Образование пещер. Типы, генезис и минералогия пещерных отложений Смотреть что такое "отложения пещерные" в других словарях

Одно из первых систематических описаний отложений пещер России приведено А.А. Крубером в его знаменитой монографии «Карстовая область Горного Крыма» (Крубер, 1915), где в соответствии с классификацией Э.А. Мартеля различаются: натечные образования; туф у выходов подземных вод; продукты разрушения и осыпания стенок; продукты провалов и обрушения сводов; пещерная глина - нерастворимый остаток карстующихся пород; занесенные с поверхности обломочные отложения; а также отложения животного и растительного происхождения; снег и лед.

Отложения карстовых полостей чаще всего имеют антропогеновый возраст. Но в классификационных построениях четвертичных отложений они практически не учитываются (Кизевальтер, 1985; Кожевников, 1985; Шанцер, 1966). В настоящее время не существует всеохватывающей классификации пещерных отложений. В отечественной литературе общепринята классификация Д.С. Соколова – Г.А. Максимовича, включающая восемь типов пещерных отложений (Максимович, 1963). Созданная в начале 60-х годов прошлого века, она в последующем, претерпев некоторые изменения, продолжает использоваться и поныне. Мы также возьмем за основу данную классификацию, широко известную спелеологам, с добавлением имеющихся данных современных исследований.

1. Остаточные отложения
Под остаточными принято понимать отложения, сформированные за счет нерастворимого остатка пород, вмещающих полости. Массивные хорошо карстующиеся известняки, в которых заложены многие карстовые пещеры, содержат 1-5% нерастворимого остатка. Расчеты показывают, что при растворении 1 м 3 известняков образуется около 140 кг (0,05 м 3) глинистого материала (Дублянский, 1977; Шутов, 1971). Для гипсовых пород района Кунгурской пещеры при содержании 1,6-2,3% нерастворимого остатка этот показатель равен 70 кг на м 3 сульфатной породы. Выделить чистый генетический тип остаточных отложений обычно довольно сложно. К ним относятся буро-красные пластичные глины, тонким слоем покрывающие внутреннюю поверхность некоторых куполов и закарстованных трещин. Немногочисленные спектральные анализы свидетельствуют о наличии в них Вe, Ba, Ti, V, Mn, Cr, Ni, Co, Pb, Sn, Ga, La в количествах, не превышающих содержания этих элементов во вмещающих породах (Дублянский, Полканов, 1974; Степанов, 1999).

К остаточным отложениям, вероятно, можно отнести тонкоотмученные глины, выполняющие прихотливо изогнутые углубления на сводах и стенах пещер. Это «глинистые вермикуляции», представляющие собой результат комбинированного воздействия на горную породу агрессивных конденсационных вод и бактериальной микрофлоры, способной усваивать углерод вмещающих известняков (Hill, Forti,1997).

Остаточные отложения могут покрывать стены полостей, полностью заполненные водой. При работе с аквалангом остаточные отложения легко взмучиваются, что затрудняет подводные спелеологические исследования.

2. Обвальные отложения
Обвальные отложения – широко распространенный, но мало изученный тип пещерных отложений. В.Н. Дублянский (Дублянский, 1977; Дублянский, Дублянская, 2004) выделил четыре генетических подтипа обвальных отложений: термо-гравитационный, обвально-гравитационный, провально-гравитационный, сейсмо-гравитационный.

Термо-гравитационные отложения формируются в привходовой части полостей и являются результатом физического выветривания в зоне резких суточных колебаний температуры воздуха. Представлены щебенкой и дресвой известняка, образуют сезонные прослои в рыхлых накоплениях. Обычно они распространены только в привходовых частях пещер. Мощность термо-гравитационных отложений может достигать нескольких метров (Воронцовская, Ахштырская, Партизанская, Ацинская и др., Западный Кавказ) наиболее глубоко залегающие слои отличаются более сильным выветриванием, местами обломки разрушаются до глиноземистого материала. Если они имеют красноватый цвет за счет обогащения окислами железа и марганца, то их образование происходило в условиях влажного и жаркого климата. Залегающие выше слои, как правило, представлены десквамационным щебнем с гумусированными суглинками темно-бурого цвета – наличие таких отложений говорит о более мягких климатических условиях способствующих процессам почвообразования умеренного климата. Верхние слои представлены мелкой щебенкой и легким серым суглинком, что свидетельствует о замедлении процесса выветривания в эпоху голоцена. Таким образом, положение и размеры обломков, характер их поверхностей и граней, цвет, наличие вторичных окислов металлов позволяют реконструировать палеоклиматические условия формирования карстовых полостей (Ниязов, 1983).

Обвально-гравитационные отложения представлены исключите­льно автохтонным материалом. Они формируются на всем протяжении пещер в результате разрушения подземных ходов, образуя коллювиальные скоплений преимущественно у их стенок. Наиболее крупные по размерам обломков глыбовые накопления характерны для участков полостей, заложенных в зонах тектонических нарушений. Размер обломочного материала зависит от слоистости горных пород, их трещиноватости и высоты подземных залов и галерей. Иногда обвально-гравитационные отложения формируются в виде крупных коллювиальных конусов в основании карстовых шахт. Эти отложения практически не сортированы, часто уплотнены. На них могут формироваться вторичные натечные образования. Выветриванию внутренних поверхностей раскрытых полостей способствует широкое развитие в пристеночной зоне алтерита - породы, измененной в результате метасоматических реакций при взаимодействии поровых и каналовых флюидов (Климчук, Тимохина, 2011).

Провально-гравитационные отложения образуются при прова­лах сводов пещер или их отдельных этажей. Крупные провально-гравитационные отложения известны во всех горно-складчатых регионах страны. Наиболее значительные по размерам глыбовые накопления наблюдаются на участках, близких к сместителям тектонических нарушений. В Мраморной пещере (Крым) в зале Перестройки наиболее крупные обвальные блоки известняка достигают размеров 20х6х3 м и имеют вес до 1000 т. В пещере Снежная (Зап. Кавказ) мощность провально-гравитационных отложений достигает 100 (конечный зал) и даже 140 м (завал в верхнем течении подземной реки) вес отдельных глыб достигает 2,5 тыс. т. Крупные провально-гравитационные тела имеют сейсмогенную природу (Дублянский, 1977; Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002). Для провально-гравитационных отложений также характерна локализованность, плохая сортировка обломочного материала, состоящего из крупных разноразмерных глыб, дресвы и мелкозема. Мощность провально-гравитационных отложений может достигать сотни метров и объема в тысячи м 3 .

Сейсмо-гравитационные отложения представлены рухнувшими междуэтажными перекрытиями обвальных залов, а также поваленными натечными колоннами и сталагмитами, выведенными из вертикального по­ложения. Подобные образования часто встречаются в сейсмоактивных областях России.

Г.А. Максимович еще в 1943 г. выделил в группе денудационных процессов карстовые сейсмы, имеющие небольшую глубину гипоцентра (30-100 м) и силу (не более 6-7 баллов в эпицентре). Сейсмографы обычно регистрируют их как отрицательные вступления.

Упоминаний о карстовых сейсмах в литературе довольно много. Геологи А.А. Иностранцев, П.Н. Барбот-де-Марни, Ф.Ю. Левинсон-Лессинг считали все слабые крымские землетрясения провальными. Расчеты показывают, что провалы перекрытий залов в Красной пещере могут вызвать в наиболее близких населенных пунктах (Симферополь – 22 км, Алушта – 26 км) землетрясения с магнитудой 2,5-2,7 единиц (3,7-3,9 балла). По выделившейся энергии (n·10 12 -10 17 эрг) самые крупные провалы на 3 порядка меньше, чем ялтинское землетрясение 1927 г. Подобные отложения описаны и для кавказких пещер (Вахрушев, Дублянский, Амеличев, 2001).

Очень интересную информацию о силе и направлении сейсмических толчков дают поваленные натечные колонны крупных залов и галерей полостей. Максимальный вес таких колонн достигает 150 т, длина 8-10 м, диаметр до 6 м. Азимуты лежащих колонн в пещерах указывают на эпицентральные зоны, сейсмические события которых, привели к их опрокидыванию. Растущие на них сталагмиты новой генерации позволяют определять возраст связанного с их разрушением землетрясения.

