Карстовый процесс - это процесс растворения горных пород поверхностными и подземными водами. Геоморфологические формы, которые образуются в результате этого процесса, называются карстовыми формами . Развитие карта определяется геологическими, орографическими, гидрогеологическими и климатическими условиями .

1. Средигеологических условий большое значение имеет состав горных пород и характер трещиноватости . Наиболее крупные и хорошо выраженные формы карстового рельефа возникают в легко растворимых породах, практически лишенных нерастворимых примесей. Выделяют 1) известковый карст , 2) карст в гипсоносных и соленосных породах , а также 3) псевдокарст, или «глинистый» карст , в карбонатных глинистых породах.

И хотя каменная соль и гипс обладают большей растворимостью, чем известняки и доломиты, гипсовый и соляной карст развит сравнительно мало из-за незначительного распространения этих пород, особенно выходов их на дневную поверхность. Известняки и доломиты в обычных условиях характеризуются слабой растворимостью, но в определенных физико-географических условиях химическая агрессивность воды в известняковых областях может возрастать и существенно, а при благоприятных геологических условиях возникают выразительные и занимающие обширные пространства карстовые ландшафты, приуроченные именно к известнякам. Главное условие растворимости известняка - достаточное количество CO 2 в воде, тогда она становится агрессивной и растворяет карбонатные породы. Кроме углекислоты известняки растворяются гуминовой и серной кислотами.

Важным фактором, способствующим развитию карстовых форм, является трещиноватость. Но очень узкие размером меньше 1 мм не способствуют карстообразованию. В активных же трещинах больше 1 мм циркулирует вода и расширяет их. Так начинается развитие карстовых форм.

2. Орографические условия . Наиболее благоприятными для карстообразования являются открытые пространства, сложенные легко растворимыми породами, без крутых уклонов, но с небольшими западинами для застаивания поверхностных вод и накопления снега. Базис эрозии грунтовых вод и поверхностных рек должен располагаться достаточно низко, обеспечивая наибольшую глубину карстования.

3. Гидрогеологические условия . Если поток подземных вод обладает незначительным уклоном, малыми скоростями, то характер его движения приближается к ламинарному, способствуя растворению.

При большом уклоне и значительных скоростях потока характер движения соответствует турбулентному, и наряду с процессами карстообразования развивается и суффозия - механическое разрушение и вынос нерастворимых частиц. Глубина залегания подземных вод, мощность водоносного горизонта и условия его питания определяют развитие в карстующемся массиве зон циркуляции. Обычно выделяются три зоны циркуляции :

1) верхняя охватывает толщу породы от ее выхода на поверхность до зеркала грунтовых вод. Это зона аэрации или вертикальной циркуляции . Здесь преобладает свободное гравитационное движение воды, происходящее периодически во время дождей или таяние снега;

2) средняя - зона периодически полного насыщения . Здесь совершаются резкие колебания уровня подземных вод, связанные с периодическим поступлением воды с поверхности. Циркуляция воды здесь близка к горизонтальной

3) . Границы этой зоны - наивысший и наименьший уровни зеркала грунтовых вод;

4) нижняя зона - зона постоянного полного насыщения . Верхняя ее граница - наинизший уровень зеркала грунтовых вод, нижняя - водоупорный горизонт. Циркуляция здесь преимущественно горизонтальная. По окраинам карстовой области эта зона дает начало рекам, карстовым источникам, через которые происходит разгрузка подземных вод на поверхность.

4 Климатический фактор . Благоприятные условия для развития карста создают частые ливни, сносящие все наносы из нерастворимых пород, и корродирующее действие медленно тающего снежного покрова. Это относится к горным районам известковых плато Крыма, Кавказа, Карпат, Альп и др. Растворимость известняков повышается за счет сравнительно высоких температур и поверхностного прогрева пород в летнее время. Все эти благоприятные условия с выходом на поверхность легкорастворимых пород приводит к образованию голого, открытого или средиземноморского карста с разнообразным карстовым рельефом. Если карст развивается в угнетенных условиях (растворимые породы перекрыты слаборастворимыми) это закрытый, или среднеевропейский, карст .

В областях карстообразования выделяются:1) поверхностный, 2) переходный и 3) подземный карст.

Поверхностные формы карстового рельефа

Дождевые и талые воды, стекая по поверхности известняка, разъединяют стенки трещин. В результате образуется микрорельеф карров или шраттов .

1. Карры , или шратты представляют систему гребней и разделяющих их рытвин или борозд, располагающихся почти параллельно друг другу, если четко выражено падение слоев и трещиноватость пород совпадает с направлением падения. При сложной системе трещиноватости карры располагаются неправильно: разветвляются и вновь пересекаются. Глубина борозд может достигать 2 м. Карры могут образовываться и в прибрежной полосе при воздействии морского прибоя на карстующиеся породы. Покрытые каррами пространства называются карровыми полями . При растворении известняков всегда остается нерастворимая часть, представленная глинистым материалом красного или коричневого цвета. Этот элювиальный материал, накапливаясь на поверхности породы, образует своеобразную кору выветривания, характерную для карстовых областей, получившую название терра-росса (красная земля). Прекращение образования карр связано с накоплением терра-россы и полной цементацией трещин. Следовательно, трещиноватость - одно из условий каррообразования.

