Изучение карста и его распространение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Понятие карст

2. Из истории отечественного карстоведения

3. Химия карстовых процессов

3.1 Растворимость некоторых солей, из которых состоят карстующиеся породы

3.2 Процесс растворения карбонатных пород

3.3 Агрессивность горных пород

4. Формы карста

4.1 Поверхностные формы карста

4.2 Подземные формы карста

4.3 Гидрологические объекты карста

5. Факторы карстообразования

5.1 Геологические условия развития карста

5.2 Географические условия карста

5.3 Антропогенные факторы в карстообразовании

6. Географическое распространение карста

6.1 Карст Евразии

6.2 Карст Африки

6.3 Карст Австралии

6.4 Карст Америки

7. Практическое значение карстовых явлений

7.1 Карст и строительство

7.2 Карст и полезные ископаемые

Заключение

Список использованных источников

Введение

Тема данной курсовой работы - карст. Карстовые явления широко распространены, поэтому проблемами изучения карста и его распространения интересуются специалисты различных областей знания, в том числе негеографических. Исследование карста расширяет не только научное познание человека, но и имеет практическое значение. Ранее, в силу слабой географической и геологической изученности отдельных районов и Земли в целом, считалось, что карст редкое явление. Однако на современном этапе, при геологическом изучении Земли было выявлено, что почти третья часть суши земного шара имеет потенциальное развитие карстовых явлений. Карст существенно влияет на ландшафтные особенности территории, ее рельеф, подземные воды, озера, реки, почвенно-растительный покров, хозяйственную деятельность человека. Так, иногда карстовые образования могут препятствовать при добыче полезных ископаемых. В других случаях, сами полезные ископаемые имеют связь с карстом. Также велико значение знаний районирования карста в инженерно-строительном деле. При строительстве зданий, дорог и других инженерных сооружений необходимо учитывать геологической строение территории, так как игнорирование этого может привести к необратимым последствиям, а в ряде случаев - к гибели людей. Эти и другие проблемы будут рассмотрены ниже.

При написании данной работы, мною были изучены все найденные материалы, включая научную литературу, документальный фильм и материалы, предоставленные Интернет-ресурсами. На их основании я выбрал наиболее значимые, на мой взгляд, вопросы.

Цели и задачи курсовой работы заключаются в следующем:

1) раскрыть определение карста, в том числе с различных точек зрения;

2) кратко ознакомить с историей карстоведения;

3) описать основные карстовые формы, как поверхностные, так и подземные;

4) охарактеризовать факторы, влияющие на развитие карстового процесса и формирование карстовых форм рельефа;

5) дать краткую характеристику распространения карстовых явлений на земном шаре;

6) описать практическое значение карстовых явлений.

1. Понятие карст

Слово «карст» первоначально обозначало географическое название местности - северную часть Динарид от Юлийских Альп до истоков реки Уны. Здесь расположено плато Карст, где соответствующие явления ярко выражены и давно изучены европейскими исследователями. На местном, словенском, наречии плато называется Крас (Kras), причем это местное название вытеснило с географических карт австрийское «карст». В Словении явления называют «крас» или «краж», «крш», что в переводе означает камень или скалу. Позднее слово «карст» превратилось в общий понятийный географический термин. Однако точное содержание термина является обширным и его трудно представить. По этой причине большинство определений имеют, с точки зрения современной науки, недостатки.

В 60-х годах среди советских карстоведов была господствующей точка зрения, согласно которой карстовые явления должны строго связываться с растворимыми горными породами, а карстовый процесс - прежде всего с их растворением (коррозией) и выщелачиванием, формы же лишь внешне сходные с карстом, но имеющие иную (не химическую, а физическую) природу, рассматривались как псевдокарстовые образования. Вскоре эта точка зрения стала общепринятой [2, с.7]. Н.А. Гвоздецкий обосновывал такой подход к определению понятия «карст», согласно которому под карстом следует понимать как совокупность процессов, так и созданные ими явления в земной коре и на поверхности Земли.

Существующие многочисленные определения карста отражают три подхода к этому сложному природному феномену. Географы и геоморфологи рассматривают карст как геоморфологическое явление, обращая особое внимание на изучение карстовых форм. Геологи видят в нем полигенетический процесс. Гидрогеологи и инженеры-геологи понимают карст как единство или совокупность процесса и явления [11, с.56].

Чтобы понять сущность всего карстового процесса, нужно правильно оценить степень участия в этом процессе целого ряда факторов, таких, например, как атмосферные осадки и другие особенности климата, структурная и диагенетическая история горной породы, объем породы, пригодной для карстования, ее расположение выше или ниже окружающей территории, экологические типы растительности, характер почвенного покрова, влияния фауны и т.д. Все это - существенные, зависящие друг от друга факторы взаимодействия, решающая роль которых выявляется во взаимных столкновениях их часто противоположных влияний и которые определяют в свою очередь общее направление карста, характерное развитие его жизненного цикла, разного в каждом конкретном случае. Если принимать во внимание только своеобразие свойств горной породы и растворяющую способность атмосферных осадков, нельзя найти объяснения множеству карстовых форм, таких, например, как конический карст тропиков или карст вечной мерзлоты [8, с.26-27]. Исходя из этого, можно дать определение карсту в следующем виде:

Карст - это имеющая характерный внешний облик стадия развития массива преимущественно известняковой породы совокупно со связанными с ней природными явлениями; происхождение и эволюция карста представляют собой сложный результат специфического петрографического состава и взаимодействия в пространстве и во времени различных геологических, географических, климатологических и биологических факторов и условий окружающей среды [8, с.28-29].

2. Из истории отечественного карстоведения

Карстоведение - областьгеоморфологии, наука окарсте, т.е. о процессах и формах рельефа, развивающихся в растворимых в воде горных породах [9].

