Карстовые пещеры в России. Карстовые пещеры мира
«Пещера – полость в верхней части земной коры, сообщающаяся с поверхностью одним или несколькими входными отверстиями», – такое определение дает Википедия. По сути все верно, но эти слова даже отдаленно не передают всю завораживающую красоту, всю неповторимость этих природных объектов, которые сотни тысяч лет назад дали кров первым людям, а сейчас поражают их потомков своей мощью, разнообразием и, не побоимся этого слова, великолепием.
Краткая информация по пещерам:
Начнем с того, что они могут иметь просто гигантские размеры. Например, общая протяженность Мамонтовой пещеры (штат Кентукки, США) – более 678 километров, она считается самой длиной в мире.
Самая глубокая расположена в Абхазии – Крубера-Воронья (- 2196). А вот самая большая по объему пещера находится во Вьетнаме – Ханг Сон Дунг. Размеры ее главного зала поражают – 5000 метров в длину, 150 в ширину и 200 в высоту. Этого объема хватит, чтобы вместить 40 небоскребов! Кстати, открыта она была лишь в 2009 году.
Так что на нашей, казалось бы, вдоль и поперек исхоженной планете, есть еще места для удивительных географических открытий.
Виды пещер:
- Карстовые пещеры
– самая многочисленная и, пожалуй, самая красивая группа. Именно пещеры этой группы поражают нас своей глубиной, протяженностью и объемами. Образуются вследствие растворения в воде различных пород – известняка, гипса, мела, соли и даже мрамора. А в тропическом климате в воде может растворяться даже кварцит. Примером тому могут служить сравнительно недавно открытые пещеры Абисмо Гай Коллет (протяженность – 671 м) и Куэва Охос де Кристал (протяженность 16 км).
В карстовых пещерах, вследствие протекающих там физико-химических процессов, образуются сталактиты, сталагмиты, геликтиты, а также такое удивительное натечное образование, как пещерный оникс, который может быть до метра толщиной. - Тектонические пещеры – образуются вследствие тектонических разломов в земной коре. Наиболее часто встречаются по бокам речных долин, врезанных в плоскогорье.
- Эрозионные пещеры – по механизму образования несколько сходны с образованием карстовых пещер. Только если последние появляются вследствие растворения пород, то эти – из-за эрозии горных пород под воздействием воды, содержащей твердые частицы. Как правило, такие пещеры невелики, но изредка встречаются довольно крупные. Например, Bat Cave (длина 1.7 км) в штате Колорадо (США).
- Ледниковые пещеры образуются под воздействием талой воды в ледниках. Обычно они имеют длину до нескольких сотен метров. Особый вид ледниковых пещер – термальные пещеры, образовавшиеся под воздействием подземных термальных вод. Встречаются в Гренландии и Исландии.
- Вулканические пещеры – образуются при извержениях вулканов. Самые молодые из всех видов пещер. Механизм их образования следующий. При извержении поток лавы, постепенно остывая, сверху покрывается твердой корочкой. Образуется лавовая трубка, внутри которой движется все еще жидкая лава. В конце концов, не успевшая застыть часть лавы вытекает из нижнего конца такой трубки, и внутри образуется полость. Также пещерами этого типа следует считать жерла вулканов.
Любопытные факты о пещерах
Эти интересные и во многом таинственные объекты всегда волновали людей. Можно сказать, что человечество вышло из пещер. За тысячелетия накоплено огромное количество фактов «сотрудничества» людей с ними. Приведем наиболее поразительные из них.
- В испанской пещере Альтамира найдены наскальные рисунки древнего человека, созданные в эпоху верхнего палеолита (10 тыс. лет назад). Нарисованные лошади, бизоны, кабаны, выполнены в нескольких цветах. Более того, древний художник сумел, используя неровности стены, добиться объемного эффекта для своих изображений!
- В маленьком австралийском городке Кубер-Педи, расположенном в очень жаркой местности, почти все население (около 2 тыс. человек) живет в пещерах. Там же расположены и городские объекты, в т.ч. кладбище.
- В Лурейской пещере (штат Вирджиния, США) установлен орган, включающий в свою конструкцию сталактиты. Получается необычное, интересное звучание.
Со временем мы разместим на сайте все собранные нами интересные факты и вынесем их в отдельный раздел!
Пятерка самых интересных пещер мира, открытых для осмотра
- Пещеры Ваитомо (Новая Зеландия, остров Северный).
- Пещеры Джейта (Ливан).
- Куевас-дель-Драк (Испания, Майорка).
- Кунгурская ледяная пещера (Россия, Пермский край).
- Пещеры Мулу (Малайзия, Борнео).
