Карстовые образования

Карст

Карстовые образования

› В литосфере

Под термином «карст» подразумевается ландшафт, сформированный вследствие растворения пород. Ландшафтная структура подразумевает наличие небольших и крупных пустот, нередко заполненных водой.

Образуется карстовый рельеф в течение длительного геологического периода. В результате появляются уникальные поверхностные и подземные структуры.

Описываемые ландшафты занимают примерно 10% поверхности планеты.

Что такое карст

Карст – это немецкое слово, диалектически трансформированное название словенского известнякового плато Крас.

Так называют совокупные явления и процессы, обусловленные деятельностью вод, проявляющиеся растворением горных пород и появлением в них пустот.

Этим же термином обозначают специфические рельефные формы на местностях, где породы относительно легко растворяются водой. К таким породам относятся гипс, известняк, доломит и прочие минералы.

Термин «карст» подразумевает не только процесс растворения, но и его итог – рельефное образование. Карст распространен по всему земному шару. В Евразии крупные участки рельефа находятся в горной части Крымского полуострова, на берегах Адриатического моря, в Кавказских и Уральских горах, на Среднеазиатских нагорьях.

В результате растворения пород формируются специфические рельефные формы:

  1. Карры – небольшие трещины (глубиной до 2 м) в форме канав и борозд. Отмечаются преимущественно на известняковых породах.
  2. Поноры – некрупные, но глубокие отверстия, накапливающие воду.
  3. Рвы – расположенные вдоль склоновой бровки образования, связанные с трещинами откоса. Глубина до 30 м, ширина до 50 м, длина до 2 км.
  4. Овраги – внешне не отличаются от рвов, но расположены перпендикулярно склону.
  5. Каньоны – глубоко погруженные речные долины, нередко имеющие непостоянный сток.
  6. Ниши – склоновые углубления, отличающиеся от пещер меньшей протяженностью.
  7. Воронки – замкнутые углубления в рельефе, диаметр которых не превышает 100 м. Бывают в форме чаши, конуса, цилиндра.
  8. Котловины – замкнутые или частично замкнутые низменности с более или менее ровным дном и крутыми склонами. Форма обычно круглая, овальная или неправильная. Диаметр превышает 100 м, глубина больше 10 м.
  9. Положительные формы рельефа – холмы, столбы, гористые участки. Высота до 100 м, диаметр до 500 м.
  10. Подземные формы рельефа. К ним относятся:
    • каверны – небольшие (до нескольких сантиметров) округлые полости в земле;
    • колодцы и пропасти – устремленные вертикально вглубь земли каналы с отвесными стенами (диаметр от 1 м, глубина от 10 м);
    • пещеры – сложно соединенные подземные полости разнообразной формы, нередко включающие водоемы и водотоки.

Карстовые пещеры могут протягиваться на сотни километров. Насыщенные минералами капли, текущие с потолка, образуют вытянутые, устремленные вниз наросты – сталактиты. Из упавших на пол капель постепенно вырастают устремленные вверх образования – сталагмиты. При срастании сталактит и сталагмит формируют колонну – сталактон.

Существуют формы, похожие на карст, но им не являющиеся. Это псевдокарст, к которому относятся:

  1. Термокарст – пустоты в земле, образованные таянием льда. Явление наблюдается в областях вечной мерзлоты.
  2. Глинистый карст – провалы, появляющиеся в покрытых трещинами карбонатных суглинках и глинах.

Развитие карста

Карст образуется при следующих условиях:

  • незначительно наклоненной или ровной поверхности, обеспечивающей застаивание и просачивание в породы воды;
  • наличии толстого слоя подверженных размытию пород;
  • низком уровне грунтовых вод, позволяющем просачивающейся воде двигаться вертикально;
  • минерализации воды ниже растворимости пород в поверхностном грунтовом слое.

Образование карста наблюдается, когда грунтовая поверхность разрушается водой, насыщенной углекислотой. В атмосфере во время дождя вода поглощает углекислый газ.

Дождевые капли, просачиваясь в грунт, растворяют больше диоксида углерода, в итоге формируется слабая углекислотная вода. При постоянном образовании она разрушающе воздействует на карбонаты.

Пустоты увеличиваются, подземная система дренажа расширяется, пропускает все больший объем воды. В итоге интенсивность формирования карста повышается.

Виды карста

По минеральному составу выделяют:

  • карбонатный карст;
  • гипсовый;
  • соляной;
  • меловой.

По периоду формирования:

  • древний (до голоценовой эпохи);
  • современный (после голоцена).

По глубине нахождения растворяющихся пород и подземных вод:

  • глубинный;
  • поверхностный.

По присутствию покровной массы:

  • покрытый (почвенно-дерновым слоем, рыхлыми отложениями или магматическими, метаморфическими, уплотненными осадочными породами);
  • голый.

Карстовые ландшафты

Карстовый ландшафт – скалистая местность с сухой, голой или имеющей скудный растительный покров поверхностью. Рельеф сложный, включающий карры, воронки, пещеры и прочие поверхностные и подземные объекты вымывания.

Карстовые ландшафты встречаются на всей планете, одни из них хорошо заметны, другие скрыты. Самое крупное по площади образование находится в Австралии – известняковая равнина Наллабор (200 тысяч км2).

А самое глубокое формирование – достопримечательность Мексики. Это Пещера ласточек – провал диаметром 60 м и глубиной 370 м.

Впадина настолько глубокая, что внутри нее сформирована своя атмосфера, образуются облака.

Территории с карстовым рельефом неблагоприятны для строительства, создания дорожной сетки, добычи полезных ископаемых. Из-за подземных пустот грунт непрочный, а значит, высока вероятность провалов и разрушения построек.

Борются с карстовым процессом, укрепляя дороги балочными конструкциями, засыпая пустоты песком или глиной, отводя поверхностные воды, перекрывая выход карстовой структуры непроницаемым для воды экраном.

