4.4. Карстовые формы рельефа

Под карстом понимают процесс выщелачивания горных пород главным образом подземными, отчасти поверхностными и морскими водами и совокупность возникающих в результате специфических денудационных (коррозионных) форм рельефа. Вода при этом оказывает определенное механическое воздействие на породы, но все-таки главное – вынос веществ из породы в растворенном состоянии. Название «карст» (от нем. Karst) происходит от собственного названия плато Карст в Динарских горах. Сейчас оно носит словенское название Крас. Карстовые процессы и формы рельефа широко распространены на земном шаре. Причем во внетропических широтах развит провальный карст, а в экваториально-тропических преобладает выпуклый останцовый карст.

Развитию карста способствует ряд условий, прежде всего наличие легкорастворимых пород: либо карбонатных (известняков, доломитов, мела и др.), либо некарбонатных (солей, гипса). Наибольшая растворимость у гипса, но известняки шире распространены, поэтому карст ассоциируется прежде всего с известняками. В соответствии с различными карстующимися породами выделяют карбонатный, гипсовый и соляной карст. Важна и химическая чистота породы: чем меньше содержится в ней нерастворимого остатка, тем значительнее выщелачивание. Карсту благоприятствуют трещиноватость пород, облегчающая условия для проникновения в них вод. Трещиноватость пород больше в горах, чем на равнинах, из-за значительных тектонических разрывных нарушений. Важна и мощность карстующихся толщ – при их большой мощности карстовые процессы проявляются во всех видах, включая образование пещер, тогда как в маломощных они образуют лишь воронки, блюдца и прочие небольшие формы рельефа. Большое значение имеет содержание в воде углекислоты, вследствие чего она становится химически агрессивной и увеличивает растворимость пород в десятки раз. Предпочтительны небольшие уклоны поверхности, при которых вода меньше стекает, больше просачивается в грунт. Необходимо достаточное, но не избыточное количество осадков, так как низкое положение уровня грунтовых вод обеспечивает вертикальную циркуляцию просачивающихся в грунты поверхностных вод.

Как уже говорилось, карстовый рельеф существенно различается в умеренных и тропических широтах. В умеренных широтах карстовые процессы зависят от глубины залегания грунтовых вод, которая для карста является базисом денудации. По этому признаку выделяют мелкий и глубокий карст. Для мелкого карста характерны быстрые темпы развития, но меньшая пересеченность местности. Глубокий карст развивается дольше, но при этом образуются глубокие понижения на поверхности и многочисленные пещеры.

По месту расположения карстовых форм различают поверхностный и глубинный (подземный) карст. В свою очередь, поверхностный карст в зависимости от обнаженности на поверхности карстующихся пород подразделяется на два типа: открытый (голый, средиземноморский), когда карстующиеся породы залегают непосредственно на поверхности, присущ горным территориям, где лучше обнаженность коренных пород; и покрытый (восточноевропейский), когда карстующиеся породы залегают на некоторой глубине под рыхлыми некарстующимися отложениями.

К поверхностным формам карста относятся карры (шратты), воронки, котловины (увала), полья.

Карры – комплекс узких борозд глубиной 1 –2 м, отделенных друг от друга острыми 1 гребнями. Карры – формы микрорельефа, которые образуются за счет растворения и механического разрушения поверхностными водами трещин пород. Местность, покрытую кар-рами, называют карровым полем. Карровые поля в конечном счете превращаются в волнистые равнины с хаотическими скоплениями глыб известняка. Они безжизненны, труднопроходимы, их нельзя использовать даже для выпаса скота.

Воронки широко распространены в условиях и голого, и покрытого карста, как на междуречьях, так и по днищам балок. Это округлые, обычно конусообразные понижения разного размера (до десятков, реже сотен метров в диаметре) и разной глубины (от первых метров до десятков метров). Маленькие плоскодонные воронки называются блюдцами. По происхождению воронки бывают: поверхностного выщелачивания (в условиях голого карста), провальные – в результате обрушения кровли над подземными пустотами (в условиях и голого, и покрытого карста) и просасывания (в условиях покрытого карста), когда в вертикальные каналы на дне, так называемые поноры (от слова «нора»), вместе с водой вовлекается нерастворимая порода. В случае заиливания понора или повышения уровня грунтовых вод воронки могут превратиться в постоянные или временные озера, которым присущи сезонные колебания уровня воды.

При соединении множества воронок за счет разрушения перемычек между ними образуются обширные замкнутые понижения – котловины, или увала. У них обычно крутые фестончатые склоны, неровное дно, большие размеры: в длину – километры, в ширину – сотни метров, глубиной – первые десятки метров.

Самые крупные карстовые формы – полья напоминают грабен в миниатюре. Это обширные продолговатые замкнутые понижения площадью более 200–300 км , глубиной сотни метров, с крутыми склонами, с холмами-останцами на днище, с ручьями и даже деревнями. Самые крупные полья – Ливанское площадью 379 км² в Боснии, Попово – 180 км² в Герцеговине. По-видимому, они образуются при слиянии котловин вдоль линий тектонических разломов, т. е. предопределены тектоникой.

Подземные формы карста – колодцы, шахты, пропасти, пещеры.

Карстовые колодцы образуются в результате обрушения кровли над подземной пропастью. Колодцы имеют цилиндрическую форму и размеры до 20 м в ширину и глубину.

Шахты – узкие, глубокие (сотни метров) каналы-трубы. Стволы их могут быть прямолинейные, ломаные, изогнутые. Образуются в результате расширения каналов-трещин, причем нередко закладываются на пересечении нескольких систем трещиноватости.

