Рис. 6. Морфологические типы речных долин (по Д. Г. Панову)
1 - ущелье; 2 - каньон; 3 - V-образная долина; 4 - асимметричная долина; 5 - ящикообразная долина; 6 - долина с террасами.
Теснина - это глубоко врезанная эрозионная форма с вертикальными склонами.
Ущелье отличается от теснины V - образным поперечным профилем, оно часто имеет выпуклые склоны.
Каньон имеет V - образный профиль, но отличается ступенчатостью склонов.
У всех этих типов дно почти целиком занято руслом. Поперечные профили их обычно симметричны.
Профили большинства речных долин на равнине асимметричны. Причиной этого являются:
1. Геологическое строение и неотектонические движения;
2. Отклонение течения рек силой Кориолиса;
3. Влияние склоновых процессов.
Примером влияния геологического строения является куэстовый тип долин, формирующийся в условиях наклонного залегания пород различной плотности. Большинство рек северного полушария имеют крутой правый берег и пологий левый. Это объясняется силой Кориолиса, отклоняющей течение рек в северном полушарии вправо. Асимметрия склонов может образовываться из-за многочисленных оползней.
Типы эрозионного и эрозионно-денудационного рельефа. Флювиальный тип рельефа складывается из положительных и отрицательных форм. Отрицательными эрозионными формами при этом являются: речные долины, балки, овраги. Между ними - положительные формы: междуречья, межбалочные и межовражные водоразделы.
Формирование этого рельефа происходит под действием как постоянных водотоков, так и склоновых процессов. Поэтому его называют эрозионно-денудационным рельефом. Различают следующие типы этого рельефа:
1. Долинно-балочный;
2. Овражно-балочный;
3. Плоскогорный;
4. Рельеф типа «дурных земель» или бедлеид;
5. Куэстовый.
Долинно-балочный рельеф характерен для пластовых равнин, сложенных супесями, суглинками и глинами. Характер рельефа увалистый за счет чередования речных долин и балок с вытянутыми возвышенностями, или увалами, с плоской вершинной поверхностью. Встречается этот рельеф на юге лесной, в лесостепи и очагами в степи.
Овражно-балочный рельеф развит в пределах пластовых равнин, сложенных рыхлыми породами - лессами, суглинками. Здесь кроме речных долин основными формами рельефа являются овраги и балки, образующие сложно-разветвленные системы.
Плоскогорный тип рельефа (эрозионно-денудационный) сформировался в условиях горизонтальной структуры пластов стойких пород (Ставропольская возвышенность). В условиях тектонического покоя и длительного воздействия эрозионных процессов плоскогорный рельеф может превратиться в рельеф островных столово-останцовых возвышенностей.
Рельеф типа «дурных земель» - (бедленд) характеризуется тем, что крутостенные ветвящиеся овраги располагаются так близко друг к другу, что склоны их пересекаются образуя острые гребни. Ровных площадей почти нет. Этот рельеф образуется в условиях аридного климата на водоупорных глинистых породах. Пример предгорья Тянь-Шаня.
Куэстовый тип рельефа формируется в областях, где распространены наклонные пласты различной стойкости.
Геологическим строением и составом пород определяется большое разнообразие флювиальной скульптуры. Так, в предгорьях Среднеазиатских гор, сложенных различными рыхлыми породами, во времена ливней образуются овраги, имеющие почти округлую форму. Это адырный тип рельефа.
Сыртовый рельеф - характерен для районов, сложенных тонким глинистым материалом. Овраги здесь приобретают округлые, вытянутые формы.
Кыровый рельеф формируется на плато, там, где с поверхности залегает плотный пласт, под которым находятся рыхлые слои. Местами возникают провалы - кыры.
Устья рек могут быть очень разнообразными. При впадении рек в море, океан или озеро обычно образуются дельты. Дельтой называется аккумулятивная форма, создаваемая рекой при впадении ее в конечный водоем. Название дано от греческой буквы ∆, на которую по форме похожа дельта реки, которая обычно характеризуется разделением реки на отдельные рукава.
Простейшим видом является клювовидная дельта, которая состоит из устьевого русла и двух прирусловых кос по обе стороны (Тибр). Бывает лопастная дельта, за счет деления русла на 2-3 рукава (р. Миссисипи). Многорукавная или мелколопастная дельта (р. Волга). Часто дельты выдвинуты далеко в море. Дельты выполаживания образуются при впадении реки в мелководный залив. Дельтовые отложения могут достигать большой мощности (в дельте р. Миссисипи они превышают 1000 м). По площади дельты занимают десятки км 2 , образуя дельтовые равнины. Т.о., реки - мощный фактор аккумулятивного выравнивания рельефа и переноса осадков с континентов в океаны.
Карстом называют формы рельефа, которые образуются в областях, сложенных растворимыми породами. Наиболее распространен известняковый карст, так как известняками сложена 1/3 площади континентов. Сущность карстовых процессов заключается в растворении породы поверхностными и подземными водами.
Для развития карста необходимы следующие условия:
1. Растворимость пород и достаточная их мощность;
2. Проницаемость пород;
3. Мелкозернистая структура пород, т.к. мелкозернистые известняки растворяются лучше
4. Определенные климатические условия, то есть благоприятный температурный режим, значительное количество осадков, наличие в воде растворенного СО 2 , который повышает растворяющую способность воды;
5. Пологий рельеф, так как на ровных поверхностях карст возникает быстрее;
6. Наличие растительного покрова, так как за счет органических остатков вода обогащается С0 2 и гуминовыми кислотами;
7. Определенные гидрологические условия, то есть хорошая подземная циркуляция воды.
