Реферат: Образование пещер и карстов. Образование и развитие пещер

Под карстом понимают геологический процесс и связанные с ним явления, развивающиеся в результате взаимодействия воды с растворимыми горными породами. К ним относятся зоны, в которых изменяются свойства горных пород, поверхностные и подземные карстовые формы, карстовые отложения.

В зонах изменений водно-физических и физико-механических свойств горных пород происходит дезинтеграция, брекчирование, кавернозность и разуплотнение пород. На поверхности растворимых горных пород образуются отрицательные коррозионные формы - ниши, карры, воронки, котловины, полья, рвы, карстовые лога, овраги, долины и каньоны. Ниши представляют собой углубления разной формы и генезиса на склонах карстовых массивов. Каррами называются микроформы в виде борозд, желобов, лунок на горизонтальных или вертикальных поверхностях горных пород. Замкнутые, расширяющиеся кверху углубления округлой, овальной или неправильной формы диаметром до 100 м образуют воронки, а диаметром более 100 м - котловины. Полья представляют собой замкнутые или полузамкнутые формы разных размеров (площадью до 500 км2), имеющие плоское дно и периодически подтапливаемые карстовыми водами. Карстовые лога, овраги, долины и каньоны отличаются одни от других крутизной склона и характером поглощения стока (от частичного до полного). Рвы - это вытянутые коррозионно-гравитационные углубления с крутыми бортами, обычно ориентированные параллельно бровке склона. При избирательном растворении изредка возникают положительные формы - останцы (башни, конусы и др.).

К подземным карстовым формам относятся отрицательные коррозионные, коррозионно-эрозионные или коррозионно-гравитационные формы, имеющие ширину или высоту у входа меньшую, чем длина или глубина (пещеры, колодцы, шахты). Пещеры представляют собой горизонтальные, наклонные или сложные (лабиринтовые) полости в карстующихся породах с сечением более 30 см. Вертикальные полости в карстующихся породах конусовидной, цилиндрической, щелевидной или другой сложной формы глубиной до 20 м называются колодцами; а глубиной более 20 м - шахтами.

Карстовые отложения - осадки разного генезиса, состава и размера - образуются в поверхностных и подземных карстовых формах (глина остаточная; обвальные накопления; водные механические отложения; мука карбонатная, брекчия, туф известковый, сталактиты, сталагмиты, сталагнаты, коры, пещерный жемчуг; костный материал, лед и др.).

Одним из основных условий развития карста является наличие в разрезе земной коры карбонатных, сульфатных или соляных пород. По их литологии выделяют четыре подгруппы: I - толщи однотипных карстующихся пород; II - толщи переслаивания разнотипных карстующихся пород; III - толщи переслаивания карстующихся и некарстующихся пород; IV - прослои карстующихся пород среди некарстующихся; семь литологических типов: карбонатный, сульфатный, соляной, карбонатно-сульфатный, терригенно-карбонатный, терригенно-сульфатный, карбонатно-терригенный; девять литологических видов: известняковый, доломитовый, меловой, гипсовый, каменной соли, известняково-гипсовый, терригенно-известняковый, терригенно-гипсовый, известняково-терригенный.

По характеру перекрывающих отложений различают типы карста: открытый (карстующиеся породы выходят на поверхность или покрыты осадочными несцементированными отложениями мощностью до 2 м), покрытый (карстующиеся породы покрыты осадочными несцементированными отложениями различного генезиса мощностью более 2 м), перекрытый (карстующиеся породы перекрыты осадочными сцементированными, магматическими или метаморфическими породами разноймощности), перекрыто-покрытый (карстующиеся породы перекрытыосадочными сцементированными, магматическими или метаморфическими породами и осадочными несцементированнымиотложениями разной мощности).

Отдельно выделяют проявления гидротермокарста - процессы растворения горных пород, образования изаполнения карстовых форм и флюидами. С гидротермокарстом, в основном вкарбонатных породах, связано образование многих месторождений - свинца, цинка, сурьмы, ртути, урана, золота, флюорита, барита, целестина, исландского шпата, бокситов и др.
Более 60% территории России подвержены развитию карстовых процессов в горных породах от архей-протерозойского до неогенового возраста. Наиболее развиты терригенно-карбонатный (40%), карбонатно-терригенный (24%) и карбонатный (14%) литологические типы карста.