3. Водные механические отложения
Водные механические отложения пещер состоят из аллювиально-пролювиальных отложений временных и постоянных русловых подземных водотоков, осадков внерусловых озер и обломочных отложений, привнесенных с поверхности через трещины, колодцы, шахты- и пещеры-поноры. Эти отложения содержат большую и разностороннюю информацию о гидрогеологии и палеогеографии полостей, для получения которой необходимо использовать специальные методики гранулометрического и минералогического анализов (Ниязов, 1983). Материалы, касающиеся водных механических отложений пещер, имеются практически в каждой публикации, посвященной карстогенным и некарстовым полостям. Рассмотрим отдельно их гранулометрический состав, минералогические особенности и значение как индикатора палеоскоростей и палеорасходов подземных потоков. Приведенные ниже материалы были получены при исследовании пещер Кавказа и Крыма. Подобную методику можно использовать и в других регионах страны.

Гранулометрический состав. Водные механические отложения концентрированных потоков четко подразделяются на три группы: русловые (I), сифонно-русловые (II) и сифонные (III). Отдельные пробы внутри этих групп имеют индивидуальные отличия, но в целом их статистические характеристики довольно устойчивы (рис. 1).

Русловые отложения характеризуются хорошей сортированностью (1,91), так как формировались в постоянно существующем водном потоке. Для них характерен наиболее грубый состав (50-90% песчано-гравийной фракции). 3-18% составляет галька, чего никогда не наблюдается в отложениях других групп. Четкие закономерности распределения русловых отложений по крупности и степени сортированности вниз по потоку установить удается редко. Типовая кумулятивная кривая имеет выпуклую форму.

Сифонно-русловые отложения сформировались за счет перемешивания русловых и сифонных отложений во время паводков. Они характеризуются средней (2,20) сортированностью. Средний диаметр частиц колеблется в пределах от 8 до 1,7 мм. Частицы размером свыше 1 мм составляют 12-70%, что можно объяснить неоднократностью переноса в разных гидрологических условиях. 50% отложений представлено грубо-песчанистыми частицами 1-2 мм.

Рис. 1. Поля русловых (I), сифонно-русловых (II), сифонных (III) отложений и типовые куммулятивные кривые (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002)

Сифонные отложения характеризуются наилучшей сортированностью (1,42). Это объясняется тем, что каждый сифонный канал обладает своей пропускной способностью, которая определяет скорость потока и размеры выносимых им частиц. У выхода сифонного канала происходит сепарация материала определенной крупности. В среднем 90-95% приходится на частицы песчаной размерности. Частиц диаметром более 1 мм в этой группе всего 10-12%.

Приведенные данные представляют значительный палеогеографический интерес, так как по гранулометрическому составу песчано-галечниковых отложений можно определить условия их формирования. Для этого можно использовать метод Хьюлстрема-Буркхардта (Ниязов, 1983), который позволяет по данным о гранулометрическом составе водных механических отложений определить палеогидрологические условия (скорость и расход) сформировавших их водных потоков. Данный метод использовался для установления гидрологических характеристик водных потоков пещер, где показал свою хорошую информативность. Так в пещере Географическая (Западный Кавказ) палеоскорость составила 1-2 м/с, а палеорасходы от 3 до 10 м 3/ с

Большой интерес представляет изучение особенностей распределения водных механических отложений по вертикали. Для этого необходимо заложить шурф, который должен вскрыть весь разрез. В разрезе шурфа будут видны чередующиеся прослои песка, глины и гравия. Разрез необходимо несколько генерализируют – отбор проб производится из десятисантиметровых прослоев, иногда включающих несколько слойков песка или глины.

На рисунке 2 хорошо прослеживается увеличение крупности материала с глубиной. Если в слоях, лежащих на коренных породах, обнаружены археологические артефакты, то появляется возможность определить скорость и время формирования этих отложений. Кумулятивные кривые (рис. 2) вскрытых отложений относятся ко II и III группам – т.е. это отложения, сформированные в сифонной ловушке и смешанные с периодически поступавшими русловыми отложениями. Анализ подобного разреза выявляет пики, во время которых резко возрастало поступление в сифонную ловушку руслового аллювия. Скорость потока менялась при этом от 0,00-0,25 м/с (садка глинистых частиц) до 1,0-1,5 м/с (отложение гальки и гравия).

Минералогический состав водно-механических отложений . Для этих целей проводится шлиховой анализ проб, отбираемых в различных точках пещер. Условия их отбора различны. При малом объеме естественной ловушки (ванночка, скальный или натечный порог, заполнитель меандровой ниши и пр.) производится ее полная зачистка до плотика. При большой мощности или площадном распространении водных механических отложений проба отбирается как средняя по разрезу или по площади методом квартования. Три пробы – это крупные (10-12 кг) технологические пробы, характеризующие минералогический состав отдельных участков пещеры.

Пробы отмываются до серого шлиха (при этом потеря тяжелых минералов составляет около 15%). Серый шлих обрабатывается бромоформом. Легкая и тяжелая фракции подвергается электромагнитной сепарации. Гранулометрический состав пробы определяется рассевом средней 100-граммовой навески, отобранной из исходной пробы. Минералогический анализ производится общепринятым способом. Количественное определение минералов выполняется под бинокуляром с подсчетом сперва по магнитной и немагнитной фракциям, а затем – по отношению к весу всех тяжелых минералов образца. В каждой фракции подсчитывается порядка 300 зерен. Сокращение пробы производится методом дорожки. Результаты анализа выражаются в весовых процентах с учетом удельных весов минералов.

Рис. 2. Разрез шурфа(А) и кумулятивные кривые вскрытых им слоев (Б) (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002)

Минеральный состав водных механических отложений карстовых полостей, близок к минеральному составу нерастворимого остатка вмещающих пород (Дублянский, Полканов, 1974). Легкая фракция представлена в основном кварцем и кварцево-слюдистыми агрегатами, гидроокислами железа, обуглившимися растительными остатками. Здесь присутствуют также обломки натеков раковин и мелких костей грызунов. В тяжелой фракции вмещающих известняков встречаются: киноварь, пирит, марказит, флюорит, лейкоксен, ильменит, шпинель, рутил, брукит, анатаз, хромит, магнетит, гидроокислы железа, циркон, дистен, силлиманит, турмалин, пироксен, слюда, хлорит, роговая обманка, гранат, ставролит, муассанит, барит, апатит, ставролит, глауконит, корунд, эпидот, золото, галенит, сфалерит, карбонатапатит и другие (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002).

Причины минерального богатства водных механических отложений пещер различны. Основная – это то, что они представляют собой естественный обогащенный шлих (выход тяжелой фракции для известняков обычно много меньше 1%, а для заполнителя пещеры – достигает 5%). Поэтому появление в его составе минералов, пока не обнаруженных во вмещающих породах, связано с неполнотой наших представлений об акцессорной минерализации последних. В карстовых областях, где верховья постоянных и временных водотоков находятся в пределах некарстующихся пород шахты и поноры располагающиеся на их контакте с известняками, буквально перегружены аллювиально-пролювиальными отложениями. По мере продвижения вниз по потоку окатанность и степень сортированности материала в пещерах повышается. Как правило, крупные валуны и галька не образуют сплошные скопления, а накапливаются в гидродинамических ловушках (эворзионные котлы, подземные озера или расширения ходов и др.). Иногда встречаются участки некогда полностью заполненные валунно-галечными материалами. После их вторичного промыва в стенках колодцев остаются кольматационные отложения. В обводненных пещерах России во время паводков перемещаемый обломочный материал может закупоривать узкие каналы, это вызывает изменения направления подземного стока, размыв водно-механических отложений в одних местах и осаждение в других. На отдельных участках таких пещер, где отложения прорезаются современными потоками, образуются современные подземные террасы, изучение которых можно проводить выше описанным методом. Пещеры, расположенные в долинах крупных рек, вход в которые находится (или находился) на уровне высокой поймы, могут затапливаться при паводках. В таких пещерах встречаются галька и валуны, занесенные в пещеру во время паводка из речного русла (Шакуранская, Западный Кавказ и др.).