КарстСсылка на основную публикацию

Источник: https://TainaPrirody.ru/litosfera/karst

Общая геология

Карстовые образования

8.1. Карстовые формы рельефа

Карстовые процессы развиваются в растворимых природными поверхностными и подземными водами горных породах: известняках, доломитах, гипсах, ангидритах, каменной и калийной солях.

Основой являются процесс химического растворения пород и процесс выщелачивания, т. е. растворения и выноса какой-то части горных пород. Различные по своему составу воды растворяют породы по-разному.

Особенно агрессивны по отношению к карбонатным породам воды, насыщенные углекислотой, а гипс сильнее растворяется солоноватыми водами.

Под карстом понимают не только процесс, но и его результат, т. е. образование специфических форм растворения. Сам термин карст происходит от названия известкового плато в Словенских Альпах, где карстовые формы рельефа выражены наиболее ярко.

Карст развивается везде, где есть выходы на поверхность карбонатных пород: в Горном Крыму, на побережье Адриатического моря, на Кавказе, Урале, в Средней Азии и еще во многих местах земного шара.

Если карстовые формы видны на поверхности, то говорят об открытом карсте, а если они перекрыты толщей каких-то других отложений, то о закрытом карсте. Последний чаще развит в равнинных платформенных районах, тогда как первый — в горных.

8.1. Карстовые формы рельефа

На поверхности карстовые формы представлены каррами, желобами и рвами, понорами, воронками разных типов, западинами, котловинами, слепыми долинами (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Карстовые формы рельефа: 1 — карры, 2 — воронки, 3 — полье, 4 — колодцы, 5 — шахты, 6 — исчезающие реки, 7 — провальные воронки, 8 — ущелье, 9 — пещера, 10 — сталактиты, 11 — сталагмиты,

12 — «терра-росса», 13 — пещерное озеро, 14 — сифоны

Карры — это разнообразные неглубокие выемки, образованныев основном выщелачиванием известняков поверхностными атмосферными водами. Н. А. Гвоздецким, одним из знатоков карста, были выделены карры следующих типов: лунковые, трубчатые, бороздчатые, желобковые, трещинные и ряд других (рис. 8.2 и рис. 8.2 а).

Все эти формы имеют глубину до 20 см, редко размах рельефа достигает 1–2 м. Наиболее типичны желобковые карры, представленные параллельными желобками, разделенные острыми грядами. Рельеф с желобковыми каррами напоминает стиральную доску, а участки развития многочисленных карров называют карровыми полями.

Рис. 8.2. А — карры в ущелье Кульсу (по Н. А. Гвоздецкому);
Б — развитие карров и каррового ландшафта (по Бондарчуку); В — деталь каррового поля

Рис. 8.2 а. Размытая морена и материал грязекаменных потоков с валунами.
Алтай. Катунские Белки

Желоба и рвы представляют собой более протяженные и глубокие участки карстового выщелачивания поверхности известняков, наследующие поверхностные трещины и достигающие глубины 5 м.

Поноры — узкие отверстия, наклонные или вертикальные, возникающие на узлах пересечения трещин при дальнейшем развитии процесса растворения и выщелачивания. Эти каналы служат стоком поверхностных вод и направляют их вглубь массива горных пород.

Карстовые воронки подразделяются на: 1) воронки поверхностного выщелачивания; 2) провальные; 3) воронки просасывания (коррозионно-суффозионные, по Н. А. Гвоздецкому). Первый тип воронок напоминает собой воронку от взрыва снаряда или бомбы (рис. 8.3).

Образуются они за счет выщелоченной с поверхности породы. Обычно в центре такой воронки располагается понор-канал, по которому уходит вода. Диаметр воронок обычно до 50 м, редко больше, а глубина 5–20 м.

Провальные воронки связаны с обрушением свода над полостью, выработанной водами на некоторой глубине. Коррозионно-суффозионные воронки возникают в том случае, если карстующиеся известняки перекрыты пластом песчаных отложений и последние вмываются в нижележащие карстовые полости.

При этом из пласта песка уносятся отложения в поноры и образуется воронка просасывания или вымывания. Процессы суффозии широко распространены в природе.

а

б

Рис. 8.3. а — размещение карстовых воронок (кружки) на нижнем карбонатном плато г. Чатырдаг, Горный Крым (по Н. В. Леончевой, 1962). Черные кружки со стрелками — вскрытые пещеры. Черные треугольники со стрелками — шахты, источники и поноры;

б — нижнее плато г. Чатырдаг. Заросшие карстовые воронки

Блюдца и западины представляют собой мелкие, небольшие карстовые воронки. Если воронки разных генетических типов сливаются по несколько штук вместе, то образуется карстовая котловина с рядом углублений на дне. Иногда дно у котловин может быть плоским.

Полья представляют собой довольно большие, на сотни метров в диаметре, неправильной формы понижения, образовавшиеся при слиянии ряда котловин и воронок. В том числе провальных.

Карстовые колодцы и шахты — это каналы, уходящие почти вертикально в известковые массивы на десятки и сотни метров при диаметре в несколько метров.

Они образуются при выщелачивании по трещинам, иногда поверхностными водными потоками, размывающими известняки. Шахтами называются вертикальные полости глубиной свыше 20 м, а меньше — колодцами.

Если шахты соединяются между собой, а также с субгоризонтальными ходами и пещерами, то образуются карстовые пропасти, достигающие глубины в 1000 м и более.

Слепые долины представляют собой небольшие речки, протекающие в закарстованных районах, имеющие исток, но внезапно оканчивающиеся у какой-нибудь воронки или поноры, куда и уходит вся вода.

Иногда долины бывают полуслепыми, когда вода речки вдруг уходит под землю, а потом, через несколько километров, появляется вновь, как это происходит в Западном Крыму около Севастополя.