Пещеры – одни из самых интересных объектов Земли для изучения и осмотра. Древние люди создание пещер благоговейно приписывали великанам и населяли их бессмертными чудовищами, охраняющими Царство Мертвых. Теперь мы сами стали великанами, но не перестали восхищаться этими удивительными созданиями природы.
Ежегодно тысячи спелеологов и спелеотуристов проникают в этот таинственную и захватывающую подземную вселенную, чтобы услышать звенящее безмолвие, увидеть мир, тысячелетиями погруженный во тьму, узнать его и… замереть от восторга.
Прежде чем ответить на вопрос «Как образуются пещеры?», нужно уяснить, что же такое пещеры, и какими они бывают.
Пещеры - это пустые пространства в скальных породах под землей или под водой, а также над землей. Пещеры бывают сквозные с несколькими отверстиями или с одним. Они разделяются на горизонтальные, вертикальные, а также наклонные и одноуровневые или многоуровневые. Размерами пещеры также разнятся. Бывает так, что пещера тянется многие километры, поднимается или опускается даже под воду подземной реки. Но самое главное отличие одной пещеры от другой – это материал, из которой они состоят, и то, каким образом они образовались.
Итак, самая большая группа пещер – это Карстовые. Они делятся на мраморные, соляные, кристаллические, гипсовые и известняковые пещеры, а также другие. Такие пещеры образуются благодаря растворению в воде разных горных пород, и многие из них имеют свои сталактиты и сталагмиты.
Эволюционисты утверждают, что главный фактор, образующий эти пещеры, – это грунтовые воды, насыщенные углекислотой, которые просачиваются сквозь трещины вдоль пластов известняка. Этот процесс, по их мнению, занимает миллионы лет. Но недавно стал известен еще один фактор, который значительно быстрее вымывает пещеры – это серная кислота.
Также есть эрозийные пещеры водой (вдоль береговой линии), которые механически вымываются водой с крупными крупинками песка, осколков камней и др. Тектонические пещеры образуются в бортах рек в местах тектонических разломов.
Вулканические пещеры появляются при извержении вулканов, когда лава застывает, создавая своеобразную трубу, по которой дальше течет, образуя пустоты. Пещеры в жерлах вулканов также являются вулканическими. Во времена глобального потопа, названного в Библии Ноевым Потопом, происходила всемирная вулканическая активность, в следствии чего очень быстро образовалось множество пещер такого типа.
Пещера - естественная полость в верхней толще земной коры, сообщающаяся с поверхностью земли одним или несколькими выходными отверстиями, проходимыми для человека. Наиболее крупные пещеры - сложные системы проходов и залов, нередко суммарной протяженностью до нескольких десятков километров. Пещеры - объект изучения спелеологии.Немалый вклад в изучение пещер делают спелеотуристы.
Почти во всех приключенческих романах встречаются пещеры, это незаменимый атрибут таких произведений. Ведь тут царит таинственная темнота, гулкое и обманчивое эхо, а свет от факелов и фонариков не способен полностью разогнать тьму. В пещерах раньше прятались разбойники, в них скрывали свои клады пираты, через них проходили подземные хода, связывавшие между собой удаленные места. Народные же поверья наделяли эти места всевозможной нечистью - от античных нимф, до скандинавских троллей.
По-настоящему же, в пещерах редко кипит такая увлекательная жизнь - здесь обычно тихо и спокойно, а главными сокровищами являются сталактиты. Их причудливые формы придают особый колорит подземным пустотам. Расскажем о тех пещерах, которые выделяются среди всех других своими объемами и красотой, что вызывает нешуточный интерес у туристов.
Пещера Мелиссина, Греция. Уединенный остров Кефаллония является крупнейшим в Ионическом море. Здесь подобающая атмосфера - роскошные пейзажи с чистыми пляжами, вкусное вино и древние монастыри. Славится остров и своими пещерами, Мелиссина - самая красивая из них. Только вот неумолимые время и природа сделали пещеру дырявой - после землетрясения купол частично обрушился и теперь внутрь проникает солнечный свет. Однако это только приукрасило подземное убранство. Теперь озеро в пещере просвечивается насквозь солнечными лучами, посетители могут полюбоваться прозрачной водой изумительно голубого оттенка. Но пить ее нельзя - она соленая, так как прибывает из моря по скрытым каналам. Это место задолго до туристов облюбовали древнегреческие жрецы, устроившие тут святилище бога Пана. Немало вокруг пещеры и легенд, а разве можно в Греции обойтись без них? Сказывают, что в подземном озере утопилась нимфа Мелисса. Причиной ее гибели называют то ли холодность к ней Пана, то ли его измены, а может и наоборот, настойчивые домогательства. Попав в это место, лучше всего будет покататься по озеру на лодке. Ближайший к пещере город - Сами, а добраться сюда можно на автобусе, следующем от столицы Кефаллонии, города Аргостоли.
