Что такое карстовые формы рельефа в географии. Карст и карстовые формы рельефа

Карстовые процессы. Известняки, мел, гипс и некоторые другие родственные им породы для воды почти непроницаемы. Но в природных условиях во многих случаях они имеют большое количество трещин. Атмосферные и другие воды проникают по трещинам на различную, иногда очень большую глубину, образуя подземные воды. Условия жизни этих вод могут в значительной степени отличаться от грунтовых. Если трещины не забиты рыхлыми породами, то воды движутся по ним свободными подземными потоками. Если же трещины заполнены рыхлыми породами, то подземные воды движутся здесь так же медленно, как и грунтовые воды. В тех случаях, когда твердые породы сравнительно легко растворяются водой, трещины расширяются и образуют сети подземных ходов и пещер, по дну которых текут подземные потоки, а в расширенных участках образуют подземные озера. Особенно часто подобные образования наблюдаются в областях распространения известняков, мраморов и гипсов.

Поверхность подобных областей обыкновенно бывает очень неровной и в высшей степени своеобразной. Здесь прежде всего бросаются в глаза многочисленные воронкообразные углубления, различной величины естественные колодцы и шахты, вытянутые, но замкнутые со всех сторон понижения различной величины и формы (рис. 211). Словом, рельеф местности приобретает настолько характерный вид, что его трудно смешать с другими. Области подобного рода носят общее название карстовых областей или просто карста.

Для карстовых областей характерно отсутствие поверхностных вод и глубокое залегание подземных вод, что сказывается не только на формах поверхности, но и слабом развитии растительного покрова. Характерны для карстовых областей также подземные реки, выходы мощных источников, нередко образующих целые речки, наличие чаще небольших, но глубоких озер с чистой водой и пр. Карстовые области широко распространены по Земле. В качестве примеров наших карстовых областей можно указать на Ленинградскую область (районы, примыкающие к южным берегам Онежского озера), на многие районы Крыма, Кавказа, Приуралья и др.

Карстовые формы рельефа. Главнейшими формами рельефа, характерными для карстовых областей, являются карры, воронки, карстовые колодцы и шахты, вытянутые замкнутые котловины (слепые долины) и пещеры.

Мелкие потоки атмосферных вод, протекая по наклонной поверхности известняков проводят двойную работу. Они смывают продукты выветривания и одновременно растворяют породу. В результате на поверхности известняков появляются узкие, густо расположенные борозды, глубина которых может быть от нескольких сантиметров до 1-2 м. Участки поверхности, покрытые подобными, как бы вытравленными бороздами, носят название карров. Большие пространства карров нередко называют карровыми полями.

В дальнейшем, под действием тех же атмосферных вод, борозды карров углубляются, гребни, разделяющие борозды, распадаются на отдельные глыбы, которые хаотически нагромождаются друг на друга. Подобная «руинная» поверхность известняков характерна для большинства районов карстовых областей. Растительность здесь крайне бедная или отсутствует совсем.

Там, где имеются достаточно глубокие трещины, процессы разрушения известняков принимают несколько иной характер. Атмосферные воды проникают по трещинам вглубь. При этом стенки трещин постепенно разрушаются и трещины расширяются. В тех же местах, где этот процесс протекает особенно энергично, возникают те воронкообразные углубления, которые называют карстовыми воронками. Размеры воронок весьма различны, но формы довольно однообразны. Это по большей части округлые углубления, глубина которых измеряется или метрами, или десятками метров. Постепенно суживаясь, они иногда заканчиваются трещинами (понорами), которые поглощают стекающие сюда воды. Чаще дно воронки бывает наполнено продуктами разрушения. В некоторых случаях продукты выветривания закупоривают поглощающие воду трещины, и воронка заполняется водой, образуя округлые, так называемые карстовые озера. На дне небольших карстовых воронок нередко можно наблюдать кустарниковую и другую растительность.

Воронки могут возникать различными путями. Атмосферные воды, собираясь в небольших понижениях, могут постепенно выщелачивать породу, проникая вглубь сквозь большое количество мелких трещин"(воронки поверхностного выщелачивания). Они отличаются более правильной округлой формой и мягко округленными краями (бровками). При наличии больших и глубоких трещин стекающие атмосферные воды путем выщелачивания и вымывания образуют значительные пустоты на глубине. Далее путем обрушения возникают так называемые провальные воронки, которые отличаются резко выраженными краями (бровками), обрывистыми стенами и нагромождением глыб на дне. Однако в дальнейшем своем развитии эти воронки приобретают сглаженные края и более отлогие склоны.

