Рожденные во тьме

Глина - это не грязь...

Одним из важнейших компонентов подземных ландшафтов являются отложения пещер. Их классификации посвящены десятки работ специалистов-карстологов всего мира. Например, в 1985 г. Р. Цыкин выделил 18 генетических типов отложений, образующихся в пещерной обстановке. Здесь присутствуют практически все осадочные и кристаллические образования, известные на поверхности, но представлены они специфическими формами. Подробное описание пещерных отложений - дело специалистов. Наша задача - дать читателю общее представление о том, что можно встретить под землей. Для этой цели более подходит классификация, предложенная Д. С. Соколовым и переработанная Г. А. Максимовичем. Она включает 8 типов пещерных отложений: остаточные, обвальные, водные механические, водные хемогенные, криогенные, органогенные, антропогенные и гидротермальные.

Остаточные отложения. На протяжении сорокалетней пещерной деятельности автору не раз приходилось сопровождать под землей группы неспециалистов. Первая их реакция: "как здесь грязно..." Приходилось объяснять, что глина - не грязь, а один из типов отложений, обязательно присутствующих под землей.

История остаточных отложений - история капли воды. В карстующихся породах в небольших количествах (1-10%) обязательно содержится примесь песка или глины, состоящая из SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 . При растворении известняков или гипсов нерастворимый остаток накапливается на стенах трещин, сползает на дно галерей, смешивается с другими пещерными отложениями. Карстолог Ю. И. Шутов подсчитал, что из одного кубического метра юрских известняков, слагающих Крымские горы (вес его около 2,7 т), образуется 140 кг глины (0,05 м 3). Исследования показали, что она сложена минералами иллитом, монтмориллонитом, каолинитом, полевым шпатом, кварцем. От их соотношения зависят свойства глин: часть из них набухает при увлажнении, закупоривая мелкие трещины, часть, напротив, легко отдает воду и быстро осыпается со стенок. Иногда в образовании налетов глины на стенках принимают участие и бактерии: в 1957 г. французский исследователь В. Комартен доказал, что некоторые виды микробов могут получать углерод непосредственно из известняка (СаСО 3). Так на стенах пещер образуются червеобразные или округлые углубления - глинистые вермикуляции, заполненные продуктами, непригодными даже для бактерий (рис. 61).

Остаточные отложения не имеют практического значения. Исключение, пожалуй, представляет случай, когда пещера находится неподалеку от действующих карьеров, где полезные ископаемые добываются взрывным способом. После сильных взрывов, эквивалентных местному сейсмическому толчку силой до 7 баллов, глины могут сползать со стенок трещин, временно закупоривая водопроводяшие каналы источников. Известны случаи, когда их расход падал до нуля, а затем из источников начинала идти красная вода, выносящая взвешенные глинистые частицы...

В грохоте обвалов

В фундаментальной сводке Г. А. Максимовича обвальным отложениям посвящено всего 5 строчек... Считалось, что они не несут почти никакой информации. Исследования 60-90 гг. показали, что это не так. Они подразделяются на три группы разного происхождения.

Термогравитационные отложения образуются только у входа в пещеру, там, где велики суточные и сезонные колебания температур. Их стены шелушатся, присводовая часть полости растет, а на ее полу накапливаются щебенка и мелкозем. Немецкий спелеолог И. Штрайт, потратив более десятка лет и применив изощренные математические методы обработки материалов, доказал, что количество этого материала, его состав, размеры, форма частиц, число их ребер и граней хранят зашифрованную информацию об изменениях климата района на протяжении десятков тысяч лет. Среднеазиатские карстоведы по пятнам этих отложений, выделяющимся на голом склоне, уверенно обнаруживают с противоположного склона малозаметные входы в пещеры.

Обвально-гравитационные отложения формируются на всем протяжении пещер, но особенно обильно - в зонах тектонической трещиноватости. Щебенка, дресва, небольшие глыбы, упавшие со сводов, дают представление о геологическом строении высоких залов, которое трудно изучить непосредственно (для исследования купола Большого зала в Карлсбадской пещере США американский спелеолог Р. Кербо использовал даже воздушный шар!).

Наибольший интерес представляют провально-гравитационные отложения . Смена предлогов имеет большой смысл: при обвале на дне галереи накапливается только тот материал, который имеется в самой пещере; при провале свода в нее поступает материал с поверхности, а при обрушении междуэтажных перекрытий возникают огромные залы... Эти отложения представлены блоками и глыбами весом в сотни тысяч тонн. Участки пещер, где они встречаются, представляют фантастическое зрелище. Многие из них настолько неустойчивы, что угрожающе скрипят, когда на них поднимается спелеолог.

Красновато-бурая поверхность известняков покрыта белыми звездами - следами ударов упавших камней. Неуютно чувствует себя человек в этом хаосе. Но часто и здесь можно найти как-то сразу успокаивающие закономерности...

В 1989 г. симферопольские спелеологи обнаружили, а в 90-е исследовали и оборудовали для экскурсий одну из самых красивых пещер Крыма - Мраморную на Чатырдаге. В ее центральной части располагается самый большой в Крыму обвальный зал (площадь - половина футбольного поля!), получивший в духе времени ироническое название зала Перестройки. К нашему удивлению, в хаосе его глыб наметился порядок: одни из них лежат горизонтально, другие - наклонены под углами 30-60°, третьи - перевернуты вверх ногами, и некогда наросшие на них сталактиты сейчас превратились в "сталагмиты"... Секрет в том, что слагающие пещеру известняки сами падают под углом 30°. Поэтому при отрыве пласта в своде зала он смещается шарнирно, с поворотом и даже переворотом.

Кроме блоков и глыб к провально-гравитационным отложениям относятся еще поваленные натечные колонны. Лучше других они изучены в сейсмических районах - в Крыму, на юге Франции, на севере Италии. При этом удалось установить прямые и обратные связи карстоведения и сейсмологии. Сильные землетрясения вызывают обрушение сводов пещер. Если образующиеся при этом блоки и глыбы трудно напрямую связать с ними, то ориентированные поваленные колонны иногда уверенно указывают на эпицентры землетрясений. Так, в Крыму описано около 60 колонн, лежащих на горизонтальном полу (это очень важно, так как на наклонных полах они могут откатиться и сменить ориентировку). 40% их тяготеет к Судакской, 40% - к Ялтинской и по 10% - к Алуштинской и Севастопольской эпицентральным зонам. Это свидетельствует о миграции очагов сильных землетрясений в антропогене от Судака до Севастополя. К сожалению, пока не найдена расчетная схема, позволяющая объяснить механизм смещения гигантов, имеющих длину до 8 м (шахта Монастыр-Чокрак), диаметр до 3 м (Красная пещера) и вес до 70 т (шахта Мира). Ясно только, что они были сильнее, чем землетрясения исторического периода.

Когда происходили такие землетрясения? Спелеология и здесь дает сейсмологам надежный метод датировки. Натечные колонны - "минералогические" отвесы, в которых зафиксировано положение геофизической вертикали данной местности на протяжении всего ее роста. Если после падения на них нарастают сталактиты или сталагмиты (рис. 62), то по их возрасту, определенному любым абсолютным методом (радиоуглеродным, ядерно-магнитного резонанса и пр.), можно определить возраст колонны (не ранее чем...). По Крыму пока есть только две радиоуглеродные даты, дающие для поваленных колонн зала Перестройки возраст 10 и 60 тысяч лет. В других пещерах мира этот диапазон еще шире - от 10 до 500 тыс. лет...

Обратная связь карста и сейсмологии проявляется в том, что при провале свода пещеры образуются блоки весом до 2- 3 тысяч тонн. Удар о пол при падении с высоты 10-100 м высвобождает энергию, составляющую 1x10 15 - 10 17 эрг, что соизмеримо с энергией землетрясений (ташкентское землетрясение 1966 г.- 1х10 18 эрга). Правда, она локализуется в небольшом объеме породы, но может вызвать ощутимое местное землетрясение силой до 5 баллов.

Спелеологические методы уточнения карт сейсмического районирования широко использовались во Франции при определении мест размещения атомных электростанций. Такие же работы, существенно изменившие первоначальные представления специалистов, были проведены в 90-е гг. в Крыму. Это лишний раз доказывает, что в природе все взаимосвязано и нет естественных объектов, не несущих полезную информацию. Надо только уметь получить ее.

Чтобы закончить эту тему, коротко коснемся еще одного вопроса. В какой мере землетрясения опасны для работающего под землей спелеолога? Сведения по этому поводу немногочисленны, но наводят на раздумья. Во время крымского землетрясения 1927 г. в шахте Эмине-Баир-Хосар на Чатырдаге находилась группа из гидрогеологического отряда П. М. Васильевского. Она вообще не ощутила семибалльный толчок, который вызвал панику среди их проводников на поверхности. 1.05.1929 г. во время Гермабского землетрясения (9 баллов) в Бахарденской пещере находились экскурсанты. Они услышали нарастающий гул, со стен посыпались отдельные камешки, по озеру у их ног пошли пологие волны... Землетрясение Вранча 4.03.1977 г. (8 баллов) ощущалось в пещере Топчика (Болгария) лишь по слабому колебанию уровня и температуры воды в подземном водотоке. Казалось бы, ясно: даже самые сильные сейсмические толчки под землей затухают (явление "декаплинга", доставившее немало хлопот при подписании договора о запрещении ядерных взрывов). Но не будем спешить с выводами. По свидетельству Л. И. Маруашвили, во время Балдинского землетрясения 1957 г. была заполнена обрушившейся породой и прекратила существование как географический объект карстовая шахта Ципурия (Грузия). После землетрясения 27.08.1988 г. в шахте Весенняя (Бзыбский массив, Грузия) произошло смещение глыбового завала на глубине 200 м. Спелеологи, только что выбравшиеся из него, уцелели лишь по счастливой случайности. Нет, с землетрясениями шутки плохи - и на земле, и под землей...

Порождение движущейся воды

Следующая примечательная группа отложений пещер - водные механические отложения. Знакомство с ними также не доставит большого удовольствия неспециалисту. В Красной пещере есть озера, где почти по пояс погружаешься в вязкую глину, часто оставляя в ней подошву ботинка, а то и нижнюю часть гидрокомбинезона... Но геолог видит в этих отложениях источник разнообразных сведений об условиях "жизни" карстовых полостей. Для их получения, прежде всего, необходимо изучить состав отложений.

Минералогический анализ иногда сразу дает ответ на вопрос, откуда поступает вода. Если состав отложений соответствует составу минералов вмещающих пород, то пещера сформирована местными, автохтонными потоками. Поэтому еще в далеком 1958 году, только начиная исследования Красной пещеры, мы уже знали, что начало ее надо искать на плато Долгоруковского массива, в шахте Провал,- ведь только в пределах питающего ее водосбора есть кварцевая галька. Изучая пещеры долины Косцельской в Татрах, польские спелеологи обратили внимание на то, что пещеры, находящиеся в одном месте, но на разной высоте над дном долины, имели разный состав песчаного заполнителя: чем ближе ко дну, тем богаче спектр находимых в нем минералов... Изучение палеогеографии района показало, что это связано с глубиной врезания реки, постепенно "добравшейся" до водосборов центральной части Татр, сложенных некарстующимися породами.

Конечно, при детальных исследованиях эта схема выглядит значительно сложнее. Приходится отбирать сотни проб, разделять их на фракции по размеру, удельному весу, магнитным и прочим свойствам, определять и подсчитывать под микроскопом содержание отдельных минеральных зерен и т. д. Наградой бывают удивительные находки. В пещерах Крыма неожиданно обнаружены минералы: муассанит, когенит, иоцит, до того известные только в метеоритах; в пещерах Болгарии обнаружены прослои вулканического пепла, которые есть основания связывать со взрывом вулкана на о-ве Санторин в Эгейском море в 25 и 4-1 тысячелетиях до н. э.

Так протянулась ниточка, связывающая исследователей пещер XX века с проблемами Атлантиды и гибели минойской культуры...

