Освіта карстових печер. Освіта та розвиток печер Освіта печер

Карстові печери - це підземні порожнини, що утворилися в товщі земної кори, в районах поширення карбонатних і галогенних гірських порід, що легко розчиняються. Зазнаючи вилуговування та механічного впливу, ці породи поступово руйнуються, що призводить до утворення різних карстових форм. Серед них найбільший інтерес викликають підземні карстові форми – печери, шахти та колодязі, що характеризуються іноді дуже складною будовою.

Однією з основних умов розвитку карстових печер є наявність гірських порід, що відрізняються значним літологічним розмаїттям. Серед них виділяються карбонатні породи (вапняки, доломіти, писча крейда, мармури), сульфатні (гіпси, ангідрити) та галоїдні (кам'яна, калійна солі). Породи, що карстуються, мають досить широке поширення. У багатьох місцях вони перекриваються малопотужним чохлом піщано-глинистих відкладень або безпосередньо виходять на поверхню, що сприяє активному розвитку карстових процесів та утворенню різних карстових форм. На інтенсивність карстоутворення значний вплив має також потужність порід, їх хімічний склад та особливості залягання.

Як уже говорилося, будівельником карстових печерє вода. Однак щоб вода могла розчиняти гірські породи, вони повинні бути водопроникними, тобто тріщинуватими. Тріщинуватість порід є однією з основних умов розвитку карсту. Якщо карбонатний або сульфатний масив монолітен і складається з твердих різниць порід, позбавлених тріщинуватості, він не піддається впливу карстових процесів. Однак таке явище зустрічається рідко, так як вапняки, доломіт і гіпси тріщинувати за своєю природою. Тріщини, що розсікають вапнякові масиви, мають різне походження. Виділяють тріщини літогенетичні, тектонічні, механічного розвантаження та вивітрювання. Найбільш поширені тектонічні тріщини, які зазвичай січуть різні шари осадових порід, не заломлюючись при переході з одного шару до іншого і не змінюючи своєї ширини. Тектонічна тріщинуватість відрізняється розвитком складних взаємно перпендикулярних тріщин шириною 1-2 мм. Найбільшою роздробленістю та тріщинуватістю гірські породи характеризуються в зонах тектонічних порушень.

Випадаючи на поверхню масиву, що карстується, атмосферні опади по тріщинах різного походження проникають у глиб цього масиву. Циркулюючи підземними каналами, вода вилуговує гірську породу, поступово розширює підземні проходи і утворює іноді величезні гроти. Вода, що рухається, є третьою обов'язковою умовою розвитку карстових процесів. Без води, що розчиняє та руйнує гірські породи, не було б карстових печер. Ось чому особливості гідрографічної мережі та своєрідність гідрогеологічного режиму значною мірою визначають ступінь кавернозності товщ, що карстуються, інтенсивність процесів вилуговування та умови розвитку підземних порожнин.

Основну роль формуванні багатьох карстових порожнин грають інфільтраційні та інфлюаційні дощові та талі снігові води. Такі печери – корозійно-ерозійного походження, оскільки руйнація породи відбувається як за рахунок її хімічного вилуговування, так і шляхом механічного розмиву. Однак не слід думати, що ці процеси протікають одночасно і безперервно. На різних стадіях розвитку печер та на різних їх ділянках домінує зазвичай один із зазначених процесів. Утворення деяких печер цілком пов'язане або з корозійними або з ерозійними процесами. Зустрічаються також нівально-корозійні печери, своїм походженням зобов'язані діяльності талих снігових вод у зоні контакту снігової товщі з породою, що карстується. До них відносяться, наприклад, порівняно неглибокі (до 70 м) вертикальні порожнини Криму та Кавказу. Багато печер виникли внаслідок обвалу покрівлі над підземними корозійно-ерозійними порожнинами. Деякі природні порожнини утворилися шляхом вилуговування гірських порід артезіанськими, мінеральними і термальними водами, що сходять по тріщинах. Таким чином, карстові печери можуть мати корозійне, корозійно-ерозійне, ерозійне, нівально-корозійне, корозійно-гравітаційне (провальне), гідротермальне та гетерогенне походження.

Крім інфільтраційних, інфлюаційних і напірних вод у освіті печер певну роль грають також конденсаційні води, які, збираючись на стінках і стелі печер, роз'їдають їх, створюючи химерні візерунки. На відміну від підземних струмків, конденсаційні води впливають на всю поверхню порожнини, у зв'язку з чим мають найбільший вплив на морфологію печер. Особливо сприятливими умовами для конденсації вологи характеризуються невеликі порожнини, розташовані на значній глибині від поверхні, оскільки кількість конденсаційної вологи знаходиться у прямій залежності від інтенсивності повітрообміну та у зворотній від об'єму порожнини. Спостереження, проведені у Гірському Криму, показали, що у досліджених карстових печерах протягом року конденсується 3201,6 м 3 води (Дублянський, Ілюхін, 1971), а в підземних порожнинах усієї головної гряди у 2500 разів більше (т. е. 0, 008004 км3). Ці води вирізняються великою агресивністю. Жорсткість їх перевищує 6 мг-екв (300 мг/л). Таким чином, за рахунок інфільтраційних вод печери Гірського Криму, як свідчать нескладні розрахунки, збільшуються порівняно із загальним обсягом приблизно на 5,3%. Середня мінералізація конденсаційних вод близько 300 мг/л, отже вони виносять протягом року 2401,2 т (8004 10 6 л X 300 мг/л) вуглекислого кальцію. Сумарне винесення карбонату кальцію карстовими джерелами Гірського Криму становить близько 45 000 т/рік (Родіонов, 1958). Отже, роль конденсаційних вод у формуванні підземних порожнин порівняно невелика, причому їх вплив на гірську породу як агента денудації обмежується в основному теплим періодом.

Як же йде процес вилуговування порід, що карстуються? Розглянемо це питання у загальному плані з прикладу карбонатних утворень. Природні водизавжди містять вуглекислоту, а також різні органічні кислоти, якими вони збагачуються при контакті з рослинністю та просочуванні через ґрунтовий покрив. Під дією вуглекислоти карбонат кальцію переходить у бікарбонат, який значно легше розчиняється у воді, ніж карбонат

Ця реакція оборотна. Збільшення вмісту вуглекислоти у воді викликає перехід кальциту в розчин, а при зменшенні її відбувається випадання з водного розчину бікарбонату кальцію (вапняного осаду), що накопичується в деяких місцях у значній кількості. Між вмістом вуглекислоти та температурою води існує зворотний зв'язок.

Різко зростає розчинність вапняків, коли підземні води збагачені кислотами та солями. Так, при збагаченні підземних вод сірчаною кислотою реакція йде за рівнянням

Вуглекислота, що виділилася в результаті цієї реакції, виявляється додатковим джерелом утворення гідрокарбонатів.

Ступінь розчинності гіпсу та ангідриту також залежить від наявності тих чи інших кислот та солей. Так, наприклад, присутність у воді СаCl2 значно знижує розчинність гіпсу, навпаки, наявність у воді NCl і MgCl2 збільшує розчинність сульфату кальцію. Розчинення гіпсу, в принципі, може відбуватися і в хімічно чистій воді.

Хоча ми і називаємо карбонатні та сульфатні породи легкорозчинними, проте розчиняються вони надзвичайно повільно. Для утворення підземних пустот потрібно багато і багато тисяч років. При цьому породи, що карстуються, розчиняються і руйнуються тільки по тріщинах, поза тріщинами вони залишаються, як і раніше, дуже міцними і твердими.