Самую большую площадь (40,6%) занимают территории простого строения, где в разрезе присутствуют перекрывающие друг друга карстующиеся породы одной или двух систем, 24% территории имеет сложное (3–5 систем); 2% - очень сложное строение (более пяти систем).
Карстующиеся породы более развиты в Европейскойчасти России (72%), менее - в Азиатской (64%). Они присутствуют на 70% площади распространения многолетнемерзлых пород и на 33% площади, покрывавшейся четвертичным оледенением.

Пещеры. Одно из самых ярких проявлений карста - это пещеры. Они бывают горизонтальные и наклонные. Пещеры состоят из галерей, залов (гротов), меандров (извилистых галерей), узких проходов и лазов, органных труб (уходящих вверх от галереи обычно слепых колодцев), завалов (участков галереи с обрушившимся сводом). Крупные пещеры часто образуют лабиринты: плоские (без этажей или заложенные в одном пласте) или объемные (уходящие на большую глубину). В обводненных пещерах встречаются озера, ручьи, пещерные реки с водопадами и сифонами (места, где река уходит под свод полости). Есть пещеры, полностью заполненные водой.

В середине ХХ в. в России было известно около 350 небольших карстовых пещер,длиннейшими из которых считались в известняках - Воронцовская (Западный Кавказ, более 5 км), а вгипсах - Кунгурская (Приуралье, 4,5 км). Сведений о карстовых шахтах России не было. В результате активных спелеологическихисследований кнастоящему времени открыто более 4 тыс.природных полостей различных размеров и происхождения, из них141 относится к крупным пещерам длиной более километра и глубиной более 100 м. Самые протяженные пещеры России: в известняках - Ботовская (60,8 км, Иркутская область), в гипсах - Кулогорская-Троя (16,25 км, Архангельская область), в конгломератах - Большая Орешная (47,0 км, Красноярский край). Больше всего крупных пещер на Большом Кавказе (35), в Пинего-Кулойском (22) и Южно-Уральском районах (19).

Использование пещер в стране довольно многообразно. В промышленных целях они используются для организации водоснабжения; в медицинских - для лечения (например, бронхиальной астмы в подземных выработках калийного рудника в Пермском крае); в спортивных - для проведения различных спортивных мероприятий; в научных - для геологических, биологических, археологических и прочих исследований; в туризме в качестве экскурсионных объектов (Кунгурская, Капова, Воронцовская, Большая Азишская пещеры, Саблинские катакомбы).

Кунгурская ледяная пещера - одна из крупнейших пещер России. Ее протяженность составляет 5,7 км. Пещера находится на окраинегорода Кунгура (Пермский край) на правом берегу реки Сылва в основании склона Ледяной горы. Вход впещерурасположен в скальном обнажениинижнепермских гипсов, ангидритов и доломитов. Пещера представляет собой лабиринт, сформировавшийся вприсклоновойчасти долины реки Сылва. Средняямощность кровли 65,0 м. На основании проведенной Е. П.Дорофеевым теодолитной съемки составлен план пещеры, которая включает 48 гротов (самые крупные - грот Географов, около 50 тыс. м3, грот Великан, около 45 тыс. м3). Амплитуда пещеры составляет 32 м, площадь - 65,0 тыс. м2; объем - 206 тыс. м3. В пещере насчитывается 70 озер общей площадью 7,4 тыс. м2 (самое крупное подземное озеро - Дружбы Народов - площадью 1 460 м2). В разные сезоны года число и размеры озер меняются. Кунгурская пещера знаменита своими ледяными образованиями. При входе в нее развиты в основном конжеляционные льды, возникающие при замерзании воды (натечные, озерные, сегрегационные, льды-цементы и жильные). льды образуются вследствие воздухообмена между и подземными полостями или их отдельными участками. Это кристаллы (листовидные, лотковые, пирамидальные, прямоугольные, игольчатые) и сложные формы (ансамбли). Специальные наблюдения показали, что интенсивность сублимации составляет 0,2 мм/сут. (в слое воды). Эти льды имеют низкую минерализацию и чутко реагируют на загрязнение.

