Однажды летом я впервые оказался в пещере, причём в знаменитой пещере Петралона, расположенной на севере Греции. Эта пещера имеет огромное значение в области антропологии и палеонтологии, - именно здесь, как утверждают греческие учёные, найден скелет древнейшего в Европе человека-неандертальца, проживавшего в Европе более 700 тысяч лет назад. И с тех пор вопрос о колыбели человечества, где же всё-таки зародилось человечество, является спорным, несмотря на многочисленные исследования и собранные доказательства.
Но больше всего эта греческая пещера поразила меня своими размерами и красотой. Здесь я впервые увидел пещерное озеро, сталактиты, сталагмиты и сталагнаты. Переходя из зала в зал этой пещеры, я думал, как же так получается, что сверху свисают «сосульки» - сталактиты. Почему они имеют такие причудливые формы и не тают? А снизу как деревья растут другие «сосульки» - сталагмиты. Из чего они вырастают, если вокруг камни? Почему не падают? Почему они и твёрдые, и хрупкие одновременно, а на ощупь мокрые? А что, если вырастить сталагмит или сталактит дома и украсить свою комнату? Или такая диковинка может быть полезной в быту?
Вернувшись домой, я решил исследовать этот вопрос. А начинать пришлось с изучения места «обитания» этих удивительных пещерных образований – с самих пещер. Оказалось и здесь много интересного и захватывающего. Первоначальное представление и информация у меня всё-таки были после посещения греческой пещеры. Наш гид очень интересно и подробно рассказывала о той пещере, в которой я был. Но как же рождаются сами пещеры? И почему именно в них, и нигде в другом месте, появляются сталактиты и сталагмиты? Из чего они всё-таки сделаны эти самые сталактиты?
В ходе своего исследования, чтобы решить поставленные задачи, мне предстояло изучить научные статьи и результаты спелеологических исследований. Спелеология - это наука, которая занимается изучением пещер. Кроме того, я решил провести эксперимент по выращиванию сталактита в домашних условиях.
А чтобы понять природу сталактитов и сталагмитов, для начала мне нужно было узнать всё о пещерах - что это такое и как они образуются? Нужную теоретическую информацию я нашёл в энциклопедиях и на сайтах в Интернете.
Пещеры. Их образование.
Пещера – естественная полость в верхней толще земной коры, которая сообщается с поверхностью земли одним или несколькими выходными отверстиями, проходимыми для человека. Наиболее крупные пещеры – это сложные системы проходов и залов, общая протяжённость которых нередко доходит до нескольких десятков километров. Пещеры – объект изучения спелеологии.
Пещеры издавна связаны с историей развития человечества. Ещё в каменную эпоху пещеры спасали людей от зимней стужи. Но и после того, как древние люди перестали использовать пещеры в качестве жилищ, пещеры окружал ореол необычного и странного. Греки верили, что пещеры были храмами их богов – Зевса, Пана, Дионисия и Плутона. В древнем Риме считали, что в пещерах обитают нимфы и колдуньи. Древние персы и другие народы полагали, что в пещерах обитает царь всех земных духов Митрас. В наши дни обширные и прекрасные пещеры привлекают туристов.
В природе не существует двух одинаковых пещер. Образуются пещеры по-разному. Однако все самые большие пещеры в мире образованы аналогично. Некоторые большие пещеры начали создаваться 60 миллионов лет назад. Лили дожди, разливались реки, и монолитные горы медленно разрушались, а внутри холмов, гор и скал возникали большие пустоты (Приложение 1).
Горная порода, в которой возникают пещеры – известняк. Это мягкая порода, она может растворяться слабой кислотой. Кислота, которая разрушает известняк, поступает из дождевой воды. Падающие капли дождя забирают углекислый газ из воздуха и почвы. Этот углекислый газ превращает воду в углекислоту.
Поэтому миллионы лет кислотные дожди поливали известняки. Они постоянно капали на горы, и на них начали появляться трещины. А дожди продолжали лить. Вода струилась, увеличивая трещины. Она находила новые щели в монолите. Трещины расширялись до тоннелей. Тоннели перекрещивались, возникали ниши. Через миллионы лет пещеры приняли свою форму. А вода делала пещеры всё больше и больше.
Некоторые пещеры имеют в потолке отверстия (Приложение 2). Они образовались на том месте, где когда-то скопилась вода, которая затем прорвалась в пещеру. В пещерах можно встретить ряды галерей, идущих одна над другой. По отдельным пещерам протекают потоки воды, в других – после их образования вода уходит вниз, и пещера высыхает.
Пещеры скрываются везде: в горах, просто в каменистой почве, сложенной из мягких горных пород. Пещеры строит не только вода, но и ветер, и морской прибой, и вулканическая лава. Остаются пещеры после добычи каменной соли. Бывают и ледниковые пещеры, только они недолговечны.
Виды пещер.
Пещеры можно разделить по их происхождению на пять групп. Это тектонические, морские, ледниковые, вулканические и, наконец, самая большая и распространённая группа, карстовые пещеры.
Тектонические пещеры могут возникать в любых породах в результате образования тектонических разломов. Как правило, такие пещеры встречаются в бортах глубоко врезанных в плоскогорье речных долин, когда огромные массивы породы откалываются от бортов, образуя трещины (шерлопы), которые в свою очередь обычно клином сходятся с глубиной. Иногда они образуют довольно глубокие вертикальные пещеры до 100 м глубиной. Такой вид пещер широко распространён в Восточной Сибири.
Морские пещеры возникли под воздействием плещущихся волн о каменные утёсы вдоль побережья (Приложение 3). Морские волны, содержащие крупинки твёрдого материала (гальки, мелкого песка) растворяли утёсы. Они разрушались, подтачиваемые из года в год морским прибоем. Отдельные пещеры расположены под водой. Они являются обычно результатом деятельности подземных вод, вымывающих мягкие породы, например, тот же известняк.
Ледниковые пещеры встречаются во многих ледниках и образуются внутри ледников талой водой (Приложение 4). Талые ледниковые воды поглощаются ледником по крупным трещинам или на пересечении трещин. При этом образуются хода, по которым иногда может пройти человек. Такие пещеры имеют форму колодца и глубиной доходят до 100 метров и более. В 1993 году был обнаружен и исследован гигантский ледниковый колодец «Изотрог» глубиной 173 метра.
Особый тип ледниковых пещер – это пещеры, образуемые в леднике в месте выхода подземных термальных вод. Поскольку вода горячая, она способна проделывать объёмные галереи. Расположены такие пещеры не в самом леднике, а под ним, так как лёд проплавляется снизу. Термальные ледниковые пещеры встречаются в Исландии, Гренландии и достигают значительных размеров.
Вулканические или лавовые пещеры возникают при извержениях вулканов (Приложение 5). Поток лавы, остывая, покрывается твёрдой коркой, образуя лавовую трубку, внутри которой по-прежнему течёт расплавленная порода. После того как извержение уже, фактически, закончилось, лава вытекает из трубки с нижнего конца, а внутри трубки остаётся полость. Понятно, что лавовые пещеры залегают на самой поверхности, и часто кровля обваливается.
Однако лавовые пещеры могут достигать очень больших размеров. Таких, например, как пещера Казумура на Гавайях – 65,6 км длиной и 1100 м глубиной. А самая большая вулканическая пещера мира Куэва-де-лое-Вердес находится на одном из Канарских островов.
Карстовые пещеры - таких пещер большинство (Приложение 6). Именно карстовые пещеры имеют наибольшую протяжённость и глубину.