Атмосферні води, що проникають в карстові масиви по тріщинах і тектонічним порушенням, характеризуються спочатку переважно вертикальним рухом. Досягши водоупору або місцевого базису ерозії, вони набувають горизонтального руху і течуть зазвичай падіння пластів гірських порід. Частина води просочується в глибокі горизонти та формує регіональний стік. У цьому зв'язку в масиві, що карстується, виділяється кілька гідродинамічних зон, а саме - зона поверхневої, вертикальної, сезонної, горизонтальної, сифонної та глибинної циркуляції карстових вод (рис. 1). Кожна із зазначених гідродинамічних зон характеризується певним набором карстових форм. Так, до зони вертикальної циркуляції вод або до зони аерації приурочені переважно вертикальні підземні порожнини - карстові колодязі та шахти. Вони розвиваються вздовж вертикальних або пологопохилих тріщин в результаті періодичного вилуговування гірських порід талими сніговими та дощовими водами. У зоні горизонтальної циркуляції, де відбувається вільний стік безнапірних вод до річкових долин або периферії масиву, що карстується, формуються горизонтальні печери. Похилі та горизонтальні порожнини відзначаються в зоні сифонної циркуляції, що характеризується напірними водами, що рухаються в підруслових каналах нерідко нижче за місцевий базис ерозії.

На розвиток печер, крім морфоструктурних та гідрогеологічних особливостей, суттєво впливають також клімат, ґрунти, рослинність, тваринний світ, і навіть господарська діяльність людини. На жаль, роль цих факторів у печероутворенні вивчена в даний час далеко не достатньо. Хочеться сподіватися, що цю прогалину в найближчому майбутньому буде ліквідовано.

Теорія походження вапнякових карстових печер, що розвиваються в породах із горизонтальним заляганням шарів, була розроблена У. М. Девісом (1930). В еволюції так званих двоциклових печер, що утворилися при дворазовому піднятті вапнякового масиву, він розрізняв п'ять основних етапів: а) зародкові канали, що формуються в зоні повного насичення фреатичних вод, що повільно рухаються, що знаходяться під тиском; б) зрілі галереї, коли за умов поширення безнапірних вадозних потоків починає домінувати механічний розмив (коразія); в) сухі галереї, що виникли в результаті відходу води в глиб масиву внаслідок місцевого підняття території; г) наточно-акумулятивна, що характеризується заповненням галерей наточно-крапельними та іншими печерними відкладеннями; д) руйнування підземних галерей (пенеполізація).

На основі розвитку поглядів Девіса було створено уявлення про фреатичну (печерні галереї розробляються ґрунтовими водами, що знаходяться під тиском) і вадозної (підземні води вільно, не під натиском, рухаються по галереях у бік дренованих систем) стадіях розвитку печер (Бретц, 1942).

Найбільш повно питання еволюції підземних порожнин розроблено радянськими дослідниками Г. А. Максимовичем (1963, 1969) та Л. І. Маруашвілі (1969), які виділили кілька стадій формування горизонтальних карстових печер. Перша стадія – тріщинна, потім щілинна. У міру збільшення ширини тріщин і щілин у них проникає дедалі більше води. Це активізує карстові процеси особливо на ділянках чистих різниць порід. Печера перетворюється на каналову стадію. При розширенні каналів підземні потоки набувають турбулентного руху, що сприяє ще більшому посиленню процесів корозії та ерозії. Це стадія підземної річки, чи воклюзова. Вона характеризується значним заповненням підземного каналу водним потоком та виходом його у вигляді воклюзного джерела на денну поверхню, а також утворенням органних труб, обвалом склепінь, зростанням гротів.

У зв'язку з розмивом дна підземного каналу вода просочується по тріщинах у глиб карбонатних і галогенних товщ, де нижчому рівні розробляє нові порожнини, формуючи нижчий поверх печери (рис. 2). Поступово підземні канали розширюються. Водний потікчастково, а потім повністю йде в нижні горизонти масиву, і печера стає сухою. У неї проникають тріщинами в покрівлі лише інфільтраційні води. Це коридорно-гротова натечно-осипна (водно-галерейна, за Л. І. Маруашвілі) стадія розвитку печери. Вона відрізняється широким поширенням хімічної та механічної акумуляції (у гіпсових печерах стадія натічної акумуляції відсутня). Стеля та стіни печери покриваються різноманітними кальцитовими натіками. Утворюються кам'яні та земляні осипи, останні розташовуються переважно під органними трубами. Накопичуються також відкладення річок та озер. З відходом водотоку подальше збільшення підземної порожнини різко уповільнюється, хоча корозійна діяльність продовжується за рахунок інфільтраційних та конденсаційних вод.

З розвитком печери вона перетворюється на коридорно-гротовую обвально-цементаційну (сухо-галерейну, по Л. І. Маруашвілі) стадію. На цій стадії внаслідок обвалення покрівлі над підземними порожнинами можливе розтин деяких частин печери. Поступове обвалення склепіння печери призводить до повного її знищення, що особливо характерно для верхніх частин з невеликою потужністю покрівлі. На уцілілих ділянках залишаються лише карстові мости та вузькі арки. При повному руйнуванні печери утворюється карстова долина.

Якщо товща покрівлі перевищує 100-200 м, то провалів в ній, як правило, не утворюється, а підземні порожнини заповнюються брилами породи, що обрушилися зі стелі, і принесеними піщано-глинистими відкладеннями, які розбивають печеру на окремі ізольовані порожнини. У цьому випадку розвиток печери закінчується коридорно-гротовою обвально-цементаційною стадією (грото-камерна стадія, за Л. І. Маруашвілі).

Тривалість окремих стадій печероутворювального циклу, що відрізняються своїми гідродинамічними та морфологічними особливостями, специфікою фізико-хімічних процесів та своєрідністю біокліматичних умов, вимірюється десятками та сотнями тисячоліть. Так, сухогалерейна стадія печери Кударо на Кавказі триває вже 200-300 тис. років (Маруашвілі, 1969). Що стосується ранніх стадій розвитку печер (тріщинна, щілинна, каналова та воклюзова), то їх тривалість значно коротша. Печери "можуть досягати зрілого водно-галерейного стану за кілька тисячоліть від початкового моменту свого розвитку". У цьому плані цікаві експериментальні дослідження Є. М. Абашидзе (1967) з розчинення стінок тріщин глауконітових вапняків Шаорського водосховища (Кавказ). Досліди показали, що за 25 років безперервної фільтрації в залежності від швидкості потоку волосяні тріщини розміром 01-025 мм можуть збільшуватися до 5-23 мм.

Таким чином, карстові печери характеризуються складною еволюцією, особливості якої залежать від поєднання різних факторів, що визначають нерідко значні відхилення від розглянутої схеми. Розвиток печер через ті чи інші причини може припинитися чи знову розпочатися будь-якої морфолого-гидрологической стадії. Складні печерні системи складаються зазвичай із ділянок, що є різних стадіях розвитку. Так, в Іщеєвській печері на Південному Уралінині зустрічаються ділянки від каналової стадії до карстової долини.

Особливістю багатьох печер є їх багатоярусність, причому верхні яруси завжди значно старші за нижчі. Кількість поверхів різних печер змінюється від 2 до 11.

Відстань між двома суміжними рівнями багатоповерхових печер коливається від кількох метрів до кількох десятків. Обвалення склепінь, що розділяють печерні поверхи, призводить до утворення гігантських гротів, що іноді досягають висоти 50-60 м (печери Червона та Анакопійська).

