Карст

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.

Этимология

Английское слово karst было заимствовано из немецкого Karst в конце 19 века, которое вошло в немецкий намного раньше. Согласно одной интерпретации термин происходит от немецкого названия для ряда геологических, геоморфологических и гидрологических особенностей , найденных в пределах диапазона от Dinaric Альп , простирающаяся от северо — восточного угла Италии над городом Триест , через Балканский полуостров вдоль побережье восточной Адриатики в Косово и Северной Македонию , где массив из Сар гор начинается, а более конкретно карстовая зона на участке северо-самый, описанное в начале топографического исследования , как плато , между Италией и Словенией .

В местных языках южнославянских , все вариации слова являются производными от основания Романизированного Иллирийского (дающего латинский : carsus , Далматинский Романс carsus ), позже метатезис из реконструированной формы * korsъ в таких формы, как словенские : красы и сербскохорватский : крш, крас . Языки, сохраняющие старую, неметатезированную форму, включают итальянский : Carso , немецкий : Karst и албанский : karsti ; отсутствие метатезиса исключает заимствование из любого из южнославянских языков, особенно из словенского . Словенское нарицательное существительное kras впервые засвидетельствовано в 18 веке, а форма прилагательного kraški — в 16 веке. Как имя собственное словенская форма Граст впервые засвидетельствована в 1177 году.

В конечном счете, это слово средиземноморского происхождения. Было высказано предположение, что это слово может происходить от протоиндоевропейского корня karra — «рок». Это имя также может быть связано с оронимом Kar (u) sádios oros, цитируемым Птолемеем , и, возможно, также с латинским Carusardius .

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.

Красное озеро в Хорватии

В результате растворения пород формируются специфические рельефные формы:

Карры – небольшие трещины (глубиной до 2 м) в форме канав и борозд. Отмечаются преимущественно на известняковых породах.
Поноры – некрупные, но глубокие отверстия, накапливающие воду.
Рвы – расположенные вдоль склоновой бровки образования, связанные с трещинами откоса. Глубина до 30 м, ширина до 50 м, длина до 2 км.
Овраги – внешне не отличаются от рвов, но расположены перпендикулярно склону.
Каньоны – глубоко погруженные речные долины, нередко имеющие непостоянный сток.
Ниши – склоновые углубления, отличающиеся от пещер меньшей протяженностью.
Воронки – замкнутые углубления в рельефе, диаметр которых не превышает 100 м. Бывают в форме чаши, конуса, цилиндра.
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.
Положительные формы рельефа – холмы, столбы, гористые участки. Высота до 100 м, диаметр до 500 м.
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.

Пещера

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

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

Термокарст

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 похожие на карст — псевдокарстовые формы. Одной из разновидностей псевдокарста является термокарст, связанный с таянием погребённого льда или протаиванием мёрзлых пород в областях распространения вечной мерзлоты.

Другой разновидностью является глинистый карст. Это глубокие подземные ходы и провалы, очень напоминающие настоящий карст, возникающие в сильнокарбонатных суглинках и глинах.

дальнейшее чтение

Форд, округ Колумбия, Уильямс, П., Карстовая гидрогеология и геоморфология , John Wiley and Sons Ltd., 2007,
ISBN 978-0-470-84996-5
Дженнингс, Дж. Н., Карстовая геоморфология , 2-е изд., Блэквелл, 1985,
ISBN 0-631-14032-8
Палмер, АН, пещерная геология , 2-е издание, пещерные книги, 2009,
ISBN 978-0-939748-66-2
Свитинг, ММ , Karst Landforms , Macmillan, 1973,
ISBN 0-231-03623-X
ван Бейнен, П. (ред.), Управление карстом , Springer, 2011,
ISBN 978-94-007-1206-5
Вермёлен, Дж. Дж., Уиттен, Т., «Биоразнообразие и культурные ценности в управлении ресурсами известняка в Восточной Азии: уроки из Восточной Азии», Всемирный банк, 1999,
ISBN 978-0-821345-08-5

