Том 2

Карстовые Пещеры

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

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

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

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

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

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

Отдельно выделяют проявления гидротермокарста — процессы растворения горных пород, образования и заполнения карстовых форм термальными водами и флюидами. С гидротермокарстом, в основном в карбонатных породах, связано образование многих месторождений полезных ископаемых — свинца, цинка, сурьмы, ртути, урана, золота, флюорита, барита, целестина, исландского шпата, бокситов и др.

Более 60% территории России подвержены развитию карстовых процессов в горных породах от архей-протерозойского до неогенового возраста. Наиболее развиты терригенно-карбонатный (40%), карбонатно-терригенный (24%) и карбонатный (14%) литологические типы карста.

Самую большую площадь (40,6%) занимают территории простого строения, где в разрезе присутствуют перекрывающие друг друга карстующиеся породы одной или двух систем, 24% территории имеет сложное (3–5 систем); 2% — очень сложное строение (более пяти систем).

Карстующиеся породы более развиты в Европейской части России (72%), менее — в Азиатской (64%). Они присутствуют на 70% площади распространения многолетнемерзлых пород и на 33% площади, покрывавшейся четвертичным оледенением.

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

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

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

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

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

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