Постойна Яма, Словения. Название "постойна" в переводе со словенского означает "Постоялый двор", а "яма" и переводить не надо. "Постойна Яма" - это самая большая пещера всей Словении и одна из самых крупных в Европе вообще. Здесь подземные галереи раскинуты на 20 километров. Природа создала такую красоту в недрах известнякового плато Красе с помощью речки Пивки. Однако, несмотря на свое название, пещера никогда не выступала в качестве постоялого двора. Зато уже в XIX веке ее благоустроили специально для посещения туристов. Здесь появилось электричество и первая в мире пещерная железная дорога. Поезд преодолевает 7 километров пути мимо необычных сталактитов и сталагмитов, дальнейший путь приходится совершать пешком. Самый большой зал в пещере называют Концертным, неудивительно, что именно тут когда-то состоялась даже целая конференция спелеологов. Интересны и местные водоемы, ведь тут водятся даже живые существа - протеи. У них нет глаз, они похожи на смесь ящерицы-альбиноса и червяка. Протеи являются дальними родственниками саламандр. Побывав тут, постойте на Русском мостике, построенным после Первой мировой войны руками русских военнопленных специально для австрийцев. Неподалеку отсюда находится город Постойна, но доехать будет от Любляны - автобус сюда доберется за час.
Мраморная пещера, Украина. Плато крымской горы Чатыр-Даг буквально усыпано колодцами, шахтами и пещерами. Самое известное тут место - Мраморная пещера. Популярность ей принесли большие размеры (длина - боле двух километров) и привлекательный антураж. Посетители сначала попадают в зал, именуемый "Галереей сказок". Здесь возвышаются сталагмиты, которые напоминают своим видом фантастических существ. Можно увидеть Деда Мороза, Мамонтенка и Царевну-Лягушку. В следующем зале - Дворцовом, располагается созданная природой нерукотворная королевская чета вместе со свитой. Также в пещере есть Зал Перестройки. Не совсем понятно, почему он получил такое название, ведь его главная достопримечательность - огромный сталагмит "Башня, которая упала". Туристы могут заглянуть в галерею "Тигрового хода", в которой когда-то были найдены кости пещерного медведя. Всю здешнюю красоту можно обойти за час, для людей здесь оборудованы специальные тропинки среди натечных образований. В пещере можно найти даже жемчуг, который образуется от упавших в лужи воды маленьких сталактитов. Хотя от жемчуга никакой ценности и нет, но выглядит он интересно. Ближе всего от пещеры находится село Мраморное, а добраться сюда можно на маршрутном такси от Ялты.
Новоафонская пещера, Россия. Это образование в Абхазии является одним из крупнейших в мире. Пещера находится внутри Апсарской горы близ Новоафонского монастыря, этим она и обязана свои названием. В подземелье находятся девять огромных залов, высота потолка достигает до 100 метров. Внутри пещеры помимо озер есть и масса сталактитов в форме медуз, оленей и фантастических существ. Это необычное место было открыто в середине XX века. В пещеру ведет провал, прозванный Бездонной ямой. Хотя он и был известен местным жителям довольно давно, но только в 1961 году спелеолог Гиви Смыр решил исследовать это место. Сегодня попасть в пещеру намного легче, чем тогда. Летом здесь курсирует подземная железная дорога, туристы даже зовут ее в шутку абхазским метро. Поезд ходит между тремя станциями, а вот дальше надо будет пройтись пешком, по специально выложенным дорожкам. Недавно залы были переименованы по политическим причинам - Зал грузинских спелеологов стал Залом спелеологов, а Зал Сухуми - Залом имени Гиви Смыра. Многие туристы любят громко покричать в центре зала Апхярца - ведь тут отличное и громкое эхо. Ближе всего к пещере распложен город Новый Афон, а добраться сюда лучше будет из Сочи или Адлера на маршрутном такси. По пути в районе реки Псоу будет пересечена граница с Абхазией.
Кунгурская пещера, Россия. Это место является гордостью Урала, сам пещера скрыта в глубинах Ледяной горы. Здесь довольно прохладно, в некоторых удаленных гротах температура вообще не поднимается выше 0, зимой же тут все -30°С. Такой уникальный климат стал причиной появления довольно редких украшений - кристаллов из многолетнего льда. Для того чтобы придать им еще более завораживающий вид, здесь присутствует лазерная подсветка, в частности под сводами Полярного и Бриллиантового гротов. Для туристов в пещере располагаются и ледовые скульптуры, созданные уже человеком. Но не тока наледями славится это место, здесь присутствуют и вполне традиционные красоты - сталагмиты, сталактиты, а озер тут около 70. Самое большое из них, Большое озеро, занимает почти полтора квадратных километра. Однако холод не мешает присутствовать в пещере живым существам, когда-то здесь жил и человек. Говорят, что в Крестовом гроте когда-то была избушка отшельника. В пользу этой теории свидетельствует и выкопанный тут колодец, да и нашли тут недавно чей-то лапоть. В Коралловом гроте тут устроен бар, в котором можно отметить спуск. Ближайший к пещере город - Кунгур, а добраться сюда можно на автобусе из Екатеринбурга, дорога займет 5 часов.