2. При интенсивной вертикальной циркуляции воды процесс растворения карстующихся пород приводит к образованию понор - каналов, поглощающих поверхностные воды и отводящих их в глубину закарстованного массива. Величина и форма понор различна, на поверхности поноры выражены зияющими трещинами или отверстиями, в глубине ими начинается сложная система каналов вертикальной циркуляции воды.

3. Расширение устьев понор в процессе дальнейшего растворения приводит к образованию карстовых воронок различных размеров и форм. Выделяются в областях закрытого карста блюдцеобразные формы с шириной примерно в 10 раз превосходящей глубину, и пологими (до 10-12 0) склонами, и воронкообразные, с крутыми, иногда отвесными стенками. По способу образования выделяются карстовые и суффозионно-карстовые (или воронки просасывания). Слияние отдельных карстовых воронок приводит к образованию более крупных форм - карстовых ванн . Длительное развитие этого процесса способствует возникновению обширных понижений округлых и эллиптических очертаний - карстовых котловин .

Карстовые формы рельефа могут быть беспорядочно разбросаны по поверхности карстового массива, либо быть сосредоточенными вдоль линий, обусловленных направлением подземного стока или залеганием карстующихся пород. Формы рельефа могут переходить одна в другую. Так карстовое блюдце в результате углубления, а карстовый колодец в результате выполаживания склонов могут превратиться в карстовую воронку. При продолжающемся растворении стенок понора канал может стать очень большим и превратиться в естественный колодец или естественную шахту, которые могут достигать в глубину от нескольких десятков до нескольких сотен метров. Например, глубина одной из шахт в северной Италии близ г.Верона достигает глубины 637 м. Общее направление шахт вертикальное, но отдельные участки шахт могут быть почти горизонтальными или наклонными. Формы рельефа типа естественных шахт, но меньших размеров, называются естественными колодцами .

Правильные, или поверхностные, воронки, сливаясь, образуют слепые овраги или формы причудливых очертаний, получивших название увала . Известны увала до 700 м в поперечнике при глубинах до 30 м. Увала представляют как бы переходные формы к еще более крупным карстовым формам - польям - обширным карстовым понижениям, обычно плоскодонным и с крутыми стенками, в несколько километров, а иногда десятков километров в поперечнике. Площадь Попова полья в Югославии (западной Герцоговине) составляет примерно 180 км 2 . Иногда по ровному дну полья протекает водоток, который в большинстве случаев появляется из одной стенки полья и скрывается в подземной галерее в противоположной стенке. Предполагают, что в происхождении польев основное значение имели процессы выщелачивания в сочетании с различными факторами: тектоническими, литологическими (соотношении карстующихся и некарстующихся пород) и эрозионными, т.е. образование полья представляет сложный длительный полигенный процесс.

Реки и долины карстовых областей

Поверхностные водотоки карстовых областей по гидрологическому режиму и морфологии речных долин И.С.Щукиным подразделяются на пять типов:

1. Эпизодические речки, долины их не выходят из зоны аэрации, т.е. врезаны неглубоко. Поэтому вода в этих долинах появляется лишь во время сильных ливней или бурного весеннего снеготаяния, когда поноры, имеющиеся в русле, не успевают отводить всю воду вглубь.

2. Постоянно текущие реки . Днища долин таких рек лежат выше уровня грунтовых вод карстового массива. Это многоводные реки, начинаются они за пределами карстовой области, в пределах карстующихся пород они теряют воду, но не иссякают совершенно. Долины таких рек часто представляют узкие, глубокие каньоны с крутыми отвесными бортами.

3. Постоянно текущие реки, долины которых врезаны до уровня грунтовых вод , которыми они в основном питаются. Морфология долин их сходна с типом 2, но имеются различия. Часто склоны долин заворачивают навстречу друг другу по направлению к истоку и смыкаются в виде стены, в основании которой из грота и выходит река. Такие долины с замкнутым верхним концом называют мешкообразными. Встречаются долины, не имеющие устья, т.е. они не открываются в другую долину или водоем, а оканчиваются тупиком - слепые долины. Полуслепые долины тоже замкнуты на конце, но уступ, в который «упирается» водоток, низкий, и во время половодья вода переливается через него. Нижняя часть таких рек представляет неглубоко врезанную ложбину, сухую в течение большей части года.

4. Реки, прорезавшие всю толщу карстующихся пород и углубившиеся в подстилающие водоупорные породы. Естественно, они имеют постоянный и все увеличивающийся водоток за счет многочисленных ключей на контакте карбонатных пород с водоупором. Верхние части склонов таких долин, сложенные известняками, обычно крутые, нижние - пологие. Характерны оползни и блоки отседания для склонов долин.