Первое известное упоминание о карстовых явлениях в России содержится, в книге арабского путешественника Ахмеда Ибн-Фадлана о его путешествии на Волгу в 921-922 гг. В этой книге отмечены три «бездонных» озера на территории волжских булгар. Считают, что это карстовые озера с котловинами провального происхождения - Чистое, Курышевское и Атаманское, находящиеся близ с. Три Озера в Татарстане. Упоминания о пещерах встречаются в древних русских былинах, летописях (Новгородская летопись), упоминаются в народном эпосе XVI века [2, с.12-13]. Но первые попытки научного исследования карста были предприняты в XVIII веке. Географ-картограф и этнограф C.У. Ремезов в 1703 году со своим сыном составили чертеж и описание Кунгурской пещеры, который был воспроизведен в книге Ф.И. Страленберга (Швеция).

В 1720-1724 гг. Кунгурскую пещеру и другие карстовые явления в районе Кунгура и Серьги на р. Сылве - пустоты, провалы, подземные реки - исследовал крупный ученый и государственный деятель - В.Н. Татищев. Поводом к исследованию Татищевым карстовых явлений в Предуралье послужило представление жителей Сибири и Урала, будто мамонт, подземный зверь, ходит под землей, оставляя за собой рвы и ямы. В Кунгуре В.Н. Татищеву, прибывшему в 1720 г. в качестве начальника уральских и сибирских горных заводов, показали ямы, которые возникли якобы как провалы над подземными ходами мамонта. Татищев исследовал эти ямы и выяснил, что они возникли в результате деятельности подъемных вод. В. Н. Татищев исследовал целый комплекс явлений в их взаимной связи и обусловленности. Его заключения представляли выводы из собственных наблюдений. Он не только осматривал ямы снаружи, но опускался з один из провалов на канате, пытался проанализировать состав воды, следил за режимом источников. В своих исследованиях он был свободен от бытовавших в то время предвзятых теорий. В результате исследований Татищев установил, что возникающие над пещерами провалы имеют обычно форму округлых ям, не похожих на рвы, причем он видел не только старые провалы, но наблюдал и образование новых над Кунгурской пещерой и близ г. Серьги. В работах 30-х и 40-х гг. XVIII в. В.Н. Татищев, основываясь как на собственных наблюдениях, так и на других источниках, упоминает о различных пещерах и подземных реках Сибири и юго-востока Русской равнины [2].

М.В. Ломоносов писал в своих работах о происхождении натечных пещерных образований («нарослого камня по стенам и по сводам»), капельников типа сталактитов и сталагмитов. Он совершенно правильно объяснил возникновение этих образований за счет действия просачивающейся в пещеры и капающей со сводов воды, оставляющей частицы, «которые прежде ил каменной горы взяла с собою», производя выщелачивание горных пород. Он показал тесную взаимосвязь между процессами выщелачивания горных пород и карстового литогенеза. Это важнейшие стороны карстового процесса, охватывающего выщелачивание и размыв (т. е. разрушение) растворимых горных пород, транспортировку полученных водой частиц и карстовый литогенез.

П.И. Рычков в 1760 г. опубликовал сочинение, посвященное карстовой пещере: «Описание пещеры, находящейся в Оренбургской губернии при реке Белой, которая из всех пещер, в Башкирии находящихся, за славную и наибольшую почитается». Описание этой крупной пещеры Предуралья, которая носит название Каповой, П.И. Рычков дал довольно точно, что было отмечено членами Оренбургского отдела Русского географического общества, осмотревшими пещеру в 1896 г. и сопоставившими свои наблюдения с описанием Рычкова. Однако, не отрицая естественного происхождения пещер вообще, в том числе и части этой пещеры, П.И. Рычков высказал ошибочное мнение о том, что данная пещера «ежели не вся, то по большей части, руками человеческими строена» [2].

Многочисленные описания пещер и других карстовых явлений имеются в отчетах участников академических экспедиций 1768-1774 гг.: И.И. Лепехина, Н.П. Рычкова. П.С. Палласа, И.П. Фалька, И.А. Гюльденштедта и др. И.И. Лепехин обследовал и описал карстовые явления Поволжья, Предуралья и Урала. Он обратил внимание на провальные карстовые озера в бассейне Оки, в бассейне реки Пьяны описал периодически исчезающее озеро Возьянское, воды которого поглощаются понором и через «подземные рвы» сообщаются с мощными источниками. И.И. Лепехин вслед за В.Н. Татищевым не только ясно представлял себе, что карстовые пещеры - результат деятельности воды, но понимал и значение медленно действующих геологических процессов в эволюции карстовых форм.

Большой интерес представляет исследование ученым карстовых явлений на Алтае. Северо-Западный Алтай он посетил, руководя отрядом академических экспедиций. В районе Тигерека осмотрел в горах ямы, описал пещеру указал на видимые отверстия входов в другие пещеры и осмотрел источник, который «под каменистым... берегом с чрезвычайным стремлением к речке кипит, ибо кажется, что оная есть исток маленькой речки, которая за несколько сот сажен в горах отлежащих от оной под камень в разселину уходит, и бежит сквозь гору». Он oписал также пещеру в известняковой горе на правом берегу реки Чарыша.

Карстовые формы севера Русской равнины впервые обследовал А. Шренк, посетивший в 1837 г. бассейны рек Северной Двины, Кулоя и Мезени. В описании своего путешествия он обращает внимание на «бесчисленные воронкообразный углубления, рассеянные по ровной поверхности земли» в бассейне р. Пинеги. Шренк указывает, что они «придают столь особенный вид гипсовым почвам, и происходят от земляных обрывов, ежегодно случающихся в почвах здешнего края... нам показывали в лесу две такие воронки, находившиеся в самом их образовании от бывших незадолго до того земляных обрывов». Изучению карста Русской равнины способствовали комплексные работы по оценке земель, проводившиеся на средства губернских земств. Важные результаты дали исследования 1882-1886 гг. в Нижегородской губернии, которыми руководил В.В. Докучаев. П.А. Тутковский охарактеризовал своеобразные карстовые озера на юге Полесья [2].