Пещера тростниковой флейты, Китай. В центре района Гуанси располагается древний город Гуйлинь. Местность тут очень живописная, вокруг теснятся известняковые скалы причудливой формы. Их спутниками традиционно являются карстовые пещеры, коих вокруг Гуйлиня множество. Самая красивая из них - Пещера тростниковой флейты. Свое имя она получила благодаря разросшемуся около ее входа тростнику. Считается, что именно из стеблей этого растения получаются в Китае самые мелодичные флейты. Пусть подземелье и не огромное - его длина всего 500 метров, зато природа здесь вдоволь поработала над дизайном интерьеров. Да и сами китайцы решили дополнить впечатления красочной подсветкой. В результате гроты напоминают дворцовые сады и залы, только места деревьев и колонн тут заняли сталагмиты и сталактиты. В одном из залов туристов привлекает подземное озеро, а в другом поражает воображение гигантский сталактит Посох Царя драконов. Он подпирает свод зала Хрустальный дворец, тут может одновременно разместиться почти 1000 человек. Гиды уверяют, что заблудившиеся туристы могут потеряться по времени. Рассказывают, что один зевака провел тут три года, хотя ему показалось, что прошло несколько часов. Ближе всего к пещере располагается город Гуйлинь, путь же от Пекина займет полтора дня.
Мамонтова пещера, США. Смешно, но в пещере как раз таки мамонтов никогда и не водилось. Просто английское слово mammoth также означает и "громадный". Еще в XIX веке в штате Кентукки под хребтом Флинта была обнаружена эта пещера. Сначала в ней добывали селитру, но однажды залежи истощились и некий предприниматель выкупил то место. Он с помощью слуг пытался исследоваться глубину подземелья, однако так и не сумел. К началу XX века в пещере было обнаружено целых 5 ярусов и более 200 гротов, галерей и переходов. Общая их протяженность составила целых 500 километров! Конец этой подземной страны так до сих пор и не найден. Вот только не может похвастаться Мамонтовая пещера особыми красотами или чудесами. Ее своды состоят из красного известняка, который практически не образует натеков, так что здесь меньше фигурных сталактитов, чем в других пещерах, много скромнее по размерам. Визуальный ряд хоть и беден, зато места зовутся дольно звучно - один из коридоров именуется Бродвеем, а подземная река - Стиксом. Впрочем, есть нечто, что гиды рады продемонстрировать гостям - каменное изваяние, напоминающее профиль матери президента Джорджа Вашингтона. Чтобы туристы не оставляли на стенах свои автографы им выделен специальный Зал записей Солидные гости могут оставить не настенную надпись, а почтенную визитку. От крупнейшего города Кентукки, Луисвилла сюда можно добраться на автомобиле за 4-5 часов, а ближе всего в пещере располагается город Браунсвилл.
Карстовые пещеры - это подземные полости, образовавшиеся в толще земной коры, в районах распространения легкорастворимых карбонатных и галогенных горных пород. Подвергаясь выщелачиванию и механическому воздействию, эти породы постепенно разрушаются, что приводит к образованию различных карстовых форм. Среди них наибольший интерес вызывают подземные карстовые формы - пещеры, шахты и колодцы, характеризующиеся иногда весьма сложным строением.
Одним из основных условий развития карстовых пещер является наличие карстующихся горных пород, отличающихся значительным литологическим разнообразием. Среди них выделяются карбонатные породы (известняки, доломиты, писчий мел, мраморы), сульфатные (гипсы, ангидриты) и галоидные (каменная, калийная соли). Карстующиеся породы имеют весьма широкое распространение. Во многих местах они перекрываются маломощным чехлом песчано-глинистых отложений или непосредственно выходят на поверхность, что благоприятствует активному развитию карстовых процессов и образованию различных карстовых форм. На интенсивность карстообразования значительное влияние оказывает также мощность пород, их химический состав и особенности залегания.
