Как образуются карстовые пещеры? Сталактиты и сталагмиты, другие каменные образования. Карстовые пещеры в России. Карстовые пещеры мира. Образование карстовых пещер

Карстовые пещеры

Растворение (выщелачивание) некоторых горных пород вызывает целый ряд явлений, которые называются карстовыми или, одним словом, карст. Эти явления впервые 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, залегающие с поверхности, возникают своеобразные формы рельефа-карстовые. Из них наиболее распространены воронки различных размеров и форм, котловины и провалы; кар-ры - углубления, канавы, щели, борозды, прорезающие земную поверхность.

Под влиянием карста происходит немало удивительных явлений: пропадают (в буквальном смысле проваливаются под землю) реки, ручьи, озера; некоторые реки внезапно «выныривают» на поверхность; на морском дне из карстовых полостей изливаются пресные воды. Предполагают, что некоторые легенды о внезапно исчезающих городах (скажем, о невидимом граде Китеже) возникли под впечатлением карстовых провалов, в которые обрушивались строения. Подобные явления нередки в районах, где развит карст.

Изучение карста связано прежде всего с практическими нуждами: строительством городов и отдельных сооружений, эксплуатацией железных дорог и т. д. Карстовые провалы, например, неоднократно происходили близ полотна железной дороги на линии Москва- Горький. Одна из воронок имела диаметр 50 м. На ее засыпку потребовалось 15 вагонов грунта. Еще больше неприятностей доставляют карстовые провалы в городах. Известны случаи, когда дома проваливались в карстовые полости, а целые кварталы разрушались. Так, в Йоханнесбурге (ЮАР) в конце 1962 г. исчез под землей, в провале, целый завод, а позже - жилой дом. По-видимому, эти провалы возникли в результате крупных откачек подземных вод. Нарушилась устойчивость в карстовых полостях, в доломитах и известняках, залегающих под городом.

В карстовых районах очень непросто проводить гидротехническое строительство.

Несмотря на это, в карстовых районах ведется строительство. Так, Павловская гидроэлектростанция на реке Уфе, Каховская на Днепре и многие другие плотины находятся в местах, где развит карст. Но тут еще до начала строительства поработали географы и геологи, изучившие карст и подсказавшие меры борьбы с ним. Ведь, несмотря на все «коварство» карста, с ним можно успешно бороться. Скажем, нагнетать по скважинам цемент в подземные пустоты или «залечивать» воронки грунтом.

Карст очень осложняет подземные работы: проходку шахт, штолен, тоннелей. Нередко в карстовых пустотах текут подземные ручьи и реки, находятся подземные озера. Но под землей карст может стать и помощником человека: по карстовым пещерам спелеологам (исследователям пещер) удается проникнуть на сотни метров в глубины гор.

Карстовые пещеры - замечательные создания природы. Причудливые лабиринты, галереи; величественные гроты и «бездонные» пропасти; каменные «сосульки» сталактитов и сталагмитовые колонны; бурные потоки, водопады и тишайшие озера; особый животный мир и хрупкие кристаллические образования - все это встречается в карстовых пещерах. Некоторые из них очень велики. В Среднем Приднестровье длина Озерной пещеры - 21,6 км, а Главной (Кристальной)-18,8 км. Знаменитая Кунгурская пещера в Предуралье имеет длину 4,6 км; в ней находится более 30 озер. Самая большая пещера-Мамонтова (США, штат Кентукки); суммарная длина всех ее ответвлений-240 км. Много пещер на Кавказе, в Крыму. Летом 1979 г. советские спелеологи, исследовавшие кавказскую пещеру Снежную, опустились на глубину 1190 м. Глубочайший в мире карстовый провал - пещера Пьер-Сен-Мартен во Франции (1332 м).

Карст бывает древний и современный. В долине Волги, на Самарской Луке, можно видеть карстовые формы, образовавшиеся более 150 млн. лет назад. Это древний карст. Современные карстовые процессы имеют разную интенсивность. И все-таки скорость их, в общем, не очень велика. За годы и десятилетия не может образоваться крупная карстовая полость, или карры. Так что возраст большинства современных карстовых форм - многие тысячи, а то и миллионы лет.

Для образования карста еще недостаточно присутствия растворимых пород. Большое значение имеют глубина залегания подземных вод (чем ниже их уровень, тем глубже карстовые формы), химический состав поверхностных и подземных вод, рельеф, климат, а также деятельность человека (горные работы, строительство, гидротехнические сооружения и пр.). Поэтому очень непросто изучать карст, его Причины, особенности и методы борьбы с ним.

Карст встречается во многих обширных районах нашей страны: на Среднерусской и Приволжской возвышенностях, в бассейне Оки, Клязьмы, верховьях Днепра и Дона, на Волынской возвышенности, в Прибалтике, на О него-Двинском водоразделе, в северной части Белоруссии, в Предкарпатье и Закарпатье, в Крыму и на Кавказе, в Прикаспийской низменности, на Урале и в Предуралье. Распространен карст также в Восточной Сибири, в Западном Прибайкалье, в Приморье и Приамурье, в Казахстане и Средней Азии. Наиболее детально он изучен в европейской части страны. Однако и здесь во многих районах он исследован еще недостаточно хорошо.

О существовании карста в данной местности юный краевед может узнать по рассказам местных жителей и специалистов, а также по формам рельефа, пещерам и т. д.

Карст можно обнаружить по характерным формам рельефа (карры, воронки); по исчезающим ручьям и речкам; по участкам, где уменьшается или резко возрастает количество воды в реке; по крупным источникам подземных вод. В больших карстовых понижениях и закарстованных оврагах нередки сильно заросшие небольшие воронки, которые непросто заметить. Однако следует помнить, что именно такие очаги густой растительности свидетельствуют о существовании здесь провалов.

Обследовать карстовые формы рельефа надо очень осторожно, помня о возможной встрече с глубокими карстовыми колодцами, провалами; нельзя действовать в одиночку, без участия опытных старших товарищей, учителей. Следует ограничиться осмотром и обмером карстовых форм рельефа с поверхности (не спускаясь в провалы, пещеры). Проведите глазомерную съемку участков их распространения, нанесите эти участки на мелкомасштабные карты и схемы. Особое внимание надо обращать на повреждения дорог, отдельных сооружений в связи с проявлениями карста. Очень опасны карстовые пещеры: в них легко заблудиться; вдобавок в них нередко встречаются глубокие карстовые колодцы, пропасти.

Источник: yunc.org

Пещеры - это полости, образовавшиеся в верхней части земной коры в результате естественных процессов. Так прозаично описывает эти таинственные объекты научный язык. Однако у настоящих ценителей пещер, всегда найдутся для них живые слова.

Так, например, говорил о них Альфред Бегли, швейцарский исследователь пещер: «Под земной поверхностью в абсолютной темноте находится настолько огромный мир, что можно говорить о новом континенте».

Географический объект. Значение пещер

Значение пещер для человека трудно переоценить. Ведь именно в пещеры стали первыми домами для первобытных людей, поэтому раскрытие тайн, хранимых пещерами, помогает добавлять недостающие паззлы в картину истории и эволюции человека.

О большой познавательной ценности пещер свидетельствует возросший в последние десятилетия интерес к спелеологии как со стороны исследователей, так и со стороны туристов и любителей приключений. По всему миру растет количество пещер, подготовленных для туристических посещений.

Большое значение для сельского хозяйства имеют карстовые пещерные полости, поскольку их наличие приводит к уходу подземных вод на большую глубину, иссушению верхних слоев почвы, что обязательно необходимо учитывать при планировании сельскохозяйственных работ. А некоторые пещеры с микроклиматом, характеризующимся особо низкой температурой, используются в качестве больших «холодильников» для хранения продуктов питания и разнообразных материалов.

Большое значение пещеры имеют для добычи и исследования различных минералов и некоторых железных руд.

Характеристика пещер

Пещеры защищены от внешнего мира, имеют постоянный внутренний климат и крайне медленно эволюционируют. Эти характеристики делают их бесценными для археологии: пещеры сохранили для нас останки древних людей, кости вымерших животных и пыльцу растений.

Спелеофауна не отличается особым разнообразием и все же есть животные и растения, которые селятся преимущественно в пещерах или только в них. Это летучие мыши, прекрасно ориентирующиеся даже в самых длинных и запутанных подземных ходах, некоторые насекомые, креветки и другие ракообразные, пауки, рыбы и саламандры. Пещерные жители, адаптированные к полной темноте, часто полностью слепы и лишены пигмента.

Пещерные отложения делятся на механические и хемогенные. Механические отложения - это глина, глыбовые завалы, песок, галька; хемогенные - сталактиты и сталагмиты, украшающие древние пещерные галереи.