В некоторых пещерах на полу могут встречаться плотные тяжелые темно-коричневые желваки с блестящей внешней коркой. Местами эти желваки сцементированы карбонатным материалом и образуют своеобразный микроконгломерат. Изучение образцов в отраженном свете показало, что они сложены гетитом и гидрогетитом.

4. Водные хемогенные отложения
Согласно Г.А. Максимовичу (Максимович, 1963) водные хемогенные отложения подразделяются на натечные (субтерральные), кальцитовые (субаквальные), кристаллы автохтонных минералов и коррелятные отложения на поверхности. Материалы монографии К. Хилл и П. Форти (Hill, Forti, 1997) значительно изменили представление о формировании хемогенных пещерных отложений: введено новое понятие «спелеотема» (вторичные минеральные образования, сформированные в пещерной среде в результате физико-химических реакций); количество описанных минералов увеличилось с 40 (1950-1995 гг.) до 240; по составу все минералы пещер объединили в 13 групп: самородные элементы, сульфиды, оксиды и гидроксиды, галоиды, арсенаты, бораты, карбонаты, нитриты, фосфаты, силикаты, сульфаты, ванадаты, минералы органического происхождения. Перечень гидротермальных и рудных минералов достиг более 30 наименований для первых и 60 для вторых. Приводятся отложения пещер, возникших в процессе вулканической деятельности - лавовые кораллиты и геликтиты; сталактиты и сталагмиты, образованные из глины и песка; рассмотрен ряд и других редких форм пещерного седиментогенеза. В отечественной литературе уже существуют разработки, учитывающие данную классификацию, особенно в разделе описания пещерного минералообразования (Турчинов, 1996). Учитывая всю сложность приведенной классификации, остановимся здесь на первой классификации, наиболее известной отечественным спелеологам.

Субтерральные отложения. К типу субтерральных образований (возникших в воздушной среде, выше контакта с водной поверхностью) относятся сталактиты, бахрома, занавеси, геликтиты, сталагмиты, сталагнаты, покровы, щиты, кораллиты, известковое (лунное) молоко и др.

Сталактиты широко распространены в карстовых пещерах. Изредка встречаются также в полостях другого генезиса, где имеют не только карбонатный состав, но и слагаются минеральными видами железисто-магнезиального, сульфидного, органогенного и др. состава. Встречаются сталактиты от тонких (2-4 мм) трубочек длиной 0,2-1,0 м до различных конических форм диаметром 50-60 см и длиной до 4-5 м. При закупорке центрального канала сталактиты приобретают овальное полукруглое сечение. Плотность сталактитов (количество на 1 м 2) на отдельных участках пещер достигают 20-30 штук. Часто они располагаются рядами, маркируя разрывные нарушения, имеющие достаточные водопритоки. Сталактиты растут от сводов полостей, подчиняясь вектору гравитационных сил. Основным факторов образования сталактитов и многих других карбонатных хемогенных натеков является «сброс» карбоната кальция на геохимическом барьере за счет разницы содержания СО 2 в растворе, поступающем к сталактиту, и в воздухе пещеры.

Сталагмиты образуются на полу пещер, уступов стен и пещерных отложениях. Они образуются в результате дегазации СО 2 при ударе капель воды о пол пещеры. Сталагмиты в карстогенных пещерах могут быть представлены всеми разновидностями, описанными в литературе: сталагмиты-палки диаметром 2-3 и высотой до 3 м; конические, цилиндрические и пагодообразные диаметром 5-80 см и высотой до 4-5 м; пальмовые диаметром до 20 см и высотой до 3 м; сталагмиты неправильной формы, достигающие 2-3 м в диаметре при высоте 4-6 м. Часто сталагмиты также трассируют крупные трещины в своде, откуда поступает вода, располагаясь по одной или нескольким прямым линиям.

Сталагнаты или колонны образуются при смыкании крупных сталактитов и сталагмитов, располагаясь в основании крупных водообильных трещин. Они могут достигать 12-18 м в высоту и диаметра до 5-6 м и веса 130-1100 т. Иногда разросшиеся сталагнаты могут разделять крупные пещерные галереи на ряд изолированных залов.

Натечная кора, покровы образуются при поступлении раствора из горизонтальной трещины или ниши в стене. Они часто образуют каскады натеков, достигающие высоты 20-30 м и ширины до 30 м по фронту. Поверхность таких покровов волнистая, гладкая иногда выветренная. При вымывании из-под коры водных механических отложений возникают «висячие коры», иногда располагающиеся друг от друга на значительном расстоянии. Для них часто характерна слоистость, корродированность и ожелезненность отдельных прослоев.

Бахрома и занавеси образуются при просачивании воды из длинной трещины или при стекании ее вдоль уступа.

Кальцитовые щиты, барабаны и флаги. Они сравнительно редки. Первые представлены круглыми пластинами диаметром до 1 м, иногда и более, несущие на внешней поверхности сталактиты. Вторые имеют вид флага, прикрепленного к стене полости. Их происхождение дискуссионно. Некоторые исследователи считают, что это остатки кальцитовых кор, повисшие в воздухе после вымывания глинистого субстрата. Более вероятно, что они возникли при концентрическом нарастании слоев при питании из капиллярной трещины (Степанов, 1999).

Геликтиты - это сложные по морфологии образования, формирующиеся на сводах, стенах и на разных субтерральных отложениях. В зоне их роста, как правило, движение воздуха отсутствует. Они растут в произвольном направлении, изгибаясь под любым углом, не подчиняясь гравитации. По всей видимости, кристаллизационные силы являются основными в их морфологии. Встречаются сравнительно редко.

Кораллиты образуются при кристаллизации из водных пленок различного (часто аэрозольного) происхождения. Они встречаются на вертикальных, наклонных и горизонтальных поверхностях коренных стен и натечных образований. В зонах ежегодного подтопления они могут «бронироваться» тонкой корочкой марганцевых минералов и имеют характерный коричневый цвет. Встречаются как на участках с интенсивным движением, так на участках с затрудненной циркуляцией воздуха.

Известковое (лунное) молоко – это творожистые (в переувлажненном состоянии) или мучнистые (в воздушно-сухом состоянии) образования, покрывающие стены и натеки. Встречаются редко. Являются особой формой пленочной кристаллизации. С поверхности оно состоит из аморфных кальцитовых зерен, пронизанных паутиной тонких (0,1-0,05 мкм) кальцинированных нитей, возможно, органического происхождения. Внутренняя часть аморфная. Консистенция, как правило, сметаноподобная. При высыхании превращается в мучнистое вещество.

Антолиты - каменные цветы. Растут основанием, вытягиваясь от материнской породы. Они образуются только хорошо растворимыми минералами (гипс, эпсомит, тенардит, селитра). Из каждой подводящей поры растет один свободный кристалл. Он может срастаться с другими кристаллами или сворачиваться сложной дугой.

Субаквальные отложения . Формируются ниже уровня воды или на контакте водной поверхности с воздухом.

В полостях, полностью заполненных водой, могут возникать одиночные кристаллы или их друзы. В гидротермокарстовых пещерах отлагаются минералы гидротермального ряда: сфалерит, кварц, кальцит, пирит, галенит, киноварь, флюорит, арагонит, барит, халькозин, минералы урано-ториевой группы, минералы редких и благородных металлов и др. В этих пещерах могут возникнуть рудные залежи. Для гидротермальных пещер, полностью затопленных водой, характерно нарастание кристаллов, часто шестоватых по форме, по всей поверхности стен. Для холодных пещер кристаллообразование приурочено к отдельным ее частям.

Чаще всего в спелеологической практике приходится иметь дело с полостями, частично заполненными водой. Субаквальные отложения представлены кальцитовыми пленками и заберегами, обрамлениями, гурами, пещерным жемчугом и др.