Карстовые формы многих районов Сибири привлекали внимание таких выдающихся путешественников и исследователей как А.Ф. Миддендорф, П.А. Кропоткин, Л.JI. Чекановский, И.Д. Черский. А.Ф. Миддендорф (1860-1861) описал карстовые явления в известняках южного склона Алданского хребта, отметив исчезающие под землей реки и горные ручьи, крупные водопоглощающие воронки и фонтанирующие источники. В восточной части бассейна Алдана, на р. Мае, Я. В. Стефанович описал ледяную пещеру Абы гы-Джиэ - «жилище черта».

Кадилинские пещеры на западном побережье Байкала посетил в 1865 г. П.А. Кропоткин. В 1892 и 1894 гг. опубликованы статьи А.И. Воейкова, который на примере главным образом карстовых областей Юго-Восточной Европы, отчасти и Америки (Юкатан) показал громадное воздействие человеческой деятельности на развитие карста, различную степень этого воздействия в зависимости от особенностей климата, отметил специфику условий жизни человека в карстовых местностях. Дальнейшему развитию карстоведения способствовали геологические изыскания при строительстве железных дорог.

Карст Горного Крыма в течение ряда лет исследовал А.А. Крубер, опубликовавший результаты своего изучении в ряде статей и обобщающей монографии. Он же исследовал карст Гагрского хребта.

Особенно большое внимание изучению карста Севера посвятили такие известные геологи как М.Б. Едемский, Я.Д. Зеккель, Я.Т. Богачев (1929-1936). В 1959-1965 годах А.Г. Чикишев обследовал Кулогорскую пещеру, составил план и описание пещеры. В 1963 и 1969 гг. Г.А. Максимович (Пермь) опубликовал монографию в 2 х томах «Основы карстоведени», в которой превалировала геолого-спелеологичесская трактовка карстового явления, явившаяся геологической преамбулой инженерного карстоведения [2]. Дальнейшее развитие карстоведения неразрывно связано со спелеологией.

3. Химия карстовых процессов

карст геологический горный порода

3.1 Растворимость некоторых солей, из которых состоят карстующиеся породы

Поскольку развитие карста связано главным образом с процессами выщелачивания горных пород, большое значение в выяснении его сущности имеют современные представления по теории растворов из области физической химии.

Данные таблицы 1 показывают, что карбонат кальция, из которого состоят известняк, мрамор и мел, в дистиллированной воде практически нерастворим, так же как и доломит.

Таблица 1 - Растворимость солей [2, с.18]

Соль	Температура, 0С	Растворимость, г/л
		в дистиллированной воде	в воде, содержащей СО2
СаСО3	16	0,013
	16		0,05-0,06
СаСО3·MgCО3	25	0,015
	?	0,03	0,126
	25
СaSO4	18	2.02
	20	2.02
	25	2.1
NaCl	10	357.2

Растворимость указанных карбонатов значительно более высока в воде, содержащей углекислый газ, но, тем не менее, она гораздо ниже, чем растворимость сернокислого кальция, из которого состоят гипс и ангидрит, и тем более хлористого натрия (каменная соль). Даже при температуре, значительно более низкой, чем указанная для остальных солей, растворимость хлористого натрия на несколько порядков выше [2].

Карбонат кальция встречается в природе в виде минералов кальцита и арагонита. Арагонит немного более растворим в воде, чем кальцит, но разница практически ничтожна. Приведенные в таблице данные о растворимости карбоната кальция и двойной углекислой соли кальция и магния (доломит), к сожалению, трудно сопоставимы, так как для двойной соли указана растворимость в воде, содержащей вчетверо больше углекислого газа, чем в случае карбоната кальция.

3.2 Процесс растворения карбонатных пород

Наиболее существенное отличие карбонатного карста от других литологических типов заключается в особом ходе процесса растворения карбонатных пород. Карбонатные породы практически растворимы лишь в воде, содержащей свободную углекислоту или же другие минеральные и органические кислоты. Помимо этого растворимость карбонатных пород может повышаться, если в воде содержатся некоторые соли, например NaCl.

Процесс растворения известняка в воде, содержащей свободную углекислоту, происходит довольно сложно. Он представляет собой совокупность различных химических превращений, тесно связанных между собой. Наиболее существенные из них следующие [3]:

СаСО_{3(тверд.)} - СаСО_{з(растворен.)}

СаСО_{з(растворен.)} - Са²⁺ + СО₃

СО_2(возд.) - СО_2(водн.)

СО_2(водн.) + Н₂О - Н₂СО₃

Н₂СО₃ - Н⁺ + НСО₃^-

Н⁺ + СО₃ - НСО₃^-

В этом взаимодействии равновесий швейцарский карстовед А. Бёгли выделил четыре фазы, последовательно вступающие в действие. В первой фазе известняк расширяется в воде непосредственно, без всякого участия содержащейся в воде углекислоты. Во второй фазе Н⁺ - ион угольной кислоты ассоциирует с СОз-ионом первой фазы. В третьей фазе в угольную кислоту и ее ионы превращается физически растворенный в воде С0₂. Это начало цепной реакции, конечным итогом которой будет дальнейшее растворение известняка. Общее количество известняка, растворенного во вторую и третью фазы, определяется первоначальным содержанием С0₂ в воде. Скорость реакции и обмена вещества в третьей фазе высокая. Она увеличивается с повышением температуры. При повышении температуры на 10 °С скорость реакции примерно удваивается. Четвертая фаза практически начинается после завершения трех предшествующих и до конца контролирует ход дальнейшего растворения известняка. СО₂ воздуха, которая в начале четвертой фазы находится в максимуме неравновесия с СО₂ в воде, постепенно в нее диффундирует. Многочисленные условия равновесия, определяют ход процессов в четвертой фазе. Известняк может растворяться лишь до тех пор, пока не наступит равновесие между С0₂ в воздухе и в насыщенном растворе бикарбоната кальция. Скорость растворения известняка лимитируется скоростью диффузии, которая очень мала. Поэтому требуется много времени, чтобы была достигнута предельная концентрация С0₂. При повышении температуры наблюдается значительное ускорение диффузии и равновесие достигается раньше.