Виды пещер

Существуют искусственные (образованные человеком) и естественные (образованные природными процессами) пещеры. Естественные пещеры делятся по происхождению (ведущему процессу) на следующие пять видов.

Карстовые. Самая многочисленная группа. Они же самые красивые, глубокие и протяженные. Процесс их образования является следствием растворения различных пород в воде (гипса, известняка, мела, соли, мрамора и т.д.). Именно в карстовых пещерах образуются сталактиты, сталагмиты, а также геликаты и удивительный пещерный оникс.

Эрозионные . Схожи по процессу образования с карстовыми, однако эрозионные пещеры образуются в результате механической эрозии, т.е. вымываются водой, содержащей твердые крупинки (песок, осколки камней и т.д.). Часто образуются по береговой линии.

Тектонические . Образуются на местах тектонических разломов. Наиболее распространены в бортах речных долин, глубоко вклинившихся в плоскогорье.

Вулканические . Образуются следующим образом: при извержении вулкана лавовый поток, остывая, покрывается коркой, образуя лавовую трубу. Внутри трубы лава продолжает какое-то время течь, что приводит к образованию полости. Также к вулканическим относятся пещеры, образованные жерлами вулканов.

Ледниковые . Образуются в теле ледников. Среди ледниковых пещер различают пещеры, образованные талой водой, пещеры, образуемые в ледниках на месте выхода подледниковых и внутриледниковых вод, а также пещеры, образующиеся в ледниках на местах выхода подледниковых термальных источников.

Самые большие пещеры

(Пещера Шондонг )

Самой большой в мире пещерой является открытая в 2009 году пещера Шондонг в Центральном Вьетнаме (провинция Куангбинь). Более известная, но менее крупная Мамонтовая пещера , расположена в штате Кентукки, США. Представляет собой систему карстовых пещер, образованных в известняковом пласте.

В России самой протяженной является Ботовская , чья длина достигает 60 км. В Румынии находится пещера Мовиле - одна из трех пещер в мире, образованных в результате воздействия на горную породу серной кислоты. Пещера уникальна тем, что является замкнутой экосистемой, изолированной от экосистемы Земли.

Самая глубокая пещера

(Пещера Крубера )

Самая глубокая пещера в мире - пещера Крубера или Воронья - находится в Абхазии (Гагрский хребет). Пещера разветвляется на две ветки: глубина одной составляет 2 196 м, глубина другой - 1 300 м. Была открыта в 1960 году.

Самая длинная пещера

Самой длинной в мире является уже упомянутая выше пещерная система Мамонтовая (Кентукки, США). Длина ее составляет 627 644 м. Мамонтовая пещера лежит в предгорьях западных Аппалачей и в исследованной части насчитывает 20 крупных залов, столько же глубоких шахт и порядка 225 подземных ходов.

Под карстом понимают геологический процесс и связанные с ним явления, развивающиеся в результате взаимодействия воды с растворимыми горными породами. К ним относятся зоны, в которых изменяются свойства горных пород, поверхностные и подземные карстовые формы, карстовые отложения.

В зонах изменений водно-физических и физико-механических свойств горных пород происходит дезинтеграция, брекчирование, кавернозность и разуплотнение пород. На поверхности растворимых горных пород образуются отрицательные коррозионные формы - ниши, карры, воронки, котловины, полья, рвы, карстовые лога, овраги, долины и каньоны. Ниши представляют собой углубления разной формы и генезиса на склонах карстовых массивов. Каррами называются микроформы в виде борозд, желобов, лунок на горизонтальных или вертикальных поверхностях горных пород. Замкнутые, расширяющиеся кверху углубления округлой, овальной или неправильной формы диаметром до 100 м образуют воронки, а диаметром более 100 м - котловины. Полья представляют собой замкнутые или полузамкнутые формы разных размеров (площадью до 500 км2), имеющие плоское дно и периодически подтапливаемые карстовыми водами. Карстовые лога, овраги, долины и каньоны отличаются одни от других крутизной склона и характером поглощения стока (от частичного до полного). Рвы - это вытянутые коррозионно-гравитационные углубления с крутыми бортами, обычно ориентированные параллельно бровке склона. При избирательном растворении изредка возникают положительные формы - останцы (башни, конусы и др.).

К подземным карстовым формам относятся отрицательные коррозионные, коррозионно-эрозионные или коррозионно-гравитационные формы, имеющие ширину или высоту у входа меньшую, чем длина или глубина (пещеры, колодцы, шахты). Пещеры представляют собой горизонтальные, наклонные или сложные (лабиринтовые) полости в карстующихся породах с сечением более 30 см. Вертикальные полости в карстующихся породах конусовидной, цилиндрической, щелевидной или другой сложной формы глубиной до 20 м называются колодцами; а глубиной более 20 м - шахтами.

Карстовые отложения - осадки разного генезиса, состава и размера - образуются в поверхностных и подземных карстовых формах (глина остаточная; обвальные накопления; водные механические отложения; мука карбонатная, брекчия, туф известковый, сталактиты, сталагмиты, сталагнаты, коры, пещерный жемчуг; костный материал, лед и др.).

Одним из основных условий развития карста является наличие в разрезе земной коры карбонатных, сульфатных или соляных пород. По их литологии выделяют четыре подгруппы: I - толщи однотипных карстующихся пород; II - толщи переслаивания разнотипных карстующихся пород; III - толщи переслаивания карстующихся и некарстующихся пород; IV - прослои карстующихся пород среди некарстующихся; семь литологических типов: карбонатный, сульфатный, соляной, карбонатно-сульфатный, терригенно-карбонатный, терригенно-сульфатный, карбонатно-терригенный; девять литологических видов: известняковый, доломитовый, меловой, гипсовый, каменной соли, известняково-гипсовый, терригенно-известняковый, терригенно-гипсовый, известняково-терригенный.

По характеру перекрывающих отложений различают типы карста: открытый (карстующиеся породы выходят на поверхность или покрыты осадочными несцементированными отложениями мощностью до 2 м), покрытый (карстующиеся породы покрыты осадочными несцементированными отложениями различного генезиса мощностью более 2 м), перекрытый (карстующиеся породы перекрыты осадочными сцементированными, магматическими или метаморфическими породами разноймощности), перекрыто-покрытый (карстующиеся породы перекрытыосадочными сцементированными, магматическими или метаморфическими породами и осадочными несцементированнымиотложениями разной мощности).

Отдельно выделяют проявления гидротермокарста - процессы растворения горных пород, образования изаполнения карстовых форм и флюидами. С гидротермокарстом, в основном вкарбонатных породах, связано образование многих месторождений - свинца, цинка, сурьмы, ртути, урана, золота, флюорита, барита, целестина, исландского шпата, бокситов и др.
Более 60% территории России подвержены развитию карстовых процессов в горных породах от архей-протерозойского до неогенового возраста. Наиболее развиты терригенно-карбонатный (40%), карбонатно-терригенный (24%) и карбонатный (14%) литологические типы карста.

Самую большую площадь (40,6%) занимают территории простого строения, где в разрезе присутствуют перекрывающие друг друга карстующиеся породы одной или двух систем, 24% территории имеет сложное (3–5 систем); 2% - очень сложное строение (более пяти систем).
Карстующиеся породы более развиты в Европейскойчасти России (72%), менее - в Азиатской (64%). Они присутствуют на 70% площади распространения многолетнемерзлых пород и на 33% площади, покрывавшейся четвертичным оледенением.

Пещеры. Одно из самых ярких проявлений карста - это пещеры. Они бывают горизонтальные и наклонные. Пещеры состоят из галерей, залов (гротов), меандров (извилистых галерей), узких проходов и лазов, органных труб (уходящих вверх от галереи обычно слепых колодцев), завалов (участков галереи с обрушившимся сводом). Крупные пещеры часто образуют лабиринты: плоские (без этажей или заложенные в одном пласте) или объемные (уходящие на большую глубину). В обводненных пещерах встречаются озера, ручьи, пещерные реки с водопадами и сифонами (места, где река уходит под свод полости). Есть пещеры, полностью заполненные водой.

В середине ХХ в. в России было известно около 350 небольших карстовых пещер,длиннейшими из которых считались в известняках - Воронцовская (Западный Кавказ, более 5 км), а вгипсах - Кунгурская (Приуралье, 4,5 км). Сведений о карстовых шахтах России не было. В результате активных спелеологическихисследований кнастоящему времени открыто более 4 тыс.природных полостей различных размеров и происхождения, из них141 относится к крупным пещерам длиной более километра и глубиной более 100 м. Самые протяженные пещеры России: в известняках - Ботовская (60,8 км, Иркутская область), в гипсах - Кулогорская-Троя (16,25 км, Архангельская область), в конгломератах - Большая Орешная (47,0 км, Красноярский край). Больше всего крупных пещер на Большом Кавказе (35), в Пинего-Кулойском (22) и Южно-Уральском районах (19).

