Открытый карст

Карст открытый образуется при выходе растворимых пород непосредственно на дневную поверхность, при этом образуются самые разнообразные поверхностные и подземные формы карста.

Поверхностные карстовые формы. К ним относятся карры, поноры, ниши, воронки, котловины и полья (рис. 16.9).

Карры — это углубления на поверхности растворимых пород в форме шрамов, борозд, трещин, трубок, лунок, ячеек, желобков, рвов глубиной от нескольких сантиметров до 1—2 м. Характерно, что они могут развиваться как на горизонтальной, так и на вертикальной поверхностях при чередовании пород разной растворимости (рис. 16.10).

Поноры — вертикальные, или крутонаклонные, каналы, уходящие в глубину растворимых пород. Поноры могут поглощать не только временные водотоки, образующиеся во время весеннего снеготаяния и ливневых дождей, но и крупные речки во время засухи, когда понижается уровень фунтовых вод. Большое распространение имеют доноры на Лено-Киренгском водоразделе Иркутского амфитеатра. Они не только поглощают воду таких рек, как Мандра, Речка, Знойная (правобережье р. Лены, ниже устья р. Чаи), но отмечается и значительный отток речных вод из таких крупных рек, как Моголь, Кутима (притоки р. Киренги) и др.

Карстовые ниши разных размеров образуются на крутых откосах и отвесных обрывах при растворении и выщелачивании известняков поверхностными и подземными водами по трещинам наслоения, реже по вертикальным и крутонаклонным трещинам.

Карстовые воронки — наиболее распространенные поверхностные формы карстового рельефа. Они имеют формы блюдец, овальных и округлых чаш со склонами различной крутизны диаметром от первых метров до 50—300 м и более (рис. 16.11). Глубина их колеблется от 1—2 до 20—50 м. Н.А. Гвоздецкий выделяет три основных генетических типа воронок.

1. Воронки поверхностного выщелачивания образуются за счет выщелачивания и выноса продуктов выщелачивания в растворенном состоянии через подземные каналы (возможно поноры); часто такие воронки тянутся вдоль подножия крутых склонов и приурочены к границе растворимых и нерастворимых пород, служащих водоупорами, поэтому они отличаются незначительной глубиной, обусловленной мощностью растворимых пород. В Приольхонье длинные цепи таких мелких воронок наблюдаются у подножия крутых склонов, сложенных мраморами ольхонской серии архея на контакте с гнейсами.

2. Провальные воронки (или гравитационные) образуются путем обвала свода подземной полости и возникают за счет выщелачивания карстующихся пород на глубине. Такие воронки приурочены к участкам дренирования подземных вод, где происходит их интенсивная циркуляция, способствующая формированию подземных карстовых отложений.

3. Воронки просасывания (или коррозионно-суффозионные) образуются путем вымывания 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. Распространен и переходный тип между последними двумя типами.

Воронки наблюдаются в разных климатических зонах, особенно широко в Крыму, Альпах, Карпатах, Сибири, на Кавказе и Урале. Так, Г.И. Вологодский описывает в Западном Прибайкалье десятки погребенных воронок, многие из которых достигают 300—1000 м ширины при глубине до 30—80 м и крутизне склонов до 60—80°. Они заполнены пестроцветными глинами каолинитового состава, возраст которых определяется как мел-палеогеновый. Некоторые из них осложнены более молодыми четвертичными и современными воронками, что свидетельствует о продолжающемся их развитии и в современную эпоху.

В пределах Иркутского амфитеатра, как и на Русской платформе, довольно широко распространены провальные воронки, формирование которых обусловлено проседанием рыхлых неогеновых отложений в карстовые полости нижележащих карбонатных пород нижнего кембрия. В таких воронках образуются озера с высокой минерализацией воды до 190 г/л, имеющей сульфатно-натриевый состав. Глубина воронки — 18 м, ширина — до 200 м, а озера соответственно 3 и 60—75 м.

Источник и высокая минерализация воды объясняются, с одной стороны, подтоком нижнекембрийских вод через толщу третичных и юрских отложений, а с другой — испарением воды и деятельностью серных бактерий.

В Приольхонье довольно часто встречаются небольшие овальной формы озера трещинно-карстового происхождения (рис. 16.12).