В каждой карстовой области сверху вниз выделяют три зоны:
1 Верхняя зона охватывает толщу пород от поверхности - до зеркала грунтовых вод. Это зона аэрации, в которой отмечается свободное движение воды сверху вниз.
2, Зона периодически полного насыщения , где отмечаются колебания уровня подземных вод, связанные с периодическим поступлением воды с поверхности.
3. Зона постоянного насыщения
. Верхней ее границей является самый низкий уровень грунтовых вод, а нижней границей - водоупорный горизонт.
Циркуляция воды в этой зоне горизонтальная. По окраинам карстовой области эта зона дает начало рекам, через которые происходит разгрузка подземных вод на земную поверхность. Наиболее активной в отношении глубинного карстообразования считают зону периодически полного насыщения.
Все карстовые формы рельефа делят на поверхностные, переходные и подземные.
Если карстующиеся породы непосредственно выходят на земную поверхность, то это открытый или голый карст. Если они перекрыты сверху некарстующимися отложениями, то это покрытый карст.
Голый карст встречается в горных районах, а покрытый - на равнинах. Выделяется еще закрытый карст, который отмечается в областях, где карстующиеся породы имеют большую мощность и в них содержится большое количество различных примесей. После того, как растворимая часть этих пород полностью выщелачивается, образуется кора выветривания, красноватого цвета - терра-росса (красная земля). В дальнейшем развитие карста под этой корой идет обычным путем. Это - закрытый карст.
В районе открытого карста под действием дождевых или талых вод на поверхности известняков образуется микрорельеф карров. Это система гребней и разделяющих их борозд, глубиной до 2 м. Такая поверхность называется каровыми полями.
Переходные формы соединяют поверхностные и подземные зоны. В местах повышенной трещиноватости известняков, при вертикальной циркуляции воды образуются поноры, то есть каналы, поглощающие поверхностные воды. При их расширении формируются карстовые воронки, имеющие щелеобразную, или блюдцеобразную форму. При большом расширении трещины превращаются в колодцы ишахты, которые могут достигать большой глубины (Глубина шахты Снежная на Кавказе -1370 м.)
Провальные, или поверхностные воронки, при слиянии образуют слепые овраги, увалы и самые крупные карстовые формы - полья. Полья - это обширные, обычно плоскодонные, с крутыми стенками, карстовые понижения в несколько километров, а иногда в несколько десятков километров в поперечнике. Так, площадь Попова полья в Югославии - 180 км 2 . Полья могут иметь тектоническое происхождение, то есть карст развивается в крупных тектонических трещинах. Иногда они образуются за счет провала над подземной рекой, или путем размыва и выноса продуктов размыва нерастворимых пород, залегающих среди известняков.
К подземным формам карста относятся пещеры и пропасти.
Пещерами называют подземные полости, образующиеся в карстовых областях и имеющие один или несколько выходов на поверхность. Они образуются при расширении водой подземных трещин. Во многих пещерах на днищах, стенках или сводах образуются натечные формы. На потолке в виде сосулек - сталактиты, на дне пещеры - сталагмиты. При их слиянии образуются натечные колонны. В пещерах часто имеются подземные реки. Иногда подземны реки выходят на поверхность.
Зонально-климатические типы карста. В разных климатических зонах карст протекает по-разному. Выделяют:
1. Карст областей с умеренным климатом;
2. Карст субтропических и тропических областей.
В странах с умеренным климатом карстовые процессы развиваются достаточно интенсивно, но карстующиеся породы здесь обычно прикрыты почвенно-растительным покровом. Поэтому здесь встречается покрытый карст, а карстовые формы связаны с подземным выщелачиванием. На поверхности отмечаются провалы и проседания рыхлого покрова над подземными полостями.
При субтропическом климате Средиземноморья карстовым процессам благоприятствует не только геологическое строение, но и климат. Здесь на поверхность известняков воздействует ливневый характер атмосферных осадков, который сменяется засушливыми периодами. Для этой области характерно образование всех известных поверхностных, переходных и подземных карстовых форм рельефа.
В областях с тропическим климатом часто развиваются положительные формы карстового рельефа. По их морфологии различают: куполовидный карст, башенный, конический, котловинный. Э то разные стадии формирования карстового ландшафта.
Куполовидный карст характеризуется скоплением куполообразных возвышенностей, разделенных узкими седловинами. Высота возвышенностей - до 150 м.
Для башенного карста характерны крутостенные, изолированные друг от друга возвышенности, напоминающие башни, высота которых до 300 м. Эти возвышенности расположены на значительном расстоянии друг от друга. Как видно, углубление и расширение понижений здесь уже закончилось.
Конический карст отличается от башенного тем, что возвышенности имеют форму конусов, то есть склоны их значительно положе. Выполаживание их произошло за счет склоновых процессов.
Котловинный карст отличается разветвлением вогнутых карстовых котловин, отделенных друг от друга островерхими известняковыми гребнями. Формирование этого карста происходит при глубоком залегании уровня грунтовых вод.
Для тропического карста характерны и обычные формы: воронки, колодцы, полья. В тропической зоне отмечается очень интенсивный ход карстовых процессов.
Карстовый процесс - это процесс растворения горных пород поверхностными и подземными водами. Геоморфологические формы, которые образуются в результате этого процесса, называются карстовыми формами . Развитие карта определяется геологическими, орографическими, гидрогеологическими и климатическими условиями .
1. Средигеологических условий большое значение имеет состав горных пород и характер трещиноватости . Наиболее крупные и хорошо выраженные формы карстового рельефа возникают в легко растворимых породах, практически лишенных нерастворимых примесей. Выделяют 1) известковый карст , 2) карст в гипсоносных и соленосных породах , а также 3) псевдокарст, или «глинистый» карст , в карбонатных глинистых породах.
