Пещеры карстовых областей

Пещерами называют разнообразные подземные полости, обра­зующиеся в карстовых областях и имеющие один или несколь­ко выходов на поверхность. Заложение пещер и их топография предопределяются расположением систем трещин, пронизывающих карстующуюся породу, и гидрогеологическими особенностями карстовых областей.

Образование пещер связано с растворяющей деятельностью воды, проникающей в трещины. Расширяя трещины, вода создает в толще породы сложную систему каналов. В зоне горизонтальной циркуляции, где вода производит наибольший растворяющий эф­фект, образуется магистральный канал, который постепенно рас­ширяется за счет соседних небольших трещин и стягивает воды из смежных каналов. Так постепенно формируется подземная река. При расширении новых трещин и частичной закупорке старых каналов, принесенным с поверхности обломочным материалом или вследствие обрушения сводов, река может проложить себе новый подземный путь стока, а прежние галереи становятся сухими.

Пещера может иметь только одно входное отверстие. На проти­воположном конце она заканчивается либо системой очень узких ходов и трещин, либо обвальными или натечными образованиями, закупоривающими ее. Такие пещеры называют слепыми. Возможны пещеры с выходами с двух сторон — проходные пещеры.

Во многих пещерах на днищах, стенках или сводах образуются натечные формы. С потолка пещеры в виде сосулек свешиваются узкие и длинные сталактиты, состоящие из кальцита и в разрезе обычно имеющие концентрическое строение. Со дна пещеры навстречу сталактитам поднимаются более массивные и короткие формы, называемые сталагмитами. Нередко сталактиты и ста­лагмиты срастаются и образуют натечные колонны (сталагнаты). Близко расположенные сталактиты, сливаясь, создают натечные занавеси. Стены пещер также бывают покрыты натеками из каль­цита.

Натечные формы образуются не в каждой пещере. В глубоко расположенных пещерах натечные формы часто не возникают, так как вода теряет растворенный в ней бикарбонат кальция в более высоких пещерных горизонтах. Наличие подземных рек и озер также нередко препятствует возникновению натечных обра­зований, так как при больших периодических подъемах уровня воды вся пещера оказывается заполненной водой.

В некоторых пещерах накапливается лед. Такие пещеры называ­ют ледяными или холодными. Ледяные пещеры известны в Крыму,

Дагестане и в других местах. Наиболее крупная среди них — зна­менитая Кунгурская пещера на Урале. Для накопления льда и снега необходимы, во-первых, соответствующие климатические условия (в тропиках ледяных пещер не бывает), а во-вторых, бла­гоприятная конфигурация пещеры. Если, например, вход в пещеру идет не по горизонтали, а сверху вниз, то возникают благоприят­ные условия для накопления в пещере холодного воздуха, а вместе с тем снега и льда (рис. 104).

Рис. 104. Теплая (А) и холодная (В) пещеры (по И. С. Щукину)

Гипсометрия многих пещер, по которым протекают реки, на­ходится в тесной связи с высотным положением днищ долин, дренирующих карстовый массив. При углублении долин (напри­мер, при тектоническом поднятии местности) устья пещерных рек высыхают, пещеры становятся сухими, а на уровне нового ба­зиса эрозии начинает формироваться новая система горизонталь­ных галерей. Так возникает этажный карст. При отрицательных тектонических движениях карстовые полости опускаются (иногда до глубины нескольких сотен и даже 1000 м), заполняются водой и осадками и превращаются в погребенный карст.

Зонально-климатические типы карста

Карстовый процесс — прежде всего денудационный процесс, по­этому он протекает по-разному в разных климатических зонах. Большая часть приведенного выше материала относится к голому карсту, который наиболее типичен для областей со средиземно­морским субтропическим климатом. Карстовым процессам здесь благоприятствует не только геологическое строение, но и климат. Ливневый характер атмосферных осадков и наличие засушливого сезона способствуют интенсивному воздействию дождевых вод на поверхность карбонатных пород, сравнительно медленному на­коплению элювия.