В некоторых случаях при наличии глубоких вертикальных трещин возникают узкие колодцеобразные углубления, достигающие 5-10 м глубины

при диаметре 1-2 м. Это так называемые карстовые колодцы. Колодцы, глубина которых измеряется десятками, а иногда и сотнями метров, называют карстовыми шахтами. (Самая глубокая из известных шахт находится в районе Триеста; она имеет 323 м глубины.) Карстовые колодцы и шахты, оказавшиеся близ русла рек, нередко поглощают воду этих рек. Подобные поглощающие колодцы называют понорами.

В карстовых областях существует еще целый ряд котловинообразных углублений различной величины и формы, которые называют общим названием долин. Их очертания могут быть круглыми, овальными, лопастными. В одних случаях они имеют отлогие склоны, в других очень крутые. Днища долин также бывают в одних случаях более плоскими, в других- с чередующимися углублениями. Некоторые из долин являются измененными в процессе разрушения воронками, колодцами и шахтами, результатом слияния двух или нескольких воронок и т. д. Очень крупные образования подобного рода, пониженная площадь которых измеряется десятками квадратных километров, называют полъями (Попово полье в Герцеговине 181 км 2 , а Ливанское полье в Западной Боснии 379 км 2).

В некоторых случаях при обильном выпадении осадков некоторые полья заполняются водой и становятся временными озерами. Бывают случаи, когда вода держится несколько лет. Но чаще вода таких озер в тот же год поглощается понорами, и полья становятся сухими.

Пещеры. Широко распространены в карстовых областях различного вида пустоты, которые возникают внутри карстующихся пород (рис. 212). Эти пустоты носят название пещер. Пещеры могут быть очень различны как по форме, так и по величине. В одних случаях они носят характер подземных галерей, в других - расширенных «зал», ветвящихся ходов и колодцев. Потолки и стены пещер нередко бывают покрыты натеками извести самого причудливого вида. Чаще всего можно видеть натеки в форме застывших водопадов, столбов, колонн, ледяных сосулек (сталактитов и сталагмитов, рис. 213). Пещеры нередко бывают многоэтажны. Получается это потому, что подземные реки и речки прокладывают себе новые пути глубже. В нижних «этажах» пещеры нередко можно встретить подземные речки и озера. Существуют пещеры, длина которых измеряется сотнями километров. Наибольшей известностью пользуется Мамонтова пещера в Северной Америке, общая длина всех ходов которой около 250 км. У нас в СССР пещер много в Крыму, на Алтае, в Приуралье и других местах.

Пещеры отличаются не только размерами и формой, но также своеобразными условиями климата, вод, растительного и животного мира.

В тех случаях, когда пещера имеет несколько ходов с отверстиями, то в ней непрерывно происходит обмен воздуха, и температурные условия приближаются к наружному воздуху. Когда же пещера имеет один вход, то возможны два случая. Если пещера расположена выше уровня входа, то в ней постепенно скапливается более теплый воздух и средняя температура и летом и зимой в этой пещере будет выше температуры наружного воздуха. Такие пещеры называют теплыми. При обратных условиях расположения входа в пещере, наоборот, температура ниже температуры окружающего воздуха (холодные пещеры). Благодаря тому, что более тяжелый холодный воздух легко проникает сюда зимой и очень слабо прогревается летом, в некоторых пещерах образуется лед, который сохраняется и летом (Кунгурская ледяная пещера Пермской области).

В областях с сильно развитым карстом атмосферная вода быстро просачивается вглубь, в силу чего поверхностные водотоки почти отсутствуют. Даже те немногие реки, которые протекают через карстовую область, здесь почти не получают притоков, в силу чего количество воды в них уменьшается. В некоторых случаях такие реки даже скрываются, текут некоторое время под землей, а потом снова выходят на поверхность. Подобных рек много в карстовых районах Кавказа, Крыма, Алтая и многих других местах. Нередко в пещерах встречаются и озера.

Главнейшие стадии развития карста. Рельеф карстовых областей подвержен довольно быстрым изменениям. Человек, уехавший из района, где протекают энергичные процессы карстообразования, через 2 десятка лет может не узнать хорошо знакомой ему местности. Он увидит многочисленные новые воронки, новые озера и т. д.