Пещеры образуются вследствие растворения пород водой. Поэтому карстовые пещеры встречаются только там, где залегают растворимые породы: известняк, мрамор, мел, гипс и соль. Известняк, а тем более мрамор, растворяются чистой дистиллированной водой очень плохо. В несколько раз растворимость повышается, если в воде присутствует растворённый углекислый газ, а он в природе всегда растворён в воде. Однако всё равно известняк растворяется слабо, по сравнению, скажем, с гипсом или, тем более, солью. Но оказывается, что это положительно сказывается на образовании протяжённых пещер, поскольку гипсовые и соляные пещеры не только быстро образуются, но и быстро разрушаются.
Пещеры - это особый мир, не имеющий аналогов на поверхности. В пещерах нет ни зимы, ни лета. Температура всегда одинаковая. В холодных пещерах она колеблется от +2 до +8 градусов, а в тёплых и жарких - от +15 до +28.
Оказывается, воздух в пещерах стерильно чист. В нём в тысячу раз меньше микробов, чем на поверхности. Оказывается, вместе с подземными водами в пещеры проникают радиоактивные изотопы углерода. Они вызывают свечение сталактитов, ионизируют воздух, убивают микробов.
Самая длинная в мире пещера – Флинт-Мамонтова – находится в США, в штате Кентукки. Длина всех её коридоров составляет более 550 километров. А самая глубокая пещера находится в Абхазии – пещера Крубера-Воронья. В неё человек может спуститься на 2 километра.
Несмотря на то, что уже так много известно о пещерах, впереди учёных ждут новые открытия. В каждой пещере есть ходы, щели и коридоры, о которых путешественники по пещерам – спелеологи – ещё не знают. Они думают, что всё уже изучили, но вдруг однажды замечают щель за каменным завалом, а за ней – коридор, за которым ещё несколько метров пещерной красоты.
В результате этих исследований можно сделать вывод, что существует несколько видов пещер, но наиболее распространёнными являются карстовые. Для образования пещеры необходимо достаточное количество водных осадков и удачная форма рельефа, то есть осадки с большой площади должны попадать в пещеру, а вход в пещеру должен располагаться заметно выше того места, куда разгружаются подземные воды.
Сталактиты, сталагмиты и сталагнаты
Вода – великая сила. Она точит камень, когда прокладывает себе дорогу, она строит галереи, а потом покидает их, подтачивает скалы, и они опускаются, рушатся, перемещаются. Так рождаются сами пещеры. Однако вода не только строитель, но и художник, скульптор!
Пещеры бывают в разных каменных породах, и вода приносит в них разные частички, строит из разных материалов: из кальцита, гипса, каменной соли. Растворение и разрушение водой осадочных пород носит название карст - карстовый процесс.
Карстовый процесс двулик: вода растворяет горную породу в одном месте, переносит её в другое и там из этой же породы создаёт прекрасные натёчные образования – сталактиты и сталагмиты.
Сталакти́ты (от греч. stalaktós - натёкший по капле), - натёчно-капельные образования, свисающие в виде конических сосулек, драпировок, изгибающейся бахромы или полых трубок со сводов и верхних частей стен карстовых пещер или иных подземных пустот (Приложение 7).
Сталагмиты (от греч. stálagma - капля), натёчно-капельные образования столбообразной, конической и других форм, поднимающиеся со дна пещер и других подземных карстовых полостей (Приложение 8).
Сталагнаты - натёчно-капельные образования в виде колонн, возникающие в пещерах при соединении сталактитов и сталагмитов (Приложение 9).
Как же они образуются? Дождевая капля, просачиваясь сквозь трещину в скале, растворяет частичку камня. Таким образом, каждая такая капля содержит частички известняка или других минералов. Растворяя известняк, вода забирает из него минерал кальцит. Капля насыщенного кальцитом раствора по мельчайшим трещинкам добирается до потолка уже созданной пещеры и повисает на нём (Приложение10).
Постепенно очень медленно капля испаряется, а принесённая ею частичка кальцита или другого минерала тончайшей плёнкой оседает на потолке. Через некоторое время в это место приходит следующая капелька и опять откладывает кальцит. Нарастая, крупинки кальцита превращаются сначала в тоненькую прозрачную и пустую внутри трубочку. Почему пустую? Да потому, что сама капля пустая внутри.
Но вот в каплю попадает песчинка и закупоривает трубочку. Тогда другие капли начинают эту трубочку обтекать со всех сторон, и растет каменная сосулька, такая же, как и ледяная, - сталактит.
Но капли поступают неравномерно то с одной, то с другой стороны, и сталактит получается не совсем круглый. А тут ещё на поверхности идёт дождь, вода становится грязной, сталактит темнеет. Дождь кончился, вода снова чистая, и следующий слой сталактита стал другого цвета. Если его разрезать, то на разрезе будут такие же кольца, как у дерева, только не годовые. Просто весной и осенью больше воды, и сталактит растет быстрее. Вода темнее, и кольцо темнее, воды стало меньше, и рост остановился (Приложение 11).
Я даже нашёл химическую формулу процесса образования сталактита. Вот она: CaCO3 + H2O + CO2 Ca2+ + 2 HCO3
Но не весь кальцит оседает на потолке и даёт рост сталактиту. Под собственной тяжестью часть капель падает на пол, и снизу навстречу сталактиту растёт сталагмит. Когда сталактит и сталагмит соединяются и срастаются между собой, образуется кальцитовая колонна - сталагнат. И сталактиты, и сталагмиты, и колонны бывают очень больших размеров - десятки метров в высоту и несколько метров в диаметре.
Водяные капли, попадая на них, образуют струйки, которые обтекают колонны со всех сторон, и тогда появляются натёки в виде рёбер. Если же капли стекают по стене пещеры, то на ней возникают не менее удивительные натёки в виде каменных водопадов, флагов и других фантастических образований.
Иногда в пещерах появляются натёки совершенно неожиданных форм. Сталактиты вдруг начинают расти вкривь и вкось, создавая причудливые каменные переплетения. На полу и на стенах возникают удивительно красивые каменные и гипсовые сталактитовые цветы - кораллиты, кристалликтиты и геликтиты (Приложение 12).
Там, где возникает дисбаланс поступления раствора - например, сверху капает, но столь мало, что капель сразу растекается плёнкой, - возникают гибридные формы, сталагмит расцветает кустом. При этом возникают самые разнообразные переходные формы, полиминеральные формы и многое другое. Например, можно найти образования, в точности копирующие архитектуру осиных гнёзд. А гипсовая паутина, которая тоньше человеческого волоса, при малейшем колебании воздуха рассыпается в пыль.
Миллиарды капель за миллионы лет создали в пещере целый лес сталактитов, сталагмитов, фантастическое внутреннее убранство из колонн и ажурных каменных занавесей, флагов и водопадов (Приложение 13).
На полу пещеры текущая вода также откладывает кальцит и образует "ванночки", разнообразные по форме и цвету. Мельчайшие частички солей различных минералов и металлов - меди, кобальта, железа - делают натёки розовыми, жёлтыми, синими, красными, морковными, черными. Очень редко встречается в "ванночках" так называемый пещерный жемчуг. Образуется он так же, как и морской, только не в раковине. Иногда пещерные жемчужины достигают трёх-пяти сантиметров в диаметре - почти как шарик для пинг-понга - но это очень большая редкость.
В карстовых пещерах можно встретить большое разнообразие сталактитов. Например, трубчатые сталактиты, они же макароны. Канал, проходящий по всей их длине, столетиями автоматически наводил исследователей на мысль, что по этому каналу происходит питание сталактита. Но оказалось, что это вовсе не так. Выяснилось, что канал – всего лишь следствие кристаллизации по периметру отрывающейся капли. Вот почему новые сталактиты, растущие на месте сломанных, не продолжают исходную трубку, а растут слегка сбоку, там, где воде удобнее капать.