Кальцитовые пленки возникают на поверхности воды подземных озер. Они возникают в результате кристаллизации на поверхности подземных озер при газообмене с атмосферой пещеры. Образуют тончайшие пленочки, удерживающие на воде силой поверхностного натяжения. Встречаются как в карбонатных, так и в сульфатных пещерах. В слабопроточных озерах они могут образовывать так называемые «запечатанные гуры», полностью закрытые сверху кальцитовой коркой. Кальцитовые пленки состоящие из карбоната кальция (97%) и глинистых частиц (3%) могут образовываться на поверхности ледяных сталактитов, сталагмитов, пристенных ледяных потоков (пещера Дружба, Урал).

Кальцитовые обрамления (забереги) образуются при примыкании пленки к берегу или к сталактиту, сталагмиту. Широко распространены в крымских пещерах. Они образуются на бортах слабопроточных и непроточных озер вследствие снижения их уровня. На сталактитах, свисающих в озеро, и на сталагмитах, поднимающихся со дна, возникают кружевные оторочки всевозможной формы и размеров. В карстологии они считаются минеральными индикаторами уровня затопления пещер.

Кальцитовые плотины (гуры) широко распространены во многих карстовых областях России. Высота их плотин колеблется в широких пределах от 0,2 до 7,0 м, площадь озер за гурами составляет от 2 до 200 м 2 . Отложение кальцита происходит за счет изменения гидрохимического баланса потока у комплексного термогеохимического и гидрофизического барьера, возникающего при перетоке воды из ванночки вниз по плотине. Здесь образуется тонкий слой осажденного кальцита. Гуры, образовавшиеся при водопритоке 0,001-0,100 л/с, располагаются в одиночку или небольшими группами в основании крупных фильтрующих трещин, в зонах площадной инфильтрационной или конденсационной капели, в сужениях боковых притоков, недоступных для дальнейшего прохождения. Для них характерны значительные колебания высоты натечных плотин (0,5-5,0 м) и площади озер за ними (0,2-15,0 м 2), небольшая длина плотин (0,2-1,2 м), сильная выпуклость их стенок вниз по потоку. Стенки плотин сложены пористым карбонатным материалом (плотность 2,2-2,4 г/см 3) и обрамлены с внутренней стороны кальцитовыми оторочками. На дне их часты скопления костей летучих мышей и мелких грызунов, обломки сталактитов, кальцитовые пизолиты. Галька вмещающих пород, как правило, отсутствует. Кальцитовые плотины обычно сохраняются целыми, а озера переполняются водой только после дождей и снеготаяния. Подобные гуры формируются у комплексного механико-термодинамического барьера (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002).

Гуры, образовавшиеся в проточных условиях при водопритоке 0,1-100,0 л/с, резко отличаются от описанных по морфологии. Некоторые из плотин Красной пещеры в Крыму состоят из почти 11 тысяч сезонных слоев. Они характеризуются значительной высотой (0,2-7,0 м), большой площадью плотинных озер (10-200 м 2), большой длиной (обычно 3-4 м, максимально – 13 м). Плотины имеют сложный ступенчатый профиль с преобладанием вертикальных участков. Сложены они более плотным карбонатным материалом (объемный вес 2,4-2,6 г/см 3). Внутренняя и особенно внешняя стенки плотин отшлифованы водой, а иногда «бронированы» плотным блестящим карбонатно-марганцевым налетом толщиной 0,2-0,3 мм. На днищах плотинных озер этого типа присутствует хорошо окатанный гравийный и песчано-галечниковый материал автохтонного (вмещающие известняки и натеки) и аллохтонного (кварцевая галька) происхождения. Гуры могут образовывать каскады, расположенные вниз по потоку. Каскады гуров известны во многих карстовых полостях. Характерной особенностью проточных гуров является их прорыв при увеличении обводненности. Например, в Красной пещере лишь 16% всех гуров удерживает воду. Остальные плотины прорваны, причем в 45% случаев это узкий (10-30 см) пропил, в 35% - это прорыв стенки эворзионного котла в теле плотины, в 20% - прорыв основания гура с образованием натечно-аккумулятивного моста на высоте 0,2-2,1 м над современным водотоком.

Кальцитовые оолиты и пизолиты встречаются в мелких слабопроточных озерах, в небольших углублениях, образованных каплями, падающими со сталактитов или сводов пещер, в гуровых озерах и др. Оолиты и пизолиты отличаются между собой только размерами. Их округлые белого цвета разности называются пещерным жемчугом. Оолиты имеют овальную форму при средних размерах 5-10 мм.

Повышение температуры воды в проточных ванночках вызывает снижение карбонатной емкости подземных вод и, как следствие, более активное формирование пещерного жемчуга.

Пещерные оолиты и пизолиты образованы центральным ядром и окружающими его концентрическими слоями. Пизолиты состоят в основном из карбоната кальция. Плотное ядро обычно состоит из обломков вмещающих пещеры известняков, песчинок кварца, реже – комочков глины, кусочков трубчатых сталактитов, мелких косточек птиц. Форма ядра определяет первоначальные очертания пизолитов, иногда сохраняющиеся до конечной стадии. Известны случаи, когда после нарастания 30-40 концентров ориентация большого диаметра пизолита меняется. Это свидетельствует о его повороте в процессе роста. Количествослоев в самых крупных пизолитах достигает 180-200. В отдельных пересыхающих ванночках найдены жемчужины, разбитые трещинами усыхания. Это указывает на обезвоживание и «старение» первоначального коллоидного сгустка. Таким образом, пещерный жемчуг является полигенетическим образованием.

Химический состав оолитов и пизолитов соответствует составу вмещающих известняков.

5. Кристаллы автохтонных минералов
К нимотносятся прежде всего кристаллы кальцита в карбонатном карсте, гипса в сульфатном и галита в соляном. Кристаллы исландского шпата встречены в ряде карстовых полостей Крыма, Кавказа, Средней Азии и др. Как правило, они размещаются в расширениях трещин, выполненных желто-бурой глиной. Кристаллы чаще всего не соприкасаются со стенками полости. Средние размеры кристаллов исландского шпата для карстовой шахты Ход конем (Крым) составляет 8-10 см, хотя здесь же встречены индивидуумы до 15 см длиной (Дублянский, 1977). Кристаллы прозрачные, бесцветные или светло-серые. Формирование исландского шпата связано с термальными водами.

Кальцитовые кристаллы . В ряде пещер карбонатного карста России встречаются скелетные формы кристаллов кальцита размерами от нескольких миллиметров до 5-7 см. Крупные кристаллы имеют пирамидальный габитус. Часты кристаллы различных размеров, габитусной формой которых является скаленоэдр. Очевидно, они возникли в субаэральных условиях из холодных растворов (температура менее 20°С).

В ряде карстовых полостей, претерпевших гидротермокарстовый этап своего развития, встречаются выступающие над поверхностью стен отпрепарированные кальцитовые жилы. Поверхность жильного кальцита корродирована, местами покрыта остаточной глиной, окислами марганца или карбонатными натеками. Кристаллы кальцита слабо люминесцируют в светло-голубых и синих цветах. Спектральный анализ выявил наличие в них ряда элементов: Ba, Na, Sn, Cu, Ni, Sr, B, Al, Si, Mn, Fe, Mg, Ti. Температура гомогенизации включений в них колеблется от 40 до 120°С (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002).

Кристаллы фреатического (субаквального) кальцита могут покрывать сплошной корой стены карстовых ходов. Сложены они параллельно-шестоватыми кристаллами кальцита коричневого цвета толщиной от 5 до 60 см. Их происхождение связано с гидротермальным этапом происхождения полостей. Встречаются твердые включения кристаллов доломита, агрегаты барит-стронцианита, гидроксилапатита, гидроокислы марганца, антимонит, апатитовые и апатит-бруштитовые минеральные метасоматические ассоциации и др. (Климчук, Тимохина, 2011).

Гипсовые кристаллы, хотя и характерны для сульфатного карста, однако достаточно часто встречаются и в карбонатном карсте, особенно если участок пещеры располагается близ тектонического нарушения, в зоне, где отмечаются лишь годовые колебания температуры и влажности воздуха, не превышающие 0,2°С и 0,3 мм рт. ст.

