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.