Подземные ландшафты

Пещеры – это сложные подземные природные комплексы, особые географические подземные ландшафты (Семенов-Тян-Шанский, 1928; Гвоздецкий, 1954; Гергедава, 1968, 1973), развитые в земной коре и ограниченные естественными рубежами подземных полостей.

Подземные природные комплексы тесно связаны с наземными. Между ними осуществляется постоянный обмен минеральными и органическими веществами, Важную роль в этом играют поступающие в пещеры карстовые воды и циркуляция воздуха. Изучение подземных ландшафтов и отдельных их компонентов позволяет с наибольшей глубиной восстановить историю эволюции современных природных комплексов.

Подземные ландшафты

Своеобразие подземных географических ландшафтов обусловлено сложным сочетанием и взаимодействием морфологических, климатических, гидрологических и биогеографических факторов.

Морфология пещер

Набор и своеобразие компонентов подземных ландшафтов в значительной мере определяются морфологией пещер. Характерной особенностью морфологического строения пещер является чередование относительно узких и низких проходов с широкими и высокими гротами. Последние обычно приурочены к участкам наибольшей тектонической трещиноватости и к местам развития химически чистых карстующих пород. В отдельных случаях гроты достигают громадных размеров. Так, например, площадь пола грота Грузинских Спелеологов Анакопийской пещеры составляет 10 635 м2.

Морфологические особенности подземных гротов и соединяющих их ходов в значительной мере определяются тектонической и литогенетической трещиноватостью горных пород, которая обусловливает форму поперечного сечения и рисунок планового расположения карстовых полостей. Связь планового изображения пещер с системами тектонической трещиноватости особенно хорошо иллюстрируется на примере Оптимистической, Озерной, Крывченской, Худугунской и многих других пещер. Существенное влияние на своеобразие подземных форм нередко оказывают литология и гидрологические условия.

Для многих пещер характерны органные трубы, мешкообразные ходы, эллипсовидные углубления и карры.

Органные трубы

Органные трубы, или камины, – это вертикальные колодцеобразные полости, расширенные в нижней части и суженные вверху. Они являются обычно продолжением понор, развитых на дне воронок, расположенных на поверхности карстующегося массива. Диаметр органных труб изменяется от 0,2 до 6 м и более. Под ними почти всегда находятся земляные осыпи. Особенно широко распространены органные трубы в Кунгурской ледяной пещере. Здесь их насчитывается 31. В некоторых пещерах органные трубы прорезают всю кровлю, и через них проникает дневной свет.

Органная труба

Особенно интересны эллипсовидные углубления на потолке некоторых пещер, образующиеся в местах соединения подземных потоков с водами, подходящими сверху. Эти углубления обязаны своим происхождением, так называемой коррозии смешивания. На внутренней закругленной поверхности их всегда видна трещина, направление которой совпадает с длинной осью эллипса.

Сущность коррозии смешивания впервые была объяснена советскими исследователями А. Н. Бунеевым и Ф. Ф. Лаптевым, которые доказали резкое увеличение агрессивности подземных вод, содержащих углекислоту при их смешивании. Этот процесс имеет важное значение для развития глубинных карстовых форм на участках пересечения тектонических и литогенетических трещин. С ним связаны своеобразные эллиптические ходы, мешкообразные ходы и полости коррозионного размыва. Последние формы отмечены, например, в Наволишенской пещере, расположенной в долине реки Хосты на Кавказе.

Карры как подземные ландшафты

Большой интерес представляют карры на потолке и стенах пещер. Они связаны с выщелачиванием карстующихся пород инфильтрационными и конденсационными водами. Карры имеют вид ячеек или бороздок, разделенных острыми гребешками. Оригинальны колоколообразные карры, формирующиеся в потолке известняковых пещер. Эти формы, по мнению некоторых исследователей, являются результатом растворяющего действия агрессивных карстовых вод, находящихся под давлением.