Высокая скорость процессов в трех первых фазах определяет их быстрое действие на известняк. Поэтому даже на очень крутых откосах из оголенного известняка под действием быстро стекающей воды успевают образовываться разделенные острыми ребрами параллельные желобки - желобковые карры. Под действием четвертой фазы возникают бороздчатые карры и трещинные карры. При дождевых осадках действие трех первых фаз удлиняется, поскольку все время примешиваются агрессивные воды [3].

3.3 Агрессивность горных вод

Агрессивность природных вод по отношению к карбонатным породам может быть связана не только с CO₂ и H₂CO₃, но и со многими другими минеральными и органическими кислотами. Факторы, создающие условия для образования кислых агрессивных вод, являются в значительной мере ландшафтными. К числу этих факторов относятся: атмосферные осадки, химический состав которых соответствует сильнокислым, кислым и щелочным растворам; кислые почвы увеличивают pH инфильтрационных вод за счет катионного обмена и углекислого газа почвенного воздуха; щелочные почвы, обогащенные органическим веществом, которое служит активным адсорбентом, извлекающим из инфильтрационных вод ионы кальция и магния; лесные массивы, увеличивающие кислотность атмосферных осадков при прохождении их сквозь кроны деревьев; подземные и поверхностные воды, вытекающие из районов распространения кристаллических и эффузивных пород, обогащающие различными химическими компонентами подземные воды осадочного комплекса; микробиологическая деятельность, продуцирующая многочисленные органические кислоты, которые поступают в поверхностные и подземные воды; воды низинных и верховых болот, содержащие органические кислоты; минеральные источники и углекислые термы, поставляющие в карстующиеся толщи углекислый газ из глубины; гипергенез рудных и других месторождений полезных ископаемых, обогащенных сульфидами, зона которого представляет собой источник интетенсивного накопления агрессивных растворов, обусловливающих возникновение так называемого рудного карста; перенос солей, влияющих на кинетику растворения известняка (NaCl, MgCl₂, Na₂SO₄), со стороны моря; жидкие, твердые и газообразные продукты, связанные с деятельностью промышленных предприятий и так же участвующих в формировании агрессивных вод [3].

4. Формы карста

4.1 Поверхностные формы

К поверхностным карстовым формам относятся карры, желоба и рвы, воронки, блюдца и западины, котловины, полья, останцы.

Морфологически карры подразделяются на желобковые, стенные, лунковые, трубчатые, в виде трубообразных цилиндрических углублений в гипсах, каменицы, карры в виде следов, бороздчатые, меандровые, трещинные. По генезису особо выделяются желобковые и трещинные карры [1].

Желобковые карры формируются под воздействием только атмосферных осадков, в результате трех первых фаз растворения известняка, без участия четвертой фазы, тогда как остальные типы карров образуются под действием всех фаз растворения: в их формировании участвуют и воды, обогащенные биогенной углекислотой за счет соприкосновения атмосферных осадков и талых вод с почвенно-растительным покровом. Трещинные карры отличаются от остальных путями удаления растворенного вещества. Если у большинства других типов карров оно осуществляется поверхностным стоком, то при образовании трещинных карров участвует и вынос растворенного вещества подземным путем, через трещины.

Карстовые желоба и рвы (более глубокие и обязательно с крутыми бортами) развиваются вдоль раскрытых тектонических трещин (нередко в результате разгрузки на крутых склонах), или вдоль трещин оседания склонов, или трещин «бортового отпора». Они тянутся на десятки и сотни метров, а иногда и на несколько километров, достигая различной ширины и глубины. На концах они замкнуты, на дне могут иметь многочисленные углубления.

Прямолинейные рвы в известняках, разработанные по вертикальным тектоническим трещинам, шириной 2-4 м и глубиной до 5 м называют богазами [1, с.11].

Среди карстовых воронок выделяют три основных генетических типа (рисунок 3):

1) воронки поверхностного выщелачивания, или чисто коррозионные. Образуются за счет выноса выщелоченной на поверхности породы через подземные каналы в растворенном состоянии;

2) провальные воронки, или гравитационные. Образуются путем обвала свода подземной полости, возникшей за счет выщелачивания карстующихся пород на глубине и выноса вещества в растворенном состоянии;

3) воронки просасывания, или коррозионно-суффозионные. Образуются путем вмывания и проседания рыхлых покровных отложений в колодцы и полости карстующегося цоколя, выноса частиц в подземные каналы и удаление через них во взмученном и взвешенном состоянии.

Воронки всех генетических типов, сливаясь своими краями, образуют сдвоенные, строенные и более сложные ванны и котловины. Крупные котловины в Югославии называют увала. Выделяют два основных типа увала - сложные, образовавшиеся посредством слияния нескольких больших воронок, с рядом углублений на дне, и плоскодонные котловины.

Полья - замкнутая, реже открывающаяся долиной прорыва сложная форма. Возникает в результате развития и соединения карстовых котловин, образовавшихся из слившихся воронок [11, с.141]. По своему происхождению разделяют на: 1) тектонические; 2) возникшие путем подземного механического выноса нерастворимой породы, залегающей среди карстующихся известняков или на контакте с ними; 3) образовавшиеся путем слияния группы смежных воронок и котловин (увала) при их росте в горизонтальном направлении; 4) провальные.

Карстовые останцы характерны в основном для весьма зрелых стадий развития карста. Они многочисленны и разнообразны в быстро развивающемся соляном карсте. В карбонатном же карсте останцы свойственны преимущественно тропическим областям, если не иметь в виду разного характера мелкие, а также реликтовые формы, образовавшиеся в прежних тропических условиях [1].

Переход от поверхностных форм к пещерам типа гротов представляют навесы и ниши. Часто это чисто поверхностные образования, возникающие из-за более интенсивного выщелачивания отдельных слоев или пачек слоев стекающими по обрыву водами, при большом значении биохимического выветривания (под действием поселяющихся на периодически увлажняемых поверхностях низших растений). В речных долинах и на берегах морей в поверхностном выщелачивании основную роль играют речные и морские воды. На морских берегах растворяющее действие морской воды сочетается с абразией. Естественные мосты и арки чаще всего возникают при обрушении потолка пещерных тоннелей, а иногда и ниш.