Влияние карста на биоту и экосистемы бореальной зоны

Для карстовых ландшафтов тайги Евразии (Беломорско-Кулойское плато, Тиман, Урал, Оленекско-Вилюйское плато и др.) характерны специфические биоценозы, по видовому составу растительности и структуре отдалённо напоминающие тундровые и лесотундровые сообщества. Их распространение ограничено зоной наиболее активного развития карста. Вопрос о том, как называть такие биоценозы, достаточно давно дискутируется. Академик В.Б. Сочава для фрагментов тундровой растительности в тайге предложил использовать термин «тундроиды». Он же и ряд других авторов использовали термин «тундроподобные биоценозы». Д.Н. Сабуров говорил о «лесотундроидных» сообществах. Эта дискуссия скорее терминологическая, поскольку экстразональные биоценозы морфологически подобны, но не аналогичны соответствующим зональным сообществам. В целом использование указанных выше терминов представляется достаточно удобным. Указанные биоценозы крайне специфичны по видовому составу флоры, в котором присутствуют многие арктические, арктоальпийские и гипоарктические виды.

В районах активного развития карста часто отмечаются популяции редких и реликтовых видов насекомых, в том числе бабочек медведицы Менетрие и мнемозины. В карстовых таёжных ландшафтах максимально обилие евро-азиатских лесных видов шмелей, которые трофически связаны с видами растений из группы евро-сибирского приручейно-горнолугового высокотравья, преобладающих в таких экосистемах.

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.

Каньон

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.

Карстовые районы

Каменный лес Лунань , Юньнань , Китай

Самый большой в мире известняковый карст — австралийская равнина Налларбор . В Словении самый высокий в мире риск карстовых воронок, в то время как западная часть Хайленда на востоке США находится на втором месте по риску карстовых воронок.

В Мексике находятся важные карстовые области на полуострове Юкатан и Чьяпас .

Южно — Китайского Карст в провинции Гуйчжоу , Гуанси и Юньнань провинции является объектом Всемирного наследия ЮНЕСКО.

Некарстовая пещерная система Там Луанг Нанг на севере Таиланда прославилась благодаря спасению юношеской футбольной команды в 2018 году .

Морфология

Пробка из туфа Rubaksa в Эфиопии

Тротуар из известняка в Дент-де-Кролль , Франция

Карстификация ландшафта может привести к появлению множества крупномасштабных или мелкомасштабных объектов как на поверхности, так и под ней. На открытых поверхностях мелкие детали могут включать в себя канавки для раствора (или рилленкаррен), водостоки , известняковую мостовую (клинты и гребни), вместе называемые каррен или лапие. Элементы поверхности среднего размера могут включать в себя воронки или сеноты (закрытые бассейны), вертикальные валы, фойбе (воронки в форме перевернутой воронки), исчезающие ручьи и вновь появляющиеся источники . Крупномасштабные объекты могут включать известняковые тротуары , поляны и карстовые долины. Зрелые карстовые ландшафты, в которых было удалено больше коренных пород, чем остатков, могут привести к появлению карстовых башен или ландшафтов из стогов сена / яиц . Под поверхностью могут образовываться сложные подземные дренажные системы (например, карстовые ) и обширные пещеры и системы каверн.

Эрозия вдоль известняковых берегов, особенно в тропиках , создает карстовую топографию, которая включает резкую поверхность макатеа над обычным досягаемостью моря и поднутрения, которые в основном являются результатом биологической активности или биоэрозии на среднем уровне моря или немного выше него . Некоторые из наиболее драматичным из этих образований можно увидеть в Таиланде «s Пхангнга Bay и в заливе Халонг во Вьетнаме .

Карбонат кальция, растворенный в воде, может выпадать в осадок там, где вода выделяет часть растворенного диоксида углерода. Реки, выходящие из источников, могут образовывать террасы туфа , состоящие из слоев кальцита, отложившихся в течение продолжительных периодов времени. В пещерах множество объектов, которые вместе называются образованиями , образуются в результате отложения карбоната кальция и других растворенных минералов.

