Карст Русской равнины
Шрифт:
Ниши — переходные формы от поверхностных к подземным. На возвышенных участках они образуются путем более интенсивного выщелачивания отдельных слоев карстующихся пород стекающими по обрыву водами, а в речных долинах и на морских побережьях — под воздействием речных и морских вод.
Карстовые останцы, характерные для тропических областей, на территории Русской равнины не встречаются. Между тем некоторые образования с известной долей условности могут быть отнесены к таким формам. Интересны, например, небольшие известняковые останцы на плато Костивере (Северная Прибалтика). Высота их обычно не превышает 3 м. Некоторые останцы имеют форму
Рис. 4. Карстовый останец на плато Костивере (Северная Прибалтика)
ПОДЗЕМНЫЕ КАРСТОВЫЕ ФОРМЫ
К подземным карстовым формам относятся пещеры, полости, закарстованные трещины и каверны. Наибольший интерес среди них представляют пещеры, характеризующиеся иногда сложным строением и значительными размерами. Наклонные и вертикальные пещеры в зависимости от глубины и особенностей строения подразделяются на колодцы (вертикальные полости глубиной до 20 м), естественные шахты (вертикальные полости и система вертикальных полостей глубиной от 20 до 200 м) и пропасти (система полостей глубиной более 200 м).
На Русской равнине пещеры имеют широкое распространение и нередко достигают значительных размеров. К наиболее крупным пещерам относятся: Оптимистическая (длина 110840 м), Озерная (длина 102 570 м), Крывченская (длина 18 785 м), Млынки (длина 14 120 м), Вертеба (длина 7820 м), Конституционная (длина 5700 м), Кунгурская ледяная (длина 5600 м) и Ленинградская (длина 3400 м). Оптимистическая пещера по общей длине подземных галерей находится на первом месте в СССР и на третьем в мире после пещер Флинт-Мамонтова (США) длиной 290000 м и Хёллох (Швейцария) длиной 123 800 м.
Колодцы и шахты представляют собой вертикальные или наклонные полости, имеющие обычно узкое входное отверстие и значительную глубину. Шахты отмечаются главным образом в горных странах, где они достигают иногда большой глубины. Самой глубокой (950 м) карстовой шахтой-пропастью в СССР является Киевская на Кырктау (Средняя Азия). Она относится к наиболее глубоким пропастям в мире, хотя примерно на 380 м меньше глубочайшей пропасти Пьер-Сен-Мартен (1332 м), расположенной во Франции. В равнинных областях такие гигантские шахты-пропасти не встречаются. К наиболее глубоким карстовым шахтам Русской равнины относится Саранская (Уфимское плато), имеющая глубину 49 м.
Основную роль в формировании многих карстовых полостей играют инфильтрационные и инфлюационные дождевые и талые снеговые воды, проникающие по трещинам различного происхождения в толщу карбонатных и сульфатных пород. Определенную роль играют также напорные и конденсационные воды. В отличие от подземных ручьев и озер конденсационные воды воздействуют на всю поверхность полости, в связи с чем оказывают наибольшее влияние на морфологию пещер.
Своеобразие карстовых пещер определяется сложным комплексом природных факторов и прежде всего морфоструктурными и гидрогеологическими особенностями территории.
Теория происхождения известняковых карстовых пещер была разработала У. М. Дейвисом (1930). В их эволюции он различал пять основных этапов: а) зачаточные каналы, формирующиеся в зоне полного насыщения медленно движущихся фреатических вод, находящихся под давлением; б) зрелые галереи, когда в условиях распространения безнапорных вадозных[2] потоков начинает доминировать механический размыв (корразия); в) сухие галереи, возникшие в результате ухода воды в глубь массива, вследствие регионального поднятия территории: г) натечно-аккумулятивная, характеризующаяся заполнением галерей натечно-капельными и другими пещерными отложениями; д) разрушения подземных галерей (пенепленизация).
На основе развития взглядов У. М. Дейвиса было создано представление о фреатической (пещерные галереи разрабатываются подземными водами, находящимися под давлением) и вадозной (подземные воды свободно, не под напором движутся по галереям в сторону дренирующих систем) стадиях развития пещер.
Наиболее полно вопросы эволюции подземных полостей разработаны советскими исследователями Г. Л. Максимовичем и Л. И. Маруашвили, которые выделили несколько стадий формирования горизонтальных карстовых пещер.
Первая стадия — трещинная, затем щелевая. По мере увеличения ширины трещин и щелей в них проникает все большее количество воды. Это активизирует карстовые процессы, особенно на участках чистых разностей пород. Пещера переходит в каналовую стадию. При расширении каналов подземные потоки приобретают турбулентное движение, что еще более усиливает процессы коррозии и эрозии. Это — стадия подземной реки, или воклюзовая. Она характеризуется значительным заполнением подземного капала водным потоком и выходом его в виде воклюзного источника на дневную поверхность, а также образованием органных труб, обвалом сводов, ростом гротов.
В связи с размывом дна подземного капала, вода просачивается по трещинам в глубь карбонатных и галогенных толщ, где на более низком уровне разрабатывает новые полости, формируя нижний этаж пещеры. Постепенно подземные каналы расширяются, а водный поток частично, а затем полностью уходит в нижние горизонты массива, и пещера становится сухой. В нее проникают по трещинам в кровле лишь инфильтрационные воды. Это (по Г. А. Максимовичу) коридорно-гротовая натечно-осыппая (водно-галерейная, по Л. И. Маруашвили) стадия развития пещеры. Она отличается широким распространением химической и механической аккумуляции (в гипсовых пещерах стадия натечной аккумуляции отсутствует). Потолок и стены пещеры покрываются разнообразными кальцитовыми натеками. Образуются каменные и земляные осыпи, последние располагаются преимущественно под органными трубами. Накапливаются также отложения рек и озер. С уходом водотока дальнейшее увеличение подземной полости резко замедляется, хотя коррозионная деятельность продолжается за счет инфильтрационных и конденсационных вод.
По мере развития пещеры она переходит (по Г. А. Максимовичу) в коридорно-гротовую обвально-цементационную (сухо-галерейную, по Л. И. Маруашвили) стадию. Па этой стадии в результате обрушения кровли над подземными полостями возможно вскрытие некоторых частей пещеры. Постепенно обрушение свода пещеры приводит к полному ее уничтожению, что особенно характерно для верхних частей, отличающихся небольшой мощностью кровли. На уцелевших участках остаются лишь карстовые мосты и узкие арки. При полном разрушении пещеры, заложенной недалеко от земной поверхности, образуется карстовая долина. По мнению Л. И. Маруашвили, «выделение обвальной стадии и ее отнесение к заключительной стадии нарушают действительный ход событий. Превращение неглубоко заложенной пещеры в результате обрушивания кровли в каньон, как правило, осуществляется в водно-галерейную стадию, что доказывается наличием рек в большинстве каньонов, образовавшихся таким путем».