Самыми эффектными из сталактитов являются драпировки (Приложение 14), возникающие на наклонных стенах. Именно тогда растущий сталактит начинает влиять на точку отрыва капли, и она становится мобильной, перемещаясь по малейшей прихоти водяной струйки и фиксируя в своей лихо закрученной форме направление этих струй, того, куда им следует течь.
Когда минерал меняется, скажем, кальцит на гипс, меняется и пещера, причем до неузнаваемости (Приложение 15). Гипс имеет другую химию кристаллизации. Поэтому в такой пещере «растут» гипсовые образования - “хрустальные люстры” (Приложение 16) и гипсовые “заснеженные ели”.
Они образуются чрезвычайно примечательным образом. В пещере тоже есть сухие и влажные сезоны, а гипс хорошо растворимый минерал. Когда влага оседает на поверхности, гипс растворяется. Когда влага испаряется, гипс кристаллизуется. Вода «любит» оседать во впадинах, а испаряться с выступов – это элементарная физика. И тогда получается, что внутренняя полость сталагмита продолжает растворяться, а наружная поверхность - дорастать, причем ветвистыми кустами кристаллов. Возникают те самые “заснеженные ели”. Когда стенка истончается так, что сталагмит уже не держит собственного веса, то “умирая”, он проваливается внутрь самого себя, предоставляя собственные “запасы” гипса для роста иных образований.
Времени на создание всей этой необыкновенной подземной красоты необходимо очень много. Ученые подсчитали, что в среднем сталактит нарастает по четыре десятых миллиметра в год и за сто лет увеличивается всего на четыре сантиметра. И через 100 лет на этом месте появится каменная сосулька – сталактит длиной 4 сантиметра. И каждые 100 лет сталактит будет подрастать на столько же. А внизу, куда упала капля, будет расти каменная башенка – сталагмит. Через миллионы лет сталактит и сталагмит соединятся и превратятся в сверкающую колонну. Значит, человек, разбивший каменную сосульку метровой длины, уничтожил то, что природа создавала около двух с половиной тысяч лет!
Таким образом, в ходе исследования я узнал, что сталактиты, сталагмиты и сталагнаты – это натёчно-капельные образования в пещерах. Процесс образования сталактитов и сталагмитов – это сложный химический процесс, который заключается в том, что вода растворяет горную породу, переносит её в другое место и через некоторое время откладывает её обратно, создавая натёчные образования. Процесс этот длится сотнями, тысячами лет.
Другие загадки пещер
Палеонтология – наука, которая занимается изучением ископаемых растений и животных. Ископаемые – это останки животных, живших миллионы лет назад, которые сохранились до наших дней. В основном благодаря изучению ископаемых мы знаем, каким был животный мир сотни миллионов лет назад.
В начале своей работы я уже говорил о том, что изучение пещер имеет большое научное значение в палеонтологии, минералогии, антропологии, археологии. Подтверждением тому является самое громкое и интересное открытие 20 века – это открытие пещеры Петралона на севере Греции. Я сам был в этой пещере, и она стала отправной точкой для меня в изучении механизма образования пещер и сталактитов. Поэтому хочу коротко рассказать о ней (Приложения 17-24).
В 1959 году на полуострове Халкидики, на севере Греции на высоте 250 метров над уровнем моря у подножия горы Кацика был обнаружен вход в пещеру. Всё произошло совершенно случайно, пастух по имени Петралона пас в этом районе овец. Однажды услышав негромкое журчание воды, решил внимательно обследовать подножие горы и наткнулся на вход в пещеру. Дальнейшим исследованием занялись специалисты, в частности знаменитый греческий антрополог Арис Пулянос, который потом построил палеонтологический музей рядом с пещерой и даже сам иногда проводит экскурсии. Мне повезло, я его тоже видел, когда был на экскурсии.
Площадь пещеры 10 тысяч квадратных метров, общая длина коридоров (проходов) - 1 500 метров. Туристический маршрут, открытый для посещения, составляет пока всего 600 метров. Находки, которые были обнаружены внутри этой пещеры, совершили настоящий переворот в антропологии. В 1960 году, спустя год после открытия самой пещеры, внутри был обнаружен череп и скелет древнейшего европейца, человека-неандертальца, получившего название архантроп. Результаты первого исследования черепа были представлены на Международном съезде антропологов в Москве в 1964 году и произвели большое впечатление на специалистов.
Кроме того, в пещере были найдены окаменевшие кости, каменные орудия труда, останки животных - медведей, гиен, черепах, носорогов, львов и даже жирафа. И ещё одна необычная находка из пещеры Петралона – это следы костров и зола, возраст которой насчитывает 1 миллион лет. По мнению учёных, это самые древние следы использования огня человеком.
До недавнего времени считалось, что возраст человечества составляет 3,5-4 миллиона лет, а родиной является Африка. Однако находки из пещеры Петралоне и их датировка дают право предполагать, что колыбель человечества – Юго-Восточная Европа, а человек появился 11-12 миллионов лет назад на территории Греции. Все находки из пещеры Петралона выставлены в антропологическом музее, построенном рядом пещерой.
На самом деле в пещерах очень много загадок и тайн. Как я выяснил в ходе своего исследования, необычен и интересен животный мир подземелий. Ещё первобытный человек знал и рисовал на стенах животных, обитавших в пещерах – пещерного льва, гиену, пещерного медведя. Кстати, наскальные рисунки тоже несут в себе много интересной для учёных информации (Приложение 25).
Древние животные уже давно вымерли, люди покинули пещеры, но сами пещеры не опустели. Серьёзные биологические исследования подземного мира начались только в 1831 году, когда был найден первый пещерный жук. С тех пор открыто много различных пещерных существ - и водных, и наземных. Это троглобионты, что означает "живущие в пещерах" - рачки, рыбы, мокрицы, многоножки, пауки, ложноскорпионы и другие насекомые.
Приспособление живых организмов к пещерной жизни очень сложно и многообразно. По сравнению со своими наземными сородичами они имеют более длинные и тонкие тела, более вытянутые лапки и усики, они прозрачны и бесцветны. Поскольку в пещерах нет света, им не нужно зрение, и поэтому у них нет глаз. В пещерах встречаются слепые жуки, рыбы, земноводные, раки и даже слепые и бескрылые мухи. Воздух в пещерах насыщен влагой, и поэтому троглобионты могут жить и в воде, и на суше.
По мнению ученых, животные и насекомые ушли в пещеры в связи с изменением климата на Земле, а именно при похолодании. Таким образом, большинство современных пещерных жителей - это представители прошлых эпох, живые ископаемые, уже не встречающиеся на поверхности, но сохранившие облик и привычки давно минувших тысячелетий.
Однако большинство любителей темноты проводят под землей только часть жизни. Например, бабочки только зимуют в пещерах. А ведущие ночной образ жизни некоторые виды кузнечиков находятся там весь день. К ним относился и пещерный медведь, ведь пещера была для него только местом отдыха. Ещё меньше времени проводили в пещерах гиена и лев. В отличие от пещерного медведя они никогда не заходили далеко в глубь пещеры, а держались у входа.
Сокровища пещер – ещё одна загадка и тайна пещер. Уже многие тысячелетия в легендах и сказаниях говорится о сокровищах, спрятанных в пещерах. Под землей не раз находили кости заблудившихся кладоискателей, которым так и не удалось найти заветные сокровища. Одна из пещер в чешских Татрах так и называется - Пещера Искателей Сокровищ. А сколько сложено легенд о пиратских сокровищах, спрятанных, в том числе и в пещерах. Но в каждой легенде есть доля правды.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Объектом моего исследования были пещеры и их загадки, главные из которых сталактиты, сталагмиты и сталагнаты, механизм их образования и возможность создания в бытовых условиях, то есть дома. В начале работы я предполагал провести опыт по такому выращиванию. Я думал, что, изучив природу и механизм образования сталактита, я смогу сам сделать то же самое. Но ещё в ходе теоретического исследования я понял, что вырастить дома настоящий сталактит невозможно.
