Лекция 17

Тема: КАРСТ И СУФФОЗИЯ

Карст и карстовые формы рельефа. Определение понятия "карст".

Условия и типы карстообразования. Поверхностные формы карстового рельефа и условия их образования. Гидрологический режим карстовых областей и его влияние на формирование рельефа. Речные долины карстовых областей, их морфологические особенности и типы. Подземные воды и карстовые пещеры. Зонально-климатические типы карста. Псевдокарст. Значение изучения карстовых процессов и карстовых форм рельефа.

Под карстом понимают совокупность характерных форм рельефа и особенностей наземной и подзем­ной гидрографии, свойственных областям развития растворимых горных пород.

Карст – процесс выщелачивания легко растворимых горных пород (карбонатов и сульфатов) подземными и поверхностными водами. В результате образуются Карстовые формы рельефа.

Сравнительно легко растворимыми породами являются

• известняк,

• мел,

• доломит,

• мергель,

• гипс,

• ангидрит,

• ка­менная соль.

Чаще всего встречаются формы рельефа, связанные с карстом в карбонатных породах — известняках и доломитах.

• В этих породах вода, обогащенная углекислотой, проникает по трещинам,

• растворяет и выщелачивает их,

• преобразуя углекислый кальций в бикарбонат, причем растворимость увеличивается в 100 раз.

Интенсивность карстового процесса и его рельефообразующая роль зависят от ряда факторов.

1. Активнее карст развивается в чистых известняках и доломитах, содержащих незначительное ко­личество нерастворимых примесей.

2. Карстовый процесс происходит в различных климатических зонах.

• В условиях влажного климата большое количество выпадающих осадков определяет скорость процесса растворения и способствует активизации карстовых форм.

• В условиях сухого климата процесс идет значительно медленнее.

3. Имеют значение также мощность и площадь распространения карстующихся пород.

4. Не менее важным фактором является трещиноватость карстующихся пород.

• Интенсивная трещиноватость увеличивает так называемую «скважность» пород, усиливает поглощение атмосферных осадков и циркуляцию под­земных вод.

5. Рельеф местности, его морфология, расчлененность, глубина вреза также влияют на развитие карста.

• По выровненной поверхности атмосферные воды стекают медленно, длительно воздействуют на растворимые породы и больше просачиваются вглубь по трещинам.

• С крутых же склонов вода быстро стекает, не производя значительного растворения пород.

• Более глубокое эро­зионное расчленение увеличивает мощность зоны циркуляции кар­стовых вод, способствует более интенсивному растворению.

По­этому в горных странах активный карст приурочен к обширным известняковым плато с ровной поверхностью, расчлененной глубо­кими долинами (Крым, Кавказ, хребет Каратау, Балканы и др.).

Карстообразование наблюдается и в областях с горизонтальным залеганием слоев, и на участках складчатой структуры.

• Горизон­тально лежащие слои карстуются хуже.

• Наклонно залегающие породы карстуются сильнее за счет более интенсивной циркуляции воды между слоями.

• Складчатая структура может определить ориентировку в расположении поверхностных карстовых форм в соответствии с простиранием растворимых пород или тектониче­ских нарушений в них.

В областях развития мощных карстующихся толщ горных по­род Д. С. Соколов выделяет четыре вертикальные зоны, различ­ные по условиям движения подземных вод и, следовательно, усло­виям карстообразования (рис. 32).

1. Зона аэрации, где происхо­дит нисходящее движение инфильтрационных вод.

2. Зона перио­дического насыщения, сезонного колебания уровня подземных вод.

3. Зона полного насыщения, где движение подземных вод направ­лено в сторону речной долины.

4. Зона, глубинной циркуляции, где движение воды происходит очень медленно в сторону тектониче­ских депрессий. Здесь карстообразование прекращается.

Уровень, ниже которого не происходит процесса растворения и образования карстовых форм, называется базисом карстования.

Этот уровень регулируется:

• изменением положения уровня грун­товых вод, который связан с базисом эрозии.

• Положение базисом эрозии определяется тектоническими движениями.

• При поднятии местности или опускании базиса эрозии карстообразование идет глубже, при опускании местности начинается затухание карста.

В зависимости от особенностей залегания растворимых горных пород и наличия или отсутствия покровных образований карст подразделяется на два основных типа:

• открытый, или средизем­номорский карст и

• закрытый, или среднеевропейский карст.

От­крытый карст

• развивается в растворимых породах, обнажающих­ся на дневной поверхности (Крым, Кавказ и область Средиземноморья).

• развиты обычно все встречающиеся разновидности карстовых форм.

Закрытий карст

• развит в растворимых породах, перекрытых нерастворимыми рыхлыми горными породами (Средняя и Восточная Европа, Урал Сибирь).

• Здесь встречаются не все поверхностные формы карста.