Поява нового поверху Г. А. Максимович пов'язує з тектонічним підняттям району, де знаходиться печера. Н. А. Гвоздецький основну роль розвитку багатоповерхових печер в умовах великої потужності порід, що карстуються, відводить висхідним рухам, які розглядає не як порушуючий фактор, а як загальний фон еволюції карсту. На думку Л. І. Маруашвілі, багатоярусність печер може бути визначена не тільки тектонічним підняттям карстового масиву, а й загальним зниженням рівня океану (евстазія), що спричиняє інтенсивне поглиблення річкових долин та швидке зниження рівня горизонтальної циркуляції карстових вод.

Ярусність найкраще виражена біля печер рівнинних і передгірських територій, що відрізняються порівняно повільними тектонічними підняттями. У процесі формування печер іноді спостерігається зміщення осі печерних галерей від вертикальної вертикальної площини. Цікава щодо цього печера Цуцхватська. Кожен молодший (з чотирьох нижніх) ярус цієї печери зрушений по відношенню до попереднього на схід, у зв'язку з чим підземний відрізок річки Шапатагеле в даний час знаходиться значно на схід, ніж у період формування більш високих зтажів печери. Усунення осі печерних галерей пов'язані з нахилом тектонічних тріщин, яких приурочені підземні порожнини.

Який вік карстових печер і за якими ознаками можна судити про початок формування печери? На думку Л. І. Маруашвілі, за початок формування печери слід приймати період переходу її в натічно-осипну (водно-галерейну) стадію, оскільки на ранніх стадіях свого розвитку печера ще не є у звичайному розумінні печерою: вона погано розроблена, повністю заповнена водою і зовсім непрохідна.

Для визначення віку печер застосовуються різні методи дослідження, зокрема палеозоологічний, археологічний, радіовуглецевий та геоморфологічний. У разі зіставляється гіпсометричний рівень печер з рівнями поверхневих форм. На жаль, багато з цих методів дозволяють визначити лише верхню межу віку печери. Прямими і опосередкованими даними доводиться дуже тривале існування карстових печер, яке іноді визначається багатьма мільйонами років. Вочевидь, вік печер значною мірою залежить від літологічного складу порід, у яких формуються, і загальної фізико-географічної обстановки. Однак навіть у легкорозчинних сульфатних (гіпс, ангідрит) утворення печери зберігаються досить тривалий час. Цікаві щодо цього гіпсові печери Поділля, початок формування яких належить до верхнього міоцену. І. М. Гуневський, виходячи з особливостей геологічної будовитериторії, ступеня тріщинуватості порід, характеру рельєфу, морфології підземних порожнин і будови натічних утворень, виділяє наступні етапи формування подільських печер: верхньосарматський (початок інтенсивної глибинної ерозії), ранньопліоценовий (характеризується інтенсифікацією процесів вертикального напрямку), позднепліоценовий вертикальними), ранньоплейстоценовий (процеси утворення печер досягають максимальної інтенсивності), середньоплейстоценовий (процеси підземного карстоутворення починають згасати), пізньоплейстоценовий (акумуляція мінеральних та хемогенних утворень), голоценовий (акумуляція глибових відкладень). Таким чином, вік найбільших у світі гіпсових печер Оптимістичної, Озерної та Кривченської у Поділля перевищує, мабуть, 10 млн. років. Вік вапнякових печер може бути ще більшим. Так, деякі древні карстові печери Алайського хребта (Середня Азія), що мають гідротермальне походження, на думку 3. С. Султанова, утворилися у верхньопалеозойський час, тобто більше 200 млн років тому.

Давні печери зустрічаються, проте, порівняно рідко, зберігаючись тривалий час лише найсприятливіших природних умовах. Більшість карстових печер, особливо у сильно обводнених сульфатних породах, мають молодий, переважно четвертинний або навіть голоценовий вік. Зрозуміло, окремі галереї складно збудованих багатоярусних печер утворилися в різний часта вік їх може змінюватись у значних межах.

Для кількісної оцінки карстових порожнин Г. А. Максимович (1963) пропонує два показники: щільність та густоту карстових печер. Під щільністю розуміється кількість печер, віднесених до площі 1000 км 2 , а під густотою - загальна довжина всіх порожнин у межах тієї ж умовної площі.

Ж. Корбель запропонував характеризувати величину карстових печер показником порожнечі, що обчислюється за формулою

де V - Об'єм розчинної породи, в якій розвинена печера, в 0,1 км 3; L- відстань (на плані) між крайніми точками по основній осі системи порожнин – 0,1 км; J- відстань між двома найбільш віддаленими точками по перпендикуляру до основної осі – 0,1 км; Н -різниця позначок між найвищою та найнижчою точками печерної системи– 0,1 км.

Для визначення крупності печер існує також інший спосіб, який пов'язаний з підрахунком обсягу порожнин. Якщо порожнина має складну форму, то її слід подати у вигляді сукупності різних геометричних фігур (призми, циліндра, повного та усіченого конуса, повної та усіченої піраміди з будь-якою за формою основою, кулі тощо), обсяг яких обчислюється за формулою Сімпсона

де v - Об'єм геометричної фігури, м 3 ; h - Висота фігури, м; s 1 , s 2 , s 3 - площі нижнього, середнього та верхнього перерізу фігури, м 2 . Перевірка цього кримськими спелеологами показала, що помилки при підрахунку обсягу порожнин за формулою Сімпсона не перевищують 5-6%.

Карстові печери- Це підземні порожнини, що утворилися і товщі земної кори, в районах поширення легкорозчинних карбонатних і галогенних гірських порід, піддаючись вилуговування та механічному впливу, ці породи поступово руйнуються, що призводить до утворення різних карстових форм. Серед них найбільший інтерес викликають підземні карстові форми – печери, шахти та колодязі, що характеризуються інколи дуже складною будовою. Однією з основних умов утворення карстових печерє наявність гірських порід, що відрізняються значним літологічним розмаїттям. Серед них виділяються карбонатні породи (вапняки, доломіти, писча крейда, мармури), сульфатні (гіпси, ангідрити) та галоїдні (кам'яна, калійна солі). Породи, що карстуються, мають досить широке поширення. У багатьох місцях вони перекриваються малопотужним чохлом піщано-глинистих відкладень або безпосередньо виходять на поверхню, що сприяє активному розвитку карстових процесів та утворенню різних карстових форм. На інтенсивність карстоутворення значний вплив має також потужність порід, їх хімічний склад та особливості залягання.

Вода - будівельник карстових печер

Як уже говорилося, будівельником карстових печер є вода. Однак щоб вода могла розчиняти гірські породи, вони повинні бути водопроникними, тобто тріщинуватими. Тріщинуватість порідє однією з основних умов розвитку карсту. Якщо карбонатний або сульфатний масив монолітен і складається з твердих різниць порід, позбавлених тріщинуватості, він не піддається впливу карстових процесів. Однак таке явище зустрічається рідко, так як вапняки, доломіт і гіпси тріщинувати за своєю природою. Тріщини, що розсікають вапнякові масиви, мають різне походження. Виділяють тріщини літогенетичні, тектонічні, механічного розвантаження та вивітрювання. Найбільш поширені тектонічні тріщини, які зазвичай січуть різні шари осадових порід, не заломлюючись при переході з одного шару до іншого і не змінюючи своєї ширини. Тектонічна тріщинуватість відрізняється розвитком складних взаємно перпендикулярних тріщин шириною 1-2 мм. Найбільшою роздробленістю та тріщинуватістю гірські породи характеризуються в зонах тектонічних порушень. Випадаючи на поверхню масиву, що карстується, атмосферні опади по тріщинах різного походження проникають у глиб цього масиву. Циркулюючи підземними каналами, вода вилуговує гірську породу, поступово розширює підземні проходи і утворює іноді величезні гроти. Вода, що рухається, є третьою обов'язковою умовою розвитку карстових процесів. Без води, що розчиняє та руйнує гірські породи, не було б карстових печер. Ось чому особливості гідрографічної мережі та своєрідність гідрогеологічного режиму значною мірою визначають ступінь каверзності товщ, що карстуються, інтенсивність і умови розвитку підземних порожнин.

