Образование пещер

1. Главная
2. Спелеология
3. Образование пещер

Образование пещер имеет следующую основу. Основные закономерности формирования хемогенных отложений и особенности кристаллизационной аккумуляции пещер на примере Анакопийской пропасти изучались В. И. Степановым (1971).

По его мнению, общий ход кристаллизации каждого отдельного участка этой пещеры идет по схеме: туфовая сталактит-сталагмитовая кора – кальцитовая сталактит-сталагмитовая кора – кораллиты – гипс. Рис. 1 Стадии эволюции карбонатного литогенеза пещер (по Г.А. Максимовичу):

1– покровные натеки; 2 – гуры; 3 – массивные сталагмиты; 4 – пагодаобразные сталагмиты; 5 – пальмовые сталагмиты; 6 – конические сталактиты; 7 – сталагмиты-палки; 8 – трубчате сталактиты; 9 – уплощенные сталактиты; 10 – эксцентрические сталактиты; 11 – эксцентрические эксудаты.

Наиболее детальная схема спелеолитогенеза разработана Г.А. Максимовичем (1965). Он показал, что характер и морфология хемогенных образований зависят от величины притока воды и парциального давления углекислого газа, которые значительно изменяются на разных стадиях развития пещеры.

При больших притоках воды (1–0,1 л/сек) выпадающий из раствора карбонат кальция образует на полу пещеры покровы и гуры (рис. 1). Хемогенные образование в пещерах зависят от величины притока воды и парциального давления углекислого газа. Последние нередко располагаются каскадами.

Когда приток воды из трещин и отверстий в потолке пещеры уменьшается, то создаются условия для формирования массивных (0,01–0,001 л/сек), пагодаобразных (0,001–0,005 л/сек) и пальмовых (0,005–0,0001 л/сек) сталагмитов.

При дальнейшем уменьшении притока воды, насыщенной карбонатом кальция, возникают сначала конические сталактиты (10- 4–10-5 л/сек), а затем – сталагмиты-палки (10-5–10-6 л/сек).

Особый интерес представляет класс, притоков с дебитом 10-4–10-5 л/сек (или 0,1– 0,01 см³/сек), определяющих переход от нижней лито-аккумуляции к верхней, а также их совместное развитие.

При ничтожно малых притоках воды образуются трубчатые сталактиты (10-3 –10-5 см³/сек), сложные сталактиты с широким основанием (10-5 –10-6 см ³/сек) и эксцентри-ческие сталактиты (10-6 –10-7 см³/сек).

В формировании эксцентрических сталактитов принимают участие также конденсационные воды. На этом этапе спелеолитогенеза силы кристаллизации доминируют над силой тяжести, которая играла главную роль при более значительных притоках.

Заключительным звеном генетического ряда хемогенных образований являются кристаллитовые формы, связанные с выпадением кальцита из конденсационных вод, которые на этой стадии представляют единственный источник поступления влаги.

Схема образования спелеоформ

Предложенная Г. А. Максимовичем (1965) схема образования спелеоформ имеет важное теоретическое и методическое значение.

Она позволяет наметить стройный генетический ряд карбонатного литогенеза пещер, основанный на учете количественных показателей стока подземных вод и парциального давления углекислого газа, изменение которого во времени связано со стадиальностью развития карстовых полостей.

В этой схеме, к сожалению, не определено положение многих широко рас-пространенных натечных форм (колонны, занавеси, драпировки и др.), что обусловлено, с одной стороны, ограниченностью материала экспериментальных наблюдений, а с другой – общей слабой разработанностью рассматриваемой проблемы.

Хемогенные или водно-хемогенные образования

Хемогенные или водно-хемогенные образования, делающие многие пещеры необыкновенно красивыми, являются лишь одним из типов пещерных отложений.

Кроме них в пещерах (по классификации Д.С. Соколова и Г.А.Максимовича) встречаются также различные другие отложения, которые по происхождению подразделяются на остаточные, водно-механические, обвальные, гляциогенные, органогенные, гидротермальные и антропогенные.

Остаточные отложения

Остаточные отложения образуются в результате выщелачивания карстующихся пород и аккумуляции на дне пещер нерастворимого остатка, представленного в основном глинистыми частицами.