Второе направление исследований водных механических отложений - изучение их крупности. Она может быть различной - от метровых валунов, иногда находимых в пещерах, образованных ледниковыми потоками, до тончайшей глины, частицы которой имеют микронные размеры. Естественно, и методы их исследований разные: прямой обмер, использование набора сит, применение обычных и ультрацентрифуг. Что же дают все эти, часто длительные и дорогие, работы? Основное - восстановление древних палеогеографических условий существования пещер. Между скоростью подземных потоков, диаметром каналов, по которым они движутся, и размерами переносимых частиц имеются связи, выражаемые довольно сложными формулами. В их основе лежат все те же уравнения неразрывности потока Бернулли, "помноженные" на не менее известное уравнение Стокса, описывающее скорость оседания частиц в стоячей воде разной температуры и плотности. В результате получается красивая номограмма, предложенная чешским спелеологом Р. Буркхардтом,- график, по которому, зная площадь поперечного сечения хода и диаметры частиц, отложившихся на его дне, можно оценить среднюю и максимальную скорость и расход некогда бушевавших здесь потоков (рис. 63).

Изучение водных механических отложений позволяет дать ответ и на некоторые теоретические проблемы, в частности вопрос о том, в какой гидродинамической зоне закладывалась данная пещера. В 1942 г., обнаружив на дне ряда пещер США тонкую глину, опытный геолог и спелеолог Дж. Бретц предположил, что они образованы путем растворения известняков медленно текущими водами: ведь только в них возможно осаждение глинистых частиц! Через 15 лет, выкопав в десятках этих же пещер глубокие шурфы, карстовед Девис установил, что жирные глины лишь венчают очень сложный многометровый разрез заполнителя. Под глинами располагались слои песка и гравия, принесенные мощным потоком, затем следовала натечная кора, которая могла образоваться только при длительном осушении пещеры, ниже - опять в разрезе появлялась глина, ложащаяся на валуны... Так водные механические отложения помогают специалистам "прочитать" историю развития пещер.

«Капь верхняя» и «капь нижняя»

Термины "сталактит" и "сталагмит" (от греческого "сталагма" - капля) ввел в литературу в 1655 г. датский натуралист Олао Ворм. Через сто лет в русской литературе появилось не менее образное определение Михаила Ломоносова: "капь"... Действительно, эти образования связаны с капельной формой движения воды. Мы уже знаем некоторые особенности поведения капли как жидкости. Но это не просто вода, а раствор, содержащий те или иные компоненты. Когда в основании обводненной трещины формируется капля раствора, это не только борьба силы поверхностного натяжения и силы тяжести. Одновременно начинаются химические процессы, приводящие к выпадению на контакте раствора и горной породы микроскопических частиц карбоната кальция. Несколько тысяч капель, сорвавшиеся с потолка пещеры, оставляют после себя на контакте порода/раствор тонкое полупрозрачное колечко кальцита. Следующие порции воды уже будут образовывать капли на контакте кальцит/раствор. Так из колечка образуется все удлиняющаяся трубочка. Самые длинные трубочки (брчки) 4-5 м (пещера Гомбасек, Словакия). Казалось бы, несложна и химическая суть процесса - обратимая реакция

СаСО 3 + Н 2 О + СО 2 Са 2+ + 2НСО - 3 . (1)

При растворении известняка реакция идет вправо, с образованием одного двухвалентного иона Са и двух одновалентных ионов НСО 3 . При образовании натеков реакция идет влево и из этих ионов образуется минерал кальцит. Но и здесь есть "подводный камень", и даже не один...

Во многих учебниках по географии и геологии образование сталактитов объясняют испарением воды. Не избежал этой ошибки в своих ранних работах и А. Е. Ферсман. Но мы уже знаем, что в пещерах дефицит насыщения воздуха влагой близок к 0. В таких условиях преобладает не испарение, а конденсация.

Реакция (1) на деле идет в несколько стадий. Сперва вода взамодействует с углекислым газом:

Н 2 О + СО 2 = Н 2 СО 3 Н + + НСО - 3 . (2)

Но угольная кислота слабая и поэтому диссоциирует на ион водорода (Н +) и на ион НСО - 3 . Ион водорода подкисляет раствор, и только после этого начинается растворение кальцита. Значит, в формуле (1) только один ион НСО 3 поступает из породы, а второй - не связан с нею и образуется из привнесенных в карстовый массив воды и углекислого газа. Это на 20-30% уменьшает расчетную величину активности карстового процесса. Рассмотрим лишь один простой пример. Пусть сумма всех ионов, находящихся в воде, составляет 400 мг/л (в том числе - 200 мг/л НСО 3). Если мы используем анализ для оценки питьевой воды, то в расчет включаются все 400 мг/л (нам все равно, откуда взялись отдельные компоненты, находящиеся в воде, важно, что они там есть). Но если по этому анализу рассчитывать интенсивность карстового процесса, то в расчет следует включать сумму ионов минус половина содержания иона НСО 3 (400-100 = 300 мг/л). Такие ошибки в расчетах имеются в работах многих карстологов мира, в том числе имеющих высокие научные степени и звания.

Затем необходимо оценить, какой перепад парциальных давлений СО 2 имеется в системе. В 40-50 гг. считалось, что карстовый процесс идет только за счет СО 2 , поступающего из атмосферы. Но в воздухе земного шара его всего 0,03-0,04 объемных % (давление 0,0003-0,0004 мм рт. ст.), и колебания этой величины по широте и по высоте над уровнем моря незначительны. А между тем давно подмечено, что более богаты натеками пещеры умеренных широт и субтропиков, а в пещерах высоких широт и больших высот их совсем мало... Изучение состава почвенного воздуха, выполненное группой венгерского спелеолога Ласло Якуча, показало, что содержание СО 2 в нем 1-5 объемных %, то есть на 1,5-2 порядка больше, чем в атмосфере. Немедленно возникла гипотеза: сталактиты образуются при перепаде парциального давления СО 2 в трещинах (такое же, как в почвенном воздухе) и воздухе пещер, имеющего атмосферное содержание СО 2 . Последнюю коррективу внесло непосредственное определение СО 2 в воздухе пещер. Окончательный "диагноз" гласит: сталактиты образуются в основном не при испарении влаги, а при наличии градиента парциального давления СО 2 от 1-5% (почвенный воздух и вода в трещинах) до 0,1-0,5% (воздух в пещерах).

Пока питающий канал сталактита открыт, по нему регулярно поступают капли. Срываясь с его кончика, они образуют на полу одиночный сталагмит. Происходит это довольно медленно (десятки - сотни лет), и поэтому такие тянущиеся другу к другу формы во многих оборудованных пещерах мира получили образное название "вечных любовников". Когда питающий канал зарастет, будет забит глиной или песчинками, одного из любовников ожидает "инфаркт" - повышение гидростатического давления в канале. Его стенка прорывается, и сталактит продолжает расти уже за счет стекания пленки растворов по его внешней стороне (рис. 64). Если вода высачивается вдоль плоскостей напластования и наклонных трещин в своде - возникают ряды сталактитов, бахрома и занавеси самых причудливых форм и размеров.

В зависимости от постоянства водопритока и высоты зала под капельниками образуются одиночные сталагмиты-палки высотой 1-2 м и диаметром 3-4 см; "расплющенные", похожие на пни спиленных деревьев, или конусовидные, напоминающие башни или пагоды формы. Это самые крупные натечные образования пещер, имеющие размеры в несколько десятков метров. Самым высоким сталагмитом в мире сейчас считается 63-метровый гигант в пещере Лас Вильяс (Куба), а в Европе - 35,6-метровый, в пещере Бузго в Словакии. При срастании сталактитов и сталагмитов образуются сталагнаты, постепенно превращающиеся в колонны. Отдельные из них достигают 30-40 м (высота) и 10-12 м (диаметр). При стекании в виде пленок и плоских потоков образуются каскадные натеки самых разных форм и размеров.

Кроме перечисленных широко распространенных форм в субаэральных условиях (то есть в воздушной среде) образуются всевозможные причудливые образования, напоминающие цветы (антодиты), пузыри (блистеры, баллоны), кораллы (кораллоиды, попкорн, ботриоиды), спирали (геликтиты) и пр. Наибольшее удивление и у обычных посетителей, и у специалистов вызывают геликтиты. Самые крупные из них, длиной 2 м, описаны в Джаул-Кейв (ЮАР). В Новой Зеландии описан спиральный гипсовый геликтит "Пружина" длиной 80 см (Флуур-Кейв). Огромные гипсовые "лапы" длиной 5-7 м описаны в пещерах Кап-Кутан (Туркмения) и Лечугия (США). Механизм образования подобных форм до конца не разгадан, их изучением занимаются минералоги многих стран. В последние годы зародилась новая, аэрозольная гипотеза образования некоторых субаэральных форм. Так перебрасывается мостик между изучением конденсации и ионизации воздуха и проблемами спелеогенеза.

Не менее разнообразны субаквальные формы. На поверхности подземных озер образуется тонкая минеральная пленка, которая может прикрепиться к стене ванночки или к сталактиту, достигшему уровня воды, превратившись в тонкую пластинку. Если уровень воды в ванночке колеблется, то образуется несколько уровней нарастания, напоминающих кружевные оторочки. В слабо проточных ванночках и руслах подземных рек образуются натечные плотины-гуры, имеющие высоту от нескольких сантиметров до 15 м (Лос Бриджос, Бразилия). На дне ванночек или в микроуглублениях в теле натека часто образуются пещерные жемчужины, как и настоящий жемчуг, состоящие из десятков концентров нарастания. Особняком стоит удивительное образование - "лунное молоко". В разных условиях оно может быть полужидким, сметаноподобным, плотным, как творог, сыпучим, как мука. При высыхании лунное молоко превращается в тонкую белую пыль, и спелеолог, вылезающий из узкой вертикальной трубы-камина, похож на "антитрубочиста". Лунное молоко имеет около сотни синонимов, его образование "объясняют" более 30 гипотез. Единой теории пока нет, как нет, вероятно, и одной формы "лунного молока" - оно полигенетично...

Как указывали известный русский минералог Д. П. Григорьев (Санкт-Петербург) и один из лучших диагностов пещерных минералов мира - В. И. Степанов (Москва), многообразие форм пещерных отложений объясняется особенностями их онтогенеза: зарождения, избирательного роста и вторичных изменений. В этом направлении пещеры открывают широчайшие возможности кристаллографу и минералогу, лишь бы сохранить натечное убранство до их прихода... К сожалению, исследования тонкостей минералогии и геохимии пещер - пока удел любителей. Эти трудоемкие работы не находят заказчика - натечные отложения пещер, определяя их внешнюю красоту, в основном не имеют значения в практике.

С 70-х гг. XX в. положение начало потихоньку меняться: через внешнюю экзотику форм все ощутимее стали просвечивать внутренние закономерности, имеющие не только минералогический интерес. Приведем лишь несколько примеров. В 1970 г. Г. А. Максимович, обобщив разрозненные данные из многих пещер мира, доказал, что карбонатные натеки разной морфологии и размеров образуются при разной интенсивности водопритока. Так, покровные натеки и плотины образуются при расходе воды 1-0,01 л/с; конусовидные сталактиты от 0,0005 до 0,00001 л/с; эксцентричные формы - менее 0,000001 л/с. Блестящее предвидение русских минералогов Н. П. Чирвинского и А. Е. Ферсмана о значении ориентированного роста минералов сейчас развернуто в стройную концепцию естественных отвесов и уровней. В 80-е гг. она была блестяще использована для реконструкции новейших тектонических движений в карстовых районах Италии и Франции в связи со строительством атомных станций. Годичные циклы сталактитов и сталагмитов, хорошо видимые на рис. 64, оказались лишь частным случаем проявления космических ритмов.

В талантливой книге геолога и спелеолога Владимира Мальцева "Пещера мечты. Пещера судьбы", изд-во "Астрель", 1997 - минералогии одной из красивейших пещер мира - Кап-Кутан в Туркменистане - посвящена целая глава. Парадоксальное название ("Наука дилетантов") не помешало автору популярно, но в то же время - вполне профессионально рассказать о современных представлениях о формировании многих минеральных образований пещер - от простейшего сталактита до таинственного эксцентрика.

