ОтветыГос (1) / 33

33 Карстовый рельеф

Термин «карст» происходит от названия известнякового плато Крас (по-немецки Карст), расположенного в Словении к югу от Юлийских Альп. Карстовые явления широко распространены в разных регионах земного шара: Средиземноморье, Карибском бассейне, Китае, Юго-восточной Азии и др. На территории России и стран СНГ карст также весьма широко развит как в горах, так и на равнинах: Валдайская, Среднерусская возвышенности, Приангарье, Кавказ, Крым и др.

Понятие о карсте. Карстующиеся горные породы и факторы карстообразования.

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

Растворимые горные породы подразделяются на карбонатные (известняки, доломиты, мергели, писчий мел, мраморы) и галогенные (гипсы, каменная соль). Карбонатные породы гораздо чаще встречаются на земной поверхности. По некоторым оценкам, они занимают до трети всей площади суши. Среди карбонатных пород наибольшим распространением пользуются известняки. Они залегают мощными толщами, занимающими обширные пространства. Поэтому именно в известняках развивается типичный карстовый рельеф.

Если гипсы и каменная соль могут растворяться даже в чистой воде, то для растворения известняков вода должна содержать достаточное количество углекислого газа. Избыток образующегося при бикарбонатном распаде карбоната кальция выпадает из раствора в твердом виде (например, при соприкосновении с воздухом). В природе этот процесс можно наблюдать при отложении карстовыми источниками известкового туфа (травертина) и при образовании в пещерах натечных форм.

Карстующиеся породы наряду с растворимостью обладают еще одним важным свойством – трещиноватостью. При отсутствии трещин растворяющее действие воды ограничилось бы образованием наземных неглубоких форм и очень быстро бы затухло вследствие насыщения воды известью.

Для развития карстового процесса растворимая порода должна быть чистой, то есть содержать лишь незначительное количество нерастворимых глинистых примесей

Чем больше мощность карстующейся толщи, тем сильнее выражены карстовые явления как внутри породы, так и на ее топографической поверхности.

В-третьих, интенсивность развития поверхностных карстовых образований зависит от характера топографической поверхности. По ровной, почти горизонтальной поверхности атмосферные воды стекают медленно, имея возможность оказывать на нее длительное растворяющее воздействие и просачиваться по трещинам вглубь. С крутых же склонов вода сбегает быстро, не успевая существенно растворить породу.

В-четвертых, климатические условия, в первую очередь количество осадков, их интенсивность и распределение по сезонам года определяют быстроту развития карстовых форм. Кроме того, косвенное влияние оказывает температурный режим. При высоких температурах насыщение воды СО₂ происходит быстрее, поэтому теоретически вода в тропиках должна быть менее агрессивной, чем в умеренной зоне. Однако высокие температуры в сочетании с большим количеством осадков способствуют развитию пышной растительности, которая является мощным источником поступления в воду СО₂ , органических и азотнокислых соединений. В результате, во влажной тропической зоне вода отличается повышенной агрессивностью и, как следствие, процессы карстообразования протекают здесь в несколько раз интенсивнее, чем в умеренной зоне.

Наконец, для развития подземного карста рельеф водоупорного фундамента должен допускать свободный сток грунтовых вод и выход их на поверхность. В противном случае карстовые воды насыщаются углекислой известью и перестают растворять породу.

Карстовые формы рельефа.

Характер проявления наземных карстовых форм зависит от того, является карст голым или покрытым. Голым называется такой карст, где карстующаяся горная порода непосредственно выходит на дневную поверхность, а кора выветривания и почвенно-растительный покров практически отсутствуют. Голый карст типичен для горных стран с ярко выраженным неравномерным распределением осадков по сезонам: в этих условиях рыхлый материал быстро удаляется с крутых склонов. Классической областью распространения - европейское Средиземноморье. Следует отметить также, что вырубка человеком лесов весьма способствует расширению площадей голого карста.

О покрытом карсте говорят в тех случаях, когда карстующаяся порода перекрыта с поверхности чехлом рыхлых наносов, корой выветривания и почвенно-растительным покровом. Такая ситуация наиболее типична для равнинных территорий с гумидным климатом. В частности, в России преобладает именно покрытый карст.