На карстующихся породах, покрытых глиной, растут гипсовые стяжения зубчатой формы, сложенные крупнокристаллическим гипсом. Кристаллы гипса обычно призматические, вследствие вторичного растворения редко сохраняющие правильные кристаллографические очертания. На участках поступления поровых растворов образуются гипсовые цветы – антолиты. В карбонатном карсте гипсовые кристаллы образуются при воздействии инфильтрационных вод на рассеянный в известняках пирит. Они являются признаком близости крупных разрывных зон.

6. Органогенные отложения
Органогенные отложения пещер чаще всего представлены фосфоритами, гуано, костной брекчией, селитрой, отложениями колониальных микроорганизмов.

Гуано и фосфориты пещер. Фосфориты и фосфорсодержащие минералы образуются в карстовых полостях, населенных наземными позво­ночными. Во многих пещерах России имеются участки с залежами гуано летучих мышей. Минералогия фосфорсодержащих образований на контакте гуано и коренных известняков практически неизвестна. Между тем, в отложениях пещер Мира описано более 50 фосфатов, в том числе – много редких минералов (Hill, Forti, 1997).

Отложения костей современной и более древних эпох в массовых количествах встречаются достаточно редко. Большие скопления костей могут образовывать так называемые костяные брекчии. По виду это рыхлая песчано-глинистая красно-бурая порода с большим содержанием окислов фосфора, кремнезема, алюминия и железа. Имеются костяные брекчии, сцементированные карбонатом. Иногда встречаются псевдоморфозы по ископаемым костным остаткам фауны гидроокислов железа и марганца, гипса, кальцита, карбонатапатита. Описан карбонатгидроксилапатит в виде шарообразной формы размером до 3-5 мм желтого, янтарно-желтого, розовато-белого цвета (Тищенко, 2008). Археологические и палеонтологические исследования костей различных животных древних эпох - важный материал для палеогеографических реконструкций (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002; Бачинский, 1970; Ридуш, Времир, 2008). Чаще всего в пещерах встречаются костные остатки зайца, оленя, лисицы, пещерного медведя, быка, хомяка, слепыша, барсука, собаки, косули, лошади, значительно реже - пещерного льва, пещерной гиены, мамонта, волосатого и этрусского носорога. Большинство костных остатков имеют плейстоценовый возраст - до 1,5 млн. лет. Несколько реже встречаются плиоценовые местонахождения возрастом 2 и более млн. лет (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002).

Селитра . Залежи биогенной селитры в виде мучнистых налетов, кор и мелких кристаллов связаны с биохимическим разложением азотсодержащих органических веществ в пещерах. Они известны в пещерах Крыма, на Северном Кавказе, в Средней Азии, Сибири, Дальнего Востока и др.

7. Антропогенные отложения
Антропогенные отложения представляют собой следы жизнедеятельности современного и древнего человека. Их исследования позволяют установить характер использования каждой конкретной пещеры или искусственные полости (Дублянский, Дублянская, Лавров, 2001). Археологические исследования карстовых регионов России показали, что пещеры использовались древним человеком, начиная с раннего палеолита. Данные материалы имеются в региональных сводках практически для каждого крупного карстового района страны.
Для изучения отложений полостей используется широкий набор полевых и лабораторных методов исследований. Их применению посвящена достаточно обширная, в основном карстологическая, литература (Ниязов, 1983; Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002 и др.).

Рис.3 Кальцитовые оторочки на уровне стояния воды подземного озера.
Рис.4. Кальцитовые оторочки (забереги) нескольких уровней стояния воды подземного озера




Рис.5. Каскадный натек
Рис.6. Кальцитовые драпировки и сталагмиты нескольких генераций




Рис.7. Пещерный зал с различными натечными образованиями
Рис.8. Сросшиеся сталактиты и сталагмиты на кальцитовой коре





Рис.9 Кристаллы целестина (сульфата стронция) на фоне белого кальцитового натека (фото Л.Гомарева, А.Шелепин)
Рис.10. Геликтиты (фото Л.Гомарева, А.Шелепин)
Рис.11. Гипсовые цветы – антолиты (фото Л.Гомарева, А.Шелепин)

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андрейчук В.Н. Cистемная природа карстового ландшафта // Спелеология и карстология. – 2009. - №3. – С. 47-59.

Бачинский Г. А. Тафономическая характеристика местонахождений ископаемых позвоночных в карстовых пещерах Украины // Физическая география и геоморфология (Карст Украины). - 1970. - №4. - С. 153-159.

Вахрушев Б.А., Дублянский В.Н., Амеличев Г.Н. Карст Бзыбского хребта. Западный Кавказ. - Москва: РУДН, 2001. – 170 с.

Вахрушев Б.А. Роль геохимических превращений в карстовом геоморфогенезе // Спелеология и карстология. - 2010. - №4. - С. 33-43.

Дублянский В.Н., Клименко В.И., Вахрушев Б.А. Карст и подземные воды карстовых массивов Западного Кавказа – Л.: Наука, 1985. – 150 с.

Дублянский В.Н. Карстовые пещеры и шахты Горного Крыма. – Л.: Наука, 1977. – 180 с.

Дублянский В.Н., Дублянская Г. Н.Карстоведение. Часть 1. Общее карстоведение. - Пермь: ПГУ, 2004. - 307 с.

Дублянский В.Н., Дублянская Г.Н., Лавров И.А. Классификация, использование и охрана подземных пространств. - Екатеринбург: УрО РАН, 2001. - 195 с.

Дублянский В.Н., Полканов Ю.А. Состав водных хемогенных и механических отложений карстовых полостей Горного Крыма // Пещеры. - Пермь, 1974. - Вып. 14-15. - С. 32-38.

Кизевальтер Д.С., Рыжова А. А. Основы четвертичной геологии. – М: Наука, 1985. - 177 с.

Кожевников А.В. Антропоген гор и предгорий. - М.: Недра, 1985. - 181 с.

Крубер А. А. Карстовая область Горного Крыма. - М., 1915. - 319 с.

Климчук А.Б., Тимохина Е. И. Морфогенетический анализ пещеры Таврская (Внутренняя гряда Предгорного Крыма) // Спелеология и карстология. - 2011. - №6. - С. 36-52.

Дублянский В.Н., Вахрушев Б.А., Амеличев Г.Н., Шутов Ю.И.. Красная пещера. Опыт комплексных карстологических исследований - М. : РУДН, 2002. - 190 с.

Максимович Г. А. Основы карстоведения Т. 1. – Пермь: Пермское книжное изд-во, 1963. – 444 с.

Проблемы изучения карстовых полостей южных областей СССР / под ред. Р. А. Ниязова. - Ташкент: Фан УзССР, 1983. - 150 с.

Ридуш Б.Т., Времир М.Итоги и перспективы палеонтологического изучения пещер Крыма // Спелеология и карстология. - 2008. - №1. - С. 85-93.

Степанов В. И. Минералогия пещер // Пещеры. - Пермь, 1999. - С. 63-71.

Тищенко А.И. Минералогическая изученность карстовых полостей Крыма // Спелеология и карстология. - 2008. - №1. - С.81-84.

Турчинов И. И. Генетическая классификация пещерных минералов и спелеоминеральные формации // Свет. - 1996. - №1 (14). - С. 24-26.

Шанцер Е.В. Очерки учения о генетических типах континентальных осадочных образований. - М.: Наука, 1966. - 239 с.

Шутов Ю.И. Условия формирования, гидродинамическая гидрохимическая зональности трещинно-карстовых вод Главной гряды Горного Крыма. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. Киев, 1971. – 22 с.

2. Hill C.A., Forti P.Cave minerals of the World. - Huntsville, Alabama, U.S.A. - 1997. - 462 p.

В Европе и Азии находится множество доисторических стоянок гоминин с инструментами и другими рукотворными предметами, однако находки останков древних людей не слишком многочисленны. Исследователи из Института эволюционной антропологии общества Макса Планка в сотрудничестве с коллективом археологов и палеонтологов, в том числе с известным российским археологом Анатолием Деревянко, нашли способ «выловить» крошечные фрагменты ДНК, принадлежавшие множеству млекопитающих, в том числе древним людям, из отложений в пещерах. О новом методе, который может осуществить революцию в археологии, ученые рассказали в журнале Science .