Очень интересен и химический состав водных хемогенных отложений. А. Е. Ферсман еще в начале XX в. писал, что традиционные представления о кальците как основном минерале пещер верны лишь отчасти. В 80-е гг. в фундаментальной сводке обаятельного американского минералога Карол Хилл и темпераментного итальянского спелеолога Паоло Форти /36/ приведены данные о 186 минералах пещер мира. На первом месте по количеству минеральных видов (числитель) стоят рудные минералы. По числу форм, в которых они кристаллизуются (знаменатель),- карбонаты. Всего под землей встречены минералы 10 классов: рудные - 59/7; фосфаты - 34/4; минералы разных классов - 28/6; оксиды - 12/19; силикаты - 11/14; карбонаты - 10/27; сульфаты - 10/16; нитраты - 6/4; хлориды - 4/9; гидрооксиды - 4/3. Подтвердилось и предвидение А. Е. Ферсмана о формировании минералов пещер в разных геохимических обстановках. Очевидно, не все они выявлены и охарактеризованы. В частности, только начинается изучение минералогии термальных пещер (рис. 65).

Ледяное царство

Водные хемогенные отложения - порождение жидкой и парообразной воды. Вода в виде снега и льда характерна для пещер, где постоянно или сезонно наблюдается отрицательная температура воздуха.

Скопления снега образуются только в подземных полостях с большими входами. Снег залетает в пещеру или накапливается на уступах шахт, срываясь вниз небольшими лавинами. Известны случаи формирования подземных снежных конусов объемом десятки-сотни кубометров на глубине 100- 150 м под входным отверстием (Крым, Бездонная, рис. 19). Одно из самых больших скоплений снега описано в шахте Снежная (Грузия). Первоначально снег поступает во входную воронку глубиной 40 м и площадью по верхнему краю 2000 м 2 . Отсюда он поступает в 130-метровую шахту шириной от 2 до 12м (область транзита). Через отверстие в ее дне он попадает на глубину 200 м, в Большой зал, где образует конус площадью около 5 тыс. м 2 и объемом более 50 тыс. м 3 . В разные годы его конфигурация меняется, так как в снегу образуются снежно-ледовые пробки или округлые проталины - каналы дождевого стока, меняющие пути поступления снега с поверхности.

Лед в пещерах имеет различный генезис. Чаще всего происходит уплотнение снега, который сперва превращается в фирн, а затем - в глетчерный лед; реже этот лед даже начинает двигаться, образуя подземный ледник (Аржантьер, Франция); наконец, совсем редко отмечается сохранение в пещерах льда, образованного в условиях многолетней мерзлоты (Сюрприз, Россия), или затекание наземных ледников (Кастельгард, Канада). Второй путь образования пещерного льда - попадание в холодные (статические) пещеры талой снеговой воды (Бузлук, Украина). Третий путь - охлаждение воздуха в ветровых (динамических) пещерах (Айсризенвельт, Австрия), и четвертый - образование сублимационных кристаллов атмогенного происхождения на охлажденной поверхности горной породы или на льду. Интересно, что льды разного генезиса имеют различную минерализацию: самый "пресный" (всего 30-60 мг/л) - сублимационный и глетчерный лед, самый "соленый" - лед из гипсовых и соляных пещер (2 и более г/л). Особый случай - ледяные пещеры, образованные непосредственно во льду горных или покровных ледников. Их ледовые вторичные образования связаны с таянием и замерзанием вмещающего льда (Аймфьёмет, Норвегия и пр.)

Пещеры со льдом чаще всего встречаются в горах, на высоте от 900 до 2000 м. Одна из наиболее известных - Айсризенвельт в Австрии. Вход в нее находится на высоте 1656 м, лед покрывает дно входной галереи на расстоянии до 1 км, в разные годы занимая площадь 20-30 тыс. м 2 . Одна из самых больших пещер-ледников - Добшинская (Словакия). На площади 12 тыс. м 2 здесь накопилось более 145 тыс. м 3 льда, образующего мощные каскады (возраст льда их нижних слоев до 7 тыс. лет) и ледяные натеки (возраст 1-2 года). В России наиболее известна Кунгурская ледяная пещера. Скопления льда образуются в ней в зимний период и только в привходовой части. Объем образующегося льда зависит от погодных условий холодного периода и от посещаемости пещеры.

Являясь простейшим минеральным соединением из группы оксидов, лед образует все формы, свойственные обычным натекам. Чаще других встречаются "замерзшие водопады" - каскады высотой до 100 м (Айсризенвельт), сталактиты, сталагмиты, колонны высотой 10-12 м, различные драпировки; реже - ледяные геликтиты длиной до 10 см и прозрачные гексагональные кристаллы, образующие агрегаты до 60 см в диаметре. Бывает, замерзают и подземные озера, гладкий поверхностный лед которых иногда покрывается снизу сложными подводными формами нарастания (пещеры Пинего-Кулойского района и Сибири).

9.6. За удобрениями - под землю

В пещерах часто скапливаются различные органогенные отложения: гуано, костяная брекчия, фосфориты, селитра, которые являются великолепным удобрением.

Наиболее широко распространены отложения гуано - помета летучих мышей или птиц. В средних широтах оно редко образует промышленные скопления. Обычно это тонкие прослои или конусовидные кучи высотой 1-2 м и диаметром 2-5 м, образующиеся под местами прикрепления небольших (десятки - сотни особей) колоний летучих мышей. В более низких широтах всех континентов летучие мыши образуют огромные колонии, достигающие 10-25 миллионов особей (Бракенская, Новая, США). В таких пещерах, а также - в полостях, где гнездятся птицы, скопления гуано достигают 40 м по мощности (Киркуло, Куба), а запасы - 100 тысяч тонн (Карлсбадская, Мамонтова, США). В ряде пещер Северной и Южной Америки запасы гуано выработаны полностью; на Кубе оно до сих пор считается "черным золотом". В пещере Киркуло ежегодно добывается до 1000 тонн гуано, а запасы его оцениваются в 80 тыс. тонн. Расходы по промышленной добыче гуано составляют всего 15% от его продажной цены. В Таиланде доход от эксплуатации нескольких "гуановых" пещер достигает 50 тыс. долларов. На эти деньги существует несколько буддийских храмов и общинных училищ.

Гуано - ценнейшее удобрение. В нем содержится от 12 до 30% соединений фосфора, азота, калия. Удобрения из гуано - концентрат. Чтобы пользоваться им, не повредив корневую систему растений, надо "разбавлять" его черноземом в соотношении 1:5, 1:10. Пещерные месторождения гуано эксплуатируются также в Венесуэле, Малайзии, Кении. Местные жители используют его в подсобном хозяйстве во многих карстовых районах мира (Франция, Испания, Италия, Словения, Греция, Узбекистан, Вьетнам, Австралия и пр.). В последние десятилетия в связи с "шампиньонным бумом" во Франции гуано используют при выращивании грибов.

В пещерах, где имеется гуано, входящие в его состав фосфор и сера дают начало растворам кислот, которые взаимодействуют с коренными породами и натеками. В результате возникают коррозионные формы - "гуановые" горшки, купола, ниши, а также - целый спектр (более 50!) еще слабо изученных фосфатных минералов. В пещерах, где формирование гуано продолжается и в настоящее время, очень богат и специфичен животный мир, многие представители которого являются носителями заболеваний. В 60-80 гг. при исследовании пещер низких широт тяжело заболели многие европейские спелеологи, очень восприимчивые к "тропическим" вирусам. Сейчас у пещер с гуано ставят предупреждающий знак: "Опасно: гистоплазмоз".

Несколько реже фосфорсодержащие отложения образуются в пещерах, богатых костными останками позвоночных. В Европе особенно хорошо изучены костеносные пещеры Драхенхеле и Михнитц (Австрия) и Куерси (Франция). Фосфорсодержащие отложения представляют собой рыхлые песчано-глинистые и землистые красно-бурые породы, богатые окисью фосфора (22-25%), кремнезема (22-27%), алюминия и железа (2-5%). Костяные брекчии часто цементируются карбонатными натеками. В ряде пещер Бельгии, Франции, Китая брекчии, содержащие костные останки позвоночных, полностью выработаны для нужд промышленности.

Скопления биогенной селитры (NaNO 3) изредка встречаются в пещерах, которые служили убежищем для диких животных или загонами для скота. Во многих пещерах штатов Кентукки (Мамонтова), Ю. Виргиния (Синнет), Индиана (Вайандот), Джорджия (Кингстон) в США, предгорного Крыма и Кавказа в XIX в. селитра добывалась для производства пороха. В частности, небольшой пороховой завод на "пещерном сырье" работал в Севастополе во время англо-франко-русской войны 1854-1855 гг. Интересно, что наличие розеток селитры на стенах является свидетельством сравнительно низкой (всего 70-80%) влажности воздуха пещер.

Строго говоря, к органогенным относятся и антропогенные отложения, связанные с пребыванием под землей человека. Они имеют ряд особенностей, и поэтому мы рассмотрим их ниже.

Отложения горячих растворов

В разделе "Тайны подземных сфер" мы рассказали о том, как были открыты гидротермальные пещеры. В них обнаружен ряд обычных и специфических минералов, общее количество которых быстро увеличивается и к концу 90-х гг. превысило 30. В ряде случаев температура образования гидротермальных минералов подтверждена методом гомогенизации включений. Иногда находки тех или иных минералов являются "сигналом" о возможности образования пещеры горячими растворами. В их числе находятся ангидрит (Дианы, Румыния), анкерит (полости, вскрытые угольными шахтами Донбасса, Украина), арагонит (Збрашовская, Чехия, ряд пещер Средней Азии), барит (Баритовая, Киргизия), гематит (Винд, США), кварц, киноварь, рутил (Магиан, Таджикистан) и пр. К гидротермальным образованиям А. Е. Ферсман относил и некоторые разности зональных отложений кальцита - мраморные ониксы, в погоне за которыми уничтожено натечное убранство многих красивейших пещер...

Гидротермальные образования имеют не только специфический состав, но и формы выделения. Среди них часты хорошо ограненные кристаллы, одиночные или нарастающие друг на друга кристаллы (исландский шпат из пещер Крыма). И. Кунски описал "гейзермиты", растущие при поступлении гидротермальных растворов снизу. А по одной из гипотез, с гидротермальными растворами связано образование пересекающихся перегородок - боксворк - на стенах пещеры Винд (США).

Изучение гидротермальных минералов связывает спелеологию с учением о месторождениях полезных ископаемых. Известны карстовые месторождения свинца и цинка, сурьмы и ртути, урана и золота, бария и целестина, исландского шпата и бокситов, никеля и марганца, железа и серы, малахита и алмазов /17/. Это специальная, очень сложная тема, требующая особого рассмотрения.

9.8. Краски подземного мира

Первую попытку связать между собой природу минералов с их цветом предпринял А. Е. Ферсман. Работая в основном в пещерах карбонатного карста, он обратил внимание на их светлую цветовую гамму - от белого льда пещер Крыма до желтых и кирпично-красных натеков Тюя-Муюна.

Спустя 60 лет после работ Александра Евгеньевича мы знаем много больше о цвете минералов пещер. Он зависит от наличия ионов металлов, степени окисленности и гидратированности их соединений, наличия механических примесей и органического материала /36/. Железо и его окислы определяют красную, оранжевую и желтую, буро-коричневую и палевую окраску минералов; марганец - синюю; медь - зеленую, синюю (сине-зеленую), серо-желтую; никель - бледно-зеленую и лимонно-желтую; примесь глины - красную, оранжево-коричневую и желто-коричневую; органические вещества, гуано летучих мышей, гуминовые фульвокислоты - красную, оранжевую, желтую, синюю, красно-коричневую, коричневую, янтарную окраску. Ахроматические тона (белый, светло-серый, серый) имеют лед и ряд минералов, содержащих примесь марганца.

Все эти цвета по-разному распределяются на поверхности натеков, образуя четкие слои или намечая причудливые контуры, не подчиняющиеся силе тяжести. Большую роль в восприятии цвета имеет "фактура" поверхности. Совершенно по-разному смотрятся коренные породы на свежем изломе или покрытые тонкой железисто-марганцевой корочкой, сухие и смоченные водой.

Особую прелесть придает натекам умелая полировка, вскрывающая их внутреннее строение (рис. 64). Наконец, немалую роль играет сила света и характер освещения. Одно - осматривать пещеру при свете стеариновой свечи; другое - при факелах; третье - при электрическом освещении. В этом отношении пещеры изменчивы, как Протей...

Меняет цвет и лед. Покрывая тонким слоем стены колодцев, он почти бесцветен, и через него "проступает" цвет камня или натека. Чем толще слой льда, тем менее он прозрачен и постепенно приобретает собственный, голубовато-белый или белый оттенок.