Комбинации естественных шахт с горизонтальными и наклонными пещерами обычно называют карстовыми пропастями. Глубочайшая карстовая пропасть мира – Жан-Бернар глубиной 1535 м в Савойских Альпах Франции.

Пещеры – полости разнообразной формы и величины внутри горных пород, открывающиеся на земную поверхность одним или несколькими отверстиями. Образование пещер связано с интенсивной растворяющей способностью воды в трещинах породы. Расширяя их, вода создает, сложную систему каналов. Там, где вода циркулирует в горизонтальном направлении, ее растворяющий эффект наибольший – образуется магистральный канал. В него из соседних каналов-трещин стягивается вода, и постепенно образуется подземная река в тоннеле. При обрушивании сводов образуются гроты. При понижении базиса денудации поверхностных и подземных рек последние могут проложить себе новое русло, на более низком уровне. При этом прежние галереи становятся сухими, а пещеры – многоэтажными.

В зависимости от количества и расположения входных отверстий пещеры делятся на проходные и слепые. Проходные (сквозные) пещеры имеют отверстия с двух концов (вход и выход), хорошо вентилируются, и температура в них близка к температуре наружного воздуха. Слепые пещеры имеют одно входное отверстие и по температурным условиям делятся на теплые и холодные в зависимости от расположения входного отверстия относительно полости пещеры. В теплых пещерах вход расположен в ее нижней части, так что холодный воздух, заполняющий пещеру зимой, летом стекает из нее, уступая место теплому воздуху. В теплых пещерах археологи нередко находят наскальные рисунки, утварь и даже останки древних людей. Холодные пещеры имеют вход в верхней части. Зимой в них попадает холодный воздух и, будучи тяжелым, остается там и летом, не успевая прогреться, а попавшая зимой влага может превращаться в лед. Ледяные пещеры с температурой ниже О °С распространены лишь в районах с морозными зимами. Например, в Пермской области находится Кунгурская ледяная пещера в гипсах длиной 4,6 км.

Для пещер характерны натечные кальцитовые образования: сталактиты – сосульки, трубки, бахрома, свешивающиеся с потолка, и сталагмиты – столбы, поднимающиеся вверх со дна пещеры навстречу свисающим сталактитам. Соединяясь, они образуют сталагнаты – натечные колонны. Все эти живописные формы превращают пещеры в сказочные дворцы.

Самая большая карстовая пещерная система мира – Флинт-Ридж-Мамонтова, длиной 341 км в западных предгорьях Аппалачей, в известняках, открыта в 1809 г. Пещеры широко распространены в Альпах, Динарских горах, Апеннинах, в Крыму, на Кавказе, на юге Китая, в Аппалачах, Тянь-Шане, на Подольской возвышенности и в других местах.

Пещеры – интересные природные объекты с особым климатом, гидрографией, органическим миром. С пещерами связан международный туризм: в мире существует более 150 крупных пещерно-туристских комплексов (Югославия, Чехия, США). В теплых пещерах нередки археологические находки. В пещерах устраивают подземные газохранилища, выращивают грибы (шампиньоны), в соляных пещерах лечат бронхиальную астму. Изучением пещер в разных аспектах – их морфологией, гидрологией, климатом, происхождением, туристическим и хозяйственным использованием – занимается наука спелеология.

Карстовым ландшафтам умеренных широт присущи специфические черты природы. Прежде всего это господство вогнутых замкнутых форм рельефа на поверхности и наличие пустот в толщах пород, достигающих размеров крупных пещер. Своеобразны гидрогеологические условия – слабое развитие поверхностных вод: рек и озер мало, территории почти безводные даже во влажном климате. Небольшие реки могут уходить в поноры, а затем ниже по течению появляться вновь на поверхности. Так что формируется система прерывистых речных долин, элементами которой являются слепые долины, не имеющие устья, и мешкообразные долины с замкнутыми верховьями. Подземные воды в карстовых районах отличаются сильным колебанием уровня воды. В долинах рек наблюдаются мощные «воклюзские» источники (названы по имени источника Воклюз в Южной Франции) с большим, но изменчивым дебитом воды, достигающим 30–50 м³/с. Своеобразен и почвенно-растительный покров. Перегнойно-карбонатные почвы на элювии известняков обладают нейтральной или щелочной реакцией почвенного раствора, высоким процентом гумуса, они обычно щебенчатые. Среди растений много засухоустойчивых, типичны кальцефиты.

В карстовых районах затруднены гидротехническое строительство в связи с возможной утечкой воды из водохранилищ, прокладка железных и шоссейных дорог из-за неизбежных провалов, строительство гражданских и промышленных объектов, особенно АЭС, по причине возможной деформации зданий.

Особый характер приобретает карстовый рельеф во влажном климате экваториально-тропических широт. Тропический карст – это останцовый карст в виде куполов, башен, усеченных конусов на фоне выровненной поверхности. Тропический карст – более зрелая форма карстовой денудации, когда карстующиеся, обычно известняковые, толщи в основном уже уничтожены в результате интенсивного выщелачивания и сохранились лишь останцы. Этому способствует постоянно жаркий влажный климат, в связи с чем карстовый процесс развивается на поверхности весь год. К тому же благоприятные для карста условия существуют там на протяжении нескольких геологических периодов – миллионы лет. Вследствие интенсивного развития органической жизни там обилие углекислоты и соответственно большая агрессивность поверхностных и подземных вод. И еще одно необходимое условие – мощная толща химически чистых массивных трещиноватых известняков. В противном случае развиваются вогнутые формы карста, как в умеренных широтах.