Для того чтобы вырастить сталактит, требуется наличие нескольких очень существенных условий. А именно – пещера с определённым рельефом и микроклиматом, постоянный поток воды, наличие углекислого газа и самое главное – несколько сотен и даже тысяч лет. Человеческой жизни недостаточно, чтобы повторить столь необыкновенное и красивое явление как сталактит или сталагмит. Остаётся одно – любоваться и беречь.
По результатам своего исследования я могу сделать главный вывод – существуют такие природные явления, которые человеку стоит изучать, беречь, но вовсе не обязательно повторять их или использовать в своей жизнедеятельности. Возможно, когда-нибудь люди изобретут машину времени или ускоритель времени и тогда смогут искусственно ускорить естественный процесс роста сталактитов, но возникает следующий вопрос, а надо ли?
Зачем мне нужны эти знания? Могут ли они пригодиться мне в жизни? Думаю, да. И главным образом, для того, чтобы лучше понимать окружающий мир, видеть и ценить то прекрасное, что умеет создавать природа. А ещё - вдруг климат на Планете опять резко поменяется и людям вновь придётся вернуться в пещеры. Обладая этими знаниями, мне будет легче там освоиться самому и помочь другим.
Для поверхности площадей развития карста характерны мелкие борозды и углубления - карры , замкнутые понижения (воронки, котловины, полья, естественные колодцы и шахты, слепые овраги и долины), ниши в обрывах. В известняковом карсте тропиков распространены останцы (моготе). Наиболее типичны воронки (конические, котло-блюдцеобразные либо в виде ям неправильной формы) диаметром от 1 до 200 м. и более и глубиной от 0,5 до 50 м., а иногда значительно больше. На дне воронок и других понижений встречаются водопоглощающие отверстия - поноры, часто являющиеся началом шахт или колодцев, пропастей, иногда достигающих глубины более 1000 м. (максимальная глубина 1410 м. - пропасть Жан-Бернар в Альпах, Франция). Котловины и воронки могут то заполняться водой, то осушаться (периодически исчезающие озёра). Котловины, имеющие площадь до нескольких десятков и сотен км 2 , с исчезающими водотоками известны под названием польев. В закарстованных массивах образуются различные подземные ходы, полости и карстовые пещеры , которые часто развиваются вдоль трещин. Одна из крупнейших пещер мира Мамонтова с пещерной системой Флинт-Ридж (в Северной Америке на территории США, Кентукки) достигает 341 км. суммарной длины. Самая грандиозная по длине гипсовая пещера в мире - открытая в 1966 году пещера Оптимистическая (Подолия, Тернопольская область, Украина); суммарная длина её закартографированных ходов составляет сейчас около 232 км., а сама пещера имеет площадь ~ 2 гектара, что обусловлено многочисленностью и извилистостью ходов, залегающих на глубине ~ 20 м. Суммарную длину более 100 км. имеют пещеры Хёллох (Швейцария, Альпы), Джуэлл (США, Южная Дакота) и Озёрная (Украина, Тернопольской область, Подолия), 9 пещер мира длиной более 50 км., 14 - более 40 км.
Самая крупная пещера России по объёму подземных пространств и протяжённости внутренних ходов - Большая Орешная. Она относится к категории конгломератовых пещер и образовалась в конгломератах нижнего ордовика ; считается самой крупной пещерой этой категории в мире. Пещ. Большая Орешная расположена в 3 км. восточнее села Орешное, в долине Таежного Баджея, в Манском районе Красноярского края.
В регионах с холодным климатом и суровыми зимами в подземные карстовые полости проникает морозный воздух и застаивается там так, что даже летом температура воздуха в них близка к нулю или отрицательна. В таких случаях на потолке и стенах пещеры начинают образовываться лёд в виде корок, кристаллов, ледяных сталактитов и сталагмитов. Из таких ледяных пещер наибольшей известностью пользуется знаменитая Кунгурская ледяная пещера . Кунгурская ледяная пещера находится в Пермской области (Сев. Урал), это одна из самых крупных пещер России (длина ходов пещеры составляет 5,6 км.) и единственная пещера, оборудованная для экскурсий, она находится внутри так называемой Ледяной горы, которая расположена на правом берегу р. Сылвы.
Комплекс поверхностных и подземных карстовых форм наиболее полно выражен в том случае, когда поверхность растворимых горных пород обнажена (голый карст); менее выражен, когда эти горные породы перекрыты слоем почвы и дёрна (задернованный карст), нерастворимыми рыхлыми осадками (покрытый карст), полускальными и скальными образованиями (бронированный карст). В случае глубокого погребения растворимых пород под некарстующимися толщами образуется т.н. погребённый карст.
Чтобы образовалась карстовая пещера необходим массив карстующихся пород (в основном это известняк или гипс) с достаточной площадью водосбора , и перепад высот. Морфологически карстовые пещеры представляют собой системы вертикальных провалов, щахт, колодцев, горизонтально-наклонных проходов и щелей, иногда с меандрами, сифонами , залами и лабиринтами. Во многих карстовых пещерах встречаются натечно-капельные образования (сталактиты , сталагмиты , сталагнаты) и капиллярно-плёночные минеральные агрегаты (кристалликтиты и кораллиты , геликтиты и др.), а по краям застойных подземных водоёмов - "забереги ". Встречаются подземные реки , ручьи, сифоны , водопады, пещерные озера . Для внутренних частей пещер характерны особый микроклимат, отсутствие солнечных лучей, повышенная концентрация углекислого газа, своеобразная фауна (т.н. спелеофауна). Температура воздуха внутри глубоких протяженных пещер характеризуется постоянством и, за исключением ледниковых пещер , равняется средней годовой температуре прилегающей местности.
Ссылки
- Мальцев В. А. Наука дилетантов
- Мальцев В. А. Пещеры Кугитанга. Система Кап-Кутан
Литература
- Андрейчук В.Н. Закономерности развития карста на юго-востоке зоны сочленения Русской платформы с Прикарпатским краевым прогибом: Автореф. дисс. на с.у.с. канд. геол.-минерал. наук. Пермь, 1984. 23 с.
- Апродов В.А. Об основных принципах классификации карстовых процессов. - Материалы комиссии по изучению геологии и географии карста: Информ. сб. М.: Изд-во АН СССР, 1960, N 1., с. 67-70
- Апродов В.А. Карст и смежные с ним геологичекие процессы. - Общие вопросы карстоведения. М.: Изд-во АН СССР, 1962, с. 57-69
- Апродов В.А. Рудный карст. - Общие вопросы карстоведения. М.: Изд.-во АН СССР, 1962, с. 116-129
- Арбамович Ю.М. Геохимия и полезные ископаемые карста. - Специальные вопросы карстоведения. М.: Изд-во АН СССР, 1962, с. 54-59
- Гергедава Б.А. Подземный ландшафт. - Изв. АН СССР. Сер. геогр. 1973, №1, с. 34-42
- Горбунова К.А. Морфология и гидрогеология гипсового карста. Пермь, 1979. 94с.
- Дублянский В.Н. Проблема спелеогенеэа. - Вопросы общего и регионального карстоведения. М.: Изд-во МГУ, 19776, с. 36-57
- Дзенс-Литовский А.И. Соляной карст СССР. Л.: Недра, 1966. 167 с.
- Дублянский В.Н., Илюхин В.В. Крупнейшие карстовые пещеры и шахты СССР. М.: Наука,1982. 137 с.
- Дублянский В.Н., Кикнадзе Т.З. Гидрогеология карста альпийской складчатой области юга СССР. М.: Наука, 1984. 128с.