Речка Сууксу, начинаясь на склонах гор, внезапно исчезает, и дальше продолжается лишь ее сухая долина с галькой. Через 10–12 км река вновь появляется в виде мощного источника и уже как р. Черная впадает в Севастопольскую бухту.

Надо отметить, что такие слепые и полуслепые долины широко развиты в местах распространения карстующихся пород — на Урале, в Башкирии, в Ленинградской, Смоленской, Нижегородской областях, в Крыму и на Кавказе.

В некоторых районах Европейской равнины известны озера, которые внезапно исчезают, а потом вновь появляются. Дело в том, что эти озера находятся в карстовых котловинах или воронках. Поноры, присутствующие в них, забиты илом, и тогда вода в озерах держится. Но если такая «пробка» вымывается, то и вода уходит в понор и глубже в карстовые полости.

Карстовые пещеры возникают различными способами: путем растворения, выщелачивания и размыва; путем обрушения, раскрытия и по­следующего размыва тектонических трещин.

Подземные воды, протекая по трещинам или тектоническим раздробленным зонам, постепенно растворяют и выщелачивают известняки или доломиты.

Таким образом формируются пещерные полости, часто многоэтажные и сложные, когда отдельные крупные пещеры — «залы» — соединяются с другими узкими каналами, щелями, нередко с текущими по ним ручьями.

Крупные пещерные комплексы формируются продолжительное время — десятки и сотни тысяч лет. В пещерах сделаны многие важные палеонтологические и археологические находки, которые позволяют датировать верхние этажи пещер более древним возрастом, чем нижние.

Развитие пещер тесно связано с колебаниями уровня зеркала подземных вод и местным базисом эрозии, например рекой, а также тектоническими движениями. При понижении зеркала грунтовых вод уже выработанные полости пещер осушаются, и процесс растворения и выщелачивания переходит на более низкий уровень.

Так может продолжаться несколько раз согласно этапам врезания реки и колебаниям уровня грунтовых вод. В области многолетнемерзлых пород в пещерах развиты натечные формы, состоящие из льда.

На дне пещер часто встречаются красноватые глинистые отложения, так называемая «терра-росса», или «красная земля», представляющие собой нерастворимую часть карбонатных пород, обогащенную окислами железа и алюминия. Однако наиболее впечатляющей особенностью ряда карстовых пещер являются сталактиты и сталагмиты — причудливые натечные образования, создающие неповторимый облик пещерных залов (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Сталактиты пещеры Луммелунда (фото Н. А. Гвоздецкого)

Все дело в том, что вода, капающая с потолка пещер, насыщена газом СО2 за счет растворения карбонатных пород, а кроме того, насыщена бикарбонатом кальция — Са (НСО3)2. Происходит это по реакции

СаСО3 + СО2 + Н2О ⇔ Са (НСО3)2.

Эта вода, капая с потолка, теряет часть углекислоты, в результате чего реакция сдвигается влево и бикарбонат снова переходит в СаСО3, который и откладывается как на потолке пещеры (сталактит), так и на днище (сталагмит).

В первую очередь на полу пещеры возникают наплывы, похожие на растаявший воск свечи. Это так называемые гуры. Затем на гурах возникают сталагмиты с широким основанием, а еще позже — напоминающие палку или столб.

Много позже на потолке пещеры начинают формироваться стлактиты, очень похожие на обыкновенные сосульки. Через какое-то время сталактиты и сталагмиты могут сомкнуться, и тогда образуются колонны причудливой формы.

Прекрасные многоярусные пещеры есть в горах Крыма, где они сформировались в мощных толщах известняков верхней юры; в Чехии, Словении, на Урале, Кавказе и в других местах.

До сих пор речь шла об открытом карсте. Однако во многих районах, особенно платформенных, где развит закрытый карст, встречаются так называемые суффозионные воронки.

Они возникают в том случае, когда из толщи отложений, перекрывающих карстовые формы, начинается процесс вымывания в карстовые полости.

Постепенно на месте этой толщи образуется воронка, а еще ниже — полости, куда эти отложения и могут провалиться (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Суффозионная воронка в низовьях р. Пахры (фото З. Виноградова)

Карстовые формы развиваются везде, где присутствуют карстующиеся породы — известняки, доломиты, гипсы, ангидриты, каменные соли. В пределах Русской плиты широко развит покрытый карст, т. к.

известняки карбона и девона повсеместно перекрыты моренными и флювио­гляциальными четвертичными отложениями. Встречается также и древний карст, например под Москвой, где в карстовых формах на поверхности каменноугольных известняков карманами залегает глинистая верхняя юра.

В течение перми, триаса, ранней и средней юры этот район был сушей и на ней интенсивно происходило карстообразование.

Гипсовый карст развит на северных склонах Уфимского плато в Башкирии, где распространены нижнепермские красноцветные породы с прослоями гипсов, доломитов. Карстовые котловины там имеют глубины до 100 м и диаметр до нескольких километров.

Пещеры гипсового карста в Приднестровье имеют протяженность 142,5 км (пещера Оптимистическая), занимая второе место в мире. Знаменитая Кунгурская «ледяная» пещера в Пермской области в Приуралье имеет в длину 5,6 км и образована в гипсах и ангидритах кунгурского яруса нижней перми.

Она славится своими гротами длиной 150–160 м с ледяными потолками на сводах и полу.

Источник: https://bookonlime.ru/lecture/glava-8-karstovye-processy

Карст и суффозия | Образовательный геологический сайт Юрия Попова

Карстовые образования

Учебное пособие в формате pdf: Попов Ю.В., Пустовит О.Е. Курс «Общая геология». Учебное пособие «Карст» – Москва-Берлин: Директ-Медиа, 2016. – 64 с. Скачать

Карст как явление
Карстовые формы
Карстовые отложения
Суффозия

Карст как явление

Карст представляет собой комплекс явлений и процессов, результатом которых является возникновение поверхностных и глубинных пустот в растворимых водою горных породах. Как вытекает из определения, под карстом понимают не только процесс растворения, но и его результат – образование специфических карстовых форм рельефа.