5. Подземные, или пещерные, реки , протекающие по системе подземных галерей. Начинаются либо за пределами карстового массива, или зарождаются в его пределах. Иногда выходят на поверхность в виде мощных воклюзных источников (воклюз - постоянный источник, обладающий большим дебитом, назван по источнику Воклюз, впервые описанному во Франции).

Переходные формы. К ним относятся карстовые полости, объединяющие поверхностные и подземные формы вертикальными и наклонными каналами - понорами и естественными колодцами.

Пещеры карстовых областей

Пещеры - это разнообразные подземные полости, образующиеся в карстовых областях и имеющие один или несколько выходов на поверхность. Образование их связано с растворяющей деятельностью воды, проникающей в трещины. При их расширении образуется сложная система каналов, а в зоне горизонтальной циркуляции, где вода производит наибольший растворяющий эффект, образуется магистральный канал. Он постепенно расширяется за счет соседних трещин, стягивая воду из соседних каналов. Так формируется подводная река.

Пещера может иметь один или два входных отверстия. При одном входном отверстии в противоположном конце она (пещера) будет заканчиваться системой узких трещин и ходов, либо обвальными или натечными образованиями, которые закупоривают ее - это слепые пещеры . Пещеры с выходами с обеих сторон - проходные пещеры.

В пещерах на днищах, стенах и сводах образуются натечные формы. С потолка пещеры свешиваются в виде сосулек узкие и длинные сталактиты. Со дна пещеры навстречу им поднимаются более мощные и короткие сталагмиты. Срастаясь, эти формы образуют натечные колонны . Натечные формы образуются не в каждой пещере. В некоторых пещерах накапливается лед, такие пещеры называют ледяными или холодными (Кунгурская ледяная пещера). Для накопления льда и снега необходимы, во-первых, соответствующие климатические условия (в тропиках ледяных пещер нет, но в Крыму есть), а во-вторых, благоприятная конфигурация пещеры, при этом вход в пещеру должен быть вертикальным.

Гипсометрическое положение пещер, по которым протекают реки, находится в тесной связи с высотой днищ долин, дренирующих карстовый массив. При тектоническом поднятии местности происходит углубление долин, при этом устья пещерных рек высыхают, превращаются в сухие пещеры, а на уровне нового базиса эрозии формируется новая система горизонтальных галерей. Возникает этажный карст. В пещерах находят орудия человека, костных остатков животных (древних), остатки кострищ и т.д., что позволяет датировать ярус пещер и соответствующие эрозионные горные террасы на склонах древних речных долин. Ряд палеолитических стоянок обнаружен в горах Урала (пещеры Глухая, Медвежья).

При отрицательных тектонических движениях карстовые полости опускаются (иногда до глубины нескольких сотен и даже 1000 м), заполняются водой и осадками и превращаются в погребенный карст .

Зонально-климатические типы карста

Карстовый процесс - это процесс денудационный, поэтому в разных климатических зонах он протекает по-разному. Голый (или открытый) карст типичен для областей со средиземноморским субтропическим климатом. Карстовым процессам наряду с благоприятным геологическим строением здесь способствует климат. В умеренной климатической зоне карстовые процессы также развиваются довольно интенсивно, но для этой зоны характерен в основном закрытый карст, карстовые образования связаны здесь с подземным выщелачиванием, а поверхностные формы обусловлены провалами и проседанием рыхлого покрова над подземными карстовыми полостями (воронки просасывания).

В условиях тропического гумидного климата карст начали изучать сравнительно недавно. Если для карста умеренных областей характерен ландшафт более или менее одновысотных плато с многочисленными отрицательными формами рельефа, то для тропического карста характерно развитие положительных форм рельефа в виде башен или конусов, воздымающихся над некоторым средним уровнем - базальной поверхностью. В процессе развития тропического карста возникают понижения, разделяющие весь карстовый массив на отдельные возвышенности. Понижения углубляются до уровня базальной поверхности, а далее поверхность эта расширяется за счет сокращения площадей, занятых возвышенностями до их полного уничтожения. В конце концов образуются выравненные карстово-денудационные поверхности.

По морфологии положительных элементов рельефа тропический карст подразделяют на: куполовидный, башенный, конический, котловинный . По мнению И.С.Щукина, эти типы генетически связаны и скорее всего представляют собой лишь разные стадии в формировании карстового ландшафта или могут быть обусловлены местными геологическими условиями.

Псевдокарстовые процессы и формы . Наряду с настоящим карстом встречаются явления и формы, внешне похожие на карст, но имеющие в основе совершенно другие причины, чем те, которые ведут к образованию карстовых форм. Это глинистый карст и термокарст. Глинистый карст характерен для аридных и семиаридных областей, сложенных сильно карбонатными глинами, суглинками и лессами. Трещиноватость и пористость этих пород сближает эти районы с районами развития типичного карста. Суффозия в карбонатных или засоленных глинах и суглинках ведет к образованию просадочных впадин - так называемых блюдец. При условиях хорошо развитой трещиноватости в таких породах образуются глубокие подземные ходы и провалы, наполняющие настоящий карст. Такие резко выраженные образования называются глинистым карстом. Термокарст образуется в условиях вечной мерзлоты. Здесь также наблюдаются различные провальные и просадочные формы, но связаны они с таянием погребенного льда.