Дощові та талі снігові води

Основну роль формуванні багатьох карстових порожнин грають інфільтраційні та інфлюаційні дощові та талі снігові води. Такі печери – корозійно-ерозійного походженняоскільки руйнація породи відбувається як за рахунок її хімічного вилуговування, і шляхом механічного розмиву. Однак не слід думати, що ці процеси протікають одночасно і безперервно. На різних стадіях розвитку печер та на різних їх ділянках домінує зазвичай один із зазначених процесів. Утворення деяких печер цілком пов'язане або з корозійними або з ерозійними процесами. Зустрічаються також нівально-корозійні печери, своїм походженням зобов'язані діяльності талих снігових вод у зоні контакту снігової товщі з породою, що карстується. До них відносяться, наприклад, порівняно неглибокі (до 70 м) вертикальні порожнини Криму та Кавказу. Багато печер виникли внаслідок обвалу покрівлі над підземними корозійно-ерозійними порожнинами. Деякі природні порожнини утворилися шляхом вилуговування гірських порід артезіанськими, мінеральними і термальними водами, що сходять по тріщинах. Таким чином, карстові печери можуть мати корозійне, корозійно-ерозійне, ерозійне, нівальнокорозійне, корозійно-гравітаційне (провальне), гідротермальне та гетерогенне походження.

Конденсаційні води

Одного літа я вперше опинився в печері, причому в знаменитої печеріПетралона розташована на півночі Греції. Ця печера має величезне значення в галузі антропології та палеонтології, - саме тут, як стверджують грецькі вчені, знайдено скелет найдавнішої в Європі людини-неандертальця, яка проживала в Європі понад 700 тисяч років тому. І з того часу питання про колиску людства, де все ж таки зародилося людство, є спірним, незважаючи на численні дослідження та зібрані докази.

Але найбільше ця грецька печера вразила мене своїми розмірами та красою. Тут я вперше побачив печерне озеро, сталактити, сталагміти та сталагнати. Переходячи із зали до зали цієї печери, я думав, як же так виходить, що зверху звисають «бурульки» - сталактити. Чому вони мають такі химерні форми і не тануть? А знизу як дерева ростуть інші «бурульки» – сталагміти. З чого вони виростають, якщо довкола каміння? Чому не падають? Чому вони і тверді, і тендітні одночасно, а на дотик мокрі? А що, якщо виростити сталагміт чи сталактит удома та прикрасити свою кімнату? Чи така дивина може бути корисною у побуті?

Повернувшись додому, я вирішив дослідити це питання. А починати довелося з вивчення місця «проживання» цих дивовижних печерних утворень – із самих печер. Виявилося і тут багато цікавого та захоплюючого. Початкова вистава та інформація у мене все-таки були після відвідин грецької печери. Наш гід дуже цікаво та докладно розповідала про ту печеру, в якій я був. Але як народжуються самі печери? І чому саме в них, і ніде в іншому місці, з'являються сталактити та сталагміти? З чого вони все-таки зроблені ці сталактити?

У ході свого дослідження, щоб вирішити поставлені завдання, мені потрібно було вивчити наукові статті та результати спелеологічних досліджень. Спелеологія – це наука, яка займається вивченням печер. Крім того, я вирішив провести експеримент із вирощування сталактиту в домашніх умовах.

А щоб зрозуміти природу сталактитів і сталагмітів, для початку мені потрібно було дізнатися про печери - що це таке і як вони утворюються? Потрібну теоретичну інформацію я знайшов у енциклопедіях та на сайтах в Інтернеті.

Печери. Їхня освіта.

Печера - природна порожнина у верхній товщі земної кори, яка повідомляється з поверхнею землі одним або декількома вихідними отворами, що проходять для людини. Найбільші печери – це складні системи проходів та залів, загальна протяжність яких нерідко сягає кількох десятків кілометрів. Печери – об'єкт вивчення спелеології.

Печери давно пов'язані з історією розвитку людства. Ще за кам'яної доби печери рятували людей від зимової холоднечі. Але і після того, як давні люди перестали використовувати печери як житла, печери оточував ореол незвичайного та дивного. Греки вірили, що печери були храмами їхніх богів – Зевса, Пана, Діонісія та Плутона. У стародавньому Римі вважали, що в печерах мешкають німфи та чаклунки. Стародавні перси та інші народи вважали, що у печерах живе цар всіх земних духів Митрас. У наші дні великі та прекрасні печери приваблюють туристів.

У природі немає двох однакових печер. Утворюються печери по-різному. Однак усі найбільші печери у світі утворені аналогічно. Деякі великі печери почали створюватись 60 мільйонів років тому. Ліли дощі, розливались річки, і монолітні гори повільно руйнувалися, а всередині пагорбів, гір і скель виникали великі порожнечі (Додаток 1).

Гірська порода, де виникають печери – вапняк. Це м'яка порода, вона може розчинятися слабкою кислотою. Кислота, яка руйнує вапняк, надходить із дощової води. Краплі дощу, що падають, забирають вуглекислий газ з повітря і ґрунту. Цей вуглекислий газ перетворює воду на вуглекислоту.

Тому мільйони років кислотні дощі поливали вапняки. Вони постійно капали на гори, і на них почали з'являтися тріщини. А дощі продовжували лити. Вода струменіла, збільшуючи тріщини. Вона знаходила нові щілини у моноліті. Тріщини розширювалися до тунелів. Тунелі перехрещувалися, виникали ніші. Через мільйони років печери набули своєї форми. А вода робила печери дедалі більше.

Деякі печери мають у стелі отвори (Додаток 2). Вони утворилися на тому місці, де колись зібралася вода, яка потім прорвалася до печери. У печерах можна зустріти ряди галерей, що йдуть одна над одною. По окремих печерах протікають потоки води, в інших - після їх утворення вода йде вниз, і печера висихає.

Печери ховаються скрізь: у горах, просто в кам'янистому ґрунті, складеному з м'яких гірських порід. Печери будує не лише вода, а й вітер, і морський прибій, і вулканічна лава. Залишаються печери після видобутку кам'яної солі. Бувають і льодовикові печери, тільки вони недовговічні.

Види печер.

Печери можна поділити за їх походженням на п'ять груп. Це тектонічні, морські, льодовикові, вулканічні і, нарешті, найбільша і найпоширеніша група, карстові печери.

Тектонічні печери можуть виникати у будь-яких породах внаслідок утворення тектонічних розломів. Як правило, такі печери зустрічаються в бортах глибоко врізаних у плоскогір'ї річкових долин, коли величезні масиви породи відколюються від бортів, утворюючи тріщини (шерлопи), які зазвичай клином сходяться з глибиною. Іноді вони утворюють досить глибокі вертикальні печери до 100 м завглибшки. Такий вид печер широко поширений у Східному Сибіру.