Пещерные глины лучше всего изучены в сухих галереях Анакошийской пещеры, где они достигают мощности 0,45м. Верхняя часть толщи остаточных глин состоит преимущественно из тонкодисперсных частиц, а нижняя – из неравномернозернистых.

В составе этих глин преобладают (более 63%) частицы размером от 0,1 до 0,01 мм. Водно-механические отложения представлены аллювием подземных рек, осадками пещерных озер и аллохтонным материалом, принесенным в пещеры через трещины, органные трубы и колодцы.

Они сложены песчано-глинистым материалом. Мощность этих отложений обычно невелика. Лишь под органными трубами они образуют глинистые осыпи, иногда имеющие вид островерхих конусов высотой до 3 м и более.

Пластичные глины

Особенно интересны пластичные глины Анакопийской пещеры, занимающие площадь более 10 тыс. м2. Они покрывают пол Глинистого грота и большую часть гротов Абхазии и Грузинских Спелеологов. Предположительно мощность этих глин достигает 30 м.

Пластичные глины образованы преимущественно мельчайшими частицами диаметром меньше 0,01 мм, на которые приходится свыше 53%. Они имеют алеврито-пелитовую структуру и обычно окрашены водными окислами железа.

Эти глины образовались в результате осаждения мелких частиц на дне временных водоемов, образовавшихся в южной части пещеры, вследствие проникновения сюда атмосферных осадков, отличающихся значительной мутностью.

Периодичность и длительность накопления пластичных глин подтверждаются наличием в них различных горизонтов.

Обвальные отложения

Обвальные отложения состоят обычно из крупных хаотически нагроможденных глыб горных пород, обрушившихся со сводов и стен подземных полостей.

Интересные подсчеты в этом отношении проведены в Анакопийской пещере. Они показали, что объем обрушенного материала в гротах Храм, Абхазия и Грузинских Спелеологов составляет примерно 450 тыс. м³ (т. е. более 1 млн. т породы), причем объем отдельных глыб достигает 8–12 м³.

Мощные глыбовые навалы отмечены также во многих других пещерах. Среди глыбово-обвальных отложений нередко встречаются обломки кальцитовых натечных образований (сталактиты, сталагмиты), связанные с обрушением сводов.

Чаще всего наблюдаются старые обвальные отложения, покрытые глиной и кальцитовыми натеками. Однако в некоторых пещерах можно встретить и совершенно свежие обвалы.

Гляциогенные отложения

Гляциогенные отложения. Во многих пещерах Советского Союза, где в течение всего года преобладают отрицательные температуры, отмечаются ледяные образования. К наиболее известным ледяным пещерам относятся Кунгурская, Кулогорская, Балаганская и Абогыдже.

Пещерные льды карстовых полостей–ледников, широко распространенных в Крыму, на Кавказе, Русской равнине, Урале и Средней Сибири, подразделяются на следующие основные типы: сублимационный, инфильтрационный, конжеляционный и гетерогенный.

Органогенные отложения

Органогенные отложения – гуано и костяная брекчия встречаются во многих пещерах Советского Союза. Однако фосфоритовые залежи этих пещер отличаются значительной мощностью и занимают сравнительно небольшие площади.

Крупные скопления гуано отмечены в Бахарденской пещере, где они занимают площадь 1320 м². Мощность этих отложений достигает 1,5 м, а общий запас – 733 т. В результате взаимодействия фосфатов залежей гуано с карбонатными породами и кальцитовыми натечными образованиями формируются метасоматические фосфориты.

Гидротермальные отложения

Гидротермальные отложения в карстовых пещерах встречаются сравнительно редко. Наибольший интерес в этом отношении представляют пещеры в верховьях реки Магиан (Зеравшанский хребет), развитые в верхнесилурийских известняках.

Они содержат исландский шпат, флюорит, кварц, антимонит, киноварь и барит. Происхождение этих пещер связывается с действием гидротермальных растворов, циркулировавших по тектоническим трещинам. Образование и накопление минеральных отложений в этих пещерах произошло на более поздних стадиях их развития.

Антропогенные отложения

Антропогенные отложения в пещерах представлены главным образом остатками древних материальных культур, находимых преимущественно в ближних частях пещер. В последнее время в связи с частым посещением пещер туристами и спелеологами в них накапливаются различные отложения антропогенного происхождения (остатки пищи, бумага, использованные электрические батарейки и т. д.).