5. Карстовые процессы и формы рельефа

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.

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

По составу карстующихся пород карст бывает: галоидный, сульфатный, карбонатный.

И хотя каменная соль и гипс обладают большей растворимостью, чем известняки, и доломиты, гипсовый (сульфатный) и соляной (галоидный) 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. Поэтому наиболее изучен и наиболее распространен именно известняковый карст.

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

К другим важнейшим условиям, определяющим развитие карста, относятся: а) рельеф; б) чистота и мощность известняков; в) структура породы; г) климат; д) трещиноватость карстующихся пород.

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

Наибольшее разнообразие форм рельефа и наибольшая активность карстовых процессов обычно свойственны голому карсту.

В карстовом массиве различают три этажа (зоны), различные в гидрогеологическом отношении.

Верхняя, называемая зоной аэрации, располагается от поверхности до уровня грунтовых вод и характеризуется вертикальной циркуляцией. Свободное гравитационное движение воды, свойственное верхней зоне, наблюдается в периоды выпадения дождей и таяния снега. В верхней зоне возникают основные поверхностные формы.

Средняя зона периодически полного насыщения отличается горизонтальными или слабо наклонными движениями воды в границах самого высокого и наиболее низкого уровня зеркала грунтовых вод. Это зона активного формирования карстовых пещер.

Нижняя зона — постоянного полного насыщения — распространяется вплоть до водоупорного горизонта и отличается горизонтальной циркуляцией. Она питает карстовые реки и крупные постоянные источники.

Поверхностные формы карста.

1. На молодом массиве известковых пород, недавно обнажившихся из-под уровня моря, под влиянием разъедающей деятельности проникающих в трещины в зоне аэрации дождевых и талых вод возникает сочетание специфических открытых мезо- и микроформ:

• карры, или шратты, представленные лабиринтом узких острых гребней и разделяющих их таких же узких борозд глубиной до 0,5 - 1 метра;

• карровые поля;

• поноры, т.е. более или менее широкие щели, служащие водоотводящими каналами для поверхностных вод;

• округлые понижения и провалы, объединенные под общим названием долины;

• наиболее типичные карстовые воронки, достигающие в диаметре 20 - 50 метров, а по глубине — от нескольких до первых десятков метров. Склоны воронок обычно крутые, обнаженные, дно сухое.

• глубокие (до нескольких десятков метров) вертикальные впадины типа колодцев.

2. Дальнейшее развитие карстового рельефа направлено по линии поверхностной денудации и образования поверхностных водотоков путем вскрытия подземных вод. В карровых полях устойчивые гребни превращаются в останцы. В понижениях накапливается нерастворимый осадок известняков — красная глина (terra rossa).

Для горного карста в этой стадии характерно развитие глубоких вертикальных каналов — карстовых бездн, или шахт, глубина которых достигает нескольких сот метров.

3. Переход в стадию зрелости равнинного голого карста выражается в расширении воронок, соединении их друг с другом, превращении колодцев в воронкообразные впадины. В результате слияния образуются широкие понижения причудливых очертаний, получившие название увала. Днище увала еще не имеет постоянного водотока, но скопление terra rossa способствует образованию временных водоемов, питаемых дождевыми и снеговыми водами.

Наиболее типичными формами зрелого карста считаются полья. Это обширные, вытянутые на много километров понижения с крутыми склонами и плоскими днищами, с постоянными водотоками или цепочками озер, питаемых грунтовыми водами.

Реки и долины карстовых областей.

Среди немногочисленных поверхностных водотоков карстовых областей по гидрологическому режиму и морфологии речных долин выделяют пять типов:

• Эпизодические речки, долины которых не выходят из зоны аэрации. Вода в таких неглубоко врезанных долинах появляется только во время сильных ливней или бурного весеннего снеготаяния.

• Постоянно текущие реки, днища долин которых лежат выше уровня грунтовых вод карстового массива.

• Постоянно текущие реки, долины которых врезаны до уровня грунтовых вод. Этими видами они в основном и питаются.

• Реки, прорезавшие не только всю толщу карстующейся породы, но и углубившиеся в подстилающие водоупорные породы.

• Подземные, или пещерные, реки, протекающие по системе подземных галерей.

Озера карстовых областей делятся на временные, дно которых не достигает уровня грунтовых вод, и постоянные, с преобладанием подземного питания. Котловины в плане обычно округлые, склоны крутые, а глубины значительные, особенно если озеро размещается в провальной котловине. Для карстовых озер характерно значительное и быстрое колебание уровня.

Пещеры карстовых областей

Пещерами называют разнообразные подземные полости, образующиеся в карстовых областях и имеющие один или несколько выходов на поверхность. Заложение пещер и их топография предопределяются расположением систем трещин, пронизывающих карстующуюся породу, и гидрогеологическими особенностями карстовых областей.

Во многих пещерах на днищах, стенках или сводах образуются натечные формы. С потолка пещеры свешиваются в виде сосулек узкие и длинные сталактиты, состоящие из кальцита и в разрезе обычно имеющие концентрическое строение. Со дна пещеры навстречу сталактитам поднимаются более массивные и короткие формы, называемые сталагмитами. Нередко сталактиты и сталагмиты страстаются и образуют натечные колонны (сталагматы).

Карстовый процесс — прежде всего денудационный процесс, поэтому он протекает по-разному в разных климатических зонах. В областях со средиземноморским субтропическим климатом карстовым процессам благоприятствует не только геологическое строение, но и климат. Ливневый характер атмосферных осадков и наличие засушливого сезона способствуют интенсивному воздействию дождевых вод на поверхность известняковых пород, сравнительно медленному накоплению элювия.

Формы равнинного карста в умеренных широтах: пологие блюдцеобразные западины, на дне которых скапливается вода или образуется низинное болото; нередко встречаются глубокие карстовые воронки и даже провалы типа колодцев. Дно их выстилается продуктами выветривания и формируются озера, в питании которых заметную роль играют воды подземного карстового массива.

Во влажном жарком тропическом климате развитие карста отличается специфическими чертами. В молодой стадии характерно преобладание положительных форм рельефа в виде конусов, башен, которые высоко подняты над базисом эрозии, так называемой базальной поверхностью. На основе морфологических различий выделяется куполовидный, башенный, конический и котловинный тропический карст.