В Силицкой пещере (Словакия) известны ледяные натеки красного цвета (за счет примеси глинистых частиц). Если вода замерзает медленно, то лед более прозрачный; если быстро - то зажатые пузырьки воздуха определяют молочный оттенок льда...

Цвет стен и натеков в значительной мере определяет ощущения человека. Часто окраска предупреждает: "осторожно! здесь произошел свежий обвал"; "здесь - зона затопления в паводок"; "здесь - падают камни"...

Резкие изменения цветовой гаммы пещер настораживают, создают приподнятое или, напротив, гнетущее настроение. Недаром в некоторых из них (Аптелек, Венгрия) дают концерты цветомузыки.

Выше мы уже говорили о флюоресценции натеков. Цвет их свечения обычно оранжево-красный, бледно-зеленый, желто-зеленый, голубовато-зеленый, бледно-голубой, фиолетово-синий, фиолетовый. Связан он с наличием микропримесей меди, цинка, стронция, марганца. Наличие ионов железа, напротив, "тушит" свечение. Отчего же оно происходит? Энергия излучается и поглощается порциями - квантами. Когда атом вещества поглощает квант света, его электрон "перескакивает" на более высокий энергетический уровень - орбиту, более далекую от ядра. Но такое возбужденное состояние неустойчиво: электроны стремятся занять положение, где их энергия будет наименьшей. Поэтому рано или поздно этот атом возвращается в нормальное состояние, "срываясь" на прежний уровень и возвращая разницу энергий в виде кванта света. Время, которое электрон проводит в возбужденном состоянии, и есть длительность послесвечения. В пещерах она аномально велика и достигает 2-6 секунд (обычно около 0,015 секунды...). Причина этого явления еще не выяснена, но это не мешает нам любоваться натеками, сперва как бы наливающимися изнутри прохладным цветным огнем, который обрисовывает их причудливые очертания и медленно меркнет...

Одно из первых систематических описаний отложений пещер России приведено А.А. Крубером в его знаменитой монографии «Карстовая область Горного Крыма» (Крубер, 1915), где в соответствии с классификацией Э.А. Мартеля различаются: натечные образования; туф у выходов подземных вод; продукты разрушения и осыпания стенок; продукты провалов и обрушения сводов; пещерная глина - нерастворимый остаток карстующихся пород; занесенные с поверхности обломочные отложения; а также отложения животного и растительного происхождения; снег и лед.

Отложения карстовых полостей чаще всего имеют антропогеновый возраст. Но в классификационных построениях четвертичных отложений они практически не учитываются (Кизевальтер, 1985; Кожевников, 1985; Шанцер, 1966). В настоящее время не существует всеохватывающей классификации пещерных отложений. В отечественной литературе общепринята классификация Д.С. Соколова – Г.А. Максимовича, включающая восемь типов пещерных отложений (Максимович, 1963). Созданная в начале 60-х годов прошлого века, она в последующем, претерпев некоторые изменения, продолжает использоваться и поныне. Мы также возьмем за основу данную классификацию, широко известную спелеологам, с добавлением имеющихся данных современных исследований.

1. Остаточные отложения
Под остаточными принято понимать отложения, сформированные за счет нерастворимого остатка пород, вмещающих полости. Массивные хорошо карстующиеся известняки, в которых заложены многие карстовые пещеры, содержат 1-5% нерастворимого остатка. Расчеты показывают, что при растворении 1 м 3 известняков образуется около 140 кг (0,05 м 3) глинистого материала (Дублянский, 1977; Шутов, 1971). Для гипсовых пород района Кунгурской пещеры при содержании 1,6-2,3% нерастворимого остатка этот показатель равен 70 кг на м 3 сульфатной породы. Выделить чистый генетический тип остаточных отложений обычно довольно сложно. К ним относятся буро-красные пластичные глины, тонким слоем покрывающие внутреннюю поверхность некоторых куполов и закарстованных трещин. Немногочисленные спектральные анализы свидетельствуют о наличии в них Вe, Ba, Ti, V, Mn, Cr, Ni, Co, Pb, Sn, Ga, La в количествах, не превышающих содержания этих элементов во вмещающих породах (Дублянский, Полканов, 1974; Степанов, 1999).

К остаточным отложениям, вероятно, можно отнести тонкоотмученные глины, выполняющие прихотливо изогнутые углубления на сводах и стенах пещер. Это «глинистые вермикуляции», представляющие собой результат комбинированного воздействия на горную породу агрессивных конденсационных вод и бактериальной микрофлоры, способной усваивать углерод вмещающих известняков (Hill, Forti,1997).

Остаточные отложения могут покрывать стены полостей, полностью заполненные водой. При работе с аквалангом остаточные отложения легко взмучиваются, что затрудняет подводные спелеологические исследования.

2. Обвальные отложения
Обвальные отложения – широко распространенный, но мало изученный тип пещерных отложений. В.Н. Дублянский (Дублянский, 1977; Дублянский, Дублянская, 2004) выделил четыре генетических подтипа обвальных отложений: термо-гравитационный, обвально-гравитационный, провально-гравитационный, сейсмо-гравитационный.

Термо-гравитационные отложения формируются в привходовой части полостей и являются результатом физического выветривания в зоне резких суточных колебаний температуры воздуха. Представлены щебенкой и дресвой известняка, образуют сезонные прослои в рыхлых накоплениях. Обычно они распространены только в привходовых частях пещер. Мощность термо-гравитационных отложений может достигать нескольких метров (Воронцовская, Ахштырская, Партизанская, Ацинская и др., Западный Кавказ) наиболее глубоко залегающие слои отличаются более сильным выветриванием, местами обломки разрушаются до глиноземистого материала. Если они имеют красноватый цвет за счет обогащения окислами железа и марганца, то их образование происходило в условиях влажного и жаркого климата. Залегающие выше слои, как правило, представлены десквамационным щебнем с гумусированными суглинками темно-бурого цвета – наличие таких отложений говорит о более мягких климатических условиях способствующих процессам почвообразования умеренного климата. Верхние слои представлены мелкой щебенкой и легким серым суглинком, что свидетельствует о замедлении процесса выветривания в эпоху голоцена. Таким образом, положение и размеры обломков, характер их поверхностей и граней, цвет, наличие вторичных окислов металлов позволяют реконструировать палеоклиматические условия формирования карстовых полостей (Ниязов, 1983).

Обвально-гравитационные отложения представлены исключите­льно автохтонным материалом. Они формируются на всем протяжении пещер в результате разрушения подземных ходов, образуя коллювиальные скоплений преимущественно у их стенок. Наиболее крупные по размерам обломков глыбовые накопления характерны для участков полостей, заложенных в зонах тектонических нарушений. Размер обломочного материала зависит от слоистости горных пород, их трещиноватости и высоты подземных залов и галерей. Иногда обвально-гравитационные отложения формируются в виде крупных коллювиальных конусов в основании карстовых шахт. Эти отложения практически не сортированы, часто уплотнены. На них могут формироваться вторичные натечные образования. Выветриванию внутренних поверхностей раскрытых полостей способствует широкое развитие в пристеночной зоне алтерита - породы, измененной в результате метасоматических реакций при взаимодействии поровых и каналовых флюидов (Климчук, Тимохина, 2011).

Провально-гравитационные отложения образуются при прова­лах сводов пещер или их отдельных этажей. Крупные провально-гравитационные отложения известны во всех горно-складчатых регионах страны. Наиболее значительные по размерам глыбовые накопления наблюдаются на участках, близких к сместителям тектонических нарушений. В Мраморной пещере (Крым) в зале Перестройки наиболее крупные обвальные блоки известняка достигают размеров 20х6х3 м и имеют вес до 1000 т. В пещере Снежная (Зап. Кавказ) мощность провально-гравитационных отложений достигает 100 (конечный зал) и даже 140 м (завал в верхнем течении подземной реки) вес отдельных глыб достигает 2,5 тыс. т. Крупные провально-гравитационные тела имеют сейсмогенную природу (Дублянский, 1977; Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002). Для провально-гравитационных отложений также характерна локализованность, плохая сортировка обломочного материала, состоящего из крупных разноразмерных глыб, дресвы и мелкозема. Мощность провально-гравитационных отложений может достигать сотни метров и объема в тысячи м 3 .

Сейсмо-гравитационные отложения представлены рухнувшими междуэтажными перекрытиями обвальных залов, а также поваленными натечными колоннами и сталагмитами, выведенными из вертикального по­ложения. Подобные образования часто встречаются в сейсмоактивных областях России.

Г.А. Максимович еще в 1943 г. выделил в группе денудационных процессов карстовые сейсмы, имеющие небольшую глубину гипоцентра (30-100 м) и силу (не более 6-7 баллов в эпицентре). Сейсмографы обычно регистрируют их как отрицательные вступления.

Упоминаний о карстовых сейсмах в литературе довольно много. Геологи А.А. Иностранцев, П.Н. Барбот-де-Марни, Ф.Ю. Левинсон-Лессинг считали все слабые крымские землетрясения провальными. Расчеты показывают, что провалы перекрытий залов в Красной пещере могут вызвать в наиболее близких населенных пунктах (Симферополь – 22 км, Алушта – 26 км) землетрясения с магнитудой 2,5-2,7 единиц (3,7-3,9 балла). По выделившейся энергии (n·10 12 -10 17 эрг) самые крупные провалы на 3 порядка меньше, чем ялтинское землетрясение 1927 г. Подобные отложения описаны и для кавказких пещер (Вахрушев, Дублянский, Амеличев, 2001).

Очень интересную информацию о силе и направлении сейсмических толчков дают поваленные натечные колонны крупных залов и галерей полостей. Максимальный вес таких колонн достигает 150 т, длина 8-10 м, диаметр до 6 м. Азимуты лежащих колонн в пещерах указывают на эпицентральные зоны, сейсмические события которых, привели к их опрокидыванию. Растущие на них сталагмиты новой генерации позволяют определять возраст связанного с их разрушением землетрясения.

3. Водные механические отложения
Водные механические отложения пещер состоят из аллювиально-пролювиальных отложений временных и постоянных русловых подземных водотоков, осадков внерусловых озер и обломочных отложений, привнесенных с поверхности через трещины, колодцы, шахты- и пещеры-поноры. Эти отложения содержат большую и разностороннюю информацию о гидрогеологии и палеогеографии полостей, для получения которой необходимо использовать специальные методики гранулометрического и минералогического анализов (Ниязов, 1983). Материалы, касающиеся водных механических отложений пещер, имеются практически в каждой публикации, посвященной карстогенным и некарстовым полостям. Рассмотрим отдельно их гранулометрический состав, минералогические особенности и значение как индикатора палеоскоростей и палеорасходов подземных потоков. Приведенные ниже материалы были получены при исследовании пещер Кавказа и Крыма. Подобную методику можно использовать и в других регионах страны.

Гранулометрический состав. Водные механические отложения концентрированных потоков четко подразделяются на три группы: русловые (I), сифонно-русловые (II) и сифонные (III). Отдельные пробы внутри этих групп имеют индивидуальные отличия, но в целом их статистические характеристики довольно устойчивы (рис. 1).

Русловые отложения характеризуются хорошей сортированностью (1,91), так как формировались в постоянно существующем водном потоке. Для них характерен наиболее грубый состав (50-90% песчано-гравийной фракции). 3-18% составляет галька, чего никогда не наблюдается в отложениях других групп. Четкие закономерности распределения русловых отложений по крупности и степени сортированности вниз по потоку установить удается редко. Типовая кумулятивная кривая имеет выпуклую форму.

Сифонно-русловые отложения сформировались за счет перемешивания русловых и сифонных отложений во время паводков. Они характеризуются средней (2,20) сортированностью. Средний диаметр частиц колеблется в пределах от 8 до 1,7 мм. Частицы размером свыше 1 мм составляют 12-70%, что можно объяснить неоднократностью переноса в разных гидрологических условиях. 50% отложений представлено грубо-песчанистыми частицами 1-2 мм.

Рис. 1. Поля русловых (I), сифонно-русловых (II), сифонных (III) отложений и типовые куммулятивные кривые (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002)

Сифонные отложения характеризуются наилучшей сортированностью (1,42). Это объясняется тем, что каждый сифонный канал обладает своей пропускной способностью, которая определяет скорость потока и размеры выносимых им частиц. У выхода сифонного канала происходит сепарация материала определенной крупности. В среднем 90-95% приходится на частицы песчаной размерности. Частиц диаметром более 1 мм в этой группе всего 10-12%.

