11108 (Карстовые процессы)

15

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Естествознание»

по теме: «Карстовые процессы»

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Теория карстовых процессов

2. Изучение и контроль карстовых процессов

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Карстовые процессы распространены исключительно широко, по данным Г.А. Максимовича выходы карстующихся горных пород занимают около 50 млн. кв. км, то есть примерно треть площади суши. Еще недавно карст считался относительно редким явлением, но это убеждение было разрушено при детальном исследовании территорий, представление о которых ранее было поверхностным или отсутствовало вовсе. Кроме того, изначальное представление о касте, под которым понимался голый карст средиземноморского типа (в пределах бывшего СССР развит в Горном Крыму), было существенно расширено за счет изучения покрытого карста, распространенного на обширных платформенных территориях, тропического карста, карста в некарбонатных породах. Хотя карст в карбонатах составляет примерно 4/5 от всего известного количества случаев, гипсовый карст также имеет большое практическое значение; крупнейшие пещеры в пределах бывшего СССР (в Подолии) – Оптимистическая и Озерная заложены в гипсово-карбонатных толщах. Небольшая доля закарстованных территорий приходится на соляной карст. Поэтому, исходя из вышеизложенного, тема данной работы актуальна.

Цель данной работы – подробно описать карст. На основании цели в работе поставлены следующие задачи.

• Дать определение карста с различных точек зрения.

• Описать карстующиеся породы и условия развития карста.

• Перечислить и проанализировать поверхностные и подземные карстовые формы.

• Описать механизм изучения и контроля карстовых процессов.

• Описать натечно-капельные и кристаллические образования в пещерах.

Работа состоит из введения, двух глав и заключения.

Первая глава посвящена теории карстовых процессов, вторая – анализу процесса наблюдения и контроля за карстами.

В заключении делаются выводы по теме работы.

1. ТЕОРИЯ КАРСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Скорость движения подземных вод мала, поэтому они воздействуют на рельеф большей частью не механически, а путем растворения горных пород. Растворяются известняки, каменная соль, гипс и некоторые другие породы. Растворяя породу, вода образует полости, пещеры, провалы и т. д. Весь этот комплекс процессов и образующихся в результате их наземных и подземных форм рельефа носит название карст – по названию плоскогорья Карст, или Крас (Kras), на северо-западе Балканского полуострова.⁰

Карстовые явления распространены чрезвычайно широко. По геологическим условиям примерно третья часть площади суши земного шара имеет потенциальные возможности для развития. Вместе с тем карст существенно влияет на ландшафтные особенности территории, ее рельеф, сток, подземные воды, реки и озера, почвенно-растительный покров, хозяйственную деятельность населения.

Дренирующая способность карста усиливает недостаток влаги в засушливых областях и, наоборот, создает более благоприятные условия для развития ландшафтов в областях, избыточно увлажненных. Карст ведет к деградации вечной мерзлоты, также заметно улучшая природные особенности территории.

Существующие многочисленные определения карста отражают три подхода к этому сложному природному феномену.

Географы и геоморфологи рассматривают карст как геоморфологическое явление, обращая особое внимание на изучение карстовых форм; геологи видят в нём полигенетический процесс; гидрогеологи и инженеры-геологи понимают карст как единство или совокупность процесса и явления.

Проблемами изучения карста и его распространением интересуются геологи, гидрогеологи, геоморфологи, гидрологи, физико-географы, ландшафтоведы, инженеры-проектировщики и строители, многие специалисты других областей знания.

Не все природные полости являются карстовыми. К ним, например, не относятся:

а) Раскрытые тектонические трещины;

б) Пустоты в лавовых потоках;

в) Полости в гидротермальных и пегматитовых жилах.

Карстующимися породами являются:

• известняки (порода, целиком состоящая из минерала кальцита);

Как правило, органогенного происхождения, образуются в океанах на значительных глубинах, представляют собой известковые останки морской флоры и фауны.

• мергели (известняк с глинистой составляющей более 5%);

• меловые породы (разновидность известняка из останков планктонных водорослей);

• доломиты, доломитизированные известняки (известняк с примесью минерала доломита СаMg[CO₃]₂);

• гипсы (порода, целиком состоящая из минерала того же названия – гипс СаSO₄*2H₂O);

• ангидриты (как порода состоят из минерала ангидрита (безводного гипса) CaSO₄ );

• соленосные толщи;

• конгломераты;

Окатанная галька любого состава, сцементированная известковым цементом с примесью песка. Растворяется известь, а галька выносится механически.

