2. Карст – это процесс и связанные с ним явления растворения и выщелачивания растворимых в данной обстановке горных пород подземными и поверхностными внерусловыми водами.

Карстовые воды – это воды, формирующиеся, залегающие и движущиеся в растворимых в данной обстановке горных породах. Питание карстовых вод осуществляется за счет инфильтрации (просачивание атмосферных осадков), инфлюации (втекание поверхностных речных вод) и конденсации (переход водяного пара в жидкое состояние).

К числу основных условий развития карста по Д. С. Соколову относятся:

- наличие растворимых пород;

- их водопроницаемость;

- наличие движущихся вод;

- их растворяющая способность.

Процесс карста развивается только там и тогда, когда сочетаются все вышеперечисленные условия.

Наличие движущейся воды. Основным типом карстовых водоносных систем являются массивы, реже бассейны. Это гидрогеологические резервуары, вмещающие трещинно-каверновые или порово-трещинно-каверновые воды. В равнинных районах преобладают средние и крупные, в горных районах – малые и средние водоносные системы.

Современные исследования свидетельствуют, что для карстовых коллекторов свойственны турбулентный, переходный и ламинарный режим движения.

В карстующихся массивах вследствие затухания трещиноватости с глубиной наблюдается вертикальная гидродинамическая зональность. Г.А. Максимович выделил 7 зон циркуляции вод: поверхностной, вертикальной нисходящей; переходная, или колебания уровня воды, горизонтальной, сифонной, поддолинной и глубинной. Наиболее активно процесс карста протекает в третьей зоне, здесь происходит формирование крупных пустот и пещер.

I. Зона поверхностной циркуляции. Вода здесь стекает по поверхности карстового массива, образуя в условиях открытого типа карста карры, ложбины, а для всех других типов – конусообразные расширения понор и карстовых воронок. Эти же воды расширяют устья карстовых шахт, превращая их в пропасти.

II. Зона вертикальной нисходящей циркуляции (зона периодической циркуляции, или зона аэрации). Здесь после выпадения осадков или таяния снега происходит движение воды вниз по вертикальным трещинам и пустотам. Мощность зоны в платформенных областях 30-100 м и более, в горных – от сотен м до 1-2 км. В пределах этой зоны на участках развития местных водоупоров иногда выделяется подзона подвешенных карстовых вод.

III. Зона колебания уровня карстовых вод (переходная). Здесь происходит чередование вертикальной и горизонтальной циркуляции за счет сезонных колебаний уровня карстовых вод. При подъеме уровня наблюдается горизонтальное движение, при снижении – эта зона сливается с вышележащей. Мощность зоны зависит от климатических условий, количества осадков, рельефа и степени закарстованности.

Ниже переходной зоны располагается ряд зон, характеризующихся в основном полным насыщением трещин и пустот карстовыми водами.

IV. Зона горизонтальной циркуляции отличается свободным стоком безнапорных вод к магистральным речным артериям или к окраине карстующегося массива.

V. Зона сифонной циркуляции с каналами в виде перевернутого сифона характеризуется напорными водами, которые движутся от водораздельных пространств в подрусловые каналы магистральных рек. В условиях закрытого и покрытого типов карста воды несут из понор, карстовых воронок и каналов обломочный материал, который заполняет подрусловые пустоты, а из трещин путем растворения пород в их стенках образуются новые карстовые полости.

VI. Зона поддолинной, или подрусловой циркуляции. Здесь происходит постоянное движение от более высоких точек к более низким по слабо наклонным пустотам.

VII. Зона глубинной циркуляции ниже речных долин и подрусловых пустот характеризуется движением карстовых вод по структурам в направлении базисов разгрузки континентов, морей и океанов. Движение медленное.

Наличие растворяющей способности воды. Для развития карстового процесса необходимо отсутствие равновесия по составу движущихся вод и растворимых пород, т.е. вода должна быть агрессивной. На растворимость пород влияют:

1. Температура воды. При повышении температуры воды от 0 до 50°С растворимость гипса и солей возрастает, а кальцита и ангидрита – уменьшается.

2. Давление. При повышении гидростатического давления в диапазоне 1-50 атм. растворимость кальцита увеличивается от 0,173 до 0,638 г/л.

3. Характер и скорость движения воды. Переход от ламинарного к турбулентному движению вызывает значительное увеличение растворимости многих веществ, например, кальцита.

4. Увеличение минерализации воды. Как в природных, так и в техногенных условиях часто происходит смешивание вод разной минерализации. Исследования Лаптева и Бегли доказали, что смешивание двух любых по составу вод, насыщенных по отношению к известняку или гипсу, приводит к формированию более агрессивного раствора.

5. Изменение ионного состава вод, происходящее зачастую при техногенном воздействии по-разному влияет на растворимость карстующихся пород разного литологического состава. Например, добавление ионов, входящих в состав солей сильных кислот (например, NaCl) не влияет на растворимость карбонатов, тогда как их добавление в количестве до 100 г/л у сульфатных пород вызывает повышение их растворимости примерно в 2 раза.

6. Органические соединения повышают активность карстового процесса в десятки раз.

Для определения фактической агрессивности карстовых вод необходимо анализировать весь комплекс условий их существования и движения.

Поверхностные формы карста. Карстовые формы (или карстопроявления) – это формы рельефа, образовавшиеся на поверхности или под землей в результате карстового процесса. Сочетание карстовых форм с другими компонентами природной среды образует поверхностный или подземный карстовый ландшафт. Карстовые формы делятся на поверхностные и подземные.

К поверхностным карстовым формам относятся: карры, поноры, карстовые рвы, карстовые ниши, карстовые воронки, котловины, полья, карстовые лога, карстовые долины, карстовые каньоны, карстовые останцы, карстовые впадины, карстовые мульды, карстовые просадки, карстовые провалы.

Выделяют отрицательные и положительные формы карстового рельефа. Последние характерны для карстовых районов тропического и субтропического климата.

Поверхностные карстовые формы при описании делят на микроформы (диаметр и глубина менее 5 м), мезоформы (диаметр 5-50 м, глубина 5-25 м) и макроформы (диаметр свыше 50 м, глубина свыше 25 м). Некоторые формы могут относиться к нескольким категориям (например, карры и воронки).

Подземные карстопроявления. Поглощенные трещинами, воронками, понорами, колодцами и шахтами воды, двигаясь в карстовом массиве, образуют различные подземные полости: пещеры, различные каналы, каверны. Развиваются подземные карстовые формы преимущественно в зонах вертикальной нисходящей циркуляции, переходной, горизонтальной и сифонной циркуляции карстовых вод. Выделяют пять морфологических типов подземных полостей:

• колодец – вертикальная форма без продолжений на дне, имеющая диаметр более 1 м и глубину до 20 м;

• шахта – то же, но при глубине более 20 м;

• пропасть – полость, диаметром более 10 м, имеющая большую глубину и широкий вход;

• вертикальная пещера – разветвленная преимущественно вертикальная полость;

• пещера – горизонтальная или наклонная полость.