Капова пещера (Шульган-Таш) находится в Республике Башкортостан и входит в состав заповедника «Шульган-Таш». Это одна из крупнейших многоэтажных пещер Урала длиной 2 640 м, археологический памятник мирового значения с палеолитической живописью и стоянкой древних людей. Она сформирована в карстовом массиве на правом берегу Белой. Массив сложен известняками визейского яруса нижнего карбона. Вход в пещеру имеет вид арки размером 48х18 м. Пещера представляет собой систему галерей, коридоров и залов север-северо-западного и северо-восточного простирания, расположенных на трех уровнях. Наиболее значительные залы (Хаоса, Рисунков, Брильянтовый, Хрустальный) сформированы на среднем и верхнем ярусах. На нижнем - протекает река Шульган (средний расход воды 50 л/с), которая исчезает с поверхности в 2,5 км севернее пещеры. В сифонной части реки, у входа в пещеру, глубина достигает 30 м. Самым древним является средний этаж пещеры, где расположен современный вход в нее. Пещера украшена кальцитовыми натечными образованиями, зимой - ледяными сталактитами и сталагмитами.

В 1959 г. зоолог А. В. Рюмин обнаружил в пещере палеолитические рисунки древнего человека, что принесло ей мировую известность. К настоящему времени в пещере найдено более 50 разнотипных красочных изображений зверей (мамонта, носорога, бизона), антропоморфного существа, пятна краски и различные геометрические знаки в виде трапеций, прямоугольников и треугольников, выполненных охрой различных тонов. Размеры рисунков от 6 см до 1,06 м. Они размещены в четырех залах: в Купольном, Знаков и Хаоса на среднем ярусе и в зале Рисунков на верхнем ярусе. Возраст рисунков составляет не менее 13–14 тыс. лет. В культурном слое на среднем ярусе пещеры обнаружены острия, скребки, выемчатые орудия, пластинки с притупленным краем и некоторые другие орудия, сделанные из местного пещерного известняка и кальцита, а также из кремня и зелено-коричневой яшмы. С пещерой связано много легенд, преданий, поверий и сказок.

Буду благодарен, если Вы поделитесь этой статьей в социальных сетях:

Каков смысл слов "карстовая пещера"? Как образовались эти прекрасные природные объекты? Ответы на эти вопросы вы сможете найти в этой статье. Кроме того, здесь мы перечислим самые длинные в мире (фото этих подземных пустот вы также сможете увидеть). Что любопытно, большинство из них расположено в США.

Пещера - это... Смысл слов "карстовая пещера"

Эти подземные пустоты с самых древних времен служили жилищем для животных, а также первобытных людей. Они скрывали их от холода и диких хищников. Интересно, что пещеры обнаружены не только на Земле, но и на Луне, Марсе. Выясним для начала смысл слов "карстовая пещера".

Данное словосочетание состоит из двух частей: "пещера" и "карст".

Пещера - это любая подземная полость природного происхождения.
Карст - это одновременно и процесс, и результат разрушения (растворения) определенных горных пород агрессивными (по химическому составу) подземными водами.

Сам термин "карст" происходит либо от немецкого слова karst, либо от названия плато в Словении (Kras), где эти природные явления проявляются особенно сильно.

Что такое карстовая пещера?

Этот тип пещер наиболее распространен среди всех остальных подземных полостей. Что такое карстовая пещера и как она образуется?

Существует два основных определения. Согласно первому, это природная полость (пустота) в верхней части земной коры, которая соединена с её поверхностью одним или несколькими входами. Согласно второму определению, карстовая пещера - это подземная полость естественного происхождения, которая не освещена Солнцем, однако доступна для проникновения извне.

Изучением пещер занимается специальная наука - спелеология, материал для которой часто добывается так называемыми спелеотуристами.

Как образуются карстовые пещеры?

Пещеры такого типа образуются за счет а именно вследствие растворения горных пород водами. Стоит отметить, что карстовые пещеры присутствуют лишь в тех районах Земли, где залегают неустойчивые породы, которые легко растворяются водой. Среди таковых - гипс, соли, мел (каолин), доломит, мрамор и известняк.

Хуже всех остальных разрушается известняк и мрамор. Пещеры в этих породах образуются очень долго. С другой стороны, они и сохранились лучше остальных. К примеру, гипсовые пещеры очень часто разрушаются и обваливаются.

Важную роль в процессе образования подземных пустот играет не только химический состав воды (в ней должна быть повышенная концентрация углекислого газа), но и наличие в земных недрах трещин и протяженных разломов. Они, как правило, являются теми осевыми линиями, вдоль которых пещеры и формируются.

Большая часть изученных пещер - это системы реликтового типа. Это значит, что вода уже покинула данные подземные полости. Тем не менее именно она выступает тем скульптором, который формирует внутренний "микрорельеф" пещеры. насыщенная сульфатами и карбонатами, откладывает их на стенках, полу и сводах подземных полостей. Именно так и формируется то, что мы называем Очень часто эти наросты приобретают странные и причудливые формы, которые во мраке выглядят еще более необычно.