Как уже говорилось, строителем карстовых пещер является вода. Однако чтобы вода могла растворять горные породы, они должны быть водопроницаемы, т. е. трещиноваты. Трещиноватость пород является одним из основных условий развития карста. Если карбонатный или сульфатный массив монолитен и состоит из твердых разностей пород, лишенных трещиноватости, то он не подвергается воздействию карстовых процессов. Однако такое явление встречается редко, так как известняки, доломиты и гипсы трещиноваты по своей природе. Трещины, рассекающие известняковые массивы, имеют различное происхождение. Выделяют трещины литогенетические, тектонические, механической разгрузки и выветривания. Наиболее распространены тектонические трещины, которые обычно секут различные слои осадочных пород, не преломляясь при переходе из одного слоя в другой и не меняя своей ширины. Тектоническая трещиноватость отличается развитием сложных взаимно перпендикулярных трещин шириной 1-2 мм. Наибольшей раздробленностью и трещиноватостью горные породы характеризуются в зонах тектонических нарушений.
Выпадая на поверхность карстующегося массива, атмосферные осадки по трещинам различного происхождения проникают в глубь этого массива. Циркулируя по подземным каналам, вода выщелачивает горную породу, постепенно расширяет подземные проходы и образует иногда громадные гроты. Движущаяся вода является третьим обязательным условием развития карстовых процессов. Без воды, растворяющей и разрушающей горные породы, не было бы карстовых пещер. Вот почему особенности гидрографической сети и своеобразие гидрогеологического режима в значительной мере определяют степень кавернозности карстующихся толщ, интенсивность процессов выщелачивания и условия развития подземных полостей.
Основную роль в формировании многих карстовых полостей играют инфильтрационные и инфлюационные дождевые и талые снеговые воды. Такие пещеры - коррозионно-эрозионного происхождения, поскольку разрушение породы происходит как за счет ее химического выщелачивания, так и путем механического размыва. Однако не следует думать, что эти процессы протекают одновременно и непрерывно. На разных стадиях развития пещер и на разных их участках доминирует обычно один из указанных процессов. Образование некоторых пещер целиком связано или с коррозионными, или с эрозионными процессами. Встречаются также нивально-коррозионные пещеры, своим происхождением обязанные деятельности талых снеговых вод в зоне контакта снежной толщи с карстующейся породой. К ним относятся, например, сравнительно неглубокие (до 70 м) вертикальные полости Крыма и Кавказа. Многие пещеры возникли в результате обвала кровли над подземными коррозионно-эрозионными пустотами. Некоторые естественные полости образовались путем выщелачивания горных пород восходящими по трещинам артезианскими, минеральными и термальными водами. Таким образом, карстовые пещеры могут иметь коррозионное, коррозионно-эрозионное, эрозионное, нивально-коррозионное, коррозионно-гравитационное (провальное), гидротермальное и гетерогенное происхождение.
Помимо инфильтрационных, инфлюационных и напорных вод в образовании пещер определенную роль играют также конденсационные воды, которые, собираясь на стенках и потолке пещер, разъедают их, создавая причудливые узоры. В отличие от подземных ручьев конденсационные воды воздействуют на всю поверхность полости, в связи с чем оказывают наибольшее влияние на морфологию пещер. Особенно благоприятными условиями для конденсации влаги характеризуются небольшие полости, расположенные на значительной глубине от поверхности, поскольку количество конденсационной влаги находится в прямой зависимости от интенсивности воздухообмена и в обратной от объема полости. Наблюдения, проведенные в Горном Крыму, показали, что в исследованных карстовых пещерах в течение года конденсируется 3201,6 м 3 воды (Дублянский, Илюхин, 1971), а в подземных полостях всей главной гряды в 2500 раз больше (т. е. 0,008004 км 3). Эти воды отличаются большой агрессивностью. Жесткость их превышает 6 мг-экв (300 мг/л). Таким образом, за счет инфильтрационных вод пещеры Горного Крыма, как показывают несложные расчеты, увеличиваются по сравнению с общим объемом примерно на 5,3%. Средняя минерализация конденсационных вод около 300 мг/л, следовательно, они выносят в течение года 2401,2 т (8004 10 6 л X 300 мг/л) углекислого кальция. Суммарный вынос карбоната кальция карстовыми источниками Горного Крыма составляет около 45 000 т/год (Родионов, 1958). Следовательно, роль конденсационных вод в формировании подземных полостей сравнительно невелика, причем воздействие их на горную породу как агента денудации ограничивается в основном теплым периодом.
Как же идет процесс выщелачивания карстующихся пород? Рассмотрим этот вопрос в общем плане на примере карбонатных образований. Природные воды всегда содержат углекислоту, а также различные органические кислоты, которыми они обогащаются при контакте с растительностью и просачивании через почвенный покров. Под действием углекислоты карбонат кальция переходит в бикарбонат, который значительно легче растворяется в воде, чем карбонат
Эта реакция обратима. Увеличение содержания углекислоты в воде вызывает переход кальцита в раствор, а при уменьшении ее происходит выпадение из водного раствора бикарбоната кальция (известкового осадка), который накапливается в некоторых местах в значительном количестве. Между содержанием углекислоты и температурой воды существует обратная связь.