Использование пещер в стране довольно многообразно. В промышленных целях они используются для организации водоснабжения; в медицинских - для лечения (например, бронхиальной астмы в подземных выработках калийного рудника в Пермском крае); в спортивных - для проведения различных спортивных мероприятий; в научных - для геологических, биологических, археологических и прочих исследований; в туризме в качестве экскурсионных объектов (Кунгурская, Капова, Воронцовская, Большая Азишская пещеры, Саблинские катакомбы).

Кунгурская ледяная пещера - одна из крупнейших пещер России. Ее протяженность составляет 5,7 км. Пещера находится на окраинегорода Кунгура (Пермский край) на правом берегу реки Сылва в основании склона Ледяной горы. Вход впещерурасположен в скальном обнажениинижнепермских гипсов, ангидритов и доломитов. Пещера представляет собой лабиринт, сформировавшийся вприсклоновойчасти долины реки Сылва. Средняямощность кровли 65,0 м. На основании проведенной Е. П.Дорофеевым теодолитной съемки составлен план пещеры, которая включает 48 гротов (самые крупные - грот Географов, около 50 тыс. м3, грот Великан, около 45 тыс. м3). Амплитуда пещеры составляет 32 м, площадь - 65,0 тыс. м2; объем - 206 тыс. м3. В пещере насчитывается 70 озер общей площадью 7,4 тыс. м2 (самое крупное подземное озеро - Дружбы Народов - площадью 1 460 м2). В разные сезоны года число и размеры озер меняются. Кунгурская пещера знаменита своими ледяными образованиями. При входе в нее развиты в основном конжеляционные льды, возникающие при замерзании воды (натечные, озерные, сегрегационные, льды-цементы и жильные). льды образуются вследствие воздухообмена между и подземными полостями или их отдельными участками. Это кристаллы (листовидные, лотковые, пирамидальные, прямоугольные, игольчатые) и сложные формы (ансамбли). Специальные наблюдения показали, что интенсивность сублимации составляет 0,2 мм/сут. (в слое воды). Эти льды имеют низкую минерализацию и чутко реагируют на загрязнение.

Капова пещера (Шульган-Таш) находится в Республике Башкортостан и входит в состав заповедника «Шульган-Таш». Это одна из крупнейших многоэтажных пещер Урала длиной 2 640 м, археологический памятник мирового значения с палеолитической живописью и стоянкой древних людей. Она сформирована в карстовом массиве на правом берегу Белой. Массив сложен известняками визейского яруса нижнего карбона. Вход в пещеру имеет вид арки размером 48х18 м. Пещера представляет собой систему галерей, коридоров и залов север-северо-западного и северо-восточного простирания, расположенных на трех уровнях. Наиболее значительные залы (Хаоса, Рисунков, Брильянтовый, Хрустальный) сформированы на среднем и верхнем ярусах. На нижнем - протекает река Шульган (средний расход воды 50 л/с), которая исчезает с поверхности в 2,5 км севернее пещеры. В сифонной части реки, у входа в пещеру, глубина достигает 30 м. Самым древним является средний этаж пещеры, где расположен современный вход в нее. Пещера украшена кальцитовыми натечными образованиями, зимой - ледяными сталактитами и сталагмитами.

В 1959 г. зоолог А. В. Рюмин обнаружил в пещере палеолитические рисунки древнего человека, что принесло ей мировую известность. К настоящему времени в пещере найдено более 50 разнотипных красочных изображений зверей (мамонта, носорога, бизона), антропоморфного существа, пятна краски и различные геометрические знаки в виде трапеций, прямоугольников и треугольников, выполненных охрой различных тонов. Размеры рисунков от 6 см до 1,06 м. Они размещены в четырех залах: в Купольном, Знаков и Хаоса на среднем ярусе и в зале Рисунков на верхнем ярусе. Возраст рисунков составляет не менее 13–14 тыс. лет. В культурном слое на среднем ярусе пещеры обнаружены острия, скребки, выемчатые орудия, пластинки с притупленным краем и некоторые другие орудия, сделанные из местного пещерного известняка и кальцита, а также из кремня и зелено-коричневой яшмы. С пещерой связано много легенд, преданий, поверий и сказок.

Однажды летом я впервые оказался в пещере, причём в знаменитой пещере Петралона, расположенной на севере Греции. Эта пещера имеет огромное значение в области антропологии и палеонтологии, - именно здесь, как утверждают греческие учёные, найден скелет древнейшего в Европе человека-неандертальца, проживавшего в Европе более 700 тысяч лет назад. И с тех пор вопрос о колыбели человечества, где же всё-таки зародилось человечество, является спорным, несмотря на многочисленные исследования и собранные доказательства.

Но больше всего эта греческая пещера поразила меня своими размерами и красотой. Здесь я впервые увидел пещерное озеро, сталактиты, сталагмиты и сталагнаты. Переходя из зала в зал этой пещеры, я думал, как же так получается, что сверху свисают «сосульки» - сталактиты. Почему они имеют такие причудливые формы и не тают? А снизу как деревья растут другие «сосульки» - сталагмиты. Из чего они вырастают, если вокруг камни? Почему не падают? Почему они и твёрдые, и хрупкие одновременно, а на ощупь мокрые? А что, если вырастить сталагмит или сталактит дома и украсить свою комнату? Или такая диковинка может быть полезной в быту?

Вернувшись домой, я решил исследовать этот вопрос. А начинать пришлось с изучения места «обитания» этих удивительных пещерных образований – с самих пещер. Оказалось и здесь много интересного и захватывающего. Первоначальное представление и информация у меня всё-таки были после посещения греческой пещеры. Наш гид очень интересно и подробно рассказывала о той пещере, в которой я был. Но как же рождаются сами пещеры? И почему именно в них, и нигде в другом месте, появляются сталактиты и сталагмиты? Из чего они всё-таки сделаны эти самые сталактиты?

В ходе своего исследования, чтобы решить поставленные задачи, мне предстояло изучить научные статьи и результаты спелеологических исследований. Спелеология - это наука, которая занимается изучением пещер. Кроме того, я решил провести эксперимент по выращиванию сталактита в домашних условиях.

А чтобы понять природу сталактитов и сталагмитов, для начала мне нужно было узнать всё о пещерах - что это такое и как они образуются? Нужную теоретическую информацию я нашёл в энциклопедиях и на сайтах в Интернете.

Пещеры. Их образование.

Пещера – естественная полость в верхней толще земной коры, которая сообщается с поверхностью земли одним или несколькими выходными отверстиями, проходимыми для человека. Наиболее крупные пещеры – это сложные системы проходов и залов, общая протяжённость которых нередко доходит до нескольких десятков километров. Пещеры – объект изучения спелеологии.

Пещеры издавна связаны с историей развития человечества. Ещё в каменную эпоху пещеры спасали людей от зимней стужи. Но и после того, как древние люди перестали использовать пещеры в качестве жилищ, пещеры окружал ореол необычного и странного. Греки верили, что пещеры были храмами их богов – Зевса, Пана, Дионисия и Плутона. В древнем Риме считали, что в пещерах обитают нимфы и колдуньи. Древние персы и другие народы полагали, что в пещерах обитает царь всех земных духов Митрас. В наши дни обширные и прекрасные пещеры привлекают туристов.

В природе не существует двух одинаковых пещер. Образуются пещеры по-разному. Однако все самые большие пещеры в мире образованы аналогично. Некоторые большие пещеры начали создаваться 60 миллионов лет назад. Лили дожди, разливались реки, и монолитные горы медленно разрушались, а внутри холмов, гор и скал возникали большие пустоты (Приложение 1).

Горная порода, в которой возникают пещеры – известняк. Это мягкая порода, она может растворяться слабой кислотой. Кислота, которая разрушает известняк, поступает из дождевой воды. Падающие капли дождя забирают углекислый газ из воздуха и почвы. Этот углекислый газ превращает воду в углекислоту.

Поэтому миллионы лет кислотные дожди поливали известняки. Они постоянно капали на горы, и на них начали появляться трещины. А дожди продолжали лить. Вода струилась, увеличивая трещины. Она находила новые щели в монолите. Трещины расширялись до тоннелей. Тоннели перекрещивались, возникали ниши. Через миллионы лет пещеры приняли свою форму. А вода делала пещеры всё больше и больше.

Некоторые пещеры имеют в потолке отверстия (Приложение 2). Они образовались на том месте, где когда-то скопилась вода, которая затем прорвалась в пещеру. В пещерах можно встретить ряды галерей, идущих одна над другой. По отдельным пещерам протекают потоки воды, в других – после их образования вода уходит вниз, и пещера высыхает.