4.2 Подземные формы карста

Среди подземных карстовых форм можно выделить карстовые колодцы и шахты, пропасти, пещеры. Карстовые колодцы и шахты - это вертикальные или круто наклонные полости, различающиеся между собой по глубине; к шахтам относят полости глубже 20 м, достигающие нескольких десятков, а то и сотен метров. Полости колодцев и шахт могут быть провальными (гравитационными); гравитационнокоррозионными, образованными путем выщелачивания водой карстующейся породы по трещинам и частичных обрушений; нивально-коррозионными, возникшими вследствие корродирующего действия (по трещинам) талых снеговых вод; коррозионно-эрозионными, которые образованы устремляющимися по трещинам вниз водными потоками, производящими размыв, подготавливаемый растворением по спайкам зерен горной породы; образованные подобным же действием восходящих по трещинам артезианских вод. На крымской Яйле шахты достигают 100 м глубины, а на плато Карст - до 450 м [1].

Карстовые пропасти представляют собой комбинации естественных шахт с горизонтальными и наклонными пещерными ходами. К ним относятся, в частности, глубочайшие карстовые полости мира, достигающие глубины 1000 м и более. Первая шахта, с входным отверстием на поверхности, может быть коррозионно-эрозионной (чаще всего) либо нивально-коррозионной, гравитационно-коррозионной, провальной. Для глубинных частей пропастей нивально-коррозионные шахтные стволы не типичны. Наиболее обычны там коррозионно-эрозионные шахты, но встречаются гравитационно-коррозионные и провальные.

Большинство карстовых пещер образуется при ведущей роли выщелачивания, часто при совместном действии растворения и размыва горной породы (размыва, подготавливаемого растворением по спайкам зерен). Значительна бывает и роль обрушений породы, особенно на зрелых стадиях разработки пещерных полостей. Некоторые пещеры возникли под действием термальных и минеральных вод. Пещерные полости, так называемого «рудного карста», развились под действием на известняк сернокислых растворов, образовавшихся при окислении пирита и других сульфидов. Встречаются пещеры, представляющие собой в основе сильно раскрытые тектонические трещины, но моделированные процессами выщелачивания (подземные карры и пр.) и осаждения по стенам трещин натечно-капельных образований [3].

Пещерные полости могут развиваться в зоне аэрации, т.е. в зоне вертикальной циркуляции просачивающихся вод. Однако большие карстовые пещеры зародились в основном при полном заполнении пещерных каналов подземными водами, в зоне полного насыщения, и вода в них циркулировала под гидростатическим давлением.

Пещеры-ледники характеризуются ледяными натечно-капельными и кристаллическими образованиями. Выделяют семь типов, различающихся по условиям возникновения пещерного холода, накопления снега и льда.

4.3 Гидрологические объекты карста

Карстовые источники характеризуются большой концентрированностью выхода вод. Особенно мощными они бывают тогда, когда на поверхность вытекают подземные реки или подземные струи, образовавшие единый водоток при выходе. Такие источники называют воклюзами.

Источники, бьющие из глубины под напором, иногда образуют озера в устьевых воронках, разработанных коррозией восходящей струи. Эти озерца имеют постоянный отток воды в виде ручья или речки.

Реки карстовых районов создают своеобразную гидрографическую сеть. Характерны разреженность поверхностной сети, поглощение поверхностного стока понорами в карстовых логах, воронках и котловинах и перевод его в подземный сток. Карст усиливает интенсивность подземного стока, нарушает плавный зональный характер его распределения. Характерно обилие подземных, пещерных рек, исчезновение под землю поверхностных водотоков.

Карстовые озера заполняют отрицательные поверхностные формы карста разного размера и характера: одиночные воронки, сложные ванны и котловины, пониженные участки днищ польев. Различны и условия заполнения озерных котловин водой. Озеро может представлять собой скопление поверхностных вод либо оно питается грунтовыми карстовыми водами и испытывает колебания уровня, соответствующие колебанию их скатерти. Наконец, озеро может представлять собой заполненную напорной водой воронку восходящего источника с постоянным оттоком [1].

5. Факторы карстообразования

5.1 Геологические условия развития карста

Влияние геологического строения территории на особенности формирования карстовых ландшафтов исключительно велико. Многие исследователи показали, что, геологическое строение территории, состав и строение горных пород, характер тектоники, гидрогеологические условия и особенности перекрывающих рыхлых отложений играют существенную роль в карстообразовании.

Литологические особенности территории являются одним из основных условий карстообразования, поскольку границы возможного развития карстовых процессов определяются, прежде всего, распространением карстующихся толщ. Литология оказывает влияние на интенсивность карстовых процессов, морфологию и гидрографию карста. С ней в значительной мере связан облик карстовых ландшафтов [2].

Карстующиеся горные породы подразделяются на карбонатные (известняки, доломиты, мергели, писчий мел, мраморы, известковые туфы, травертины), сульфатные (гипсы, ангидриты) и галоидные (каменная соль, сильвинит и другие).

Наиболее широко распространены карбонатные породы. Главные породообразующие минералы карбонатных пород - кальцит, арагонит и доломит. Арагонит не устойчив. С течением времени он переходит в кальцит. Такие минералы, как магнезит, сидерит и особенно анкерит, родохрозит, смитсонит и другие образуют редкие и обычно незначительные скопления [12].

Трещиноватость растворимых горных пород, определяющая их водопроницаемость, - одно из основных условий развития карста.

Для оценки трещиноватости как фактора водопроницаемости горных пород наибольшее значение имеет степень раскрытия и скульптура поверхности (шероховатость) трещин. Степень раскрытия трещин определяется многими факторами, и прежде всего свойствами пород, тектоническими и денудационными процессами. Шероховатость стенок оказывает значительное влияние на движение воды в трещинах, причем это влияние тем больше, чем меньше степень раскрытия трещин. По происхождению различают следующие основные генетические типы трещин: литогенетические, тектонические, трещины разгрузки и выветривания.