В развитии рельефа карстовых областей различают несколько стадий. Первая стадия -образование карровых полей, а также глубоких воронок и колодцев, разбросанных пока еще редко и без всякого порядка. Эту стадию можно назвать начальной. Она связана с поднятием выровненной (пенепленизированной) местности в связи с вертикальными движениями земной коры. Это приводит к более глубокому положению уровня грунтовых вод, что и обусловливает вертикальное движение вод (вертикальную циркуляцию).

Следующая стадия характеризуется широким распространением долин и польев, растущих главным образом в ширину. Для этой стадии характерно отсутствие поверхностных водотоков (воды ушли в глубину) и наличие «мертвых» (т. е. лишенных воды) долин рек. Воронки, в большом количестве покрывающие местность, сливаются друг с другом. Эту стадию называют зрелым карстом.

Наконец, наступает период старости, поверхность карста понижается, образование долин и польев почти прекращается, и поверхность выравнивается, на ней появляются отложения рыхлых водоупорных пород. Грунтовые воды держатся близко к поверхности. Вместо вертикальной циркуляции возникает горизонтальная циркуляция вод. Развивается речная сеть. Реки имеют медленное течение. Под влиянием боковой эрозии рек местность все больше и больше выравнивается. Низины заболачиваются.

Однако достаточно нового эпейрогенического поднятия, как все снова меняется. Следовательно, отмеченные нами стадии развития в действительности протекают иначе. Продолжающиеся эпейрогенические движения могут поддерживать начальную стадию, возобновлять её в стадии зрелости и старости и т. д. Словом, это не повторяющиеся циклы, а более сложные, непрерывно идущие изменения.

Голый и покрытый карст. Необходимо отметить еще две разновидности карста: это голый и покрытый карст. Описанные нами карстовые формы относятся к голому карсту. Здесь карстообразующие породы выступают на поверхность. Это является не только результатом быстрого поднятия местности, но и наличием своеобразного климата с малым количеством дождей или дождей, выпадающих периодически в виде ливней. При более равномерном годовом распределении дождей смыв продуктов выветривания ослабляется. Накапливающиеся толщи рыхлых отложений покрываются гумусовыми почвами и растительностью, что в свою очередь предохраняет рыхлые отложения от смыва. Это так называемый покрытый карст. Большая часть карстовых областей территории СССР относится к покрытому карсту.

Географическое значение карста. Карстовые процессы оказывают исключительно большое влияние на все физико-географические условия местности. Они резко изменяют рельеф, изменяют характер и режим подземных и наземных вод. Быстрое поглощение атмосферных вод приводит к сухости поверхности, что оказывает огромное влияние на процессы почвообразования и на характер растительности. Даже при значительных осадках в карстовых областях широко распространена сухостепная растительность и встречаются обширные участки, лишенные растительности. Все это в свою очередь отражается и на животном мире.

Но особенно большое значение имеет карст в хозяйственной деятельности человека. Пересеченный рельеф и отсутствие поверхностных и близких к поверхности грунтовых вод крайне затрудняют земледелие. То же отсутствие вод мешает развитию животноводства.

Рост воронок, наличие подземных пустот и повторяющиеся провалы создают огромные трудности в дорожном строительстве и в использовании уже построенных железных дорог (усиление надзора за дорогами, необходимость резкого снижения скоростей поезда и др.). Но особенно большие трудности возникают здесь при гидросооружениях. Нередки случаи, когда сооруженные плотины не могли поднять до нужного уровня воды, потому что они уходили в пустоты карста. Цементирование дна таких бассейнов требует затраты колоссальных сил и средств.

Большие затруднения вызывает также использование карстовых источников для целей водоснабжения. Не говоря уже о трудностях, связанных с сооружением водосборных бассейнов, здесь возникают трудности, связанные с загрязнением воды. Весной, при таянии снегов, воды, поступающие по трещинам и понорам, вызывают помутнение вод карстовых источников.

Воздействие человека на природу карстовых областей пока еще очень затруднительно. Однако внимательное изучение карста при планировании сооружений может в большей степени предупредить вредные последствия. Подобные исследования проводились в пределах Самарской Луки и позволили принять соответствующие меры при строительстве Куйбышевской плотины и водохранилища.