Необходимыми условиями развития карста являются наличие  толщи растворимых пород и наличие вод. Активному протеканию карстовых процессов способствует также пористость и трещиноватость, обеспечивающая интенсивное движение вод в массиве растворимых пород.

Наиболее распространён карбонатный карст, развивающйися  в карбонатных  (известняки, доломиты, мел и пр.) породах. В пределах материков обнажённые и погребённые карстующиеся карбонатные породы занимают до 40 млн. км2. Не случайно французский исследователь Э.

Мартель предлагал называть карстовые процессы «явлениями в известняках». Примечательно, что карбонат кальция в дистиллированной воде практически нерастворим.

Для растворения карбонатов необходимо присутствие в воде углекислого газа, реакция в общем виде может быть описана формулой

 СаСО3(твёрд)+Н2О+СО2=Са2++2НСО3-

Активному растворению карбонатов способствует  наличие в водах минеральных или органических кислот, поступающих из почв.

Из некарбонатного карста в природе довольно широко распространён сульфатный карст (гипсово-ангидритовый), развитый на площади около 7 млн. км2, и соляной – до 4 млн. км2. Активность развития сульфатного карста в десятки раз превышает активность карбонатного, а соляной карст развивается ещё энергичней.

Растворение этих пород протекает напрямую, без участия углекислоты и других химических соединений. Но из-за пластичности этих пород ограничена внутренняя циркуляция вод и наиболее активно процесс протекает на контакте с вмещающими породами, где циркуляция вод интенсивнее.

Необходимо добавить, что благодаря высокой растворимости гипса, ангидрита и особенно каменной и других легкорастворимых солей при замедленном водообмене происходит быстрое насыщение воды растворённым веществом, и процесс выщелачивания приостанавливается.

Интенсивность развития карста в этих породах определяется главным образом скоростью фильтрации вод.

Пустоты, сходные с карстовыми, возникают и в других горных породах, что позволяет выделять ряд явлений, традиционно относимые к карстовым, например, глиняный карст – пустоты, возникающие в процессе суффозии глинистого вещества подземными водами, термокарст – растворение льда в зонах вечной мерзлоты и др.

Карстовые формы

Процессы развития карста наиболее ярко проявлены в образовании различных карстовых форм, среди которых в первую очередь выделяют поверхностные и подземные формы.

Поверхностные формы представлены бороздами – каррами, а также различным замкнутыми углублениями: воронками, ваннами, котловинами, польями, слепыми (замкнутыми в нижнем конце) долинами и балками, а также естественными колодцами и шахтами.

Карры являются микроформами карстового рельефа и представляют собой рытвины и борозды, глубиной от нескольких см до 1-2 м.

Борозды и разделяющие их гребни либо протягиваются почти параллельно друг другу, совпадая с направлением уклона рельефа или падения слоёв горных пород, либо располагаются хаотично, ветвятся и сливаются друг с другом.

Образование карров связано с воздействием атмосферных осадков и талых снеговых вод, основную роль при этом играет выщелачивание, лишь на крутых склонах проявляется также и эрозия стекающими водными струями. Карры иногда покрывают обширные площади, образуя карровые поля.

Наиболее распространённой карстовой формой являются воронки. Они имеют разнообразную форму (конические, котлообразные, блюдцеобразные либо в виде ям неправильной формы) и размеры (диаметр от 1 до 200 м и глубину от 0,5 до 50 м).

На дне воронок и других понижений встречаются поноры – вертикальные или наклонные глубокие отверстия щеле- или колодцеобразной формы, поглощающие поверхностные воды и отводящие их в глубину карстового массива.

По происхождению воронки разделяются на воронки поверхностного выщелачивания, образующиеся за счёт выноса в растворённом состоянии выщелоченной на поверхности породы через поноры или трещины; и провальные воронки, образующиеся за счёт обвалов сводов подземных карстовых полостей.

За счёт слияния нескольких воронок образуются более крупные карстовые формы – котловины. Ещё более масштабными поверхностными карстовыми формами являются полья – обширные, иногда громадные формы (до сотен км2) с плоским дном и крутыми склонами, образующиеся за счёт слияния котловин.

Глубина польев может достигать уровня грунтовых вод, из-за чего на их дне образуются временные или постоянные водоёмы, карстовые озёра (нередко полья частично подтапливаются только во влажный сезон, превращаясь во временные озёра.

В тропиках часто встречаются и положительные карстовые формы рельефа: башни, конусы, купола и т.п.

Карстовые колодцы и шахты являются переходными от поверхностных к подземным формам – это вертикальные или крутонаклонные полости, различающиеся между собой по глубине.

К шахтам относятся полости глубже 20 м, и достигающие иногда сотен метров.

Полости колодцев и шахт могут быть обязаны своим возникновением гравитационным (провальными) процессам, либо выщелачиванию водой карстующейся породы; нередко эти процессы сочетаются.

Типичными подземными формами являются карстовые пещеры.

Обычно они имеют причудливые очертания, что обусловлено сложностью систем трещин (определяющих направление фильтрации растворяющих вод), их пересечением и неоднородностью состава карстующихся пород.

Наиболее крупные карстовые пещеры возникают в зоне полного насыщения при заполнении трещинных зон напорными подземными водами.

Карстовые отложения

К карстовым отложениям относятся разнообразные по составу и генезису породы, объединяемые лишь общностью приуроченности к карстовым полостям.