Морські печери виникли під впливом хвиль, що плескалися, об кам'яні скелі вздовж узбережжя (Додаток 3). Морські хвилі, що містять крупинки твердого матеріалу (гальки, дрібного піску) розчиняли скелі. Вони руйнувалися, що підточуються рік у рік морським прибоєм. Окремі печери розташовані під водою. Вони зазвичай результатом діяльності підземних вод, вимиваючих м'які породи, наприклад, той же вапняк.

Льодовикові печери зустрічаються в багатьох льодовиках і утворюються всередині льодовиків талою водою (Додаток 4). Талі льодовикові води поглинаються льодовиком за великими тріщинами або на перетині тріщин. При цьому утворюються ходи, якими іноді може пройти людина. Такі печери мають форму колодязя і глибиною сягають 100 метрів і більше. У 1993 році було виявлено та досліджено гігантську льодовикову криницю «Ізотрог» глибиною 173 метри.

Особливий тип льодовикових печер - це печери, що утворюються в льодовику в місці виходу підземних. термальних вод. Оскільки вода гаряча, вона здатна виготовляти об'ємні галереї. Розташовані такі печери над самому льодовику, а під ним, оскільки лід проплавляється знизу. Термальні льодовикові печери зустрічаються в Ісландії, Гренландії та досягають значних розмірів.

Вулканічні або лавові печери виникають при виверженнях вулканів (Додаток 5). Потік лави, остигаючи, покривається твердою кіркою, утворюючи лавову трубку, всередині якої, як і раніше, тече розплавлена порода. Після того як виверження вже фактично закінчилося, лава витікає з трубки з нижнього кінця, а всередині трубки залишається порожнину. Зрозуміло, що лавові печери залягають на поверхні, і часто покрівля обвалюється.

Однак лавові печери можуть досягати дуже великих розмірів. Таких, як печера Казумура на Гаваях – 65,6 км завдовжки і 1100 м глибиною. А найбільша вулканічна печера світу Куева-де-ло-Вердес знаходиться на одному з Канарських островів.

Карстові печери - таких печер більшість (Додаток 6). Саме карстові печери мають найбільшу протяжність та глибину.

Печери утворюються внаслідок розчинення порід водою. Тому карстові печери зустрічаються тільки там, де залягають розчинні породи: вапняк, мармур, крейда, гіпс та сіль. Вапняк, а тим більше мармур, розчиняються чистою дистильованою водою дуже погано. У кілька разів розчинність підвищується, якщо у воді є розчинений вуглекислий газ, а він у природі завжди розчинений у воді. Однак все одно вапняк розчиняється слабо, порівняно, скажімо, з гіпсом або, тим більше, сіллю. Але виявляється, що це позитивно позначається на утворенні протяжних печер, оскільки гіпсові та соляні печери не тільки швидко утворюються, а й швидко руйнуються.

Печери - це особливий світ, який не має аналогів на поверхні. У печерах немає ні зими, ні літа. Температура завжди однакова. У холодних печерах вона коливається від +2 до +8 градусів, а теплих і жарких - від +15 до +28.

Виявляється, повітря в печерах стерильно чисте. У ньому в тисячу разів менше бактерій, ніж на поверхні. Виявляється, разом із підземними водами в печери проникають радіоактивні ізотопи вуглецю. Вони викликають свічення сталактитів, іонізують повітря, вбивають бактерій.

Найдовша печера у світі – Флінт-Мамонтова – знаходиться в США, в штаті Кентуккі. Довжина всіх її коридорів становить понад 550 кілометрів. А найглибша печера знаходиться в Абхазії – печера Крубера-Вороння. До неї людина може спуститися на 2 кілометри.

Незважаючи на те, що вже так багато відомо про печери, попереду вчених чекають нові відкриття. У кожній печері є ходи, щілини та коридори, про які мандрівники печерами – спелеологи – ще не знають. Вони думають, що все вже вивчили, але раптом одного разу помічають щілину за кам'яним завалом, а за нею коридор, за яким ще кілька метрів печерної краси.

В результаті цих досліджень можна зробити висновок, що існує кілька видів печер, але найпоширенішими є карстові. Для утворення печери необхідна достатня кількість водних опадів і вдала форма рельєфу, тобто опади з великої площі повинні потрапляти в печеру, а вхід до печери повинен розташовуватися помітно вище за те місце, куди розвантажуються підземні води.

Сталактити, сталагміти та сталагнати

Вода – велика сила. Вона точить камінь, коли прокладає собі дорогу, вона будує галереї, а потім залишає їх, підточує скелі, і вони опускаються, руйнуються, переміщаються. Так народжуються печери. Проте вода не лише будівельник, а й художник, скульптор!

Печери бувають у різних кам'яних породах, і вода приносить у них різні частинки, будує із різних матеріалів: із кальциту, гіпсу, кам'яної солі. Розчинення і руйнування водою осадових порід зветься карст - карстовий процес.

Карстовий процес дволик: вода розчиняє гірську породу в одному місці, переносить її в інше і там із цієї ж породи створює прекрасні натічні утворення – сталактити та сталагміти.

Сталактити (від грецьк. stalaktós - натеклий по краплині), - наточно-крапельні утворення, що звисають у вигляді конічних бурульок, драпіровок, що згинається бахроми або порожнистих трубок зі склепінь і верхніх частин стін карстових печер або інших підземних порожнин (Додаток 7).

Сталагміти (від грецьк. stálagma - крапля), натічно-крапельні утворення стовбоподібної, конічної та інших форм, що піднімаються з дна печер та інших підземних карстових порожнин (Додаток 8).

Сталагнати - наточно-крапельні утворення у вигляді колон, що виникають у печерах при з'єднанні сталактитів та сталагмітів (Додаток 9).

Як вони утворюються? Дощова крапля, просочуючись крізь тріщину в скелі, розчиняє частинку каменю. Таким чином кожна така крапля містить частинки вапняку або інших мінералів. Розчиняючи вапняк, вода забирає з нього мінерал кальцит. Крапля насиченого кальцитом розчину по дрібних тріщин добирається до стелі вже створеної печери і повисає на ньому (Додаток 10).

Поступово дуже повільно крапля випаровується, а принесена нею частинка кальциту або іншого мінералу найтоншою плівкою осідає на стелі. Через деякий час до цього місця приходить наступна крапелька і знову відкладає кальцит. Наростаючи, крупинки кальциту перетворюються спочатку на тоненьку прозору і порожню всередині трубочку. Чому пусту? Та тому, що сама крапля порожня всередині.

Але в краплю потрапляє піщинка і закупорює трубочку. Тоді інші краплі починають цю трубочку обтікати з усіх боків, і росте кам'яна бурулька, така сама, як і крижана, сталактит.

Але краплі надходять нерівномірно то з одного, то з іншого боку, і сталактит виходить не зовсім круглий. А тут ще на поверхні йде дощ, вода стає брудною, сталактит темніє. Дощ скінчився, вода знову чиста і наступний шар сталактиту став іншого кольору. Якщо його розрізати, то на розрізі будуть такі кільця, як у дерева, тільки не річні. Просто навесні та восени більше води, і сталактит росте швидше. Вода темніша, і кільце темніше, води поменшало, і зріст зупинився (Додаток 11).

Я навіть знайшов хімічну формулу процесу утворення сталактиту. Ось вона: CaCO3 + H2O + CO2 Ca2+ + 2 HCO3

Але не весь кальцит осідає на стелі і дає зростання сталактиту. Під своєю вагою частина крапель падає на підлогу, і знизу назустріч сталактиту росте сталагміт. Коли сталактит і сталагміт з'єднуються і зростаються між собою, утворюється кальцитова колона - сталагнат. І сталактити, і сталагміти, і колони бувають дуже великих розмірів – десятки метрів у висоту та кілька метрів у діаметрі.