• брекчии;

Отличается от конгломерата неокатанностью сцементированных обломков.

• песчаники (сцементированный известковым цементом песок различного состава;

• вулканические туфы (также содержат известковую составляющую, которая может легко растворяться).

В трудах Ф.П. Саваренского и Д.С. Соколова показаны условия развития карста.⁰

С некоторыми уточнениями это:

во-первых, наличие растворимой в природных водах горной породы, как правило (исключением являются случаи поверхностного контактного выщелачивания) водопроницаемой вследствие трещиноватости или пористости;

во-вторых, наличие растворителя, т.е. воды, агрессивной по отношению к горной породе;

в-третьих, наличие условий, обеспечивающих водообмен, – отток насыщенной растворенным веществом воды и постоянный приток свежего растворителя.

Если первое условие определяется геологическим строением местности, то второе и отчасти третье тесно связаны с физико-географической обстановкой, второе – с климатом и почвенно-растительным покровом, третье – с геоморфологическими и гидрологическими условиями помимо геологической структуры и гидрогеологических особенностей.

Разрушение горных пород связано со следующими факторами:

• Эрозия – механическое разрушение горных пород водными потоками.

• Коррозия – химическое растворение горных пород водой (в том числе – биологическая коррозия – растворение горной породы органическими кислотами и другими продуктами жизнедеятельности).

• Нивация – разрушение горных пород снежным покровом.

• Гляциальные процессы – разрушение ледниками.

• Суффозия – выщелачивание растворимых солей почвы и вмывание в глубину тончайших нерастворимых частиц горных пород токами воды.

• Гравитационные процессы (обвалы и проч.).

К поверхностным карстовым формам относятся карры, желоба и рвы, воронки, блюдца и западины, котловины, полья, останцы.

Среди карров в генетическом аспекте следует различать:

1. Формы, возникшие на оголенной поверхности растворимой горной породы.

2. Формы, образовавшиеся под почвенно-растительным покровом с последующим его удалением.

Карры второго типа известны во многих странах мира. «Классические известняковые «мостовые» в Малхеме, а также в Пенинских горах, как полагают, сформировались под почвенным покровом, который позднее был размыт.

Морфологически карры подразделяются на желобковые, стенные, лунковые, трубчатые (в виде трубообразных цилиндрических углублений в гипсах), каменицы, карры в виде следов, бороздчатые, меандровые, трещинные.

Некоторые ученые выделяют структурные карры, встреченные на Алтае: на крутом известняковом откосе выработаны карровые углубления в химически относительно чистом известняке, разделенные узкими гребнями, которые соответствуют сильнокремнистым прослойкам⁰.

По генезису особо выделяются желобковые и трещинные карры.

Желобковые карры формируются под воздействием только атмосферных осадков, в результате трех первых фаз растворения известняка, без участия четвертой фазы, тогда как остальные типы карров образуются под действием всех фаз растворения: в их формировании участвуют и воды, обогащенные биогенной углекислотой за счет соприкосновения атмосферных осадков и талых вод с почвенно-растительным покровом.

Трещинные карры отличаются от остальных путями удаления растворенного вещества. Если у большинства других типов карров оно осуществляется поверхностным стоком, то при образовании трещинных карров участвует и вынос растворенного вещества подземным путем, через трещины.

Выделяют три основных типа карров в Западных Татрах: стоковые, трещинные и эгутационные. Возникновение последних связано с действием воды, капающей на поверхность известняка со снежных покровов. Стоковые карры подразделяются на образованные дождевыми водами, талыми снеговыми и водами, просачивающимися через почвенно-растительный покров. Если говорить о характере растворителя, то можно выделить еще карры, созданные речной водой и морской водой – морские карры. Встречаются лунковые карры, они распространены в морском карсте, таким образом, намечается несколько генетических классификаций карров, в которых предусматривается наличие или отсутствие прямого или косвенного влияния почвенно-растительного покрова, учитывая источник и характер растворяющей воды, пути удаления растворенного вещества.

