4. водные хемогенные отложения. Термины «сталактит» и «сталагмит» (от греческого «сталагма» - капля) ввёл в литературу в 1655 г. датский натуралист Олао Ворм. Эти образования связаны с капельной формой движения воды - раствора, содержащего различные компоненты. Когда в основании обводнённой трещины формируется капля раствора, это не только борьба силы поверхностного натяжения и силы тяжести. Одновременно начинаются химические процессы, приводящие к выпадению на контакте раствора и горной породы микроскопических частиц карбоната кальция. Несколько тысяч капель, сорвавшихся с потолка пещеры, оставляют после себя на контакте порода / раствор тонкое полупрозрачное колечко кальцита. Следующие порции воды уже будут образовывать капли на контакте кальцит / раствор. Так из колечка формируется всё удлиняющаяся трубочка (брчки - достигают 4-5 м в пещере Гомбасек, Словакия). Таким образом, химическая основа процесса - обратимая реакция

CaCO3 + Н2О + CO2<=>Ca2+ + 2HCO3- (1)

При растворении известняка реакция идёт вправо, с образованием одного двухвалентного иона Ca и двух одновалентных ионов HCO3. При образовании натёков реакция идёт влево и из этих ионов образуется минерал кальцит. Реакция (1) идёт в несколько стадий. Сначала вода взаимодействует с углекислым газом:

H2O + CO2 = H2CO3 <=> H+ + HCO3- (2)

Но угольная кислота слабая, поэтому диссоциирует на ион водорода Н+ и на ион HCO3- Ион водорода подкисляет раствор, и только после этого начинается растворение кальцита. В формуле (1) только один ион HCO3 поступает из породы, а второй не связан с нею и образуется из привнесенных в карстовый массив воды и углекислого газа. Это на 20-20% уменьшает расчётную величину активности карстового процесса. Например, пусть сумма всех ионов, находящихся в воде, составляет 400 мг/л (в т.ч. 200 мг/л HCO3). Если мы используем анализ для оценки питьевой воды, то в расчёт включаются все 400 мг/л, но если по этому анализу рассчитывать интенсивность карстового процесса, то в расчёт следует включать сумму ионов минус половина содержания иона HCO3 (400-100=300 мг/л). Также необходимо учитывать, какой перепад парциальных давлений CO2 имеется в системе. В 40-50 гг. считалось, что карстовый процесс идёт только за счёт CO2, поступающего из атмосферы. Но в воздухе его всего 0, 03-0,04 объёмных % (давление 0,0003-0,0004 мм рт.ст.), и колебания этой величины по широте и высоте над уровнем моря незначительны. Но замечено, что более богаты натёками пещеры умеренных широт и субтропиков, а в пещерах высоких широт и больших высот их совсем мало. Изучение состава почвенного воздуха показало, что содержание CO2 в нём 1-5 объёмных %, т.е. на 1,5-2 порядка больше, чем в атмосфере. Немедленно возникла гипотеза: сталактиты образуются при перепаде парциального давления CO2 в трещинах (такое же, как и в почвенном воздухе) и воздуха пещер, имеющего атмосферное содержание CO2. Таким образом, сталактиты образуются в основном не при испарении влаги, а при наличии градиента парциального давления CO2 от 1-5% до 0,1-0,5%(воздух в пещерах). Пока питающий канал сталактита открыт, по нему регулярно поступают капли. Срываясь с его кончика, они образуют на полу одиночный сталагмит. Происходит это десятки-сотни лет. Когда питающий канал зарастёт, будет забит глиной или песчинками, в нём повышается гидростатическое давление. Стенка прорывается, и сталактит продолжает расти за счёт стекания плёнки растворов по внешней стороне. При просачивании воды вдоль плоскостей напластования и наклонных трещин в своде возникают ряды сталактитов, бахрома, занавеси, каскады. В зависимости от постоянства водопритока и высоты зала под капельниками образуются одиночные сталагмиты-палки высотой 1-2 м (до десятков метров) и диаметром 3-4 см. При срастании сталактитов и сталагмитов образуются колонны - сталагнаты, высотой до 30-40 м и диаметром 10-12 м. В субаэральных условиях (воздушной среде) образуются антодиты (цветы), пузыри (баллоны), кораллы (кораллоиды, ботриоиды), геликтиты (спирали до 2 м высотой) и пр. Отмечены субаквальные формы. На поверхности подземных озёр образуется тонкая минеральная плёнка, которая может прикрепиться к стенке. Если уровень воды колеблется, то образуются уровни нарастания. В слабо проточной воде образуются плотины-гуры (от нескольких см до 15 м высотой), пещерный жемчуг. Необъяснимо пока происхождение только «лунного молока».

