Как образуются карстовые пещеры? Сталактиты и сталагмиты, другие каменные образования. Значение пещер

Каков смысл слов "карстовая пещера"? Как образовались эти прекрасные природные объекты? Ответы на эти вопросы вы сможете найти в этой статье. Кроме того, здесь мы перечислим самые длинные в мире (фото этих подземных пустот вы также сможете увидеть). Что любопытно, большинство из них расположено в США.

Пещера - это... Смысл слов "карстовая пещера"

Эти подземные пустоты с самых древних времен служили жилищем для животных, а также первобытных людей. Они скрывали их от холода и диких хищников. Интересно, что пещеры обнаружены не только на Земле, но и на Луне, Марсе. Выясним для начала смысл слов "карстовая пещера".

Данное словосочетание состоит из двух частей: "пещера" и "карст".

• Пещера - это любая подземная полость природного происхождения.
• Карст - это одновременно и процесс, и результат разрушения (растворения) определенных горных пород агрессивными (по химическому составу) подземными водами.

Сам термин "карст" происходит либо от немецкого слова karst, либо от названия плато в Словении (Kras), где эти природные явления проявляются особенно сильно.

Что такое карстовая пещера?

Этот тип пещер наиболее распространен среди всех остальных подземных полостей. Что такое карстовая пещера и как она образуется?

Существует два основных определения. Согласно первому, это природная полость (пустота) в верхней части земной коры, которая соединена с её поверхностью одним или несколькими входами. Согласно второму определению, карстовая пещера - это подземная полость естественного происхождения, которая не освещена Солнцем, однако доступна для проникновения извне.

Изучением пещер занимается специальная наука - спелеология, материал для которой часто добывается так называемыми спелеотуристами.

Как образуются карстовые пещеры?

Пещеры такого типа образуются за счет а именно вследствие растворения горных пород водами. Стоит отметить, что карстовые пещеры присутствуют лишь в тех районах Земли, где залегают неустойчивые породы, которые легко растворяются водой. Среди таковых - гипс, соли, мел (каолин), доломит, мрамор и известняк.

Хуже всех остальных разрушается известняк и мрамор. Пещеры в этих породах образуются очень долго. С другой стороны, они и сохранились лучше остальных. К примеру, гипсовые пещеры очень часто разрушаются и обваливаются.

Важную роль в процессе образования подземных пустот играет не только химический состав воды (в ней должна быть повышенная концентрация углекислого газа), но и наличие в земных недрах трещин и протяженных разломов. Они, как правило, являются теми осевыми линиями, вдоль которых пещеры и формируются.

Большая часть изученных пещер - это системы реликтового типа. Это значит, что вода уже покинула данные подземные полости. Тем не менее именно она выступает тем скульптором, который формирует внутренний "микрорельеф" пещеры. насыщенная сульфатами и карбонатами, откладывает их на стенках, полу и сводах подземных полостей. Именно так и формируется то, что мы называем Очень часто эти наросты приобретают странные и причудливые формы, которые во мраке выглядят еще более необычно.

Основные типы пещер

По механизму генезиса (образования) выделяют, помимо карстовых, еще и тектонические, вулканические, эрозионные, а также ледниковые пещеры.

Подземные полости также классифицируются по размерам (по общей длине и глубине), а также по типу горных пород, в которых они образованы. Так, существуют пещеры:

• известняковые;
• гипсовые;
• меловые;
• солевые;
• пещеры в конгломератах и так далее.

ТОП-5 самых протяженных пещер планеты

Четыре из пяти самых длинных пещер мира расположены в США, еще одна - на Украине.

(около 630 км) - самая длинная пещерная система Земли. Она образована в известняках 10 миллионов лет назад. Каждый год длина пещеры увеличивается, так как спелеологи разведывают новые её коридоры.

Пещера Джевел (257 км) - находится в близ города Кастер. Её уникальной особенностью являются кристаллы кальцита, которые толстым слоем покрывают стены всех подземных коридоров.

Пещера Оптимистическая (231 км) - многоуровневая сеть лабиринтов на Украине (в Тернопольской области), крупнейшая подземная система в Евразии. Образовалась в гипсах.

Пещера Уинд (217 км) - еще одно американское чудо природы, которое известно своими узорами на сводах, напоминающими пчелиные соты.

Пещера Лечугия (207 км) - гипсовая пещера в США (штат Нью-Мексико), визитной карточкой которой являются необычные "люстровые" образования, достигающие до 5-6 метров в диаметре.

Заключение

Что ж, теперь вы знаете смысл слов "карстовая пещера". Это подземная полость природного происхождения, которая имеет один или несколько выходов на поверхность. Все пещеры классифицируются спелеологами по размерам, механизму генезиса, а также по породам, в которых они заложены (образованы).