Основные типы пещер

По механизму генезиса (образования) выделяют, помимо карстовых, еще и тектонические, вулканические, эрозионные, а также ледниковые пещеры.

Подземные полости также классифицируются по размерам (по общей длине и глубине), а также по типу горных пород, в которых они образованы. Так, существуют пещеры:

известняковые;
гипсовые;
меловые;
солевые;
пещеры в конгломератах и так далее.

ТОП-5 самых протяженных пещер планеты

Четыре из пяти самых длинных пещер мира расположены в США, еще одна - на Украине.

(около 630 км) - самая длинная пещерная система Земли. Она образована в известняках 10 миллионов лет назад. Каждый год длина пещеры увеличивается, так как спелеологи разведывают новые её коридоры.

Пещера Джевел (257 км) - находится в близ города Кастер. Её уникальной особенностью являются кристаллы кальцита, которые толстым слоем покрывают стены всех подземных коридоров.

Пещера Оптимистическая (231 км) - многоуровневая сеть лабиринтов на Украине (в Тернопольской области), крупнейшая подземная система в Евразии. Образовалась в гипсах.

Пещера Уинд (217 км) - еще одно американское чудо природы, которое известно своими узорами на сводах, напоминающими пчелиные соты.

Пещера Лечугия (207 км) - гипсовая пещера в США (штат Нью-Мексико), визитной карточкой которой являются необычные "люстровые" образования, достигающие до 5-6 метров в диаметре.

Заключение

Что ж, теперь вы знаете смысл слов "карстовая пещера". Это подземная полость природного происхождения, которая имеет один или несколько выходов на поверхность. Все пещеры классифицируются спелеологами по размерам, механизму генезиса, а также по породам, в которых они заложены (образованы).

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:

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.
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.
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.

Московский Государственный Институт Стали и Сплавов

Выксунский Филиал

(Технологический университет)

Реферат по предмету

кристаллофизика

На тему: «Образование пещер и карстов»

Студент: Пичугин А.А..

Группы:МО-07 (МЧМ)

Преподаватель:Лопатин Д.В.

Москва 2008

I. Общие сведения о пещерах и карстов

II. Гипотеза о происхождении карстовых районов

III. Условия образования пещер

IV. Типы пещер:

1. Карстовые пещеры

2. Тектонические пещеры

3. Эрозионные пещеры

4. Ледниковые пещеры

5. Лавовая пещера

V. Пещеры на территории Прибайкалья

VI. Пещера Кызылъяровская им. Г.А. Максимовича.

Общие сведения о пещерах и карстов

Карст (от нем. Karst, по названию известнякового альпийского плато Крас в Словении), - совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами (гипсами, известняками, мраморами, доломитами и каменной солью).

Наиболее характерны для карста отрицательные формы рельефа. По происхождению они подразделяются на формы, образованные путём растворения (поверхностные и подземные), эрозионные и смешанные. По морфологии выделяются следующие образования: карры, колодцы, шахты, провалы, воронки, слепые карстовые овраги, долины, полья, карстовые пещеры, подземные карстовые каналы. Для развития карстового процесса необходимы следующие условия: а) наличие ровной или слабо наклонной поверхности, чтобы вода могла застаиваться и просачиваться внутрь по трещинам; б) толща карстующихся пород должна иметь значительную мощность; в) уровень подземных вод должен стоять низко, чтобы было достаточное пространство для вертикального движения подземных вод.

По глубине уровня подземных вод различают карст глубокий и мелкий. Различают также «голый», или средиземноморский карст, у которого карстовые формы рельефа лишены почвенного и растительного покрова (например, Горный Крым), и «покрытый» или среднеевропейский карст, на поверхности которого сохраняется кора выветривания и развит почвенный и растительный покров.

Карст характеризуется комплексом поверхностных (воронки, карры, желоба, котловины, каверны и др.) и подземных (карстовые пещеры, галереи, полости, ходы) форм рельефа. Переходные между поверхностными и подземными формами - неглубокие (до 20 м) карстовые колодцы, естественные туннели, шахты или провалы. Карстовые воронки или иные элементы поверхностного карста, через которые в карстовую систему уходят поверхностные воды, называются поноры.