В странах с умеренным климатом карстовые процессы также развиваются довольно интенсивно, но карстующиеся породы почти всегда прикрыты слоем наносов и хорошо развитым поч-венно-растительным покровом. Поэтому поверхностные карсто­вые образования типа долин и провалов не имеют столь резкой выраженности, как в средиземноморских странах. Это области преимущественно покрытого карста, карстовые образования связаны исключительно с подземным выщелачиванием, а поверхностные формы обусловлены провалами и проседанием рыхлого покрова над подземными карстовыми полостями (воронки просасывания).

Карст тропических областей отличается рядом климатически обусловленных особенностей. Большинство исследователей ос­новное внимание уделяют положительным формам рельефа, об­разующимся в ходе карстовых процессов в условиях тропического гумидного климата. И.С. Щукин отмечал, что зрело развитый карст тропиков и такой же карст умеренных широт морфологи­чески представляют как бы негативные оттиски друг друга. Если для карста умеренных областей характерен ландшафт более или менее одновысотных плато, усеянных многочисленными отрица­тельными формами рельефа, то для тропического карста — раз­витие положительных форм рельефа в виде башен или конусов, воздымающихся над некоторым средним уровнем, т.е. базальной поверхностью.

В тропическом карсте в процессе его развития возникают по­нижения, разделяющие весь карстовый массив на отдельные воз­вышенности. Понижения углубляются до уровня базальной по­верхности, и дальнейшее развитие тропического карста сводится к расширению этой поверхности за счет сокращения площадей, занятых возвышенностями, до их полного уничтожения. В ре­зультате это приводит к образованию выровненньос карстово-денуда-ционных поверхностей. Обычно процесс выравнивания распростра­няется в определенном направлении, и там, где он начался раньше, перед карстовой областью формируется равнина, называемая окра­инной равниной карста.

Абсолютная высота окраинных равнин различна. В приморских областях она может определяться уровнем моря, в других — уров­нем некарстующихся пород, лежащих под известняками, а треть­их — уровнем грунтовых вод. Обычно такая равнина подвержена периодическому затоплению. Как будет показано ниже, именно действию этих вод и обязан своими особенностями тропический карст.

Крутой уступ карстовой области, обращенный к окраинной равнине карста, свидетельствует о том, что при затоплении рав­нины во время тропических ливней основание уступа подвергается интенсивной коррозии, отступает, а равнина как бы наступает на карстовую область, постепенно все больше и больше сокращает площадь, занятую положительными формами карстового рельефа.

Формирование окраинной равнины происходит обычно на уровне основных речных долин, дренирующих карстовую область. Поскольку окраинная равнина карста и вырабатываемая, как ее продолжение, поверхность карстово-денудационного выравнива­ния привязаны к уровням днищ долин, становится ясным, что образование и той, и другой поверхности возможно лишь при ус­ловии тектонического покоя территории. Поднятие территории неизбежно вызовет врезание речных потоков, и процесс выработки карстовой равнины будет прерван.

Из сказанного следует, что окраинная равнина по существу яв­ляется педиментом карстового происхождения, а положительные формы рельефа в ее пределах — разновидность денудационных останцов.

По морфологии положительных элементов рельефа тропиче­ский карст подразделяют на куполовидный, башенный, конический и котловинный. Как указывает И.С. Щукин, эти типы генетически взаимосвязаны и скорее всего представляют собой лишь разные стадии в формировании карстового ландшафта, или же обуслов­лены некоторыми местными геологическими условиями.

Куполовидный карст характеризуется скоплением куполообраз­ных возвышенностей, разделенных узкими вогнутыми седловина­ми, то более высокими, то более низкими. Относительная высота куполовидных холмов колеблется от 25 до 150 м при поперечнике основания до 80 м. Седловины не достигают уровня предгорной равнины. Нередко, особенно во внутренней части массива, купо­ла отделены друг от друга узкими крутостенными ущельями — "карстовыми переулками", которые иногда даже пересекаются. На местах пересечения образуются расширения, причем можно наблюдать последовательные стадии постепенного превращения расширений в более крупные впадины, вплоть до польев. Не вы­зывает сомнений, что "переулки" представляют собой разрабо­танные выщелачивающей деятельностью воды тектонические трещины. Куполовидный карст нередко бывает представлен в центральной части карстового массива, а по периферии развиты другие формы, например конический или башенный карст. Это, очевидно, свидетельствует о том, что куполовидный карст — всего лишь одна из самых ранних стадий развития карста в тропических областях.