Этим двум типам карста свойственны разные поверхностные формы. Так, только для голого карста типичны карры (или шратты) – борозды глубиной от нескольких сантиметров до первых метров. Эти борозды тянутся в направлении уклона параллельно друг другу или же сливаются, ветвятся, образуя сложную сеть. Они разделяются узкими гребнями. Карры образуются в результате растворяющего воздействия стекающей по склону воды на обнаженную породу. Обширные участки, покрытые каррами, называют карровыми полями. Карровые поля встречаются там, где воды особенно много: в береговой зоне, вблизи тающего края ледника и т.д.

Наиболее типичной формой наземного карста являются замкнутые поверхностно бессточные впадины, которые образуют характерный ванновый ландшафт. По особенностям конфигурации и размерам выделяют следующие типы впадин: блюдцеобразные углубления, воронки, колодцы, слепые овраги и полья.

Карстовые блюдца отличаются небольшой глубиной, которая обычно многократно меньше их поперечника, полого-вогнутым или совершенно плоским дном, очень пологими склонами, кверху постепенно переходящими в плато.

Карстовые воронки имеют чаще всего округлую или овальную форму в плане и воронкообразное поперечное сечение с довольно крутыми и прямыми склонами. Верхний их поперечник в среднем в два раза превышает их глубину и достигает от 10 до 200 м. На дне многих карстовых воронок прослеживаются устьевые отверстия трещин, которыми поглощаются стекающие в воронку воды атмосферных осадков. Такие поглощающие отверстия называют понорами.

По способу образования различают три типа карстовых воронок и блюдец : формы поверхностного растворения, провальные формы, формы просасывания.

Воронки и блюдца поверхностного растворения образуются на участках голого карста, отличающихся повышенной трещиноватостью или растворимостью.

Провальные воронки и блюдца образуются путем выполаживания склонов карстовых колодцев, имеющих провальное происхождение .

Воронки просасывания свойственны покрытому карсту и отличаются от предыдущих двух типов тем, что образуются не в карстующейся породе, а в покрывающей ее рыхлой толще в результате механического вмывания (просасывания) рыхлого материала в поноры и подземные полости.

В расположении карстовых воронок и блюдец, равно как и других поверхностных форм, нередко наблюдается упорядоченность в соответствии с простиранием крупных трещин. Такое закономерное расположение поверхностных депрессий называют ориентированным карстом.

Карстовые колодцы - это впадины цилиндрической формы, с диаметром равным или превышающим глубину и достигающим иногда многих десятков метров. Карстовые колодцы встречаются значительно реже, чем карстовые воронки или блюдца. Стены впадины обычно отвесные, скалистые. Дно загромождено обломками породы, что свидетельствует об их провальном происхождении. На дне открываются поноры.

Слепые овраги (или увала) - впадины больших размеров, имеющие в плане неправильную лопастную, продолговатую или мульдообразную форму. Длинный поперечник слепого оврага может достигать 600-700 м при средней глубине около 30 м. Слепые овраги образуются при слиянии близко расположенных карстовых воронок и блюдец.

Полья - это обширные (десятки и сотни км²) поверхностно бессточные котловины. Полья свойственны по преимуществу карсту дислоцированных областей: Балканский полуостров, о. Ямайка, Французская Юра. Для этих крупнейших депрессий в пределах карстовых областей характерно наличие ровного, почти горизонтального дна, резко отграниченного от крутых склонов.

Полья не всегда имеют карстовое происхождение. Среди наземных карстовых форм следует упомянуть и единичные положительные формы, которые являются останцовыми между соседними отрицательными. Например, меловые останцы, «Дивы» в Донском Белогорье, напоминающие по форме гигантские коренные зубы человека.

Мешкообразные долины наблюдаются у рек, которые начинаются из грота – подземная река выходит на поверхность. У мешкообразных долин верхний конец замкнутый – склоны долины поворачивают навстречу друг другу и смыкаются. Слепые долины не имеют устья и оканчиваются тупиком. Их реки уходят под землю в грот или через поноры на дне.

Переходной формой от наземного карста к подземному являются естественные шахты. Это цилиндрические трубообразные впадины, вытянутые в вертикальном направлении обычно крутонаклонные с небольшим диаметром поперечного сечения и наружного входного отверстия - от одного до нескольких метров и глубиной от десятков до сотен метров. Естественные шахты представляют собой результат расширения крупнейших понор и связанных с ними подземных каналов.