КАРСТ, известняковые плато - комплекс неровностей, выпуклых выходов горных пород, впадин, пещер, исчезнувших потоков и подземных стоков. Возникает в растворимых водой и выветриваемых горных породах. Процесс типичен для известняка, а также для тех мест, где вымываются горные породы. Много рек находится под землей, там же существует много пещер и крупных каверн. Самые крупные пещеры могут разрушиться и образовать ущелье или теснину. Постепенно весь известняк может быть вымыт. Явление названо по названию плато «Карст» в бывшей Югославии. Характерные карстовые системы широко представлены в Крымских горах и на Урале.

Карст можно наблюдать в Западных Альпах, в Аппалачах (США) и на юге Китая потому, что пласты известняковых пород, сначала состоявшие из слоя кальцита (углекислого кальция), толщиной до 200 м, который был частично размыт водой. Углекислый газ из атмосферы растворялся в дожде и способствовал образованию слабой угольной кислоты, которая в свою очередь способствовала размыванию гор ных пород, особенно вдоль линий кливажа и пластов, увеличивая их до образования карстовых пещер, долин, возникших вследствие обрушения стенок пещер, которые при дальнейшем развитии процесса могут превратиться в ущелья, и, наконец, остаются характерные для карстового ландшафта останцы известняка, не подвергшегося эрозии.

Пещера - естественная полость в верхней толще земной коры, сообщающаяся с поверхностью земли одним или несколькими выходными отверстиями, проходимыми для человека. Наиболее крупные пещеры - сложные системы проходов и залов, нередко суммарной протяженностью до нескольких десятков километров. Пещеры - объект изучения спелеологии.

Можно разделить пещеры по их происхождению на пять групп. Это тектонические пещеры, эрозионные пещеры, ледовые пещеры, вулканические пещеры, и, наконец, самая большая группа, карстовые пещеры. Пещеры, в привходовой части, при подходящих морфологии (горизонтальный просторный вход) и расположении (близко к воде) использовались древними людьми в качестве удобных жилищ.

ГИПОТЕЗА О ПРОИСХОЖДЕНИИ КАРСТОВЫХ РАЙОНОВ

А именно, есть гипотеза, что:

В древние времена 300-400 млн лет назад в морской воде происходил процесс разрастания и отмирания живых организмов, интенсивно использующих для строительства своих оболочек кальций. Вода при этом представляла собой насыщенный раствор углекислого кальция. Отмершие оболочки опускались на дно и накапливались вместе с отложениями, выпадающими в осадок из раствора в результате климатических изменений;

За млн лет на дне пластами накапливалась известняковая масса;

Под давлением известняковый осадок менял структуру, превращаясь в лежащий горизонтальными пластами камень;

В момент подвижек земной коры море отходило, и бывшее дно становилось сушей;

Были возможны два сценария развития событий: 1) пласты оставались почти горизонтальными и неторнутыми (как под Москвой); 2) дно выпячивалось образуя горы, при этом целостность известняковых пластов нарушалась, в них образовывались многочисленные поперечные трещины и разломы. Так образовывался будущий карстовый район.

Эта гипотеза подтверждается находками остатков древних раковин и других бывших живых организмов в толще известняков. Как бы то ни было, очевидно, что пещеры и породы, где они образуются, тесно связаны с древней жизнью на Земле.

УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПЕЩЕР

Есть три основных условия образования карстовых пещер:

1. Наличие карстующихся пород.

2. Наличие процессов горообразования, подвижек земной коры в зоне распространения карстующихся пород, в результате - наличие трещин в толще массива.

3. Наличие агрессивных циркулирующих вод.

Без любого из этих условий образование пещер происходить не будет. Однако, на эти необходимые условия могут накладываться локальные особенности климата, строения рельефа, наличия других пород. Все это приводит к появлению пещер различного вида. Даже в одной пещере встречаются различные "составные" элементы, которые образуются по разному. Основные морфологические элементы карстовых пещер и их происхождение.

Морфологические элементы карстовых пещер:

Вертикальные пропасти, щахты и колодцы,

Горизонтально-наклонные пещеры, и меандры,

Лабиринты.

Эти элементы возникают в зависимости от вида нарушений в толще карстующегося массива.

Виды нарушений:

Разломы и сбросы, трещины:

Напластования,

На границе карстующейся и некарстующейся породы,

Тектонические (как правило, поперечные),

Так называемые трещины бокового отпора.

Схема образование вертикальных элементов пещер (колодцев, шахт, пропастей): Выщелачивание.