И хотя каменная соль и гипс обладают большей растворимостью, чем известняки и доломиты, гипсовый и соляной карст развит сравнительно мало из-за незначительного распространения этих пород, особенно выходов их на дневную поверхность. Известняки и доломиты в обычных условиях характеризуются слабой растворимостью, но в определенных физико-географических условиях химическая агрессивность воды в известняковых областях может возрастать и существенно, а при благоприятных геологических условиях возникают выразительные и занимающие обширные пространства карстовые ландшафты, приуроченные именно к известнякам. Главное условие растворимости известняка - достаточное количество CO 2 в воде, тогда она становится агрессивной и растворяет карбонатные породы. Кроме углекислоты известняки растворяются гуминовой и серной кислотами.
Важным фактором, способствующим развитию карстовых форм, является трещиноватость. Но очень узкие размером меньше 1 мм не способствуют карстообразованию. В активных же трещинах больше 1 мм циркулирует вода и расширяет их. Так начинается развитие карстовых форм.
2. Орографические условия . Наиболее благоприятными для карстообразования являются открытые пространства, сложенные легко растворимыми породами, без крутых уклонов, но с небольшими западинами для застаивания поверхностных вод и накопления снега. Базис эрозии грунтовых вод и поверхностных рек должен располагаться достаточно низко, обеспечивая наибольшую глубину карстования.
3. Гидрогеологические условия . Если поток подземных вод обладает незначительным уклоном, малыми скоростями, то характер его движения приближается к ламинарному, способствуя растворению.
При большом уклоне и значительных скоростях потока характер движения соответствует турбулентному, и наряду с процессами карстообразования развивается и суффозия - механическое разрушение и вынос нерастворимых частиц. Глубина залегания подземных вод, мощность водоносного горизонта и условия его питания определяют развитие в карстующемся массиве зон циркуляции. Обычно выделяются три зоны циркуляции :
1) верхняя охватывает толщу породы от ее выхода на поверхность до зеркала грунтовых вод. Это зона аэрации или вертикальной циркуляции . Здесь преобладает свободное гравитационное движение воды, происходящее периодически во время дождей или таяние снега;
2) средняя - зона периодически полного насыщения . Здесь совершаются резкие колебания уровня подземных вод, связанные с периодическим поступлением воды с поверхности. Циркуляция воды здесь близка к горизонтальной
3) . Границы этой зоны - наивысший и наименьший уровни зеркала грунтовых вод;
4) нижняя зона - зона постоянного полного насыщения . Верхняя ее граница - наинизший уровень зеркала грунтовых вод, нижняя - водоупорный горизонт. Циркуляция здесь преимущественно горизонтальная. По окраинам карстовой области эта зона дает начало рекам, карстовым источникам, через которые происходит разгрузка подземных вод на поверхность.
4 Климатический фактор . Благоприятные условия для развития карста создают частые ливни, сносящие все наносы из нерастворимых пород, и корродирующее действие медленно тающего снежного покрова. Это относится к горным районам известковых плато Крыма, Кавказа, Карпат, Альп и др. Растворимость известняков повышается за счет сравнительно высоких температур и поверхностного прогрева пород в летнее время. Все эти благоприятные условия с выходом на поверхность легкорастворимых пород приводит к образованию голого, открытого или средиземноморского карста с разнообразным карстовым рельефом. Если карст развивается в угнетенных условиях (растворимые породы перекрыты слаборастворимыми) это закрытый, или среднеевропейский, карст .
В областях карстообразования выделяются: 1) поверхностный, 2) переходный и 3) подземный карст.
Поверхностные формы карстового рельефа
Дождевые и талые воды, стекая по поверхности известняка, разъединяют стенки трещин. В результате образуется микрорельеф карров или шраттов .
1. Карры , или шратты представляют систему гребней и разделяющих их рытвин или борозд, располагающихся почти параллельно друг другу, если четко выражено падение слоев и трещиноватость пород совпадает с направлением падения. При сложной системе трещиноватости карры располагаются неправильно: разветвляются и вновь пересекаются. Глубина борозд может достигать 2 м. Карры могут образовываться и в прибрежной полосе при воздействии морского прибоя на карстующиеся породы. Покрытые каррами пространства называются карровыми полями . При растворении известняков всегда остается нерастворимая часть, представленная глинистым материалом красного или коричневого цвета. Этот элювиальный материал, накапливаясь на поверхности породы, образует своеобразную кору выветривания, характерную для карстовых областей, получившую название терра-росса (красная земля). Прекращение образования карр связано с накоплением терра-россы и полной цементацией трещин. Следовательно, трещиноватость - одно из условий каррообразования.
2. При интенсивной вертикальной циркуляции воды процесс растворения карстующихся пород приводит к образованию понор - каналов, поглощающих поверхностные воды и отводящих их в глубину закарстованного массива. Величина и форма понор различна, на поверхности поноры выражены зияющими трещинами или отверстиями, в глубине ими начинается сложная система каналов вертикальной циркуляции воды.
3. Расширение устьев понор в процессе дальнейшего растворения приводит к образованию карстовых воронок различных размеров и форм. Выделяются в областях закрытого карста блюдцеобразные формы с шириной примерно в 10 раз превосходящей глубину, и пологими (до 10-12 0) склонами, и воронкообразные, с крутыми, иногда отвесными стенками. По способу образования выделяются карстовые и суффозионно-карстовые (или воронки просасывания). Слияние отдельных карстовых воронок приводит к образованию более крупных форм - карстовых ванн . Длительное развитие этого процесса способствует возникновению обширных понижений округлых и эллиптических очертаний - карстовых котловин .