Изучая ДНК неандертальцев и денисовцев, исследователи воссоздают нашу собственную эволюционную историю. Однако ископаемые останки древних людей встречаются редко, да и те не всегда пригодны для генетического анализа.

«Мы знаем, что некоторые компоненты отложений могут связывать ДНК, — рассказывает Маттиас Мейер, один из исследователей. — Так что мы решили выяснить, может ли ДНК гоминин сохраниться в отложениях на древних стоянках, где те жили».

Задавшись этой целью, Мейер и другие ученые объединились со множеством исследователей, которые вели раскопки на семи археологических объектах в Бельгии, Хорватии, Франции, России и Испании. Они собрали образцы отложений возрастом 14-550 тыс. лет. Используя совсем небольшое количество материала, исследователи восстановили и проанализировали фрагменты митохондриальной ДНК и идентифицировали их как принадлежащие к двенадцати различным видам млекопитающих, в том числе шерстистому мамонту, шерстистому носорогу, пещерному медведю и пещерной гиене.

Подготовленный к анализу образец отложений

Затем команда занялась поиском в образцах непосредственно ДНК гоминин. «Мы подозревали, что в большинстве наших образцов будет слишком много ДНК млекопитающих, чтобы обнаружить следы человеческой ДНК, — рассказывает доктор Вивиан Слон, ведущий автор исследования. — Так что мы сменили стратегию и нацелились на конкретно фрагменты ДНК, принадлежащей человеку». Исследователи разработали молекулярный «крюк» из современной ДНК человека, с помощью которого «выловили» последовательности, наиболее похожие на него. Они беспокоились, что ДНК гоминин будет настолько скудной, что ее не удастся обнаружить. «У меня отвисла челюсть», — описывает свои эмоции в момент нахождения ДНК неандертальцев Слон. Достаточное количество ДНК гоминин для дальнейшего анализа удалось выделить из девяти образцов. Восемь из них содержали митохондриальную ДНК одного или нескольких неандертальцев, а один — ДНК денисовского человека.

«Это действительно революционный подход. Если все действительно так круто, как сообщается в статье, то палеоантропологов в ближайшем будущем должно ждать много открытий, — делится с «Газетой.Ru» впечатлениями , популяризатор науки и главный редактор портала «Антропогенез.ру».

— Вообще-то технология появилась не вчера — это то, что называется метагеномный анализ: когда берут некий образец из окружающей среды и выделяют из него всю ДНК, какую найдут. Например, из воды в озере, или из донных отложений, или из почвы. В таком «метагеноме» могут быть фрагменты ДНК тысяч живых существ — в первую очередь микроорганизмов, но не только. С помощью специально разработанных процедур специалисты определяют, кому принадлежали эти «кусочки кода».

«Извлекая ДНК гоминин из отложений, мы можем получить информацию о присутствии групп гоминин в местах, где это нельзя было обнаружить другими способами, — отмечает генетик Сванте Паабо. — Это показывает, что ДНК-анализ отложений — очень полезная археологическая процедура, которая может в будущем стать общераспространенной практикой».

ДНК удалось выделить даже из образцов, которые годами хранились при комнатной температуре. Анализ этих и других, более свежих, образцов позволит значительно углубить имеющиеся знания об эволюции человека.

«Недавно так поступили с зубным камнем неандертальцев — и узнали, каких животных и какие растения те ели десятки тысяч лет назад, — рассказывает Соколов. — А вот теперь пошли еще дальше.

Что дает такой подход? Возможность изучать памятники, на которых человеческих останков вообще нет. А ведь таких памятников большинство!

Например, на Русской равнине много стоянок среднего палеолита, но человеческих останков почти нет. Поэтому, строго говоря, мы не знаем, что за люди это были. Вероятно, неандертальцы — а вдруг нет? Новый подход позволит ответить на этот вопрос».

Имеет следующую основу. Основные закономерности формирования хемогенных отложений и особенности кристаллизационной аккумуляции пещер на примере Анакопийской пропасти изучались В. И. Степановым (1971). По его мнению, общий ход кристаллизации каждого отдельного участка этой пещеры идет по схеме: туфовая сталактит-сталагмитовая кора – кальцитовая сталактит-сталагмитовая кора – кораллиты – гипс. Рис. 1 Стадии эволюции карбонатного литогенеза пещер (по Г.А. Максимовичу): 1– покровные натеки; 2 – гуры; 3 – массивные сталагмиты; 4 – пагодаобразные сталагмиты; 5 – пальмовые сталагмиты; 6 – конические сталактиты; 7 – сталагмиты-палки; 8 – трубчате сталактиты; 9 – уплощенные сталактиты; 10 – эксцентрические сталактиты; 11 – эксцентрические эксудаты . Наиболее детальная схема спелеолитогенеза разработана Г.А. Максимовичем (1965). Он показал, что характер и морфология хемогенных образований зависят от величины притока воды и парциального давления углекислого газа, которые значительно изменяются на разных стадиях развития пещеры. При больших притоках воды (1–0,1 л/сек) выпадающий из раствора карбонат кальция образует на полу пещеры покровы и гуры (рис. 1).
Хемогенные образование в пещерах зависят от величины притока воды и парциального давления углекислого газа. Последние нередко располагаются каскадами. Когда приток воды из трещин и отверстий в потолке пещеры уменьшается, то создаются условия для формирования массивных (0,01–0,001 л/сек), пагодаобразных (0,001–0,005 л/сек) и пальмовых (0,005–0,0001 л/сек) сталагмитов. При дальнейшем уменьшении притока воды, насыщенной карбонатом кальция, возникают сначала конические сталактиты (10- 4–10-5 л/сек), а затем – сталагмиты-палки (10-5–10-6 л/сек). Особый интерес представляет класс, притоков с дебитом 10-4–10-5 л/сек (или 0,1– 0,01 см 3 /сек), определяющих переход от нижней лито-аккумуляции к верхней, а также их совместное развитие. При ничтожно малых притоках воды образуются трубчатые сталактиты (10-3 –10-5 см 3 /сек), сложные сталактиты с широким основанием (10-5 –10-6 см 3 /сек) и эксцентри-ческие сталактиты (10-6 –10-7 см 3 /сек). В формировании эксцентрических сталактитов принимают участие также конденсационные воды. На этом этапе спелеолитогенеза силы кристаллизации доминируют над силой тяжести, которая играла главную роль при более значительных притоках. Заключительным звеном генетического ряда хемогенных образований являются , связанные с выпадением кальцита из конденсационных вод, которые на этой стадии представляют единственный источник поступления влаги.

Схема образования спелеоформ

Хемогенные или водно-хемогенные образования

Остаточные отложения

Пластичные глины

Обвальные отложения

Гляциогенные отложения

Органогенные отложения

Гидротермальные отложения

Антропогенные отложения

3. ПЕЩЕРНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ

В пещерах присутствуют практически все осадочные и кристаллические образования, известные на поверхности, но представлены они специфическими формами.

1. Остаточные отложения. В карстующихся породах в небольших количествах (1 – 10%) обязательно содержится примесь песка или глины, состоящая из SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 . При растворении известняков или гипсов нерастворимый остаток накапливается на стенах трещин, сползает на дно галерей. Смешивается с другими пещерными отложениями. К примеру, из 1 м³ юрских известняков (около 2,7 т) образуется 140 кг глины, которая сложена минералами иллитом, монтмориллонитом, каолинитом, полевым шпатом, кварцем. От их соотношения зависят свойства глин: часть из них набухает при увлажнении, закупоривая мелкие трещины, часть, напротив, легко отдаёт воду и быстро осыпается со стенок. Иногда в образовании налётов глины принимают участие и бактерии: некоторые виды микробов способны получать углерод непосредственно из известняка – так на стенах образуются червеобразные или округлые углубления («глинистые вермикуляции»).

2. Обвальные отложения подразделяют на три группы разного происхождения.

– термогравитационные образуются только у входа в пещеру, где велики суточные и сезонные колебания температур. Их стены «шелушатся», присводовая часть полости растёт, на полу накапливается щебень и мелкозём. Количество этого материала, его состав, размеры, форма частиц, число их рёбер и граней хранят зашифрованную информацию об изменениях климата района на протяжении десятков тысяч лет.