Колодцы образуются на пересечении тектонических трещин - в самом мехинически слабом месте массива. Туда поглощается вода атмосферных осадков. И медленно растворяет известняк; за миллионы лет вода расширяет трещины, превращая их в колодцы. Это зона вертикальной циркуляции подземных вод

Нивальные колодцы (с поверхности массива):

Зимой трещины забиваются снегом, затем он медленно тает, это - агрессивная вода, она интенсивно размывает и расширяет трещины, образуя колодцы с поверхности земли.

Образование горизонтально-наклонных ходов:

Вода, проникнув сквозь пласт (слой) карстующейся породы доходит до трещины напластования и начинает распространяться по ней вдоль плоскости "падения" пластов. Происходит процесс выщалачивания, образуется субгоризонтальный ход. Потом вода дойдет до очередного пересечения тектонических трещин и снова будет образовываться вертикальный колодец или уступ. Наконец, вода дойдет до границы карстующейся и некарстующейся пород и далее распространяться только вдоль этой границы. Обычно здесь уже течет подземная река, там есть сифоны. Это зона горизонтальной циркуляции подземных вод.

Образование залов.

Залы встречаются в зонах разломов - больших механических нарушениях массива. Залы - результат чередующихся процессов горообразования, выщелачивания, снова горообразования (землетрясения, обвалы).

Бывает, включаются дополнительны механизмы:

Механический вынос обломков породы потоками воды,

Действие напорных термальных вод (Новоафонская пещера).

Карст представляет собой комплекс явлений и процессов, результатом которых является возникновение поверхностных и глубинных пустот в растворимых водою горных породах. Как вытекает из определения, под карстом понимают не только процесс растворения, но и его результат – образование специфических карстовых форм рельефа.

Необходимыми условиями развития карста являются наличие толщи растворимых пород и наличие вод. Активному протеканию карстовых процессов способствует также пористость и трещиноватость, обеспечивающая интенсивное движение вод в массиве растворимых пород.

Наиболее распространён карбонатный карст , развивающйися в карбонатных (известняки, доломиты, мел и пр.) породах. В пределах материков обнажённые и погребённые карстующиеся карбонатные породы занимают до 40 млн. км 2 . Не случайно французский исследователь Э. Мартель предлагал называть карстовые процессы «явлениями в известняках». Примечательно, что карбонат кальция в дистиллированной воде практически нерастворим. Для растворения карбонатов необходимо присутствие в воде углекислого газа, реакция в общем виде может быть описана формулой

СаСО 3 (твёрд)+Н 2 О+СО 2 =Са 2+ +2НСО 3 -

Активному растворению карбонатов способствует наличие в водах минеральных или органических кислот, поступающих из почв.

Из некарбонатного карста в природе довольно широко распространён сульфатный карст (гипсово-ангидритовый), развитый на площади около 7 млн. км 2 , и соляной – до 4 млн. км 2 . Активность развития сульфатного карста в десятки раз превышает активность карбонатного, а соляной карст развивается ещё энергичней. Растворение этих пород протекает напрямую, без участия углекислоты и других химических соединений. Но из-за пластичности этих пород ограничена внутренняя циркуляция вод и наиболее активно процесс протекает на контакте с вмещающими породами, где циркуляция вод интенсивнее. Необходимо добавить, что благодаря высокой растворимости гипса, ангидрита и особенно каменной и других легкорастворимых солей при замедленном водообмене происходит быстрое насыщение воды растворённым веществом, и процесс выщелачивания приостанавливается. Интенсивность развития карста в этих породах определяется главным образом скоростью фильтрации вод.

Пустоты, сходные с карстовыми, возникают и в других горных породах, что позволяет выделять ряд явлений, традиционно относимые к карстовым, например, глиняный карст - пустоты, возникающие в процессе суффозии глинистого вещества подземными водами, термокарст - растворение льда в зонах вечной мерзлоты и др.

Карстовые формы

Процессы развития карста наиболее ярко проявлены в образовании различных карстовых форм, среди которых в первую очередь выделяют поверхностные и подземные формы.

Поверхностные формы представлены бороздами – каррами, а также различным замкнутыми углублениями: воронками, ваннами, котловинами, польями, слепыми (замкнутыми в нижнем конце) долинами и балками, а также естественными колодцами и шахтами.