Карры

Климатические условия пещер характеризуются своеобразными микроклиматическими условиями, зависящими преимущественно от географического положения пещеры и ее морфологического строения.

Воздух и подземные ландшафты

Состав воздуха пещер изучен еще недостаточно. Однако проведенные исследования показали, что воздух пещер несколько отличается от атмосферного воздуха. Так, в большинстве исследованных пещер Крыма содержание углекислого газа оказалось 0,3–0,5%, т. е. в 10– 15 раз выше, чем в атмосферном воздухе. В отдельных пещерах Крыма (шахты Бездонная, Ход Конем, Молодежная и Профсоюзная) концентрация углекислого газа в воздухе достигает 5–7%.

Основным источником углекислоты в карстовых полостях являются инфильтрационные воды, которые обогащаются углекислотой при просачивании через почвенный покров. Повышенное содержание углекислого газа связано также с протекающими в пещерах окислительными процессами (разложение органических веществ). Кроме того, в воздухе карстовых полостей Горного Крыма отмечается повышенное содержание азота, что может быть объяснено подтоком в них сухих струй газа азотно-углекислого, а иногда азотно-метанового состава из глубинных частей Земли в зонах крупных тектонических нарушений.

Температура воздуха карстовых пещер изменяется в значительных пределах, хотя преобладает низкая положительная температура. Температура воздуха пещер зависит от их морфологических особенностей, размеров, глубины залегания, положения входа к господствующим ветрам и климатических условий территории. Если пещера небольшая и обмен воздуха в ней происходит непрерывно, то температура воздуха пещеры почти не отличается от температуры наружного воздуха.

В слепых наклонных подземных ландшафтах, полости которых находятся выше входа, всегда наблюдаются высокие температуры воздуха, а если ниже, то низкие, поскольку здесь застаивается холодный воздух. На температуру воздуха вертикальных полостей существенно влияют размеры входа и их морфологическое строение. В колодцах с широким входом и прямым стволом воздух всегда холоднее, чем в полостях такой же глубины, но имеющих узкий вход и несколько уступов.

Влияние морфологического строения на температурный режим подземных полостей хорошо иллюстрируется на примере Серпиевской пещеры (длина 170 м), расположенной на западном склоне Южного Урала. При температуре наружного воздуха 22°,5 в ближней части пещеры, характеризующейся некоторым понижением дна, отмечена температура воздуха 2°, в средней (наиболее низкой) – 2°, а в дальней, где пол резко поднимается вверх, 12°. Таким образом, на расстоянии 85 м в связи с морфологическими особенностями строения пещеры температура воздуха изменяется на 14° (от –2 до 12°).

Крупные пещеры по температурному режиму подразделяются обычно на две части. В привходовой части температура воздуха в течение года подвержена значительным колебаниям. Дальние же части пещеры характеризуются сравнительно постоянной температурой воздуха в разные сезоны года. Интересна в этом отношении Кунгурская ледяная пещера. В ближних гротах ее температура изменяется от–17 до 1°, что вызывает появление здесь ледяных образований, сохраняющихся круглый год.

В большей части пещеры отмечается постоянная температура воздуха 4,8–5°,2. По особенностям температурного режима карстовые пещеры подразделяются на теплые (температура воздуха в этих пещерах выше среднегодовой данной местности), умеренные (температура воздуха равна среднегодовой) и холодные (температура воздуха ниже среднегодовой температуры поверхности).

Пещеры характеризуются высокой относительной влажностью воздуха, которая обычно составляет 98–100 %. Влажность воздуха подвержена сезонным колебаниям. Так, в Бриллиантовом гроте Кунгурской ледяной пещеры влажность воздуха осенью составляет всего 67%, тогда как зимой она поднимается до 95 %.

Уже давно было подмечено, что между подземным и наружным воздухом существует постоянный обмен. Исследования, проведенные в Крымских пещерах, показали, что скорость воздухообмена в подземных полостях Крыма изменяется от одного раза в пять дней (в пещерах со снегом) до 157 раз в сутки (в узких трещиннообразных шахтах), причем средняя интенсивность воздухообмена для всей главной гряды Крымских гор составляет 14 раз в сутки.