Водяні краплі, потрапляючи на них, утворюють струмки, які обтікають колони з усіх боків, і тоді з'являються натіки у вигляді ребер. Якщо ж краплі стікають по стіні печери, то на ній виникають не менш дивовижні натяк у вигляді кам'яних водоспадів, прапорів та інших фантастичних утворень.

Іноді печерах з'являються натіки зовсім несподіваних форм. Сталактити раптом починають рости вкрив і навскіс, створюючи химерні кам'яні переплетення. На підлозі та на стінах виникають напрочуд красиві кам'яні та гіпсові сталактитові квіти - кораліти, кристалліктити та геліктити (Додаток 12).

Там, де виникає дисбаланс надходження розчину – наприклад, зверху капає, але настільки мало, що крапель відразу розтікається плівкою, – виникають гібридні форми, сталагміт розквітає кущем. При цьому виникають найрізноманітніші перехідні форми, полімінеральні форми та багато іншого. Наприклад, можна знайти освіти, що точно копіюють архітектуру осиних гнізд. А гіпсова павутина, яка тонша за людське волосся, при найменшому коливанні повітря розсипається в пил.

Мільярди крапель за мільйони років створили в печері цілий ліс сталактитів, сталагмітів, фантастичне внутрішнє оздоблення з колон та ажурних кам'яних завіс, прапорів і водоспадів (Додаток 13).

На підлозі печери поточна вода також відкладає кальцит і утворює "ванни", різноманітні за формою та кольором. Найдрібніші частинки солей різних мінералів і металів – міді, кобальту, заліза – роблять натіки рожевими, жовтими, синіми, червоними, морквяними, чорними. Дуже рідко зустрічається у "ванночках" так звані печерні перли. Утворюється він так само, як і морський, тільки не в раковині. Іноді печерні перлини досягають трьох-п'яти сантиметрів у діаметрі – майже як кулька для пінг-понгу – але це дуже велика рідкість.

У карстових печерах можна зустріти велику різноманітність сталактитів. Наприклад, трубчасті сталактити, вони ж макарони. Канал, що проходить по всій їх довжині, століттями автоматично наводив дослідників на думку, що цим каналом відбувається харчування сталактиту. Але виявилось, що це зовсім не так. З'ясувалося, що канал - всього лише наслідок кристалізації по периметру краплі, що відривається. Ось чому нові сталактити, що ростуть на місці зламаних, не продовжують вихідну трубку, а збільшуються збоку, там, де воді зручніше капати.

Найефектнішими зі сталактити є драпірування (Додаток 14), що виникають на похилих стінах. Саме тоді зростаючий сталактит починає впливати на точку відриву краплі, і вона стає мобільною, переміщаючись по найменшому забаганку водяного струмка і фіксуючи у своїй хвацько закрученій формі напрямок цих струменів, того, куди їм слід текти.

Коли мінерал змінюється, скажімо, кальцит на гіпс, змінюється і печера, причому до невпізнання (Додаток 15). Гіпс має іншу хімію кристалізації. Тому в такій печері «ростуть» гіпсові утворення – “кришталеві люстри” (Додаток 16) та гіпсові “засніжені ялинки”.

Вони утворюються надзвичайно примітним чином. У печері теж є сухі та вологі сезони, а гіпс добре розчинний мінерал. Коли вода осідає на поверхні, гіпс розчиняється. Коли волога випаровується, гіпс кристалізується. Вода "любить" осідати у западинах, а випаровуватися з виступів - це елементарна фізика. І тоді виходить, що внутрішня порожнина сталагміту продовжує розчинятися, а зовнішня поверхня - доростати, причому гіллястими кущами кристалів. Виникають ті самі "засніжені ялинки". Коли стінка стоншується отже сталагміт не тримає своєї ваги, то “вмираючи”, він провалюється всередину себе, надаючи власні “запаси” гіпсу на шляху зростання інших утворень.

Часу створення всієї цієї незвичайної підземної краси потрібно дуже багато. Вчені підрахували, що в середньому сталактит наростає по чотири десяті міліметри на рік і за сто років збільшується всього на чотири сантиметри. І через 100 років на цьому місці з'явиться кам'яна бурулька – сталактит завдовжки 4 сантиметри. І кожні 100 років сталактит підростатиме на стільки ж. А внизу, куди впала крапля, зростатиме кам'яна вежа – сталагміт. Через мільйони років сталактит і сталагміт з'єднаються і перетворяться на блискучу колону. Отже, людина, яка розбила кам'яну бурульку метрової довжини, знищила те, що природа створювала близько двох з половиною тисяч років!

Таким чином, у ході дослідження я дізнався, що сталактити, сталагміти та сталагнати – це натічно-крапельні утворення у печерах. Процес утворення сталактитів і сталагмітів – це складний хімічний процес, який полягає в тому, що вода розчиняє гірську породу, переносить її в інше місце і через деякий час відкладає її назад, створюючи натічні утворення. Цей процес триває сотнями, тисячами років.

Інші загадки печер

Палеонтологія – наука, що займається вивченням копалин рослин та тварин. Копалини - це останки тварин, що жили мільйони років тому, які збереглися до наших днів. В основному завдяки вивченню копалин ми знаємо, яким був тваринний світ сотні мільйонів років тому.

На початку своєї роботи я вже говорив про те, що вивчення печер має велике наукове значення у палеонтології, мінералогії, антропології, археології. Підтвердженням тому є найгучніше та найцікавіше відкриття 20 століття – це відкриття печери Петралона на півночі Греції. Я сам був у цій печері, і вона стала відправною точкоюдля мене у вивченні механізму утворення печер та сталактитів. Тому хочу коротко розповісти про неї (Додатки 17-24).

У 1959 році на півострові Халкідікі, на півночі Греції на висоті 250 метрів над рівнем моря біля підніжжя гори Кацика було виявлено вхід до печери. Все сталося випадково, пастух на ім'я Петралона пас у цьому районі овець. Якось почувши тихе дзюрчання води, вирішив уважно обстежити підніжжя гори і натрапив на вхід до печери. Подальшим дослідженням зайнялися фахівці, зокрема знаменитий грецький антрополог Аріс Пулянос, який потім збудував палеонтологічний музей поруч із печерою і навіть сам іноді проводить екскурсії. Мені пощастило, я його бачив, коли був на екскурсії.

Площа печери 10 тисяч квадратних метрів, загальна довжина коридорів (проходів) – 1 500 метрів. Туристичний маршрутВідкритий для відвідування складає поки всього 600 метрів. Знахідки, виявлені всередині цієї печери, здійснили справжній переворот в антропології. У 1960 році, через рік після відкриття самої печери, всередині був виявлений череп і скелет найдавнішого європейця, людини-неандертальця, що отримала назву архантроп. Результати першого дослідження черепа були представлені на Міжнародному з'їзді антропологів у Москві 1964 року і справили велике враження на фахівців.

Крім того, у печері були знайдені скам'янілі кістки, кам'яні знаряддя праці, останки тварин - ведмедів, гієн, черепах, носорогів, левів і навіть жирафа. І ще одна незвичайна знахідка з печери Петралона – це сліди багаття та зола, вік якої налічує 1 мільйон років. На думку вчених, це найдавніші сліди використання вогню людиною.