Как образуются карстовые пещеры? Сталактиты и сталагмиты — что это такое? Основная порода крымских гор — известняк. Пронизанные трещинами скалы легко вбирают влагу. Сквозь них протекает вглубь горы дождевая и талая вода с растворенным углекислым газом. Это очень слабая угольная кислота взаимодействует с известняком (карбонатом кальция) переводит его в растворимое состояние (гидрокарбонат кальция), долгими тысячелетиями промывает и протачивает себе русло. Так образуется растущая обводненная пещера. Со временем подземная река может найти новую трещину и спустится ещё на один, на два, на три, а то и на все шесть этажей, как в Кизил-Кобе (Красных пещерах). Нижние «мокрые» пещеры продолжают расти, верхние сохраняют принятую форму.

Этапы образования карстовых пещер

1. Дождевая и талая вода просачивается по капиллярам сквозь почву с горными породами, вбирает в себя углекислый газ. Мелкие ручейки по трещинам собираются в подземную речку.
2. Вода (слабая угольная кислота) продолжает промывать себе русло. Известняк переходит в растворимое состояние и вымывается из скал, делая воду жесткой.
3. В середине пещеры вода уходит в трещину, начинает создавать себе другое русло. В покинутой пещере (уже свободной от реки) растут сталактиты.
4. Река промывает совсем новое русло. В пещере вырастают большие сталактиты.

Как образуются сталактиты?

Со сводов пещер капает жесткая вода. Это и преобразованные в каменных породах осадки, которые просочились с поверхности земли сквозь «крышу», и собственный пещерный конденсат. На поверхности камня проходит обратная реакция. Растворенный в воде гидрокарбонат кальция снова превращается в карбонат, отдавая углекислый газ. В быту подобный процесс ведёт к появлению налёта на ванных, накипи в кастрюлях и радиаторах.

Вначале на скале появляется колечко, затем растущая трубочка. Пока отверстие не засорилось, вода капает из него, и постепенно вырастает острая прямая каменная сосулька — сталактит . Если водоток хороший, если нет соседних каплей, сталактит будет одиночным и может вырасти большим. Там, где столетиями идёт постоянный дождик, нарастает целый лес сталактитов, обычно разной длины и толщины, иногда и разной окраски. Если капель совсем мелкая, могут появиться густые заросли «соломки» длиной более метра и толщиной в несколько миллиметров, прозрачной, сияющей в свете фонаря, словно изысканная подземная люстра.

Что такое сезонные кольца сталактитов?

Внешне они похожи на годичные кольца древесины. По ним тоже можно определить возраст, погодные условия во времена, отдаленные от нас на тысячи и даже на миллионы лет. Для этого определяют изотопный и химический состав нужного «кольца». Важно не ошибиться, Ведь колец так много!

Современный ионный масс-спектрометр позволяет отбирать пробы из слоев толщиной в одну сотую миллиметра — это соответствует точности анализа в один год.

Долго ли растут сталактиты?

Скорость роста пещерных сталактитов бывает очень разной. Это зависит от количества и состава стекающей с «потолка» воды, от температуры и влажности воздуха в пещере. Трудно даже говорить о каких-то средних величинах. В одних пещерах метровые сталактиты вырастают за тысячу лет, в других — за пять тысяч лет. Но в любом случае обломанная «каменная сосулька» — невосполнимый ущерб природе. След морального преступления — вроде убийства животного ради забавы.

Сталагмиты, сталагнаты и другие натечные образования

Какой ещё формы бывают натёчные образования в пещерах? В том месте, куда падает капля, сначала появляется пятнышко, затем бугорок из нерастворимых солей (в основном всё того же углекислого кальция). Бугорок растёт, превращается в каменный пенек — иногда заострённый, но чаще плоский или закругленный беспорядочным разбрызгиванием жесткой воды. Так образуется сталагмит . Обычно он крупнее, толще и крепче сталактита, потому что вода стекает по его стенкам и весь освободившийся карбонат идёт на строительство. И ещё потому, что сталактит рано или поздно обрывается под собственной тяжестью, а сталагмит — никогда.

Если движение воды не нарушено, сталактит срастается со сталагмитом. Образуется прочнейшая подземная колонна — сталагнат. Отныне ей не угрожает уже ничто, кроме землетрясений, поэтому сталагнаты могут разрастаться до гигантских размеров.

Стекая по наклонным сводам пещеры, жесткая вода оставляет за собой не пятнышки, а полоски карбоната кальция. Эти полоски растут в толщину и со временем превращаются в тонкие плоские паруса . Они бывают ровными и волнистыми, как края скатерти, могут покрыть всю стену до земли, а могут остаться в форме чебуреков, образовав «карниз» или «люстру», и дальше расти уже как обычные сталактиты. Всё зависит от движения прихотливой, своенравной, «ленивой» водяной капли, которая всегда выбирает себе путь самый лёгкий и самый выгодный. Обычно гребешки позванивают, если постучать по ним палочкой, поэтому обросшие гребешками стены называют ксилофонами или органами .

Самые интересные и необычные из карстовых натёков — геликтиты , или эксцентрики . Начиная расти как сталактиты, они странно и причудливо изгибаются. Иногда это бывают сталактиты второго порядка, они вырастают как ветви на стволе дерева. Почему же сталактиты начинают расти в стороны, словно друзы кристаллов, или даже закручиваются в спираль, превращаясь в геликтиты? Наука не даёт точного ответа. Механика и химизм роста геликтитов — явления пограничные между двумя формами: натёчной и кристаллической. Найдены геликтиты в пещерах «200 лет Симферополю», Нижний Баир.

Геликтиты образуются в местах, где воздух неподвижен; там переходит в твёрдое состояние всё тот же гидрокарбонат кальция, растворенный не в капающей со сводов воде, а во влаге воздуха.

Подземные водопады тоже оставляют после себя следы известняка. Он нарастает плотным природным слоем и останется украшением на десятки и сотни тысяч лет. Даже после того, как непутевая речка покинет верхние этажи пещеры, мы видим застывшие каменные водопады …

Капели и ручейки натекают в ванночки, по краям которых нарастает известняковый валик — гуровая плотина . В гуровых ванночках идёт своя жизнь: растут каменные «кувшинки» и «лотосы» с округлыми «бутонами» и лежащими в воде плоскими «листьями».

В некоторых ванночках созревает пещерный жемчуг . Это не драгоценный камень, но состав морских и пещерных жемчужин один и тот же. Принято считать, что упавшая в ванночку песчинка вращается водным потоком и постепенно обволакивается известняком (который в чистом виде прозрачен, как стекло). Но жемчужины образуются и в совсем тихих заводях…

Влажную, мягкую, бесформенную массу белого цвета, иногда с голубоватым оттенком, назвали лунным молоком . Это всё тот же углекислый кальций. Лунное молоко по-своему украшает пещеры, а высохшее, оно рассыпается при нажиме в тонкий порошок. Как образуется лунное молоко, истинная тайна карстовых пещер, — о том высказывают лишь маловразумительные предположения. Ничто в природе, кроме кальцита, не существует в таком состоянии. Лунное молоко бывает сухим и мокрым, жидким и плотным, вязким и текучим. В действительности это вещество ни твёрдое, ни жидкое, оно вообще непонятно какое… Ученые обходят эту тему, оставляя любителям экзотики чистое поле для размышлений и фантазии.

Арагонитовые кристаллы

Когда уходит вода, рост пещеры прекращается, но её внутреннее убранство продолжает обогащаться новыми украшениями. Влажность воздуха в глубоких каменных полостях приближается к 100%. Водяные пары насыщены ионами гидрокарбоната кальция, и на камнях (чаще вдоль трещин) вырастают кристаллы.

Причудливость, прихотливость фигур аэрозольной кристаллизации несравнима ни с какими натеками: созданные по законам микромира, они зависят от состава и концентрации ионов, от путей перемещения молекул воды, от правил построения кристаллических решеток со всеми их дополнениями и отклонениями. Арагонит — это твёрдая разновидность кальцита. Он образуется при достаточно низких температурах, чаще всего под землёй — в пещерах, рудных месторождениях, в холодных источниках.

В пещерах можно обнаружить мельчайшие кристаллы арагонита. Когда их много, они светятся в луче фонаря, словно небесные звёздочки. Иногда нарастают крупные остроугольные кристаллы, а рядом — мелкие, собранные в «веточки», в «пушинки», в «снежинки». Это могут быть остроиглые «ёжики», различных оттенков «процветшие» сталактиты, отдельные и собранные в соцветия «пещерные цветы» разной окраски и невообразимой формы.

Самые интересные и разнообразные подземные украшения вырастают в результате комбинированного действия жидкой воды и насыщенного ионами аэрозоля. Изящные антропоморфные статуэтки, зверушки, «волосатые Аго», «медузы» с бахромой «щупалец» по краям, «актинии»… Словом, готовь фотоаппарат, раскрывай блокнот, фантазируй! Но всё будет бедно, всё не то: мы простые смертные, а пещеры созданы её величеством Природой. Неравноценно.

Пещера - естественная полость в верхней толще земной коры, сообщающаяся с поверхностью земли одним либо несколькими выходными отверстиями, проходимыми для человека. Более большие пещеры - сложные системы проходов и залов, часто суммарной протяженностью до нескольких 10-ов км. Пещеры - объект исследования спелеологии.

Есть возможность поделить пещеры по их происхождению на 5 групп. Это тектонические пещеры, эрозионные пещеры, ледовые пещеры, вулканические пещеры, и, в конце концов, наибольшая группа, карстовые пещеры. Пещеры, в привходовой части, при подходящих морфологии (горизонтальный просторный вход) и расположении (близко к воде) использовались древними людьми в качестве комфортных жилищ.

