Карстовые процессы. 
Геология

Карстом называют пустоты, пещеры и другие отрицательные формы рельефа, образованные в известняках, гипсах, каменной соли, доломитах за счет их растворения и выщелачивания (рис. 3.17). Эти формы рельефа получили свое название от известнякового плато Карст (Динарское нагорье) на побережье Адриатического моря, на границе Италии и Словении. Именно там встречаются почти все карстовые формы рельефа.

На растворение карбонатных пород особенно влияют воды, насыщенные углекислотой. Конечно, сильнее всего растворяются каменные соли и гипс, однако эти породы не так часто встречаются, как известняки, мергели или доломиты.

Рис. 3.17. Формы карстового рельефа: 1 — карры; 2 — воронка; 3 — полье; 4 — колодец; 5 — шахта; 6 — исчезающая река; 7 — провальная воронка; 8 — ущелье; 9 — пещера; 10 — сталактиты; 11 — сталагмиты; 12 — терра-росса; 13 — пещерное озеро; 14 — пропасть Карстовые процессы широко распространены там, где развиты известняки, например в Крыму на первой гряде гор — Яйле (от тюрк, яйла — пастбище), а также на Кавказе, в Средней Азии, на Урале, на побережьях Средиземного моря.

Выделяют два основных типа карста: открытый и закрытый. Открытый карст развит на породах, обнажающихся на поверхности, а закрытый развивается в породах, перекрытых сверху толщей других пород, не поддающихся растворению.

Различают несколько главных видов поверхностного открытого карста, который начинает формироваться на карбонатных породах. Сначала развиваются удлиненные рытвины, или желоба, глубиной до 2 м, называемые каррами. Эти желоба и разделяющие их острые гребни располагаются параллельно друг другу и часто занимают большие площади — карровые поля. Развиваются также поноры — узкие, близкие к вертикальным, каналы, колодцы, по которым поверхностная вода просачивается в глубь известнякового массива.

Во многих районах, например на карбонатных плато Яйлы в Крыму, во множестве находятся карстовые воронки диаметром от нескольких метров до 100 м и более и глубиной несколько метров, редко больше 10—15 м. Они напоминают воронки от снарядов и связаны с выщелачиванием карбонатных пород.

Если под поверхностью известняков образуется карстовая пустота, то «крыша» этой пещеры может обрушиться и возникнет глубокая провальная воронка.

Встречаются крупные карстовые понижения — полья, где сливаются вместе несколько воронок. У польев обычно ровное дно с понорами, куда уходит вода, и крутые стенки.

На закарстованных плато нередко развиты слепые долины небольшой протяженности, которые начинаются как обычные реки, но не имеют устья, а пропадают в карстовых провалах или колодцах. Эти колодцы, или шахты, имеют глубины до 500—600 м, а пропасти — более 1 км. Такие огромные глубины образуются в результате циркуляции мощных потоков воды, которые растворяют известняки.

В некоторых районах, например в Нижегородской и Ленинградской областях, встречаются карстовые воронки, в которых располагаются озера и карстовые полости заполнены озерными илами. Но временами происходит их прорыв, и вода уходит в полость. Тогда образуются исчезающие озера.

Интересными формами карста являются подземные пещеры, встречающиеся в горных и равнинных областях. Для того чтобы эти пещеры образовались, необходима интенсивная и длительная растворяющая деятельность подземных вод.

Карстовые пещеры имеют сложную, многоступенчатую структуру, одна пещера отделяется от другой, расположенной на более низком уровне, узким ходом или колодцем. Такие ветвящиеся пещеры достигают огромной глубины. Например, в Альпах находится пропасть Жан Бернар глубиной 1,5 км. Длина пещерных галерей также впечатляет. Так, общая длина Мамонтовой пещеры в США в штате Кентукки составляет 250 км. В Предуралье находится знаменитая ледяная Кунгурская пещера в гипсовом карсте. Длина ее почти 5 км.

Многоэтажные пещеры формируются длительное время. Так как подземные воды стремятся к своему базису эрозии, например реке, то сначала вырабатывается пещера, близкая к этому уровню. Если базис эрозии понизится и река начнет врезаться в породы, то и подземные воды переместятся на новый более низкий уровень и начнет формироваться другой ярус пещер.