Под карстом понимают процесс выщелачивания горных пород главным образом подземными, отчасти поверхностными и морскими водами и совокупность возникающих в результате специфических денудационных (коррозионных) форм рельефа. Вода при этом оказывает определенное механическое воздействие на породы, но все-таки главное – вынос веществ из породы в растворенном состоянии. Название «карст» (от нем. Karst ) происходит от собственного названия плато Карст в Динарских горах. Сейчас оно носит словенское название Крас. Карстовые процессы и формы рельефа широко распространены на земном шаре. Причем во внетропических широтах развит провальный карст, а в экваториально-тропических преобладает выпуклый останцовый карст.

Развитию карста способствует ряд условий, прежде всего наличие легкорастворимых пород: либо карбонатных (известняков, доломитов, мела и др.), либо некарбонатных (солей, гипса). Наибольшая растворимость у гипса, но известняки шире распространены, поэтому карст ассоциируется прежде всего с известняками. В соответствии с различными карстующимися породами выделяют карбонатный, гипсовый и соляной карст. Важна и химическая чистота породы: чем меньше содержится в ней нерастворимого остатка, тем значительнее выщелачивание. Карсту благоприятствуют трещиноватость пород, облегчающая условия для проникновения в них вод. Трещиноватость пород больше в горах, чем на равнинах, из-за значительных тектонических разрывных нарушений. Важна и мощность карстующихся толщ – при их большой мощности карстовые процессы проявляются во всех видах, включая образование пещер, тогда как в маломощных они образуют лишь воронки, блюдца и прочие небольшие формы рельефа. Большое значение имеет содержание в воде углекислоты, вследствие чего она становится химически агрессивной и увеличивает растворимость пород в десятки раз. Предпочтительны небольшие уклоны поверхности, при которых вода меньше стекает, больше просачивается в грунт. Необходимо достаточное, но не избыточное количество осадков, так как низкое положение уровня грунтовых вод обеспечивает вертикальную циркуляцию просачивающихся в грунты поверхностных вод.

Как уже говорилось, 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 карстующиеся породы залегают непосредственно на поверхности, присущ горным территориям, где лучше обнаженность коренных пород; и покрытый (восточноевропейский), когда карстующиеся 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 1 гребнями. Карры – формы микрорельефа, которые образуются за счет растворения и механического разрушения поверхностными водами трещин пород. Местность, покрытую кар-рами, называют карровым полем. Карровые поля в конечном счете превращаются в волнистые равнины с хаотическими скоплениями глыб известняка. Они безжизненны, труднопроходимы, их нельзя использовать даже для выпаса скота.

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. По происхождению воронки бывают: поверхностного выщелачивания (в условиях голого карста), провальные – в результате обрушения кровли над подземными пустотами (в условиях и голого, и покрытого карста) и просасывания (в условиях покрытого карста), когда в вертикальные каналы на дне, так называемые поноры (от слова «нора»), вместе с водой вовлекается нерастворимая порода. В случае заиливания понора или повышения уровня грунтовых вод воронки могут превратиться в постоянные или временные озера, которым присущи сезонные колебания уровня воды.

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 – полья 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 км 2 в Боснии, Попово – 180 км 2 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. Там, где вода циркулирует в горизонтальном направлении, ее растворяющий эффект наибольший – образуется магистральный канал. В него из соседних каналов-трещин стягивается вода, и постепенно образуется подземная река в тоннеле. При обрушивании сводов образуются гроты. При понижении базиса денудации поверхностных и подземных рек последние могут проложить себе новое русло, на более низком уровне. При этом прежние галереи становятся сухими, а пещеры – многоэтажными.

В зависимости от количества и расположения входных отверстий пещеры делятся на проходные и слепые. Проходные (сквозные) пещеры имеют отверстия с двух концов (вход и выход), хорошо вентилируются, и температура в них близка к температуре наружного воздуха. Слепые пещеры имеют одно входное отверстие и по температурным условиям делятся на теплые и холодные в зависимости от расположения входного отверстия относительно полости пещеры. В теплых пещерах вход расположен в ее нижней части, так что холодный воздух, заполняющий пещеру зимой, летом стекает из нее, уступая место теплому воздуху. В теплых пещерах археологи нередко находят наскальные рисунки, утварь и даже останки древних людей. Холодные пещеры имеют вход в верхней части. Зимой в них попадает холодный воздух и, будучи тяжелым, остается там и летом, не успевая прогреться, а попавшая зимой влага может превращаться в лед. Ледяные пещеры с температурой ниже О °С распространены лишь в районах с морозными зимами. Например, в Пермской области находится Кунгурская ледяная пещера в гипсах длиной 4,6 км.