- Дублянский В.Н., Кропачев А.М. К проблеме эндогенного карста. - Карст Дальнего Востока: Научн. и практ. значение карстол. исслед. Владивосток, 1981, с. 64-71
- Кикнадзе Т.З. Геология, гидрогеология и активность известнякового карста. Тбилиси: Мецниереба, 1979. 232 с.
- Климчук А.Б. Условия и особенности карстообраэования в приповерхностной зоне карбонатных массивов. - Пещеры Грузии. Тбилиси: Мецниереба, 1987, с 54-65
- Климчук А.Б., Рогожников В.Я. Сопряженный анализ истории формирования пещерной системы (на примере пещеры Атлантида): Препр. Киев: ИГН АН УССР, 1982. 56 с.
- Макаренко Ф.А. Гидрогеологические закономерности развития карста. - Тез. Докл. Молотов. карст. конф. Молотов, 1947, с. 8-10.
- Максимович Г.А. Основные стадии развития многоэтажных горизонтальных карстовых пещер в известняках и гипсах. - Пещеры. Пермь, 1962. Вып. 2, с. 3-10
- Максимович Г.А. Генетический ряд натечных отложений пещер. - Пещеры. Пермь, 1965. Вып. 5(6), с. 3-22
- Максимович Г.А. Основы карстоведения. Пермь, 1969. Т. 2. 529 с.
- Максимович Г.А. Карст травертинов, известковых туфов, магнезитов и сидеритов. - Гидрогеология и карстоведение. Пермь, 1975, вып. 7, с. 17-24
- Мальцев В.А. К онтогении минеральных агрегатов пещер: Нитевидные кристаллы сульфатов.Интернет-публикация
- Слётов В. А. К Онтогении кристалликтитовых и геликтитовых агрегатов кальцита и арагонита из карстовых пещер Южной Ферганы. В сб. "Новые данные о минералах". М.,"Наука", 1985, вып.32, с.119-127. Интернет-публикация
- Степанов В. И. Периодичность процессов кристаллизации в карстовых пещерах. Тр. Минер. музея им. А.Е. Ферсмана АН СССР, М., Наука, 1971, вып.20.
- Ступишин А.В. Методика изучения древнего и глубинного карста в областях платформенных структур. - Методика изучения карста. Пермь, 1963. Вып. 4. С. 3-14
- Ступишин А.В. Равнинный карст и закономерности его развития на примере Среднего Поволжья. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1967. 292 с.
- Чикишев А.Г. Карстовые пещеры СССР. М.: Наука, 1973. 136 с.
- Чикишев А.Г. Проблемы изучения карста Русской равнины. М.: Изд-во МГУ, 1979. 304 с.
- Чикишев А.Г. Карстовые формы Русской равнины, особенности их развития и распространения. - Землеведение, 1985, т. 16, с. 78-92.
- Чикишев А.Г. Подземные карстовые ландшафты как особые природные комплексы. - Проблемы изучения, экологии и охраны пещер. Киев, 1987, с. 3-8.
- Якушева А.Ф. Карст и его практическое значение. М.: Географгиз, 1950. 68 с.
- Charles A. Self, Caroll A. Hill. How speleothems growth: An introduction to the ontogeny of cave minerals. Jornal of Cave and Carst Studies of the National Speleological Cociety, Vol.65, №2, 2003. ISSN 1090-6924
- C.Hill, P.Forti. Cave minerals of the world. NSS, 1986, 238 p.
- V.A. Maltsev, C.A. Self. Cupp-Coutunn cave system, Turkmenistan, USSR // Proceedings of Bristol University speleological society, 1992, vol.19, p.117-150.
Московский Государственный Институт Стали и Сплавов
Выксунский Филиал
(Технологический университет)
Реферат по предмету
кристаллофизика
На тему: «Образование пещер и карстов»
Студент: Пичугин А.А..
Группы:МО-07 (МЧМ)
Преподаватель:Лопатин Д.В.
Москва 2008
I. Общие сведения о пещерах и карстов
II. Гипотеза о происхождении карстовых районов
III. Условия образования пещер
IV. Типы пещер:
1. Карстовые пещеры
2. Тектонические пещеры
3. Эрозионные пещеры
4. Ледниковые пещеры
5. Лавовая пещера
V. Пещеры на территории Прибайкалья
VI. Пещера Кызылъяровская им. Г.А. Максимовича.
Общие сведения о пещерах и карстов
Карст (от нем. Karst, по названию известнякового альпийского плато Крас в Словении), - совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами (гипсами, известняками, мраморами, доломитами и каменной солью).
Наиболее характерны для карста отрицательные формы рельефа. По происхождению они подразделяются на формы, образованные путём растворения (поверхностные и подземные), эрозионные и смешанные. По морфологии выделяются следующие образования: карры, колодцы, шахты, провалы, воронки, слепые карстовые овраги, долины, полья, карстовые пещеры, подземные карстовые каналы. Для развития карстового процесса необходимы следующие условия: а) наличие ровной или слабо наклонной поверхности, чтобы вода могла застаиваться и просачиваться внутрь по трещинам; б) толща карстующихся пород должна иметь значительную мощность; в) уровень подземных вод должен стоять низко, чтобы было достаточное пространство для вертикального движения подземных вод.
По глубине уровня подземных вод различают карст глубокий и мелкий. Различают также «голый», или средиземноморский карст, у которого карстовые формы рельефа лишены почвенного и растительного покрова (например, Горный Крым), и «покрытый» или среднеевропейский карст, на поверхности которого сохраняется кора выветривания и развит почвенный и растительный покров.
Карст характеризуется комплексом поверхностных (воронки, карры, желоба, котловины, каверны и др.) и подземных (карстовые пещеры, галереи, полости, ходы) форм рельефа. Переходные между поверхностными и подземными формами - неглубокие (до 20 м) карстовые колодцы, естественные туннели, шахты или провалы. Карстовые воронки или иные элементы поверхностного карста, через которые в карстовую систему уходят поверхностные воды, называются поноры.
КАРСТ, известняковые плато - комплекс неровностей, выпуклых выходов горных пород, впадин, пещер, исчезнувших потоков и подземных стоков. Возникает в растворимых водой и выветриваемых горных породах. Процесс типичен для известняка, а также для тех мест, где вымываются горные породы. Много рек находится под землей, там же существует много пещер и крупных каверн. Самые крупные пещеры могут разрушиться и образовать ущелье или теснину. Постепенно весь известняк может быть вымыт. Явление названо по названию плато «Карст» в бывшей Югославии. Характерные карстовые системы широко представлены в Крымских горах и на Урале.
Карст можно наблюдать в Западных Альпах, в Аппалачах (США) и на юге Китая потому, что пласты известняковых пород, сначала состоявшие из слоя кальцита (углекислого кальция), толщиной до 200 м, который был частично размыт водой. Углекислый газ из атмосферы растворялся в дожде и способствовал образованию слабой угольной кислоты, которая в свою очередь способствовала размыванию гор ных пород, особенно вдоль линий кливажа и пластов, увеличивая их до образования карстовых пещер, долин, возникших вследствие обрушения стенок пещер, которые при дальнейшем развитии процесса могут превратиться в ущелья, и, наконец, остаются характерные для карстового ландшафта останцы известняка, не подвергшегося эрозии.
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.
Можно разделить пещеры по их происхождению на пять групп. Это тектонические пещеры, эрозионные пещеры, ледовые пещеры, вулканические пещеры, и, наконец, самая большая группа, карстовые пещеры. Пещеры, в привходовой части, при подходящих морфологии (горизонтальный просторный вход) и расположении (близко к воде) использовались древними людьми в качестве удобных жилищ.