Наибольшую роль в водопроницаемости горных пород и развитии карстовых процессов играют тектонические трещины, образующиеся под влиянием тектонических процессов и имеющие повсеместное распространение.

Для развития карстовых процессов важное значение имеют литогенетические трещины, которые образуются в осадочных породах при их усыхании, обезвоживании, уплотнении, в результате физико-химических превращений. Степень раскрытия литогенетических трещин находится в прямой зависимости от мощности пластов, чем объясняется меньшая закарстованность тонкоплитчатых известняков и доломитов по сравнению с толстослоистыми и массивными карбонатными породами. Литогенетические трещины в карбонатных породах обладают большой шероховатостью стенок, что существенно сказывается на их водопроницаемости [3].

В развитии карстовых процессов наибольшую роль играют трещины напластования, раскрытие которых до глубины 100 м и более связано преимущественно с разгрузкой. Вдоль трещин напластования нередко происходит интенсивное выщелачивание карстующихся пород.

Трещины разгрузки образуются при снятии внутренних напряжений, обусловленных сжатием породы, вызываемым большим давлением вышележащих толщ или тектоническими причинами. Разгрузка напряжений определяет также расширение тектонических и литогенетических трещин, что еще больше увеличивает водопроницаемость карстующихся пород. Большую роль в развитии карстовых процессов играют трещины бортового отпора (отседания, скола), развивающиеся параллельно простиранию крутых склонов и достигающие нередко большой глубины.

На поверхности карстующихся массивов широко распространены также трещины выветривания. Нередко они развиваются вдоль тектонических и литогенетических трещин. Частота и характер трещин выветривания зависит от состава и структуры карстующихся пород. Нередко они формируют затейливую сеть разрывов разной густоты, ширины и протяженности. Глубина трещин выветривания может достигать 30-50 м, что способствует проникновению вод в толщу пород и активизации карста.

Существенное влияние на водопроницаемость пород оказывает их пористость, достигающая иногда значительного развития. Пористость и связанная с нею водопроницаемость зависят от состава пород и их генезиса. Различают микропористые, макропористые и кавернозные породы. Среди карстующихся образований наименьшей пористостью отличаются гипсы, ангидриты, каменная соль и хемогенные известняки, а также мраморы, которые в условиях большого давления и высоких температур подверглись перекристаллизации. Низкая пористость сульфатных, галоидных и метаморфических карбонатных пород является одной из основных причин их слабой закарстованности в глубине массивов.

В областях покрытого карста активность процессов выщелачивания карстующихся пород в значительной мере зависит от мощности и состава рыхлых покровных отложений, определяющих условия инфильтрации природных вод. На крутых участках обнаженного мела, лишенных растительности, дождевые и талые снеговые воды быстро стекают вниз по склону или испаряются, не успев просочиться в глубь массива. Это не способствует развитию здесь карстовых процессов. Напротив, в местах распространения почвенного покрова и рыхлых осадочных отложений инфильтрующиеся воды быстро достигают поверхности мела и по трещинам проникают в толщу меловых пород, что активизирует карстовые процессы.

Структурно-тектонические особенности территории оказывают существенное влияние на развитие поверхностных и подземных карстовых форм. Особенности распространения карста в значительной мере предопределены структурно-тектоническими условиями, которые контролируют характер питания, циркуляции и разгрузки подземных вод, а также определяют характер трещиноватости горных пород. Карстовые процессы наибольшее развитие получают в районах антиклинорных структур, где отмечается значительная инфильтрация и инфлюация выпадающих атмосферных осадков и поверхностных потоков. В областях напора артезианских вод, на крыльях положительных структур, где карстующиеся породы нередко перекрыты мощной толщей рыхлых отложений, развиваются преимущественно подземные карстовые формы. Влияние тектонических структур на развитие карста в значительной мере проявляется через трещиноватость горных пород. Наиболее интенсивная тектоническая трещиноватость отмечается в зонах сопряжений крупных положительных и отрицательных структур, на участках локальных платформенных дислокаций, а также солянокупольных поднятий, что благоприятствует широкому развитию здесь карстовых процессов.

Новейшие дифференцированные тектонические движения определяют особенности территориального развития карста. На возвышенных поднимающихся участках интенсивно развиваются эрозионные и карстовые процессы. На тектонически опущенных участках, испытывающих дальнейшее опускание, эрозионные врезы не достигают карстующихся отложений, что ослабляет развитие карста [1].

5.2 Географические условия развития карста

Существенное влияние на развитие и распределение карста оказывают рельеф, климат, растительность и другие природные компоненты, сложное взаимодействие которых определяет своеобразие и интенсивность карстовых процессов.

Установлена зависимость карста от уклонов поверхности и степени расчлененности территории, которые, контролируя характер поверхностного стока и инфильтрации вод, играют важную роль в развитии карстовых процессов.

Крутизна поверхности оказывает значительное влияние на плотность поверхностных карстовых образований и их форму. В районах развития известняков и доломитов поверхностные карстовые формы наиболее широко распространены на слабонаклонных участках (до 5 м), тогда как на участках с уклоном более 10-12 м они обычно отсутствуют. Особенно благоприятные условия для инфильтрации поверхностных вод и развития карста отмечаются на участках с уклоном до 0,04 м. Наклон поверхности оказывает влияние и на обводненность карстовых образований. На плоских участках, в условиях слабого сноса рыхлого материала, который нередко аккумулируется в понижениях рельефа, широко распространены карстовые озера, в то время как на склонах они встречаются значительно реже.

В условиях покрытого карста важную роль в карстообразовании играет расчлененность территории. В сильно размытых и расчлененных районах, где меньше мощность покровных отложений и больше приток талых и дождевых вод с прилегающих водораздельных площадей, создаются наиболее благоприятные условия для развития карста. Этим главным образом и объясняется приуроченность интенсивно закарстованных участков к линейно-вытянутым эрозионным понижениям рельефа (речным долинам, балкам, логам), где размывом в значительной мере удалены рыхлые отложения. Глубина расчленения поверхности определяет глубину зоны активной циркуляции карстовых вод [7].