Пещеры скрываются везде: в горах, просто в каменистой почве, сложенной из мягких горных пород. Пещеры строит не только вода, но и ветер, и морской прибой, и вулканическая лава. Остаются пещеры после добычи каменной соли. Бывают и ледниковые пещеры, только они недолговечны.

Виды пещер.

Пещеры можно разделить по их происхождению на пять групп. Это тектонические, морские, ледниковые, вулканические и, наконец, самая большая и распространённая группа, карстовые пещеры.

Тектонические пещеры могут возникать в любых породах в результате образования тектонических разломов. Как правило, такие пещеры встречаются в бортах глубоко врезанных в плоскогорье речных долин, когда огромные массивы породы откалываются от бортов, образуя трещины (шерлопы), которые в свою очередь обычно клином сходятся с глубиной. Иногда они образуют довольно глубокие вертикальные пещеры до 100 м глубиной. Такой вид пещер широко распространён в Восточной Сибири.

Морские пещеры возникли под воздействием плещущихся волн о каменные утёсы вдоль побережья (Приложение 3). Морские волны, содержащие крупинки твёрдого материала (гальки, мелкого песка) растворяли утёсы. Они разрушались, подтачиваемые из года в год морским прибоем. Отдельные пещеры расположены под водой. Они являются обычно результатом деятельности подземных вод, вымывающих мягкие породы, например, тот же известняк.

Ледниковые пещеры встречаются во многих ледниках и образуются внутри ледников талой водой (Приложение 4). Талые ледниковые воды поглощаются ледником по крупным трещинам или на пересечении трещин. При этом образуются хода, по которым иногда может пройти человек. Такие пещеры имеют форму колодца и глубиной доходят до 100 метров и более. В 1993 году был обнаружен и исследован гигантский ледниковый колодец «Изотрог» глубиной 173 метра.

Особый тип ледниковых пещер – это пещеры, образуемые в леднике в месте выхода подземных термальных вод. Поскольку вода горячая, она способна проделывать объёмные галереи. Расположены такие пещеры не в самом леднике, а под ним, так как лёд проплавляется снизу. Термальные ледниковые пещеры встречаются в Исландии, Гренландии и достигают значительных размеров.

Вулканические или лавовые пещеры возникают при извержениях вулканов (Приложение 5). Поток лавы, остывая, покрывается твёрдой коркой, образуя лавовую трубку, внутри которой по-прежнему течёт расплавленная порода. После того как извержение уже, фактически, закончилось, лава вытекает из трубки с нижнего конца, а внутри трубки остаётся полость. Понятно, что лавовые пещеры залегают на самой поверхности, и часто кровля обваливается.

Однако лавовые пещеры могут достигать очень больших размеров. Таких, например, как пещера Казумура на Гавайях – 65,6 км длиной и 1100 м глубиной. А самая большая вулканическая пещера мира Куэва-де-лое-Вердес находится на одном из Канарских островов.

Карстовые пещеры - таких пещер большинство (Приложение 6). Именно карстовые пещеры имеют наибольшую протяжённость и глубину.

Пещеры образуются вследствие растворения пород водой. Поэтому карстовые пещеры встречаются только там, где залегают растворимые породы: известняк, мрамор, мел, гипс и соль. Известняк, а тем более мрамор, растворяются чистой дистиллированной водой очень плохо. В несколько раз растворимость повышается, если в воде присутствует растворённый углекислый газ, а он в природе всегда растворён в воде. Однако всё равно известняк растворяется слабо, по сравнению, скажем, с гипсом или, тем более, солью. Но оказывается, что это положительно сказывается на образовании протяжённых пещер, поскольку гипсовые и соляные пещеры не только быстро образуются, но и быстро разрушаются.

Пещеры - это особый мир, не имеющий аналогов на поверхности. В пещерах нет ни зимы, ни лета. Температура всегда одинаковая. В холодных пещерах она колеблется от +2 до +8 градусов, а в тёплых и жарких - от +15 до +28.

Оказывается, воздух в пещерах стерильно чист. В нём в тысячу раз меньше микробов, чем на поверхности. Оказывается, вместе с подземными водами в пещеры проникают радиоактивные изотопы углерода. Они вызывают свечение сталактитов, ионизируют воздух, убивают микробов.

Самая длинная в мире пещера – Флинт-Мамонтова – находится в США, в штате Кентукки. Длина всех её коридоров составляет более 550 километров. А самая глубокая пещера находится в Абхазии – пещера Крубера-Воронья. В неё человек может спуститься на 2 километра.

Несмотря на то, что уже так много известно о пещерах, впереди учёных ждут новые открытия. В каждой пещере есть ходы, щели и коридоры, о которых путешественники по пещерам – спелеологи – ещё не знают. Они думают, что всё уже изучили, но вдруг однажды замечают щель за каменным завалом, а за ней – коридор, за которым ещё несколько метров пещерной красоты.

В результате этих исследований можно сделать вывод, что существует несколько видов пещер, но наиболее распространёнными являются карстовые. Для образования пещеры необходимо достаточное количество водных осадков и удачная форма рельефа, то есть осадки с большой площади должны попадать в пещеру, а вход в пещеру должен располагаться заметно выше того места, куда разгружаются подземные воды.

Сталактиты, сталагмиты и сталагнаты

Вода – великая сила. Она точит камень, когда прокладывает себе дорогу, она строит галереи, а потом покидает их, подтачивает скалы, и они опускаются, рушатся, перемещаются. Так рождаются сами пещеры. Однако вода не только строитель, но и художник, скульптор!

Пещеры бывают в разных каменных породах, и вода приносит в них разные частички, строит из разных материалов: из кальцита, гипса, каменной соли. Растворение и разрушение водой осадочных пород носит название карст - карстовый процесс.

Карстовый процесс двулик: вода растворяет горную породу в одном месте, переносит её в другое и там из этой же породы создаёт прекрасные натёчные образования – сталактиты и сталагмиты.

Сталакти́ты (от греч. stalaktós - натёкший по капле), - натёчно-капельные образования, свисающие в виде конических сосулек, драпировок, изгибающейся бахромы или полых трубок со сводов и верхних частей стен карстовых пещер или иных подземных пустот (Приложение 7).

Сталагмиты (от греч. stálagma - капля), натёчно-капельные образования столбообразной, конической и других форм, поднимающиеся со дна пещер и других подземных карстовых полостей (Приложение 8).

Сталагнаты - натёчно-капельные образования в виде колонн, возникающие в пещерах при соединении сталактитов и сталагмитов (Приложение 9).

Как же они образуются? Дождевая капля, просачиваясь сквозь трещину в скале, растворяет частичку камня. Таким образом, каждая такая капля содержит частички известняка или других минералов. Растворяя известняк, вода забирает из него минерал кальцит. Капля насыщенного кальцитом раствора по мельчайшим трещинкам добирается до потолка уже созданной пещеры и повисает на нём (Приложение10).

Постепенно очень медленно капля испаряется, а принесённая ею частичка кальцита или другого минерала тончайшей плёнкой оседает на потолке. Через некоторое время в это место приходит следующая капелька и опять откладывает кальцит. Нарастая, крупинки кальцита превращаются сначала в тоненькую прозрачную и пустую внутри трубочку. Почему пустую? Да потому, что сама капля пустая внутри.

Но вот в каплю попадает песчинка и закупоривает трубочку. Тогда другие капли начинают эту трубочку обтекать со всех сторон, и растет каменная сосулька, такая же, как и ледяная, - сталактит.

Но капли поступают неравномерно то с одной, то с другой стороны, и сталактит получается не совсем круглый. А тут ещё на поверхности идёт дождь, вода становится грязной, сталактит темнеет. Дождь кончился, вода снова чистая, и следующий слой сталактита стал другого цвета. Если его разрезать, то на разрезе будут такие же кольца, как у дерева, только не годовые. Просто весной и осенью больше воды, и сталактит растет быстрее. Вода темнее, и кольцо темнее, воды стало меньше, и рост остановился (Приложение 11).

Я даже нашёл химическую формулу процесса образования сталактита. Вот она: CaCO3 + H2O + CO2 Ca2+ + 2 HCO3

Но не весь кальцит оседает на потолке и даёт рост сталактиту. Под собственной тяжестью часть капель падает на пол, и снизу навстречу сталактиту растёт сталагмит. Когда сталактит и сталагмит соединяются и срастаются между собой, образуется кальцитовая колонна - сталагнат. И сталактиты, и сталагмиты, и колонны бывают очень больших размеров - десятки метров в высоту и несколько метров в диаметре.

Водяные капли, попадая на них, образуют струйки, которые обтекают колонны со всех сторон, и тогда появляются натёки в виде рёбер. Если же капли стекают по стене пещеры, то на ней возникают не менее удивительные натёки в виде каменных водопадов, флагов и других фантастических образований.