ГИПОТЕЗА О ПРОИСХОЖДЕНИИ КАРСТОВЫХ РАЙОНОВ
А именно, есть гипотеза, что:
В древние времена 300-400 млн лет назад в морской воде происходил процесс разрастания и отмирания живых организмов, интенсивно использующих для строительства своих оболочек кальций. Вода при этом представляла собой насыщенный раствор углекислого кальция. Отмершие оболочки опускались на дно и накапливались вместе с отложениями, выпадающими в осадок из раствора в результате климатических изменений;
За млн лет на дне пластами накапливалась известняковая масса;
Под давлением известняковый осадок менял структуру, превращаясь в лежащий горизонтальными пластами камень;
В момент подвижек земной коры море отходило, и бывшее дно становилось сушей;
Были возможны два сценария развития событий: 1) пласты оставались почти горизонтальными и неторнутыми (как под Москвой); 2) дно выпячивалось образуя горы, при этом целостность известняковых пластов нарушалась, в них образовывались многочисленные поперечные трещины и разломы. Так образовывался будущий карстовый район.
Эта гипотеза подтверждается находками остатков древних раковин и других бывших живых организмов в толще известняков. Как бы то ни было, очевидно, что пещеры и породы, где они образуются, тесно связаны с древней жизнью на Земле.
УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПЕЩЕР
Есть три основных условия образования карстовых пещер:
1. Наличие карстующихся пород.
2. Наличие процессов горообразования, подвижек земной коры в зоне распространения карстующихся пород, в результате - наличие трещин в толще массива.
3. Наличие агрессивных циркулирующих вод.
Без любого из этих условий образование пещер происходить не будет. Однако, на эти необходимые условия могут накладываться локальные особенности климата, строения рельефа, наличия других пород. Все это приводит к появлению пещер различного вида. Даже в одной пещере встречаются различные "составные" элементы, которые образуются по разному. Основные морфологические элементы карстовых пещер и их происхождение.
Морфологические элементы карстовых пещер:
Вертикальные пропасти, щахты и колодцы,
Горизонтально-наклонные пещеры, и меандры,
Лабиринты.
Эти элементы возникают в зависимости от вида нарушений в толще карстующегося массива.
Виды нарушений:
Разломы и сбросы, трещины:
Напластования,
На границе карстующейся и некарстующейся породы,
Тектонические (как правило, поперечные),
Так называемые трещины бокового отпора.
Схема образование вертикальных элементов пещер (колодцев, шахт, пропастей): Выщелачивание.
Колодцы образуются на пересечении тектонических трещин - в самом мехинически слабом месте массива. Туда поглощается вода атмосферных осадков. И медленно растворяет известняк; за миллионы лет вода расширяет трещины, превращая их в колодцы. Это зона вертикальной циркуляции подземных вод
Нивальные колодцы (с поверхности массива):
Зимой трещины забиваются снегом, затем он медленно тает, это - агрессивная вода, она интенсивно размывает и расширяет трещины, образуя колодцы с поверхности земли.
Образование горизонтально-наклонных ходов:
Вода, проникнув сквозь пласт (слой) карстующейся породы доходит до трещины напластования и начинает распространяться по ней вдоль плоскости "падения" пластов. Происходит процесс выщалачивания, образуется субгоризонтальный ход. Потом вода дойдет до очередного пересечения тектонических трещин и снова будет образовываться вертикальный колодец или уступ. Наконец, вода дойдет до границы карстующейся и некарстующейся пород и далее распространяться только вдоль этой границы. Обычно здесь уже течет подземная река, там есть сифоны. Это зона горизонтальной циркуляции подземных вод.
Образование залов.
Залы встречаются в зонах разломов - больших механических нарушениях массива. Залы - результат чередующихся процессов горообразования, выщелачивания, снова горообразования (землетрясения, обвалы).
Бывает, включаются дополнительны механизмы:
Механический вынос обломков породы потоками воды,
Действие напорных термальных вод (Новоафонская пещера).
Образование горизонтальных лабиринтов.
Процесс выщелачивания происходит по "сетке" тектонических трещин. Характерный пример - гипсовые пещеры Западной Украины. Названные механизмы образования элементов структуры (морфологии) пещер являются общими для всех видов карстующихся пород.
В целом можно сказать, что карстовый массив является "ситом" просеивающим осадки и текущие воды. Все карстовые пещеры - и вертикальные и горизонтальные - являются каналами естесвенного дренирования вод в карстовом массиве. Результатом этой циркуляции является непременный выход подземных вод на поверхность - в виде явных или скрытых источников, в том числе, субмаринных.
Типы пещер
Карстовые пещеры
Озеро в карстовой пещере Кризна Яма, Словения.
Натёчные образования в пещере Катерлох, Австрия.Таких пещер большинство. Именно карстовые пещеры имеют наибольшую протяжённость и глубину. Пещеры образуются вследствие растворения пород водой. Поэтому карстовые пещеры встречаются только там, где залегают растворимые породы: известняк, мрамор, доломит, мел, а также гипс и соль.
Известняк, а тем более мрамор, растворяются чистой дистиллированной водой очень плохо. В несколько раз растворимость повышается, если в воде присутствует растворённый углекислый газ (а он всегда растворён в воде, в природе), однако всё равно известняк растворяется слабо, по сравнению, скажем, с гипсом или, тем более, солью. Но оказывается, что это положительно сказывается на образовании протяжённых пещер, поскольку гипсовые и соляные пещеры не только быстро образуются, но и быстро разрушаются.
Огромную роль при образовании пещер играют тектонические трещины и разломы. По картам исследованных пещер очень часто можно видеть, что ходы приурочены к тектоническим нарушениям, которые видны на поверхности. Также, разумеется, для образования пещеры необходимо достаточное количество водных осадков, удачная форма рельефа: осадки с большой площади должны попадать в пещеру, вход в пещеру должен располагаться заметно выше того места, куда разгружаются подземные воды и т. п.
Химизм карстовых процессов таков, что часто вода, растворив породу, через некоторое время откладывает её обратно, образуя т. н. натёчные образования: сталактиты, сталагмиты, геликтиты, драпировки и проч.
Длиннейшая в мире Мамонтова пещера в США заложена в известняках. Она имеет суммарную протяжённость ходов более 500 км. Длиннейшая пещера в гипсах - Оптимистическая, на Украине, протяжённостью более 200 км. Образование таких длинных пещер в гипсах связано с особым расположением пород: пласты гипса, вмещающие пещеру, перекрыты сверху известняками, за счёт чего своды не обрушиваются. Длиннейшая пещера России - пещера Бо́товская, свыше 60 км длиной, заложена в известняке, находится в Иркутской области, бассейн р.Лены. Немного уступает ей Большая Орешная - карстовая пещера в конгломератах в Красноярском крае. Глубочайшие пещеры планеты тоже карстовые: Крубера-Воронья (-2191 м), Снежная (-1753 м) в Абхазии. В России глубже всех пещера Горло Барлога (-900 м) в Карачаево-Черкесии. Все эти рекорды непрерывно меняются, неизменно лишь одно: лидируют карстовые пещеры.
Тектонические пещеры
Такие пещеры могут возникать в любых породах в результате образования тектонических разломов. Как правило, такие пещеры встречаются в бортах глубоко врезанных в плоскогорье речных долин, когда огромные массивы породы откалываются от бортов, образуя трещины отседания (шерлопы). Трещины отседания обычно клином сходятся с глубиной. Чаще всего они заваливаются рыхлыми отложениями с поверхности массива, но иногда образуют довольно глубокие вертикальные пещеры, до 100 м глубиной. Шерлопы широко распространены в Восточной Сибири. Изучены они сравнительно слабо, и, вероятно, встречаются весьма часто.