Приведенные данные представляют значительный палеогеографический интерес, так как по гранулометрическому составу песчано-галечниковых отложений можно определить условия их формирования. Для этого можно использовать метод Хьюлстрема-Буркхардта (Ниязов, 1983), который позволяет по данным о гранулометрическом составе водных механических отложений определить палеогидрологические условия (скорость и расход) сформировавших их водных потоков. Данный метод использовался для установления гидрологических характеристик водных потоков пещер, где показал свою хорошую информативность. Так в пещере Географическая (Западный Кавказ) палеоскорость составила 1-2 м/с, а палеорасходы от 3 до 10 м 3/ с

Большой интерес представляет изучение особенностей распределения водных механических отложений по вертикали. Для этого необходимо заложить шурф, который должен вскрыть весь разрез. В разрезе шурфа будут видны чередующиеся прослои песка, глины и гравия. Разрез необходимо несколько генерализируют – отбор проб производится из десятисантиметровых прослоев, иногда включающих несколько слойков песка или глины.

На рисунке 2 хорошо прослеживается увеличение крупности материала с глубиной. Если в слоях, лежащих на коренных породах, обнаружены археологические артефакты, то появляется возможность определить скорость и время формирования этих отложений. Кумулятивные кривые (рис. 2) вскрытых отложений относятся ко II и III группам – т.е. это отложения, сформированные в сифонной ловушке и смешанные с периодически поступавшими русловыми отложениями. Анализ подобного разреза выявляет пики, во время которых резко возрастало поступление в сифонную ловушку руслового аллювия. Скорость потока менялась при этом от 0,00-0,25 м/с (садка глинистых частиц) до 1,0-1,5 м/с (отложение гальки и гравия).

Минералогический состав водно-механических отложений . Для этих целей проводится шлиховой анализ проб, отбираемых в различных точках пещер. Условия их отбора различны. При малом объеме естественной ловушки (ванночка, скальный или натечный порог, заполнитель меандровой ниши и пр.) производится ее полная зачистка до плотика. При большой мощности или площадном распространении водных механических отложений проба отбирается как средняя по разрезу или по площади методом квартования. Три пробы – это крупные (10-12 кг) технологические пробы, характеризующие минералогический состав отдельных участков пещеры.

Пробы отмываются до серого шлиха (при этом потеря тяжелых минералов составляет около 15%). Серый шлих обрабатывается бромоформом. Легкая и тяжелая фракции подвергается электромагнитной сепарации. Гранулометрический состав пробы определяется рассевом средней 100-граммовой навески, отобранной из исходной пробы. Минералогический анализ производится общепринятым способом. Количественное определение минералов выполняется под бинокуляром с подсчетом сперва по магнитной и немагнитной фракциям, а затем – по отношению к весу всех тяжелых минералов образца. В каждой фракции подсчитывается порядка 300 зерен. Сокращение пробы производится методом дорожки. Результаты анализа выражаются в весовых процентах с учетом удельных весов минералов.

Рис. 2. Разрез шурфа(А) и кумулятивные кривые вскрытых им слоев (Б) (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002)

Минеральный состав водных механических отложений карстовых полостей, близок к минеральному составу нерастворимого остатка вмещающих пород (Дублянский, Полканов, 1974). Легкая фракция представлена в основном кварцем и кварцево-слюдистыми агрегатами, гидроокислами железа, обуглившимися растительными остатками. Здесь присутствуют также обломки натеков раковин и мелких костей грызунов. В тяжелой фракции вмещающих известняков встречаются: киноварь, пирит, марказит, флюорит, лейкоксен, ильменит, шпинель, рутил, брукит, анатаз, хромит, магнетит, гидроокислы железа, циркон, дистен, силлиманит, турмалин, пироксен, слюда, хлорит, роговая обманка, гранат, ставролит, муассанит, барит, апатит, ставролит, глауконит, корунд, эпидот, золото, галенит, сфалерит, карбонатапатит и другие (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002).

Причины минерального богатства водных механических отложений пещер различны. Основная – это то, что они представляют собой естественный обогащенный шлих (выход тяжелой фракции для известняков обычно много меньше 1%, а для заполнителя пещеры – достигает 5%). Поэтому появление в его составе минералов, пока не обнаруженных во вмещающих породах, связано с неполнотой наших представлений об акцессорной минерализации последних. В карстовых областях, где верховья постоянных и временных водотоков находятся в пределах некарстующихся пород шахты и поноры располагающиеся на их контакте с известняками, буквально перегружены аллювиально-пролювиальными отложениями. По мере продвижения вниз по потоку окатанность и степень сортированности материала в пещерах повышается. Как правило, крупные валуны и галька не образуют сплошные скопления, а накапливаются в гидродинамических ловушках (эворзионные котлы, подземные озера или расширения ходов и др.). Иногда встречаются участки некогда полностью заполненные валунно-галечными материалами. После их вторичного промыва в стенках колодцев остаются кольматационные отложения. В обводненных пещерах России во время паводков перемещаемый обломочный материал может закупоривать узкие каналы, это вызывает изменения направления подземного стока, размыв водно-механических отложений в одних местах и осаждение в других. На отдельных участках таких пещер, где отложения прорезаются современными потоками, образуются современные подземные террасы, изучение которых можно проводить выше описанным методом. Пещеры, расположенные в долинах крупных рек, вход в которые находится (или находился) на уровне высокой поймы, могут затапливаться при паводках. В таких пещерах встречаются галька и валуны, занесенные в пещеру во время паводка из речного русла (Шакуранская, Западный Кавказ и др.).

В некоторых пещерах на полу могут встречаться плотные тяжелые темно-коричневые желваки с блестящей внешней коркой. Местами эти желваки сцементированы карбонатным материалом и образуют своеобразный микроконгломерат. Изучение образцов в отраженном свете показало, что они сложены гетитом и гидрогетитом.

4. Водные хемогенные отложения
Согласно Г.А. Максимовичу (Максимович, 1963) водные хемогенные отложения подразделяются на натечные (субтерральные), кальцитовые (субаквальные), кристаллы автохтонных минералов и коррелятные отложения на поверхности. Материалы монографии К. Хилл и П. Форти (Hill, Forti, 1997) значительно изменили представление о формировании хемогенных пещерных отложений: введено новое понятие «спелеотема» (вторичные минеральные образования, сформированные в пещерной среде в результате физико-химических реакций); количество описанных минералов увеличилось с 40 (1950-1995 гг.) до 240; по составу все минералы пещер объединили в 13 групп: самородные элементы, сульфиды, оксиды и гидроксиды, галоиды, арсенаты, бораты, карбонаты, нитриты, фосфаты, силикаты, сульфаты, ванадаты, минералы органического происхождения. Перечень гидротермальных и рудных минералов достиг более 30 наименований для первых и 60 для вторых. Приводятся отложения пещер, возникших в процессе вулканической деятельности - лавовые кораллиты и геликтиты; сталактиты и сталагмиты, образованные из глины и песка; рассмотрен ряд и других редких форм пещерного седиментогенеза. В отечественной литературе уже существуют разработки, учитывающие данную классификацию, особенно в разделе описания пещерного минералообразования (Турчинов, 1996). Учитывая всю сложность приведенной классификации, остановимся здесь на первой классификации, наиболее известной отечественным спелеологам.

Субтерральные отложения. К типу субтерральных образований (возникших в воздушной среде, выше контакта с водной поверхностью) относятся сталактиты, бахрома, занавеси, геликтиты, сталагмиты, сталагнаты, покровы, щиты, кораллиты, известковое (лунное) молоко и др.

Сталактиты широко распространены в карстовых пещерах. Изредка встречаются также в полостях другого генезиса, где имеют не только карбонатный состав, но и слагаются минеральными видами железисто-магнезиального, сульфидного, органогенного и др. состава. Встречаются сталактиты от тонких (2-4 мм) трубочек длиной 0,2-1,0 м до различных конических форм диаметром 50-60 см и длиной до 4-5 м. При закупорке центрального канала сталактиты приобретают овальное полукруглое сечение. Плотность сталактитов (количество на 1 м 2) на отдельных участках пещер достигают 20-30 штук. Часто они располагаются рядами, маркируя разрывные нарушения, имеющие достаточные водопритоки. Сталактиты растут от сводов полостей, подчиняясь вектору гравитационных сил. Основным факторов образования сталактитов и многих других карбонатных хемогенных натеков является «сброс» карбоната кальция на геохимическом барьере за счет разницы содержания СО 2 в растворе, поступающем к сталактиту, и в воздухе пещеры.

Сталагмиты образуются на полу пещер, уступов стен и пещерных отложениях. Они образуются в результате дегазации СО 2 при ударе капель воды о пол пещеры. Сталагмиты в карстогенных пещерах могут быть представлены всеми разновидностями, описанными в литературе: сталагмиты-палки диаметром 2-3 и высотой до 3 м; конические, цилиндрические и пагодообразные диаметром 5-80 см и высотой до 4-5 м; пальмовые диаметром до 20 см и высотой до 3 м; сталагмиты неправильной формы, достигающие 2-3 м в диаметре при высоте 4-6 м. Часто сталагмиты также трассируют крупные трещины в своде, откуда поступает вода, располагаясь по одной или нескольким прямым линиям.

Сталагнаты или колонны образуются при смыкании крупных сталактитов и сталагмитов, располагаясь в основании крупных водообильных трещин. Они могут достигать 12-18 м в высоту и диаметра до 5-6 м и веса 130-1100 т. Иногда разросшиеся сталагнаты могут разделять крупные пещерные галереи на ряд изолированных залов.

Натечная кора, покровы образуются при поступлении раствора из горизонтальной трещины или ниши в стене. Они часто образуют каскады натеков, достигающие высоты 20-30 м и ширины до 30 м по фронту. Поверхность таких покровов волнистая, гладкая иногда выветренная. При вымывании из-под коры водных механических отложений возникают «висячие коры», иногда располагающиеся друг от друга на значительном расстоянии. Для них часто характерна слоистость, корродированность и ожелезненность отдельных прослоев.

Бахрома и занавеси образуются при просачивании воды из длинной трещины или при стекании ее вдоль уступа.

Кальцитовые щиты, барабаны и флаги. Они сравнительно редки. Первые представлены круглыми пластинами диаметром до 1 м, иногда и более, несущие на внешней поверхности сталактиты. Вторые имеют вид флага, прикрепленного к стене полости. Их происхождение дискуссионно. Некоторые исследователи считают, что это остатки кальцитовых кор, повисшие в воздухе после вымывания глинистого субстрата. Более вероятно, что они возникли при концентрическом нарастании слоев при питании из капиллярной трещины (Степанов, 1999).

Геликтиты - это сложные по морфологии образования, формирующиеся на сводах, стенах и на разных субтерральных отложениях. В зоне их роста, как правило, движение воздуха отсутствует. Они растут в произвольном направлении, изгибаясь под любым углом, не подчиняясь гравитации. По всей видимости, кристаллизационные силы являются основными в их морфологии. Встречаются сравнительно редко.

Кораллиты образуются при кристаллизации из водных пленок различного (часто аэрозольного) происхождения. Они встречаются на вертикальных, наклонных и горизонтальных поверхностях коренных стен и натечных образований. В зонах ежегодного подтопления они могут «бронироваться» тонкой корочкой марганцевых минералов и имеют характерный коричневый цвет. Встречаются как на участках с интенсивным движением, так на участках с затрудненной циркуляцией воздуха.

Известковое (лунное) молоко – это творожистые (в переувлажненном состоянии) или мучнистые (в воздушно-сухом состоянии) образования, покрывающие стены и натеки. Встречаются редко. Являются особой формой пленочной кристаллизации. С поверхности оно состоит из аморфных кальцитовых зерен, пронизанных паутиной тонких (0,1-0,05 мкм) кальцинированных нитей, возможно, органического происхождения. Внутренняя часть аморфная. Консистенция, как правило, сметаноподобная. При высыхании превращается в мучнистое вещество.

Антолиты - каменные цветы. Растут основанием, вытягиваясь от материнской породы. Они образуются только хорошо растворимыми минералами (гипс, эпсомит, тенардит, селитра). Из каждой подводящей поры растет один свободный кристалл. Он может срастаться с другими кристаллами или сворачиваться сложной дугой.

Субаквальные отложения . Формируются ниже уровня воды или на контакте водной поверхности с воздухом.

