Поверхностные карстовые формы рельефа. Как образуются карстовые формы рельефа

Под термином «карст» (от названия плато Карст, или Крас, в Словении) понимают совокупность специфических форм рельефа и особенностей наземной и подземной гидрографии, свойственной некоторым областям, сложенным растворимыми горными породами, такими как каменная соль, гипс, известняк, доломит и др. И хотя каменная соль и гипс обладают большей растворимостью, чем известняки и доломиты, гипсовый и соляной карст развит сравнительно мало из-за незначительного распространения этих пород, особенно выходов их на дневную поверхность. Известняки и доломиты в обычных условиях характеризуются слабой растворимостью, но распространены они несравненно более широко, чем гипс или каменная соль. Кроме того, в определенных физико-географических условиях химическая агрессивность воды в областях распространения карбонатных пород может существенно возрастать и, если это еще сочетается с благоприятными геологическими условиями, возникают наиболее выразительные и занимающие обширные пространства карстовые ландшафты, приуроченные именно к карбонатным породам. Поэтому, имея в виду преимущественную приуроченность карстовых образований к областям развития известняков, можно считать, что наиболее изучен и наиболее распространен именно карбонатный (чаще известняковый) карст.

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

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

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

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

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

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

Рис. 15.1.

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

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

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

Рис. 6. Морфологические типы речных долин (по Д. Г. Панову)

1 - ущелье; 2 - каньон; 3 - V-образная долина; 4 - асимметричная доли­на; 5 - ящикообразная долина; 6 - долина с террасами.

Теснина - это глубоко врезанная эрозионная форма с вертикальными склонами.

Ущелье отличается от теснины V - образным поперечным профилем, оно часто имеет выпуклые склоны.

Каньон имеет V - образный профиль, но отличается ступенчато­стью склонов.

У всех этих типов дно почти целиком занято руслом. Поперечные профи­ли их обычно симметричны.

Профили большинства речных долин на равнине асимметричны. Причи­ной этого являются:

1. Геологическое строение и неотектонические движения;

2. Отклонение течения рек силой Кориолиса;

3. Влияние склоновых процессов.

Примером влияния геологического строения является куэстовый тип до­лин, формирующийся в условиях наклонного залегания пород различной плот­ности. Большинство рек северного полушария имеют крутой пра­вый берег и пологий левый. Это объясняется силой Кориолиса, отклоняющей течение рек в северном полушарии вправо. Асимметрия склонов может образовываться из-за многочисленных оползней.

Типы эрозионного и эрозионно-денудационного рельефа. Флювиальный тип рельефа складывается из положительных и отрицательных форм. От­рицательными эрозионными формами при этом являются: речные долины, бал­ки, овраги. Между ними - положительные формы: междуречья, меж­балочные и межовражные водоразделы.

Формирование этого рельефа происходит под действием как постоянных водотоков, так и склоновых процессов. Поэтому его называют эрозионно-денудационным рельефом. Различают следующие типы этого рельефа:

1. Долинно-балочный;

2. Овражно-балочный;

3. Плоскогорный;

4. Рельеф типа «дурных земель» или бедлеид;

5. Куэстовый.

Долинно-балочный рельеф характерен для пластовых равнин, сложенных супесями, суглинками и глинами. Характер рельефа увалистый за счет чередо­вания речных долин и балок с вытянутыми возвышенностями, или увалами, с плоской вершинной поверхностью. Встречается этот рельеф на юге лес­ной, в лесостепи и очагами в степи.

Овражно-балочный рельеф развит в пределах пластовых равнин, сложен­ных рыхлыми породами - лессами, суглинками. Здесь кроме речных долин ос­новными формами рельефа являются овраги и балки, образующие сложно-разветвленные системы.

Плоскогорный тип рельефа (эрозионно-денудационный) сформировался в условиях горизонтальной структуры пластов стойких пород (Ставро­польская возвышенность). В условиях тектонического покоя и длительного воз­действия эрозионных процессов плоскогорный рельеф может превратиться в рельеф островных столово-останцовых возвышенностей.

Рельеф типа «дурных земель» - (бедленд) характеризуется тем, что кру­тостенные ветвящиеся овраги располагаются так близко друг к другу, что скло­ны их пересекаются образуя острые гребни. Ровных площадей почти нет. Этот рельеф образуется в условиях аридного климата на водо­упорных глинистых породах. Пример предгорья Тянь-Шаня.

Куэстовый тип рельефа формируется в областях, где распространены на­клонные пласты различной стойкости.

Геологическим строением и составом пород определяется большое раз­нообразие флювиальной скульптуры. Так, в предгорьях Среднеазиатских гор, сложенных различными рыхлыми породами, во времена ливней образуются ов­раги, имеющие почти округлую форму. Это адырный тип рельефа.

Сыртовый рельеф - характерен для районов, сложенных тонким глини­стым материалом. Овраги здесь приобретают округлые, вытянутые формы.

Кыровый рельеф формируется на плато, там, где с поверхности залегает плотный пласт, под которым находятся рыхлые слои. Места­ми возникают провалы - кыры.

Устья рек могут быть очень разнообразными. При впадении рек в море, океан или озеро обычно образуются дельты. Дельтой называется аккумулятивная форма, создаваемая рекой при впадении ее в конечный водоем. Название дано от греческой буквы ∆, на которую по форме похожа дельта реки, которая обычно характеризуется разде­лением реки на отдельные рукава.

Простейшим видом является клювовидная дельта, которая состоит из устьевого русла и двух прирусловых кос по обе стороны (Тибр). Бывает лопастная дельта, за счет де­ления русла на 2-3 рукава (р. Миссисипи). Многорукавная или мелколопастная дельта (р. Волга). Часто дельты выдвинуты далеко в море. Дельты выполаживания образу­ются при впадении реки в мелководный залив. Дельтовые отложения могут достигать большой мощности (в дельте р. Миссисипи они превыша­ют 1000 м). По площади дельты занимают десятки км 2 , образуя дельтовые рав­нины. Т.о., реки - мощный фактор аккумулятивного выравнива­ния рельефа и переноса осадков с континентов в океаны.

Карстом называют формы рельефа, которые образуются в областях, сло­женных растворимыми породами. Наиболее распространен известняковый карст, так как известняками сложена 1/3 площади континентов. Сущность кар­стовых процессов заключается в растворении породы поверхностными и под­земными водами.

Для развития карста необходимы следующие условия:

1. Растворимость пород и достаточная их мощность;

2. Проницаемость пород;

3. Мелкозернистая структура пород, т.к. мелкозернистые известняки растворяются лучше

4. Определенные климатические условия, то есть благоприятный темпера­турный режим, значительное количество осадков, наличие в воде раство­ренного СО 2 , который повышает растворяющую способность воды;

5. Пологий рельеф, так как на ровных поверхностях карст возникает быст­рее;

6. Наличие растительного покрова, так как за счет органических остатков вода обогащается С0 2 и гуминовыми кислотами;

7. Определенные гидрологические условия, то есть хорошая подземная цир­куляция воды.

В каждой карстовой области сверху вниз выделяют три зоны:

1 Верхняя зона охватывает толщу пород от поверхности - до зеркала грунтовых вод. Это зона аэрации, в которой отмечается свободное движение воды сверху вниз.

2, Зона периодически полного насыщения , где отмечаются колебания уровня подземных вод, связанные с периодическим поступлением воды с поверхности.

3. Зона постоянного насыщения . Верхней ее границей является самый низкий уровень грунтовых вод, а нижней границей - водоупорный горизонт.
Циркуляция воды в этой зоне горизонтальная. По окраинам карстовой области эта зона дает начало рекам, через которые происходит разгрузка подземных вод на земную поверхность. Наиболее активной в отношении глубинного карстообразования считают зону периодически полного насыщения.

Все карстовые формы рельефа делят на поверхностные, переходные и подземные.

Если карстующиеся породы непосредственно выходят на земную поверх­ность, то это открытый или голый карст. Если они перекрыты сверху некарстующимися отложениями, то это покрытый карст.

Голый карст встречается в горных районах, а покрытый - на равнинах. Выделяется еще закрытый карст, который отмечается в областях, где кар­стующиеся породы имеют большую мощность и в них содержится большое ко­личество различных примесей. После того, как растворимая часть этих пород полностью выщелачивает­ся, образуется кора выветривания, красноватого цвета - терра-росса (красная земля). В дальнейшем развитие карста под этой корой идет обычным путем. Это - закрытый карст.

В районе открытого карста под действием дождевых или талых вод на поверхности известняков образуется микрорельеф карров. Это система греб­ней и разделяющих их борозд, глубиной до 2 м. Такая поверхность называется каровыми полями.

Переходные формы соединяют поверхностные и подземные зоны. В местах повышенной трещиноватости известняков, при вертикальной циркуля­ции воды образуются поноры, то есть каналы, поглощающие поверхностные воды. При их расширении формируются карстовые воронки, имеющие щелеобразную, или блюдцеобразную форму. При большом расширении трещины превращаются в колодцы ишахты, которые могут достигать большой глуби­ны (Глубина шахты Снежная на Кавказе -1370 м.)

Провальные, или поверхностные воронки, при слиянии образуют слепые овраги, увалы и самые крупные карстовые формы - полья. Полья - это об­ширные, обычно плоскодонные, с крутыми стенками, карстовые понижения в несколько километров, а иногда в несколько десятков километров в поперечни­ке. Так, площадь Попова полья в Югославии - 180 км 2 . Полья могут иметь тектоническое происхождение, то есть карст развива­ется в крупных тектонических трещинах. Иногда они образуются за счет прова­ла над подземной рекой, или путем размыва и выноса продуктов размыва не­растворимых пород, залегающих среди известняков.

К подземным формам карста относятся пещеры и пропасти.

Пещерами называют подземные полости, образующиеся в карстовых об­ластях и имеющие один или несколько выходов на поверхность. Они образуют­ся при расширении водой подземных трещин. Во многих пещерах на днищах, стенках или сводах образуются натечные формы. На потолке в виде сосулек - сталактиты, на дне пещеры - сталагмиты. При их слиянии образуются на­течные колонны. В пещерах часто имеются подземные реки. Иногда подземны реки выходят на поверхность.

Зонально-климатические типы карста. В разных климатических зонах карст протекает по-разному. Выделяют:

1. Карст областей с умеренным климатом;

2. Карст субтропических и тропических областей.

В странах с умеренным климатом карстовые процессы развиваются дос­таточно интенсивно, но карстующиеся породы здесь обычно прикрыты почвенно-растительным покровом. Поэтому здесь встречается покрытый карст, а кар­стовые формы связаны с подземным выщелачиванием. На поверхности отме­чаются провалы и проседания рыхлого покрова над подземными полостями.

При субтропическом климате Средиземноморья карстовым процессам благоприятствует не только геологическое строение, но и климат. Здесь на по­верхность известняков воздействует ливневый характер атмосферных осадков, который сменяется засушливыми периодами. Для этой области характерно об­разование всех известных поверхностных, переходных и подземных карстовых форм рельефа.

В областях с тропическим климатом часто развиваются положительные формы карстового рельефа. По их морфологии различают: куполовидный карст, башенный, конический, котловинный. Э то разные стадии формирования карстового ландшафта.

Куполовидный карст характеризуется скоплением куполообразных воз­вышенностей, разделенных узкими седловинами. Высота возвышенностей - до 150 м.

Для башенного карста характерны крутостенные, изолированные друг от друга возвышенности, напоминающие башни, высота которых до 300 м. Эти возвышенности расположены на значительном расстоянии друг от друга. Как видно, углубление и расширение понижений здесь уже закончилось.

Конический карст отличается от башенного тем, что возвышенности имеют форму конусов, то есть склоны их значительно положе. Выполаживание их произошло за счет склоновых процессов.

Котловинный карст отличается разветвлением вогнутых карстовых кот­ловин, отделенных друг от друга островерхими известняковыми гребнями. Формирование этого карста происходит при глубоком залегании уровня грун­товых вод.

Для тропического карста характерны и обычные формы: воронки, колод­цы, полья. В тропической зоне отмечается очень интенсивный ход карстовых процессов.

5. КАРСТ И КАРСТОВЫЕ ФОРМЫ РЕЛЬЕФА

1.Условия карстообразования 2.Формы рельефа открытого карста 3.Пещеры карстовых областей 4.Пути развития карста 5.Зонально-климатические типы карста 6. Псевдокарстовые процессы и формы

1 . Условия карстообразования.Под термином «карст»

понимают совокупность специфических форм рельефа и особенностей наземной и подземной гидрографии, свойственной некоторым областям, сложенным растворимыми горными породами, такими, как каменная соль, гипс, известняк, доломит и др. И хотя каменная соль и гипс обладают большей растворимостью, чем известняки и доломиты, гипсовый и соляной карст развит сравнительно мало из-за незначительного распространения этих пород, особенно выходов их на дневную поверхность. Известняки и доломиты в обычных условиях характеризуются слабой растворимостью, но распространены они несравненно более широко, чем гипс или каменная соль.

В определенных физико-географических условиях химическая агрессивность воды может в известняковых областях существенно возрастать и в сочетании с благоприятными геологическими условиями, возникают обширные пространства карстовых ландшафтов, приуроченных к известнякам. Поэтому наиболее изучен и распространен известняковый карст.

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

Главное условие растворимости известняка - достаточное количество растворенного СО2 в воде. Тогда вода становится химически агрессивной и воздействует на карбонатные породы.

К условиям, определяющим развитие карста, относятся: а) рельеф на пологонаклонных поверхностях;

Б) чистота и мощность известняков; в) структура породы

Грубообломочные или ракушечные известняки карстуются гораздо меньше, чем однородные мелкозернистые известняки; г) климат, т. е. температурный режим, количество и характер выпадающих осадков наличие многолетней мерзлоты, препятствующей проникновению воды в карстующиеся породы; д) характер растительного покрова, способствующего повышению химической агрессивности воды; е) трещиноватость карстующихся пород - при наличии трещиноватости возникает возможность проникновения агрессивных вод в толщу породы и образования различных форм подземного карста, а также оттока вод, насыщенных углекислотой, с поверхности в глубь карстующихся пород; ж) подземная циркуляция.

2. Формы рельефа открытого карста

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

Наибольшее разнообразие форм рельефа и наибольшая активность карстовых процессов обычно свойственна голому карсту. Дождевые или талые воды, стекая по поверхности известняка, разъедают стенки трещин. В результате образуется микрорельеф карров илишраттов - система гребней и разделяющих их рытвин или борозд.

Карры развиты повсеместно и являются микроформами карстового рельефа. Однако их морфология, степень развития и размеры участков, занятых каррами, изменяются в широких пределах в зависимости от геологических условий и особенностей рельефа. Они образуются там, где карстующиеся гипсы обнажены или частично задернованы. Борозды и гребни располагаются примерно параллельно друг друга, если четко выражено падение слоев и трещиноватость пород совпадает с направлением падения. При более сложной системе трещиноватости карры располагаются совершенно неправильно, пересекаются, разветвляются и вновь сливаются. Глубина борозд может достигать 2,0 м. Покрытые каррами пространства называют карровыми полями . По мере расширения трещин гребни становятся все уже, надламываются и распадаются на отдельные обломки.

При интенсивной вертикальной циркуляции воды процесс растворения карстующихся пород приводит к образованию поноров - каналов, поглощающих поверхностные воды и отводящих их в глубину закарстованного массива. Величина и форма поноров разнообразны и зависят от степени их разработанности. На поверхности поноры выражены зияющими трещинами или отверстиями, в глубине ими начинается сложная система каналов вертикальной циркуляции воды. Расширение устий понора в процессе дальнейшего растворения приводит к образованиюкарстовых воронок различных размеров и форм в зависимости от возраста, типа карстующихся пород и их залегания от щеле- и колодцеобразных до блюдцеобразных. В закрытом карсте воронки образуются не только за счет растворения, но и в результате механического выноса - суффозии-в поноры залегающих с поверхности нерастворимых пород. Такие воронки называют карстово-суффозионными иливоронками просасывания.

Карстовые

формы рельефа 1

– кары; 2, 3

– воронки

поверхностн

выщелачива ния; 4 – провальная воронка; 5 – карстовая долина; 6 – полье; 7 – пещера.

Карстовая воронка - отрицательная форма рельефа, замкнутая впадина чашеобразной, конической или другой формы, диаметром до 50 метров, глубиной до 15 (иногда до 200) метров.

Карстовые воронки располагаются поодиночке или цепью вдоль тектонического разлома или подземного водотока. Обычно карстовые воронки образуются путем растворения поверхностных пород или при обрушении кровли подземной полости.

Котловины образуются в результате слияния двух или более карстовых воронок. В ходе своего развития близлежащие воронки разных генетических типов могут объединяться между собой, образуя карстовые котловины и ванны сложной формы с одним или несколькими понорами (или вообще без таковых). В случае комбинации эрозионной формы с карстовой воронкой возможно образование слепой балки или слепого оврага.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Формы карстового рельефа

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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