Подземное выщелачивание

Как же идет процесс выщелачивания карстующихся пород? Рассмотрим этот вопрос в общем плане на примере карбонатных образований. Природные воды всегда содержат углекислоту, а также различные органические кислоты, которыми они обогащаются при контакте с растительностью и просачивании через почвенный покров.

Под действием углекислоты карбонат кальция переходит в бикарбонат, который значительно легче растворяется в воде, чем карбонат СаСО₃ + Н₂О + СО₂ Са₂НСО_3. Эта реакция обратима. Увеличение содержания углекислоты в воде вызывает переход кальцита в раствор, а при уменьшении ее происходит выпадение из водного раствора бикарбоната кальция (известкового осадка), который накапливается в некоторых местах в значительном количестве.

Между содержанием углекислоты и температурой воды существует обратная связь. Резко возрастает растворимость известняков, когда подземные воды обогащены кислотами и солями. Так, при обогащении подземных вод серной кислотой реакция идет по уравнению H₂SО₄ + СаСО₃ СаSО₄ +СО₂ + Н₂О.

Выделившаяся в результате этой реакции углекислота оказывается дополнительным источником образования гидрокарбонатов. Степень растворимости гипса и ангидрита также зависит от наличия тех или иных кислот и солей.

Так, например, присутствие в воде СаСl₂ значительно снижает растворимость гипса, напротив, наличие в воде NCl и МgСl₂ увеличивает растворимость сульфата кальция. Растворение гипса в принципе может происходить и в химически чистой воде.

Хотя мы и называем карбонатные и сульфатные породы легкорастворимыми, однако растворяются они чрезвычайно медленно. Для образования подземных пустот требуются многие и многие тысячи лет.

При этом карстующиеся породы растворяются и разрушаются только по трещинам, вне трещин они остаются по-прежнему очень прочными и твердыми. Проникающие в карстовые массивы по трещинам и тектоническим нарушениям атмосферные воды характеризуются сначала преимущественно вертикальным движением.

Достигнув водоупора или местного базиса эрозии, они приобретают горизонтальное движение и текут обычно по падению пластов горных пород. Часть воды просачивается в глубокие горизонты и формирует региональный сток.

В этой связи в карстующемся массиве выделяется несколько гидродинамических зон, а именно – зона поверхностной, вертикальной, сезонной, горизонтальной, сифонной и глубинной циркуляции карстовых вод. Каждая из указанных гидродинамических зон характеризуется определенным набором карстовых форм.

Так, к зоне вертикальной циркуляции вод или к зоне аэрации приурочены в основном вертикальные подземные полости – карстовые колодцы и шахты. Они развиваются вдоль вертикальных или пологонаклонных трещин в результате периодического выщелачивания горных пород талыми снеговыми и дождевыми водами.

В зоне горизонтальной циркуляции, где происходит свободный сток безнапорных вод к речным долинам или периферии карстующегося массива, формируются горизонтальные пещеры.

Наклонные и горизонтальные полости отмечаются в зоне сифонной циркуляции, характеризующейся напорными водами, которые движутся в подрусловых каналах нередко ниже местного базиса эрозии.

На развитие пещер, кроме морфоструктурных и гидрогеологических особенностей, существенно влияют также климат, почвы, растительность пещер, животный мир пещер, а также хозяйственная деятельность человека. К сожалению, роль этих факторов в пещерообразовании изучена в настоящее время далеко не достаточно. Хочется надеяться, что этот пробел в ближайшем будущем будет ликвидирован.