Происхождение пещер
И эволюции так называемых двуцикловых пещер, образовавшихся при двукратном поднятии известнякового массива, он различал пять основных этапов:
- зачаточные каналы, формирующиеся в зоне полного насыщения медленно движущихся фреатических вод, находящихся под давлением;
- зрелые галереи, когда в условиях распространения безнапорных вадозных потоков начинает доминировать механический размыв (корразия);
- сухие галереи, возникшие в результате ухода воды в глубь массива вследствие местного поднятия территории;
- натечно-аккумулятивная, характеризующаяся заполнением галерей натечно-капельными и другими пещерными отложениями;
- разрушение подземных галерей.
Стадии формирования пещер
На основе развития взглядов Девиса было создано представление о фреатической (пещерные галереи разрабатываются грунтовыми водами, находящимися под давлением) и вадозной (подземные воды свободно, не под напором, движутся по галереям в сторону дренирующих систем) стадиях развития пещер (Бретц, 1942).
Про образование карстовых пещер можно прочитать в отдельной статье. Наиболее полно вопросы эволюции подземных полостей разработаны советскими исследователями Г.А. Максимовичем (1963, 1969) и Л.И.Маруашвили (1969), которые выделили несколько стадий формирования горизонтальных карстовых пещер.
Первая стадия – трещинная, затем щелевая. По мере увеличения ширины трещин и щелей в них проникает все большее количество воды. Это активизирует карстовые процессы особенно на участках чистых разностей пород.
Пещера переходит в каналовую стадию. При расширении каналов подземные потоки приобретают турбулентное движение, что благоприятствует еще большему усилению процессов коррозии и эрозии.
Это стадия подземной реки, или воклюзовая. Она характеризуется значительным заполнением подземного канала водным потоком и выходом его в виде воклюзного источника на дневную поверхность, а также образованием органных труб, обвалом сводов, ростом гротов.
В связи с размывом дна подземного канала вода просачивается по трещинам в глубь карбонатных и галогенных толщ, где на более низком уровне разрабатывает новые полости, формируя более низкий этаж пещеры.
Постепенно подземные каналы расширяются. Водный поток частично, а затем полностью уходит в нижние горизонты массива, и пещера становится сухой. В нее проникают по трещинам в кровле лишь инфильтрационные воды. Это коридорно-гротовая натечно-осыпная (водно-галерейная, по Л.И. Маруашвили) стадия развития пещеры.
Она отличается широким распространением химической и механической аккумуляции (в гипсовых пещерах стадия натечной аккумуляции отсутствует). Потолок и стены пещеры покрываются разнообразными кальцитовыми натеками.
Образуются каменные и земляные осыпи, последние располагаются преимущественно под органными трубами. Накапливаются также отложения рек и озер. С уходом водотока дальнейшее увеличение подземной полости резко замедляется, хотя коррозионная деятельность продолжается за счет инфильтрационных и конденсационных вод.
По мере развития пещеры она переходит в коридорно-гротовую обвально-цементационную (сухо-галерейную, по Л. И. Маруашвили) стадию. На этой стадии в результате обрушения кровли над подземными полостями возможно вскрытие некоторых частей пещеры.
Постепенное обрушение свода пещеры приводит к полному ее уничтожению, что особенно характерно для верхних частей с небольшой мощностью кровли. На уцелевших участках остаются лишь карстовые мосты и узкие арки. При полном разрушении пещеры образуется карстовая долина.
Если толща кровли превышает 100–200 м, то провалов в ней, как правило, не образуется, а подземные полости заполняются обрушившимися с потолка глыбами породы и принесенными песчано-глинистыми отложениями, которые разбивают пещеру на отдельные изолированные полости.
В этом случае развитие пещеры заканчивается коридорно-гротовой обвально-цементационной стадией.
Продолжительность отдельных стадий пещерообразовательного цикла, отличающихся своими гидродинамическими и морфологическими особенностями, спецификой физико-химических процессов и своеобразием биоклиматических условий, измеряется десятками и сотнями тысячелетий.
Так, сухо-галерейная стадия пещеры Кударо на Кавказе продолжается уже 200-300 тыс. лет.
Многоярусность пещер - пещеры с этажами
Сложные пещерные системы состоят обычно из участков, находящихся на разных стадиях развития.
Так, в Ищеевской пещере на Южном Урале в настоящее время встречаются участки от каналовой стадии до карстовой долины.
Расстояние между двумя смежными уровнями многоэтажных пещер колеблется от нескольких метров до нескольких десятков. Обрушение сводов, разделяющих пещерные этажи, приводит к образованию гигантских гротов, достигающих иногда высоты 50–60 м (пещеры Красная и Новоафонская).
Появление нового этажа Г. А. Максимович связывает с тектоническим поднятием района, где находится пещера. Н. А. Гвоздецкий основную роль в развитии многоэтажных пещер в условиях большой мощности карстующихся пород отводит восходящим движениям, которые рассматривает не как нарушающий фактор, а как общий фон эволюции карста.
По мнению Л. И. Маруашвили, многоярусность пещер может быть определена не только тектоническим поднятием карстового массива, но и общим понижением уровня океана, что вызывает интенсивное углубление речных долин и быстрое снижение уровня горизонтальной циркуляции карстовых вод.
В процессе формирования пещер иногда наблюдается смещение оси пещерных галерей от первоначальной вертикальной плоскости. Смещение оси пещерных галерей связано с наклоном тектонических трещин, к которым приурочены подземные полости. Интересная статья: Люди и пещеры.