Карры являются микроформами карстового рельефа и представляют собой рытвины и борозды, глубиной от нескольких см до 1-2 м. Борозды и разделяющие их гребни либо протягиваются почти параллельно друг другу, совпадая с направлением уклона рельефа или падения слоёв горных пород, либо располагаются хаотично, ветвятся и сливаются друг с другом. Образование карров связано с воздействием атмосферных осадков и талых снеговых вод, основную роль при этом играет выщелачивание, лишь на крутых склонах проявляется также и эрозия стекающими водными струями. Карры иногда покрывают обширные площади, образуя карровые поля.

Наиболее распространённой карстовой формой являются воронки . Они имеют разнообразную форму (конические, котлообразные, блюдцеобразные либо в виде ям неправильной формы) и размеры (диаметр от 1 до 200 м и глубину от 0,5 до 50 м). На дне воронок и других понижений встречаются поноры – вертикальные или наклонные глубокие отверстия щеле- или колодцеобразной формы, поглощающие поверхностные воды и отводящие их в глубину карстового массива. По происхождению воронки разделяются на воронки поверхностного выщелачивания , образующиеся за счёт выноса в растворённом состоянии выщелоченной на поверхности породы через поноры или трещины; и провальные воронки , образующиеся за счёт обвалов сводов подземных карстовых полостей.

За счёт слияния нескольких воронок образуются более крупные карстовые формы – котловины . Ещё более масштабными поверхностными карстовыми формами являются полья – обширные, иногда громадные формы (до сотен км 2) с плоским дном и крутыми склонами, образующиеся за счёт слияния котловин. Глубина польев может достигать уровня грунтовых вод, из-за чего на их дне образуются временные или постоянные водоёмы, карстовые озёра (нередко полья частично подтапливаются только во влажный сезон, превращаясь во временные озёра.
В тропиках часто встречаются и положительные карстовые формы рельефа: башни, конусы, купола и т.п.

Карстовые колодцы и шахты являются переходными от поверхностных к подземным формам - это вертикальные или крутонаклонные полости, различающиеся между собой по глубине. К шахтам относятся полости глубже 20 м, и достигающие иногда сотен метров. Полости колодцев и шахт могут быть обязаны своим возникновением гравитационным (провальными) процессам, либо выщелачиванию водой карстующейся породы; нередко эти процессы сочетаются.

Типичными подземными формами являются карстовые пещеры . Обычно они имеют причудливые очертания, что обусловлено сложностью систем трещин (определяющих направление фильтрации растворяющих вод), их пересечением и неоднородностью состава карстующихся пород. Наиболее крупные карстовые пещеры возникают в зоне полного насыщения при заполнении трещинных зон напорными подземными водами.

Карстовые отложения

К карстовым отложениям относятся разнообразные по составу и генезису породы, объединяемые лишь общностью приуроченности к карстовым полостям .
Пещерные отложения в зависимости от происхождения можно подразделить на остаточные, гидрохемогенные, гидромеханические, гравитационные, биогенные и биохеогенные, антропогенные образования
Остаточные отложения формируются за счет накопления и переотложения нерастворимого остатка карстующихся пород. Характерными отложениями является терра-росса (от итал. terra rossa – красная земля) – красноцветные глинистые отложения, обогащённые гидроокислами алюминия и железа, представляющие собой нерастворимый остаток известняков. Терра-росса встречается как на дне карстовых воронок, так и в пещерах.

Гидромеханические (водные механические, инфлювиальные) отложения связаны с приносом водой в карстовые полости и трещины карстового массива твёрдых частиц. Для группы таких отложений, выполняющих трещины, иногда применяется специальный термин «кольматолиты» (от colmatage – вмывание). Представлены такие образования преимущественно скоплениями вязкой глины.
В некоторых пещерах накапливаются осадки, связанные с деятельность подземных рек. При этом значительная часть отлагаемого ими материала может быть связана в привносом частиц водным потоком из-за пределов собственно карстовых полостей. Из общего комплекса карстовых отложений они выделяются, если скорость движения потока достаточна высока, чтобы придать отложениями характерные структурно-текстурные особенности. Невысокие скорости движения подземных вод приводят к формированию глинистых отложений.
Отложения подземных озёр представлены различными осадками, источниками которых являются продукты выветривания коренных пород, минералы, кристаллизующиеся из озерной воды, а также материал, занесенный водными потоками (в том числе и подземными реками).

Гидрохемогенные (или водные химические) отложения - различные натечные образования, формирующиеся за счёт процессов химического осаждения вещества из водных растворов.