– обвально-гравитационные отложения формируются на всём протяжении пещер, особенно обильно – в зонах тектонической трещинноватости. Щебёнка, дресва, небольшие глыбы, упавшие со сводов, дают представление о геологическом строении залов, которое сложно изучить непосредственно.

– провально-гравитационные отложения: при обвале на дне галереи только тот материал, который имеется в самой пещере; при провале свода в неё поступает материал с поверхности, а при обрушении междуэтажных перекрытий возникают огромные залы. Эти отложения представлены блоками и глыбами весом в сотни тысяч тонн. Красновато-бурая поверхность известняков покрыта белыми «звёздами» – следами ударов упавших камней. Слагающие пещеру известняки сами падают под углом 30º, поэтому при отрыве пласта в своде зала он смещается шарнирно, с поворотом и переворотом. Кроме блоков и глыб, наблюдаются поваленные натечные колонны. Сильные землетрясения вызывают обрушение сводов, и ориентированные поваленные колонны иногда уверенно указывают на эпицентры. Натечные колонны также – «минералогические» отвесы, в которых зафиксировано положение геофизической вертикали данной местности на протяжении всего её роста. Если после падения на них нарастают сталагмиты или сталактиты, то по их возрасту можно определить возраст колонны.

Обратная связь карста и сейсмологии заключается в том, что при провале свода пещеры образуются блоки весом до 2–3 тысяч тонн. Удар о пол при падении с высоты 10–100 м высвобождает энергию, равную 1·! 0 13 – 10 15 эрг, что соизмеримо с энергией землетрясений. Локализуется она в небольшом объёме породы, но может вызвать ощутимое местное землетрясение силой до 5 баллов.

3. Водные механические отложения – источник сведений об условиях развития карстовых полостей. Если состав отложений соответствует составу минералов вмещающих пород, то пещера сформирована местными потоками. Крупность таких отложений – от метровых валунов (в пещерах, сформированных ледниками), до тончайшей глины. Зная площадь поперечного сечения хода и диаметры отложившихся частиц, оценивают скорости и расход древних потоков, в какой гидродинамической зоне закладывалась пещера.

4. водные хемогенные отложения. Термины «сталактит» и «сталагмит» (от греческого «сталагма» – капля) ввёл в литературу в 1655 г. датский натуралист Олао Ворм. Эти образования связаны с капельной формой движения воды – раствора, содержащего различные компоненты. Когда в основании обводнённой трещины формируется капля раствора, это не только борьба силы поверхностного натяжения и силы тяжести. Одновременно начинаются химические процессы, приводящие к выпадению на контакте раствора и горной породы микроскопических частиц карбоната кальция. Несколько тысяч капель, сорвавшихся с потолка пещеры, оставляют после себя на контакте порода / раствор тонкое полупрозрачное колечко кальцита. Следующие порции воды уже будут образовывать капли на контакте кальцит / раствор. Так из колечка формируется всё удлиняющаяся трубочка (брчки – достигают 4–5 м в пещере Гомбасек, Словакия). Таким образом, химическая основа процесса – обратимая реакция

CaCO 3 + Н 2 О + CO 2 <=>Ca 2+ + 2HCO 3 - (1)

При растворении известняка реакция идёт вправо, с образованием одного двухвалентного иона Ca и двух одновалентных ионов HCO 3 . При образовании натёков реакция идёт влево и из этих ионов образуется минерал кальцит. Реакция (1) идёт в несколько стадий. Сначала вода взаимодействует с углекислым газом:

H 2 O + CO 2 = H 2 CO 3 <=> H + + HCO 3 - (2)

Но угольная кислота слабая, поэтому диссоциирует на ион водорода Н + и на ион HCO 3 - Ион водорода подкисляет раствор, и только после этого начинается растворение кальцита. В формуле (1) только один ион HCO 3 поступает из породы, а второй не связан с нею и образуется из привнесенных в карстовый массив воды и углекислого газа. Это на 20–20% уменьшает расчётную величину активности карстового процесса. Например, пусть сумма всех ионов, находящихся в воде, составляет 400 мг/л (в т.ч. 200 мг/л HCO 3). Если мы используем анализ для оценки питьевой воды, то в расчёт включаются все 400 мг/л, но если по этому анализу рассчитывать интенсивность карстового процесса, то в расчёт следует включать сумму ионов минус половина содержания иона HCO 3 (400–100=300 мг/л). Также необходимо учитывать, какой перепад парциальных давлений CO 2 имеется в системе. В 40–50 гг. считалось, что карстовый процесс идёт только за счёт CO 2 , поступающего из атмосферы. Но в воздухе его всего 0, 03–0,04 объёмных % (давление 0,0003–0,0004 мм рт.ст.), и колебания этой величины по широте и высоте над уровнем моря незначительны. Но замечено, что более богаты натёками пещеры умеренных широт и субтропиков, а в пещерах высоких широт и больших высот их совсем мало. Изучение состава почвенного воздуха показало, что содержание CO 2 в нём 1–5 объёмных %, т.е. на 1,5–2 порядка больше, чем в атмосфере. Немедленно возникла гипотеза: сталактиты образуются при перепаде парциального давления CO 2 в трещинах (такое же, как и в почвенном воздухе) и воздуха пещер, имеющего атмосферное содержание CO 2 . Таким образом, сталактиты образуются в основном не при испарении влаги, а при наличии градиента парциального давления CO 2 от 1–5% до 0,1–0,5%(воздух в пещерах). Пока питающий канал сталактита открыт, по нему регулярно поступают капли. Срываясь с его кончика, они образуют на полу одиночный сталагмит. Происходит это десятки-сотни лет. Когда питающий канал зарастёт, будет забит глиной или песчинками, в нём повышается гидростатическое давление. Стенка прорывается, и сталактит продолжает расти за счёт стекания плёнки растворов по внешней стороне. При просачивании воды вдоль плоскостей напластования и наклонных трещин в своде возникают ряды сталактитов, бахрома, занавеси, каскады. В зависимости от постоянства водопритока и высоты зала под капельниками образуются одиночные сталагмиты-палки высотой 1–2 м (до десятков метров) и диаметром 3–4 см. При срастании сталактитов и сталагмитов образуются колонны – сталагнаты, высотой до 30–40 м и диаметром 10–12 м. В субаэральных условиях (воздушной среде) образуются антодиты (цветы), пузыри (баллоны), кораллы (кораллоиды, ботриоиды), геликтиты (спирали до 2 м высотой) и пр. Отмечены субаквальные формы. На поверхности подземных озёр образуется тонкая минеральная плёнка, которая может прикрепиться к стенке. Если уровень воды колеблется, то образуются уровни нарастания. В слабо проточной воде образуются плотины-гуры (от нескольких см до 15 м высотой), пещерный жемчуг. Необъяснимо пока происхождение только «лунного молока».

Рис. 10. Геохимические обстановки образования водных хемогенных отложений пещер. Породы и отложения: а – известняки, б – доломиты, в-гипс, г – каменная соль, д – рудное тело, е – глина, ж – гуано, з – почвы; воды: и – почвенные, к – инфильтрационные, л – термальные; м – классы минералов (1 – лёд, 2 – сульфаты, 3 – нитраты, 4 – галоиды, 5 – фосфаты, 6 – сернистые, 7 – карбонаты, 8 – оксиды, 9 – металлы карбонатов, 10 – сульфиды); н – особые условия образования (наличие: 1 – пирита, 2 – бактерий, 3 – колоний летучих мышей, 4 – гидротермальных растворов, 5 – пирита и марказита); о – минеральные виды и формы их выделения (1 – ледяные сталактиты; 2 – дендриты эпсомита, мирабилита, тенардита; 3 – коры эпсомита и мирабилита; 4 – кристаллы гипса, барита, целестина; 5 – различные кальцитовые образования; 6 – лунное молоко; 7 – соляные формы; 8 – гидрокальцит; 9 – фосфаты алюминия; 10 – нитрофосфаты; 11 – минералы цинка и железа; 12 – оксиды сульфидов; 13 – ванадинит, флюорит; 14 – оксиды железа и свинца; 15 – лимонит, гётит; 16 – церуссит, азурит, малахит; 17 – сталактиты опала; 18 – гемиморфит; 19 – кристаллы кварца)