Карстовые формы рельефа могут быть беспорядочно разбросаны по поверхности карстового массива, либо быть сосредоточенными вдоль линий, обусловленных направлением подземного стока или залеганием карстующихся пород. Формы рельефа могут переходить одна в другую. Так карстовое блюдце в результате углубления, а карстовый колодец в результате выполаживания склонов могут превратиться в карстовую воронку. При продолжающемся растворении стенок понора канал может стать очень большим и превратиться в естественный колодец или естественную шахту, которые могут достигать в глубину от нескольких десятков до нескольких сотен метров. Например, глубина одной из шахт в северной Италии близ г.Верона достигает глубины 637 м. Общее направление шахт вертикальное, но отдельные участки шахт могут быть почти горизонтальными или наклонными. Формы рельефа типа естественных шахт, но меньших размеров, называются естественными колодцами .
Правильные, или поверхностные, воронки, сливаясь, образуют слепые овраги или формы причудливых очертаний, получивших название увала . Известны увала до 700 м в поперечнике при глубинах до 30 м. Увала представляют как бы переходные формы к еще более крупным карстовым формам - польям - обширным карстовым понижениям, обычно плоскодонным и с крутыми стенками, в несколько километров, а иногда десятков километров в поперечнике. Площадь Попова полья в Югославии (западной Герцоговине) составляет примерно 180 км 2 . Иногда по ровному дну полья протекает водоток, который в большинстве случаев появляется из одной стенки полья и скрывается в подземной галерее в противоположной стенке. Предполагают, что в происхождении польев основное значение имели процессы выщелачивания в сочетании с различными факторами: тектоническими, литологическими (соотношении карстующихся и некарстующихся пород) и эрозионными, т.е. образование полья представляет сложный длительный полигенный процесс.
Реки и долины карстовых областей
Поверхностные водотоки карстовых областей по гидрологическому режиму и морфологии речных долин И.С.Щукиным подразделяются на пять типов:
1. Эпизодические речки, долины их не выходят из зоны аэрации, т.е. врезаны неглубоко. Поэтому вода в этих долинах появляется лишь во время сильных ливней или бурного весеннего снеготаяния, когда поноры, имеющиеся в русле, не успевают отводить всю воду вглубь.
2. Постоянно текущие реки . Днища долин таких рек лежат выше уровня грунтовых вод карстового массива. Это многоводные реки, начинаются они за пределами карстовой области, в пределах карстующихся пород они теряют воду, но не иссякают совершенно. Долины таких рек часто представляют узкие, глубокие каньоны с крутыми отвесными бортами.
3. Постоянно текущие реки, долины которых врезаны до уровня грунтовых вод , которыми они в основном питаются. Морфология долин их сходна с типом 2, но имеются различия. Часто склоны долин заворачивают навстречу друг другу по направлению к истоку и смыкаются в виде стены, в основании которой из грота и выходит река. Такие долины с замкнутым верхним концом называют мешкообразными. Встречаются долины, не имеющие устья, т.е. они не открываются в другую долину или водоем, а оканчиваются тупиком - слепые долины. Полуслепые долины тоже замкнуты на конце, но уступ, в который «упирается» водоток, низкий, и во время половодья вода переливается через него. Нижняя часть таких рек представляет неглубоко врезанную ложбину, сухую в течение большей части года.
4. Реки, прорезавшие всю толщу карстующихся пород и углубившиеся в подстилающие водоупорные породы. Естественно, они имеют постоянный и все увеличивающийся водоток за счет многочисленных ключей на контакте карбонатных пород с водоупором. Верхние части склонов таких долин, сложенные известняками, обычно крутые, нижние - пологие. Характерны оползни и блоки отседания для склонов долин.
5. Подземные, или пещерные, реки , протекающие по системе подземных галерей. Начинаются либо за пределами карстового массива, или зарождаются в его пределах. Иногда выходят на поверхность в виде мощных воклюзных источников (воклюз - постоянный источник, обладающий большим дебитом, назван по источнику Воклюз, впервые описанному во Франции).
Переходные формы. К ним относятся карстовые полости, объединяющие поверхностные и подземные формы вертикальными и наклонными каналами - понорами и естественными колодцами.
Пещеры карстовых областей
Пещеры - это разнообразные подземные полости, образующиеся в карстовых областях и имеющие один или несколько выходов на поверхность. Образование их связано с растворяющей деятельностью воды, проникающей в трещины. При их расширении образуется сложная система каналов, а в зоне горизонтальной циркуляции, где вода производит наибольший растворяющий эффект, образуется магистральный канал. Он постепенно расширяется за счет соседних трещин, стягивая воду из соседних каналов. Так формируется подводная река.
Пещера может иметь один или два входных отверстия. При одном входном отверстии в противоположном конце она (пещера) будет заканчиваться системой узких трещин и ходов, либо обвальными или натечными образованиями, которые закупоривают ее - это слепые пещеры . Пещеры с выходами с обеих сторон - проходные пещеры.
В пещерах на днищах, стенах и сводах образуются натечные формы. С потолка пещеры свешиваются в виде сосулек узкие и длинные сталактиты. Со дна пещеры навстречу им поднимаются более мощные и короткие сталагмиты. Срастаясь, эти формы образуют натечные колонны . Натечные формы образуются не в каждой пещере. В некоторых пещерах накапливается лед, такие пещеры называют ледяными или холодными (Кунгурская ледяная пещера). Для накопления льда и снега необходимы, во-первых, соответствующие климатические условия (в тропиках ледяных пещер нет, но в Крыму есть), а во-вторых, благоприятная конфигурация пещеры, при этом вход в пещеру должен быть вертикальным.