Карст, развивающийся под растворяющим действием поверх­ностных вод,

• создает поверхностные карстовые формы (поверхностный карст);

За счет растворения подземными водами

• образуется подземные карстовые формы (глубинный или подземный карст).

Поверхностные карстовые формы

Наиболее простые формы поверхностного карста - это

• карры и

• карровые поля.

Карры (рис. 33).

• это системы узких желобков борозд, разделенных неширокими гребешками

• образуются на поверхно­сти известняков, лишенных рыхлого покрова,

• образуются под действием дож­девых и талых снеговых вод

• Глубина ложбинок может меняться от десятков сантиметров до 1,5-3 м.

• Ширина ложбинок и гребней — от нескольких сантиметров до 1-1,5 м.

• В поперечном сечении карры имеют причудливый вид, стенки желобков неров­ные.

• В плане карры вытянуты параллельно друг другу в направ­лении более крутого уклона поверхности либо сливаются и ветвятся на пологих поверхностях.

• Карры развиваются по трещинам, обеспечивающим циркуляцию вод.

• Если трещины сближены, гребешки образуют очень узкие, с острыми зубцами «карровые ножи».

• На морских побере­жьях, сложенных известняками, в образовании карров большую роль играет морская вода в полосе прибоя и приливов

Карровые поля

• Многочисленные карры, расположенные на значительных площадях и обра­зующих труднопроходимый рельеф.

Более сложной и в то же время типичной формой поверхност­ного карста являются

• карстовые воронки (см. рис. 33).

Карстовые воронки

• Возникают в трещиноватых известняках, часто в местах пересечения тре­щин, наиболее благоприятных для просачивания.

• Дождевая и сне­говая вода, стекающая на глубину, недостаточно насыщена и поэтому растворяет стенки трещин, образуя западины, которые имеют форму воронки с поглощающим отверстием на дне, назы­ваемым понором.

• Карстовые воронки имеют округлую или непра­вильную форму в плане, довольно крутые склоны.

• Развиваясь в течение длительного времени, они достигают глубины 15-20 м;

• диаметр большинства воронок достигает 30-35 м, редко 100 м и более.

• Образуются воронки на плоских поверхностях, но могут встречаться и на склоне.

• Такие карстовые воронки относятся к воронкам поверхностного выщелачивания.

• При обрушении сводов подземных карстовых полостей образуются провальные воронки, иногда значительных размеров.

Провальные воронки

• встречаются реже,

• отличаются крутыми склона­ми, четкой бровкой, часто угловатыми очертаниями в плане;

• дно покрыто глыбами обрушившегося свода.

• Глубина из­меняется от 2-5 до 8-12 м.

Карстовые воронки на поверхности могут быть вытянуты в виде цепочки

• вдоль крупного тектониче­ского нарушения или

• над подземной карстовой пещерой.

В процессе развития карстовой воронки при выщелачива­нии известняков

• нерастворимые частицы оседают на дне и стен­ках воронки, которые приобретают блюдцеобразную форму, более плоскую, менее глубокую.

• Этот нерастворимый осадок окислов железа, кремния и алюминия, окрашенный в красно-бурый цвет — может привести к закупориванию понора и образованию карсто­вых озер.

При расширении и слиянии карстовых воронок возникают крупные карстовые формы (terra-rossa),

• котловины

• полья

• Это обширные замкнутые депрессии

• площадь до 300-400 км²

• с плоским дном и крутыми склонами,

• с отдельными останцами — перемычками.

• образование связано частично и с обрушением кровли крупных карстовых полостей, а также может быть предопределено тектоническими разрывами.

• Днища обычно затянуты мощным чех­лом нерастворимого краснозема, покрыты растительностью.

• Места­ми наблюдаются воронки с понорами, поглощающими воду.

В карбонатных и гипсовых толщах по плоскостям напластова­ния, где циркулируют растворяющие породу воды, могут разви­ваться

• ниши и

• навесы

• глубина до 1-5 м.

• Потолок обычно имеет форму свода.

• Образование, расположение и форма связаны с трещиноватостью пород.

Карстообразование в сочетании с эрозионной деятельностью поверхностных вод приводит к

• образованию характерных четкообразных слепых долин,

• долины заканчиваются ручьем, уходящим по трещине вглубь.

• Расширенные участки до­лины соответствуют карстовым воронкам,

• Эти участки соединяются более узкими отрезками эрозионного пропиливания.

Исчезающие реки

• могут течь на глубине по карстовым каналам на протяжении сотен и даже тысяч метров,

• могут затем снова появиться на поверхности, в склонах гор

• появляются в виде мощных карстовых источников со значительным гидростатическим напором, которые на­зываются воклюзы.

Тропический карст развивается

• В тропиках

• с высокой температурой воздуха и

• с большим коли­чеством осадков

• в чистых массивных известняках

• представлен характерными башенными, коническими или куполовидными остаточными возвы­шенностями

• высота возвышенностей 100-300 м,

• возвышенности разделены широкими впади­нами с плоскими днищами.