Донедавна вважалося, що вік людства становить 3,5-4 мільйони років, а батьківщиною є Африка. Однак знахідки з печери Петралоне та їх датування дають право припускати, що колиска людства – Південно-Східна Європа, а людина з'явилася 11-12 мільйонів років тому на території Греції. Усі знахідки з печери Петралона виставлені в антропологічному музеї, побудованому поруч печерою.

Насправді в печерах дуже багато загадок та таємниць. Як я з'ясував у ході свого дослідження, незвичайний та цікавий тваринний світ підземель. Ще первісна людина знала і малювала на стінах тварин, що мешкали в печерах – печерного лева, гієну, печерного ведмедя. До речі, наскальні малюнкитеж несуть у собі багато цікавої для вчених інформації (Додаток 25).

Стародавні тварини вже давно вимерли, люди залишили печери, але самі печери не спорожніли. Серйозні біологічні дослідження підземного світу почалися лише 1831 року, коли було знайдено перший печерний жук. З того часу відкрито багато різних печерних істот - і водних, і наземних. Це троглобіонти, що означає "живуть у печерах" - рачки, риби, мокриці, багатоніжки, павуки, хибноскорпіони та інші комахи.

Пристосування живих організмів до печерного життя дуже складне та різноманітне. У порівнянні зі своїми наземними родичами вони мають більш довгі та тонкі тіла, більш витягнуті лапки та вусики, вони прозорі та безбарвні. Оскільки в печерах немає світла, їм не потрібен зір, і тому вони не мають очей. У печерах зустрічаються сліпі жуки, риби, земноводні, раки і навіть сліпі та безкрилі мухи. Повітря в печерах насичене вологою, і тому троглобіонти можуть жити і у воді, і на суші.

На думку вчених, тварини та комахи пішли у печери у зв'язку із зміною клімату на Землі, а саме при похолоданні. Таким чином, більшість сучасних печерних жителів - це представники минулих епох, живі копалини, що вже не зустрічаються на поверхні, але зберегли вигляд і звички давно минулих тисячоліть.

Однак більшість любителів темряви проводять під землею лише частину життя. Наприклад, метелики лише зимують у печерах. А деякі види коників, які ведуть нічний спосіб життя, знаходяться там весь день. До них належав і печерний ведмідь, адже печера була для нього лише місцем відпочинку. Ще менше часу проводили в печерах гієна та лев. На відміну від печерного ведмедя вони ніколи не заходили далеко в глиб печери, а трималися біля входу.

Скарби печер – ще одна загадка та таємниця печер. Вже багато тисячоліття в легендах і оповідях йдеться про скарби, заховані в печерах. Під землею не раз знаходили кістки шукачів скарбів, яким так і не вдалося знайти заповітні скарби. Одна з печер у чеських Татрах так і називається – Печера Шукачів Скарбів. А скільки складено легенд про піратські скарби, заховані, у тому числі й у печерах. Але у кожній легенді є частка правди.

ВИСНОВОК

Об'єктом мого дослідження були печери та їхні загадки, головні з яких сталактити, сталагміти та сталагнати, механізм їх утворення та можливість створення в побутових умовах, тобто вдома. На початку роботи я передбачав провести досвід щодо такого вирощування. Я думав, що, вивчивши природу та механізм освіти сталактиту, я зможу сам зробити те саме. Але ще під час теоретичного дослідження я зрозумів, що виростити вдома справжній сталактит неможливо.

Щоб виростити сталактит, потрібна наявність кількох дуже істотних умов. А саме – печера з певним рельєфом та мікрокліматом, постійний потік води, наявність вуглекислого газу та найголовніше – кілька сотень і навіть тисяч років. Людського життя недостатньо, щоб повторити таке незвичайне та гарне явище як сталактит чи сталагміт. Залишається одне – милуватися та берегти.

За результатами свого дослідження я можу зробити головний висновок – є такі природні явищаякі людині варто вивчати, берегти, але зовсім не обов'язково повторювати їх або використовувати у своїй життєдіяльності. Можливо, колись люди винайдуть машину часу чи прискорювач часу і тоді зможуть штучно прискорити природний процес зростання сталактитів, але виникає таке запитання, чи треба?

Навіщо мені ці знання потрібні? Чи можуть вони стати мені в нагоді? Думаю так. І головним чином для того, щоб краще розуміти навколишній світ, бачити та цінувати те прекрасне, що вміє створювати природа. А ще - раптом клімат на Планеті знову різко зміниться і людям знову доведеться повернутися до печер. Маючи ці знання, мені буде легше там освоїтися самому і допомогти іншим.

Перш ніж відповісти на запитання «Як утворюються печери?», потрібно усвідомити, що таке печери, і якими вони бувають.

Печери - це порожні простори в скельних породах під землею чи під водою, і навіть над землею. Печери бувають наскрізні з кількома отворами чи з одним. Вони поділяються на горизонтальні, вертикальні, а також похилі та однорівневі чи багаторівневі. Розмірами печери також різняться. Буває так, що печера тягнеться багато кілометрів, піднімається чи опускається навіть під воду підземної річки. Але найголовніша відмінність однієї печери від іншої – це матеріал, з якого вони складаються, і те, як вони утворилися.

Отже, найбільша група печер – це Карстові. Вони поділяються на мармурові, соляні, кристалічні, гіпсові та вапнякові печери, а також інші. Такі печери утворюються завдяки розчиненню у воді різних гірських порід, і багато з них мають свої сталактити та сталагміти.

Еволюціоністи стверджують, що головний фактор, що утворює ці печери, - це ґрунтові води, насичені вуглекислотою, які просочуються крізь тріщини вздовж пластів вапняку. Цей процес, на їхню думку, займає мільйони років. Але нещодавно став відомим ще один фактор, який значно швидше вимиває печери – це сірчана кислота.

Також є ерозійні печери водою (вздовж берегової лінії), які механічно вимиваються водою з великими крупинками піску, осколків каміння та ін. Тектонічні печери утворюються в бортах річок у місцях тектонічних розломів.

Вулканічні печери з'являються при виверженні вулканів, коли лава застигає, створюючи своєрідну трубу, якою далі тече, утворюючи порожнечі. Печери у жерлах вулканів також є вулканічними. За часів глобального потопу, названого в Біблії Ноєвим Потопом, відбувалася всесвітня вулканічна активність, унаслідок чого дуже швидко утворилося багато печер такого типу.

Московський Державний Інститут Сталі та Сплавів

Виксунський Філія

(Технологічний університет)

Реферат на тему

кристалофізика

На тему: «Освіта печер та карстів»

Студент: Пічугін А.А.

Групи: МО-07 (МЧМ)

Викладач: Лопатін Д.В.

Москва 2008

I. Загальні відомостіпро печери та карсти

ІІ. Гіпотеза про походження карстових районів

ІІІ. Умови утворення печер

IV. Типи печер:

1. Карстові печери

2. Тектонічні печери

3. Ерозійні печери

4. Льодовикові печери

5. Лава печера

V. Печери біля Прибайкалля

VI. Печера Кизил'ярівська ім. Г.А. Максимовича.

Загальні відомості про печери та карсти

Карст(від нім. Karst, за назвою вапнякового альпійського плато Крас у Словенії), - сукупність процесів і явищ, пов'язаних з діяльністю води і виражаються в розчиненні гірських порід та утворенні в них порожнин, а також своєрідних форм рельєфу, що виникають на місцевостях, складених порівняно легко розчинними у воді гірськими породами (гіпсами, вапняками, мармурами, доломітами та кам'яною сіллю).