Рис. 10. Геохимические обстановки образования водных хемогенных отложений пещер. Породы и отложения: а - известняки, б - доломиты, в-гипс, г - каменная соль, д - рудное тело, е - глина, ж - гуано, з - почвы; воды: и - почвенные, к - инфильтрационные, л - термальные; м - классы минералов (1 - лёд, 2 - сульфаты, 3 - нитраты, 4 - галоиды, 5 - фосфаты, 6 - сернистые, 7 - карбонаты, 8 - оксиды, 9 - металлы карбонатов, 10 - сульфиды); н - особые условия образования (наличие: 1 - пирита, 2 - бактерий, 3 - колоний летучих мышей, 4 - гидротермальных растворов, 5 - пирита и марказита); о - минеральные виды и формы их выделения (1 - ледяные сталактиты; 2 - дендриты эпсомита, мирабилита, тенардита; 3 - коры эпсомита и мирабилита; 4 - кристаллы гипса, барита, целестина; 5 - различные кальцитовые образования; 6 - лунное молоко; 7 - соляные формы; 8 - гидрокальцит; 9 - фосфаты алюминия; 10 - нитрофосфаты; 11 - минералы цинка и железа; 12 - оксиды сульфидов; 13 - ванадинит, флюорит; 14 - оксиды железа и свинца; 15 - лимонит, гётит; 16 - церуссит, азурит, малахит; 17 - сталактиты опала; 18 - гемиморфит; 19 - кристаллы кварца)

5. Криогенные. Вода в виде снега и льда характерна для пещер с отрицательными температурами. Скопления снега образуются только в подземных полостях с большими входами. Снег залетает в пещеру или накапливается на уступах шахт. Иногда формируются снежные конусы объёмом десятки-сотни м? на глубине 100-150 м под входным отверстием. Лёд в пещерах имеет различный генезис. Чаще происходит уплотнение снега, который превращается в фирн и глетчерный лёд. Реже образуется подземный ледник, ещё реже отмечается сохранение льда, образованного в условиях многолетней мерзлоты или затекание наземных ледников. Второй путь образования льда - попадание в холодные (статические) пещеры талой снеговой воды. Третий путь - охлаждение воздуха в ветровых (динамических) пещерах и четвёртый - образование сублимационных кристаллов атмогенного происхождения на охлаждённой поверхности горной породы или на льду. Наименее минерализованный (30-60 г./л) - сублимационный и глетчерный лёд, наиболее (более 2 г/л) - лёд из гипсовых и соляных пещер. Пещеры со льдом чаще всего встречаются в горах, на высоте от 900 до 2000 м. Лёд образует все формы, свойственные обычным натёкам.

6. Органогенные: гуано, костяная брекчия, фосфориты, селитра. Выделяют также антропогенные отложения.

7. Гидротермальные: ангидрит, арагонит, анкерит, барит, гематит, кварц, киноварь, рутил. Также некоторые разности зональных отложений кальцита - мраморные ониксы. Такие образования имеют специфические формы выделения: часты хорошо огранённые кристаллы, пересекающиеся перегородки (боксворки), «гейзермиты»… Известны карстовые месторождения свинца и цинка, сурьмы и ртути, урана и золота, бария и целестина, исландского шпата и бокситов, никеля и марганца, железа и серы, малахита и алмазов.

Заключение

Карст очень широко распространён на поверхности Земли и в приповерхностной зоне земной коры. Наблюдается исключительно большая специфичность и универсальность карстовых форм и гидрологических явлений. В большинстве случаев на поверхности Земли преобладает ванновый рельеф, если не считать останцового тропического карста (который сам по себе универсален), но и в тропиках на равнинах ванновый рельеф распространён достаточно широко, к тому же он часто сочетается с останцовым. Карры встречаются не во всех типах карста, но как только карстующаяся порода обнажается на поверхности, они появляются. В различных геолого-геоморфологических и физико-географических условиях карстовые формы представлены неодинаковыми разновидностями, но основные типы форм и гидрологических явлений налицо всюду. Универсальность карстовых форм и гидрологических явлений - это следствие ведущего процесса в образовании карста: процесса выщелачивания растворимых горных пород. Можно подчеркнуть приоритет геологической основы в развитии карста, карстового рельефа и карстового ландшафта. Также влияние на развитие карста оказывает физико-географическая обстановка, с которой связана широтная и высотная зональность карстовых явлений. Карстовый рельеф, карстовые ландшафты и происходящие в них процессы настолько специфичны, что ни одно серьёзное хозяйственное мероприятие на закарстованной территории не может быть выполнено без их учёта и часто без специального изучения. Карст оказывает глубокое влияние на ландшафт как физико-географический комплекс. Он влияет на сток, карстовые формы рельефа - на микроклимат и распределение почвенно-растительного покрова, карстующиеся породы, их состав - на почвы и растительность, химический состав карстовых вод, на ландшафт в целом и т.д. Дренирующая способность карста усиливает недостаток влаги в засушливых областях и, наоборот, создаёт более благоприятные условия для развития ландшафтов в областях, избыточно увлажнённых. Карст ведёт к деградации вечной мерзлоты, также заметно улучшая природные особенности территории. О степени влияния карста на географический ландшафт можно судить исходя из морфолого-генетического типа карста.

Наблюдения в пещерах позволяют выявить карстовую тектонику. Пещеры не только дают палеонтологическую и археологическую датировку, а также амплитуду неотектонических движений, но и позволяют установить новейшие разрывные нарушения.

Список литературы

1. Дублянский В.Н. Занимательная спелеология. - Урал LTD, 2000. - 500 с.

2. Гвоздецкий Н.А. Карст. - М.: Мысль, 1981. - 212 с.

3. Максимович Г.А. Основы карстоведения, том I. - Пермь, 1963.

4. Короновский Н.В., Якушова А.Ф. Основы геологии. - М.: Высш. шк., 1991. - 416 с.

5. Тимофеев Д.А., Дублянский В.Н., Кикнадзе Т.З. Терминология карста. - М.: Наука, 1991. - 260 с.

6. Дублянский В.Н. Карстовые пещеры. - М: Знание, 1977. - 50 с.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8