Классификация пещер, карстовые явления и образование пещер

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕЩЕР, КАРСТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ОБРАЗОВАНИЕ ПЕЩЕР

1.  Виды пещер.

Пещеры бывают (с точки зрения происхождения – спелеогенезиса):

-  естественные (карстовые и др.),

-  искусственные (антропогенные – катакомбы, каменоломни; примеры: под Москвой: Силикаты, Сьяны, Кисели, Володары, Никиты; в Крыму: Севастопольские, Керченские; в Одессе: Одесские). Бывают подземные города и храмы: Чуфут-Кале (Бахчисарай, Крым), Киевская Печерская лавра, и пр. Есть и современные подземные сооружения и коммуникации – ими занимаются «диггеры» – они не спелеологи.

Искусственными пещерами мы заниматься подробно не будем, но посетим их обязательно.

Естественные пещеры бывают:

-  карстовые (в карстующихся породах),

-  подземные полости в некарстующихся породах, связанные с процессами горообразования (тектоническими процессами).

Полости в некарстующихся породах:

–  скрытые или имеющие доступ на поверхность ниши, трещины, разломы и сбросы в гранитах, базальтах, диоритах и прочих не растворимых в воде горных породах, которые образовались в период подвижек земной коры. Это очень редко наблюдаемые небольшие полости, как правило, заполненные водой.

–  пещеры вулканического происхождения: тоннели и коридоры в застывших лавовых потоках – сверху лава в контакте с воздухом быстрее остывает и затвердевает, внутри – течет, образуя полости. КАРТИНКА 1.

Про пещеры этого типа следует знать для общего образования, так как спелеология. В основном, занимается карстовыми пещерами.

КАРСТОВЫЕ ПЕЩЕРЫ

Слово карст – искаженное словенское (и словацкое) слово КРАС – имя собственное – название горного района в Словении, где много пещер. По этому имени стали называть другие пещеры такого типа.

Карстующиеся породы – это слагающие верхнюю часть земной коры породы, которые в той или иной степени могут растворяться в воде (подвергаются выщелачиванию).

Основные карстующиеся породы:

Известняк – углекислый кальций Ca2СO3,

Доломит – смесь известняка с углекислым магнием Mg2CO3,

Гипс – сернокислый кальций Ca2SO4,

Каменная соль NaCl,

Лед H2O.

КАРТИНКА – ЗАПИСЬ 2.

Есть еще различные подвиды карстующихся пород, которые упоминаются в литературе (и, естественно, встречаются на практике):

–  мергелистые известняки (включают алюмо-силикатные отложения, глиноземы),

–  конгломераты (смеси карстующихся и некарстующихся пород) и пр.

Об известняках, как наиболее часто встречающейся карстующейся породе:

Они бывают различного возраста: кембрий, пермь, юра, мел и пр.

Мы будем работать в районах, где, в основном, юра (верхняя и нижняя) и мел.

Кроме того, известняки бывают:

массивные (чистые) – эти хорошо карстуются,

слоистые (крупно и мелко) – эти карстуются тем хуже, чем мельче слой,

мраморизованные (перекристаллизованные) – карстуются хуже.

КАРТИНКА 3.

Две классические карстующиеся породы – известняк и гипс. Эти породы часто называют осадочными, что подчеркивает их предположительное происхождение: результат биогенного осадка в водах древних морей.

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;

КАРТИНКА 4.

-  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) КАРТИНКА 5.и 2) дно выпячивалось образуя горы, при этом целостность известняковых пластов нарушалась, в них образовывались многочисленные поперечные трещины и разломы. КАРТИНКА 6.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.

КАРТИНКА – ЗАПИСЬ 7.

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,

-  залы, КАРТИНКА 8.

-  лабиринты. КАРТИНКА 9.

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

Виды нарушений:

Разломы и сбросы,

Трещины: КАРТИНКА 10.

-  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. КАРТИНКА 11.

Нивальные колодцы (с поверхности массива): КАРТИНКА 12.

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: КАРТИНКА 13.

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. КАРТИНКА 14.

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).

Образование горизонтальных лабиринтов. КАРТИНКА 15.

Процесс выщелачивания происходит по «сетке» тектонических трещин. Характерный пример – гипсовые пещеры Западной Украины.

Названные механизмы образования элементов структуры (морфологии) пещер являются общими для всех видов карстующихся пород.

В целом можно сказать, что карстовый массив является «ситом» просеивающим осадки и текущие воды. Все карстовые пещеры – и вертикальные и горизонтальные – являются каналами естесвенного дренирования вод в карстовом массиве. Результатом этой циркуляции является непременный выход подземных вод на поверхность – в виде явных или скрытых источников, в том числе, субмаринных.