Котловины образуются либо в результате разрастания и слияния отдельных карстовых воронок, либо в процессе оседания обширных участков земной поверхности над нижележащими закарстованными толщами. Для них характерны крутые склоны высотой в десятки, а иногда и в сотни метров, относительно выровненное дно. Днища котловин иногда заболочены и сложены довольно мощной толщей рыхлых отложений. В понижениях некоторых котловин расположены озера. Появление озер может быть связано или с вскрытием подземных вод, или с закупориванием отводных каналов в их днище. Такие котловины широко развиты в Ангаро-Ленском прогибе, по правобережьям рек Киренги и Лены, длина их достигает 6—15 км, а ширина до 2—4 км. Среди них встречаются формы как полузамкнутые, так и полностью замкнутые. Наиболее примечательны крупные карстовые котловины под названием Чаша и оз. Рица, расположенные на водоразделах. Чаша имеет глубину — 65 м, длину — 400 м и ширину 200 м, а оз. Рица имеет правильную округлую форму диаметром 175 м, глубиной 15,5 м. Крутизна склонов котловин достигает 30—50°. Котловина Чаша безводная, оз. Рица заполнено пресной водой, разгрузка его происходит посредством небольшого ручейка с расходом до 0,1 л/с. По своему происхождению котловины носят явно провальный характер. Дальнейшее слияние и разрастание котловин, воронок и других поверхностных форм карстового рельефа приводит к образованию польев.

Полья (название форм рельефа на Балканском п-ве) — крупные замкнутые понижения с крутыми склонами, на дне которых образуются временные или постоянные озера и исчезающие в по-норах ручьи и реки. При образовании польев обязательны выщелачивание и вынос растворенного вещества через подземные каналы. По Н.А. Гвоздецкому, они образуются тремя путями: путем подземного механического выноса нерастворимой породы, залегающей среди карстующихся известняков или на контакте с ними; путем слияния смежных воронок и котловин при их росте в горизонтальном направлении; провальные.

К первой группе относятся наиболее крупные полья на Балканском п-ве — Ливоньско полье — 379,3 км2. Широко распространены полья второго типа, например в Закавказье — полье ла Гвардии. Полья третьего типа обычно наибольшие, неправильной лопастной формы в плане, характерные не только для карбонатного, но и для гипсового карста, встречаются даже в платформенных условиях, например на севере Приволжской возвышенности. Пример полья провального генезиса — Ракова долина в Словении.

Карстовые останцы характерны в основном для зрелых стадий развития карста. Свойственны они для соляного карста, где особенно многочисленны и разнообразны, и для карбонатного, где развиваются в основном в тропических областях. По наблюдениям Н.А. Гвоздецкого, тропическому карсту присущи высокие и крутосклонные останцы в виде столбов, конусов, башен и более мелких — конусообразных и куполовидных форм. Схема образования останцев тропического карста представлена на рис. 16.13. Такие останцы наблюдаются в горах субтропического пояса (Памиро-Алтай, Закавказье), в умеренном и средиземноморском поясах Средней и Южной Европы. Есть останцовые горы и в Сибири: посреди широкой долины р. Окукикты при впадении ее в р. Киренгу стоит останцовая гора высотой 25—30 м. Возникновение ее, по всей вероятности, было подготовлено деятельностью трещинно-карстовых вод, использовавших в качестве своего пути зону тектонических нарушений, что привело к интенсивному разрушению пород вдоль этой зоны как на глубине, так и на поверхности.

Подземные карстовые формы. Среди подземных карстовых форм можно выделить карстовые колодцы, шахты, пропасти и пещеры.

Карстовые колодцы и шахты — это вертикальные, или крутонаклонные, полости, различающиеся по глубине: к шахтам относятся полости глубже 20 м и достигающие нескольких десятков, а то и сотен метров в глубину. При расширении и углублении и последующем обрушении в процессе размыва и выщелачивания они превращаются в пропасти — комбинации шахт с горизонтальными и наклонными пещерными ходами. Глубочайшая карстовая пропасть достигает глубины 1328 м — это Пьер-Сен-Мартен (Франция). Глубокие пропасти есть в Средней Азии — Килси (700 м), на Кавказе — Снежная (более 700 м), Назаровская (500 м), в Крыму — Каскадная (310 м), в Саянах — Кубинская (274 м) и др. Местами их образование связано с мощными восходящими карстовыми источниками. Такой является котловина оз. Церик-Гель (Кавказ) глубиной 258 м.