Иногда в пещерах появляются натёки совершенно неожиданных форм. Сталактиты вдруг начинают расти вкривь и вкось, создавая причудливые каменные переплетения. На полу и на стенах возникают удивительно красивые каменные и гипсовые сталактитовые цветы - кораллиты, кристалликтиты и геликтиты (Приложение 12).

Там, где возникает дисбаланс поступления раствора - например, сверху капает, но столь мало, что капель сразу растекается плёнкой, - возникают гибридные формы, сталагмит расцветает кустом. При этом возникают самые разнообразные переходные формы, полиминеральные формы и многое другое. Например, можно найти образования, в точности копирующие архитектуру осиных гнёзд. А гипсовая паутина, которая тоньше человеческого волоса, при малейшем колебании воздуха рассыпается в пыль.

Миллиарды капель за миллионы лет создали в пещере целый лес сталактитов, сталагмитов, фантастическое внутреннее убранство из колонн и ажурных каменных занавесей, флагов и водопадов (Приложение 13).

На полу пещеры текущая вода также откладывает кальцит и образует "ванночки", разнообразные по форме и цвету. Мельчайшие частички солей различных минералов и металлов - меди, кобальта, железа - делают натёки розовыми, жёлтыми, синими, красными, морковными, черными. Очень редко встречается в "ванночках" так называемый пещерный жемчуг. Образуется он так же, как и морской, только не в раковине. Иногда пещерные жемчужины достигают трёх-пяти сантиметров в диаметре - почти как шарик для пинг-понга - но это очень большая редкость.

В карстовых пещерах можно встретить большое разнообразие сталактитов. Например, трубчатые сталактиты, они же макароны. Канал, проходящий по всей их длине, столетиями автоматически наводил исследователей на мысль, что по этому каналу происходит питание сталактита. Но оказалось, что это вовсе не так. Выяснилось, что канал – всего лишь следствие кристаллизации по периметру отрывающейся капли. Вот почему новые сталактиты, растущие на месте сломанных, не продолжают исходную трубку, а растут слегка сбоку, там, где воде удобнее капать.

Самыми эффектными из сталактитов являются драпировки (Приложение 14), возникающие на наклонных стенах. Именно тогда растущий сталактит начинает влиять на точку отрыва капли, и она становится мобильной, перемещаясь по малейшей прихоти водяной струйки и фиксируя в своей лихо закрученной форме направление этих струй, того, куда им следует течь.

Когда минерал меняется, скажем, кальцит на гипс, меняется и пещера, причем до неузнаваемости (Приложение 15). Гипс имеет другую химию кристаллизации. Поэтому в такой пещере «растут» гипсовые образования - “хрустальные люстры” (Приложение 16) и гипсовые “заснеженные ели”.

Они образуются чрезвычайно примечательным образом. В пещере тоже есть сухие и влажные сезоны, а гипс хорошо растворимый минерал. Когда влага оседает на поверхности, гипс растворяется. Когда влага испаряется, гипс кристаллизуется. Вода «любит» оседать во впадинах, а испаряться с выступов – это элементарная физика. И тогда получается, что внутренняя полость сталагмита продолжает растворяться, а наружная поверхность - дорастать, причем ветвистыми кустами кристаллов. Возникают те самые “заснеженные ели”. Когда стенка истончается так, что сталагмит уже не держит собственного веса, то “умирая”, он проваливается внутрь самого себя, предоставляя собственные “запасы” гипса для роста иных образований.

Времени на создание всей этой необыкновенной подземной красоты необходимо очень много. Ученые подсчитали, что в среднем сталактит нарастает по четыре десятых миллиметра в год и за сто лет увеличивается всего на четыре сантиметра. И через 100 лет на этом месте появится каменная сосулька – сталактит длиной 4 сантиметра. И каждые 100 лет сталактит будет подрастать на столько же. А внизу, куда упала капля, будет расти каменная башенка – сталагмит. Через миллионы лет сталактит и сталагмит соединятся и превратятся в сверкающую колонну. Значит, человек, разбивший каменную сосульку метровой длины, уничтожил то, что природа создавала около двух с половиной тысяч лет!

Таким образом, в ходе исследования я узнал, что сталактиты, сталагмиты и сталагнаты – это натёчно-капельные образования в пещерах. Процесс образования сталактитов и сталагмитов – это сложный химический процесс, который заключается в том, что вода растворяет горную породу, переносит её в другое место и через некоторое время откладывает её обратно, создавая натёчные образования. Процесс этот длится сотнями, тысячами лет.

Другие загадки пещер

Палеонтология – наука, которая занимается изучением ископаемых растений и животных. Ископаемые – это останки животных, живших миллионы лет назад, которые сохранились до наших дней. В основном благодаря изучению ископаемых мы знаем, каким был животный мир сотни миллионов лет назад.

В начале своей работы я уже говорил о том, что изучение пещер имеет большое научное значение в палеонтологии, минералогии, антропологии, археологии. Подтверждением тому является самое громкое и интересное открытие 20 века – это открытие пещеры Петралона на севере Греции. Я сам был в этой пещере, и она стала отправной точкой для меня в изучении механизма образования пещер и сталактитов. Поэтому хочу коротко рассказать о ней (Приложения 17-24).

В 1959 году на полуострове Халкидики, на севере Греции на высоте 250 метров над уровнем моря у подножия горы Кацика был обнаружен вход в пещеру. Всё произошло совершенно случайно, пастух по имени Петралона пас в этом районе овец. Однажды услышав негромкое журчание воды, решил внимательно обследовать подножие горы и наткнулся на вход в пещеру. Дальнейшим исследованием занялись специалисты, в частности знаменитый греческий антрополог Арис Пулянос, который потом построил палеонтологический музей рядом с пещерой и даже сам иногда проводит экскурсии. Мне повезло, я его тоже видел, когда был на экскурсии.

Площадь пещеры 10 тысяч квадратных метров, общая длина коридоров (проходов) - 1 500 метров. Туристический маршрут, открытый для посещения, составляет пока всего 600 метров. Находки, которые были обнаружены внутри этой пещеры, совершили настоящий переворот в антропологии. В 1960 году, спустя год после открытия самой пещеры, внутри был обнаружен череп и скелет древнейшего европейца, человека-неандертальца, получившего название архантроп. Результаты первого исследования черепа были представлены на Международном съезде антропологов в Москве в 1964 году и произвели большое впечатление на специалистов.

Кроме того, в пещере были найдены окаменевшие кости, каменные орудия труда, останки животных - медведей, гиен, черепах, носорогов, львов и даже жирафа. И ещё одна необычная находка из пещеры Петралона – это следы костров и зола, возраст которой насчитывает 1 миллион лет. По мнению учёных, это самые древние следы использования огня человеком.

До недавнего времени считалось, что возраст человечества составляет 3,5-4 миллиона лет, а родиной является Африка. Однако находки из пещеры Петралоне и их датировка дают право предполагать, что колыбель человечества – Юго-Восточная Европа, а человек появился 11-12 миллионов лет назад на территории Греции. Все находки из пещеры Петралона выставлены в антропологическом музее, построенном рядом пещерой.

На самом деле в пещерах очень много загадок и тайн. Как я выяснил в ходе своего исследования, необычен и интересен животный мир подземелий. Ещё первобытный человек знал и рисовал на стенах животных, обитавших в пещерах – пещерного льва, гиену, пещерного медведя. Кстати, наскальные рисунки тоже несут в себе много интересной для учёных информации (Приложение 25).

Древние животные уже давно вымерли, люди покинули пещеры, но сами пещеры не опустели. Серьёзные биологические исследования подземного мира начались только в 1831 году, когда был найден первый пещерный жук. С тех пор открыто много различных пещерных существ - и водных, и наземных. Это троглобионты, что означает "живущие в пещерах" - рачки, рыбы, мокрицы, многоножки, пауки, ложноскорпионы и другие насекомые.

Приспособление живых организмов к пещерной жизни очень сложно и многообразно. По сравнению со своими наземными сородичами они имеют более длинные и тонкие тела, более вытянутые лапки и усики, они прозрачны и бесцветны. Поскольку в пещерах нет света, им не нужно зрение, и поэтому у них нет глаз. В пещерах встречаются слепые жуки, рыбы, земноводные, раки и даже слепые и бескрылые мухи. Воздух в пещерах насыщен влагой, и поэтому троглобионты могут жить и в воде, и на суше.

По мнению ученых, животные и насекомые ушли в пещеры в связи с изменением климата на Земле, а именно при похолодании. Таким образом, большинство современных пещерных жителей - это представители прошлых эпох, живые ископаемые, уже не встречающиеся на поверхности, но сохранившие облик и привычки давно минувших тысячелетий.