В полостях, полностью заполненных водой, могут возникать одиночные кристаллы или их друзы. В гидротермокарстовых пещерах отлагаются минералы гидротермального ряда: сфалерит, кварц, кальцит, пирит, галенит, киноварь, флюорит, арагонит, барит, халькозин, минералы урано-ториевой группы, минералы редких и благородных металлов и др. В этих пещерах могут возникнуть рудные залежи. Для гидротермальных пещер, полностью затопленных водой, характерно нарастание кристаллов, часто шестоватых по форме, по всей поверхности стен. Для холодных пещер кристаллообразование приурочено к отдельным ее частям.

Чаще всего в спелеологической практике приходится иметь дело с полостями, частично заполненными водой. Субаквальные отложения представлены кальцитовыми пленками и заберегами, обрамлениями, гурами, пещерным жемчугом и др.

Кальцитовые пленки возникают на поверхности воды подземных озер. Они возникают в результате кристаллизации на поверхности подземных озер при газообмене с атмосферой пещеры. Образуют тончайшие пленочки, удерживающие на воде силой поверхностного натяжения. Встречаются как в карбонатных, так и в сульфатных пещерах. В слабопроточных озерах они могут образовывать так называемые «запечатанные гуры», полностью закрытые сверху кальцитовой коркой. Кальцитовые пленки состоящие из карбоната кальция (97%) и глинистых частиц (3%) могут образовываться на поверхности ледяных сталактитов, сталагмитов, пристенных ледяных потоков (пещера Дружба, Урал).

Кальцитовые обрамления (забереги) образуются при примыкании пленки к берегу или к сталактиту, сталагмиту. Широко распространены в крымских пещерах. Они образуются на бортах слабопроточных и непроточных озер вследствие снижения их уровня. На сталактитах, свисающих в озеро, и на сталагмитах, поднимающихся со дна, возникают кружевные оторочки всевозможной формы и размеров. В карстологии они считаются минеральными индикаторами уровня затопления пещер.

Кальцитовые плотины (гуры) широко распространены во многих карстовых областях России. Высота их плотин колеблется в широких пределах от 0,2 до 7,0 м, площадь озер за гурами составляет от 2 до 200 м 2 . Отложение кальцита происходит за счет изменения гидрохимического баланса потока у комплексного термогеохимического и гидрофизического барьера, возникающего при перетоке воды из ванночки вниз по плотине. Здесь образуется тонкий слой осажденного кальцита. Гуры, образовавшиеся при водопритоке 0,001-0,100 л/с, располагаются в одиночку или небольшими группами в основании крупных фильтрующих трещин, в зонах площадной инфильтрационной или конденсационной капели, в сужениях боковых притоков, недоступных для дальнейшего прохождения. Для них характерны значительные колебания высоты натечных плотин (0,5-5,0 м) и площади озер за ними (0,2-15,0 м 2), небольшая длина плотин (0,2-1,2 м), сильная выпуклость их стенок вниз по потоку. Стенки плотин сложены пористым карбонатным материалом (плотность 2,2-2,4 г/см 3) и обрамлены с внутренней стороны кальцитовыми оторочками. На дне их часты скопления костей летучих мышей и мелких грызунов, обломки сталактитов, кальцитовые пизолиты. Галька вмещающих пород, как правило, отсутствует. Кальцитовые плотины обычно сохраняются целыми, а озера переполняются водой только после дождей и снеготаяния. Подобные гуры формируются у комплексного механико-термодинамического барьера (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002).

Гуры, образовавшиеся в проточных условиях при водопритоке 0,1-100,0 л/с, резко отличаются от описанных по морфологии. Некоторые из плотин Красной пещеры в Крыму состоят из почти 11 тысяч сезонных слоев. Они характеризуются значительной высотой (0,2-7,0 м), большой площадью плотинных озер (10-200 м 2), большой длиной (обычно 3-4 м, максимально – 13 м). Плотины имеют сложный ступенчатый профиль с преобладанием вертикальных участков. Сложены они более плотным карбонатным материалом (объемный вес 2,4-2,6 г/см 3). Внутренняя и особенно внешняя стенки плотин отшлифованы водой, а иногда «бронированы» плотным блестящим карбонатно-марганцевым налетом толщиной 0,2-0,3 мм. На днищах плотинных озер этого типа присутствует хорошо окатанный гравийный и песчано-галечниковый материал автохтонного (вмещающие известняки и натеки) и аллохтонного (кварцевая галька) происхождения. Гуры могут образовывать каскады, расположенные вниз по потоку. Каскады гуров известны во многих карстовых полостях. Характерной особенностью проточных гуров является их прорыв при увеличении обводненности. Например, в Красной пещере лишь 16% всех гуров удерживает воду. Остальные плотины прорваны, причем в 45% случаев это узкий (10-30 см) пропил, в 35% - это прорыв стенки эворзионного котла в теле плотины, в 20% - прорыв основания гура с образованием натечно-аккумулятивного моста на высоте 0,2-2,1 м над современным водотоком.

Кальцитовые оолиты и пизолиты встречаются в мелких слабопроточных озерах, в небольших углублениях, образованных каплями, падающими со сталактитов или сводов пещер, в гуровых озерах и др. Оолиты и пизолиты отличаются между собой только размерами. Их округлые белого цвета разности называются пещерным жемчугом. Оолиты имеют овальную форму при средних размерах 5-10 мм.

Повышение температуры воды в проточных ванночках вызывает снижение карбонатной емкости подземных вод и, как следствие, более активное формирование пещерного жемчуга.

Пещерные оолиты и пизолиты образованы центральным ядром и окружающими его концентрическими слоями. Пизолиты состоят в основном из карбоната кальция. Плотное ядро обычно состоит из обломков вмещающих пещеры известняков, песчинок кварца, реже – комочков глины, кусочков трубчатых сталактитов, мелких косточек птиц. Форма ядра определяет первоначальные очертания пизолитов, иногда сохраняющиеся до конечной стадии. Известны случаи, когда после нарастания 30-40 концентров ориентация большого диаметра пизолита меняется. Это свидетельствует о его повороте в процессе роста. Количествослоев в самых крупных пизолитах достигает 180-200. В отдельных пересыхающих ванночках найдены жемчужины, разбитые трещинами усыхания. Это указывает на обезвоживание и «старение» первоначального коллоидного сгустка. Таким образом, пещерный жемчуг является полигенетическим образованием.

Химический состав оолитов и пизолитов соответствует составу вмещающих известняков.

Известковый туф является специфическим образованием, возникающим у выходов подземных вод, связанных с пещерами. Обычно это отложения холодных вод, но имеются туфы, образованные гидротермальными источниками. Отложение туфов происходит из вод гидрокарбонатного кальциевого, магниево-кальциевого и натриево-кальциевого состава при минерализации 250-440 мг/л. Отложение карбоната связано с комплексным биомеханико-термодинамическим барьером, возникающим на участках с турбулентным режимом перемешивания воды на перекатах, скальных порогах и водопадах (Вахрушев, 2010.). Туф оседает на поверхности листостебельных и водяных мхов, ветвях кустарников и деревьев, принесенных водотоком. Туфы слагают так называемые «туфовые площадки» у выходов некоторых карстовых пещер-источников и могут достигать объемов до 400 тыс. м 3 (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002).

5. Кристаллы автохтонных минералов
К нимотносятся прежде всего кристаллы кальцита в карбонатном карсте, гипса в сульфатном и галита в соляном. Кристаллы исландского шпата встречены в ряде карстовых полостей Крыма, Кавказа, Средней Азии и др. Как правило, они размещаются в расширениях трещин, выполненных желто-бурой глиной. Кристаллы чаще всего не соприкасаются со стенками полости. Средние размеры кристаллов исландского шпата для карстовой шахты Ход конем (Крым) составляет 8-10 см, хотя здесь же встречены индивидуумы до 15 см длиной (Дублянский, 1977). Кристаллы прозрачные, бесцветные или светло-серые. Формирование исландского шпата связано с термальными водами.

Кальцитовые кристаллы . В ряде пещер карбонатного карста России встречаются скелетные формы кристаллов кальцита размерами от нескольких миллиметров до 5-7 см. Крупные кристаллы имеют пирамидальный габитус. Часты кристаллы различных размеров, габитусной формой которых является скаленоэдр. Очевидно, они возникли в субаэральных условиях из холодных растворов (температура менее 20°С).

В ряде карстовых полостей, претерпевших гидротермокарстовый этап своего развития, встречаются выступающие над поверхностью стен отпрепарированные кальцитовые жилы. Поверхность жильного кальцита корродирована, местами покрыта остаточной глиной, окислами марганца или карбонатными натеками. Кристаллы кальцита слабо люминесцируют в светло-голубых и синих цветах. Спектральный анализ выявил наличие в них ряда элементов: Ba, Na, Sn, Cu, Ni, Sr, B, Al, Si, Mn, Fe, Mg, Ti. Температура гомогенизации включений в них колеблется от 40 до 120°С (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002).

Кристаллы фреатического (субаквального) кальцита могут покрывать сплошной корой стены карстовых ходов. Сложены они параллельно-шестоватыми кристаллами кальцита коричневого цвета толщиной от 5 до 60 см. Их происхождение связано с гидротермальным этапом происхождения полостей. Встречаются твердые включения кристаллов доломита, агрегаты барит-стронцианита, гидроксилапатита, гидроокислы марганца, антимонит, апатитовые и апатит-бруштитовые минеральные метасоматические ассоциации и др. (Климчук, Тимохина, 2011).

Гипсовые кристаллы, хотя и характерны для сульфатного карста, однако достаточно часто встречаются и в карбонатном карсте, особенно если участок пещеры располагается близ тектонического нарушения, в зоне, где отмечаются лишь годовые колебания температуры и влажности воздуха, не превышающие 0,2°С и 0,3 мм рт. ст.

На карстующихся породах, покрытых глиной, растут гипсовые стяжения зубчатой формы, сложенные крупнокристаллическим гипсом. Кристаллы гипса обычно призматические, вследствие вторичного растворения редко сохраняющие правильные кристаллографические очертания. На участках поступления поровых растворов образуются гипсовые цветы – антолиты. В карбонатном карсте гипсовые кристаллы образуются при воздействии инфильтрационных вод на рассеянный в известняках пирит. Они являются признаком близости крупных разрывных зон.

Кристаллы арагонита . Встречаются в пещерах Крыма, Предуралья, Сибири, Дальнего Востока и др. Арагонит представлен в виде кристаллов, сталактитов, сталагмитов, геликтитов. Нахождение арагонита, возможно, связано с гидротермальными процессами.

6. Органогенные отложения
Органогенные отложения пещер чаще всего представлены фосфоритами, гуано, костной брекчией, селитрой, отложениями колониальных микроорганизмов.

Гуано и фосфориты пещер. Фосфориты и фосфорсодержащие минералы образуются в карстовых полостях, населенных наземными позво­ночными. Во многих пещерах России имеются участки с залежами гуано летучих мышей. Минералогия фосфорсодержащих образований на контакте гуано и коренных известняков практически неизвестна. Между тем, в отложениях пещер Мира описано более 50 фосфатов, в том числе – много редких минералов (Hill, Forti, 1997).

Отложения костей современной и более древних эпох в массовых количествах встречаются достаточно редко. Большие скопления костей могут образовывать так называемые костяные брекчии. По виду это рыхлая песчано-глинистая красно-бурая порода с большим содержанием окислов фосфора, кремнезема, алюминия и железа. Имеются костяные брекчии, сцементированные карбонатом. Иногда встречаются псевдоморфозы по ископаемым костным остаткам фауны гидроокислов железа и марганца, гипса, кальцита, карбонатапатита. Описан карбонатгидроксилапатит в виде шарообразной формы размером до 3-5 мм желтого, янтарно-желтого, розовато-белого цвета (Тищенко, 2008). Археологические и палеонтологические исследования костей различных животных древних эпох - важный материал для палеогеографических реконструкций (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002; Бачинский, 1970; Ридуш, Времир, 2008). Чаще всего в пещерах встречаются костные остатки зайца, оленя, лисицы, пещерного медведя, быка, хомяка, слепыша, барсука, собаки, косули, лошади, значительно реже - пещерного льва, пещерной гиены, мамонта, волосатого и этрусского носорога. Большинство костных остатков имеют плейстоценовый возраст - до 1,5 млн. лет. Несколько реже встречаются плиоценовые местонахождения возрастом 2 и более млн. лет (Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002).