Гипсометрическое положение пещер, по которым протекают реки, находится в тесной связи с высотой днищ долин, дренирующих карстовый массив. При тектоническом поднятии местности происходит углубление долин, при этом устья пещерных рек высыхают, превращаются в сухие пещеры, а на уровне нового базиса эрозии формируется новая система горизонтальных галерей. Возникает этажный карст. В пещерах находят орудия человека, костных остатков животных (древних), остатки кострищ и т.д., что позволяет датировать ярус пещер и соответствующие эрозионные горные террасы на склонах древних речных долин. Ряд палеолитических стоянок обнаружен в горах Урала (пещеры Глухая, Медвежья).
При отрицательных тектонических движениях карстовые полости опускаются (иногда до глубины нескольких сотен и даже 1000 м), заполняются водой и осадками и превращаются в погребенный карст .
Зонально-климатические типы карста
Карстовый процесс - это процесс денудационный, поэтому в разных климатических зонах он протекает по-разному. Голый (или открытый) карст типичен для областей со средиземноморским субтропическим климатом. Карстовым процессам наряду с благоприятным геологическим строением здесь способствует климат. В умеренной климатической зоне карстовые процессы также развиваются довольно интенсивно, но для этой зоны характерен в основном закрытый карст, карстовые образования связаны здесь с подземным выщелачиванием, а поверхностные формы обусловлены провалами и проседанием рыхлого покрова над подземными карстовыми полостями (воронки просасывания).
В условиях тропического гумидного климата карст начали изучать сравнительно недавно. Если для карста умеренных областей характерен ландшафт более или менее одновысотных плато с многочисленными отрицательными формами рельефа, то для тропического карста характерно развитие положительных форм рельефа в виде башен или конусов, воздымающихся над некоторым средним уровнем - базальной поверхностью. В процессе развития тропического карста возникают понижения, разделяющие весь карстовый массив на отдельные возвышенности. Понижения углубляются до уровня базальной поверхности, а далее поверхность эта расширяется за счет сокращения площадей, занятых возвышенностями до их полного уничтожения. В конце концов образуются выравненные карстово-денудационные поверхности.
По морфологии положительных элементов рельефа тропический карст подразделяют на: куполовидный, башенный, конический, котловинный . По мнению И.С.Щукина, эти типы генетически связаны и скорее всего представляют собой лишь разные стадии в формировании карстового ландшафта или могут быть обусловлены местными геологическими условиями.
Псевдокарстовые процессы и формы . Наряду с настоящим карстом встречаются явления и формы, внешне похожие на карст, но имеющие в основе совершенно другие причины, чем те, которые ведут к образованию карстовых форм. Это глинистый карст и термокарст. Глинистый карст характерен для аридных и семиаридных областей, сложенных сильно карбонатными глинами, суглинками и лессами. Трещиноватость и пористость этих пород сближает эти районы с районами развития типичного карста. Суффозия в карбонатных или засоленных глинах и суглинках ведет к образованию просадочных впадин - так называемых блюдец. При условиях хорошо развитой трещиноватости в таких породах образуются глубокие подземные ходы и провалы, наполняющие настоящий карст. Такие резко выраженные образования называются глинистым карстом. Термокарст образуется в условиях вечной мерзлоты. Здесь также наблюдаются различные провальные и просадочные формы, но связаны они с таянием погребенного льда.
К псевдокарстовым явлениям относится также способность горных пород быстро и значительно уплотняться при смачивании. К таким породам относятся лессы и засоленные грунты. В результате образуются псевдокарстовые блюдца и реже - воронки.
Карстовые явления широко распространены по поверхности Земли. Примерно одна третья часть суши имеет потенциальные возможности для его развития. Карст существенно влияет на ландшафты, рельеф, почвы, растительность, воды, хозяйственную деятельность населения.
Для карста аридных условий характерны: полья, воронки, поноры, желоба и рвы. Атмосферные воды протекая по наклонной поверхности растворяют породу, углубляясь, создают отрицательные форма рельефа. В аридных областях быстрое поглощение атмосферных вод приводит к сухости поверхности, что оказывает огромное влияние на процессы почвообразования и на характер растительности. Для тропического карста характерны положительные формы, высокие и крутостенные останцы в виде столбов, конусов, башен и более мелкие конусообразные и куполовидные формы. Склоны останцов могут быть покрыты карами, пронизаны пещерными ходами. Связан такой тип карста с климатической обстановкой, которая существует в низких широтах уже не один геологический период.
Формы карстового рельефа
Формы рельефа, образованные в результате карстового процесса, делятся на поверхностные и подземные. Главнейшими формами рельефа, характерными для карстовых областей, являются карры, воронки, карстовые колодцы и шахты, вытянутые замкнутые котловины (слепые долины) и пещеры. Мелкие потоки атмосферных вод, протекая по наклонной поверхности известняков проводят двойную работу. Они смывают продукты выветривания и одновременно растворяют породу. В результате на поверхности известняков появляются узкие, густо расположенные борозды, глубина которых может быть от нескольких сантиметров до 1-2 м.
Рис. 1. Желобковые карры
Участки поверхности, покрытые подобными, как бы вытравленными бороздами, носят название карров. Большие пространства карров нередко называют карровыми полями. В дальнейшем, под действием тех же атмосферных вод, борозды карров углубляются, гребни, разделяющие борозды, распадаются на отдельные глыбы, которые хаотически нагромождаются друг на друга. Подобная «руинная» поверхность известняков характерна для большинства районов карстовых областей. Растительность здесь крайне бедная или отсутствует совсем.