Башенный карст — тип тропического карста, чаще всего на­блюдается по периферии области распространения куполовидного карста. Для него характерны крутостенные, изолированные друг от друга возвышенности, напоминающие башни или столбы, от­носительная высота которых может достигать 300 м и более. Воз­вышенности-башни расположены на значительном расстоянии друг от друга (в отличие от куполовидного карста) и отделены плоскими понижениями, являющимися как бы ответвлением окра­инной равнины. Во время ливней понижения затопляются водой, которая некоторое время застаивается вследствие развития доста­точно мощного покрова элювия типа терра-росса на дне пониже­ний. Вода агрессивно воздействует на подножия склонов башен. Обычно башни пронизаны пещерами и естественными шахтами, их вершинные поверхности изъедены каррами и карстовыми воронками. Здесь можно встретить и достаточно обширные плос­кодонные понижения типа польев, окруженные башнями и об­разовавшиеся на месте уже полностью уничтоженных карстовых башен. Морфология башенного карста свидетельствует о том, что в данном типе тропического карста углубление понижений уже закончилось (рис. 105).

Развитие карстово-денудацыонной поверхности выравнивания идет исключительно в ширину за счет съедания склонов возвы­шенностей и их полного уничтожения. Уничтожению башен спо­собствует и подземный карст — дальнейшее развитие системы ходов и пещер, пронизывающих массивы.

Конический карст отличается от башенного морфологией воз­вышенностей, которые имеют вид более или менее правильных конусов, т.е. склоны их уже значительно выположены. Есть мнение, что формы конического карста образуются в том случае, если раз­витие башенного карста прерывается тектоническим поднятием. Тогда наступает новый цикл врезания, уровень денудации пони­жается, а подножия возвышенностей уже не подвергаются воз­действию застаивающихся дождевых вод. Склоны их выполажи-ваются за счет склоновых процессов (рис. 106).

Процессы поднятия и тектонической стабильности в пределах одной и той же карстовой области могут чередоваться. В результа­те такого чередования образуется отчетливо выраженная ярусность вершинных поверхностей карстовых положительных форм рельефа.

Котловинный карст в наиболее полном виде представлен на Ямайке. Он отличается развитием вогнутых карстовых котловин, отделенных друг от друга островерхими известняковыми гребнями. Формирование котловинного карста определяется здесь глубоким залеганием уровня грунтовых вод и сильной раздробленностью известняков.

Следует заметить, что для тропического карста развитие обычных для карстовых областей форм рельефа (типа воронок, колодцев, польев и др.) не менее характерно, чем положительных форм. Исследователи отмечают чрезвычайно интенсивный ход карсто-образования в тропиках (по сравнению с районами умеренных широт и средиземноморского климата). Это явление как будто бы противоречит тому факту, что при высоких температурах на­сыщение воды С0₂ происходит быстрее и поэтому в условиях теплого климата вода должна быть менее агрессивной, чем в уме­ренной и холодной зонах. Однако пышная растительность тропи­ческих стран — мощный источник поступления диоксида углерода в воду, и этот источник с избытком компенсирует неблагоприятные в термическом отношении условия растворимости известняков в тропических странах. Кроме того, и органические, и азотнокислые соединения также усиливают химическую агрессивность воды в тропических странах. За счет этих факторов, а также большого количества осадков интенсивность карстовых процессов и их "эф­фективность" в гумидных тропиках, по-видимому, в несколько раз выше, чем в умеренной зоне. Только благодаря этим обстоя­тельствам карстовые процессы в тропиках приводят к выработке выровненных поверхностей карстовой денудации, которые в уме­ренных и средиземноморских странах формируются только в ис­ключительных случаях.