Карстовые процессы

Карстовые процессы

Карст – это процессы растворения и выщелачивания подземными (и поверхностными) водами растворимых трещиноватых горных пород, приводящие к образованию специфических форм рельефа на поверхности Земли и в глубине. Слово «карст» происходит от названия известкового плато на Адриатическом побережье вблизи Триеста, где подобные процессы широко развиты и детально изучены. (Соколовский, 2006)

   Основой процесса является процесс химического растворения пород и процесс выщелачивания, т.е. растворения и вынос какой-то части горных пород. Различные по своему составу воды растворяют породы по разному. Особенно агрессивны по отношению к карбонатным породам воды, насыщенные углекислотой, а гипс сильнее растворяется солоноватыми водами.

   Карстовые формы развиваются везде, где присутствуют карстующиеся породы – известняки, доломиты, гипсы, ангидриты, каменные соли. В пределах Русской плиты широко развит покрытый карст, т.к. известняки карбона и девона повсеместно перекрыты моренными и флювиогляциальными четвертичными отложениями. Встречается также и древний карст, например, под Москвой, где в карстовых формах на поверхности каменноугольных известняков карманами залегает глинистая верхняя юра. В течение перми, триаса, ранней и средней юры этот район был сушей, и на ней интенсивно происходило карстообразование (Короновский, 2002). В зависимости от состава растворимых пород различают карст карбонатный, гипсовый и соляной. Легче всего растворимы соли, а затем гипс, но эти породы относительно мало распространены. Более широко развит и наиболее изучен карст в карбонатных породах — известняках и доломитах.

   На поверхности карстовые формы представлены каррами, желобами и рвами, понорами, воронками разных типов, западинами, котловинами, слепыми долинами (Рис. 1)

(Рис. 1)

Карстовые формы рельефа: 1 – карры,

2 – воронки, 3 – полье,

4 – колодцы, 5 – шахты,

6 – исчезающие реки,

7 – провальные воронки, 8 – ущелье, 9 – пещера, 10 – сталактиты,

11 – сталагмиты,

12 - “терра-росса”,

13 – пещерное озеро

(Короновский, 2002)

 

 

 

 

 

 

   Карры представляют собой совокупность небольших углублений

(глубиной от  нескольких сантиметров, редко  до 1-2 м) на поверхности

горных пород, напоминающих по форме борозды, шрамы, канавки, щели.

На участках широкого их развития возникают труднопроходимые кар-

ровые поля.

   Понорами называют глубокие наклонные или вертикальные отверстия щелеобразпой и колодцеобразной формы, по которым поверхностная вода отводится в глубину массива. Такие водопоглощающие отверстия обычно развиваются на пересечении трещин и могут рассматриваться как проявление следующей за каррообразованием стадии карстового процесса.

   Карстовые воронки — наиболее распространенные поверхностные

карстовые формы. Это конусообразные и чашеобразные углубления с

крутыми или пологими склонами. Диаметр их обычно изменяется от

1 до 5 м, глубина редко  превышает 15-20 м. Они встречаются  как в

горных, так и в равнинных  районах и образуются либо вследствие поверхностного выщелачивания и размыва растворимых пород метеорными

водами, либо путем обрушения  сводов подземных карстовых полостей

(провальные воронки). На  дне воронок нередко наблюдаются водопоглощающие поноры.

  Карстовые котловины и полья (от славянск. «полье» — поле) представляют собой наиболее крупные карстовые формы и встречаются в основном в горных областях. Это обширные (до сотен квадратных километров) замкнутые понижения на поверхности растворимых пород, имеющие выровненное дно и крутые склоны высотой в десятки, а иногда и сотни метров. На дне котловин могут развиваться карстовые воронки. Заложение подобных форм, по-видимому, предопределяется тектонической структурой, а дальнейшее развитие связано с процессами выщелачивания и размыва. Не исключено и их образование вследствие провалов над крупными подземными карстовыми полостями.

   Карстовые колодцы, шахты, пропасти являются вертикальными или

наклонными отверстиями  значительной (до 1 км) глубины, нередко

непосредственно связанными с подземными формами. Их образование

обусловлено дальнейшим расширением и углублением трещин и понор

в массивах карстующихся пород. (Якушева, 1988)

   Подземные карстовые формы представлены главным образом карстовыми пещерами. Это самые крупные карстовые формы, которые в последние десятилетия стали объектом изучения специальной отрасли науки — спелеологии. Карстовые пещеры представляют собой системы горизонтальных или наклонных каналов, часто сложно ветвящихся, то сужающихся в узкие расщелины, то расширяющихся в огромные залы и гроты, которые достигают сотни метров в длину и 20-30 м в высоту. Такая причудливость очертаний обусловлена сложной трещиноватостыо и неоднородностью состава карстующихся пород. На дне крупных пещер часто образуются подземные озера, ручьи и реки, осуществляющие ие только растворение, но и размыв (эрозию) горных пород. Размыв могут производить и подземные воды, когда они движутся по крупным трещинам со значительными скоростями. Следовательно, не только процессы выщелачивания, но и механическое разрушение горных пород играют важную роль в образовании пещер. В случае когда своды подземных полостей становятся неустойчивыми, происходит их обрушение с образованием крупных гротов, что приводит, в свою очередь, к формированию над ними провальных карстовых воронок и пропастей.

   В сильно закарстованных районах часто наблюдаются многоэтажные

пещеры. Этажность карстовых  пещер чаще всего связана с изменением уровня грунтовых вод в зависимости от базиса эрозии местной речной сети. Понижение базиса эрозии сопровождается понижением уровня грунтовых вод, что приводит к формированию нового этажа пещеры. (Соколовский, 2006)

   Широкое развитие в пещерах имеют натечные образования

(Рис. 2). Вода, просачивающаяся сверху и движущаяся по трещинам в карбонатных породах, обычно содержит много растворенного углекислого газа, что значительно увеличивает ее растворяющую способность. Растворяя по пути своего движения известняки (в зоне аэрации), она насыщается углекислым кальцием в виде бикарбоната. Когда такая вода просачивается с потолка или стенок пещеры, она выделяет часть углекислоты, в результате нарушается указанное равновесие и реакция сдвигается влево. Бикарбонат переходит в карбонат кальция, который частично выпадает в осадок в момент, когда воды находятся еще на потолке пещеры. Так из капель просачивающейся с потолка пещер воды нарастают вниз натечные образования, называемые..сталактитами. Одновременно падающие на пол пещеры капли воды выделяют остатки карбоната кальция, в результате снизу растут также натечные образования в виде колонн, трубочек, конусов и других форм, называемые сталагмитами (Рис. 3). Иногда сталактиты

и сталагмиты сливаются друг с другом в единые колонны.(Соколовский, 2006)

Рис. 3 Сталактиты и сталагмиты (Короновский, 2002)

Суффозия (лат. «суффозио» — подкапывание) – это вынос материала из основания нерастворимых покровных отложений в нижележащие карстовые полости в растворимых породах. В результате суффозии н

основании покровных нерастворимых  пород создаются подземные

полости, которые, постепенно разрастаясь, в конце концов приводят

к нарушению устойчивости свода и его обрушению. В ряде случаев такие провальные формы вначале имеют почти отвесные стенки и глубину в несколько десятков метров, а затем в результате размыва стекающими водами превращаются в воронку.

   К особому типу следует отнести образование западинных форм рельефа в мергелистых, известковистых или гипсоносных глинистых породах, лёссах, где частично происходит выщелачивание содержащихся в них растворимых частиц и значительная механическая суффозия. Породы разрыхляются, образуются пустоты, что вызывает проседание. В результате на поверхности образуются просадочные блюдца, неглубокие воронки, замкнутые протяженные западины и др.

   Практическое значение карста. При решении народнохозяйственных

задач в районах развития растворимых горных пород необходимо тщательно изучать как поверхностные, так и подземные карстовые формы. Недоучет этого может приводить к катастрофическим явлениям. Известны: 1) просадки и провалы жилых: зданий над подземными полостями; 2) деформации железнодорожного полотна, что потребовало в отдельных случаях переноса,

некоторых участков дорог; 3) значительная утечка воды из водохранилищ;

есть примеры строительства  высоких плотин, водохранилища которых  или совсем небыли заполнены, или  наблюдалась колоссальная утечка воды из них по карстовым полостям; 4) поступление потоков карстовых вод в шахты и рудники при разработке различных полезных ископаемых. Детальное изучение карстовых явлений позволит дать правильный прогноз будущих изменений и выработать соответствующие защитные мероприятия при решении конкретных народнохозяйственных задач.

 

Список литературы:

 

Короновский, 2002

Соколовский, 2006

Якушева, 1988