Особенно широкое развитие в пещерах имеют карбонатные натёчные образования. Воды, просачивающиеся по трещинам в карбонатных породах, обычно содержит много углекислого газа, что значительно увеличивает их растворяющую способность. Растворяя по пути своего движения известняки, вода насыщается кальцием в виде бикарбоната:

СаСО 3 (твёрд)+Н 2 О+СО 2 =Са(НСО 3) 2 .

Когда насыщенная бикарбонатом кальция вода просачивается с потолка или стенок пещеры, она теряет часть углекислого газа; в результате нарушения равновесия реакция сдвигается влево. Бикарбонат переходит в карбонат кальция (СаСО 3), который частично выпадает в осадок ещё в момент, когда вода находится на потолке пещеры:

Са 2+ +2НСО 3 - =Н 2 О+СО 2 +СаСО 3 (осадок)

Так из капель, просачивающихся с потолка пещеры, нарастают вниз натёчные образования, называемые сталактитами , а из капель, падающих на пол пещеры, образуются сталагмиты . Вода, стекающая по стенам пещер, образует кальцитовые драпировки, а при слиянии линейно расположенных сталактитов возникают занавеси.

Корочки кальцита часто образуются при испарении пленочных растворов на пористых поверхностях.
Кальцитовые пленки могут образовываться и на поверхности воды подземных озер.

В случае фильтрации вод через толщи, содержащие рудные залежи или рассеянную минерализацию, из них может осаждаться не только кальцит, но и другие минеральные соединения – см. рис. В некоторых пещерах Средней Азии обнаружена промышленная урановая минерализация. Некоторую роль при образовании минералов в глубоких пещерах могут играть также минерализованные гидротермальные растворы.

Наряду с хемогенными образованиями, для многих пещер характерны и биохемогенные накопления. Значительные объёмы органогенного материала в пещерах представлены помётом летучих мышей – гуано. Гуано, реагируя с глиной, образует фосфаты алюминия.

В пещерах присутствуют также гравитационные обвальные накопления – продукты обрушения сводов пещер. В сводах крупных галерей можно наблюдать купола обрушения, под которыми расположены высокие конусы из обломков.
Обвалы часты близ входов пещер, последние часто загромождены обломками. Причиной тому интенсивное температурное и морозное выветривание при сезонной или суточной смене положительных и отрицательных температур. Обвальный процесс в зоне морозного выветривания особенно интенсивен, при этом большинство обвалов здесь происходит, когда промерзшие породы оттаивают и более активны инфильтрационные процессы.

Суффозия

С карстовыми процессами нередко тесно связаны процессы суффозии, образуя карстово-суффузионные явления. Суффозия (от лат. suffosio – подкапывание, подмывание ) – механический вынос тонких частиц водой, фильтрующейся в толще горных пород. Фильтрующаяся вода осуществляет работу двоякого рода: с одной стороны, она выщелачивает и уносит растворимые соли, с другой – производит механический вынос мельчайших частиц породы. В результате происходит разрыхление пород, образование подземных пустот, приводящих к обрушению и просадке сводов. Так в области развития лёссов на поверхности Земли наблюдаются формы, аналогичные типичным карстовым формам – воронки, замкнутые западины и т.п.

Изучение карстовых и карстово-суффузионных явлений имеет большое практическое значение.

С некоторыми карстовыми полостями связаны месторождения рудных полезных ископаемых. Источником рудных компонентов могут выступать как нерастворимые компоненты карстующегося массива (терра-росса на дне карстовых полостей), так и привнесённые в карстовые полости осадки с других рудных объектов. С карстовыми полостями связаны некоторые месторождения фосфоритов (карстовые фосфориты полуострова Флорида в США содержат до 35-40% P 2 O 5), никелевых руд (на Урале такие руды одержат 1,5-2,5% Ni), бокситов, железа, марганца, ртути, сурьмы и пр.; отмечаются россыпи золота, касситерита, алмазов и другие полезные ископаемые.

Без учёта характера протекания этих явлений невозможно проектирование и возведение зданий, сооружений и транспортных путей. Кроме того, с некоторыми пещерами связаны залежи полезных ископаемых, из обводнённых пещер добывают воду. Холодные пещеры-ледники служат в качестве природных «холодильников» и снабжения льдом. Для некоторых районов весьма существенной статьей доходов служит спелеотуризм – подземные залы со сталактитами, сталагмитами и другими натёчными формами очень живописны, в некоторых крупных карстовых пещерах оборудованы даже концертные залы. Особенности глубоких пещер – постоянство температуры и влажности, содержание в воздухе ионов, отсутствие аллергенов и пр. – используются в лечебных и бальнеологических целях.