Пещерные отложения в зависимости от происхождения можно подразделить на остаточные, гидрохемогенные, гидромеханические, гравитационные, биогенные и биохеогенные, антропогенные образования

Остаточные отложения формируются за счет накопления и переотложения нерастворимого остатка карстующихся пород. Характерными отложениями является терра-росса (от итал.

terra rossa – красная земля) – красноцветные глинистые отложения, обогащённые гидроокислами алюминия и железа, представляющие собой нерастворимый остаток известняков. Терра-росса встречается как на дне карстовых воронок, так и в пещерах.

Гидромеханические (водные механические, инфлювиальные) отложения связаны с приносом водой в карстовые полости и трещины карстового массива твёрдых частиц. Для группы таких отложений, выполняющих трещины, иногда применяется специальный термин «кольматолиты» (от colmatage – вмывание). Представлены такие образования преимущественно скоплениями вязкой глины.

В некоторых пещерах накапливаются осадки, связанные с деятельность подземных рек. При этом значительная часть отлагаемого ими материала может быть связана в привносом частиц водным потоком из-за пределов собственно карстовых полостей.

Из общего комплекса карстовых отложений они выделяются, если скорость движения потока достаточна высока, чтобы придать отложениями характерные структурно-текстурные особенности. Невысокие скорости движения подземных вод приводят к формированию глинистых отложений.

Отложения подземных озёр представлены различными осадками, источниками которых являются продукты выветривания коренных пород, минералы, кристаллизующиеся из озерной воды, а также материал, занесенный водными потоками (в том числе и подземными реками).

Гидрохемогенные (или водные химические) отложения – различные натечные образования, формирующиеся за счёт процессов химического осаждения вещества из водных растворов.

Особенно широкое развитие в пещерах имеют карбонатные натёчные образования. Воды, просачивающиеся по трещинам в карбонатных породах, обычно содержит много углекислого газа, что значительно увеличивает их растворяющую способность. Растворяя по пути своего движения известняки, вода насыщается кальцием в виде бикарбоната:

СаСО3(твёрд)+Н2О+СО2=Са(НСО3)2.

Когда насыщенная бикарбонатом кальция вода просачивается с потолка или стенок пещеры, она теряет часть углекислого газа; в результате нарушения равновесия реакция сдвигается влево. Бикарбонат переходит в карбонат кальция (СаСО3), который частично выпадает в осадок ещё в момент, когда вода находится на потолке пещеры:

Са2++2НСО3-=Н2О+СО2+СаСО3(осадок)

Так из капель, просачивающихся с потолка пещеры, нарастают вниз натёчные образования, называемые сталактитами, а из капель, падающих на пол пещеры, образуются сталагмиты. Вода, стекающая по стенам пещер, образует кальцитовые драпировки, а при слиянии линейно расположенных сталактитов возникают занавеси.

Корочки кальцита часто образуются при испарении пленочных растворов на пористых поверхностях.
Кальцитовые пленки могут образовываться и на поверхности воды подземных озер.

В случае фильтрации вод через толщи, содержащие рудные залежи или рассеянную минерализацию, из них может осаждаться не только кальцит, но и другие минеральные соединения – см. рис. В некоторых пещерах Средней Азии обнаружена промышленная урановая минерализация. Некоторую роль при образовании минералов в глубоких пещерах могут играть также минерализованные гидротермальные растворы.

Наряду с хемогенными образованиями, для многих пещер характерны и биохемогенные накопления. Значительные объёмы органогенного материала в пещерах представлены помётом летучих мышей – гуано. Гуано, реагируя с глиной, образует фосфаты алюминия.

В пещерах присутствуют также гравитационные обвальные накопления – продукты обрушения сводов пещер. В сводах крупных галерей можно наблюдать купола обрушения, под которыми расположены высокие конусы из обломков.
Обвалы часты близ входов пещер, последние часто загромождены обломками.

Причиной тому интенсивное температурное и морозное выветривание при сезонной или суточной смене положительных и отрицательных температур.

Обвальный процесс в зоне морозного выветривания особенно интенсивен, при этом большинство обвалов здесь происходит, когда промерзшие породы оттаивают и более активны инфильтрационные процессы.

Суффозия

С карстовыми процессами нередко тесно связаны процессы суффозии, образуя карстово-суффузионные явления. Суффозия (от лат. suffosio – подкапывание, подмывание) – механический вынос тонких частиц водой, фильтрующейся в толще горных пород.

Фильтрующаяся вода осуществляет работу двоякого рода: с одной стороны, она выщелачивает и уносит растворимые соли, с другой – производит механический вынос мельчайших частиц породы. В результате происходит разрыхление пород, образование подземных пустот, приводящих к обрушению и просадке сводов.

Так в области развития лёссов на поверхности Земли наблюдаются формы, аналогичные типичным карстовым формам – воронки, замкнутые западины и т.п.

Изучение карстовых и карстово-суффузионных явлений имеет большое практическое значение.

С некоторыми карстовыми полостями связаны месторождения рудных полезных ископаемых. Источником рудных компонентов могут выступать как нерастворимые компоненты карстующегося массива (терра-росса на дне карстовых полостей), так и привнесённые в карстовые полости осадки с других рудных объектов.

С карстовыми полостями связаны некоторые месторождения фосфоритов (карстовые фосфориты полуострова Флорида в США содержат до 35-40% P2O5), никелевых руд (на Урале такие руды одержат 1,5-2,5% Ni), бокситов, железа, марганца, ртути, сурьмы и пр.

; отмечаются россыпи золота, касситерита, алмазов и другие полезные ископаемые.

Без учёта характера протекания этих явлений невозможно проектирование и возведение зданий, сооружений и транспортных путей. Кроме того, с некоторыми пещерами связаны залежи полезных ископаемых, из обводнённых пещер добывают воду. Холодные пещеры-ледники служат в качестве природных «холодильников» и снабжения льдом.