Палеокарст

Палеокарст или палеокарст — это развитие карста, наблюдаемое в геологической истории и сохранившееся в пределах последовательности горных пород, фактически ископаемый карст. Например, есть палеокарстовые поверхности, обнаженные в пределах подгруппы долины Клайдач каменноугольной толщи известняков Южного Уэльса, которые образовались в результате суб-воздушного выветривания недавно образовавшихся известняков, имевших место в периоды отсутствия отложения в ранней части периода. Отложения возобновились, и новые пласты известняка откладывались на неровной карстовой поверхности, цикл повторялся несколько раз в связи с колебаниями уровня моря в течение продолжительных периодов времени.

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.

Карры

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.

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

Карстовые ландшафты

Холмистый карстовый ландшафт вблизи Блэк-Хеда (северо-восточная оконечность долины Буррен, графство Клэр, Ирландия)

Наличие пещер часто не отражается на поверхности, хотя именно в результате их провала, вероятно, образовались многие известняковые ущелья. Характерные скалистые известняковые ландшафты часто называют карстами. Трещины — причина образования многих форм карстовых ландшафтов. Отвесные скалы, например, часто следуют расположению вертикальных трещин, а поверхность известняковых пород бывает изрытой воронками. Они образуются в местах пересечения трещин, затем, преобразовавшись в глубокие колодцы, открывают путь вниз для водных потоков. Карстовые колодцы характерны, например, для Крымских гор, где их насчитывается около 870. Обнажения мела — мягкого, легкорастворимого и менее трещиноватого известняка — обычно имеют округлые очертания. Таковы меловые холмы Восточной и Южной Англии. Обнажения поверхности известняка обычно сухие, поскольку вода стекает вниз по трещинам и воронкам. Расположение подземных трещин прослеживается на голой породе в виде выступов, окаймленных расширенными трещинами. В местах пересечения больших трещин в результате растворения породы образуются воронкообразные впадины, которые называются долинами. Они достигают иногда 100 метров в диаметре, и в них можно увидеть подземные реки, текущие из пещеры в пещеру. Развитие карста может происходить вдоль тектонических трещин. Например, линейно вытянутые рвы в известняках вдоль таких трещин глубиной до 5 метров, и шириной до 4 метров, в балканских странах имеют местное название богазы.

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.

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.

Литература

Чикишев А.Г. Пещеры на территории СССР / Отв. ред. проф. Э. М. Мурзаев; Академия наук СССР. — М.: Наука, 1973. — 136, с. — (Настоящее и будущее Земли и человечества). — 25 000 экз. (обл.)
Чикишев А.Г. Географические условия развития карста. — М.: Изд-во МГУ, 1975.
Чикишев А. Г. Карст Русской равнины / Отв. ред. Н. А. Гвоздецкий; Академия наук СССР. — М.: Наука, 1978. — 192 с. — (Планета Земля и Вселенная). (обл.)

Чикишев А. Г. Проблемы изучения карста Русской равнины. — М.: Изд-во МГУ, 1979.
Чикишев А.Г. Типы карста и географические ландшафты закарстованных территорий // Землеведение: Сборник Московского общества испытателей природы. — М.: Изд-во МГУ, 1985. — Т. 16 (56). — (Новая серия).
Гвоздецкий Н. А. Карст. — М.: Мысль, 1981. — 216 с. — (Природа мира). (в пер.)
Гвоздецкий Н. А. Карстовые ландшафты: Учебное пособие. — М.: Изд-во МГУ, 1988. — 112 с.
Рычагов Г. И. Общая геоморфология. — М.: Изд-во МГУ, Наука, 2006. — 416 с. — (Классический университетский учебник). — 3000 экз. — ISBN 5-211-04937-3; ISBN 5-02-034256-4.

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:

ровная или слабо наклонная поверхность, чтобы вода могла застаиваться и просачиваться внутрь;
значительная толщина горных пород, поддающихся карстованию (растворению), и их трещиноватость;
неравновесность или агрессивность подземных вод с растворимой горной породой;
наличие условий, обеспечивающих движение подземных вод

Развитие карста

ровная или слабо наклонная поверхность, чтобы вода могла застаиваться и просачиваться внутрь;
значительная толщина горных пород, поддающихся карстованию (растворению), и их трещиноватость;
неравновесность или агрессивность подземных вод с растворимой горной породой;
наличие условий, обеспечивающих движение подземных вод