Крупные полости внутри карстующейся породы, имеющие один или несколько выходов на поверхность, называют карстовыми пещерами. Их протяженность может быть очень значительной. Длина подземных ходов крупнейшей в мире Мамонтовой пещеры (США) измеряется сотнями километров. Заложение пещер и особенности их топографии определяются расположением систем трещин. Расширение новых трещин, обрушение свода может привести к тому, что подземная река проложит себе новый путь, а старое русло останется сухим. Так возникают сухие пещеры.

Если карстовый массив испытывает тектонические поднятия, чередующиеся с этапами относительной стабилизации, то подземная река может неоднократно покидать свое старое русло и прокладывать новое на более низком гипсометрическом уровне. При этом возникают несколько расположенных друг над другом ярусов пещер. Такой карст называют этажным.

При тектоническом опускании подземные полости станут заполняться нерастворимыми наносами, формируя погребенный карст.

Наружные отверстия пещер открываются обычно либо по окраинам карстовых массивов, либо на склонах пересекающих карстовую область долин. Пещера с одним входным отверстием- называется слепой. Если пещера открывается в двух противоположных концах, то ее называют проходной.

Во многих карстовых пещерах на их потолке, днище и стенах развиты натечные образования из углекислой извести. С потолка пещеры свешиваются в виде сосулек сталактиты.С днища пещеры навстречу им поднимаются сталагмиты – более широкие и короткие. Сталактиты и сталагмиты, срастаясь, образуют колонны. В разрезе и те, и другие имеют концентрическое строение, что свидетельствует о периодическом их росте путем отложения все новых слоев извести. Близко расположенные сталактиты, сливаясь, образуют натечные занавеси.

Зонально-климатические типы карста.

Будучи зависимым от климата, карстовый процесс по-разному протекает в разных климатических условиях. Это позволяет выделять зонально-климатические типы карста. До сих пор речь шла главным образом о карсте умеренных широт у субтропической зоны, который изучен лучше всего.

Зрело развитый типичный карст тропиков и такой же карст умеренных широт морфологически представляют как бы негативные оттиски друг друга. Если для карста умеренных широт характерна поверхность, густо усеянная замкнутыми отрицательными формами, то для тропического карста характерны положительные формы рельефа в виде куполов, башен или конусов, возвышающихся над некоторым общим уровнем – базальной поверхностью.

Процесс развития тропического карста выглядит следующим образом. Сначала вдоль трещин образуются небольшие отрицательные формы рельефа, схожие с таковыми умеренных широт, которые, очень быстро расширяются, сливаются между собой и разделяют единый массив на отдельные возвышенности. Понижения между положительными формами постепенно углубляются до уровня базальной поверхности. В дальнейшем происходит расширение этой поверхности за счет сокращения площадей, занятых возвышенностями. В конечном счете это может привести к образованию выровненных карстово-денудационных поверхностей. Процесс карстового выравнивания протекает неравномерно, и там, где он начался раньше, формируется окраинная равнина карста, которая по сути является педиментом карстового происхождения. Формирование окраинной равнины происходит обычно на уровне днищ речных долин, дренирующих карстовую область.

По морфологии положительных элементов рельефа тропический карст подразделяют на куполовидный, башенный и конический. Эти типы генетически связаны и представляют собой последовательные стадии развития тропического карста или же обусловлены местным геологическим строением.

Куполовидный карст представляет собой скопление куполообразных возвышенностей, разделенных узкими вогнутыми седловинами, которые расположены на разных гипсометрических уровнях, выше окраинной равнины. Относительная высота куполовидных холмов колеблется от 25 до 150 м. Куполовидный карст часто бывает представлен в центральной части карстового массива, а по окраинам развиты другие формы. Это говорит о том, что куполовидный карст – одна из самых ранних стадий развития тропического карста.

Башенный карст обычно наблюдается во внешних частях карстового массива, кнаружи от площадей, занятых куполовидным карстом. Башенный карст – это следующая стадия развития тропического карста. Для него характерны крутостенные, изолированные возвышенности, со следами коррозии и размыва в основании, напоминающие башни или столбы. Их относительная высота может достигать 300 м и более. Возвышенности разделены обширными понижениями, представляющими собой ответвления окраинной равнины.