На плоских междуречьях значительную роль в распределении инфильтрационных вод и развитии карста играют небольшие отрицательные формы рельефа. Особенно велико их значение на участках, где карстующиеся породы прикрыты слабопроницаемыми рыхлыми отложениями. В связи с аккумуляцией в замкнутых понижениях глинистого материала карстовые воронки в пределах выровненных водоразделов нередко заполнены водой или заболочены. В то же время в местах распространения открытых понор карстовые процессы развиваются активно. Следовательно, возникшие карстовые формы создают благоприятные условия для дальнейшего развития карста, поскольку они содействуют повышению инфильтрации и инфлюации в глубь карстующихся массивов дождевых и талых снеговых вод

Климатические условия, и прежде всего количество, особенности распределения и химический состав атмосферных осадков, динамика воздушных течений, характер погоды, температура и состав воздуха оказывают значительное влияние на карст. Роль отдельных элементов климата в карстообразовании различна. С увеличением общего количества осадков скорость карстовой денудации закономерно возрастает, причем степень увеличения ее в высокогорных районах, по сравнению с возвышенными и среднегорными, примерно в два раза выше. Наряду с количеством осадков, важную роль в развитии карста играет также неравномерное распределение их по сезонам года.

На особенности карстообразования оказывает влияние также характер выпадения осадков. С увеличением интенсивности дождя относительная инфильтрация метеорных вод уменьшается. Это определяется в значительной мере изменением диаметра дождевых капель, находящегося в прямой зависимости от интенсивности дождя. В то же время при сильных ливнях, когда выпадает большое количество осадков, нередко промываются закупоренные трещины и поноры в карбонатных и сульфатных породах, в результате создаются благоприятные условия для ухода поверхностных вод через карстовые каналы в глубь карстующегося массива [15].

Растворяющая способность метеорных вод, под воздействием которых развиваются карстовые процессы, зависит, прежде всего, от их химического состава, содержания углекислоты и температуры.

Снежный покров, обладая высокой отражательной способностью, малой тепло- и газопроводностью, оказывает существенно влияние на весь комплекс природных условий зимнего времени умеренном и арктическом поясах. Для карстообразования наибольшее значение имеет высота и продолжительность залегании снежного покрова, от чего в значительной мере зависят степень промерзаемости почвы, особенности накопления влаги и характер погодных условий. За зиму в снежном покрове накапливается большое количество воды. Талые воды во многих карстовых районах являются основным источником питания поверхностных и подземных вод. На активизацию карстовых процессов большое влияние оказывает химический состав содержащейся в снеге влаги, обусловливающий степень агрессивности талых снеговых вод [1].

Влияние температуры воздуха на развитие карстовых процессов весьма сложно. Оно проявляется преимущественно через температурный режим природных вод, условия вегетации, интенсивность биохимических процессов, особенности сезонного промерзания почвенного покрова и т.д.

Влияние ветра на карстообразование изучено слабо. Между тем роль его достаточно велика. Ветер сдувает с поверхности земли и морских акваторий громадное количество карбонатных частиц и разных солей, которые нередко поднимаются в высокие слои тропосферы и переносятся на большие расстояния. Гидрокарбонаты, сернистые, хлористые и другие соединения, попадая в атмосферные осадки, делают их агрессивными.

Поверхностные природные воды, участвующие в выщелачивании карстующихся пород, условно могут быть подразделены наречные, озерные и морские.

На побережьях рек в полосе колебания уровня речных вод нередко образуются провалы, ниши, гроты и карры, связанные с процессами выщелачивания и механического разрушения легко растворимых пород. Образование карстовых провалов на пойме и первой надпойменной террасе чаще всего происходит после спада весеннего половодья, что указывает на важную роль в карстообразовании сезонного колебания речных вод. В районах, где речные воды проникают в карстующуюся толщу, они принимают участие также в формировании подземных карстовых форм. На сильно закарстованных участках речные воды могут полностью поглощаться понорами. Растворяющая способность речных вод, особенно крупных рек, пересекающих иногда разные ландшафтно-географические зоны, на разных участках реки оказывается весьма различной [2].

На берегах озер и водоемов карст распространен в зоне прибоя, где он развивается под воздействием механического разрушения и выщелачивания. Растворяющая способность озерных вод зависит от их углекислотного режима, солевого состава и температуры, которые, в свою очередь, определяются физико-географическими особенностями территории.

Морские воды, хотя и характеризуются низкой карбонатной емкостью, связанной с содержанием в них ионов кальция, понижающих растворимость СаСО₃, играют значительную роль в развитии процессов выщелачивания в районах выхода известняков и доломитов. Это определяется общей недонасыщенностью морских вод карбонатами, наличием в них кроме кальция других ионов, а также углекислоты. Особенно важную роль играет наличие в морской воде хлористого натрия. Карстовые формы на Морских берегах распространены преимущественно в приливно-отливной полосе, где они представлены каррами, нишами и пещерами. Иногда пещеры достигают значительных размеров.

Пространственные закономерности развития карста определяются сложным взаимодействием морфоструктурных и биоклиматических факторов. Ведущую роль в распределении карста играет литологический фактор, а степень его интенсивности связана, главным образом, с соотношением тепла и влаги и обусловленными им ландшафтными особенностями территории. Это указывает на тесную связь распространения и интенсивности карста с физико-географическими комплексами, различающимися структурой, сложностью и степенью обособленности [2].

5.3 Антропогенные факторы в карстообразовании

С развитием экономики и быстрым ростом населения увеличивается потребление энергии и вещества из природной среды, а после их использования - возвращение в природу промышленных, бытовых и других отходов. Это вызывает все большее нарушение естественных природных процессов и необратимые изменения географической среды на значительных территориях. Значительные изменения отмечаются в районах распространения карбонатных, сульфатных и галоидных образований, где изменения отдельных компонентов ландшафта, вызванные хозяйственной деятельностью человека, способствуют активному развитию антропогенного карста.