В том случае глядеть на пещеры исходя из убеждений геологии, то они представляют собой всего только полости в земной коре, однако пещеры игрались важную роль в развитии населения земли, и благодаря ужасу человека перед неизведанным, многие из пещер на планетке еще не исследованы конкретно. В почти всех пещерах сохранились так именуемые «наскальные» картинки первых людей, которые предоставляют возможность осознать быт и культуру древних обитателей Земли. Многие пещеры представляют энтузиазм собственной спелеофауной и различным спелео - интерьером.

Горная порода, в какой появляются пещеры, - известняк. Это мягенькая порода, она может растворяться слабенькой кислотой. Кислота, которая разрушает известняк, поступает из дождевой воды. Падающие капли дождя забирают углекислый газ из воздуха и земли. Этот углекислый газ превращает воду в углекислоту.

Горные пещеры - это не единственный вид пещер. Есть, к примеру, к тому же морские пещеры, которые появились под воздействием плещущихся волн о каменные утесы повдоль побережья. Волны растворяли утесы. Они разрушались, подтачивае-мые из года в год также галькой и маленьким песком.

Типы пещер

Карстовые пещеры

Подобных пещер большая часть. Конкретно карстовые пещеры имеют самую большую протяжённость и глубину. Пещеры образуются вследствие растворения пород водой. Потому карстовые пещеры встречаются только там, где залегают растворимые породы: известняк, мрамор, доломит, мел, также гипс и соль.

Известняк, а тем паче мрамор, растворяются незапятанной дистиллированной водой очень плохо. В пару раз растворимость увеличивается, в том случае в воде находится растворённый углекислый газ (а он всегда растворён в воде, в природе), но всё равно известняк растворяется слабо, по сопоставлению, скажем, с гипсом либо, тем паче, солью. Однако оказывается, что это положительно сказывается на образовании протяжённых пещер, так как гипсовые и соляные пещеры не только лишь стремительно образуются, да и стремительно разрушаются.

Гигантскую роль при образовании пещер играют тектонические трещинкы и разломы. По картам исследованных пещер очень нередко есть возможность видеть, что ходы приурочены к тектоническим нарушениям, которые видны на поверхности. Также, очевидно, для образования пещеры нужно достаточное количество аква осадков, успешная форма рельефа: осадки с большой площади должны попадать в пещеру, вход в пещеру должен размещаться приметно выше того места, куда разгружаются подземные воды и т. п.

Химизм карстовых процессов такой, что нередко вода, растворив породу, через некое время откладывает её назад, образуя т. н. натёчные образования: сосульки, наросты, геликтиты, драпировки и проч.

Длиннейшая в мире Мамонтова пещера в США заложена в известняках. Она имеет суммарную протяжённость ходов более 500 км. Длиннейшая пещера в гипсах - Жизнеутверждающая, на Украине, протяжённостью более 200 км. Образование подобных длинноватых пещер в гипсах связано с особенным расположением пород: пласты гипса, вмещающие пещеру, перекрыты сверху известняками, за счёт чего своды не обрушиваются. Длиннейшая пещера Рф - пещера Бо?товская, выше 60 км длиной, заложена в известняке, находится в Иркутской области, бассейн р.Елены. Чуть-чуть уступает ей Большая Орешная - карстовая пещера в конгломератах в Красноярском крае. Глубочайшие пещеры планетки тоже карстовые: Крубера-Воронья (-2191 м), Снежная (-1753 м) в Абхазии. В Рф поглубже всех пещера Горло Барлога (-900 м) в Карачаево-Черкесии. Все эти рекорды безпрерывно изменяются, постоянно только одно: лидируют карстовые пещеры.

Тектонические пещеры

Такие пещеры могут появляться в каких угодно породах в итоге образования тектонических разломов. Чаше всего, такие пещеры встречаются в бортах глубоко врезанных в плоскогорье речных долин, когда большие массивы породы откалываются от бортов, образуя трещинкы отседания (шерлопы). Трещинкы отседания обычно клином сходятся с глубиной. В большинстве случаев они заваливаются рыхловатыми отложениями с поверхности массива, однако время от времени образуют достаточно глубочайшие вертикальные пещеры, до 100 м глубиной. Шерлопы обширно всераспространены в Восточной Сибири. Исследованы они сравнимо слабо, и, возможно, встречаются очень нередко.

Эрозионные пещеры

Пещеры, образуемые в нерастворимых породах за счёт механической эрозии, другими словами проработанные водой, содержащей крупинки твёрдого материала. Нередко такие пещеры образуются на берегу моря под действием прибоя, однако они невелики. Но, может быть образование и пещер, проработанных по первичным тектоническим трещинкам уходящими под землю ручьями. Известны достаточно большие (сотки метров длиной) эрозионные пещеры, заложенные в песчаниках и даже гранитах.