Найбільш характерні для карсту негативні форми рельєфу. За походженням вони поділяються на форми, утворені шляхом розчинення (поверхневі та підземні), ерозійні та змішані. По морфології виділяються такі освіти: карри, колодязі, шахти, провали, воронки, сліпі карстові яри, долини, полья, карстові печери, підземні карстові канали. Для розвитку карстового процесу необхідні такі умови: а) наявність рівної або слабо похилої поверхні, щоб вода могла застоюватися і просочуватися всередину тріщинами; б) товща порід, що карстуються, повинна мати значну потужність; в) рівень підземних вод повинен стояти низько, щоб був достатній простір для вертикального руху підземних вод.

По глибині рівня підземних вод розрізняють карст глибокий та дрібний. Розрізняють також «голий», або середземноморський карст, у якого карстові форми рельєфу позбавлені ґрунтового та рослинного покриву (наприклад, Гірський Крим), і «покритий» або середньоєвропейський карст, на поверхні якого зберігається кора вивітрювання та розвинений ґрунтовий та рослинний покрив.

Карст характеризується комплексом поверхневих (воронки, карри, жолоба, улоговини, каверни та ін.) та підземних (карстові печери, галереї, порожнини, ходи) форм рельєфу. Перехідні між поверхневими та підземними формами – неглибокі (до 20 м) карстові колодязі, природні тунелі, шахти чи провали. Карстові вирви або інші елементи поверхневого карсту, через які в карстову систему йдуть поверхневі води, називаються понори.

Карст, вапнякові плато - комплекс нерівностей, опуклих виходів гірських порід, западин, печер, зниклих потоків та підземних стоків. Виникає в розчинних водою і гірських породах, що вивітрюються. Процес типовий для вапняку, і навіть тих місць, де вимиваються гірські породи. Багато річок знаходиться під землею, там є багато печер і великих каверн. Найбільші печери можуть зруйнуватися і утворити ущелину чи тіснину. Поступово весь вапняк може бути вимитий. Явище названо за назвою плато Карст у колишній Югославії. Характерні карстові системи широко представлені в Кримських горахта на Уралі.

Карст можна спостерігати в Західних Альпах, в Аппалачах (США) та на півдні Китаю тому, що пласти вапнякових порід, що спочатку складалися з шару кальциту (вуглекислого кальцію), товщиною до 200 м, який був частково розмитий водою. Вуглекислий газ з атмосфери розчинявся в дощі та сприяв утворенню слабкої вугільної кислоти, яка у свою чергу сприяла розмиванню гірських порід, особливо вздовж ліній кліважу та пластів, збільшуючи їх до утворення карстових печер, долин, що виникли внаслідок обвалення стінок печер, які при подальшому розвитку процесу можуть перетворитися на ущелини, і, нарешті, залишаються характерні для карстового ландшафту залишки вапняку, що не зазнав ерозії.

Печера- природна порожнина у верхній товщі земної кори, сполучена з поверхнею землі одним або декількома вихідними отворами, що проходять для людини. Найбільші печери - складні системи проходів та залів, нерідко сумарною довжиною до кількох десятків кілометрів. Печери – об'єкт вивчення спелеології.

Можна розділити печери з їхнього походження на п'ять груп. Це тектонічні печери, ерозійні печери, льодові печери, вулканічні печери, і, нарешті, найбільша група карстових печер. Печери, в привходовой частини, при відповідних морфології (горизонтальний просторий вхід) та розташування (близько до води) використовувалися древніми людьми як зручні житла.

ГІПОТЕЗА ПРО ПОХОДЖЕННЯ КАРСТОВИХ РАЙОНІВ

А саме, є гіпотеза, що:

У давні часи 300-400 млн років тому морській водівідбувався процес розростання та відмирання живих організмів, що інтенсивно використовують для будівництва своїх оболонок кальцій. Вода у своїй була насичений розчин вуглекислого кальцію. Відмерлі оболонки опускалися на дно і накопичувалися разом з відкладеннями, що випадають в осад розчину в результаті кліматичних змін;

За мільйон років на дні пластами накопичувалася вапнякова маса;

Під тиском вапняковий осад змінював структуру, перетворюючись на камінь, що лежить горизонтальними пластами;

У момент переміщення земної кори море відходило, і колишнє дно ставало суходолом;

Були можливі два сценарії розвитку подій: 1) пласти залишалися майже горизонтальними та неторканими (як під Москвою); 2) дно випиналося утворюючи гори, причому цілісність вапнякових пластів порушувалася, у яких утворювалися численні поперечні тріщини і розломи. Так утворювався майбутній карстовий район.

Ця гіпотеза підтверджується знахідками залишків стародавніх раковин та інших колишніх живих організмів у товщі вапняків. Як би там не було, очевидно, що печери та породи, де вони утворюються, тісно пов'язані із давнім життям на Землі.

УМОВИ ОСВІТИ ПЕЧЕР

Є три основні умови утворення карстових печер:

1. Наявність порід, що карстуються.

2. Наявність процесів гороутворення, зрушень земної кори в зоні поширення порід, що карстуються, в результаті - наявність тріщин в товщі масиву.

3. Наявність агресивних циркулюючих вод.

Без будь-якої з цих умов утворення печер не відбуватиметься. Проте, ці необхідні умови можуть накладатися локальні особливості клімату, будови рельєфу, наявності інших порід. Все це призводить до появи печер різного виду. Навіть у одній печері зустрічаються різні " складові " елементи, які утворюються по-різному. Основні морфологічні елементи карстових печер та його походження.

Морфологічні елементи карстових печер:

Вертикальні прірви, щахти та колодязі,

Горизонтально-похилі печери та меандри,

лабіринти.

Ці елементи виникають в залежності від виду порушень в товщі масиву, що карстується.

Види порушень:

Розломи та скидання, тріщини:

Напластування,

На кордоні породи, що карстується і некарстуется,

Тектонічні (як правило, поперечні),

Так звані тріщини бічної відсічі.

Схема утворення вертикальних елементів печер (колодязь, шахт, прірв): Вилужування.

Криниці утворюються на перетині тектонічних тріщин - у самому мехінічно слабкому місці масиву. Туди поглинається вода атмосферних опадів. І повільно розчиняє вапняк; за мільйони років вода розширює тріщини, перетворюючи їх на колодязі. Це зона вертикальної циркуляції підземних вод

Нивальні колодязі (з поверхні масиву):

Взимку тріщини забиваються снігом, потім він повільно тане, це – агресивна вода, вона інтенсивно розмиває та розширює тріщини, утворюючи колодязі з поверхні землі.

Освіта горизонтально-похилих ходів:

Вода, проникнувши крізь пласт (шар) породи, що карстується, доходить до тріщини напластування і починає поширюватися по ній уздовж площини "падіння" пластів. Відбувається процес вилуговування, утворюється субгоризонтальний перебіг. Потім вода дійде до чергового перетину тектонічних тріщин і знову утворюватиметься вертикальна криниця або уступ. Нарешті, вода дійде до кордону порід, що карстується і некарстується, і далі поширюватися тільки вздовж цього кордону. Зазвичай тут уже тече підземна річкатам є сифони. Це зона горизонтальної циркуляції підземних вод.

Освіта залів.

Зали зустрічаються у зонах розломів – великих механічних порушеннях масиву. Зали - результат процесів гороутворення, що вичерпуються, вилуговування, знову гороутворення (землетруси, обвали).

Буває, включаються додаткові механізми:

Механічний винос уламків породи потоками води,

Дія напірних термальних вод (Новоафонська печера).