Для пещер характерны натечные кальцитовые образования: сталактиты – сосульки, трубки, бахрома, свешивающиеся с потолка, и сталагмиты – столбы, поднимающиеся вверх со дна пещеры навстречу свисающим сталактитам. Соединяясь, они образуют сталагнаты – натечные колонны. Все эти живописные формы превращают пещеры в сказочные дворцы.

Самая большая карстовая пещерная система мира – Флинт-Ридж-Мамонтова, длиной 341 км в западных предгорьях Аппалачей, в известняках, открыта в 1809 г. Пещеры широко распространены в Альпах, Динарских горах, Апеннинах, в Крыму, на Кавказе, на юге Китая, в Аппалачах, Тянь-Шане, на Подольской возвышенности и в других местах.

Пещеры – интересные природные объекты с особым климатом, гидрографией, органическим миром. С пещерами связан международный туризм: в мире существует более 150 крупных пещерно-туристских комплексов (Югославия, Чехия, США). В теплых пещерах нередки археологические находки. В пещерах устраивают подземные газохранилища, выращивают грибы (шампиньоны), в соляных пещерах лечат бронхиальную астму. Изучением пещер в разных аспектах – их морфологией, гидрологией, климатом, происхождением, туристическим и хозяйственным использованием – занимается наука спелеология.

Карстовым ландшафтам умеренных широт присущи специфические черты природы. Прежде всего это господство вогнутых замкнутых форм рельефа на поверхности и наличие пустот в толщах пород, достигающих размеров крупных пещер. Своеобразны гидрогеологические условия – слабое развитие поверхностных вод: рек и озер мало, территории почти безводные даже во влажном климате. Небольшие реки могут уходить в поноры, а затем ниже по течению появляться вновь на поверхности. Так что формируется система прерывистых речных долин, элементами которой являются слепые долины, не имеющие устья, и мешкообразные долины с замкнутыми верховьями. Подземные воды в карстовых районах отличаются сильным колебанием уровня воды. В долинах рек наблюдаются мощные «воклюзские» источники (названы по имени источника Воклюз в Южной Франции) с большим, но изменчивым дебитом воды, достигающим 30–50 м 3 /с. Своеобразен и почвенно-растительный покров. Перегнойно-карбонатные почвы на элювии известняков обладают нейтральной или щелочной реакцией почвенного раствора, высоким процентом гумуса, они обычно щебенчатые. Среди растений много засухоустойчивых, типичны кальцефиты.

В карстовых районах затруднены гидротехническое строительство в связи с возможной утечкой воды из водохранилищ, прокладка железных и шоссейных дорог из-за неизбежных провалов, строительство гражданских и промышленных объектов, особенно АЭС, по причине возможной деформации зданий.

Особый характер приобретает карстовый рельеф во влажном климате экваториально-тропических широт. Тропический карст – это останцовый карст в виде куполов, башен, усеченных конусов на фоне выровненной поверхности. Тропический карст – более зрелая форма карстовой денудации, когда карстующиеся, обычно известняковые, толщи в основном уже уничтожены в результате интенсивного выщелачивания и сохранились лишь останцы. Этому способствует постоянно жаркий влажный климат, в связи с чем карстовый процесс развивается на поверхности весь год. К тому же благоприятные для карста условия существуют там на протяжении нескольких геологических периодов – миллионы лет. Вследствие интенсивного развития органической жизни там обилие углекислоты и соответственно большая агрессивность поверхностных и подземных вод. И еще одно необходимое условие – мощная толща химически чистых массивных трещиноватых известняков. В противном случае развиваются вогнутые формы карста, как в умеренных широтах.

Под карстом понимают процесс выщела­чивания горных пород главным образом под­земными, отчасти поверхностными и морски­ми водами и совокупность возникающих в ре­зультате специфических денудационных (коррозионных) форм рельефа. Вода при этом оказывает определенное механическое воздей­ствие на породы, но все-таки главное - вынос веществ из породы в растворенном со­стоянии. Название «карст» (от нем. Ка^5^) происходит от собственного названия плато Карст в Динарских горах. Сейчас оно носит словенское название Крас. Карстовые процес­сы и формы рельефа широко распространены на земном шаре. Причем во внетропических широтах развит провальный карст, а в эква­ториально-тропических преобладает выпуклый останцовый карст.