К псевдокарстовым явлениям относится также способность горных пород быстро и значительно уплотняться при смачивании. К таким породам относятся лессы и засоленные грунты. В результате образуются псевдокарстовые блюдца и реже - воронки.

Под термином «карст» понимают совокупность специфических форм рельефа и особенностей наземной и подземной гидрографии, свойственной некоторым областям, сложенным растворимыми горными породами, такими, как каменная соль, гипс, известняк, доломит и др.

Сущность карстовых процессов заключается в растворении породы атмосферными, талыми, подземными, а в некоторых случаях и морскими водами.

По составу карстующихся пород карст бывает: галоидный, сульфатный, карбонатный.

И хотя каменная соль и гипс обладают большей растворимостью, чем известняки, и доломиты, гипсовый (сульфатный) и соляной (галоидный) карст развит сравнительно мало из-за незначительного распространения этих пород, особенно выходов их на дневную поверхность. Известняки и доломиты в обычных условиях характеризуются слабой растворимостью, но распространены они несравненно более широко, чем гипс или каменная соль. Поэтому наиболее изучен и наиболее распространен именно известняковый карст .

Главное условие растворимости известняка - достаточное количество растворенного СО 2 в воде. Тогда вода становится химически агрессивной и энергично воздействует на карбонатные породы.

К другим важнейшим условиям, определяющим развитие карста, относятся: а) рельеф ; б) чистота и мощность известняков ; в) структура породы ; г) климат ; д) трещиноватость карстующихся пород.

В зависимости от того, выходят ли карстующиеся породы на земную поверхность или они перекрыты сверху некарстующимися отложениями, различают голый и покрытый карст . Голый карст чаще всего свойствен горным территориям, где наиболее интенсивно идут процессы денудации, покрытый - равнинам.

Наибольшее разнообразие форм рельефа и наибольшая активность карстовых процессов обычно свойственны голому карсту.

В карстовом массиве различают три этажа (зоны ), различные в гидрогеологическом отношении.

Верхняя, называемая зоной аэрации, располагается от поверхности до уровня грунтовых вод и характеризуется вертикальной циркуляцией. Свободное гравитационное движение воды, свойственное верхней зоне, наблюдается в периоды выпадения дождей и таяния снега. В верхней зоне возникают основные поверхностные формы.

Средняя зона периодически полного насыщения отличается горизонтальными или слабо наклонными движениями воды в границах самого высокого и наиболее низкого уровня зеркала грунтовых вод. Это зона активного формирования карстовых пещер.

Нижняя зона - постоянного полного насыщения - распространяется вплоть до водоупорного горизонта и отличается горизонтальной циркуляцией. Она питает карстовые реки и крупные постоянные источники.

Поверхностные формы карста.

1. На молодом массиве известковых пород, недавно обнажившихся из-под уровня моря, под влиянием разъедающей деятельности проникающих в трещины в зоне аэрации дождевых и талых вод возникает сочетание специфических открытых мезо- и микроформ:

карры, или шратты, представленные лабиринтом узких острых гребней и разделяющих их таких же узких борозд глубиной до 0,5 - 1 метра;

карровые поля ;

поноры, т.е. более или менее широкие щели, служащие водоотводящими каналами для поверхностных вод;

округлые понижения и провалы, объединенные под общим названием долины ;

наиболее типичные карстовые воронки , достигающие в диаметре 20 - 50 метров, а по глубине - от нескольких до первых десятков метров. Склоны воронок обычно крутые, обнаженные, дно сухое.

глубокие (до нескольких десятков метров) вертикальные впадины типа колодцев .

2. Дальнейшее развитие карстового рельефа направлено по линии поверхностной денудации и образования поверхностных водотоков путем вскрытия подземных вод. В карровых полях устойчивые гребни превращаются в останцы . В понижениях накапливается нерастворимый осадок известняков - красная глина (terra rossa ) .

Для горного карста в этой стадии характерно развитие глубоких вертикальных каналов - карстовых бездн, или шахт , глубина которых достигает нескольких сот метров.

3. Переход в стадию зрелости равнинного голого карста выражается в расширении воронок, соединении их друг с другом, превращении колодцев в воронкообразные впадины . В результате слияния образуются широкие понижения причудливых очертаний, получившие название увала . Днище увала еще не имеет постоянного водотока, но скопление terra rossa способствует образованию временных водоемов, питаемых дождевыми и снеговыми водами.

Наиболее типичными формами зрелого карста считаются полья . Это обширные, вытянутые на много километров понижения с крутыми склонами и плоскими днищами, с постоянными водотоками или цепочками озер, питаемых грунтовыми водами.

Реки и долины карстовых областей.

Среди немногочисленных поверхностных водотоков карстовых областей по гидрологическому режиму и морфологии речных долин выделяют пять типов:

Эпизодические речки, долины которых не выходят из зоны аэрации. Вода в таких неглубоко врезанных долинах появляется только во время сильных ливней или бурного весеннего снеготаяния.