Для некоторых районов весьма существенной статьей доходов служит спелеотуризм – подземные залы со сталактитами, сталагмитами и другими натёчными формами очень живописны, в некоторых крупных карстовых пещерах оборудованы даже концертные залы. Особенности глубоких пещер – постоянство температуры и влажности, содержание в воздухе ионов, отсутствие аллергенов и пр.

– используются в лечебных и бальнеологических целях.

Источник: http://popovgeo.sfedu.ru/lecture_10

Карстовые процессы: типы карста, формы, развитие и распространение

Карстовые образования
mamont_kemerovo

«Карст – это совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами – гипсом, известняком, мрамором, доломитом и каменной солью».

Данное определение, дословно процитированное нами из Википедии, максимально точно отражает суть явления, которому посвящено данное эссе. Итак, дано: сравнительно мягкая порода. В зависимости от ее типа мы в конечном результате будем иметь различные типы карста.1. Известняк, мрамор и доломит дадут карбонатный тип карста;2. Гипс – сульфатный; и3. Каменная соль – соляной.

Так же дано: вода, которая в течение многих-многих лет действует на породу, частично вымывая ее. Сначала в породе появляются трещины, по которым сочится вода. Потом трещина все расширяется из-за вымывания из нее материала, и чем шире она становится, тем больший поток воды в нее устремляется.

На каком-то этапе поток воды настолько размывает бывшую когда-то трещину, что становится меньше ее по размеру и уже не может заполнить ее полностью, появляются пустоты и причудливые рельефные образования. А это и есть карст.В зависимости от размера, устройства и некоторых других характеристик этих пустот и образований различают несколько форм карста.

Во-первых, по месту расположения разделяют поверхностные и подземные формы карстового рельефа.Поверхностные, как не трудно догадаться, это формы, которые образуются на поверхности. Они могут быть голыми, задерноватыми и покрытыми – в зависимости от степени затянутости их растительностью.

И та вода, которая принимает участие в строительстве данных форм карста, происходит в основном из атмосферных осадков: дождевые капли, дождевые ручьи, потоки талых вод и тп. Их влияние приводит к образованию следующих карстовых форм.Карры. Это начальная стадия карстообразования. Они одновременно и удивительны, и неприятны.

Удивительны, потому что глядишь на них и не веришь, что вода могла так изменить породу. Хотя выглядят они как мягкая масса, по которой только что пробарабанил ливень .Неприятны, потому что ходить по ним – тяжело и опасно, так как часто они имеют острые края.Мы встречали карры повсеместно, но особенно рельефными они показались нам в Альпах.

На фотографиях как раз момент нашего движения по ним при восхождении к вершине Граушток.Воронки. Еще одна форма карста. Отличие воронки от похожих на нее колодцев и шахт только в том, что она широкая у поверхности и сужается вглубь. Часто воронки образуются путем обрушения подземной полости – такие воронки называют провальными.

На фотографиях как раз такая провальная воронка в Мамонтову пещеру на плато Чатырдага в Крыму. Она интересна еще и тем, что из-за растительности ее сложно было заметить, поэтому в нее, как в ловушку, падали животные. И теперь в самой пещере – рай для археологов.

Но не всегда воронки соединяются с большими подземными полостями; бывает, что их заполняет вода и получаются небольшие озера с дном, которое, сужаясь, уходит вглубь.Иногда рядом расположенные воронки расширяются настолько, что сливаются между собой. Так образуются карстовые ложбины, карстовые котловины и карстовые долины, которые различаются между собой размером.

Еще одной поверхностной формой карста, которую хочется упомянуть, это полья. Ее образование такое же, как, например, у карстовых долин – слияние воронок – но при этом «конечный продукт» этого процесса более масштабен: это широкая долина в несколько километров, на территории которой часто есть «столбы» – остатки «перемычек» между воронками.Движемся дальше. Колодцы и шахты.

Они являются как бы «переходным звеном» между поверхностными и подземными формами карста (хотя чаще их все-таки относят ко вторым). Чем они отличаются от воронок, мы упоминали выше. А между собой их различают глубиной: колодцы до 20 метров, шахты глубже. Их «работа» – соединять поверхность с подземными пустотами.Теперь о собственно подземных формах.

Они образуются текущими, сочащимися, проникающими подземными водами. Как не сложно догадаться, «мир подземных вод» отличается от поверхностного собрата. Во-первых, русла подземных водных потоков могут располагаться одно над другим, пересекаться на разных ярусах и даже течь параллельно друг над другом. Во-вторых, они узкие: широкие привели бы (и приводят) к обрушениям.

В-третьих, что удивительно, в них возможны восходящие токи воды – в сифонах. Все это вкупе способствует формированию обширных и запутанных подземных лабиринтов из карстовых пещер.Карстовые пещеры – это основная и, пожалуй, самая крупная подземная форма карста. Они так же когда-то были всего лишь трещинами в породе, но вода на протяжении столетий превратила их в крупные пустоты.

В некоторых из них подземные реки продолжают свою работу, в других поток воды превратился в тонкие струйки или даже капельки сочащейся жидкости. Эти капельки по-прежнему продолжают размывать породу и нести ее частицы с собой. А там, где они проливаются на поверхности пещер, из этих частиц образуются «каменные скульптуры».

Хотя «каменными» их можно назвать лишь условно: они очень рыхлые, без постоянной водной подпитки крошатся и быстро разрушаются. В этом мы убедились в пещерах на плато Чатырдаг в Крыму.

На фотографиях оттуда изображены сталактиты – эти образования из частиц породы, свисающие сверху (Мамонтова пещера на плато Чатырдаг, Крым);сталагмиты – братья этих «сосулек», растущие им навстречу от пола пещер (Мраморная пещера на плато Чатырдаг, Крым);и сталагнаты – столбы, ставшие результатом встречи, срастания сталактитов и сталагмитов (Мраморная пещера на плато Чатырдаг, Крым).