Там, где имеются достаточно глубокие трещины, процессы разрушения известняков принимают несколько иной характер. Атмосферные воды проникают по трещинам вглубь. При этом стенки трещин постепенно разрушаются и трещины расширяются. В тех же местах, где этот процесс протекает особенно энергично, возникают те воронкообразные углубления, которые называют карстовыми воронками. Размеры воронок весьма различны, но формы довольно однообразны. Это по большей части округлые углубления, глубина которых измеряется или метрами, или десятками метров. Постепенно суживаясь, они иногда заканчиваются трещинами - понорами, которые поглощают стекающие сюда воды. Чаще дно воронки бывает наполнено продуктами разрушения. В некоторых случаях продукты выветривания закупоривают поглощающие воду трещины, и воронка заполняется водой, образуя округлые, так называемые карстовые озера. На дне небольших карстовых воронок нередко можно наблюдать кустарниковую и другую растительность.
Воронки могут возникать различными путями. Атмосферные воды, собираясь в небольших понижениях, могут постепенно выщелачивать породу, проникая вглубь сквозь большое количество мелких трещин. Они отличаются более правильной округлой формой и мягко округленными краями или бровками. При наличии больших и глубоких трещин стекающие атмосферные воды путем выщелачивания и вымывания образуют значительные пустоты на глубине. Далее путем обрушения возникают так называемые провальные воронки, которые отличаются резко выраженными краями или бровками, обрывистыми стенами и нагромождением глыб на дне. Однако в дальнейшем своем развитии эти воронки приобретают сглаженные края и более отлогие склоны.
Рис.2. Карстовый колодец в известняке
В некоторых случаях при наличии глубоких вертикальных трещин возникают узкие колодцеобразные углубления, достигающие 5-10 м глубины, при диаметре 1-2 м. Это так называемые карстовые колодцы (рис.2.). Колодцы, глубина которых измеряется десятками, а иногда и сотнями метров, называют карстовыми шахтами. Самая глубокая из известных шахт находится в районе Триеста; она имеет 323 м глубины. Карстовые колодцы и шахты, оказавшиеся близ русла рек, нередко поглощают воду этих рек. Подобные поглощающие колодцы называют понорами.
В карстовых областях присутствует еще целый ряд котловинообразных углублений различной величины и формы, которые называют общим названием долин. Их очертания могут быть круглыми, овальными, лопастными. В одних случаях они имеют отлогие склоны, в других очень крутые. Днища долин также бывают в одних случаях более плоскими, в других - с чередующимися углублениями. Некоторые из долин являются измененными в процессе разрушения воронками, колодцами и шахтами, результатом слияния двух или нескольких воронок и т. д. Очень крупные образования подобного рода, пониженная площадь которых измеряется десятками квадратных километров, называют полья. В некоторых случаях при обильном выпадении осадков некоторые полья заполняются водой и становятся временными озерами. Бывают случаи, когда вода держится несколько лет. Но чаще вода таких озер в тот же год поглощается понорами, и полья становятся сухими.
Так же широко распространены в карстовых областях различного вида пустоты, которые возникают внутри карстующихся пород. Эти пустоты носят название пещер. Пещеры могут быть различны как по форме, так и по величине. В одних случаях они носят характер подземных галерей, в других - расширенных «зал», ветвящихся ходов и колодцев. Потолки и стены пещер нередко бывают покрыты натеками извести самого причудливого вида. Чаще всего можно видеть натеки в форме застывших водопадов, столбов, колонн, ледяных сосулек - сталактитов и сталагмитов. Пещеры нередко бывают многоэтажны. Получается это потому, что подземные реки и речки прокладывают себе новые пути глубже. В нижних ходах пещеры нередко можно встретить подземные речки и озера. Существуют пещеры, длина которых измеряется сотнями километров. Наибольшей известностью пользуется Мамонтова пещера в Северной Америке, общая длина всех ходов которой около 250 км.
Рис.3. Карстовая пещера с озером (Кунгурская пещера)
Пещеры отличаются не только размерами и формой, но также своеобразными условиями климата, вод, растительного и животного мира. В тех случаях, когда пещера имеет несколько ходов с отверстиями, то в ней непрерывно происходит обмен воздуха, и температурные условия приближаются к наружному воздуху. Когда же пещера имеет один вход, то возможны два случая. Если пещера расположена выше уровня входа, то в ней постепенно скапливается более теплый воздух и средняя температура и летом и зимой в этой пещере будет выше температуры наружного воздуха. Такие пещеры называют теплыми. При обратных условиях расположения входа в пещере, наоборот, температура ниже температуры окружающего воздуха – это холодные пещеры. Благодаря тому, что более тяжелый холодный воздух легко проникает сюда зимой и очень слабо прогревается летом, в некоторых пещерах образуется лед, который сохраняется и летом.
В областях с развитым карстом атмосферная вода быстро просачивается вглубь, в силу чего поверхностные водотоки почти отсутствуют. Даже те немногие реки, которые протекают через карстовую область, здесь почти не получают притоков, в силу чего количество воды в них уменьшается. В некоторых случаях такие реки даже скрываются, текут некоторое время под землей, а потом снова выходят на поверхность. Подобных рек много в карстовых районах Кавказа, Крыма, Алтая и многих других местах. Нередко в пещерах встречаются и озера.
Необходимо отметить две разновидности карста: это голый и покрытый карст. Описанные карстовые формы относятся к голому карсту. Здесь карстообразующие породы выступают на поверхность. Это является не только результатом быстрого поднятия местности, но и наличием своеобразного климата с малым количеством дождей или дождей, выпадающих периодически в виде ливней. При более равномерном годовом распределении дождей смыв продуктов выветривания ослабляется. Накапливающиеся толщи рыхлых отложений покрываются гумусовыми почвами и растительностью, что в свою очередь предохраняет рыхлые отложения от смыва. Это так называемый покрытый карст. Большая часть карстовых областей территории России относится к покрытому карсту.