Среди антропогенных факторов карстообразования наиболее существенны: а) общее повышение агрессивности вод, вызванное загрязнением атмосферы, природных вод и почвенного покрова агрессивными компонентами антропогенного происхождения; б) изменение режима поверхностных и подземных вод, определяемое длительными откачками подземных вод, созданием крупных водохранилищ и другими водохозяйственными мероприятиями; в) изменение почв и растительности в связи с развитием лесного и сельского хозяйства; г) изменение естественного рельефа, структуры и свойств горных пород в горнопромышленных районах и крупных городах [2].

Инженерно-хозяйственная деятельность человека, вызывающая существенные, часто необратимые изменения рельефа, структуры горных пород, режима и химического состава природных вод, а также почвенного покрова и растительности, оказывает большое и разнообразное влияние на развитие и распределение карста. Это приводит в некоторых районах к коренной перестройке отдельных компонентов ландшафта и созданию качественно новых антропогенно-карстовых комплексов.

6. Географическое распространение карста

6.1 Карст Евразии

Многочисленные карстовые районы Пиренеев, Альп и Карпат относятся к альпийской складчатой зоне. В Пиренеях известны подземные реки, текущие не согласно с поверхностной топографией, и глубокие шахты-пропасти, переходящие на глубине в систему горизонтальных пещерных ходов и подземных колодцев. Альпы характеризуются интенсивно развитым карстом в известняковом окаймлении горноледникового высокогорья. В зоне больших высот передовых хребтов на поверхностях, покрывавшихся плейстоценовыми ледниками, развивается высокогорный карст. Известняковые Альпы и Предальпы изобилуют каньонами, каррами, воронками, естественными шахтами, пещерами, подземными ледниками. В Альпах находятся крупнейшие пещеры Европы и глубочайшие карстовые пропасти: пропасть Берже во Франции на плато Сорнен в массиве Веркор с грандиознейшими подземными колодцами, держащая мировое первенство по глубине; пещерная система Хёллох в долине Муота в Швейцарии, превышающая сотню километров длиной и занимающая второе место в мире, пещера Айсризенвельт в Австрии 42 км длиной. Недавно на южной окраине Юлийских Альп обнаружена вторая по длине и самая глубокая (465 м) пещера в Югославии -- Полошка Яма 9250 м длиной [1].

На северо-западе Европы карст распространен от севера Скандинавии и Шпицбергена до Британских о-вов и Бельгии. На Шпицбергене карст развит в условиях вечной мерзлоты. В каледонидах Скандинавии есть трубообразные колодцы, карры, исчезающие водотоки и пещерные реки в известняках. Карстовые процессы особенно интенсивны во влажной и снежной приатлантической области Скандинавии. Карст развит в ордовикских и силурийских известняках, покрывающих южный склон Балтийского кристаллического щита, - на о-вах Эланде и Готланде. В разных районах Великобритании и Ирландии распространен голый, задернованный и покрытый известняковый карст с воронками, котловинами, сухими долинами, пещерами, карстовыми озерами.

В Центральной Европе со средневысотными герцинскими массивами и куэстовыми грядами карст развит в палеозойских породах герцинских структур и в мезозойских известняковых толщах, которые были отложены во впадинах раздробленной герцинской основы, а впоследствии приподняты движениями соседних герцинских массивов и альпийских дуг. Сюда входят район Краковской Юры, многие карстовые районы Чехословакии: Моравский Карст с известными сталактитовыми пещерами, подземными реками, провалом-пропастью Мацоха, понорами, суходолами, районы Северо-Моравской карстовой области с разнообразными сталактитовыми пещерами, Чешский Карст и др. Карст под покровом рыхлых осадков развит в известняках Парижского бассейна. К герцинской зоне относятся и карстовые районы исламской Месеты, Кантабрийских гор (за исключением их восточной части), Португалии [2].

Южноевропейская Средиземноморская область альпийской складчатой зоны отличается особенно полным развитием карста на Балканском полуострове. Плато Крас (Карст), Словенское плоскогорье, полуостров Истрия, Динарские горы образуют классическую область голого карста средиземноморского типа. Мощные толщи чистых известняков и довольно обильные дожди способствуют интенсивному развитию карста, а неравномерность сезонного распределения осадков в значительной мере определяет его своеобразие. Во многих местах существенную роль сыграло и сведение лесов. Характерны карровые поля, скопления карстовых воронок, котловины, многочисленные обширные полья, пещеры, нередко достигающие значительных размеров.

Голый карст средиземноморского типа распространен и на Апеннинском п-ове. В центральных и южных Апеннинах, на массиве Гаргано и в других районах распространен известняковый и отчасти доломитовый карст, а на о. Сицилия - также и гипсовый. В Италии много карстовых пещер и глубоких пропастей. В Апуанских Альпах (Тоскана) находится пропасть Атро дель Коркиа 805 м глубиной. К Средиземноморской области альпийской складчатой зоны относятся некоторые районы известнякового, в основном голого, карста Пиренейского п-ова: Андалузских, Иберийских и восточной части Кантабрийских гор. Распространен карст также на Балеарских о-вах и в восточной Сардинии.

Продолжением южноевропейской Средиземноморской области альпийской складчатой зоны служат карстовые районы нагорий Западной Азии, где также развит голый известняковый карст. В Малой Азии (Турция) он известен в некоторых горных районах Западного Тавра, где встречаются воронки, полья, пещеры, исчезающие реки и ручьи, и карстовые источники. Известняковый карст есть в отрогах Центрального Тавра (севернее Адана), местами в Понтийских горах, а во внутренней области Анатолийского плоскогорья - в районе оз. Туз - отмечался гипсовый карст. Гипсовый и соляной карст распространен также во внутренней части Иранского нагорья, в то время как в его окраинных горных хребтах встречается местами известняковый карст: на побережье Персидского залива и хр. Бешагерд, в Сулеймановых горах и др. Голый известняковый карст известен на Аравийской платформе, в ее северо-западной части. В Курдских горах северного Ирана имеется карстовая пещера Шапидар, интересная в археологическом отношении. На побережьях Красного моря и Персидского залива подвергаются выщелачиванию приподнятые коралловые рифы [2].