Ледниковые пещеры

Пещеры, образуемые в теле ледников талой водой. Такие пещеры встречаются на многих ледниках. Талые ледниковые воды поглощаются телом ледника по большим трещинкам либо на скрещении трещинок, образуя хода время от времени проходимые для человека. Соответствующие длины составляют 1-ые сотки метров, глубины - до 100 м и поболее. В 1993 г. в Гренландии был найден и изучен огромный ледниковый колодец «Изортог» глубиной 173 м, приток воды летом в него составлял 30 м³/с и поболее.

Ещё один класс ледниковых пещер - пещеры, образуемые в леднике в месте выхода внутриледниковых и подледниковых вод на краю ледников. Талые воды в подобных пещерах могут течь как по ложу ледника, так и по ледниковому льду.

Особенный класс ледниковых пещер - пещеры, образуемые в леднике в месте выхода подземных термальных вод. Так как вода горячая, она способна проделывать объёмные галереи, но такие пещеры залегают не в самом леднике, а под ним, так как лёд проплавляется снизу. Термальные ледиковые пещеры встречаются в Исландии, Гренландии и добиваются значимых размеров.

Вулканические пещеры

Эти пещеры появляются при извержениях вулканов. Поток лавы, остужаясь, покрывается твёрдой коркой, образуя лавовую трубку, снутри которой как и раньше течёт расплавленная порода. После того как извержение уже, практически, завершилось, лава вытекает из трубки с нижнего конца, а снутри трубки остаётся полость. Понятно, что лавовые пещеры залегают на самой поверхности, и нередко кровля обваливается. Но, как оказывается, лавовые пещеры способны достигать очень огромных размеров, прямо до 65.6 км длины и 1100 м глубины (пещера Пещера Казамура, Гавайские острова).

Первоисточники:

Московский Государственный Институт Стали и Сплавов

Выксунский Филиал

(Технологический университет)

Реферат по предмету

кристаллофизика

На тему: «Образование пещер и карстов»

Студент: Пичугин А.А..

Группы:МО-07 (МЧМ)

Преподаватель:Лопатин Д.В.

Москва 2008

I. Общие сведения о пещерах и карстов

II. Гипотеза о происхождении карстовых районов

III. Условия образования пещер

IV. Типы пещер:

1. Карстовые пещеры

2. Тектонические пещеры

3. Эрозионные пещеры

4. Ледниковые пещеры

5. Лавовая пещера

V. Пещеры на территории Прибайкалья

VI. Пещера Кызылъяровская им. Г.А. Максимовича.

Общие сведения о пещерах и карстов

Карст (от нем. Karst, по названию известнякового альпийского плато Крас в Словении), - совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами (гипсами, известняками, мраморами, доломитами и каменной солью).

Наиболее характерны для карста отрицательные формы рельефа. По происхождению они подразделяются на формы, образованные путём растворения (поверхностные и подземные), эрозионные и смешанные. По морфологии выделяются следующие образования: карры, колодцы, шахты, провалы, воронки, слепые карстовые овраги, долины, полья, карстовые пещеры, подземные карстовые каналы. Для развития карстового процесса необходимы следующие условия: а) наличие ровной или слабо наклонной поверхности, чтобы вода могла застаиваться и просачиваться внутрь по трещинам; б) толща карстующихся пород должна иметь значительную мощность; в) уровень подземных вод должен стоять низко, чтобы было достаточное пространство для вертикального движения подземных вод.

По глубине уровня подземных вод различают карст глубокий и мелкий. Различают также «голый», или средиземноморский карст, у которого карстовые формы рельефа лишены почвенного и растительного покрова (например, Горный Крым), и «покрытый» или среднеевропейский карст, на поверхности которого сохраняется кора выветривания и развит почвенный и растительный покров.

Карст характеризуется комплексом поверхностных (воронки, карры, желоба, котловины, каверны и др.) и подземных (карстовые пещеры, галереи, полости, ходы) форм рельефа. Переходные между поверхностными и подземными формами - неглубокие (до 20 м) карстовые колодцы, естественные туннели, шахты или провалы. Карстовые воронки или иные элементы поверхностного карста, через которые в карстовую систему уходят поверхностные воды, называются поноры.

КАРСТ, известняковые плато - комплекс неровностей, выпуклых выходов горных пород, впадин, пещер, исчезнувших потоков и подземных стоков. Возникает в растворимых водой и выветриваемых горных породах. Процесс типичен для известняка, а также для тех мест, где вымываются горные породы. Много рек находится под землей, там же существует много пещер и крупных каверн. Самые крупные пещеры могут разрушиться и образовать ущелье или теснину. Постепенно весь известняк может быть вымыт. Явление названо по названию плато «Карст» в бывшей Югославии. Характерные карстовые системы широко представлены в Крымских горах и на Урале.