Карст -- процесс выщелачивания горных пород, главным образом подземными, отчасти поверхностными и морскими водами, и совокупность возникающих в результате специфических денудационных (коррозионных) форм рельефа.
Все карстовые формы рельефа делят на поверхностные, переходные и подземные.
Если карстующиеся породы непосредственно выходят на земную поверхность, то это открытый или голый карст. Если они перекрыты сверху некарстующимися отложениями, то это покрытый карст.
Голый карст встречается в горных районах, а покрытый - на равнинах. Выделяется еще закрытый карст, который отмечается в областях, где карстующиеся породы имеют большую мощность и в них содержится большое количество различных примесей.
После того, как растворимая часть этих пород полностью выщелачивается, образуется кора выветривания, не полностью красного цвета и называется терра-росса (красная земля). В дальнейшем развитие карста под этой корой идет обычным путем. Этот карст называется закрытым.
В районе открытого карста под действием дождевых или талых вод на поверхности известняков образуется микрорельеф карров. Это система гребней и разделяющих их борозд, глубиной до 2 м. Такая поверхность называется карровыми полями.
Переходные формы соединяют поверхностные и подземные зоны. В местах повышенной трещиноватости известняков, при вертикальной циркуляции воды образуются поноры, то есть каналы, поглощающие поверхностные воды. При их расширении формируются карстовые воронки, имеющие щелеобразную, или блюдцеобразную форму. При большом расширении трещины превращаются в колодцы и шахты, которые могут достигать большой глубины. Пример: глубина шахты Снежная на Кавказе составляет 1370 м.
Провальные, или поверхностные воронки, при слиянии образуют слепые овраги, увалы и самые крупные карстовые формы - полья. Полья - это обширные, обычно плоскодонные, с крутыми стенками, карстовые понижения в несколько километров, а иногда в несколько десятков километров в поперечнике. Так, площадь Попова полья в Югославии - 180 км2.
Полья могут иметь тектоническое происхождение, то есть карст развивается в крупных тектонических трещинах. Иногда они образуются за счет провала над подземной рекой, или путем размыва и выноса продуктов размыва нерастворимых пород, залегающих среди известняков.
К подземным формам карста относятся пещеры и пропасти.
Пещерами называют подземные полости, образующиеся в карстовых областях и имеющие один или несколько выходов на поверхность. Они образуются при расширении водой подземных трещин. Во многих пещерах на днищах, стенках или сводах образуются натечные формы. На потолке в виде сосулек - сталактиты, на дне пещеры - сталагмиты. При их слиянии образуются натечные колонны. В пещерах часто имеются подземные реки. Они зарождаются или на площади карстового массива, или начинаются за его пределами. Иногда подземны реки выходят на поверхность.
Более разнообразен. Работа рек проходит в подземельях, глубина которых достигает нескольких километров.
Подземный рельеф - это бесчисленные пещеры и пропасти, шахты и воронки. Воды, текущие здесь в полной темноте, редко прорываются на поверхность. Подземные озера, словно черные зеркала. Они полны тайн, в них скрыт пещерный жемчуг. Это такой своеобразный мир, природа которого изучена еще плохо. Это мир сталагмитов и сталактитов. Все это называют карстовым рельефом, или просто карстом. Термин «карст» происходит от названия плато Карст (Крас), которое расположено на одном из полуостровов в Адриатике. Почти безводное плато изобилует воронками, сухими котловинами, провалами, трещинами, бездонными колодцами. - комплекс форм, созданный природой в результате растворения водой и выпадения в осадок растворенного материала. Формы карстового рельефа обладают размерами от первых сантиметров (карры, лунки, борозды и пр.) до многих сотен метров и километров. О неровностях рельефа величиной менее 1 см известно мало.
Карстовый рельеф обычно формируется в областях, сложенных водорастворимыми породами. Чаше всего ими являются известняки, доломиты, гипсы, ангидриты, мраморы, соленосные глины и соль. Растворение происходит с большой скоростью, из-за чего эту группу даже называют карстующимися породами. Но растворению подвержены и сланцы, песчаники, граниты, кварциты, базальты и др. Скорость растворения у них в десятки тысяч раз меньше, чем у карстующихся пород.
Карстообразование происходит потому, что есть не только горные породы и , поддающиеся растворению, но и проточные воды и трещины в горных породах. Человек видит поздние стадии образования карста, поскольку наблюдения за миграцией воды по тончайшим трещинам невозможны. Механизмы образования карстового рельефа на первых стадиях, скорее всего, связаны с проницаемостью горной породы. Наиболее распространенными формами карстового рельефа являются воронки, блюдца, шахты, колодцы, карры, долины, полья, пещеры, котлы, плотины и занавеси, террасы, сталактиты, сталагмиты и т. д.
Карры образуются обычно на поверхности трещиноватых известняков и доломитов дождевыми водами, струйки которых создают промоины. Огромные карровые поля находятся в , их глубина достигает нескольких метров. Карстовые воронки на поверхности встречаются чаше. Их диаметр — от 1 до 500 м, а глубина — от 0,5 до 45 м. Цепочки воронок нередко сливаются, образуя карстовые долины.
В Родопах (Южная ) находятся удивительные создания природы - скальные мосты. Они представляют собой огромные арки, перекинутые через крупные долины, по дну которых сейчас протекает едва заметный ручеек. Это остатки древних подземных долин, пересекавших эту часть Родоп 1,5 млн. лет назад. Многие тысячелетия подземные воды растворяли мраморы, разрушали стены пещер и создавали фантастический мир подземелий. Наконец стены пещер не выдержали и обрушились, отодвинув русло подземной реки в сторону. Высота «чудесных мостов» достигает 30 м, а ширина - 50 м. Здесь, в нишах бывших , открыты стоянки древнего человека, обнаружены каменные топоры, керамика.