Карстовые желоба и рвы (более глубокие и обязательно с крутыми бортами) развиваются вдоль раскрытых тектонических трещин (нередко в результате разгрузки на крутых склонах), или вдоль трещин отседания склонов, или трещин «бортового отпора». Они тянутся на десятки и сотни метров, а иногда и на несколько километров, достигая различной ширины и глубины. На концах они замкнуты, на дне могут иметь многочисленные углубления. Прямолинейные рвы в известняках, разработанные по вертикальным тектоническим трещинам, шириной 2-4 м и глубиной до 5 метров (в Югославии их называют богазами).

Среди карстовых воронок выделяют три основных генетических типа:

• Воронки поверхностного выщелачивания, или чисто коррозионные.

Образуются за счет выщелоченной на поверхности породы через подземные каналы в растворенном состоянии.

• Провальные воронки, или гравитационные.

Образуются путем обвала свода подземной полости, возникшей за счет выщелачивания карстующихся пород на глубине и выноса вещества в растворенном состоянии.

• Воронки просасывания, или коррозионно-суффозионные.

Образуются путем вмывания и проседания рыхлых покровных отложений в колодцы и полости карстующегося цоколя, выноса частиц в подземные каналы и удаления через них во взмученном и взвешенном состоянии.

Распространен и переходный тип между типами 2-м и 3-м. Кроме трех основных типов и переходного могут быть отмечены еще несколько типов. Генетически близки к воронкам поверхностного выщелачивания коррозионно-эрозионные воронки, возникающие из поноров на дне логов или польев. Более редкий тип – воронки, разработанные действием восходящих источников. Блюдца, западины – это нечетко выраженные мелкие воронки.

Воронки всех генетических типов, сливаясь своими краями, образуют сдвоенные, строенные и более сложные ванны и котловины. Крупные котловины в Югославии называют увала. Выделяют два основных типа: Увала – сложные, образовавшиеся посредством слияния нескольких больших воронок (вртача), с рядом углублений на дне, и плоскодонные котловины.

Котловины могут относится к генетическим типам – поверхностного выщелачивания, провальному, просасывания, а также созданным в комбинации с другими процессами, например эрозионным. Крупные котловины поверхностного выщелачивания часто образуются за счет корродирующего действия талых вод снежных и фирновых пятен. Многие из таких котловин – наследие перигляциальных условий последней ледниковой эпохи.

Полья по своему происхождению до недавнего времени разделяли на следующие виды:

• Тектонические.

• Возникшие путем подземного механического выноса нерастворимой породы, залегающей среди карстующихся известняков или на контакте с ними.

• Образовавшиеся путем слияния группы смежных воронок и котловин (увала) при их росте в горизонтальном направлении.

• Провальные.

Крупные котловины чисто тектонического происхождения (грабены, синклинальные прогибы) нельзя считать польями. При образовании польев обязательны выщелачивание и вынос растворенного вещества через подземные каналы. Поэтому в первую группу следует включить тектонически-коррозионные и тектонически-коррозионно-эрозионные полья, к которым, вероятно, относятся большая часть крупных польев Югославии.

Широко распространены полья второго типа, к ним относятся Шаорская и Ахалсопельская котловины. Полья третьего типа обычно небольшие, неправильной лопастной формы характерные не только для карбонатного, но и для гипсового карста, встречаются даже в платформенных условиях.

Карстовые останцы характерны в основном для весьма зрелых стадий развития карста. Они многочисленны и разнообразны в быстро развивающемся соляном карсте. В карбонатном же в карсте останцы свойственны преимущественно тропическим областям, если не иметь ввиду мелкие, а также реликтовые формы, образовавшиеся в прежних тропических условиях. Для тропического карста характерны высокие и крутосклонные останцы в виде столбов, конусов, плоских башен и более мелкие конусообразные и куполовидные формы. Склоны останцов (моготе) могут быть голыми, изборожденными желобковыми каррами, либо густо одетыми древесно-кустарниковой растительностью, среди которой на оголенных отвесных скалах развиты стенные карры. В обрывистых стенах встречаются гроты, нередко со сталактитовыми занавесями. Внутри останцы бывают пронизаны пещерными ходами. Считают, что останцы образуются лишь в химически относительно чистых массивных известняках. Переход от поверхностных форм к пещерам типа гротов представляют навесы и ниши. Естественные мосты и арки чаще встречаются при обрушении потолка пещерных тоннелей, а иногда и ниш.

Среди подземных карстовых форм можно выделить карстовые колодцы и шахты, пропасти, пещеры.