Следовательно, воздух в течение суток возобновляется многократно. Скорость и направленность воздушного потока пещер определяются различиями в плотности наружного и подземного воздуха, а также особенностями морфологического строения полостей. Важную роль играют также карстовые реки, увлекающие за собой воздух при инфлюации в подземные полости, и наружный ветер.

Для горизонтальных карстовых пещер характерно сезонное изменение в циркуляции воздушного потока. Зимой, когда температура наружного воздуха значительно ниже температуры подземного, наблюдается движение холодного воздуха внутрь пещеры. При этом более теплый пещерный воздух по трещинам и органным трубам вытесняется из пещеры. При выходе на поверхность Земли на морозе он превращается в ледяные кристаллы, образуя струю «морозного тумана».

В теплое время года, наоборот, холодный подземный воздух выходит из нижних горизонтальных галерей наружу, при этом по вертикальным полостям и трещинам в пещеру поступает более теплый наружный воздух, который в подземных галереях постепенно охлаждается, определяя высокую влажность воздуха, достигающую иногда 100%.

При конденсации водяных паров выделяется значительное количество тепла, что обусловливает повышение температуры воздуха пещер. Скорость воздушного потока определяется разностью температур между наружным и пещерным воздухом.

Весной и осенью, когда температура наружного и подземного воздуха примерно одинакова, движение воздуха в пещерах сильно ослабевает, а иногда на непродолжительный период (7–14 дней) вообще прекращается. В Кунгурской ледяной пещере воздух движется в среднем 182 дня в пещеру и около 170 дней – из пещеры. В середине апреля и в начале октября в течение 7–10 дней движение воздуха отсутствует.

Наклонные пещеры характеризуются иными условиями циркуляции воздуха. Наклонные пещеры, замкнутый конец которых находится выше входа, являются теплыми. Летом теплый воздух движется в пещеру и нагревает ее, а зимой движение воздуха в пещере отсутствует, поскольку холодный более плотный воздух не может подняться вверх и вытеснить более теплый пещерный воздух.

Напротив, наклонные, мешкообразные пещеры, идущие вниз от входа, холодные. В зимнее время года, когда холодный воздух полностью вытесняет теплый воздух, они сильно переохлаждаются. Летом движение воздуха в них прекращается, так как теплый воздух не может попасть в пещеру. Аналогичные условия создаются и в вертикальных пещерах – шахтах.

Таким образом, движение воздуха в пещере, определяемое разностью в плотности наружного и подземного воздуха, обусловливается особенностями морфологического строения пещеры. Мы рассмотрели лишь наиболее типичные случаи. Разумеется, существует много других вариантов. В крупных сложно построенных пещерах отдельные части могут характеризоваться своим, резко отличным от соседних, типом циркуляции. В этой связи на основе учета динамики воздуха в крупных пещерах выделяются динамические и статические микроклиматические зоны.

Наряду с сезонными колебаниями наблюдаются и суточные. Так, скорость воздушного потока у входа в Кунгурскую пещеру в июле ночью составляет 2,2, а днем – 5,1 м/сек, что связано с изменением температуры наружного воздуха. Скорость движения воздушного потока в вертикальных пещерах невелика. Так, в небольшой по величине шахте Крыма средняя скорость его, по данным В. Н. Дублянского и В. В. Илюхина (1971), составляет всего 0,006 м/сек. Таким образом, подземные ландшафты бывают самые разнообразные.

Пещеры по особенностям изменения микроклимата подразделяются на три основных типа: динамические (характеризующиеся резкими изменениями метеорологических компонентов в течение коротких интервалов времени), статодинамические и статические (отличающиеся постоянством климатических условий на протяжении длительного времени).

 

Получать интересное на почту

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *