Уральские пещеры

Мы не пытались описать все возможные типы пещер и шахт, образующихся в различных условиях. Задача была более скромной — объяснить основные черты карстовых полостей. Не следует думать, что описанные здесь схемы можно точно приложить ко всем наблюдаемым на практике случаям. Они соответствуют идеальным, "теоретическим" пещерам, сконструированным упрощенно. Так, например, мы предположили, что все каналы одинаковы, а образовавшие их трещины бесконечной длины и глубины. Поэтому в любой из реальных пещер и шахт мы можем столкнуться с какими-то усложнениями. И все же поразительное совпадение следствий из модели зарождения пещер со спелеологическими наблюдениями оставляет мало сомнений в справедливости ее положений. С помощью этой модели удалось ответить на ряд не решенных до сих пор вопросов: почему в шахтах образуются колодцы и их каскады, почему возникают восходящие напорные источники, почему меняют направления пещерные галереи. Возникает, однако, новый вопрос, связанный с основным положением модели: почему расширяются не сами трещины, а только каналы на их пересечении? Достоверного ответа пока нет. Может быть, дело здесь в размерах этих нарушений. Другое возможное объяснение заключается в том, что растворимость известняка на ребре блока выше, чем на его грани. Можно также полагать, что канал образуется благодаря коррозии смешивания. Ясно, что этот вопрос требует дальнейшего изучения.

Значение канальной концепции образования пещер выходит за рамки спелеологии. Ее можно применять при изучении минеральных и термальных источников, а также некоторых типов рудных тел.

Как влияют подземные воды в карбонатных породах на объем пещер

Потоки подземных рек питаются в основном или просачивающимися (инфильтрационными), или втекающими (инфлюационными) водами. Автором совместно с В. И. Мартиным установлено важное различие в их свойствах.

У инфильтрационного питания "рассеянный" характер. Подземная река такого происхождения имеет огромное количество мелких притоков. В одной точке притока расход составляет 10^-3 л/с и менее. Расход и скорость воды так малы, что она насыщается бикарбонатом уже на первых метрах своего пути и в пещеру попадает уже неагрессивной. Скорость насыщения воды солью удобно характеризовать градиентом минерализации — величиной приращения концентрации соли в воде при прохождении ею определенного пути. Для инфильтрационных вод градиент минерализации достигает величин порядка 10²-10³ мг/л на 100 м пути в трещинах пород. Попадая в пещерные полости, инфильтрационная вода постепенно выделяет углекислоту, и на их внутренней поверхности откладываются различные натечные образования (градиент минерализации становится при этом отрицательным, как показал В. Н. Дублянский на примере Красной пещеры в Крыму; для карстовой системы Кутукского урочища он составляет 1 мг/л на 100 м пути в полости).

Рис. 36а. Схема образования многоярусной шахты; I, II, III — галереи зоны горизонтальной циркуляции вод. соответствующие последовательным уровням вреза магистральной реки, б — схема одноэтажной карстовой полости речного типа: А? план, Б — профиль, В — подземная дрена, Г — поверхностная дрена, 1–8 — полости зоны нисходящей циркуляции вод

Таким образом, роль инфильтрационных вод в карстовом процессе заключается в закарстовании поверхностного слоя массива и в переносе соли вглубь — в карстовые полости. Воды этого типа лишь уменьшают объем пещер.

Потоки инфлюационного происхождения питаются через отдельные открытые поноры, причем расход воды в них доходит до 10³-10⁴ л/с. Градиент минерализации у них очень низок. Увеличивается он с уменьшением расхода потока. Так, в шахтах массива Фишт градиент минерализации равен 1 мг/л на 100 м пути в полости при расходе Q=800 л/с, для системы Надежда — Шумиха на Урале — 2 мг/л 100 м (Q=600 л/с); для ручья Кутук 3,3 мг/л 100 м (Q=240 л/с), для Новомурадымовской пещеры 6,0 мг/л 100 м (Q=4 л/с). Низкая минерализация означает, что пещерные потоки инфлюационного происхождения сохраняют коррозионную активность на всех протяжении подземного пути. Их роль в карстовом процессе заключается в увеличении объема подземных полостей. Значит, объем пещер увеличивается лишь под действием инфлюационных вод.

Определение градиента минерализации для выяснения типа питания пещерных потоков удобно и при оценке пригодности их для питья. Воды инфлюационного типа для этой цели не годятся.

Как меняется форма пещер речного типа в связи с цикличностью горообразования