Постоянно текущие реки, днища долин которых лежат выше уровня грунтовых вод карстового массива.

Постоянно текущие реки, долины которых врезаны до уровня грунтовых вод. Этими видами они в основном и питаются.

Реки, прорезавшие не только всю толщу карстующейся породы, но и углубившиеся в подстилающие водоупорные породы.

Подземные, или пещерные, реки, протекающие по системе подземных галерей.

Озера карстовых областей делятся на временные, дно которых не достигает уровня грунтовых вод, и постоянные, с преобладанием подземного питания. Котловины в плане обычно округлые, склоны крутые, а глубины значительные, особенно если озеро размещается в провальной котловине. Для карстовых озер характерно значительное и быстрое колебание уровня.

Пещеры карстовых областей

Пещерами называют разнообразные подземные полости, образующиеся в карстовых областях и имеющие один или несколько выходов на поверхность. Заложение пещер и их топография предопределяются расположением систем трещин, пронизывающих карстующуюся породу, и гидрогеологическими особенностями карстовых областей.

Во многих пещерах на днищах, стенках или сводах образуются натечные формы. С потолка пещеры свешиваются в виде сосулек узкие и длинные сталактиты, состоящие из кальцита и в разрезе обычно имеющие концентрическое строение. Со дна пещеры навстречу сталактитам поднимаются более массивные и короткие формы, называемые сталагмитами. Нередко сталактиты и сталагмиты страстаются и образуют натечные колонны (сталагматы).

Карстовый процесс - прежде всего денудационный процесс, поэтому он протекает по-разному в разных климатических зонах . В областях со средиземноморским субтропическим климатом карстовым процессам благоприятствует не только геологическое строение, но и климат. Ливневый характер атмосферных осадков и наличие засушливого сезона способствуют интенсивному воздействию дождевых вод на поверхность известняковых пород, сравнительно медленному накоплению элювия.

Формы равнинного карста в умеренных широтах : пологие блюдцеобразные западины, на дне которых скапливается вода или образуется низинное болото; нередко встречаются глубокие карстовые воронки и даже провалы типа колодцев. Дно их выстилается продуктами выветривания и формируются озера, в питании которых заметную роль играют воды подземного карстового массива.

Во влажном жарком тропическом климате развитие карста отличается специфическими чертами. В молодой стадии характерно преобладание положительных форм рельефа в виде конусов, башен, которые высоко подняты над базисом эрозии, так называемой базальной поверхностью. На основе морфологических различий выделяется куполовидный, башенный, конический и котловинный тропический карст.

Карст-- 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 -- гипсом, известняком, мрамором, доломитом и каменной солью.

Карстовый рельеф существенно различается в умеренных и тропических широтах. В умеренных широтах карстовые процессы зависят от глубины залегания грунтовых вод, которая для карста является базисом денудации. По этому признаку выделяют мелкий и глубокий карст. Для мелкого карста характерны быстрые темпы развития, но меньшая пересеченность местности. Глубокий карст развивается дольше, но при этом образуются глубокие понижения на поверхности и многочисленные пещеры.

По месту расположения карстовых форм различают поверхностный и глубинный (подземный) карст. В свою очередь, поверхностный карст в зависимости от обнаженности на поверхности карстующихся пород подразделяется на два типа: открытый (голый, средиземноморский), когда карстующие-ся породы залегают непосредственно на поверхности, присущ горным территориям, где лучше обнаженность коренных пород; и покрытый (восточноевропейский), когда карс-тующиеся породы залегают на некоторой глубине под рыхлыми некарстующимися отложениями.

К поверхностным формам карста относятся карры (шратты), воронки, котловины (увала), полья.

Карры -- комплекс узких борозд глубиной 1--2 м, отделенных друг от друга острыми гребнями. Карры -- формы микрорельефа, которые образуются за счет растворения и механического разрушения поверхностными водами трещин пород.

Воронки широко распространены в условиях и голого, и покрытого карста, как на междуречьях, так и по днищам балок. Это округлые, обычно конусообразные понижения разного размера (до десятков, реже сотен метров в диаметре) и разной глубины (от первых метров до десятков метров). Маленькие плоскодонные воронки называются блюдцами. При соединении множества воронок за счет разрушения перемычек между ними образуются обширные замкнутые понижения -- котловины, или увала. У них обычно крутые фестончатые склоны, неровное дно, большие размеры: в длину -- километры, в ширину -- сотни метров, глубиной -- первые десятки метров.

Самые крупные карстовые формы -- по-лья напоминают грабен в миниатюре. Это обширные продолговатые замкнутые понижения площадью более 200--300 км, глубиной сотни метров, с крутыми склонами, с холмами-останцами на днище, с ручьями и даже деревнями. Самые крупные полья -- Ливанское площадью 379 км2 в Боснии, Попово -- 180 км в Герцеговине. По-видимому, они образуются при слиянии котловин вдоль линий тектонических разломов, т. е. предопределены тектоникой.

Подземные формы карста -- колодцы, шахты, пропасти, пещеры.

