9. Наглядное изучение горных пород:

9.1 День первый

Корпус «А» - карстовый район “Загадочный” (пещерный лог).

Сегодня первый день практики. Сходка была назначена рано утром, на 9 часов, нам предстояло совершить поход в знаменитую пещеру в р-не школы глухонемых. Шли по дороге в сторону удачного. Около школы глухонемых пошли вверх по проселочной дороге и дошли до обнаженной породы, внизу которых находится пещере. По легенде данное место могло служить местом проведения обрядов и проживания шаманов, а так же предположительное место стоянки древнего человека.

Кроме того, ходя слухи, что данное место охраняется древними духами, обличие которых походит на волка. Если внимательно рассмотреть снимок, представленный ниже, можно наблюдать, что среди горных пород вырисовываются мордочки, таинственных хранителей, этого загадочного места.

Карст  — 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 (гипсами, известняками, мраморами, доломитами и каменной солью).

Развитие карста

Наиболее характерны для карста отрицательные формы рельефа. По происхождению они подразделяются на формы, образованные путём растворения (поверхностные и подземные), эрозионные и смешанные.

По морфологии выделяются следующие образования: карры, колодцы, шахты, провалы, воронки, слепые карстовые овраги, долины, полья, карстовые пещеры, подземные карстовые каналы.

Для развития карстового процесса необходимы следующие условия: а) наличие ровной или слабо наклонной поверхности, чтобы вода могла застаиваться и просачиваться внутрь по трещинам; б) толща карстующихся пород должна иметь значительную мощность; в) уровень подземных вод должен стоять низко, чтобы было достаточное пространство для вертикального движения подземных вод; г) минерализация воды на входе в грунт, должна быть меньше растворимости породы.

Процесс растворения карбонатных пород

Скорость растворения карстующихся пород зависит от растворимости пород, агрессивности и скорости потока подземных вод, степени трещиноватости пород и других факторов. Растворимость карбонатных пород в сотни раз меньше (при прочих равных условиях) растворимости сульфатных пород. Скорость растворения карбонатных пород в природных условиях имеет весьма низкое значение (доли миллиметров - миллиметры в год на поверхности растворения). Поэтому можно считать, что имеющиеся карстовые полости, обнаруженные в результате изысканий, создавались за счет растворения пород, как правило, за геологически длительное время. Карстовые же полости, обнаруженные в сульфатных породах, могут развиться за счет растворения до критически опасных размеров в пределах расчетного срока службы сооружений. Наиболее активно процессы растворения протекают на границе залегания карбонатных и сульфатных пород.

Наиболее существенное отличие карбонатного карста от других литологических типов заключается в особом ходе растворения карбонатных пород. Карбонатные породы практически растворимы только в воде, содержащей свободную углекислоту или же другие минеральные или органические скислоты. Помимо этого растворимость карбонатных пород может повышаться, если в воде содержатся некоторые соли, например NaCl. Процесс растворения известняка в воде, содержащей свободную углекислоту, происходит довольно сложно. Он представляет собой совокупность различных химических превращений, тесно связанных между собой. Наиболее существенные из них следующие:

CaCO3 (тверд.) <-> CaCO3 (растворен.) CaCO3 (растворен.) <-> Ca++ + CO3— CO2 (возд.) <-> CO2 (водн.) CO2 (водн.) <-> H2CO3 H2CO3 <-> H+ + HCO3- H+ +CO2-- <-> HCO3-

В этом взаимодействии равновесий швейцарский карстовед А. Бёгли (Bogly, 1956, 1960) выделил четыре фазы, последовательно вступающие в действие.

В первой фазе известняк растворяется в воде непосредственно, без всякого участия содержащийся в воде углекислоты. Процесс растворения происходит очень быстро, так что практически тотчас же достигается равновесие. При достигнутом состоянии равновесия в 1л воды при температуре 8.7° Растворяется 10 мг углекислого кальция, при 16° – 13.1 мг, при 25° – 14.3 мг.

Во второй и третьей фазах растворения вступает в действие содержащаяся в воде двуокись углерода. От ее общего колличества только 0.7 % (при 4° C). Образующаяся из 0.7% растворенной в воде CO2 угольная кислота немедленно реагирует с CO3-- ионом растворенного карбоната кальция. Поэтому вторая фаза лишь теоретически протекает после первой, практически же одновременно с ней. Это начало цепной реакции, конечным результатом которой станет дальнейшее растворение известняка.

Скорость реакции обмена вещества в третьей фазе высокая. Она увеличивается с повышением температуры: примерно удваивается через каждые 10

Четвертая фаза практически начинается после завершения трех предыдущих и до конца контролирует ход дальнейшего растворения известняка. CO2 воздуха, которая в начале четвертой фазы находится в максимуме неравновесия с CO2 в воде, постепенно в нее дифундирует. Скорость растворения известняка лимитируется скоростью дуффузии, которая очень мала. Поэтому требуется много времени, что бы была достигнута предельная концентрация. По исследованиям А. Бёгли, для достижения равновесного состояния нужно по меньшей мере 24 часа, чаще же значительно больше. При повышении температуры наблюдается значительное ускорение диффузии и равновесие достигается раньше. Высокая скорость процессов в трех первых фазах определяет их быстрое действие на известняк. Поэтому даже на очень крутых откосах из оголенного известняка под действием стекающей воды успевают образовываться разделенные острыми ребрами желобки – желобковые карры. Под действием четвертой фазы возникают бороздчатые.

Если горная порода состоит из минералов с неодинаковой растворимостью и скоростью растворения, процесс ее разрушения усложняется. В известковистых доломитах, например, доломит и кварцит растворяются с разной быстротой в зависимости от их количественного соотношения в породе и скорости движения воды. При содержании доломита около 2 проц. скорость растворения кальцита меньше, чем доломита, при увеличении количества доломита соотношения скоростей растворения становится обратным и в первую очередь выщелачивается кальцит. Поэтому при растворении сильно доломитизированных известняков и известковистых доломитов. В виде остаточного продукта выщелачивания накапливается рыхлый доломит.

Виды карста

По глубине уровня подземных вод различают карст глубокий и мелкий. Различают также «голый», или средиземноморский карст, у которого карстовые формы рельефа лишены почвенного и растительного покрова

(например, Горный Крым), и «покрытый» или среднеевропейский карст, на поверхности которого сохраняется кора выветривания и развит почвенный и растительный покров.Карст характеризуется комплексом поверхностных (воронки, карры, желоба, котловины, каверны и др.) и подземных (карстовые пещеры, галереи, полости, ходы) форм рельефа. Переходные между поверхностными и подземными формами — неглубокие (до 20 м) карстовые колодцы, естественные туннели, шахты или провалы. Карстовые воронки или иные элементы поверхностного карста, через которые в карстовую систему уходят поверхностные воды, называются поноры.

Псевдокарст

Существуют также формы, внешне очень похожих на карст. Они называются псевдокарстовыми формами. Одной из разновидностей псевдокарста является термокарст. Термокарст связан с таянием погребенного льда или протаиванием мерзлых пород в областях распространения вечной мерзлоты.

Другой разновидностью является глинистый карст. Это глубокие подземные ходы и провалы, очень напоминающие настоящий карст, возникающие в сильно карбонатных суглинках и глинах при условии хорошо развитой трещиноватости.