Плато Карст (территория и ) - каменистая пустыня, поражающая своим унылым видом. Здесь нет воды и не видно зелени. Поверхность его покрыта трещинами, ямами, рытвинами и воронками. Есть тут и реки, но они текут под поверхностью земли в темных и сырых подземных руслах. Помимо безводья на каждом шагу путешественника ожидают глубокие трещины, провалы, бездонные колодцы. Встречаются участки, где воронки буквально, как оспины, изрыли поверхность. Их количество достигает 150 штук на квадратный километр. Красно-бурые глины с щебнем, обнаруженные на дне воронок, являются продуктом не только химического растворения известняков, но и смыва по трещинам карстующегося массива, а также пыли, приносимой ветром.
Шахты и колодцы представляют собой узкие, почти вертикальные каналы, образованные при расширении трещин. Диаметр колодцев различен - от 0.3 до 350 м, глубина может достигать 1300 м. Карстовые долины, занимаемые руслами как подземных, так и наземных рек, характеризуются резкой ступенчатостью продольного профиля. Странные реки появляются из пещеры, текут на протяжении нескольких километров по поверхности и вновь скрываются в пещере. Эти долины - без поймы, без террас, без паводков и наводнений. Особым видом карста являются полья - замкнутые или полузамкнутые котловины. Площади польев достигают 500 - 600 км2, глубина - сотен метров, ширина - 10 - 15 км. Одно из них - в северо-западной части Динарского нагорья - занимает площадь 380 км2. Ось котловины совпадает с направлением горных хребтов и ориентировкой складчатых структур. В периоды сильных ливней тонкие частички грунта смываются и постепенно все трещины заполняются водой. Это ведет к прекращению фильтрации, а атмосферные осадки способствуют заиливанию котловин.
Карстовые пещеры находятся глубоко под землей. Они очень разнообразны по размерам и конфигурации, что объясняется не только залеганием карстуюшихся пород, но и определенной стадией их развития. В пещерах среди многочисленных форм карста, связанных с накоплением растворенного вещества, известны в основном сталактиты и сталагмиты. Известковые сосульки - сталактиты - достигают высоты в несколько метров и толщины 1,5 - 5 м. В процессе роста сталактитов в воде уменьшается содержание СаСОз. Выпавший в осадок углекислый кальций цементирует обломочный материал и образует карбонатные натеки. Сталагмиты - известковые столбы и конусы - растут снизу вверх и достигают высоты 15 - 20 м. Все это происходит очень медленно. Подсчитано, что сталагмит в Карлсбадской пещере высотой 19 м формировался около 50 млн. лет. К натечным формам карстового рельефа относятся плотины, перегораживающие подземные ходы. За подобными плотинами возникают озера. Но возраст плотин более молодой, чем сталагмитов, - 9 - 10 тыс. лет. Под воздействием теплых влажных муссонов известняковые породы подвергаются карстованию, в результате чего возникает много причудливых пейзажей: то над пропастью поднимаются отвесные скалы, то в горах зияют глубокие пещеры, то через реки перекинуты каменные мосты. Все это называется башенным карстом. В некоторых районах, где известняковые породы подверглись разрушениям, образовались округлые долины с ровным днищем. В таких долинах на одинаковом отдалении друг от друга возвышаются конусообразные известняковые холмы, а у их подножия амфитеатром располагаются ступенчатые поля, что делает каждый холм похожим на гигантский замок с крепостными стенами и сторожевыми башнями. Иногда в долинах видны небольшие холмы с острыми вершинами, издали напоминающими огромные стога сена. Карстовые долины, как правило, очень широкие, а посреди них нередко встречаются глыбы известняков.
В теплых и влажных условиях тропиков карстовый рельеф принимает причудливые формы. Выделяются куполовидные холмы и гряды, башни, острые конусы, карстовые равнины. Системы округлых куполов рассечены ущельями, возникшими по тектоническим трещинам. Периферия куполов обрамлена башенным карстом. Карстовые котловины и равнины разделены зазубренными грядами и глубокими ложбинами. Обломки известняков, упавшие со склонов башен или куполов, быстро разрушаются.
Густая растительность, покрывающая склоны, способствует активности вод с содержанием кислот разного состава. Поэтому, как правило, у подножий карстовых холмов или небольших гор не происходит накопления обломков. Выветривание превращает их в песок и глину, которые в дождливые периоды быстро выносятся струями воды. Наибольшая интенсивность карстовых процессов - во влажных областях, а наименьшая - в сухих.
Текучей водой растворяются не только карбонатные и соленосные, но и силикатные породы, в которых этот процесс протекает в тысячи раз медленнее. Растворяются песчаники, граниты, сланцы и другие кристаллические породы. Речная вода, протекающая по таким породам во влажных тропиках, содержит много растворимого кремнезема. Формы рельефа, связанные с силикатным карстом, разнообразны. На в Южной Америке в кварцитах наблюдаются провалы, колодцы, шахты, воронки. На плато Гуайкуинима в в кварцитах обнаружена даже система пещер протяженностью около 2 км с горизонтальными ходами и глубокими колодцами.
Гигантские шахты диаметром 350 м и глубиной более 500 м наблюдаются на плато Рорайма, сложенном древними кварцитами. На основании анализа кварцитов, в которых есть силикатный карст, можно сделать вывод, что здесь происходит растворение, как зерен кварца, так и силикатного цемента. Причем процесс должен не прекращаться десятки и сотни миллионов лет.
Формы силикатного карста образуются в результате, как растворения горных пород, так и их биохимического выветривания.