Селитра . Залежи биогенной селитры в виде мучнистых налетов, кор и мелких кристаллов связаны с биохимическим разложением азотсодержащих органических веществ в пещерах. Они известны в пещерах Крыма, на Северном Кавказе, в Средней Азии, Сибири, Дальнего Востока и др.

Отложения колоний микроорганизмов , среди которых наиболее активны с седиментационной точки зрения являются железобактерии. В результате их жизнедеятельности возникают биохемогенные образования - микробиолиты (пленки, микро сталактиты и сталагмиты, коры и др.), образующиеся на стенах и днищах пещер. Они могут также образовывать сталагмитоподобные, трубчатые, коралловидные, натековидные и другие формы (Андрейчук, 2009).

7. Антропогенные отложения
Антропогенные отложения представляют собой следы жизнедеятельности современного и древнего человека. Их исследования позволяют установить характер использования каждой конкретной пещеры или искусственные полости (Дублянский, Дублянская, Лавров, 2001). Археологические исследования карстовых регионов России показали, что пещеры использовались древним человеком, начиная с раннего палеолита. Данные материалы имеются в региональных сводках практически для каждого крупного карстового района страны.
Для изучения отложений полостей используется широкий набор полевых и лабораторных методов исследований. Их применению посвящена достаточно обширная, в основном карстологическая, литература (Ниязов, 1983; Дублянский, Вахрушев, Амеличев, Шутов, 2002 и др.).

Рис.3 Кальцитовые оторочки на уровне стояния воды подземного озера.
Рис.4. Кальцитовые оторочки (забереги) нескольких уровней стояния воды подземного озера




Рис.5. Каскадный натек
Рис.6. Кальцитовые драпировки и сталагмиты нескольких генераций




Рис.7. Пещерный зал с различными натечными образованиями
Рис.8. Сросшиеся сталактиты и сталагмиты на кальцитовой коре





Рис.9 Кристаллы целестина (сульфата стронция) на фоне белого кальцитового натека (фото Л.Гомарева, А.Шелепин)
Рис.10. Геликтиты (фото Л.Гомарева, А.Шелепин)
Рис.11. Гипсовые цветы – антолиты (фото Л.Гомарева, А.Шелепин)

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андрейчук В.Н. Cистемная природа карстового ландшафта // Спелеология и карстология. – 2009. - №3. – С. 47-59.

Бачинский Г. А. Тафономическая характеристика местонахождений ископаемых позвоночных в карстовых пещерах Украины // Физическая география и геоморфология (Карст Украины). - 1970. - №4. - С. 153-159.

Вахрушев Б.А., Дублянский В.Н., Амеличев Г.Н. Карст Бзыбского хребта. Западный Кавказ. - Москва: РУДН, 2001. – 170 с.

Вахрушев Б.А. Роль геохимических превращений в карстовом геоморфогенезе // Спелеология и карстология. - 2010. - №4. - С. 33-43.

Дублянский В.Н., Клименко В.И., Вахрушев Б.А. Карст и подземные воды карстовых массивов Западного Кавказа – Л.: Наука, 1985. – 150 с.

Дублянский В.Н. Карстовые пещеры и шахты Горного Крыма. – Л.: Наука, 1977. – 180 с.

Дублянский В.Н., Дублянская Г. Н.Карстоведение. Часть 1. Общее карстоведение. - Пермь: ПГУ, 2004. - 307 с.

Дублянский В.Н., Дублянская Г.Н., Лавров И.А. Классификация, использование и охрана подземных пространств. - Екатеринбург: УрО РАН, 2001. - 195 с.

Дублянский В.Н., Полканов Ю.А. Состав водных хемогенных и механических отложений карстовых полостей Горного Крыма // Пещеры. - Пермь, 1974. - Вып. 14-15. - С. 32-38.

Кизевальтер Д.С., Рыжова А. А. Основы четвертичной геологии. – М: Наука, 1985. - 177 с.

Кожевников А.В. Антропоген гор и предгорий. - М.: Недра, 1985. - 181 с.

Крубер А. А. Карстовая область Горного Крыма. - М., 1915. - 319 с.

Климчук А.Б., Тимохина Е. И. Морфогенетический анализ пещеры Таврская (Внутренняя гряда Предгорного Крыма) // Спелеология и карстология. - 2011. - №6. - С. 36-52.

Дублянский В.Н., Вахрушев Б.А., Амеличев Г.Н., Шутов Ю.И.. Красная пещера. Опыт комплексных карстологических исследований - М. : РУДН, 2002. - 190 с.

Максимович Г. А. Основы карстоведения Т. 1. – Пермь: Пермское книжное изд-во, 1963. – 444 с.

Проблемы изучения карстовых полостей южных областей СССР / под ред. Р. А. Ниязова. - Ташкент: Фан УзССР, 1983. - 150 с.

Ридуш Б.Т., Времир М.Итоги и перспективы палеонтологического изучения пещер Крыма // Спелеология и карстология. - 2008. - №1. - С. 85-93.

Степанов В. И. Минералогия пещер // Пещеры. - Пермь, 1999. - С. 63-71.

Тищенко А.И. Минералогическая изученность карстовых полостей Крыма // Спелеология и карстология. - 2008. - №1. - С.81-84.

Турчинов И. И. Генетическая классификация пещерных минералов и спелеоминеральные формации // Свет. - 1996. - №1 (14). - С. 24-26.

Шанцер Е.В. Очерки учения о генетических типах континентальных осадочных образований. - М.: Наука, 1966. - 239 с.

Шутов Ю.И. Условия формирования, гидродинамическая гидрохимическая зональности трещинно-карстовых вод Главной гряды Горного Крыма. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. Киев, 1971. – 22 с.

2. Hill C.A., Forti P.Cave minerals of the World. - Huntsville, Alabama, U.S.A. - 1997. - 462 p.

Остаточные. Если нерастворимая часть карбонатной породы (глинистые и песчанистые частицы) не уносится водными потоками, а остается на месте своего образования (так называемая "глинка"), то это элювий.

Обвально-гравитационные. Обвалы. Глыбы, щебень.

Речные отложения - аллювий, аллювиальные. Песок, галька, гравий.

Криогенные. Продукты ледниковой деятельности. В нижних частях нивально-коррозионных колодцев. Обломки разного размера.

Биогенные. Гуано (тропические пещеры), экскременты летучих мышей, в привходовых частях - кости упавших животных, стволы деревьев.

Хемогенные.

Все виды натечных образований:

а).Сталактиты, сталагмиты, сталагнаты (сросшиеся в колонну сталактит и сталагмит), облицовка стен, занавеси, портьеры (если источник раствора не точечный, а линейный - щель), палки, пагоды, медузы, колонны, каменные плотины, каменные водопады. Все перечисленные формы имеют одно происхождение.

б).Макаронины. Если сталактит имеет сосулькообразную, коническую форму, то макаронины имеют по всей длине (до метра и более) примерно одинаковую толщину. Зерна слагающего его кальцита более крупные, полый канал в макаронине имеет диаметр до нескольких мм., а у сталактита он очень тонкий. Сталагмит канала не имеет вовсе.

в).Кораллиты (на западе их называют ботриоидами). Механизм их образования до конца не ясен. Вероятно, они образуются диффузией ионов из окружающих пород через водные пленки, конденсирующиеся на стенах полостей. Обычно образуются на боковых стенках и дне пещер.

г).Кристалликтиты. Пучки хорошо выраженных кристаллов кальцита (до первых см.), растущие из вершин кораллитов.

д).Геликтиты. От греческого слова "геликос" - скрученный. Сталактит растет строго по вертикали, поскольку его рост контролируется силой тяжести. Рост геликтита контролируется не силой тяжести, а кристаллизационной силой. Кристалл представляет собой параллельные ряды атомов и следующий ряд подстраивается к предыдущему. Таким образом, рост происходит по оси роста кристалла, которая может быть ориентирована в пространстве как угодно.
Поэтому, направление роста геликтита также не зависит от силы тяжести. Скручивание происходит из-за примесей других атомов. Если в слое одинаковых атомов появляется чужеродный атом, то следующий слой не будет параллелен предыдущему, и направление роста кристалла изменится. Геликтит представляет из себя сросток параллельных волосовидных кристаллов кальцита или арагонита.

е).Лунное молоко (moonmilk). Мелкодисперсная влажныя масса, наподобие мокрого зубного порошка. Представляет из себя зародыши кристаллов кальцита, рост которых блокировался адсорбцией ионов магния поверхностью зародышей.
Поэтому уже образовавшиеся микрокристаллы далее не растут. Но раствор пересыщен карбонатом кальция и последний должен выпадать в осадок. Выпадают все новые кристаллы, рост которых тут же блокируется.

ж).Антолиты. Игольчатые кристаллы легкорастворимых минералов (гипс и др.) на дне высохших луж, озер. Характерны для южных, тропических пещер, где влажность не высока и возможно высыхание. В условиях Кавказа иногда встречаются на значительных глубинах, где температура может увеличиваться на 5-10 градусов. В среднем температура пород увеличивается на 1 градус на каждые 33 м. глубины. Говорят: геотермический градиент равен 1градус/33м.

з).Пизолиты (пещерный жемчуг). Неприкрепленная форма, округлые образования до 1-2см. в диаметре на дне подземных озер.

е).Пленки, забереги, оторочки, блюдца - все это по берегам подземных озер.

3. ПЕЩЕРНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ

В пещерах присутствуют практически все осадочные и кристаллические образования, известные на поверхности, но представлены они специфическими формами.

1. Остаточные отложения. В карстующихся породах в небольших количествах (1 – 10%) обязательно содержится примесь песка или глины, состоящая из SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 . При растворении известняков или гипсов нерастворимый остаток накапливается на стенах трещин, сползает на дно галерей. Смешивается с другими пещерными отложениями. К примеру, из 1 м³ юрских известняков (около 2,7 т) образуется 140 кг глины, которая сложена минералами иллитом, монтмориллонитом, каолинитом, полевым шпатом, кварцем. От их соотношения зависят свойства глин: часть из них набухает при увлажнении, закупоривая мелкие трещины, часть, напротив, легко отдаёт воду и быстро осыпается со стенок. Иногда в образовании налётов глины принимают участие и бактерии: некоторые виды микробов способны получать углерод непосредственно из известняка – так на стенах образуются червеобразные или округлые углубления («глинистые вермикуляции»).

2. Обвальные отложения подразделяют на три группы разного происхождения.

– термогравитационные образуются только у входа в пещеру, где велики суточные и сезонные колебания температур. Их стены «шелушатся», присводовая часть полости растёт, на полу накапливается щебень и мелкозём. Количество этого материала, его состав, размеры, форма частиц, число их рёбер и граней хранят зашифрованную информацию об изменениях климата района на протяжении десятков тысяч лет.

– обвально-гравитационные отложения формируются на всём протяжении пещер, особенно обильно – в зонах тектонической трещинноватости. Щебёнка, дресва, небольшие глыбы, упавшие со сводов, дают представление о геологическом строении залов, которое сложно изучить непосредственно.

– провально-гравитационные отложения: при обвале на дне галереи только тот материал, который имеется в самой пещере; при провале свода в неё поступает материал с поверхности, а при обрушении междуэтажных перекрытий возникают огромные залы. Эти отложения представлены блоками и глыбами весом в сотни тысяч тонн. Красновато-бурая поверхность известняков покрыта белыми «звёздами» – следами ударов упавших камней. Слагающие пещеру известняки сами падают под углом 30º, поэтому при отрыве пласта в своде зала он смещается шарнирно, с поворотом и переворотом. Кроме блоков и глыб, наблюдаются поваленные натечные колонны. Сильные землетрясения вызывают обрушение сводов, и ориентированные поваленные колонны иногда уверенно указывают на эпицентры. Натечные колонны также – «минералогические» отвесы, в которых зафиксировано положение геофизической вертикали данной местности на протяжении всего её роста. Если после падения на них нарастают сталагмиты или сталактиты, то по их возрасту можно определить возраст колонны.

Обратная связь карста и сейсмологии заключается в том, что при провале свода пещеры образуются блоки весом до 2–3 тысяч тонн. Удар о пол при падении с высоты 10–100 м высвобождает энергию, равную 1·! 0 13 – 10 15 эрг, что соизмеримо с энергией землетрясений. Локализуется она в небольшом объёме породы, но может вызвать ощутимое местное землетрясение силой до 5 баллов.