Конический карст отличается от башенного морфологией возвышенностей, которые имеют вид более или менее правильных конусов. У склонов меньшая крутизна за счет выполаживающего действия склоновых процессов, в их основании не видно следов размыва. Этот тип карста образуется из башенного в результате его тектонического поднятия. Последнее сопровождается понижением базиса эрозии и врезанием всех поверхностных водотоков в прежнюю базисную поверхность.

Следствием неоднократных тектонических поднятий является также часто наблюдаемая ярусность вершинных поверхностей положительных карстовых форм. Наличие многих ярусов в пределах одного массива тропического карста говорит о большой продолжительности его развития, которое периодически нарушалось вследствие понижения базиса эрозии.

Крупные формы тропического карста не монолитны; обычно они «изъедены» (как с поверхности, так и изнутри) более мелкими отрицательными формами – каррами, воронками, шахтами, пещерами и т.д. Вообще, типичные формы тропического карста развиваются лишь в областях распространения чистых, толстослоистых или массивных известняков. Там, где в известняках много нерастворимых примесей, развиваются только формы карста умеренных широт.

Наконец, необходимо отметить, что в некоторых природных зонах карстовый процесс затруднен из-за дефицита жидкой воды. Это, прежде всего области с нивальным и аридным климатом, а также гумидные территории с многолетней мерзлотой.

Карстовый цикл рельефообразования.

Карстовый процесс – это процесс денудационный, при котором происходит вынос вещества, как с поверхности, так и в глубине карстующейся толщи. Предельным базисом денудации является кровля подстилающей некарстующейся породы. В процессе развития карста топографическая поверхность будет постепенно приближаться к этому базису денудации. Когда обе поверхности соединятся, карстовый процесс достигнет своего логического завершения: растворимая порода будет полностью удалена, и карст перестанет существовать.

Процесс развития по-разному протекает в голом и покрытом карсте. В условиях голого карста на начальной, юной стадии карста атмосферные осадки, стекая по известняковым склонам, образуют карровые рытвины. Воронки и естественные колодцы в небольшом количестве беспорядочно разбросаны по поверхности. Местами встречаются реки и ручьи, т.к. трещины пока узки и не успевают отводить всю поступающую воду вглубь массива. Грунтовые воды залегают глубоко.

На следующей стадии зрелости карста наблюдаются большие изменения как внутри карстующегося массива, так и на его поверхности. Грунтовые воды залегают сравнительно глубоко, и развитие карста идет энергично. Поверхностные водотоки большей частью исчезают и переходят в подземный сток. Карстовые воронки увеличиваются в размерах и становятся многочисленнее. В их расположении начинает проявляться направление тектонических линий. Наряду с молодыми воронками встречаются и старые, имеющие блюдцеобразный вид из-за обильного скопления глинистого элювиального материала. В таких воронках углубление прекратилось, и идет рост в ширину. Воронки, расположенные рядами, сливаются и образуют слепые овраги. Дальнейшие слияния могут привести к образованию более обширных котловин и польев. Таким образом, наблюдается общее понижение поверхности и постепенное приближение ее к базису денудации. Но денудация протекает неравномерно, а интенсивность процесса не позволяет создать достаточно обширные пенепленизированные поверхности.

На стадии старости или дряхлости карстовые формы все более теряют свой характерный облик. Воронки выполаживаются, увала и полья становятся обширнее и многочисленнее. На поверхности скапливается все больше продуктов выветривания. Снова возникает нормальная речная сеть. На стадии старости новые воронки почти не образуются. Полья и увала местами соединены друг с другом, между ними поднимаются останцы и плосковершинные возвышенности. Так заканчивается развитие карста средиземноморского типа.

В условиях покрытого карста на поверхности карстующейся породы быстро накапливаются нерастворимые продукты выветривания, которые закупоривают трещины. Несмотря на то, что грунтовые воды лежат глубоко, вертикальная циркуляция прекращается и наступает задержка в развитии карстового процесса. Денудация сглаживает карстовые формы. Слепые овраги постепенно превращаются в долинообразные ложбины, некоторые из которых могут быть захвачены речной сетью. Ванновый ландшафт постепенно превращается в долинный. Так как базис эрозии достаточно низок глубинная эрозия рек весьма значительна. В результате на дне долин снова может обнажиться коренная растворимая порода, и вскрывшиеся поноры станут поглощать воду. Увеличение крутизны склонов способствует более активному сносу коры выветривания с примыкающих водораздельных пространств, и здесь тоже может обнажиться известняк. На его поверхности снова начинают развиваться воронки и другие карстовые депрессии. Возобновляется активное закарстовывание, и долинный ландшафт превращается обратно в ванновый.

