Карстовые породы

В пещерах преобладают низкие положительные температуры. Температура воздуха пещер зависит от аэротермической ступени. Чем выше находится пещера, тем ниже температура. На одних и тех же высотах, но разных широтах температура разная (чем севернее, тем она ниже). В пещерах наблюдается различная влажность воздуха (сухие и влажные пещеры). В пещерах, куда просачивается вода (особенно при низких темп

ературах), относительная влажность может достигать 100%. Воздух в карстовых массивах находится в движении. Одни отверстия расположены ниже, другие выше. За счёт разности уровней и разницы температур наружного и внутреннего воздуха происходит его движение. Летом холодный воздух выходит из нижних отверстий наружу, а через верхние засасывается тёплый. Зимой наблюдается циркуляция в обратном направлении.

В карстовых областях, при наличии магистральных речных артерий, в склонах долин наблюдаются слабо наклонные, почти горизонтальные карстовые пещеры. Они образуются в местах концентрации карстовых вод, движущихся горизонтально в виде потока к дренирующей артерии. При этом горизонтальные пещеры формируются главным образом тогда, когда вертикальные движения земной коры замедлены или почти отсутствуют. В этом случае горизонтальный поток карстовых вод успевает выработать подземные полости. Значительную роль играет здесь растворимость пород. Наиболее длительное время требуется для доломитов и доломитизированных известняков, меньше – для известняков и мела, ещё меньше – для гипсов и ангидритов, наименьшее – для соли. Растворимость кристаллических веществ зависит как от их природы, так и от природы растворителя. Изменения термодинамических условий, происходящие в верхней зоне литосферы, оказывают существенное влияние на растворяющую способность водных растворов; в меньшей степени это влияние распространяется на те свойства кристаллических веществ, с которыми связана их растворимость. Растворимость связана с энергией решётки кристаллов, причём эта связь имеет общий характер обратной зависимости. Снижение растворимости происходит в ряду: NaCl – CaSO4 – CaSO4·2H2O – CaСO3 – доломит. Однако в силу различных причин может происходить его перестройка, что характерно для соединений с близкими значениями энергии решёток.

1.4 Карстовые колодцы, шахты и пропасти

Вертикальные колодцеобразные каналы с поперечником более 1 м относят к карстовым колодцам. В поперечном сечении они бывают круглыми, овальными, многоугольными и др. Колодцы – формы, связанные с зоной вертикальной нисходящей циркуляции карстовых вод, соответствующие одному этажу карста. Для платформ это обычно 20–30 м, поэтому глубина колодцев обычно ограничена 20 метрами. Образуются они путём расширения каналов цилиндрических понор за счёт выщелачивания известняков и гипсов, эрозии и, частично, обрушения подмытых выступов на стенках. Колодец может кончаться несколькими трещинами, иногда – расширением (гротом, тогда это уже простейшая вертикальная пещера). Многие колодцы, особенно в гипсах, превращаются в воронки. Существуют коррозионные карстовые колодцы (образующиеся из понор) и провальные.

Карстовые шахты обычно образуются в зоне вертикальной нисходящей циркуляции из колодцеобразных понор и колодцев. Поднятие страны сопровождается углублением колодцев и возникновением шахт. В результате многократных поднятий, чередующихся с периодами замедления (или опускания), образуются карстовые шахты и вертикальные пещеры. Этапы замедления поднятия документируются в виде горизонтальных каналов былых зон горизонтальной циркуляции, отходящих от шахт. В поднимающемся карстовом массиве, где природная шахта стягивает всё большие массы поглощаемых атмосферных осадков, новые поднятия естественно сопровождаются её углублением. Чаще карстовые шахты делят на: глубочайшие – более 1000 м, очень глубокие – 1000–500, глубокие – 500–250, обычные – 250–50, неглубокие – 50–20 м. Шахты с очень расширенным устьем, имеющим поперечник в десятки метров, называются пропастями. Морфологически шахты разнообразны – с почти вертикальным стволом, со спиральным, двухствольно разветвляющиеся, многоэтажные и др. Имеются переходные формы между карстовыми шахтами и вертикальными пещерами. Обычно различают два типа карстовых шахт: коррозионные и провальные (Э.А. Мартель, 1908). В зависимости от характера движения и состава образовавших их вод, выделяют:

1. Коррозионные, возникшие за счёт вод зоны вертикальной нисходящей циркуляции, – требичский тип. Требичский грот около Триеста, глубиной 321–329 м – естественная шахта и пещера, изучена в 1840–1841 гг. Линдером.

2. Провальные, возникшие над пустотами, созданными водами зоны горизонтальной циркуляции, – бреховский тип. Встречается редко. Назван по шахте в районе с. Брехово Пермской области.

3. Провальные, возникшие над пустотами, созданными водами зоны горизонтальной циркуляции, – пятигорский тип. Назван по провалу, глубиной 41 м, на горе Машук в г. Пятигорске.

4. Коррозионные, образованные напорными водами зоны вертикальной восходящей (сифонной) циркуляции, – цериккельский тип. Назван по шахте озера Церик-Кель глубиной 258 м: поднимавшиеся по трещине воды выработали канал, верхняя часть которого является расширенной.

Из более чем трёх тысяч карстовых шахт и вертикальных пещер, по мнению Э.А. Мартеля, большая часть принадлежит к первому типу. В их образовании основную роль играет корродирующее действие вод зоны нисходящей вертикальной циркуляции. Выходящее на дневную поверхность отверстие шахты сообщает её с наземной атмосферой. В шахте происходит подземное выветривание, которое усиливается наличием углекислоты. Отделённые трещинами выветривания участки стенок обрушаются под влиянием силы тяжести. Некоторые шахты начинаются в больших карстовых воронках.

Пропасти и шахты по происхождению Б. Гезе (1953) делит на пять категорий:

1. Тектонические пропасти – образовались в результате расширения водой диаклазов и трещин напластования.

2. Провальные пропасти – возникли над расширенными неглубоко находящимися подземными галереями с водой.

3. адсорбирующие пропасти – возникли в результате просачивания вод по трещинам, часто на контакте карстующихся и некарстующихся пород.

4. Пропасти восходящих карстовых вод.

5. Шахты-трубки эквилибристы, извергающие и поглощающие воду по сезонам.

В районах, которые претерпели опускание, иногда бурением вскрывают карстовые колодцы и шахты, совершенно заполненные песком или другими отложениями (т.е. погребённые).

2. Условия образования карста

2.1 Карстующиеся горные породы и обстановки их образования

Среди карстующихся горных пород выделяют: карбонатные (известняки, доломитизированные известняки, доломиты, писчий мел, мраморизованные известняки и доломиты, мраморы), сульфатные (гипсы, ангидриты, переходные разности), соли (карналлит, сильвин, сильвинит и др.). Карстообразование протекает по-разному, в зависимости от мощности карстующихся пород, площадей, которые они занимают, от углов наклона этих отложений, химического состава и степени чистоты пород. Эти особенности в значительной степени зависят от тектонической обстановки образования карстующихся пород. Различают такие основные обстановки образования, распространения и условий залегания карстующихся горных пород: I – геосинклинальная, II – переходная – краевых прогибов, III – платформенная; в особых группах IV – континентальная, и V – морская.

 Скачать реферат