Карстовые пещеры — это самые крупные подземные карстовые формы, широко развитые в горах и равнинных областях. Большинство карстовых пещер образуется при ведущей роли выщелачивания, часто при совместном действии растворения и размыва горной породы. Значительна бывает и роль обрушения горных пород. Некоторые пещеры возникают под действием термальных и минеральных вод. Встречаются пещеры, представляющие собой в основе тектонические трещины, дальнейшее развитие которых происходит под действием процесса выщелачивания. Большие пещеры, как правило, зарождаются при полном заполнении пещерных каналов подземными водами, циркулирующими под гидростатическим давлением с большими скоростями и производящими интенсивную растворяющую и размывающую деятельность. Такие пещеры представляют собой сложную систему горизонтальных и наклонных каналов, узких ходов и вертикальных колодцев, переходящих в огромные гроты. Во многих пещерах есть подземные ручьи, реки и озера. Известны крупные многоэтажные пещеры. Палеозоологические и археологические исследования свидетельствуют о более древнем возрасте верхних этажей в сравнении с нижними, что указывает на определенные эрозионно-аккумулятивные циклы единой природы в развитии рек и карстовых процессов. Г.А. Максимович описал шесть этажей Кунгурской пещеры. На дне ее расположено много озер, чей уровень зависит от изменения уровня воды в р. Сылве, с понижением которого происходит и понижение уровня подземных вод. Старая пещера при этом осушается, а новая формируется ниже уровня равновесия: река — подземные воды. Есть многоэтажные пещеры и в поле развития карста Иркутского амфитеатра. На левобережье р. Ангары в днище впадины р. Худугуна в толще доломит-нгидритов ангарской свиты расположена Худугунская пещера, впервые описанная Н.И. Соколовым в 1933 г. Все ходы размещены в интервале глубин 2,5—12,5 м и образуют пять этажей (рис. 16.14). Общая длина всех обследованных ходов около 1000 м. Эта пещера представляет собой классический пример развития карстовых пещер — по тектоническим трещинам. Одной из наиболее красивых пещер в Приольхонье по своим натечным образованиям является пещера «Мечта» (рис. 16.15).

В 1973 г. на VI Международном спелеологическом конгрессе, проходившем в Чехословакии, был составлен перечень крупнейших пещер мира: Флинт-Ридж-Мамонтова (США) — 290 км; Хельлож (Швейцария) — 119 км; Оптимистическая (Западная Украина) — 109 км; Кристальная (Украина) — 18,8 км; Красная (Крым) — 13,1 км; Воронцовская (Западный Кавказ) — 10,1 км; Орешная (Красноярск) — 10 км; Кунгурская (Урал) — 5,5 км и др.

Отложения карстовых пещер представлены несколькими генетическими типами:

— наибольший интерес по красоте и разнообразию форм представляют собой натечные образования, сложенные карбонатом кальция — сталактиты и сталагмиты (рис. 16.16);

— остаточные образования, к которым относятся: терра-росса (красная земля) — красноцветные глинистые отложения, обогащенные гидроокислами железа и алюминия, и доломитовая мука, часто заполняющая карстовые полости;

— карбонатные брекчии — обломочные породы, часто очень рыхлые, мучнистые, состоящие из угловатых обломков доломитов или известняков, образующихся в результате обвала свода пещер;

— аллювиальные и озерные осадки подземных рек и озер, среди которых выделяются «пещерный» жемчуг в форме оолитов, пизолитов и конкреций размерами от нескольких миллиметров до 5 см;

— хемогенные осадки — известковые туфы — пористые карбонатные натечные образования, сложенные карбонатом кальция;

— пещерные и трещинные льды, образование которых связано с циркуляцией воздушных масс в карстовых полостях в зоне аэрации.

Исчезающие реки и озера. С областями развития карста связано такое интересное явление, как исчезающие реки и озера. Поглощение и отвод в глубину поверхностного стока рек понорами, воронками, полостями и другими карстовыми формами — частое явление в районах выходов на поверхность растворимых горных пород. Исчезающие реки обычны для севера Восточно-Европейской равнины, Приуралья, встречаются в Крыму, на Кавказе, в Приангарье, где воды крупной р. Китой в летнюю межень испытывают отток, измеряемый сотнями литров в секунду. Река Хамьхит с расходом до 300 л/сек буквально на протяжении 40—50 м полностью уходит в поноры правого склона.

Наряду с поглощением поверхностных вод происходит и разгрузка карстовых вод в форме мощных источников, часто приуроченных к зонам контакта карстующихся и водоупорных пород. Дебит таких источников составляет десятки, сотни, а иногда и тысячи литров в секунду.

Периодическое исчезновение вод в озерах карстовых областей связано с понижением уровня подземных вод в засушливое время года. Вода через поноры и воронки на дне озера уходит в карстовые полости, а в периоды выпадения обильных дождей, пополняющих запасы подземных вод, появляется вновь. Такие озера известны в Ленинградской, Псковской, Вологодской и Иркутской областях.