Чем суше пещера, тем она старше. Поэтому крымские пещеры на чатырдагском плато считаются очень старыми, ведь вода присутствует в них лишь в виде капель.Таким образом, мы описали почти все формы карстового рельефа.Осталось лишь еще раз повторить, что карстовые процессы идут от малого к большому. От мелких трещин в породе и карр до польи или до карстовых пещер.

Карстовые процессы могут создавать не только радость для глаз туристов и счастье для сердец спелеологов, но и большие проблемы. Вода действует не избирательно: она подтачивает породу как в безлюдных уголках планеты, так и под большими мегаполисами с миллионным населением. Периодически с разных уголков планеты приходят сообщения о случившихся карстовых провалах прямо в центре городов. Образуются воронки и шахты глубиной в несколько метров, нанося вред хозяйству и унося жизни людей. И как бороться с этим явлением ученые пока не знают. Вероятно, нужно приборы, способные исследовать землю перед ее застройкой на сотни метров вглубь. Но это задача для будущего.

______________________________________________________В работе использованы материалы с ресурсов:

1) Википедия. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D1%80%D1%81%D1%82

2) Водопады и ледники. http://vodopad-lednik.ru/stati/294-poverkhnostnye-formy-karstovogo-relefa.html

Данное эссе было написано в качестве творческой работы на курсе “Общая геология. Планета Земля: образование, строение, эволюция” ресурса “Открытое образование” (https://openedu.ru/)

Работа была оценена сокурсниками в 75 баллов из 75.
Были получены комментарии:

?

|

mamont_kemerovo

  • Чт, 18:33: https://t.co/rUsys13imP
  • Пт, 10:00: Мне понравилось видео “Заглянуть в черную дыру: Радиоастрон и загадки
  • Пт, 10:06: Рекомендую посмотреть. Скорее всего половину слов вы не поймете :), но… Во-первых, вторая половина слов понятна .. https://t.co/P1PcCZC2R4
  • Пт, 10:06: Рекомендую посмотреть. Скорее всего половину слов вы не поймете :), но… Во-первых, вторая половина слов понятна .. https://t.co/P1PcCZkrsu
  • Пт, 10:06: Рекомендую посмотреть. Скорее всего половину слов вы не поймете :), но… Во-первых, вторая половина слов понятна… https://t.co/F6zce9ZsWP

Источник: https://mamont-kemerovo.livejournal.com/80909.html

Карстовый процесс

Карстовые образования

Необходимость проведения инженерно-геологических условий строительства в районах развития карстовых процессов и явлений очевидна. Своевременное и подробное изучение карстовых процессов и явлений в почвах может на этапе планирования сооружений с большой вероятностью предупредить опасные последствия строительных работ.

Из всех геологических процессов карстовые труднее всего спрогнозировать, они наиболее опасны, а развиваются сотни миллионов лет. Карстовые процессы – одни из наиболее тяжелопрогнозируемых опасных геологических процессов.

Особенность карстовых процессов заключается в том, что они существенно усложняют процесс строительства и эксплуатации зданий и сооружений, а также препятствуют рациональному использованию сельскохозяйственных земель и наносят значительный ущерб населению и хозяйству.

В результате влияния карстовых процессов происходят осадка и провалы земной поверхности, деформации сооружений вплоть до их полного разрушения, потеря воды из малых прудов через карстовые полости в бортах и основаниях водохранилищ, прорывы карстовых вод в горные выработки и тоннели, их затопление, загрязнение подземных вод.

Изучение карста при планировании сооружений может в большей степени предупредить все эти опасные последствия.

Карст: условия образования

В Российской Федерации выделяются Волго-Уральская, Предуральская, Западно-Уральская, Центрально-Уральская и Магнитогорская карстовые провинции.

Карстующиеся породы разного литологического состава, залегающие на поверхности и различных глубинах, распространены очень широко и занимают почти 50% территории России.

Вследствие необратимых преобразований рельефа и пород, загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферы и атмосферных осадков, а также деградации растительности существенно изменяются условия и факторы карстообразования.

Карст активизируется и проявляется на поверхности в результате сокращения мощности до обнажения карстующихся пород, изменения состава и свойств при увлажнении покровных отложений, нарушения рельефа. Появляются и расширяются очаги повышенной инфильтрации поверхностных, а также под-земных агрессивных вод.

Участками ослабления служат карстовые полости, открытые трещины, зоны дробления, погребенные провалы и другие подземные формы карста.

Скорость карстового процесса уменьшается с глубиной и с удалением от базиса эрозии.

Карстующиеся породы – известняки, доломиты, гипс и каменная соль – часто образуют отдельные линзы и прослои среди пород глинистого состава. Вода, насыщенная углекислотой, растворяет известняки и доломиты быстрее, чем химически чистая вода.

К растворимым породам относятся каменная соль, гипс, ангидрид, известняк, доломит, отчасти мергель, в которых и наблюдается развитие интенсивных карстовых процессов.

Районы, на территории которых имеется распространение гипсового и соляного карста, являются наиболее опасными.

Развитие гипсового карста, когда происходит выщелачивание горных пород, которое со временем приводит к образованию на земной поверхности карстовых воронок, оказывает влияние на все компоненты природного ландшафта и хозяйственную деятельность человека.

Процессы растворения и эрозия при линейном расположении воронок могут привести к образованию карстово-эрозионных оврагов.

На выходах растворимых горных пород наблюдаются различных размеров карстовые ниши, которые образуются при процессах физического выветривания и при растворении пород атмосферными осадками, стекающими в большом количестве по обнаженному склону.

С карстовыми процессами связано полное или частичное поглощение поверхностного стока рек. Исчезающие озера и реки имеются в различных районах и климатических зонах. На дне этих озер находятся карстовые воронки и поноры, через которые вода озер периодически поглощается и уводится на глубину.