Резко возрастает растворимость известняков, когда подземные воды обогащены кислотами и солями. Так, при обогащении подземных вод серной кислотой реакция идет по уравнению
Выделившаяся в результате этой реакции углекислота оказывается дополнительным источником образования гидрокарбонатов.
Степень растворимости гипса и ангидрита также зависит от наличия тех или иных кислот и солей. Так, например, присутствие в воде СаCl 2 значительно снижает растворимость гипса, напротив, наличие в воде NCl и MgCl 2 увеличивает растворимость сульфата кальция. Растворение гипса в принципе может происходить и в химически чистой воде.
Хотя мы и называем карбонатные и сульфатные породы легкорастворимыми, однако растворяются они чрезвычайно медленно. Для образования подземных пустот требуются многие и многие тысячи лет. При этом карстующиеся породы растворяются и разрушаются только по трещинам, вне трещин они остаются по-прежнему очень прочными и твердыми.
Проникающие в карстовые массивы по трещинам и тектоническим нарушениям атмосферные воды характеризуются сначала преимущественно вертикальным движением. Достигнув водоупора или местного базиса эрозии, они приобретают горизонтальное движение и текут обычно по падению пластов горных пород. Часть воды просачивается в глубокие горизонты и формирует региональный сток. В этой связи в карстующемся массиве выделяется несколько гидродинамических зон, а именно - зона поверхностной, вертикальной, сезонной, горизонтальной, сифонной и глубинной циркуляции карстовых вод (рис. 1). Каждая из указанных гидродинамических зон характеризуется определенным набором карстовых форм. Так, к зоне вертикальной циркуляции вод или к зоне аэрации приурочены в основном вертикальные подземные полости - карстовые колодцы и шахты. Они развиваются вдоль вертикальных или пологонаклонных трещин в результате периодического выщелачивания горных пород талыми снеговыми и дождевыми водами. В зоне горизонтальной циркуляции, где происходит свободный сток безнапорных вод к речным долинам или периферии карстующегося массива, формируются горизонтальные пещеры. Наклонные и горизонтальные полости отмечаются в зоне сифонной циркуляции, характеризующейся напорными водами, которые движутся в подрусловых каналах нередко ниже местного базиса эрозии.
На развитие пещер, кроме морфоструктурных и гидрогеологических особенностей, существенно влияют также климат, почвы, растительность, животный мир, а также хозяйственная деятельность человека. К сожалению, роль этих факторов в пещерообразовании изучена в настоящее время далеко не достаточно. Хочется надеяться, что этот пробел в ближайшем будущем будет ликвидирован.
Теория происхождения известняковых карстовых пещер, развивающихся в породах с горизонтальным залеганием слоев, была разработана У. М. Девисом (1930). В эволюции так называемых двуцикловых пещер, образовавшихся при двукратном поднятии известнякового массива, он различал пять основных этапов: а) зачаточные каналы, формирующиеся в зоне полного насыщения медленно движущихся фреатических вод, находящихся под давлением; б) зрелые галереи, когда в условиях распространения безнапорных вадозных потоков начинает доминировать механический размыв (корразия); в) сухие галереи, возникшие в результате ухода воды в глубь массива вследствие местного поднятия территория; г) натечно-аккумулятивная, характеризующаяся заполнением галерей натечно-капельными и другими пещерными отложениями; д) разрушение подземных галерей (пенепленизация).
На основе развития взглядов Девиса было создано представление о фреатической (пещерные галереи разрабатываются грунтовыми водами, находящимися под давлением) и вадозной (подземные воды свободно, не под напором, движутся по галереям в сторону дренирующих систем) стадиях развития пещер (Бретц, 1942).
Наиболее полно вопросы эволюции подземных полостей разработаны советскими исследователями Г. А. Максимовичем (1963, 1969) и Л. И. Маруашвили (1969), которые выделили несколько стадий формирования горизонтальных карстовых пещер. Первая стадия - трещинная, затем щелевая. По мере увеличения ширины трещин и щелей в них проникает все большее количество воды. Это активизирует карстовые процессы особенно на участках чистых разностей пород. Пещера переходит в каналовую стадию. При расширении каналов подземные потоки приобретают турбулентное движение, что благоприятствует еще большему усилению процессов коррозии и эрозии. Это стадия подземной реки, или воклюзовая. Она характеризуется значительным заполнением подземного канала водным потоком и выходом его в виде воклюзного источника на дневную поверхность, а также образованием органных труб, обвалом сводов, ростом гротов.