Развитию карста способствует ряд условий, прежде всего наличие легкорастворимых по­род: либо карбонатных (известняков, доломи­тов, мела и др.), либо некарбонатных (солей, гипса). Наибольшая растворимость у гипса, но известняки шире распространены, поэтому карст ассоциируется прежде всего с извест­няками. В соответствии с различными карсту-ющимися породами выделяют карбонатный, гипсовый и соляной карст. Важна и химиче­ская чистота породы: чем меньше содержится в ней нерастворимого остатка, тем значитель­нее выщелачивание. Карсту благоприятствуют трещиноватость пород, облегчающая условия для проникновения в них вод. Трещиноватость пород больше в горах, чем на равнинах, из-за значительных тектонических разрывных на­рушений. Важна и мощность карстующихся толщ - при их большой мощности карсто­вые процессы проявляются во всех видах, включая образование пещер, тогда как в ма­ломощных они образуют лишь воронки, блюд­ца и прочие небольшие формы рельефа. Боль­шое значение имеет содержание в воде углекислоты, вследствие чего она становится хи­мически агрессивной и увеличивает раствори­мость пород в десятки раз. Предпочтительны небольшие уклоны поверхности, при которых вода меньше стекает, больше просачивается в грунт. Необходимо достаточное, но не избы­точное количество осадков, так как низкое по­ложение уровня грунтовых вод обеспечивает вертикальную циркуляцию просачивающихся в грунты поверхностных вод.

Как уже говорилось, 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. Местность, покрытую кар-рами, называют карровым полем. Карровые поля в конечном счете превращаются в вол­нистые равнины с хаотическими скоплениями глыб известняка. Они безжизненны, трудно­проходимы, их нельзя использовать даже для выпаса скота.

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. По происхождению воронки бывают: поверх­ностного выщелачивания (в условиях голо­го карста), провальные - в результате об­рушения кровли над подземными пустотами (в условиях и голого, и покрытого карста) и про-сасывания (в условиях покрытого карста), ког­да в вертикальные каналы на дне, так назы­ваемые поноры (от слова «нора»), вместе с водой вовлекается нерастворимая порода. В случае заиливания понора или повышения уровня грунтовых вод воронки могут превра­титься в постоянные или временные озера, ко­торым присущи сезонные колебания уровня воды.

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 км 2 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. Там, где вода циркулирует в горизонтальном направлении, ее растворяющий эффект наи­больший - образуется магистральный канал. В него из соседних каналов-трещин стягива­ется вода, и постепенно образуется подземная река в тоннеле. При обрушивании сводов об­разуются гроты. При понижении базиса дену­дации поверхностных и подземных рек послед­ние могут проложить себе новое русло, на бо­лее низком уровне. При этом прежние галереи становятся сухими, а пещеры - многоэтаж­ными.

В зависимости от количества и расположе­ния входных отверстий пещеры делятся на про­ходные и слепые. Проходные (сквозные) пе­щеры имеют отверстия с двух концов (вход и выход), хорошо вентилируются, и температу­ра в них близка к температуре наружного воз­духа. Слепые пещеры имеют одно входное от­верстие и по температурным условиям делят­ся на теплые и холодные в зависимости от расположения входного отверстия относитель­но полости пещеры. В теплых пещерах вход расположен в ее нижней части, так что хо­лодный воздух, заполняющий пещеру зимой, летом стекает из нее, уступая место теплому воздуху. В теплых пещерах археологи нередко находят наскальные рисунки, утварь и даже останки древних людей. Холодные пещеры имеют вход в верхней части. Зимой в них по­падает холодный воздух и, будучи тяжелым, остается там и летом, не успевая прогреться, а попавшая зимой влага может превращаться в лед. Ледяные пещеры с температурой ниже О °С распространены лишь в районах с мо­розными зимами. Например, в Пермской об­ласти находится Кунгурская ледяная пещера в гипсах длиной 4,6 км.

Для пещер характерны натечные кальци-товые образования: сталактиты - сосуль­ки, трубки, бахрома, свешивающиеся с потол­ка, и сталагмиты - столбы, поднимающи­еся вверх со дна пещеры навстречу свисаю­щим сталактитам. Соединяясь, они образуют сталагнаты - натечные колонны. Все эти живописные формы превращают пещеры в ска­зочные дворцы.

