.

Еще недавно между двумя входами в подземный лабиринт был тоннель по которому можно было свободно пройти. Т.е. пещера - это две большие воронки, соедин
енные проходом между собой. К осени это все просыхало и можно было свободно ходить. Но в 2005 году вода не ушла и образовался ледник, который не тает даже летом. Такой вот феномен в пику глобальному потеплению. Ученые объяснения не дают. Толщина льда около метра на входе, а там глубже наверное до трех.

В нескольких километрах от Казачьего стана - Большой и Малый Жемеряк. Это место могло бы стать экспериментальной лабораторией для океанологов. Немного экстрима, спуск по веревке и вы на дне древнего моря. Многочисленные донные отложения, ракушки, раковины, морские обитатели возрастом сотни тысяч лет облепили стены. Окаменелости хорошо сохранились. И аналогов этому явлению трудно найти в России. Пещера время от времени затапливается водой под самый потолок. Пещеры Жемерякского лога известны с 18 века и были описаны еще в 1756 году. Здесь на протяжении века находили убежище раскольники. Остатки сруба сохранились до сих пор в виде отдельных бревен. Найден еще помост для прохода через яму в пещере. Он сколочен старинными гвоздями с квадратным сечением.

Фото В.И.Юрин с юными спелеологами.

Речку Сухарыш в Увельском районе так и называют "карстовая". В нижнем течении Сухарыша 22 пещеры и грота. Наиболее интересны 4 сквозные пещеры. Их открыл известный в Челябинске спелеоархеолог Владимир Юрин. Этот участок реки стали называть Долиной сквозных пещер. Владимир Иванович рассказывал, как шел по левому скальному берегу Сухарыша и увидел сплошные заросли. Перейди на правый берег, он увидел что-то вроде ниши. Пробившись сквозь густые заросли, он обнаружил дыру, которая впоследствии оказалась сквозной пещерой. Когда Юрин протиснулся метров на 6 в пещеру, он услышал непонятный гул. а ведь пещеры обычно молчаливы. Как оказалось, весь потолок был облеплен ковром из мух и комаров. Они прятались там от жары. При дальнейшем исследовании этой пещеры Юрин обнаружил человеческие кости и бусины. Это было захоронение женщины конца раннего железного века. Т.е. 2000 лет назад. Считается, что хоронили в пещерах только знатных людей, это было почетно. Погребальная камера находилась внутри скалы примерно в середине пещеры. Выше ее проход был завален камнями. Высота скалы метров 6 , длина пещеры 25 метров.

Фото Усть-Сухарыжская пещера.

Позднее здесь впервые в пещерах Увельского района нашли кости шерстистого носорога, бизона, дикой лошади. Это уже палеолит 15-20 тысяч лет назад.

На верхнем фото самая крупная карстовая воронка в области. Ее диаметр 54 метра. Глубина 14 метров. В борту скала высотой 7 метров под которой пять погребенных входов. Внутри вертикальный колодец, ведущий в жуткое подземелье. В.Юрин исследовал пещеру, длина ее после расчистки оказалась 110 метров. Причем щель была настолько узкой, что пришлось часов 5 ее долбить чтобы протиснуться. Пещера идет горизонтально, но есть вертикальные колодцы. Где-то есть гроты, где-то пришлось ползти. Воронка - это часть огромной системы. Это мощный карстовый участок от Ключей до Коелги, на юге до Подгорного. Большую часть года воронка сухая. Поток воды возникает весной.

3 фото Карстовая воронка и пещера в районе Подгорного (март 2018)

Мишка там полазил с Юриным. Можно сказать стал спелеологом.

В.Юрин разработал несколько экскурсионных маршрутов "Мир пещер лесостепи" по пещерам и объектам истории и культуры в основном на территории Увельского карстового участка. Турфирмы Челябинска и других городов области водят сюда экскурсии.

Увельский карстовый район уникален. Он привлекает спелеологов, археологов палеонтологов, зоологов и геологов. Здесь на небольшой территории имеем 3 тектонических разлома, различные виды известняка разного цвета органического происхождения очень богатых фауной. По границам этого карстового района залегают различные магматические породы. Зафиксированы почти все виды карста и практически все карстовые формы. Данный район вышел на 4 место в Челябинской области по количеству пещер, гротов и колодцев. Здесь расположены уникальные природные объекты: огромная карстовая воронка (Кайгородова), большие карстовые (пещерные) сухие лога, "долина сквозных пещер", подводная пещера. В.Юрин теоретически рассчитал подземную систему протяженностью 3-6 км.

На небольшой территории сосредоточено много археологических памятников. XVIII - нач. XX века.



Загрузка...