Эрозионные пещеры
Пещеры, образуемые в нерастворимых породах за счёт механической эрозии, то есть проработанные водой, содержащей крупинки твёрдого материала. Часто такие пещеры образуются на берегу моря под действием прибоя, но они невелики. Однако, возможно образование и пещер, проработанных по первичным тектоническим трещинам уходящими под землю ручьями. Известны довольно крупные (сотни метров длиной) эрозионные пещеры, образованные в песчаниках и даже гранитах.
Ледниковые пещеры
Пещеры, образуемые в теле ледников талой водой. Такие пещеры встречаются на многих ледниках. Талые ледниковые воды поглощаются телом ледника по крупным трещинам или на пересечении трещин, образуя хода иногда проходимые для человека. Характерные длины составляют первые сотни метров, глубины - до 100 м и более. В 1993 г. в Гренландии был обнаружен и исследован гигантский ледниковый колодец «Изортог» глубиной 173 м, приток воды летом в него составлял 30 м³/с и более .
Ледниковая пещера на краю ледника Фолл (Fallbreeen), Шпицберген.Ещё один тип ледниковых пещер - пещеры, образуемые в леднике в месте выхода внутриледниковых и подледниковых вод на краю ледников. Талые воды в таких пещерах могут течь как по ложу ледника, так и по ледниковому льду.
Особый тип ледниковых пещер - пещеры, образуемые в леднике в месте выхода подземных термальных вод. Поскольку вода горячая, она способна проделывать объёмные галереи, однако такие пещеры залегают не в самом леднике, а под ним, поскольку лёд проплавляется снизу. Термальные ледиковые пещеры встречаются в Исландии, Гренландии и достигают значительных размеров.
Лавовая пещера , Гаваи. Вулканические пещеры
Эти пещеры возникают при извержениях вулканов. Поток лавы, остывая, покрывается твёрдой коркой, образуя лавовую трубку, внутри которой по-прежнему течёт расплавленная порода. После того как извержение уже, фактически, закончилось, лава вытекает из трубки с нижнего конца, а внутри трубки остаётся полость. Понятно, что лавовые пещеры залегают на самой поверхности, и часто кровля обваливается. Однако, как оказалось, лавовые пещеры могут достигать очень больших размеров, вплоть до 65.6 км длины и 1100 м глубины (пещера Пещера Казамура, Гавайские острова).
Пещеры на территории Прибайкалья
На территории Прибайкалья пещеры встречаются в различных породах и происхождение их весьма разнообразно.
Одни пещеры произошли в результате очень продолжительного растворения известняка, гипса, доломита, каменной соли и других легко растворяемых пород дождевой или талой снеговой водой, просачивающейся мелкими струйками через трещины в пластах горных пород.
Другие пещеры встречаются в гранитах, песчаниках, траппах, конгломератах и иных твердых породах и образовались вследствие процессов выветривания, резких колебаний температур и других причин.
На территории Прибайкалья наиболее широкое распространение получили пещеры первого вида.
Явления, возникающие благодаря растворению горных пород водой, в географической и геологической литературе принято называть карстовыми. Слово «карст» происходит от названия известнякового плато Карста, расположенного в Восточных Альпах около Адриатического моря, к востоку от города Триеста, где карстовые явления наиболее ярко выражены и раньше всего были изучены.
Основной особенностью карста является проницаемость пород, связанная со способностью их растворяться в воде.
Довольно быстро растворяется в воде гипс. Известняк растворяется медленнее и только в воде, содержащей углекислый газ. Просачивающаяся через трещины известняка дождевая и талая снеговая вода содержит кроме углекислого газа еще органические кислоты, образующиеся в почве при гниении листьев и стеблей. Вода медленно разъедает известняк, расширяя и углубляя трещины в нем.
Так, в течение многих тысячелетии подземные и поверхностные воды своим размывающим и растворяющим действием способствуют образованию воронкообразных углублений, колодцев, провалов и подземных пещер со многими залами и коридорами.
Расположенные глубоко под землей карстовые пещеры часто состоят из нескольких этажей на различных уровнях друг над другом. Коридоры таких пещер, соединенные узкими проходами-лазейками, иногда тянутся на большое расстояние, образуя сложные лабиринты. По некоторым пещерам, повидимому, когда-то протекали подземные реки, имеющие связь с поверхностными водотоками.
Карстовые явления часто наносят большой ущерб народному хозяйству. В результате тщательного изучения карстовых явлений установлено, что основную опасность представляет не столько процесс растворения известняков, который происходит чрезвычайно медленно, сколько созданные в прежние геологические периоды карстовые пустоты, в которые ухолит с поверхности вода. Это вызывает безводье края или резкие колебания уровня грунтовых вод, затрудняет добычу полезных ископаемых и является серьезной помехой при строительстве различных гидросооружений, прокладке железных дорог, изыскании трасс для шоссейных и грунтовых дорог, при проведении лесоэксплуатационных мероприятий и т. д.
В некоторых карстовых пещерах иногда можно видеть известковые натечные образования. С потолка пещеры свисают узкие и длинные сосульки - сталактиты, навстречу им с пола нарастают столбчатые сталагмиты.
Ф. Д. Бублейников так объясняет происхождение сталактитов и сталагмитов: «На поверхности капли, повиснувшей на потолке пещеры, выделяется твердый известковый осадок. Раствор продолжает поступать и, наконец. капля под собственной тяжестью отрывается и падает, оставляя на потолке пещеры кольцеобразный осадок твердого вещества. Так постепенно образуется тоненькая известковая трубочка, внутри которой продолжает стекать просачивающаяся вода. Трубочка обычно скоро заполняется осадком, н притекающий раствор спускается по ее поверхности. Слой за слоем отлагается известь и подобно тому, как весной по краям крыш образуются сосульки льда, с потолка пещеры, медленно нарастая, спускается сталактит. Не успевшая испариться с поверхности сталактита вода падает на дно пещеры, и на этом месте постепенно наращивается известковый столбик - «сталагмит».
Из года в год сталактиты и сталагмиты становятся все толще и длиннее. Нередко можно наблюдать причудливое срастание сталактитов и сталагмитов друг с другом в виде высоких стройных колонн, занавесей, ширм, грибов, статуй и т. п. натечных образований, эффектно украшающих пещеру.
В больших холодных пещерах посетителя поражают непроглядная тьма, глубокая тишина и необычайно причудливые формы сводов и стен, покрытые красиво свисающими гирляндами кристаллов льда и инея, сверкающих бриллиантами. Только изредка тишина пещеры нарушается мелодичными звуками падающих с потолка водяных капель, стуком свалившегося где-то камня или легким порывом ветра, дующего откуда-то издалека.
Пещеры, встречающиеся в гранитах, песчаниках, конгломератах (горная порода, состоящая из сцементированных окатанных валунов и галек различного происхождения и разных размеров), траппах (древняя изверженная горная порода) и других породах, имеют вид небольших открытых ниш, навесов, арок, щелей, иногда далеко уходящих вглубь скал. Такие пещеры и ниши обычно бывают светлыми, сухими и удобными убежищами от дождя и ветра. Наружные отверстия пещер и ниш обыкновенно встречаются на склонах гор, в береговых скалах или на террасах рек и иногда на значительной высоте над рекой или озером.
В многочисленных скалах побережья озера Байкал пещеры а гроты возникли под действием прибоя соли, которые своей огромной разрушительной силой способствовали расширению трещин и пустот в горных породах. Разрушительное действие прибоя увеличивается частыми ударами обломков скал, бросаемых волнами и бьющихся об уступы берега. В создании гротов известную роль играли и процессы выветривания. В некоторых местах от прибоя волн на побережье Байкала образовались высокие арки и ворота. Большой известностью пользуются живописнейшие гроты в бухтах Песчаной, Бабушки, Сенной, в скалах острова Ольхой, на островах Малого моря, в скалах вблизи поселка Коты в 18 километрах к северу от истока р. Ангары. Эти гроты бывают исключительно живописны поздней осенью, когда со стен и потолка гротов красивыми гирляндами свисают ледяные натеки льда.