Однако большинство любителей темноты проводят под землей только часть жизни. Например, бабочки только зимуют в пещерах. А ведущие ночной образ жизни некоторые виды кузнечиков находятся там весь день. К ним относился и пещерный медведь, ведь пещера была для него только местом отдыха. Ещё меньше времени проводили в пещерах гиена и лев. В отличие от пещерного медведя они никогда не заходили далеко в глубь пещеры, а держались у входа.

Сокровища пещер – ещё одна загадка и тайна пещер. Уже многие тысячелетия в легендах и сказаниях говорится о сокровищах, спрятанных в пещерах. Под землей не раз находили кости заблудившихся кладоискателей, которым так и не удалось найти заветные сокровища. Одна из пещер в чешских Татрах так и называется - Пещера Искателей Сокровищ. А сколько сложено легенд о пиратских сокровищах, спрятанных, в том числе и в пещерах. Но в каждой легенде есть доля правды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Объектом моего исследования были пещеры и их загадки, главные из которых сталактиты, сталагмиты и сталагнаты, механизм их образования и возможность создания в бытовых условиях, то есть дома. В начале работы я предполагал провести опыт по такому выращиванию. Я думал, что, изучив природу и механизм образования сталактита, я смогу сам сделать то же самое. Но ещё в ходе теоретического исследования я понял, что вырастить дома настоящий сталактит невозможно.

Для того чтобы вырастить сталактит, требуется наличие нескольких очень существенных условий. А именно – пещера с определённым рельефом и микроклиматом, постоянный поток воды, наличие углекислого газа и самое главное – несколько сотен и даже тысяч лет. Человеческой жизни недостаточно, чтобы повторить столь необыкновенное и красивое явление как сталактит или сталагмит. Остаётся одно – любоваться и беречь.

По результатам своего исследования я могу сделать главный вывод – существуют такие природные явления, которые человеку стоит изучать, беречь, но вовсе не обязательно повторять их или использовать в своей жизнедеятельности. Возможно, когда-нибудь люди изобретут машину времени или ускоритель времени и тогда смогут искусственно ускорить естественный процесс роста сталактитов, но возникает следующий вопрос, а надо ли?

Зачем мне нужны эти знания? Могут ли они пригодиться мне в жизни? Думаю, да. И главным образом, для того, чтобы лучше понимать окружающий мир, видеть и ценить то прекрасное, что умеет создавать природа. А ещё - вдруг климат на Планете опять резко поменяется и людям вновь придётся вернуться в пещеры. Обладая этими знаниями, мне будет легче там освоиться самому и помочь другим.

Работа была представлена

на XXXIII городской научно-практической

конференции школьников "Сибирь",

секция "Краеведение и туризм",

город Новосибирск.

Особенности поиска карстовых пещер

МКОУ ДОД ДТД УМ «Юниор»;

МБОУ СОШ № 195, 5 класс “ Б ” ,

Октябрьский район г. Новосибирска

Научный руководитель: Ершов Михаил Сергеевич

ПДО ДТД УМ «Юниор»

Консультант: Ершова Елена Владимировна

ПДО ДТД УМ «Юниор»

Новосибирск 2014

Введение

Карстовые явления

Первые шаги при поиске пещер

Заключение

Введение

Сегодня на географических картах уже нет белых пятен;

неисследованными остались только недра Земли,

бездны моря да космическое пространство.

Мишель Сифр, французский ученый, спелеолог

Разнообразие карстующихся горных пород, условий их залегания, рельефа, климата, зон движения и состава вод, др. факторы приводят к образованию различных поверхностных и подземных карстовых форм. Карстовые пещеры – это подземные полости, сообщающиеся с земной поверхностью или замкнутые, которые образуются при выщелачивании растворимых горных пород. Они представляют собой естественные полости, шахты, колодцы, имеющие четкие границы и возникающие в покрывающих неводонасыщенных и водонасыщенных карстующихся породах.

Актуальность темы. Многие массивы карстующихся пород, спелеологически, не изучены, и поиск пещер сводится к их планомерному исследованию в благоприятное время года и раскопкам заваленных ходов известных карстовых полостей. Соответсвенно, одним из основных направлений в деятельности нашего клуба является поиск и исследование новых подземных полостей - карстовых пещер и шахт.

Из истории: еще в постановлении президиума Центрального совета по туризму и экскурсиям ВЦСПС, принятом в 1964 году, перед спелеотуристами была поставлена задача: «Разведывание и изучение пещер, с тем чтобы эти замечательные памятники природы стали достоянием широких масс трудящихся нашей страны».

Цель нашей работы заключалась в следующем: - составить план действий, необходимых для поиска карстовых пещер, определить наиболее удобное для поиска карстовых полостей время года и описать когда и почему лучше их выполнять.

Карстовые явления

В основу классификации подземных полостей положен генетический подход: группы полостей выделены по антропогенному признаку (искусственные и естественные), классы – по источнику энергии полостеобразующих процессов (эндо, экзо, антропогенному), подклассы – по характеру перемещения вещества. Типы – по основному процессу полостеобразования. Классификация включает только моногенетические (образованные одним ведущим процессом) полости. В природе имеются и полигенетические, которые относятся к смешенным типам (коррозионно-гравитационный, экскавационно-коррозионный, суффозионно-коррозионно-абразионный и др.). Карстовые полости – всего лишь один из 11 подклассов естественных полостей, но они всё же выделяются: к ним относятся все самые крупные полости мира, наиболее красивые по натечному убранству залы, самые богатые археологическими и прочими находками пещеры.… По количеству их на 1–4 порядка больше, чем остальных. Так что карстовые полости заслуживают отдельного рассмотрения.

Карст-процесс растворения (выщелачивания) трещиноватых растворимых горных пород подземными и поверхностными водами, в результате которого образуются отрицательные формы рельефа на земной поверхности и различные полости, каналы и пещеры на глубине. Впервые такие процессы были детально изучены на побережье Адриатического моря, на плато Карст близ Триеста, откуда и получили своё название. Наибольшее разнообразие карстовых форм наблюдается в открытом типе карста (горные районы известнякового плато Крыма, Кавказа, Карпат, Альп и др.). В этих районах развитию карста способствует открытая поверхность растворимых пород и частые ливни. Покрытый карст отличается от открытого тем, что закарстованные породы перекрыты нерастворимыми или слаборастворимыми породами: формы поверхностного выщелачивания здесь отсутствуют, процесс протекает на глубине. На контакте с закарстованными породами происходит перемещение материала покрывающих пород в ниже расположенные карстовые полости, в результате чего образуются блюдцеобразные и воронкообразные формы.

Существует два основных противоположных процесса: с одной стороны, разрушение карстующихся пород химическим и отчасти механическим воздействием подземных и поверхностных внерусловых вод, дающее разнообразные карстовые формы; с другой стороны, отложение продуктов разрушения. Связующим звеном между ними является перенос растворённых и влекомых карстовыми водами веществ.

К поверхностным карстовым формам относятся: карры (шрамы), карстовые желоба и рвы (более глубокие, с крутыми бортами), богазы, карстовые воронки, блюдца и западины (нечётко выраженные мелкие воронки), котловины (на дне которых могут развиваться воронки), суходолы, полья – наиболее крупные карстовые формы. Переходными от поверхностных форм к пещерам типа гротов являются навесы и ниши; естественные мосты и арки возникают чаще всего при обрушении потолка пещерных тоннелей, ниш.

К подземным карстовым формам относят колодцы и шахты, пропасти, пещеры.

Особенности образования карстовых пещер

Большинство карстовых пещер образуется при ведущей роли выщелачивания, часто при совместном действии растворения и размыва горной породы.

Когда карстовый массив пересекает крупная река, образуется несколько гидродинамических зон (рис. 1.1). Вода, стекающая по продуктам выветривания карстующихся пород, образует зону поверхностного движения (І), или зону аэрации, где осуществляется главным образом нисходящее движение инфильтрационных (проникание) и инфлюационных (втекание) вод, с которыми связано формирование поверхностных карстовых форм. Многочисленные трещины и вертикальные карстовые полости отводят воду вглубь карстового массива, где выделяются несколько зон движения карстовых вод.

Рисунок 1.1 – Гидродинамические зоны в карстовом массиве

При высоком стоянии их уровня происходит горизонтальное движение воды, при низком – вертикальное, в соответствии, с чем осуществляется направленное вымывание карстующихся пород. Вначале вода движется вниз примерно по вертикали. Это зона вертикального нисходящего движения карстовых вод (ІІ), её мощность колеблется от 30–100 м на равнине до 100–200 – 2000 м в горах. Ниже, на уровне днищ речных долин, вертикальное нисходящее движение сменяется почти горизонтальным. Это зона горизонтального движения карстовых вод, для которой характерна постоянная обводнённость и наличие слабого уклона водного зеркала к реке (ІV). После весеннего снеготаяния и сильных ливней уровень воды здесь может повышаться на 5–100, в горных районах на 100–200 м. Поэтому выделяется промежуточная зона, лишь периодически насыщенная водой, где в разные сезоны происходит вертикальное или горизонтальное движение карстовых вод. Для всех этих трёх зон характерен свободный контакт воды с воздухом, содержащим до 0, 05–0, 5% углекислоты, поступающей с поверхности, за счёт биохимических процессов, происходящих в почвенном слое, а также формирующейся под землёй при окислении органических веществ и различных минералов (преимущественно пирита). С последними двумя зонами связаны горизонтальные каналы пещер и нисходящие карстовые источники, располагающиеся либо образующиеся несколько этажей, на равнинах часто соответствующих уровням речных террас. Ниже выделяют зону сифонного движения, где вода движется по полностью заполненным водой каналам различной ширины (V). Особенно велики эти каналы в приречной зоне, что даёт основание выделять подзону поддолинной циркуляции. Ниже располагается зона глубинного движения (VІ). Скорость воды здесь невелика (менее 100 м/сут), и она находится под напором. С зоной сифонного движения связаны восходящие карстовые источники, часто имеющие огромный расход.

В зависимости от местных условий – мощности карстующегося массива, однородности карстующихся пород, наличия или отсутствия некарстующихся пластов, движений земной коры, расчленённости массива транзитными магистральными реками, элементов залегания карстующихся пород, геоморфологических, климатических и ряда других – наблюдается различное распределение гидродинамических зон карстовых вод.

Итак, при формировании карстовых полостей происходит взаимное наложение коррозионного, эрозионного и гравитационного процессов в пространстве (в пределах разных гидродинамических зон) и во времени (на разных стадиях развития карста и в различные сезоны).

Самостоятельные исследования спелеотуристов

В любом из карстовых районов страны спелеотуристу обычно приходится решать одну или несколько спортивно-исследовательских задач. В их числе - поиск карстовых полостей, топографическая съемка их, геологические, гидрогеологические и метеорологические наблюдения, подробное описание и фотографирование. Рассмотрим подробно одну из них - поиск карстовых полостей.

Первые шаги при поиске пещер

Как известно прямых поисковых методов для установления пещер с поверхности нет (Дублянский В.Н.). И здесь надо внимательно оценивать косвенные признаки. Такие как: наличие сухостоя в районе нахождение предполагаемого входа в пещеру, «куржево», покрытые пышным мхом камни у входа, выносы временных водотоков, скопления крупных валунов в привходовой части, вытекание воды из под скалы/склона/камня(«Грифон») и так далее; а также ряд геологических признаков, таких как: зоны сгущения трещиноватости, пересечения крупных и не только разломов, контакты карстующихся и некарстующихся пород.

Опыт описанных в литературе поисковых экспедиций показывает, что целесообразная численность отдельно работающего отряда не должна превышать 6 человек при проведении маршрутных выходов группами по 2-3 человека. Выезду в экспедицию предшествует знакомство с литературой, картами, аэрофотоснимками будущего района поиска с целью выяснения его геологических особенностей, наиболее вероятных мест расположения пещер и путей подхода к исследуемому району.

В первую очередь необходимо перенести границы распространения карстующихся пород с геологической карты на топографическую.

Наличие зон тектонических нарушений в карбонатных породах способствует развитию глубинного карста. Геоморфологическим поисковым признаком пещер является наличие замкнутых понижений земной поверхности: воронок, котловин, провалов, а также исчезновение ручьев и рек. Известняки, залегающие среди песков, глин, глинистых сланцев и других некарстующихся пород, часто образуют положительные формы рельефа в виде холмов и гряд.

При отсутствии геологической и топографической карты в процессе поиска пещер составляется схема, на которую наносятся массивы карстующихся пород, ручьи, источники и другие объекты. Следует обратить внимание на топонимику района с такими географическими названиями, как например Карсты, Белый Камень, Воронки, Провал, Известковый, Белая, Пещерный, Сухая.

Тактика поиска карстовых полостей зависит от геологических, геоморфологических, гидрогеологических и климатических особенностей района.

В горных районах карстующиеся породы обнажаются в склонах глубоко врезанных речных долин. Именно здесь и следует искать вход в карстовую полость. На водораздельных пространствах вход в пещеру может находиться на дне или склоне крутой воронки, а также в местах поглощения постоянного или периодического стока в речных долинах и балках.

В районах развития вулканического карста пещеры обнаруживаются по движению воздуха. Обычно температура воздуха пещер стабильна, она равна приблизительно среднегодовой температуре района. Из-за разницы температур наружного и пещерного воздуха возникает движение воздушных масс. Зимой тёплый пещерный воздух по трещинам устремляется на поверхность, а в пещеру попадает наружный холодный. Летом направление движения сменяется на противоположное. Об указанном движение воздуха свидетельствуют поднимающийся над землёй пар, кристаллы инея в небольших гротах и трещинах, проталины в снегу зимой и вырывающиеся из трещин в породе струи холодного воздуха летом.

При организации поиска пещер на скальных обрывах необходимо осмотреть их с помощью бинокля. При поиске карстовых полостей на плато и пологих склонах прокладывается несколько маршрутов, что позволяет разделить район работ на участки.

Цепи воронок указывают на наличие тектонических трещин, по которым возможно развитие карстовых полостей. Вблизи входов в колодцы и шахты часто можно видеть старые сухие деревья. У входов в пещеры встречается более свежая трава, деревья с пышной кроной. Периодически обводняемые пещеры обнаруживают по отложениям известкового туфа или густому мху. Следует принимать во внимание то, что летучие мыши и птицы часто селятся в пещерах, расширениях вертикальных шахт. Входные части пещер иногда начинаются узкими лазами барсуков. Некоторые пещеры служат медведям берлогами, к ним протоптаны тропы.

Методика поиска карстовых пещер

Наш отряд состоял из 10 человек, поисковая группа - 5 человек.

1. Для начала мы выбирали район, исходя из наличия следующих видов информации (Схема карстово-спелеологического районирования, Приложение А):

Топографической - наличие на топооснове того или иного района карстовых форм рельефа: котловин, скоплений воронок, исчезающих рек и ручьев, сухих логов, родников, относительные превышения этих объектов, наконец - просто обозначенных на карте пещер. При этом отсутствие на топооснове каких-либо форм вовсе не означает, что их нет, так как на картах последних десятилетий есть тенденция к упрощению рельефа и сглаживанию объектов, резко выпадающих из общей картины.

Геологической - наличие по материалам геологических карт в этом районе карстующихся пород, геологических контактов с некарстующимися породами, по которым может происходить поглощение поверхностных водотоков, наличие тектонических нарушений, по которым могла развиваться пещера (при этом следует помнить о несоразмеримости масштабов нарушений, по которым развились пещеры, с масштабами указанных даже на самых крупных и подробных геологических картах разломов).

На самом деле нас интересовал лишь сам факт наличия или отсутствия карстующихся пород, при этом необходимо было помнить, что карты составляли люди, которым свойственно при проведении геологических границ как делать обобщения, так и ошибаться. Так как в пользу выбора района может также говорить наличие уже известных пещер или их скоплений - мы, учитывая данные «Базы знаний спелеологии», сайт http://www.krasspeleo.ru , выбрали Восточно-Саянскую область, Манский прогиб.

2. Выбрав район, сузили круг поиска, и выбрали карстово-спелеологический участок Баджейский, на котором сконцентрировали усилия по поиску. Начали наблюдения.

3. В первую очередь требовалось прослеживать динамику тяги воздуха: из-за разности температур в пещере и на поверхности чаще всего возникают движения воздуха. В теплое время года при приближении к месту расположения входа в пещеру наблюдались зоны резкого похолодания и сильный ток холодного воздуха из пещер. По величине такой зоны и силе воздушного потока можно было судить о размерах полости. Нередко вблизи входного отверстия и даже на некотором расстоянии от входа в полость летом сохраняется отрицательная температура, о чем свидетельствует наличие льда, но в нашем случае такого не наблюдалось. Очень часто летом и зимой в районе пещерного входа можно наблюдать легкую дымку (туман), мы наблюдали это явление в зимнее время. Также, в зимнее время, наблюдаемые воздушные потоки подземных полостей имели температуру, которая намного выше температуры наружного воздуха, поэтому о наличии входа в пещеру зимой можно было судить по расположенным рядом кустарникам, отличающаяся обилием инея.

Необходимо помнить, что из-за узкости входного отверстия тяга может быть минимальна, либо ее не быть вообще, в нашем случае входные отверстия пещер были достаточно велики.

