Лед пещер
Лед пещер очень интересен. Среди сублимационных образований наибольший интерес представляют ледяные кристаллы, формирующиеся в результате взаимодействия относительно теплого воздуха с охлажденными предметами.
Они имеют самую разнообразную форму, которая определяется режимом температуры, влажностью, направлением и скоростью воздушных потоков (Дорофеев, 1969).
Наиболее красивы пирамидальные кристаллы, представленные обычно сростками спиральных пирамид до 15 см в поперечнике. Изредка на сводах пещер появляются относительно правильные замкнутые шестигранные пирамиды, обращенные вершиной к потолку.
Красивы также папоротниковидные кристаллы, образующиеся в сильные морозы и имеющие вид тонких (0,025 мм) пластинок до 5 см длиной, свисающих густой бахромой с потолка пещер. Эти кристаллы эфемерны; при незначительном повышении температуры они разрушаются.
Срастаясь, кристаллы нередко образуют искрящиеся гирлянды, ажурные кружева и прозрачные занавеси. Ледяные кристаллы прозрачны и очень хрупки. При прикосновении они рассыпаются на мелкие кусочки, которые медленно падают на пол пещеры.
Ледяные кристаллы обычно появляются весной и существуют несколько месяцев. Лишь в некоторых пещерах, особенно расположенных в области вечной мерзлоты, встречаются многолетние кристаллы.
Химический состав ледяных кристаллов зависит от состава горных пород. По данным Е.П.Дорофеева (1969), минерализация однолетних сублимационных ледяных кристаллов Кунгурской пещеры составляет 56–90 мг/л, а многолетних – 170 мг/л. К инфилътрационным формам относятся ледяные сталактиты, сталагмиты и сталагнаты, имеющие гидрогенное происхождение.
Они образуются в результате перехода воды в твердую фазу. Эти формы достигают 10 м высоты и 3 м в диаметре. Возраст их изменяется от 2–3 месяцев до нескольких лет. В Кунгурской пещере, например, имеется ледяной сталагмит, возраст которого превышает 100 лет.
Однолетние формы прозрачны, а многолетние благодаря примесям имеют молочно-белый цвет с голубоватым или зеленоватым оттенком.
Как показали исследования М. П. Головкова (1939), однолетние сталактиты в Кунгурской пещере представляют собой оптически одноосный монокристалл, тогда как многолетние сталактиты состоят из многих, послойно расположенных, удлиненных, частично ограненных кристаллов, ориентированных оптическими осями параллельно длине сталактита.
По химическому составу лед сталактитов, сталагмитов и сталагнатов может быть пресным с количеством растворимых веществ до 0,1% (1 г/л) или солоноватым, в котором растворимых веществ содержится от 0,1 до 1%.
Пресные льды встречаются обычно в карбонатных пещерах, а солоноватые – в сульфатных. На стенах и сводах в холодной части некоторых пещер отмечается кора обледенения, которая образуется, с одной стороны, за счет застывания стекающей по трещинам воды, а с другой – за счет сублимации водяных паров. Толщина ее изменяется обычно от долей миллиметра до 10–15 см. Лед прозрачный, иногда молочно-белый, пресный (растворимых веществ менее 1 г/л) или солоноватый.
Возраст коры обледенения может быть самый различный, в отдельных случаях многолетний. На полу гротов и проходов ледяных пещер нередко развит покровный лед. Он имеет гидрогенное или гетерогенное происхождение. Мощность покровного льда изменяется от нескольких сантиметров до нескольких метров. Преобладает многолетний, часто слоистый лед. На участках аккумуляции снега встречается фирн.
Химический состав покровного льда зависит от состава карстующихся пород. Различают пресный и солоноватый лед. Последний в гипсовых пещерах характеризуется сульфатно-кальциевым составом. Минерализация пещерных льдов достигает 0,21%. Особый интерес представляют ледяные кристаллы, образующиеся на полу пещер при застывании инфильтрационных вод.
Они имеют вид сросшихся игл с наросшими снизу пластинками. Конжеляционный лед представлен льдом подземных озер и рек. Озерный лед образуется на поверхности подземных озер в холодное время или в течение всего года. Площадь озерного льда зависит от размеров озера.
В отдельных случаях она достигает 500 м2, а толщина льда – 0,15 м (озеро Географического Общества в пещере Абогыдже, на реке Май). Лед на подземных потоках имеет преимущественно локальное распространение. Площадь речного льда и мощность его обычно невелики. Происхождение озерного и речного льда гидрогенное.
При замерзании подземных водоемов иногда образуются кристаллы в виде шестиконечных звезд толщиной 1 мм и поперечником до 10 см. Пещерные льды содержат различные микроэлементы. Спектральный анализ пещерного льда, взятого из коры обледенения в Бриллиантовом гроте Кунгурской пещеры, показал, что среди микроэлементов преобладает стронций, на долю которого приходится более 0,1%.
Содержание марганца, титана, меди, алюминия и железа не превышает 0,001%. По условиям возникновения пещерного холода, накопления снега и льда Н. А. Гвоздецкий (1972) выделяет семь типов карстовых ледяных пещер Советского Союза:
- а) карстовые колодцы и пропасти со снегом и льдом, лед в которых образуется из попадающего в холодное время года через устьевое отверстие снега;
- б) холодные пещеры мешкообразной формы, лед в них может возникнуть путем замерзания воды, поступающей из трещин;
- в) сквозные, или продувные, холодные пещеры с меняющимся в теплое и холодное полугодия направлением тяги воздуха, с гидрогенным льдом и атмогенными, или сублимационными, ледяными кристаллами;
- г) сквозные горизонтальные пещеры-ледники с окном в потолке, через которое попадает снег, превращающийся в лед;
- д) сквозные, или продувные, пещеры – области вечной мерзлоты, где пещерный лед представляет собой ее особую форму;
- е) колодцеобразные полости – области вечной мерзлоты;
- ж) мешкообразные полости – области вечной мерзлоты.