Пещера Кызылъяровская им. Г.А. Максимовича.
Одна из крупнейших пещер Южного Урала - классический пример лабиринтовых пещер решетчатого типа, самая крупная пещера Урала в докембрийских отложениях, самая протяженная переточная пещера Башкортостана. Входит в состав Южно-уральского заповедника. Расположена в Белорецком районе в 1,2 км к север-северо-востоку от быв. д. Кызылъярово.
Небольшой (0,8х0,4 м) овальный вход в пещеру находится в средней части правого склона долины р. Бол. Инзер на абсолютной отметке 362 м с превышением над руслом реки - 13 м. Заложена в карстовом массиве, образованным U-образной излучиной реки. В его геологическом строении принимают участие известняки миньярской свиты верхнего рифея.
Привходовый коридор заложен по тектонической трещине и ориентирован по аз. 320 град.. Основная лабиринтово-решетчатая часть пещеры представлена системой наклонно-горизонтальных относительно узких и высоких коридоров и галерей, простирающихся по аз. 285-310 град.. Они пересекаются ходами северо-восточного направления. Образование лабиринта связано с системой взаимопересекающихся трещин бортового отпора, развитой во внутренней части излучины реки. При этом наиболее протяженные коридоры лабиринтовой части пещеры параллельны водораздельной линии на излучине, а короткие ходы - ориентированы перпендикулярно ей. Именно образование пещеры в коренной излучине реки по системе взаимопересекающихся трещин и обусловило ее значительные размеры, поскольку на Южном Урале для верхнепротерозойских карбонатных пород крупные (по длине) пещеры вообще не характерны.
Пещера богата разнообразными натечными образованиями. В ней имеются относительно редко встречающиеся в пещерах Южного Урала геликтиты и кальцитовые кристаллы.
Наиболее пониженные части пещеры заняты озерами, имеющими гидравлическую связь с речными водами. Через карстовый массив с пещерой осуществляется переток речных вод с частичной потерей расхода реки на входе в излучину.
Заложение пещеры произошло, по-видимому, в нижнем плейстоцене, а наиболее активное ее формирование происходило в среднечетвертичное время (300-400 тыс. лет тому назад).
Общая протяженность пещеры - 2217 м, площадь пола - 6,8 тыс. кв. м, объем - 30,6 тыс. куб. м, глубина - 13 м, амплитуда - 25 м.
Пещеры - это полости, образовавшиеся в верхней части земной коры в результате естественных процессов. Так прозаично описывает эти таинственные объекты научный язык. Однако у настоящих ценителей пещер, всегда найдутся для них живые слова.
Так, например, говорил о них Альфред Бегли, швейцарский исследователь пещер: «Под земной поверхностью в абсолютной темноте находится настолько огромный мир, что можно говорить о новом континенте».
Географический объект. Значение пещер
Значение пещер для человека трудно переоценить. Ведь именно в пещеры стали первыми домами для первобытных людей, поэтому раскрытие тайн, хранимых пещерами, помогает добавлять недостающие паззлы в картину истории и эволюции человека.
О большой познавательной ценности пещер свидетельствует возросший в последние десятилетия интерес к спелеологии как со стороны исследователей, так и со стороны туристов и любителей приключений. По всему миру растет количество пещер, подготовленных для туристических посещений.
Большое значение для сельского хозяйства имеют карстовые пещерные полости, поскольку их наличие приводит к уходу подземных вод на большую глубину, иссушению верхних слоев почвы, что обязательно необходимо учитывать при планировании сельскохозяйственных работ. А некоторые пещеры с микроклиматом, характеризующимся особо низкой температурой, используются в качестве больших «холодильников» для хранения продуктов питания и разнообразных материалов.
Большое значение пещеры имеют для добычи и исследования различных минералов и некоторых железных руд.
Характеристика пещер
Пещеры защищены от внешнего мира, имеют постоянный внутренний климат и крайне медленно эволюционируют. Эти характеристики делают их бесценными для археологии: пещеры сохранили для нас останки древних людей, кости вымерших животных и пыльцу растений.
Спелеофауна не отличается особым разнообразием и все же есть животные и растения, которые селятся преимущественно в пещерах или только в них. Это летучие мыши, прекрасно ориентирующиеся даже в самых длинных и запутанных подземных ходах, некоторые насекомые, креветки и другие ракообразные, пауки, рыбы и саламандры. Пещерные жители, адаптированные к полной темноте, часто полностью слепы и лишены пигмента.
Пещерные отложения делятся на механические и хемогенные. Механические отложения - это глина, глыбовые завалы, песок, галька; хемогенные - сталактиты и сталагмиты, украшающие древние пещерные галереи.
Виды пещер
Существуют искусственные (образованные человеком) и естественные (образованные природными процессами) пещеры. Естественные пещеры делятся по происхождению (ведущему процессу) на следующие пять видов.
Карстовые. Самая многочисленная группа. Они же самые красивые, глубокие и протяженные. Процесс их образования является следствием растворения различных пород в воде (гипса, известняка, мела, соли, мрамора и т.д.). Именно в карстовых пещерах образуются сталактиты, сталагмиты, а также геликаты и удивительный пещерный оникс.
Эрозионные . Схожи по процессу образования с карстовыми, однако эрозионные пещеры образуются в результате механической эрозии, т.е. вымываются водой, содержащей твердые крупинки (песок, осколки камней и т.д.). Часто образуются по береговой линии.
Тектонические . Образуются на местах тектонических разломов. Наиболее распространены в бортах речных долин, глубоко вклинившихся в плоскогорье.
Вулканические . Образуются следующим образом: при извержении вулкана лавовый поток, остывая, покрывается коркой, образуя лавовую трубу. Внутри трубы лава продолжает какое-то время течь, что приводит к образованию полости. Также к вулканическим относятся пещеры, образованные жерлами вулканов.
Ледниковые . Образуются в теле ледников. Среди ледниковых пещер различают пещеры, образованные талой водой, пещеры, образуемые в ледниках на месте выхода подледниковых и внутриледниковых вод, а также пещеры, образующиеся в ледниках на местах выхода подледниковых термальных источников.
Самые большие пещеры
(Пещера Шондонг )
Самой большой в мире пещерой является открытая в 2009 году пещера Шондонг в Центральном Вьетнаме (провинция Куангбинь). Более известная, но менее крупная Мамонтовая пещера , расположена в штате Кентукки, США. Представляет собой систему карстовых пещер, образованных в известняковом пласте.
В России самой протяженной является Ботовская , чья длина достигает 60 км. В Румынии находится пещера Мовиле - одна из трех пещер в мире, образованных в результате воздействия на горную породу серной кислоты. Пещера уникальна тем, что является замкнутой экосистемой, изолированной от экосистемы Земли.
Самая глубокая пещера
(Пещера Крубера )
Самая глубокая пещера в мире - пещера Крубера или Воронья - находится в Абхазии (Гагрский хребет). Пещера разветвляется на две ветки: глубина одной составляет 2 196 м, глубина другой - 1 300 м. Была открыта в 1960 году.
Самая длинная пещера
Самой длинной в мире является уже упомянутая выше пещерная система Мамонтовая (Кентукки, США). Длина ее составляет 627 644 м. Мамонтовая пещера лежит в предгорьях западных Аппалачей и в исследованной части насчитывает 20 крупных залов, столько же глубоких шахт и порядка 225 подземных ходов.