Карстовые колодцы образуются в результате обрушения кровли над подземной пропастью. Колодцы имеют цилиндрическую форму и размеры до 20 м в ширину и глубину.

Шахты -- узкие, глубокие (сотни метров) каналы-трубы. Стволы их могут быть прямолинейные, ломаные, изогнутые. Образуются в результате расширения каналов-трещин, причем нередко закладываются на пересечении нескольких систем трещиноватости.

Комбинации естественных шахт с горизонтальными и наклонными пещерами обычно называют карстовыми пропастями. Глубочайшая карстовая пропасть мира -- Жан-Бернар глубиной 1535 м в Савойских Альпах Франции.

Пещеры -- полости разнообразной формы и величины внутри горных пород, открывающиеся на земную поверхность одним или несколькими отверстиями. Образование пещер связано с интенсивной растворяющей способностью воды в трещинах породы. Расширяя их, вода создает сложную систему каналов.

По структурным условиям выделяются два класса современного карста: равнинный и горный. В пределах этих классов в зависимости от геологического строения, истории развития территории карст и связанные с ним формы рельефа подразделяются на ряд По составу пород выделяются карбонатный, сульфатный, галоидный (соляной) и переходные между ними типы карста (карбонатно-сульфатный и др.). Внутри литологических типов выделяются подтипы, например, в карбонатном карсте выделяется известняковый, меловой,

доломитовый и др. На основании того, развивается ли карст в настоящее время на поверхности или под покровом каких-либо отложений, выделяют в первом случае голый, или средиземноморский, карст, а во втором -- покрытый, или восточно-европейский (русский), карст.

По возрасту карст разделяется на современный (развивающийся) и древний (не развивающийся), или ископаемый. Все представленные классы и типы карста развиты во всех климатических поясах земного шара. Широко они распространены и на территории Русской равнины, где выделяется восемь карстовых областей, включающих ряд провинций и округов с различными типами карста. На карте видно, что на большей части Русской равнины развит карбонатный карст, преимущественно известняковый. На меньшей площади и, главным образом, в южных районах развит меловой карст. Несмотря на разнообразие типов карста, для всех них характерны одни и те же или близкие формы рельефа.

На поверхности карстовые формы представлены каррами, желоба­ми и рвами, понорами, воронками разных типов, западинами, котлови­нами, слепыми долинами (рис. 8.1).

Карры - это разнообразные неглубокие выемки, образованные в основном выщелачиванием известняков поверхностными атмосфер­ными водами. Н. А. Гвоздецким, одним из знатоков карста, были вы­делены карры следующих типов: лунковые, трубчатые, бороздчатые, желобковые, трещинные и ряд других (рис. 8.2 и рис. 16 на цветной вклейке). Все эти формы имеют глубину до 20 см, редко размах рель­ефа достигает 1-2 м. Наиболее типичны желобковые карры, представ­ленные параллельными желобками, разделенные острыми грядами. Рель-

еф с желобковыми каррами напоминает стиральную доску, а участки развития многочисленных карров называют карровыми полями.

Желоба и рвы представляют собой более протяженные и глубокие участки карстового выщелачивания поверхности известняков, наследу­ющие поверхностные трещины и достигающие глубины 5 м.

Поноры - узкие отверстия, наклонные или вертикальные, возника­ющие на узлах пересечения трещин при дальнейшем развитии процес­са растворения и выщелачивания. Эти каналы служат стоком поверх­ностных вод и направляют их вглубь массива горных пород.

Карстовые воронки подразделяются на: 1) воронки поверхностного выщелачивания-, 2) провальные-, 3) вороши просасывания (коррозионно- суффозионные, по Н. А. Гвоздецкому). Первый тип воронок напомина­ет собой воронку от взрыва снаряда или бомбы (рис. 8.3). Образуются они за счет выщелоченной с поверхности породы. Обычно в центре такой воронки располагается понор-канал, по которому уходит вода. Диаметр воронок обычно до 50 м, редко больше, а глубина 5-20 м. Провальные воронки связаны с обрушением свода над полостью, выра­ботанной водами на некоторой глубине. Коррозионно-суффозионные воронки возникают в том случае, если карстующиеся известняки пере­крыты пластом песчаных отложений и последние вмываются в нижележащие карстовые полости. При этом из пласта песка уносятся

отложения в поноры и образуется воронка просасывания или вымыва­ния. Процессы суффозии широко распространены в природе.

Блюдца и западины представляют собой мелкие, небольшие кар­стовые воронки. Если воронки разных генетических типов сливаются по несколько штук вместе, то образуется карстовая котловина с рядом углублений на дне. Иногда дно у котловин может быть плоским.

Полья представляют собой довольно большие, на сотни метров в диаметре, неправильной формы понижения, образовавшиеся при слия­нии ряда котловин и воронок. В том числе провальных.