5. Криогенные. Вода в виде снега и льда характерна для пещер с отрицательными температурами. Скопления снега образуются только в подземных полостях с большими входами. Снег залетает в пещеру или накапливается на уступах шахт. Иногда формируются снежные конусы объёмом десятки-сотни м³ на глубине 100–150 м под входным отверстием. Лёд в пещерах имеет различный генезис. Чаще происходит уплотнение снега, который превращается в фирн и глетчерный лёд. Реже образуется подземный ледник, ещё реже отмечается сохранение льда, образованного в условиях многолетней мерзлоты или затекание наземных ледников. Второй путь образования льда – попадание в холодные (статические) пещеры талой снеговой воды. Третий путь – охлаждение воздуха в ветровых (динамических) пещерах и четвёртый – образование сублимационных кристаллов атмогенного происхождения на охлаждённой поверхности горной породы или на льду. Наименее минерализованный (30–60 г./л) – сублимационный и глетчерный лёд, наиболее (более 2 г/л) – лёд из гипсовых и соляных пещер. Пещеры со льдом чаще всего встречаются в горах, на высоте от 900 до 2000 м. Лёд образует все формы, свойственные обычным натёкам.

6. Органогенные: гуано, костяная брекчия, фосфориты, селитра. Выделяют также антропогенные отложения.

7. Гидротермальные: ангидрит, арагонит, анкерит, барит, гематит, кварц, киноварь, рутил. Также некоторые разности зональных отложений кальцита – мраморные ониксы. Такие образования имеют специфические формы выделения: часты хорошо огранённые кристаллы, пересекающиеся перегородки (боксворки), «гейзермиты»… Известны карстовые месторождения свинца и цинка, сурьмы и ртути, урана и золота, бария и целестина, исландского шпата и бокситов, никеля и марганца, железа и серы, малахита и алмазов.

Заключение

Карст очень широко распространён на поверхности Земли и в приповерхностной зоне земной коры. Наблюдается исключительно большая специфичность и универсальность карстовых форм и гидрологических явлений. В большинстве случаев на поверхности Земли преобладает ванновый рельеф, если не считать останцового тропического карста (который сам по себе универсален), но и в тропиках на равнинах ванновый рельеф распространён достаточно широко, к тому же он часто сочетается с останцовым. Карры встречаются не во всех типах карста, но как только карстующаяся порода обнажается на поверхности, они появляются. В различных геолого-геоморфологических и физико-географических условиях карстовые формы представлены неодинаковыми разновидностями, но основные типы форм и гидрологических явлений налицо всюду. Универсальность карстовых форм и гидрологических явлений – это следствие ведущего процесса в образовании карста: процесса выщелачивания растворимых горных пород. Можно подчеркнуть приоритет геологической основы в развитии карста, карстового рельефа и карстового ландшафта. Также влияние на развитие карста оказывает физико-географическая обстановка, с которой связана широтная и высотная зональность карстовых явлений. Карстовый рельеф, карстовые ландшафты и происходящие в них процессы настолько специфичны, что ни одно серьёзное хозяйственное мероприятие на закарстованной территории не может быть выполнено без их учёта и часто без специального изучения. Карст оказывает глубокое влияние на ландшафт как физико-географический комплекс. Он влияет на сток, карстовые формы рельефа – на микроклимат и распределение почвенно-растительного покрова, карстующиеся породы, их состав – на почвы и растительность, химический состав карстовых вод, на ландшафт в целом и т.д. Дренирующая способность карста усиливает недостаток влаги в засушливых областях и, наоборот, создаёт более благоприятные условия для развития ландшафтов в областях, избыточно увлажнённых. Карст ведёт к деградации вечной мерзлоты, также заметно улучшая природные особенности территории. О степени влияния карста на географический ландшафт можно судить исходя из морфолого-генетического типа карста.

Особенности карста, зачастую его морфолого-генетический тип и классификационный ранг географического ландшафта закарстованной территории. Может быть предложена следующая таксономическая система районирования карста: карстовые страна – область – провинция – округ – район. Внутри района при детальном исследовании рекомендуется выделять типологические единицы (участки разных типов карста), однако...

ПРОЦЕССОВ Вследствие карстово-суффозионных процессов и явлений уменьшается устойчивость геологической среды, что приводит к катастрофическим последствиям (просадки, провалы, деформации сооружений). В РФ карстовые процессы широко развиты в Архангельской, Ленинградской, Московской, Тульской, Курской, Нижегородской, Воронежской областях, республиках Башкортостан, Татарстан, Марий-Эл, Мордовия, ...

Песчаниками с тонкими прослойками гипса), можно предположить что на исследуемой нами местности сформировались благоприятные условия для формирования карстовых форм рельефа. 1.3 Особенности тектонического строения Нюксенского района Территория Нюксенского района расположена на северо-западе Русской плиты, для которой характерно блоковое строение кристаллического фундамента. Лежит в пределах...

Толстослоситые мраморированные известняки), так и с тем обстоятельством, что значительная часть осадков приурочена именно к наиболее возвышенной части полуострова. В предгорной и степной части Крыма карстовые явления также распространены, все же именно выровненная вершинная поверхность Крымских гор (яйлы) считается классическим районом распространения карста. Карст в пределах Горного Крыма...

Подземных водотоков; 6) кольматационные отл.- мелкоземистый материал, принесенный временными поверхностными и подземными водами и заполняющий подземные полости; в) завальные , возникающие при обрушении сводов пещер; г) натечные образования (сталактиты, сталагмиты и пр.); д) органогенные образования (скопление костей животных, и др.). О. п. имеют незначительную мощи., неправильную прерывисто линзовидную форму, неслоистое или грубослоистое строение. С О. п. связаны некоторые м-ния Fe и Mn руд, бокситов и др. В пещерах часто встречаются костные остатки человека каменного века и предметы его материальной культуры, изучение которых оказывает существенную помощь для стратиграфического расчленения четвертичных отл.

Геологический словарь: в 2-х томах. - М.: Недра . Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др. . 1978 .

Смотреть что такое "ОТЛОЖЕНИЯ ПЕЩЕРНЫЕ" в других словарях:

пещерные отложения - Отложения, выполняющие карстовые пустоты Тематики нефтегазовая промышленность EN cave deposits … Справочник технического переводчика

Скопления обломков и целых костей млекопитающих, встречающиеся в пещерах, обычно сцементированы железистым, песчано глинистым или глинистым цементом. См. Отложения пещерные. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н.… … Геологическая энциклопедия

Естественные сочетания генетических типов континентальных отл. Наиболее своеобразный из них объединяет элювиальные образования, слагающие кору выветривания. Относящиеся сюда элювий и почвы по особенностям происхождения лишь условно относятся к… … Геологическая энциклопедия

Пещерные гроты Юньган комплекс из 252 рукотворных пещер в 16 км к юго востоку от китайского города Датун, провинция Шаньси. Содержит до 51.000 изображений Будды, некоторые из которых достигают 17 метров в высоту. Юньган представляет собой… … Википедия

Содержание 1 Пещеры по происхождению 1.1 Карстовые пещеры … Википедия

История Грузии … Википедия

Предмет исследования. Предметом исследования в археологии Нового Света являются история и культура коренных народов Америки американских индейцев. Гомогенные с точки зрения расовой принадлежности, индейцы Америки представляют крупную ветвь… … Энциклопедия Кольера

В списке объектов Всемирного наследия ЮНЕСКО в Китайской Народной Республике значится 41 наименование (на 2011 год), это составляет 4,3 % от общего числа (962 на 2012 год). 29 объектов включены в список по культурным критериям, 8… … Википедия

Геологическое время представленное на диаграмме называют геологическими часами, показывающими относительную длину … Википедия

- (англ. Chemeia химия; англ. Genes рождение) осадочные горные породы, образующиеся на дне водоемов при химическом осаждении из растворов или при испарении воды. Важную роль в их образовании играет испарение, поэтому второе их название… … Википедия