Многие пещеры исключительно красивы благодаря натечным образованиям в виде столбов и пирамид, поднимающихся с их пола, и сосулек, свешивающихся с потолка. Первые носят название сталагмитов, а вторые — сталактитов (см. рис. 3.5 и 3.6 на цветной вклейке). Образованы они кальцитом (СаС0₃), иногда очень красивым, полупрозрачным. Дело в том, что вода, которая стекает по известнякам, насыщается углекислым газом (С0₂) и тем самым повышает свою растворяющую способность. Она растворяет известняки, одновременно насыщаясь бикарбонатом кальция. Реакция происходит следующим образом: СаС0₃ + Н₂0 + С0₂ —> —> Са (НС0₃)₂. Вода, стекая со сводов пещеры, просачиваясь по трещинам, теряет С0₂, в результате чего бикарбонат кальция переходит в карбонат кальция — кальцит, который и образуется на своде пещеры в виде сосулек, так как вода продолжает с них капать и они растут вниз. Стекающая со сталактитов вода теряет остатки С0₂ уже на полу пещеры, с которого вверх поднимаются кальцитовые колонны — сталагмиты. Иногда они сливаются, образуя причудливые колоннады.

На дне пещер часто скапливаются глинистые отложения красноватого цвета, который им придают гидроокислы алюминия и железа. Эти глины — нерастворимую часть карбонатных пород — называют терра-росса (красная земля). Спелеологи, исследователи пещер, бывают с ног до головы выпачканы этой красной глиной, когда они ползут по узким ходам, соединяющим пещеры. Иногда своды пещер обрушиваются, и на поверхности возникают провальные воронки.

Следует упомянуть еще один процесс, называемый суффозией (от лат. suffosio — подкапывание), при котором из горных пород водой вымываются тонкие, преимущественно пылевидные, частицы. В результате происходит оседание, и на поверхности наблюдаются воронки, иногда заполненные водой. Суффозионные процессы развиваются на рыхлых породах, лёссах и суглинках.

Развитие карстовых процессов определяется геологическим строением, способностью пород растворяться под влиянием воды, климатом, рельефом местности. Карст образуется не только в настоящее время, он формировался и в геологическом прошлом. Например, в окрестностях Москвы карстовые процессы развивались в каменноугольных известняках в доюрское время, т. е. до 190 млн лет назад, когда эта территория в пермский и триасовый периоды не покрывалась морем.

Изучение распространения карстовых процессов очень важно для хозяйственной деятельности, так как оно помогает избежать многих неприятностей. А их немало. Кое-где периодически возникают провальные воронки, а здания, располагающиеся поблизости от них, разрушаются. Суффозионные и карстовые процессы в окрестностях города Дзержинска в Нижегородской области серьезно угрожают железнодорожным путям и химическим заводам. Бывают случаи, когда в водохранилищах резко понижается уровень воды: она утекает в скрытые карстовые полости. Настоящим бедствием для шахт является прорыв карстовых вод или их интенсивный приток. В Испании, когда построили Андалузское водохранилище, вода стала утекать из него, как сквозь пальцы, так как многочисленные карстовые полости образовали подземный переток воды. Такая же проблема может возникнуть и в проектируемом Юмагузинском водохранилище на реке Белой в Башкортостане, где много карстующихся пород. Поэтому необходимо прогнозировать развитие карстовых и суффозионных процессов, чем и занимаются геологи.

Вопросы

• 1. Что называют карстом?
• 2. Какие выделяют типы карста?
• 3. Какие существуют формы поверхностного карста?
• 4. Как образуются сталактиты и сталагмиты?
• 5. Что такое терра-росса?
• 6. В каких породах и почему возникает карст?
• 7. Почему образуются многоэтажные карстовые пещеры?
• 8. Что представляет собой процесс суффозии?
• 9. Каково значение изучения карста для хозяйственных нужд?
• —ВЫВОДЫ —

Подземные воды растворяют карбонатные, гипсовые и соляные породы, образуя воронки, желоба и пещеры. Этот процесс и формы рельефа называют карстом, который бывает открытым (на поверхности) и закрытым (перекрытым отложениями). Карст, развивающийся в настоящее время, наносит большой ущерб, образуя провалы и поглощая поверхностные воды.