В связи с размывом дна подземного канала вода просачивается по трещинам в глубь карбонатных и галогенных толщ, где на более низком уровне разрабатывает новые полости, формируя более низкий этаж пещеры (рис. 2). Постепенно подземные каналы расширяются. Водный поток частично, а затем полностью уходит в нижние горизонты массива, и пещера становится сухой. В нее проникают по трещинам в кровле лишь инфильтрационные воды. Это коридорно-гротовая натечно-осыпная (водно-галерейная, по Л. И. Маруашвили) стадия развития пещеры. Она отличается широким распространением химической и механической аккумуляции (в гипсовых пещерах стадия натечной аккумуляции отсутствует). Потолок и стены пещеры покрываются разнообразными кальцитовыми натеками. Образуются каменные и земляные «осыпи, последние располагаются преимущественно под органными трубами. Накапливаются также отложения рек и озер. С уходом водотока дальнейшее увеличение подземной полости резко замедляется, хотя коррозионная деятельность продолжается за счет инфильтрационных и конденсационных вод.
По мере развития пещеры она переходит в коридорно-гротовую обвально-цементационную (сухо-галерейную, по Л. И. Маруашвили) стадию. На этой стадии в результате обрушения кровли над подземными полостями возможно вскрытие некоторых частей пещеры. Постепенное обрушение свода пещеры приводит к полному ее уничтожению, что особенно характерно для верхних частей с небольшой мощностью кровли. На уцелевших участках остаются лишь карстовые мосты и узкие арки. При полном разрушении пещеры образуется карстовая долина.
Если толща кровли превышает 100-200 м, то провалов в ней, как правило, не образуется, а подземные полости заполняются обрушившимися с потолка глыбами породы и принесенными песчано-глинистыми отложениями, которые разбивают пещеру на отдельные изолированные полости. В этом случае развитие пещеры заканчивается коридорно-гротовой обвально-цементационной стадией (грото-камерная стадия, по Л. И. Маруашвили).
Продолжительность отдельных стадий пещерообразо-вательного цикла, отличающихся своими гидродинамическими и морфологическими особенностями, спецификой физико-химических процессов и своеобразием биоклиматических условий, измеряется десятками и сотнями тысячелетий. Так, сухо-галерейная стадия пещеры Кударо на Кавказе продолжается уже 200-300 тыс. лет (Маруашвили, 1969). Что касается ранних стадий развития пещер (трещинная, щелевая, каналовая и воклюзовая), то их продолжительность значительно короче. Пещеры «могут достигать зрелого водно-галерейного состояния за несколько тысячелетий от начального момента своего развития». В этом отношении интересны экспериментальные исследования Е. М. Абашидзе (1967) по растворению стенок трещин глауконитовых известняков Шаорского водохранилища (Кавказ). Опыты показали, что за 25 лет непрерывной фильтрации в зависимости от скорости потока волосные трещины размером 0,1-0,25 мм могут увеличиваться до 5-23 мм.
Таким образом, карстовые пещеры характеризуются сложной эволюцией, особенности которой зависят от сочетания самых различных факторов, определяющих нередко значительные отклонения от рассмотренной схемы. Развитие пещер в силу тех или иных причин может прекратиться или вновь начаться на любой морфолого-гидрологической стадии. Сложные пещерные системы состоят обычно из участков, находящихся на разных стадиях развития. Так, в Ищеевской пещере на Южном Урале в настоящее время встречаются участки от каналовой стадии до карстовой долины.
Особенностью многих пещер является их многоярусность, причем верхние ярусы всегда значительно старше нижележащих. Количество этажей у разных пещер изменяется от 2 до 11.
Расстояние между двумя смежными уровнями многоэтажных пещер колеблется от нескольких метров до нескольких десятков. Обрушение сводов, разделяющих пещерные этажи, приводит к образованию гигантских гротов, достигающих иногда высоты 50-60 м (пещеры Красная и Анакопийская).
Появление нового этажа Г. А. Максимович связывает с тектоническим поднятием района, где находится пещера. Н. А. Гвоздецкий основную роль в развитии многоэтажных пещер в условиях большой мощности карстующихся пород отводит восходящим движениям, которые рассматривает не как нарушающий фактор, а как общий фон эволюции карста. По мнению Л. И. Маруашвили, многоярусность пещер может быть определена не только тектоническим поднятием карстового массива, но и общим понижением уровня океана (эвстазия), что вызывает интенсивное углубление речных долин и быстрое снижение уровня горизонтальной циркуляции карстовых вод.