При наблюдениях в межсезонье, когда температура на поверхности была близка к температуре в пещере, тяги практически не было, она была очень слабой и менялась по несколько раз на дню. Такие резкие изменения направления тяги в межсезонье, говорили в пользу того, что это тяга именно из системы, а не просто циркуляция вследствие затягивания воздуха где-то по щелям ниже по склону, в этом случае она бы не менялась столь резко, из-за того, что на солнце набежала тучка и температура упала на пол-градуса.

«...я лично предпочитаю доверять тяге (причем - тяге ЗИМНЕЙ, так как летняя может быть вызвана стеканием холодного воздуха из переохлажденной за зиму в результате циркуляции системки с двумя, или несколькими входами), как наиболее наглядному признаку, надо только научиться отличать собственно тягу из системы от обычной циркуляции воздуха, вызванной разницей атмосферного давления в разных точках, возможно, проводить замеры температуры, чтобы убедиться, что она достаточно теплая, и наблюдения за образованием инея (куржака) в морозы, чтобы убедиться в ее влажности. » (Поиск пещер. С.Величко)

4. Так как карстующиеся породы часто обнажаются в склонах глубоко врезанных речных долин, в бортах логов, выходящих к реке и прерывающих линию береговых обрывов, пробовали проводить наблюдения за водотоками, изменениями в работе поноров-воклюзов (По́но́р, рисунок 2.1). В ходе наблюдений новых пещер обнаружено не было, вода уходила либо в землю, либо сливалась с более крупными ручьями и мелкими речками.

Для обводненных пещер входное отверстие обычно является местом непосредственного ухода водного потока под землю или появления его на поверхности. Ручьи и мелкие реки, протекающие в логах, как показывает большое число наблюдений, многократно меняют направление течения, переходя от одной стены лога к другой, уходя глубоко под стену обнажения и покидают прежнее русло, смещаясь в сторону на 10-50 м. И наблюдая русло ручья, проходящего в центре лога, требуется учитывать, что в прошлом ручей мог протекать у бортов и образовывать подземные ходы в основании обнажений.

Осенне-весенний период отличается половодьем и частыми паводками (усиленным весенним таянием снега, ледников или обилием дождей). Уровень воды в ручьях и реках поднимается, открываются пересыхающие водотоки. В пещере Ледяная наблюдался усиленный капеж в весеннее время, вызванный таянием снега.

Сезонное отсутствие снега и летней растительности (трава) облегчает наблюдение за понорами, воклюзами.

Летом о карстовом характере водотоков и наличии подземного русла свидетельствует низкая, даже в самое жаркое время, температура воды в ручьях, вытекающих из-под обнажений. При осмотре карстовых воронок особое внимание уделяется воронкам, на бортах которых явно заметны следы водно-грязевых потоков. Это свидетельствует о том, что воронка служила поглощающим понором, через который можно проникнуть в подземную полость.

4.1. Карстовые полости могут располагаться в местах, лишенных питания дождевыми и снеговыми водами, например на водоразделах или в верхней части склонов (эпикарстовая зона, рисунок 2.2). Найти такую полость можно только по проталинам зимой или случайно натолкнувшись на вход в нее летом в траве. В нашем случае эпикарстовая зона не исследовалась.

«Пусть имеется площадка 50 на 20 м (1000 м2). На ее поверхности, разбитой густой сетью пересекающихся тектонических трещин, расширенных выветриванием, образовалось карровое поле. Прошел ливневый дождь средней интенсивности, давший за один час 20 мм осадков. Вода в объеме 20 м3 (1000 м2 на 0,02 м) полностью поглотилась в пределах площадки. Но как она распределилась? Сперва вода заполнила 20 трещин (по 1 м3 в каждой), затем стеклась в 10 (по 2 м3), затем сосредоточилась в одной (20 м3). Именно здесь, не на поверхности, а под ней, зарождаются полости, которые можно назвать плювиально-коррозионными (лат. pluvialis дождевой). Постепенно они растут, чему способствуют также талые снеговые воды и конденсация влаги. Затем, при провале свода, на поверхности появляется "готовая" карстовая шахта.» (Занимательная спелеология. В.Н.Дублянский)

Важным поисковым признаком во многих случаях служило обнаружение зон «шелопняка» (глыбового карста), тектонических трещин, полей карстовых воронок, приуроченных к бортам логов и береговым обнажениям. Цепи карстовых воронок на поверхности свидетельствуют, как правило, о вероятном существовании крупной подземной полости, которой соответствуют эти поверхностные карстовые формы.

Рисунок 2.2 - Развитие трещин в эпикарстовой зоне (А) и модель развития плювиально-коррозионной полости в ней (Б) (по Р.Вильямсу, 1985,и А.Климчуку, 1995).

5. Огромную помощь при поиске пещер могут оказать местные жители, хорошо знающие местность. Особенно ценным оказываются сведения охотников, лесников, работников рыбоохраны, прекрасно осведомленных о наиболее крупных обнажениях, исчезающих реках и ручьях, больших пещерах.

Заключение

По результатам нашей исследовательской работы можно сделать следующие выводы:

1. Наблюдение за выбранным массивом необходимо производить несколько раз за год, (так как разные признаки карстовых полостей проявляют себя сильнее в определенных погодных и температурных условиях).

2. По тяге воздуха, проявляющийся за счет разницы температур на поверхности и в пещере можно судить о наличие в данном районе карстовой полости (куржево, иней, туман, изменение температуры окружающего воздуха в районе входа в пещеру).

3. Во время осенних паводков можно определить местоположение водотоков (Куда «уходит» вода?).

Список использованной литературы

Методика поиска пещер (опыт работы ленинградских спелеологов). Коврижных Е.В. - [Электронный документ]. - URL: .

Поиск пещер, статья, Величко Сергей. - [Электронный документ]. - URL: .

Дублянский В.Н., Илюхин В.В. ПУТЕШЕСТВИЕ ПОД ЗЕМЛЕЙ. Москва, 1968г. 1-е издание. - [Текстовый документ]. - 80 листов.

Дублянский В.Н.. Занимательная спелеология. научно-популярная книга, Урал LTD 2000 . - [Текстовый документ]. - 205 листов.

Геология. Карстовые породы. - [Электронный документ]. - URL: .

Приложение А - Схема карстово-спелеологического районирования

Схема карстово-спелеологического районирования: 1 - границы областей (I - Горного Алтая, II - Салаирского кряжа, III - Кузнецкой впадины, IV - Томь-Колыванской зоны, V - Кузнецкого Алатау и Горной Шории, VI - Западного Саяна, VII - Тувинской впадины, VIII - Восточной Тувы и Сангилена, IX - Минусинских впадин, X - Восточного Саяна); 2 - границы районов (1 - Чарышского синклинория, 2 - Ануйского синклонория, 3 - Катунского антиклинория, 4 - Чуйского синклинория, 5 - Кадринского антиклинория, 6 - Телецко-Чулышмакской складчато-блоковой зоны, 7 - Западно-Салаирской зоны, 8 - Восточно-Салаирской зоны, 9 - Кийской зоны, 10 - Июсского прогиба, 11 - Батеневского срединного массива, 12 - Верхнетомской зоны, 13 - Мрасского срединного массива, 14 - Обручевского антиклинория, 15 - Сангиленского поднятия, 16 - Северо-Минусинской впадины, 17 - Приенисейской зоны, 18 - Манского прогиба, 19 - Дербинского антиклинория, 20 - Сисимского синклинория, 21 - Казыр-Кизирского синклинория; 3 - спелеоучастки; 4 - одиночные пещеры

Приложение Б - Список используемых терминов

Карстовые пещеры – это подземные полости, сообщающиеся с земной поверхностью или замкнутые, которые образуются при выщелачивании растворимых горных пород. Они представляют собой естественные полости, шахты, колодцы, имеющие четкие границы и возникающие в покрывающих неводонасыщенных и водонасыщенных карстующихся породах.

Воклюз - карстовый источник, так называемый сифон-источник, обладающий большим дебитом и непрекращающимся стоком в периоды маловодья.

По́но́р - отверстие в горной породе, поглощающее постоянный или временный водоток, а также карстовая воронка с таким отверстием.

Полье - карстовая впадина больших размеров (~ 1-10 км), с плоским дном, как правило замкнутая, часто с пересыхающими водотоками и озёрами с внутренним стоком воды через поноры.

Эпикарст - верхняя выветрелая и закарстован на я зона экспонированных на поверхность карбонатных пород, отличающаяся от нижележащей зоны более высокой и равномерно распределенной пористостью и проницаемостью, удерживающая некоторые динамические запасы вод и регулирующая сток в нижележащей зоне.

Карбонатные породы - горные породы, сложенные в основнов Карбонатами природными. К этой группе могут быть отнесены все горные породы, состоящие из кальцита, арагонита, доломита, магнезита, сидерита, анкерита, родохрозита, витерита и др.