Карстовые колодцы и шахты - это каналы, уходящие почти верти­кально в известковые массивы на десятки и сотни метров при диаметре в несколько метров. Они образуются при выщелачивании по трещинам, иногда поверхностными водными потоками, размывающими известня­ки. Шахтами называются вертикальные полости глубиной свыше 20 м, а меньше - колодцами. Если шахты соединяются между собой, а также с субгоризонтальными ходами и пещерами, то образуются карстовые про­пасти, достигающие глубины в 1000 м и более.

Слепые долины представляют собой небольшие речки, протекаю­щие в закарстованных районах, имеющие исток, но внезапно оканчива­ющиеся у какой-нибудь воронки или поноры, куда и уходит вся вода. Иногда долины бывают полуслепыми, когда вода речки вдруг уходит под землю, а потом, через несколько километров, появляется вновь, как это происходит в Западном Крыму около Севастополя. Речка Су- уксу, начинаясь на склонах гор, внезапно исчезает, и дальше продолжа­ется лишь ее сухая долина с галькой. Через 10-12 км река вновь появ­ляется в виде мощного источника и уже как р. Черная впадает в Севастопольскую бухту. Надо отметить, что такие слепые и полусле­пые долины широко развиты в местах распространения карстующихся пород - на Урале, в Башкирии, в Ленинградской, Смоленской, Ниже­городской областях, в Крыму и на Кавказе.

В некоторых районах Европейской равнины известны озера, кото­рые внезапно исчезают, а потом вновь появляются. Дело в том, что эти озера находятся в карстовых котловинах или воронках. Поноры, при­сутствующие в них, забиты илом, и тогда вода в озерах держится. Но если такая «пробка» вымывается, то и вода уходит в понор и глубже в карстовые полости.

Карстовые пещеры возникают различными способами: путем раство­рения, выщелачивания и размыва; путем обрушения, раскрытия и по­следующего размыва тектонических трещин. Подземные воды, протекая по трещинам или тектоническим раздробленным зонам, постепенно ра­створяют и выщелачивают известняки или доломиты. Таким образом формируются пещерные полости, часто многоэтажные и сложные, когда отдельные крупные пещеры - «залы» - соединяются с другими узкими каналами, щелями, нередко с текущими по ним ручьями.

Крупные пещерные комплексы формируются продолжительное вре­мя - десятки и сотни тысяч лет. В пещерах сделаны многие важные палеонтологические и археологические находки, которые позволяют да­тировать верхние этажи пещер более древним возрастом, чем нижние. Развитие пещер тесно связано с колебаниями уровня зеркала подзем­ных вод и местным базисом эрозии, например рекой, а также тектони­ческими движениями. При понижении зеркала грунтовых вод уже вы­работанные полости пещер осушаются, и процесс растворения и выщелачивания переходит на более низкий уровень. Так может про­должаться несколько раз согласно этапам врезания реки и колебаниям уровня грунтовых вод. В области многолетнемерзлых пород в пещерах развиты натечные формы, состоящие из льда.

На дне пещер часто встречаются красноватые глинистые отложе­ния, так называемая «терра-росса», или «красная земля», представляю­щие собой нерастворимую часть карбонатных пород, обогащенную окис­лами железа и алюминия. Однако наиболее впечатляющей особенностью ряда карстовых пещер являются сталактиты и сталагмиты - при­чудливые натечные образования, создающие неповторимый облик пе­щерных залов (рис. 8.4). Все дело в том, что вода, капающая с потолка пещер, насыщена газом СО, за счет растворения карбонатных пород, а кроме того, насыщена бикарбонатом кальция - Са (НСО,) 9 . Происхо­дит это по реакции

СаС0 3 + С0 2 + Н 2 0 ^ Са (НС0 3) 2 .

Эта вода, капая с потолка, теряет часть углекислоты, в результате чего реакция сдвигается влево и бикарбонат снова переходит в СаС0 3 , который и откладывается как на потолке пещеры (сталактит), так и на днище (сталагмит). В первую очередь на полу пещеры возникают на­плывы, похожие на растаявший воск свечи. Это так называемые гуры. Затем на гурах возникают сталагмиты с широким основанием, а еще позже - напоминающие палку или столб. Много позже на потолке пещеры начинают формироваться стлактиты, очень похожие на обык­новенные сосульки. Через какое-то время сталактиты и сталагмиты могут сомкнуться, и тогда образуются колонны причудливой формы. Прекрасные многоярусные пещеры есть в горах Крыма, где они сфор­мировались в мощных толщах известняков верхней юры; в Чехии, Сло­вении, на Урале, Кавказе и в других местах.

До сих пор речь шла об открытом карсте. Однако во многих райо­нах, особенно платформенных, где развит закрытый карст, встречаются

так называемые суффозионные воронки. Они возникают в том случае, когда из толщи отложений, перекрывающих карстовые формы, начина­ется процесс вымывания в карстовые полости. Постепенно на месте этой толщи образуется воронка, а еще ниже - полости, куда эти отложения и могут провалиться (рис. 8.5).