Самая большая карстовая пещерная сис­тема мира - Флинт-Ридж-Мамонтова, дли­ной 341 км в западных предгорьях Аппалачей, в известняках, открыта в 1809 г. Пещеры ши­роко распространены в Альпах, Динарских горах, Апеннинах, в Крыму, на Кавказе, на юге Китая, в Аппалачах, Тянь-Шане, на Подольской возвышенности и в других местах.

Пещеры - интересные природные объек­ты с особым климатом, гидрографией, орга­ническим миром. С пещерами связан между­народный туризм: в мире существует более 150 крупных пещерно-туристских комплексов (Югославия, Чехия, США). В теплых пеще­рах нередки археологические находки. В пещерах устраивают подземные газохрани­лища, выращивают грибы (шампиньоны), в соляных пещерах лечат бронхиальную астму. Изучением пещер в разных аспектах - их морфологией, гидрологией, климатом, про­исхождением, туристическим и хозяйственным использованием - занимается наука спелео­логия.

Карстовым ландшафтам умеренных широт присущи специфические черты природы. Преж­де всего это господство вогнутых замкнутых форм рельефа на поверхности и наличие пус­тот в толщах пород, достигающих размеров крупных пещер. Своеобразны гидрогеологиче­ские условия - слабое развитие поверхност­ных вод: рек и озер мало, территории почти безводные даже во влажном климате. Неболь­шие реки могут уходить в поноры, а затем ни­же по течению появляться вновь на поверх­ности. Так что формируется система прерыви­стых речных долин, элементами которой являются слепые долины, не имеющие устья, и мешкообразные долины с замкнутыми вер­ховьями. Подземные воды в карстовых районах отличаются сильным колебанием уровня воды. В долинах рек наблюдаются мощные «воклюзские» источники (названы по имени источника Воклюз в Южной Франции) с боль­шим, но изменчивым дебитом воды, достига­ющим 30-50 м 3 /с. Своеобразен и почвенно-растительный покров. Перегнойно-карбонат­ные почвы на элювии известняков обладают нейтральной или щелочной реакцией почвен­ного раствора, высоким процентом гумуса, они обычно щебенчатые. Среди растений много засухоустойчивых, типичны кальцефиты.

В карстовых районах затруднены гидротех­ническое строительство в связи с возможной утечкой воды из водохранилищ, прокладка же­лезных и шоссейных дорог из-за неизбежных провалов, строительство гражданских и про­мышленных объектов, особенно АЭС, по при­чине возможной деформации зданий.

Особый характер приобретает карстовый рельеф во влажном климате экваториально-тропических широт. Тропический карст - это останцовый карст в виде куполов, башен, усе­ченных конусов на фоне выровненной поверх­ности. Тропический карст - более зрелая фор­ма карстовой денудации, когда карстующиеся, обычно известняковые, толщи в основном уже уничтожены в результате интенсивного выще­лачивания и сохранились лишь останцы. Это­му способствует постоянно жаркий влажный климат, в связи с чем карстовый процесс раз­вивается на поверхности весь год. К тому же благоприятные для карста условия существу­ют там на протяжении нескольких геологиче­ских периодов - миллионы лет. Вследствие интенсивного развития органической жизни там обилие углекислоты и соответственно большая агрессивность поверхностных и под­земных вод. И еще одно необходимое усло­вие - мощная толща химически чистых мас­сивных трещиноватых известняков. В против­ном случае развиваются вогнутые формы карста, как в умеренных широтах.

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 .

Под термином «карст» (от названия плато Карст, или Крас, в Словении) 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. 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 распространены они несравненно более широко, чем гипс или каменная соль. Кроме того, в определенных физико-географических условиях химическая агрессивность воды в областях распространения карбонатных пород может существенно возрастать и, если это еще сочетается с благоприятными геологическими условиями, возникают наиболее выразительные и занимающие обширные пространства карстовые ландшафты, приуроченные именно к карбонатным породам. Поэтому, имея в виду преимущественную приуроченность карстовых образований к областям развития известняков, можно считать, что наиболее изучен и наиболее распространен именно карбонатный (чаще известняковый) карст.