Карст можно наблюдать в Западных Альпах, в Аппалачах (США) и на юге Китая потому, что пласты известняковых пород, сначала состоявшие из слоя кальцита (углекислого кальция), толщиной до 200 м, который был частично размыт водой. Углекислый газ из атмосферы растворялся в дожде и способствовал образованию слабой угольной кислоты, которая в свою очередь способствовала размыванию гор ных пород, особенно вдоль линий кливажа и пластов, увеличивая их до образования карстовых пещер, долин, возникших вследствие обрушения стенок пещер, которые при дальнейшем развитии процесса могут превратиться в ущелья, и, наконец, остаются характерные для карстового ландшафта останцы известняка, не подвергшегося эрозии.

Пещера - естественная полость в верхней толще земной коры, сообщающаяся с поверхностью земли одним или несколькими выходными отверстиями, проходимыми для человека. Наиболее крупные пещеры - сложные системы проходов и залов, нередко суммарной протяженностью до нескольких десятков километров. Пещеры - объект изучения спелеологии.

Можно разделить пещеры по их происхождению на пять групп. Это тектонические пещеры, эрозионные пещеры, ледовые пещеры, вулканические пещеры, и, наконец, самая большая группа, карстовые пещеры. Пещеры, в привходовой части, при подходящих морфологии (горизонтальный просторный вход) и расположении (близко к воде) использовались древними людьми в качестве удобных жилищ.

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;

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

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,

Лабиринты.

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

Виды нарушений:

Разломы и сбросы, трещины:

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

Нивальные колодцы (с поверхности массива):

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:

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.

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).

Представляет большой научный и прикладной интерес. Спелеологические исследования позволяют глубже познать сложные и противоречивые карстовые процессы, без учета которых невозможно сколько-нибудь успешное решение многих народнохозяйственных задач в районах распространения легкорастворимых карбонатных и галогенных пород.

Без всестороннего изучения особенностей карста значительно затруднено гидротехническое, промышленное, гражданское и транспортное строительство. С карстовыми пещерами связаны многие ценные полезные ископаемые. Нередко карстовые массивы обладают огромными запасами подземных вод, которые могут быть успешно использованы для водоснабжения промышленных и бытовых объектов, а также в сельском и лесном хозяйстве.

Пещеры представляют большой интерес в геоморфологическом, гидрологическом, биоспелеологическом, археологическом и палеозоологическом отношениях. В последние годы они изучаются как особые природные ландшафты, и относятся к . Трудно переоценить значение пещер с точки зрения спелеотуризма.

В этой статье, разумеется, невозможно рассмотреть все стороны научного и прикладного значения пещер . Кратко остановимся лишь на некоторых из них.

Значение пещер для строительства

Наличие подземных полостей и особенно крупных карстовых пещер является серьезным препятствием для гидротехнического строительства , поскольку создает условия для возможной сильной утечки вод из водохранилища. Это осложняет наполнение его до проектной отметки, а также ставит под угрозу разрушения построенную плотину. В практике гидротехнического строительства встречаются подобные явления. Так, в результате провала над карстовыми полостями под действием нагрузки сооружения была разрушена плотина Аустин в Техасе (США).

В Советском Союзе накоплен богатый опыт гидроэнергетического строительства в карстовых районах. Он основан на специальном инженерно-геологическом изучении закарстованных территорий и выявлении основных закономерностей развития карста. В некоторых случаях удается «уйти» от карста, т. е. так разместить гидросооружение (например, Куйбышевская ГЭС на Волге, Братская ГЭС на Ангаре и др.), чтобы карст не мог оказывать на него влияния.

В других случаях приходится создавать плотины на закарстованных участках (Сызранская ГЭС, Павловская ГЭС на Уфе и др.). При этом для защиты от карста создаются сложные противофильтрационные бетонные завесы и проводится искусственный кольматаж карстовых полостей глинистым материалом. Это не только «пломбирует» существующие полости, но и препятствует дальнейшему развитию карста.

Предварительные спелеологические исследования имеют важное значение при выборе строительных площадок под промышленные и бытовые объекты, а также для проведения железных дорог и шоссейных магистралей. Известны случаи, когда здания и различного рода строения разрушались в результате провалов над подземными пустотами. В связи с этим наибольшее внимание уделяется прогнозированию вероятности образования провалов. Особенно большие трудности создаются при прокладке железных дорог на участках распространения растворимых пород.

Карстовые пещеры осложняют проходку различных туннелей. Так, например, при строительстве железной дороги Рим–Неаполь (Италия) был пробит туннель через гору Монте-Орсо, сложенную закарстованными меловыми известняками. В связи с тем что он вошел в кровлю крупной карстовой пещеры (длина 70 м, высота 12 м), трассу пришлось перенести.

Особенный вред приносит карст горнодобывающей промышленности. Подземные карстовые полости способствуют усиленному притоку карстовых вод в горные выработки, что весьма осложняет эксплуатацию месторождений полезных ископаемых. Это отмечается на многих месторождениях Русской равнины, Казахстана и Сибири. Но, Пожалуй, особенно водообильны шахты Кизеловского угленосного бассейна на Урале. Здесь приток карстовых вод в капитальные шахты в отдельных случаях может превышать 2500 м3/час.

Естественно, такой большой приток воды сильно затрудняет эксплуатацию месторождения и требует больших затрат на установление мощных водоотливных средств. Особенно опасны внезапные прорывы воды, приводящие к обрушению кровли и затоплению горных выработок. Они отмечаются обычно в зонах тектонических нарушений, где развиты крупные подземные полости и пещеры. Применение передовых разведочных и дренажных скважин, а также других мероприятий позволяет в настоящее время успешно вести горные работы на месторождениях, расположенных в сильно закарстованных породах.

Минеральное значение пещер

Пещеры представляют большой интерес в минералогическом отношении. В настоящее время в пещерах карбонатного карста найдено 83 вторичных минерала. Из них наиболее многочисленны группы фосфатов (27,71%), карбонатов (16,85%) и сульфатов (13,25%). Процессы аккумуляции минералов происходили или одновременно с формированием пещер (в условиях проникновения гидротермальных и других растворов), или после образования подземных полостей – на участках, где наблюдалась резкая смена факторов миграции химических элементов. В отдельных случаях концентрации рудных и нерудных минералов представляют промышленный интерес.

Иное происхождение имеют так называемые бобовые и карстовые железные руды, приуроченные к глубоким пещерам и естественным шахтам. Они связаны с процессами известняков, содержащих примеси. В Советском Союзе такие руды отмечены на Русской равнине и Урале.

Значение пещер для добычи нефти и газа

Изучение подземных карстовых полостей представляет большой интерес в связи с приуроченностью к ним залежей нефти и газа . К сожалению, долгое время исследователи и эксплуатационники недооценивали роль карста в образовании продуктивных карбонатных коллекторов и не связывали залежи нефти с карстовыми пустотами. Между тем, особенно в последние годы, буровые и геофизические исследования показали сильную кавернозность карбонатных образований и было собрано много данных, подтверждающих связь крупных нефтяных залежей с карстовыми полостями. Так, например, при фонтанировании одной из скважин на нефтяном месторождении Хоббз (США) был выброшен сталактит. На Ромашкинском месторождении в Северной Башкирии в известняках нижнего карбона найдена многоярусная система крупных карстовых полостей.

Подземные полости могут быть использованы для хранения нефти и нефтяных продуктов. В Советском Союзе для этой цели использовалась, в частности, пещера Водяная (объем 1000 м3), расположенная на правом берегу реки Ик (Русская равнина). В марте 1964 г. в ней было отмечено нефтяное озеро площадью около 200 м и глубиной 1 м.

Спелеологические и спелеогидрологические исследования приобретают в последние годы все большее значение при изучении особенностей распределения, режима и запасов подземных карстовых вод, используемых для целей водоснабжения городов и промышленных предприятий. Особенно интересны в этом отношении работы, проведенные в и на , которые сыграли важную роль в решении проблемы водоснабжения питьевой водой курортов Черноморского побережья.

Значение пещер для сельского хозяйства

С наличием подземных карстовых полостей нельзя не считаться при проведении сельско- и лесохозяйственных работ. Карст определяет значительное иссушение поверхности, редкую речную сеть, глубокое залегание подземных вод, что во многих районах наносит большой вред сельскому и лесному хозяйству.

Значение пещер для археологии

Пещеры представляют большой интерес в археологическом отношении, поскольку жизнь наших далеких предков была с ними тесно связана. Здесь было относительно тепло, можно было поддерживать огонь и успешно защищаться от опасных зверей. Значение пещер в этой отрасли довольно велико.

В пещерах зарождалась человеческая культура. Возникали подземные храмы, древнейшие в мире скульптуры, барельефы, целые картинные галереи, созданные хрупким резцом первобытного художника. Впервые рисунки палеолитического человека в Советском Союзе были найдены в Каповой пещере А. Рюминым. К этому же времени относятся и первые строительные работы, связанные с укреплением входа искусственной стеной, выравниванием пола, созданием ниш для хранения продуктов питания и т. д. Следовательно, пещеры – это колыбель человечества.

Археологические исследования пещер позволяют воссоздать историю развития человеческого общества, проникнуть к истокам пашей культуры и искусства, проследить основные этапы их эволюции.

Первый древнепалеолитический памятник (мустьерская стоянка) на территории нашей страны – Волчий грот – был открыт в 1879 г. в Крыму К.С. Мережковским . Позже стоянки древних людей были найдены во многих районах Советского Союза: в Крыму, на Кавказе, Русской равнине, Урале, Средней Азии, Сибири и в других местах. Самая северная в мире стоянка верхнепалеолитического человека открыта на Северном Урале у входа в .

Находимые в пещерах кости древних животных являются интересным материалом для установления фаунистического комплекса прошлых эпох. В пещерах найдены кости мамонта, шерстистого носорога, зубра, северного оленя, лося, волка, лисицы, пещерного медведя, пещерной гиены, пещерного льва и многих других . Эти кости попали в пещеры различными путями. Одни из них были вмыты водными потоками, другие занесены животными, а некоторые накопились в результате гибели пещерных или случайно попавших в подземные полости животных.

Среди ископаемых животных особый интерес представляет пещерный медведь, отличавшийся огромными размерами. Он имел широкий ареал распространения, северная граница которого проходила, по-видимому, в верховьях реки Печоры, где было найдено самое северное местоположение костей пещерного медведя (пещера Медвежья).

Естественные пещеры и горные выработки во многих странах мира широко используются в лечебных целях (спелеотерапия). Чистый воздух, нередко ионизированный радиоактивными изотопами углерода, постоянная температура и различные другие факторы позволяют успешно лечить болезни дыхательных путей, артриты, ревматизм, гипертонию, подагру и некоторые кожные заболевания. Подземные клиники есть и в Советском Союзе. В поселке Солотвино (Закарпатская область) в штреке соляной шахты на глубине 206 м находится лечебная подземная палата областной аллергологической больницы. Здесь лечатся больные, страдающие бронхиальной астмой.

Ежедневно они проводят 7 –10 час. под землей. Курс лечения длится 280–300 час. Специальные исследования показали пригодность калийных шахт Соликамска и Березняков для лечения сердечнососудистых заболеваний. Широкий комплекс спелеотерапевтических наблюдений проведен во многих пещерах Абхазии и Имеретин (Кавказ). В ближайшее время для больных астмой, хроническим бронхитом и коклюшем намечается открытие подземного санатория в Цхалтубской сталактитовой пещере.

Некоторые пещеры, особенно характеризующиеся низкой температурой воздуха, издавна используются как складские помещения для хранения продуктов питания и различных материалов.

Широкие перспективы открываются в использовании подземных термальных карстовых вод. Интересен в этом отношении опыт организации на базе Охурейских источников парниково-тепличного хозяйства в Очамчире на юго-западном склоне Кавказа (Грузия). Разрабатываются проекты использования горячих карстовых вод в коммунальном хозяйстве и в лечебных целях.

Значение пещер для туристов

В настоящее время ведутся большие работы по благоустройству – одной из самых замечательных карстовых пещер Советского Союза. Скоро любители подземной экзотики смогут попасть в эту пещеру по специально созданному 800-метровому туннелю, по которому пойдут комфортабельные электропоезда. Сейчас здесь прокладываются пешеходные дорожки, через глубокие колодцы перебрасываются ажурные мостики, вдоль глыбовых обвалов для лучшего обзора возводятся винтовые лестницы.

Разноцветная подсветка сделает наиболее интересные участки Анакопийской пещеры еще более эффектными. К пещере намечено провести асфальтированную дорогу, а также построить гостиницу и туристическую базу на 500 человек. Начаты проектировочные и изыскательские работы также по благоустройству некоторых других пещер Советского Союза, намечаемых для экскурсионного показа.

Работы по использованию карстовых пещер в туристических целях по существу лишь только начаты. Их следует продолжить и значительно расширить. При этом необходимо не только полностью оборудовать, электрифицировать и телефонизировать пещеры, являющиеся объектами посещения, но и подвести к ним хорошие дороги, построить поблизости современные гостиницы. Разумеется, на это потребуются определенные капиталовложения.

Между тем, как показывает опыт, при разумном и правильном использовании пещер эти затраты не только быстро окупаются, но и дают значительную прибыль. В настоящее время Кунгурскую пещеру, например, ежегодно посещает около 200 тыс. человек. По предварительным подсчетам, Анакопийскую пещеру ежегодно смогут посещать 350–400 тыс. человек. Полученные в результате широкого притока туристов средства можно будет использовать на дальнейшее оборудование пещер, а также на проведение научных спелеологических исследований.

Карстовые пещеры, отличающиеся нередко сложным морфологическим строением, богатством натечных форм и своеобразием подземного мира, являются уникальными памятниками природы и подлежат охране. И это не случайно. Проникновение человека в подземный мир приводит иногда к печальным последствиям. Нередко человек походя уничтожает то, что природа творила многие тысячелетия. Некоторые давно посещаемые пещеры сильно пострадали от «экскурсантов».