Карстовые формы развиваются везде, где присутствуют карстующи- еся породы - известняки, доломиты, гипсы, ангидриты, каменные соли. В пределах Русской плиты широко развит покрытый карст, т. к. извест­няки карбона и девона повсеместно перекрыты моренными и флювио- гляциальными четвертичными отложениями. Встречается также и древ­ний карст, например под Москвой, где в карстовых формах на поверхности каменноугольных известняков карманами залегает глинистая верхняя юра. В течение перми, триаса, ранней и средней юры этот район был сушей и на ней интенсивно происходило карстообразование.

Гипсовый карст развит на северных склонах Уфимского плато в Башкирии, где распространены нижнепермские красноцветные породы с прослоями гипсов, доломитов. Карстовые котловины там имеют глуби­ны до 100 м и диаметр до нескольких километров. Пещеры гипсового карста в Приднестровье имеют протяженность 142,5 км (пещера Опти­мистическая), занимая второе место в мире. Знаменитая Кунгурская «ле­дяная» пещера в Пермской области в Приуралье имеет в длину 5,6 км и образована в гипсах и ангидритах кунгурского яруса нижней перми. Она славится своими гротами длиной 150-160 м с ледяными потолка­ми на сводах и полу.

Формы карстового рельефа

В областях карстообразования выделяются поверхностный, переходный и подземный карст. К поверхностным относятся следующие формы.

Карры (шратты) – это узкие линейно вытянутые впадинки и желоба глубиной до 2 м, разделенные грядками округлых или остроконечных очертаний. Карры образуют микрорельеф известняковых плато и куэст и карровые поля. Эти формы распространены в основном в условиях чистых легко растворимых пород, большогоколичества активных трещин и процессов коррозии (разъедания и частичного растворения) горных пород под воздействием атмосферных осадков и тающего снега.. Процесс образования карров затухает, когда они перекрываются глинистой корой выветривания известняков.

Карстове воронки – западины округлой формы диаметром до 100 м и глубиной до 20 м. Выделяются также блюдцеобразные формы с шириной в 10 раз превышающие глубину с пологими до 10 о склонами и конусообразные с крутыми стенками. В областях открытого карста образуются карстовые воронки поверхностного выщелачивания. Среди них выделяются следующие виды(Рис.).

Воронки с понором образуются благодаря наличию зияющих трещин на дне, их расширению и превращению в канал – понор, уводящий поверхностные воды на глубину. Провальные воронки возникают в результате обрушения дна в процессе углубления воронки до подземной полости. Воронки тяготеют к зонам повышенной трещиноватости и дробления пород, к западинам и долинообразным понижениям вблизи речных долин, оврагов, где воды циркулируют более интенсивно. На водоразделах вдоль тектонических трещиин они имеют линейное расположение.

В областях закрытого карста формируютя суфозионно-карстовые формы: блюдца, воронки. Здесь карст сочетается с механическим выносом. Воронки могут испытывать подтопление и превращаться в озера.

При слиянии нескольких карстовых воронок образуются карстовые ванны – обширные понижения округлой или эллиптической формы.

Полья – крупные поверхностные карстовые формы длиной до нескольких десятков километров и шириной в 5 – 10 км. Они тяготеют к развивающимся отрицательлымструктурным формам – грабенам, впадинам. Полья имеют плоское дно и почти отвесные стенки. В основании стенок выходят глинистые некарстующиеся породы.. Глубина таких форм определяется мощностью карстующегося массива. На дне полья имеют речные долины, хотя нередко днища сухие. Полья возникают различными путями- вдоль разломов и складок в результате растворения и размыва.Второй путь – за счет слияния карстовых воронок. Третий – путем провала над подземной карстовой полостью.

Переходные формы – это карстовые полости, объединяющие подземные и поверхностные формы. К переходным формам принадлежат поноры, шахты и галереи. Поноры – это вертикальные полости, имеющие сверху карстовую воронку. Шахты – это естественные глубокие колодцы. Глубина вертикальных шахт на Крымской Яйле более 100 м. На плато Карст пропасть Бертарелли имеет глубину 450 м. По характеру замыкания переходные формы могут быть слепые с одним выходом и переходные с двумя выходами.

Подземные карстовые пустоты имеют щелевидную или трубчатую неправильную форму. Различаются вертикальные и крутопадающие, горизонтальные и пологопадающие каналы.

Галереи развиваются по падению пластов. Открытые галереи соединяются с пещерами на склоне, а закрытые сообщаются только с подземными пустотами. Галереи имеют большую протяженность. Гроты – это расширенные участки галерей.

Нередко они размещаются в местах пересечения галерей и содержат на дне озера.По галереям протекают подземные речки. Иногда подземные реки выходят на поверхность из гротов в виде воклюзских источников. Наиболее крупные карстовые пещеры находятся в США: Мамонтова пещера в штате Кентукки длиной около 240 км, Карлсбадская пещера в штате Нью-Мексико – 50 км, которая уходит на глубину до 403 м. На Урале находится Кунгурская пещера, выработанная в гипсах.

В пещерах отлагаются специфические осадки. Они представлены карбонатом кальция, который осаждается из воды, насыщенной углекислым кальцием. Из капель, просачивающихся с потолка пещер нарастают кальциевые сосульки – сталактиты .