Ярусность лучше всего выражена у пещер равнинных и предгорных территорий, отличающихся сравнительно медленными тектоническими поднятиями. В процессе формирования пещер иногда наблюдается смещение оси пещерных галерей от первоначальной вертикальной плоскости. Интересна в этом отношении пещера Цуцхватская. Каждый более молодой (из четырех нижних) ярус этой пещеры сдвинут по отношению к предыдущему к востоку, в связи с чем подземный отрезок реки Шапатагеле в настоящее время находится значительно восточнее, чем в период формирования более высоких зтажей пещеры. Смещение оси пещерных галерей связано с наклоном тектонических трещин, к которым приурочены подземные полости.
Каков же возраст карстовых пещер и по каким признакам можно судить о начале формирования пещеры? По мнению Л. И. Маруашвили, за начало формирования пещеры следует принимать период перехода ее в натечно-осыпную (водно-галерейную) стадию, поскольку на более ранних стадиях своего развития пещера еще не является в обычном понимании пещерой: она плохо разработана, полностью заполнена водой и совершенно непроходима.
Для определения возраста пещер применяются различные методы исследования, в том числе палеозоологический, археологический, радиоуглеродный и геоморфологический. В последнем случае сопоставляется гипсометрический уровень пещер с уровнями поверхностных форм. К сожалению, многие из этих методов позволяют определить лишь верхний предел возраста пещеры. Прямыми и косвенными данными доказывается весьма длительное существование карстовых пещер, определяемое иногда многими миллионами лет. Разумеется, возраст пещер в значительной мере зависит от литологического состава пород, в которых они формируются, и общей физико-географической обстановки. Однако даже в легкорастворимых сульфатных (гипс, ангидрит) образованиях пещеры сохраняются весьма длительное время. Интересны в этом отношении гипсовые пещеры Подолии, начало формирования которых относится к верхнему миоцену. И. М. Гуневский, исходя из особенностей геологического строения территории, степени трещиноватости пород, характера рельефа, морфологии подземных полостей и строения натечных образований, выделяет следующие этапы формирования подольских пещер: верхнесарматский (начало интенсивной глубинной эрозии), раннеплиоценовый (характеризующийся интенсификацией процессов вертикального направления), позднеплиоценовый (процессы горизонтальной циркуляции подземных вод преобладают над вертикальными), раннеплейстоценовый (процессы образования пещер достигают максимальной интенсивности), среднеплейстоценовый (процессы подземного карстообразования начинают затухать), позднеплейстоценовый (аккумуляция минеральных и хемогенных образований), голоценовый (аккумуляция глыбовых отложений). Таким образом, возраст самых крупных в мире гипсовых пещер Оптимистической, Озерной и Крывченской в Подолии превышает, по-видимому, 10 млн. лет. Возраст известняковых пещер может быть еще более значительным. Так, некоторые древние карстовые пещеры Алайского хребта (Средняя Азия), имеющие гидротермальное происхождение, по мнению 3. С. Султанова, образовались в верхнепалеозойское время, т. е. более 200 млн. лет назад.
Древние пещеры встречаются, однако, сравнительно редко, сохраняясь длительное время лишь в наиболее благоприятных природных условиях. Большинство карстовых пещер, особенно в сильно обводненных сульфатных породах, имеет молодой, преимущественно четвертичный или даже голоценовый возраст. Разумеется, отдельные галереи сложно построенных многоярусных пещер образовались в разное время и возраст их может изменяться в значительных пределах.
Для количественной оценки карстовых полостей Г. А. Максимович (1963) предлагает два показателя: плотность и густоту карстовых пещер. Под плотностью понимается количество пещер, отнесенных к площади 1000 км 2 , а под густотой - общая протяженность всех полостей в пределах той же условной площади.
Ж. Корбель предложил характеризовать величину карстовых пещер показателем пустотности, вычисляемым по формуле
где V - объем растворимой породы, в которой развита пещера, в 0,1 км 3 ; L - расстояние (на плане) между крайними точками по основной оси системы полостей - 0,1 км; J - расстояние между двумя наиболее удаленными точками по перпендикуляру к основной оси - 0,1 км; Н - разница отметок между самой высокой и самой низкой точками пещерной системы - 0,1 км.
Для определения крупности пещер существует также и другой способ, который связан с подсчетом объема полостей. Если полость имеет сложную форму, то ее следует представить в виде совокупности различных геометрических фигур (призмы, цилиндра, полного и усеченного конуса, полной и усеченной пирамиды с любым по форме основанием, шара и т. д), объем которых вычисляется по формуле Симпсона
где v - объем геометрической фигуры, м 3 ; h - высота фигуры, м; s 1 , s 2 , s 3 - площади нижнего, среднего и верхнего сечения фигуры, м 2 . Проверка этого метода крымскими спелеологами показала, что ошибки при подсчете объема полостей по формуле Симпсона не превышают 5-6%.