3. Водные механические отложения – источник сведений об условиях развития карстовых полостей. Если состав отложений соответствует составу минералов вмещающих пород, то пещера сформирована местными потоками. Крупность таких отложений – от метровых валунов (в пещерах, сформированных ледниками), до тончайшей глины. Зная площадь поперечного сечения хода и диаметры отложившихся частиц, оценивают скорости и расход древних потоков, в какой гидродинамической зоне закладывалась пещера.

4. водные хемогенные отложения. Термины «сталактит» и «сталагмит» (от греческого «сталагма» – капля) ввёл в литературу в 1655 г. датский натуралист Олао Ворм. Эти образования связаны с капельной формой движения воды – раствора, содержащего различные компоненты. Когда в основании обводнённой трещины формируется капля раствора, это не только борьба силы поверхностного натяжения и силы тяжести. Одновременно начинаются химические процессы, приводящие к выпадению на контакте раствора и горной породы микроскопических частиц карбоната кальция. Несколько тысяч капель, сорвавшихся с потолка пещеры, оставляют после себя на контакте порода / раствор тонкое полупрозрачное колечко кальцита. Следующие порции воды уже будут образовывать капли на контакте кальцит / раствор. Так из колечка формируется всё удлиняющаяся трубочка (брчки – достигают 4–5 м в пещере Гомбасек, Словакия). Таким образом, химическая основа процесса – обратимая реакция

CaCO 3 + Н 2 О + CO 2 <=>Ca 2+ + 2HCO 3 - (1)

При растворении известняка реакция идёт вправо, с образованием одного двухвалентного иона Ca и двух одновалентных ионов HCO 3 . При образовании натёков реакция идёт влево и из этих ионов образуется минерал кальцит. Реакция (1) идёт в несколько стадий. Сначала вода взаимодействует с углекислым газом:

H 2 O + CO 2 = H 2 CO 3 <=> H + + HCO 3 - (2)

Но угольная кислота слабая, поэтому диссоциирует на ион водорода Н + и на ион HCO 3 - Ион водорода подкисляет раствор, и только после этого начинается растворение кальцита. В формуле (1) только один ион HCO 3 поступает из породы, а второй не связан с нею и образуется из привнесенных в карстовый массив воды и углекислого газа. Это на 20–20% уменьшает расчётную величину активности карстового процесса. Например, пусть сумма всех ионов, находящихся в воде, составляет 400 мг/л (в т.ч. 200 мг/л HCO 3). Если мы используем анализ для оценки питьевой воды, то в расчёт включаются все 400 мг/л, но если по этому анализу рассчитывать интенсивность карстового процесса, то в расчёт следует включать сумму ионов минус половина содержания иона HCO 3 (400–100=300 мг/л). Также необходимо учитывать, какой перепад парциальных давлений CO 2 имеется в системе. В 40–50 гг. считалось, что карстовый процесс идёт только за счёт CO 2 , поступающего из атмосферы. Но в воздухе его всего 0, 03–0,04 объёмных % (давление 0,0003–0,0004 мм рт.ст.), и колебания этой величины по широте и высоте над уровнем моря незначительны. Но замечено, что более богаты натёками пещеры умеренных широт и субтропиков, а в пещерах высоких широт и больших высот их совсем мало. Изучение состава почвенного воздуха показало, что содержание CO 2 в нём 1–5 объёмных %, т.е. на 1,5–2 порядка больше, чем в атмосфере. Немедленно возникла гипотеза: сталактиты образуются при перепаде парциального давления CO 2 в трещинах (такое же, как и в почвенном воздухе) и воздуха пещер, имеющего атмосферное содержание CO 2 . Таким образом, сталактиты образуются в основном не при испарении влаги, а при наличии градиента парциального давления CO 2 от 1–5% до 0,1–0,5%(воздух в пещерах). Пока питающий канал сталактита открыт, по нему регулярно поступают капли. Срываясь с его кончика, они образуют на полу одиночный сталагмит. Происходит это десятки-сотни лет. Когда питающий канал зарастёт, будет забит глиной или песчинками, в нём повышается гидростатическое давление. Стенка прорывается, и сталактит продолжает расти за счёт стекания плёнки растворов по внешней стороне. При просачивании воды вдоль плоскостей напластования и наклонных трещин в своде возникают ряды сталактитов, бахрома, занавеси, каскады. В зависимости от постоянства водопритока и высоты зала под капельниками образуются одиночные сталагмиты-палки высотой 1–2 м (до десятков метров) и диаметром 3–4 см. При срастании сталактитов и сталагмитов образуются колонны – сталагнаты, высотой до 30–40 м и диаметром 10–12 м. В субаэральных условиях (воздушной среде) образуются антодиты (цветы), пузыри (баллоны), кораллы (кораллоиды, ботриоиды), геликтиты (спирали до 2 м высотой) и пр. Отмечены субаквальные формы. На поверхности подземных озёр образуется тонкая минеральная плёнка, которая может прикрепиться к стенке. Если уровень воды колеблется, то образуются уровни нарастания. В слабо проточной воде образуются плотины-гуры (от нескольких см до 15 м высотой), пещерный жемчуг. Необъяснимо пока происхождение только «лунного молока».

Рис. 10. Геохимические обстановки образования водных хемогенных отложений пещер. Породы и отложения: а – известняки, б – доломиты, в-гипс, г – каменная соль, д – рудное тело, е – глина, ж – гуано, з – почвы; воды: и – почвенные, к – инфильтрационные, л – термальные; м – классы минералов (1 – лёд, 2 – сульфаты, 3 – нитраты, 4 – галоиды, 5 – фосфаты, 6 – сернистые, 7 – карбонаты, 8 – оксиды, 9 – металлы карбонатов, 10 – сульфиды); н – особые условия образования (наличие: 1 – пирита, 2 – бактерий, 3 – колоний летучих мышей, 4 – гидротермальных растворов, 5 – пирита и марказита); о – минеральные виды и формы их выделения (1 – ледяные сталактиты; 2 – дендриты эпсомита, мирабилита, тенардита; 3 – коры эпсомита и мирабилита; 4 – кристаллы гипса, барита, целестина; 5 – различные кальцитовые образования; 6 – лунное молоко; 7 – соляные формы; 8 – гидрокальцит; 9 – фосфаты алюминия; 10 – нитрофосфаты; 11 – минералы цинка и железа; 12 – оксиды сульфидов; 13 – ванадинит, флюорит; 14 – оксиды железа и свинца; 15 – лимонит, гётит; 16 – церуссит, азурит, малахит; 17 – сталактиты опала; 18 – гемиморфит; 19 – кристаллы кварца)

5. Криогенные. Вода в виде снега и льда характерна для пещер с отрицательными температурами. Скопления снега образуются только в подземных полостях с большими входами. Снег залетает в пещеру или накапливается на уступах шахт. Иногда формируются снежные конусы объёмом десятки-сотни м³ на глубине 100–150 м под входным отверстием. Лёд в пещерах имеет различный генезис. Чаще происходит уплотнение снега, который превращается в фирн и глетчерный лёд. Реже образуется подземный ледник, ещё реже отмечается сохранение льда, образованного в условиях многолетней мерзлоты или затекание наземных ледников. Второй путь образования льда – попадание в холодные (статические) пещеры талой снеговой воды. Третий путь – охлаждение воздуха в ветровых (динамических) пещерах и четвёртый – образование сублимационных кристаллов атмогенного происхождения на охлаждённой поверхности горной породы или на льду. Наименее минерализованный (30–60 г./л) – сублимационный и глетчерный лёд, наиболее (более 2 г/л) – лёд из гипсовых и соляных пещер. Пещеры со льдом чаще всего встречаются в горах, на высоте от 900 до 2000 м. Лёд образует все формы, свойственные обычным натёкам.

6. Органогенные: гуано, костяная брекчия, фосфориты, селитра. Выделяют также антропогенные отложения.

7. Гидротермальные: ангидрит, арагонит, анкерит, барит, гематит, кварц, киноварь, рутил. Также некоторые разности зональных отложений кальцита – мраморные ониксы. Такие образования имеют специфические формы выделения: часты хорошо огранённые кристаллы, пересекающиеся перегородки (боксворки), «гейзермиты»… Известны карстовые месторождения свинца и цинка, сурьмы и ртути, урана и золота, бария и целестина, исландского шпата и бокситов, никеля и марганца, железа и серы, малахита и алмазов.

Заключение

Карст очень широко распространён на поверхности Земли и в приповерхностной зоне земной коры. Наблюдается исключительно большая специфичность и универсальность карстовых форм и гидрологических явлений. В большинстве случаев на поверхности Земли преобладает ванновый рельеф, если не считать останцового тропического карста (который сам по себе универсален), но и в тропиках на равнинах ванновый рельеф распространён достаточно широко, к тому же он часто сочетается с останцовым. Карры встречаются не во всех типах карста, но как только карстующаяся порода обнажается на поверхности, они появляются. В различных геолого-геоморфологических и физико-географических условиях карстовые формы представлены неодинаковыми разновидностями, но основные типы форм и гидрологических явлений налицо всюду. Универсальность карстовых форм и гидрологических явлений – это следствие ведущего процесса в образовании карста: процесса выщелачивания растворимых горных пород. Можно подчеркнуть приоритет геологической основы в развитии карста, карстового рельефа и карстового ландшафта. Также влияние на развитие карста оказывает физико-географическая обстановка, с которой связана широтная и высотная зональность карстовых явлений. Карстовый рельеф, карстовые ландшафты и происходящие в них процессы настолько специфичны, что ни одно серьёзное хозяйственное мероприятие на закарстованной территории не может быть выполнено без их учёта и часто без специального изучения. Карст оказывает глубокое влияние на ландшафт как физико-географический комплекс. Он влияет на сток, карстовые формы рельефа – на микроклимат и распределение почвенно-растительного покрова, карстующиеся породы, их состав – на почвы и растительность, химический состав карстовых вод, на ландшафт в целом и т.д. Дренирующая способность карста усиливает недостаток влаги в засушливых областях и, наоборот, создаёт более благоприятные условия для развития ландшафтов в областях, избыточно увлажнённых. Карст ведёт к деградации вечной мерзлоты, также заметно улучшая природные особенности территории. О степени влияния карста на географический ландшафт можно судить исходя из морфолого-генетического типа карста.

Особенности карста, зачастую его морфолого-генетический тип и классификационный ранг географического ландшафта закарстованной территории. Может быть предложена следующая таксономическая система районирования карста: карстовые страна – область – провинция – округ – район. Внутри района при детальном исследовании рекомендуется выделять типологические единицы (участки разных типов карста), однако...

ПРОЦЕССОВ Вследствие карстово-суффозионных процессов и явлений уменьшается устойчивость геологической среды, что приводит к катастрофическим последствиям (просадки, провалы, деформации сооружений). В РФ карстовые процессы широко развиты в Архангельской, Ленинградской, Московской, Тульской, Курской, Нижегородской, Воронежской областях, республиках Башкортостан, Татарстан, Марий-Эл, Мордовия, ...

Песчаниками с тонкими прослойками гипса), можно предположить что на исследуемой нами местности сформировались благоприятные условия для формирования карстовых форм рельефа. 1.3 Особенности тектонического строения Нюксенского района Территория Нюксенского района расположена на северо-западе Русской плиты, для которой характерно блоковое строение кристаллического фундамента. Лежит в пределах...

Толстослоситые мраморированные известняки), так и с тем обстоятельством, что значительная часть осадков приурочена именно к наиболее возвышенной части полуострова. В предгорной и степной части Крыма карстовые явления также распространены, все же именно выровненная вершинная поверхность Крымских гор (яйлы) считается классическим районом распространения карста. Карст в пределах Горного Крыма...

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 см 3 /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 см 3 /сек), сложные сталактиты с широким основанием (10-5 –10-6 см 3 /сек) и эксцентри-ческие сталактиты (10-6 –10-7 см 3 /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 , 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. м 3 (т. е. более 1 млн. т породы), причем объем отдельных глыб достигает 8–12 м 3 . Мощные глыбовые навалы отмечены также во многих других пещерах. Среди глыбово-обвальных отложений нередко встречаются обломки кальцитовых натечных образований ( , ), 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. 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 м 2 . 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.).