24953 (Карстовые явления)

Карст (карстовые явления) – целый ряд явлений, вызванных растворением (выщелачиванием) некоторых горных пород. Впервые эти явления 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, возникают своеобразные формы рельефа – карстовые. Из них наиболее распространены воронки различных размеров и форм, котловины и провалы; кары – углубления, канавы, щели, борозды, прорезающие земную поверхность. Под влиянием карста происходит немало удивительных явлений: пропадают (в буквальном смысле проваливаются под землю) реки, ручьи, озёра; на морском дне из карстовых полостей изливаются пресные воды. Некоторые легенды о внезапно исчезающих городах (например, о Китеже) связаны, скорее всего, под впечатлением карстовых провалов. Изучение карста связано прежде всего с практическими нуждами: строительством поселений и отдельных сооружений, эксплуатацией железных дорог и т.д. Карст очень осложняет подземные работы: проходку шахт, тоннелей, штолен. Но под землёй карст может стать и помощником человека: по карстовым пещерам спелеологам удаётся проникнуть на сотни метров в глубины гор.

Ново-Афонская пещера на Кавказе

Карстовые пещеры – замечательные создания природы. Причудливые лабиринты, галереи, величественные гроты и «бездонные» пропасти; каменные «сосульки» сталактитов и сталагмитовые колонны; бурные потоки, водопады и тишайшие озёра; особый животный мир – всё это встречается в карстовых пещерах. Некоторые из них очень велики. Знаменитая Кунгурская пещера в Предуралье имеет длину 4,6 км. Карст бывает древний и современный. Для его образования недостаточно присутствия растворимых пород. Большое значение имеет глубина залегания подземных вод, их химический состав, рельеф, климат, а также деятельность человека.

Карст, карстовые явления (нем. Karst, от названия плато Карст, или Крас, в Югославии), явления, возникающие в растворимых природными водами горных породах, и процесс их образования. Карст (геолог.) характеризуется комплексом поверхностных и подземных форм, своеобразием циркуляции и режима подземных вод, речной сети и озёр: развивается в карбонатных и некарбонатных породах. В пределах материков обнажённые и погребённые карстующиеся породы занимают (в млн. км2): карбонатные — до 40 гипсы и ангидриты — около 7, каменная соль — до 4. Карбонатные породы растворяются при участии свободной углекислоты

(CaCO3 + H2O + CO2 « Ca+++ 2HCO–3)

или других минеральных и органических кислот. Сульфатные породы и каменная соль могут растворяться в воде без сопутствующих реакций. Карст (геолог.) развивается под совокупным воздействием поверхностных и подземных вод. Растворение горной породы часто сопровождается механическим размывом. При этом размыв может подготавливаться растворением спаек между зёрнами породы, что освобождает их от сцепления и облегчает смыв.

Для поверхности карстовых местностей характерны мелкие борозды — карры, замкнутые углубления: воронки, ванны, котловины, полья, естественные колодцы и шахты, слепые (замкнутые в нижнем конце) долины и балки. Особенно типичны воронки (конические, котлообразные, блюдцеобразные либо в виде ям неправильной формы) диаметром от 1 до 200 м и глубина от 0,5 до 50 м. На дне воронок и других понижений встречаются водопоглощающие отверстия — поноры. Котловины и воронки могут то заполняться водой, то осушаться (периодически исчезающие озёра). Котловины площадью до нескольких десятков и сотен км2, с крутыми бортами, ровным дном, исчезающими речками и ручьями известны под названием польев.Карры (от нем. Karren), борозды (глубиной от нескольких сантиметров до 1—2 м и более), характерные для областей развития голого карста. Расположены параллельными рядами или ветвистыми лабиринтами, обычно разделены узкими, острыми гребнями. Возникают в результате выщелачивания дождевой, талой снеговой, реже морской и речной водой поверхности известняков и др. растворимых горных пород. Часто развиваются по трещинам (трещинные Карры (карст) и др.). На крутых скалистых поверхностях Карры (карст) не связаны с трещинами (желобковые Карры (карст), стенные Карры (карст)). Нередко Карры (карст) занимают большие площади, образуя карровые поля.

В закарстованных массивах образуются различные подземные ходы, полости, пещеры, которые часто развиваются вдоль трещин. Длиннейшие пещеры мира превышают 100 км (например, пещерные системы Флинт-Ридж в Кентукки, США, Хёллох в Альпах, Швейцария). Глубокие карстовые колодцы и естественные шахты, или пропасти, составляют переход между поверхностными и подземными формами Карст (геолог.) Глубочайшие пропасти мира — Пьер-Сен-Мартен 1110 м (Франция — Испания) и Берже 1122 м (Изер, Франция). В СССР Назаровская пропасть в районе Сочи на Западном Кавказе имеет глубину около 500 м.

Пещеры, крупные полости в верхних толщах земной коры, сообщающиеся с поверхностью земли входными отверстиями. Образуются путём выщелачивания и размыва растворимых водой горных пород - известняков, доломитов, гипсов и др. (карстовые Пещеры, см. Карст), а также в результате суффозии, подземного размыва трещин выветривания (глинистый псевдокарст), абразии, выдувания продуктов выветривания скальных пород, образования раскрытых тектонических трещин, неравномерного отложения некоторых геологических образований, например травертинов, вытекания лавы из-под уже застывшей лавовой корки, таяния льда (ледниковые гроты) и др. процессов. Наиболее крупные Пещеры - карстовые. Они представляют собой сложные системы проходов и залов суммарной длиной обычно в несколько десятков км (см. таблицу). Полости карстовых Пещеры, особенно в известняках, часто украшены разнообразными капельными и натёчными образованиями: сталактитами, сталагмитами, колоннами (сталагнатами), каменными занавесями и драпировками.

На дне карстовых Пещеры встречаются подземные ручьи, реки и озёра. Пещеры могут простираться в горизонтальном направлении (горизонтальные Пещеры), круто опускаться вниз или состоять из более или менее горизонтальных полостей, чередующихся с крутыми и вертикальными подземными каналами, уходящими на значительную глубину (глубочайшие карстовые пропасти мира - Пьер-Сен-Мартен и Берже во Франции - соответственно 1171 и 1141 м). Нередко встречаются многоэтажные Пещеры.

Климатический режим Пещеры зависит от того, направлена ли полость вверх от входа (тёплые Пещеры) или вниз (мешкообразные холодные Пещеры), либо Пещеры является сквозной, продувной. В мешкообразных и сквозных Пещеры иногда встречаются не исчезающие летом ледяные образования - ледяные кристаллы, сосульки, наплывы. Такие Пещеры называются ледяными (Кунгурская в Приуралье, Балаганскаяв Приангарье и др.).

Пещеры населены своеобразной пещерной фауной, ряд представителей которой встречается в сходных условиях и на поверхности земли. Некоторые Пещеры использовались людьми каменного века как жилища. В них находят кости вымерших животных, орудия труда и костные остатки первобытного человека, рисунки и росписи на стенах и потолках (см., например, Альтамира, Капова пещера). Комплексным изучением пещер занимается спелеология. Многие пещеры мира являются объектами туризма.

Пещерная фауна, спелеофауна, комплекс животных, обитающих в пещерах, трещинах горных пород и иных местообитаниях гипогеи (подземной области жизни). Изучается биоспелеологией, смыкающейся с наукой о жизни в подземных водах - фреатобиологией (или включающей последнюю). Для Пещерная фауна характерны представители многих групп беспозвоночных, а из позвоночных - некоторые земноводные (например, протей) и пещерные рыбы. Пещерная фауна делят обычно на 3 экологические группы: троглобионтов (постоянных обитателей гипогеи), троглофилов (живущих помимо гипогеи, где они проходят полный жизненный цикл, и вне её, в сходных условиях) и троглоксенов (проходящих в гипогее часть жизненного цикла). Для троглобионтов характерны депигментация, слепота, а также (для животных, обитающих в крупных подземных полостях) удлинение придатков, иногда увеличение размеров тела (так называемый пещерный гигантизм); обмен веществ у них замедлен, жизненный цикл обычно растянут. Пещерам, как правило, присущи высокая влажность воздуха, что смягчает различия между условиями в воде и на суше (поэтому водные животные могут здесь долго жить вне воды, а сухопутные переносят периодические затопления, иногда добывают пищу в воде), а также постоянная температура. В связи с отсутствием в гипогее зелёных растений, жизнь здесь поддерживается внесением органических остатков извне (гуано летучих мышей, приносимые водой растительные остатки и т.п.) и деятельностью автотрофных хемосинтезирующих бактерий (например, Perabacterium spelei в пещерах Франции). Многие троглобионты - реликты больших или малых древних фаун. Сухопутная Пещерная фауна формируется за счёт фауны, обитающей в лесной подстилке, почве, норах и т.п., водная - в значительной части имеет морское происхождение.