• Активному растворению в тропиках способствует интенсивное обогащение карстовых вод углекислотой и гуминовыми кислотами, образующимися за счет быстрого раз­ложения обильных растительных остатков.

Подземные карстовые формы

А. Пепеходные карстовые формы от поверхностного к глубинному карсту:

По мере развития поверхност­ного карста

• поглощающая трещина (понор) расширяется, превра­щается в карстовый колодец,

• колодец представляет собой вертикаль­ное углубление, достигающее десятков метров в глубину.

• С наибо­лее глубокими трещинами связаны карстовые шахты — глубокие, узкие трубообразные отверстия, уходящие на глубину до сотен метров.

В их формировании участвуют процессы

• растворением и

• размыв карстовыми водами, и

• обрушение.

Б. Типичные подземные карстовые формы

• Пещеры

• образуются под действием подземных вод

• в результате расшире­ния трещин в карстующихся породах и

• вдоль плоскостей напла­стования, поэтому

• их расположение и форма определяются тре­щиноватостью и условиями залегания пород.

Образование пещер связано

• с уровнем базиса карстования,

• уровень базиса карстования зависит от зеркала грунтовых вод и, следовательно, базиса эрозии.

Пещеры могут быть

• горизонтальные и

• наклонные,

• заканчиваться слепо, т. е. иметь только один вход

• или несколько входных отверстий (сквоз­ные пещеры).

• Они могут многократно разветвляться и протяги­ваться на большие расстояния

(до 290 км — Мамонтова пещера в США).

На потолках и днищах многих пещер

• развиты натечные известковистые образования

• сталактиты и

• сталагмиты (рис. 34),

• которые при слиянии могут образовать мощные колонны (сталагнаты).

Стенки пещер

• обычно неровные,

• часто осложнены нишами и трубчатыми ходами,

• покрыты карбонатными корками или рыхлыми продуктами выщелачивания известняков.

Рис. 34. Обобщенная схема пещерных образований.

1 — сталактит; 2 — бахрома и занавеси; 3 — флаг; 4 — «макароны»; 5 — гелектиты; 6 — сложный сталагмит; 7 — шесты; 8 — кальцитовые «водопады»; 9 — столбы и колонны (сталагнаты); 10 — озеро с кальцитовым обрамлением; 11—«пещерный жемчуг»—кальцитовые пизолиты; 12 — глыбы; 13 — песчано-глинистые отложения

На дне пещеры

• карстовые воды образуют подземные реки или вода скапливается в карстовых озерах.

Часто пещеры располагаются одна над другой несколькими этажами.

• По мере развития подземного карста усиливается дре­наж подземных вод, снижается их уровень, а следовательно, и «базис карстования».

• Образование пещер переходит на более низ­кий уровень.

• Этот процесс может быть вызван и понижением ба­зиса эрозии вследствие прерывистых тектонических поднятий рай­она.

• Отсюда нередко видна связь уровней карстовых пещер с определенными уровнями надпойменных террас в речной долине.

Карстообразование — это длительный процесс, он может про­должаться не один геологический период и затрагивать породы различного возраста.

Различают древний карст,

• формирование которого закончилось и

• он не связан с современной эрозионной сетью.

• Поверхностные формы такого карста обычно погребены под более молодыми отложениями, затянуты продуктами выветри­вания, задернованы.

Полости молодого карста

• часто открыты,

• тес­но связаны с современной гидрографической сетью, дренирующей карстовые воды.

Углекислый карст

• образуется главным образом под влиянием углекислых вод

• это все описанные формы рельефа.

Рудный или сернокис­лый карст

• Развит в районах с сульфидной минерализацией

• в развитии кар­ста имеют большое значение сернокислые воды, образован­ные в результате окисления сульфидов.

• Сернокислые растворы ускоряют процесс карстообразования и приводят к образованию карстовых полостей, распола­гающихся как в самом рудном теле, так и в зоне окисления, а также на некотором расстоянии от последних.

• В таких карстовых пустотах и пещерах стенки покрыты натечными окисленными ру­дами, переотложенными трещинно-карстовыми водами.

• Нередко эти руды цементируют рыхлые продукты разрушения вмещающих рудное тело карбонатных пород.

• Обогащаясь вблизи рудных за­лежей серной кислотой, подземные воды продолжают растворение карбонатных пород и на путях своего движения, достаточно уда­ленных от участков окисления сульфидов.

• законо­мерность расположения карстовых пустот в пределах рудных месторождений может служить некоторым поисковым признаком сульфидной минерализации и учитываться при проведении горных работ.

Примерами рудного карста могут служить Карасайская пещера и другие карстовые полости в хребте Каратау (Южный Казахстан).