Такие циклы могут повторяться неоднократно, каждый раз сопровождаясь понижением топографической поверхности, пока не будет достигнута конечная стадия развития карстового процесса, и топографическая поверхность не сольется с подстилающим водоупорным фундаментом. Однако необходимо отметить, что в природе полное завершение карстового процесса крайне маловероятно, поскольку требует целого комплекса идеальных условий: равномерной мощности и чистоты карстующейся породы, ее одинаковой структуры, тектонической стабильности в течение длительного времени, сохранения на весь срок существования карста достаточно влажного климата и т.д.

Псевдокарстовые процессы и явления.

В некоторых районах встречаются формы рельефа внешне очень похожие на карстовые, но имеющие иной механизм образования. Такие процессы и явления называют псевдокарстовыми. Выделяют три основных вида псевдокарста: глинистый карст, псевдокарстовые явления в лессах и лессовидых породах, термокарст.

Растворимое вещество может быть распределено в горной породе в виде известкового или гипсового цемента. Вода, проникая по трещинам, растворяет цемент, нарушает связь между мелкими нерастворимыми частицами, которые легко уносятся подземными водами. Такой процесс называют суффозией. Вследствие суффозии образуются подземные полости, и топографическая поверхность под ними проседает. Описанное явление наиболее распространено в глинистых породах и получило название - глинистый карст. Глинистый карст встречается в семиаридных и аридных странах. Наиболее характерные для него формы рельефа - это просадочные впадины типа блюдец.

Ко второму виду псевдокарста относятся формы, возникающие в просадочных породах – лессах и лессовидных суглинках. Эти породы при длительном замачивании водой значительно уменьшаются в объеме вследствие разрушения их макропористой структуры. В результате, на поверхности возникают просадки типа блюдец, а на их склонах развиваются трещины. В эти трещины может проникать вода и механически выносить частицы. Так формируются колодцы, шахты, подземные галереи, как и в глинистом карсте.

И, наконец, в областях развития многолетнемерзлых грунтов наблюдается термокарст. Различные провальные и просадочные формы образуются здесь на участках таяния погребенного льда или протаивания мерзлых пород.

Карстовый рельеф - рельеф земной поверхности, образующийся вследствие растворения водой известняков, доломитов, гипсов и других горных пород.

Карстовый рельеф характеризуется широким развитием замкнутых отрицательных поверхностных и различных подземных форм, а также специфической подземной циркуляцией вод.

В карстовых формах рельефа преобладают замкнутые отрицательные формы рельефа: - поверхностные: карры, воронки, котловины; и - подземные: колодцы, пещеры.

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

Примером уникальных карстовых ландшафтов северных лесных районов служит Пинежский заповедник, где развит преимущественно покрытый гипсово-ангидритный карст, а сложный и многообразный карстовый рельеф - следствие как древних, так и современных рельефообразующих процессов. Широкому распространению и развитию карста способствует приповерхностное залегание толщи пермских гипсов и ангидритов, морских солей. В мезозое происходил размыв перекрывающих их пород, по трещинам вода проникала в толщу гипсов, сформировался карстовый ландшафт и пещеры, с общай протяженностью подземных ходов в десятки километров. Развитие карста было приостановлено оледенениями четвертичного периода. Ледники выровняли рельеф, продавили своды пещер. Нередко из отверстия в одном борту лога вытекает ручей и через несколько десятков метров уходит под землю в провал у стены противоположного борта. Лога тянутся иногда на 3—5 км. В современный период карстовые процессы вновь активизировались. Формы поверхностного карста очень разнообразны. Здесь и глубокие, узкие конусовидные воронки, гигантские карстовые башни среди тайги, карстовые озёра, некоторые из которых периодически исчезают. Некоторые озёра возникли на месте «сросшихся» карстовых воронок, многие озера имеют постоянный сток в подземные реки. Густота сети карстовых пещер в этом районе — одна из самых высоких в мире: до 500 в пересчете на 1000 км².