Пещерные рыбы, мелкие рыбы (длина до 10—13 см), обитающие в водоёмах пещер и карстовых полостей; составная часть пещерной фауны. К Пещерные рыбы относятся: 4 вида из 3 родов сем. Amblyopsidae (обитают в Северной Америке, преимущественно в пещерах бассейна Миссисипи) из отряда карпозубообразных; 4 вида из 3 родов семейства Brotulidae (полуостров Юкатан, Куба и Багамские острова) из отряда окунеобразных; 1 вид семейства Characidae (Мексика) и 1 вид семейства Cyprinidae (Африка) из отряда карпообразных; несколько видов из семейства Ictaluridae, Amiuridae, Clariidae и некоторых др. отряда сомообразных. Все Пещерные рыбы живородящи или вынашивают икру в жаберной полости. Глаза полностью или частично редуцированы.

Комплекс поверхностных и подземных карстовых форм наиболее полно выражен в том случае, когда поверхность растворимых горных пород обнажена — голый Карст (геолог.) Но растворимые горные породы могут быть покрыты: слоем почвы и дёрна (тогда отсутствуют обнажённые карры) — задернованный Карст (геолог.); нерастворимыми рыхлыми осадками (для поверхности характерны воронки и другие формы «просасывания», образующиеся путём вмывания в трещины и пустоты карстующихся толщ рыхлых покровных образований) — покрытый Карст (геолог.); нерастворимыми скальными образованиями (из поверхностных форм характерны только провалы) — бронированный Карст (геолог.) Растворимые породы могут быть вообще глубоко погребены под некарстующимися толщами, и тогда карстовые формы на поверхности не выражены — погребённый Карст (геолог.) Своеобразные карстовые ландшафты наблюдаются в тропических странах, нередко с характерными останцами из известняков (конический Карст (геолог.), башенный Карст (геолог.) и др.). Своеобразно протекают карстовые процессы в условиях распространения многолетнемёрзлых горных пород.

Карстовые местности бедны поверхностными водотоками. Реки и ручьи часто уходят в подземные полости, проделав в них часть своего пути, выходят опять на поверхность в виде мощных источников (воклюзов), главным образом по краям карстовых массивов. Циркуляция подземных вод наиболее интенсивна в придолинных участках и в зонах тектонических нарушений, где сильнее развивается Карст (геолог.) В платформенных равнинных условиях внутренней части («ядра») водоразделов обычно бывают закарстованы слабее, чем придолинные участки.

С карстовыми явлениями внешне сходны явления псевдокарста, возникающие во льду и мёрзлых грунтах (термокарст), в мелкообломочных и пористых грунтах («кластокарст», «глинистый Карст (геолог.)», «лёссовый Карст (геолог.)», механическая суффозия, просадки); в их развитии основную роль играют физические процессы — таяние льда, механическое воздействие движущейся воды и пр. Процессы, связанные с выщелачиванием солей из рыхлых грунтов, с растворением известкового и гипсового цемента песчаников и конгломератов, составляют группу карстово-суффозионных процессов. В этих породах вода растворяет только включения или цемент, а основная масса породы (глинистые частицы, песок, галька) удаляется механическим действием движущейся воды.

Карст осложняет промышленное, жилищное и транспортное строительство, сооружение ГЭС, водохранилищ (известны случаи фильтрации воды из водохранилищ и даже разрушения плотин из-за явлений Карст (геолог.)). Подземные полости и трещины уменьшают прочность грунта, что заставляет вести специальные изыскания при строительстве, прокладке дорог и т.д. При относительно слабом развитии Карст (геолог.) допускается строительство жилых зданий в 5 этажей с обязательным усилением фундаментов, закладки железобетонных поясов и т.п.

Карст (геолог.) нередко затрудняет добычу полезных ископаемых в закарстованных массивах, но иногда используются его дренирующие свойства. Вместе с тем некоторые полезные ископаемые выполняют карстовые полости, образуя месторождения свинцовых, цинковых и железных руд, бокситов, фосфоритов, нефти и горючих газов, россыпей золота, алмазов и др.

В СССР Карст (геолог.) развит во многих районах на Восточно-Европейской равнине, в Крыму, на Урале и в Предуралье, на передовых хребтах Большого Кавказа, в Средней Азии (плато Устюрт, хребты Каратау, Алайский, Зеравшанский, Петра Первого и др.), местами в Казахском мелкосопочнике, в горах Южной Сибири, в Приангарье и на Дальнем Востоке. За рубежом особенно интенсивно Карст (геолог.) развит в Югославии, считающейся страной классического Карст (геолог.), во многих др. странах Западной Европы, в различных районах США, в Вест-Индии (на Кубе, Пуэрто-Рико, Ямайке), в Китае (особенно в Гуанси-Чжуанском автономном районе и провинции Юньнань), на полуострове Индокитай и др.