Карстовые процессы являются подземными и поверхностными, эрозионными и аккумулятивными формами – полости, зоны разуплотнения, открытые и заполненные. По отсутствию или наличию нерастворимых покровных отложений выделяют открытый и покрытый карст.

На территории суши Земли карст открытого типа занимает 9,5%, покрытого типа – 22%.

Форма и содержание

Карст на поверхности и в глубине представляет собой единый взаимосвязанный процесс. С образованием поверхностных карстовых форм, связанных в значительной степени с выщелачиванием и размывом поверхностными водами, в глубине массивов растворимых горных пород наблюдаются различные подземные формы.

К подземным карстовым формам относятся закарстованные трещины, трещины, расширенные растворяющей деятельностью подземных вод, карстовые пещеры и каналы. Вода, просачивающаяся сверху и движущаяся по трещинам, в карбонатных породах содержит много растворенного углекислого газа, что увеличивает ее растворяющую способность.

Растворяя по пути движения известняки, вода насыщается углекислым кальцием в виде бикарбоната.

В рыхлых нерастворимых породах, покрывающих закарстованные породы, отмечаются подземные и поверхностные формы. Форма, размеры воронок и частота их образования тесно связаны с геологическим строением, геоморфологическими и гидрогеологическими условиями, а также режимом подземных вод.

В рыхлых мергелистых и гипсоносных песчано-глинистых породах большую роль наряду с выщелачиванием играет механический вынос частиц.

Наличие суффозии в ее активной фазе в определенных условиях приводит к формированию депрессионной воронки в верхнем водоносном горизонте: уровень грунтовых вод принимает V-образную форму.

В основании нерастворимых пород создаются подземные полости, которые, постепенно разрастаясь, приводят к нарушению устойчивости свода и его обрушению.

Активизация карстово-суффозионных процессов возможна также за счет химического состава подземных вод и их температуры.

В результате карстовых процессов на поверхности образуется воронка с обрывистыми вертикальными стенками, имеющими обратный уклон – провал. Провальные воронки и воронки обрушения бывают цилиндрическими, коническими, чашевидными и сложного строения. Две последние формы характерны для воронок смешанного генезиса.

Карстово-суффозионные провальные воронки и шахты достаточно широко развиты в карстовых районах покрытого карста. Их формирование связано с суффозией материала из основания покрывающей толщи в нижерасположенные подземные карстовые полости в растворимых горных породах.

Появление воронок любого генетического типа сопровождается прогибом земной поверхности.

Большое влияние на величину провальной опасности оказывает естественный режим поверхностных и подземных вод.

Значительную опасность для зданий и сооружений представляют деформации земной поверхности, характерные для территорий с развитием сульфатного карста.

Карстовые процессы оказывают влияние на все физико-географические условия местности. Они резко изменяют рельеф, характер и режим подземных и наземных вод.

Возникновение провалов может создавать аварийные ситуации, приводящие к гибели людей и разрушениям зданий и сооружений со значительными ущербами экономического, социального и экологического характера.

Оценка опасности

Оценка карстовой опасности должна выполняться с учетом базы данных, полученных на основе специального карстологического мониторинга. Предусматривается исследование напряженно-деформированного состояния грунтовой толщи в окрестности участка ослабления массива и влияния перераспределения напряжений на процесс образования воронок.

Выявление и изучение карстовых процессов и явлений возможно методами сейсморазведки. Также проводят исследование процесса, нарушающего устойчивость связных грунтов над карстовой полостью, и механизмов появления гидрогеологических окон в водоупорах.

Также необходимо проводить определение закономерностей деформирования воздушно-сухих, влажных и водонасыщенных несвязных грунтов при их поступлении в трещинно-карстовые коллекторы с учетом кинематики процесса и разработку моделей, позволяющих оценить размеры карстово-суффозионных воронок и возможность их появления в песчаной толще.

При инженерных изысканиях следует выполнять:

  • оценку опасности и риска от природных и техногенных процессов;
  • обоснование мероприятий по инженерной защите территории;
  • геологические, гидрологические и геодезические работы и исследования в процессе строительства;
  • локальный мониторинг компонентов окружающей среды.

При строительстве на закарстованных территориях требуется учитывать различные типы и подтипы карстовой опасности.

Необходимо и установить, какие генетические типы карстовых провалов и по каким причинам могут появиться на исследуемой карстоопасной территории.

Необходимо провести ее районирование, позволяющее выделить однотипные участки, в пределах которых – под действием определенных факторов – может реализоваться карстовое провалообразование определенного механизма.

При выборе площадки для строительства проектные организации должны учитывать карстовую опасность территории, а также проблемы негативных последствий подтопления больших по площади закарстованных территорий.

При проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений необходимо предусматривать меры по инженерной защите территорий и снижению опасности, ущербов и риска от экзогенных геологических процессов путем применения вышеописанных методов.

Для инженерной защиты зданий и сооружений от карста необходимо применять противокарстовые мероприятия или их сочетания: планировочные, водозащитные, противофильтрационные, укрепление оснований, конструктивные, технологические и эксплуатационные.

Таким образом, инженерно-геологические условия в районах распространения карстовых процессов в целом характеризуются как неблагоприятные для всех видов строительства.

Однако в настоящее время применяются различные виды исследований, проводится разработка нормативных документов и оценка степени опасности закарстованных территорий и степени их устойчивости, прогнозы местоположения, частоты, размеров провалов.

В связи с этим и только при условии неукоснительного соблюдения всех установленных требований и правил, а также с применением конструктивных мер противокарстовой защиты имеется возможность производить строительство на недостаточно устойчивых территориях.

Источник: https://gge.ru/analytics/experts/svoevremennoe-i-podrobnoe-izuchenie-karstovykh-protsessov-i-yavleniy-v-pochvakh-mozhet-na-etape-plan/

Book for ucheba
Добавить комментарий