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

Главное условие растворимости известняка - достаточное количество растворенного С0 2 в воде. Тогда вода становится химически агрессивной и энергично воздействует на карбонатные породы. Источниками С0 2 , содержащегося в природных водах, являются: атмосфера, биохимические процессы, протекающие в почве и коре выветривания, разложение органических остатков при свободном доступе воздуха, поступление углекислоты (диоксид углерода) из недр Земли в областях современной или недавней вулканической деятельности. Кроме углекислоты растворяющее действие на известняки могут оказывать и другие кислоты, например гуминовая, серная, но в целом, по-видимому, главную роль в карстовых процессах играет С0 2 . Объясняется это тем, что карбонаты Са и Mg, довольно трудно растворимые в воде, образуют с углекислотой легкорастворимые бикарбонаты Са(НС0 3) 2 и Mg(HC0 3) 2 .

К другим важнейшим условиям, определяющим развитие карста, относятся: 1) рельеф - на горизонтальных и пологонаклонных поверхностях, как правило, карстовые образования возникают быстрее и представлены разнообразнее, чем на крутых склонах; 2) чистота и мощность известняков - чем чище и мощнее толща известняков, тем интенсивнее они подвержены карстообразованию; 3) структура породы - грубообломочные или ракушечные известняки карстуются гораздо меньше, чем однородные мелкозернистые известняки; 4) климат, т.е. температурный режим, количество и характер выпадающих осадков, наличие вечной мерзлоты, препятствующей проникновению воды в карстующиеся породы; климатом обусловливается также характер растительного покрова, способствующего повышению химической агрессивности воды (вследствие разложения растительных остатков вода обогащается С0 2 , гуминовыми кислотами, азотной кислотой и др.); 5) трещиноватость карстующихся пород - при наличии трещиноватости возникает возможность проникновения агрессивных вод в толщу породы и образования различных форм подземного карста, а также оттока вод, насыщенных диоксидом углерода, с поверхности в глубь карстующихся пород.

Подземная циркуляция, т.е. гидрогеологические условия, имеют важнейшее значение для развития карстового процесса. В каждой карстовой области можно выделить три этажа, или зоны, различающиеся по гидрогеологическому режиму (рис. 15.1). Верхняя зона охватывает толщу породы от ее выхода на поверхность до зеркала грунтовых вод. Это зона аэрации, или зона вертикальной циркуляции, в которой преобладает периодическое (во время дождей или таяния снега) свободное гравитационное движение воды.

В зоне периодически полного насыщения совершаются резкие колебания уровня подземных вод, связанные прежде всего с периодическим поступлением воды с поверхности. Циркуляция воды в этой зоне близка к горизонтальной, но может происходить и с большим уклоном водной поверхности у края карстовой области. Зону периодически полного насыщения многие исследователи рассматривают как наиболее активную в отношении глубинного карстообразования, в частности пещерообразования. Границы ее - наивысший и наинизший уровни зеркала грунтовых вод.

Нижняя зона - зона постоянного полного насыщения, верхняя граница которой является наинизшим уровнем зеркала грунтовых вод, нижняя - водоупорным горизонтом. Циркуляция в ней преимущественно горизонтальная. По окраинам карстовой области эта зона дает начало рекам, карстовым источникам, через которые происходит разгрузка подземных вод на земную поверхность.

Рис. 15.1.

А-А - мощная известняковая свита; В-В - водоупорная порода; Р - карстовые воронки; П - крупные провалы над подземными пустотами; а-а - зона аэрации и эфемерных источников; b-b - зона постоянного полного насыщения и постоянных источников (стрелками показано направление циркуляции подземных вод); М - мешкообразная долина

Положение зон в карстующихся массивах зависит от ряда причин: мощности карстующихся пород и их трещиноватости; расчлененности рельефа карстовых областей и глубины вреза речных долин; наличия в составе карстующихся пород прослоек или линз нерастворимых глинистых пород, которые могут служить водоупорными горизонтами, способствующими образованию верховодки - временному или сезонному скоплению подземных вод в зоне аэрации.

Различие гидрогеологических условий зон карстовых массивов сказывается на характере источников карстовых областей. Так, для зоны аэрации характерны временные источники, функционирующие в период поступления воды с поверхности во время дождей или весеннего снеготаяния. Источники зоны периодического насыщения тоже временные, но они мощнее и функционируют более длительное время, чем источники зоны аэрации. С зоной постоянного насыщения связаны постоянные источники, обладающие большим дебитом. Они получили нарицательное название воклюз (по источнику Vaucluse во Франции).