2020-06-30
157
Пещеры: 1 - Мамонтова, 2 - Флинт, 3 - Проктор, 4 - Роппел, 5 - Ли, 6 - Смита, 7 - Вайгнистль; 8 - река Грин Pивep; a - долины с выходами известняков, б - гребни, сложенные некарстующимися породами, в - крупнейшие источники
Даже после сведения всего многообразия карстовых систем к нескольким типам остаются вопросы. Почему галереи имеют именно такую, а не иную конфигурацию? Почему наряду с каскадами колодцев образуются глубокие шахты или высокие купола, "просекающие" все уровни заложения галерей? Почему формируются сами уровни, образующие или четкие, или с трудом прослеживаемые этажи в смежных частях пещерных систем? Почему наряду с широкими, "магистральными" галереями формируется сеть более узких входов? Почему... Этим вопросам нет конца, причем в каждом конкретном районе, в различных климатических, геологических, палеогеографических, гидрогеологических условиях отвечать на них приходится заново. Попробуем "разложить все по полочкам".
Вода в карстующихся породах (известняках, гипсах и каменной соли) движется по различным трещинам. Они формируются в горной породе как на стадии ее образования (литогенетические трещины), в ходе дальнейшего преобразования под действием сил сжатия и растяжения (тектонические трещины), воздействия климатических и прочих факторов (трещины выветривания и пр.). Трещины могут быть постоянно заполнены водой, или она может появляться в них периодически. Это дало основание гидрогеологам выделить две крупные зоны - зону полного насыщения и зону аэрации (в зарубежной карстологической литературе их чаще называют фреатической и вадозной зонами).
Формирование полостей начинается во фреатической зоне. В зависимости от интенсивности развития трещиноватости от точки А (поглощение поверхностного водотока, пещера-понор или шахта-понор) до точки Б (пещера-источник) вода может двигаться по разному (рис. 24). Согласно батифреатической теории, полностью обводненные каналы, в которых вода находится под гидростатическим давлением, закладываются на большой глубине. Исследования последних десятилетий показали, что она может достигать 300 м (Воклюз, Франция; Зимапан, Мексика).
Рис. 24. Формирование полостей во фреатической (1-4) и в вадозной (5-6) зонах.
А - место поступления воды, Б - места выхода воды; теории формирования: 1 - батифреатическая, 2 - мелкая фреатическая, 3 - смешанная (фреатическая и уровенная), 4 - уровенная, 5 - инфлюационная и переточная, 6 - инфлюационная. Тонкими линиями показана сеть первичных (спелеоинициирующих) трещин, жирными - вода
Согласно мелкой фреатической теории, они закладываются ближе к поверхности, причем в верхних коленах сифонов могут формироваться воздушные пузыри. По этой схеме заложены галереи Аянской пещеры (Крым). Третья теория предусматривает "смешанное" развитие полостей. Такие галереи описаны в Красной пещере (Крым). И, наконец, последняя, уровенная теория предусматривает формирование галерей на уровне подземных вод. По этой схеме развиваются десятки субгоризонтальных пещер-источников во многих карстовых районах мира (Шакуранская, Грузия; Джейта, Ливан и пр.).
Однако формирование пещер возможно не только во фреатической, но и в вадозной зоне (рис. 24). В зависимости от особенностей питания (за счет местного поверхностного стока на плато и склонах массивов, при поглощении стока транзитных рек и пр.) здесь могут формироваться вертикальные и субгоризонтальные полости. Подземные водотоки при этом подчиняются тем же закономерностям, что и поверхностные: днища внутренних колодцев и шахт стремятся достичь профиля равновесия. Чем протяженнее субгоризонтальные части полости между двумя колодцами, тем глубже может быть второй из них. Часто наблюдается также попятное (регрессивное) отступание подземного потока с осушением горизонтальных и вертикальных частей полости, при этом образуются знакомые каждому спелеологу параллельные стволы полостей - "штаны" (шахта Напра в Грузии). Из какой "штанины" удастся проникнуть в нижнюю часть системы - дело случая и спортивной удачи.
Если сопоставить "элементарные" случаи (нами рассмотрены далеко не все из них!) с рисунком реальных карстовых систем (рис. 22 и 24), становится ясным, что последние - продукт взаимного наложения разных схем развития. Их бесконечное многообразие зависит от трех основных групп факторов: геологических, гидрогеологических и палеогеографических.
Геологические факторы - это тип карстующейся породы, особенности ее строения и залегания. Она может быть слоистой или неслоистой, более или менее трещиноватой, залегающей горизонтально, наклонно или вертикально, разбитой на блоки или смятой в складки. Каждый из этих случаев и их комбинации определяют рисунок сети полостей, особенности их морфологии. Некоторые полости (Берже, Франция) следуют рельефу подстилающего водоупора; другие (Хельлох, Швейцария) заложены в отдельных пластинах горных пород, надвинутых друг на друга; третьи (Воронцовская, Россия) как бы "обходят" центральную часть куполовидной, брахиантиклинальной структуры.
Гидрогеологические факторы определяются особенностями питания подземных вод, которое может быть постоянным и периодическим, инфильтрационным и инфлюационным, сосредоточенным (поглощение в одном поноре) или рассредоточенным (поглощение по длине реки) и пр. Внутри массива вода образует свободные и напорные потоки; ее движение может быть ламинарным или турбулентным, подчиняющимся разным фильтрационным законам; наконец, концентрация потоков может происходить у тектонических нарушений (сбросов, сдвигов), выступающих то как барражи (своеобразные подземные плотины), то как коллекторы (проводники воды). Эти факторы в свою очередь определяют макро- и микроморфологию полостей. Опытный спелеолог по характеру поперечных сечений пещер и шахт, мелким формам на их стенах (купола, фасетки и пр.), а также отложениям на полах (гравий, песок, глина) всегда сможет определить условия образования того или иного хода.
Рис. 25. Схема формирования этажных систем полостей при врезании речной долины (А, Б, В).1,2,3 - разновозрастные элементы поверхностного и подземного рельефа. Зоны: А - вадозная, Б - фреатическая, В - некарстующиеся породы
И, наконец, палеогеография. Поверхностный и подземный рельеф находятся в непрерывном развитии: меняются условия образования отдельных форм, они накладываются друг на друга, заполняются отложениями и вновь промываются. Самая типичная ситуация - обнаружения форм, проработанных некогда во фреатической зоне, в сегодняшней вадозной зоне (рис. 25). Известно, что речные долины развиваются "сверху вниз", постепенно формируя глубокие ущелья и каньоны. С каждым этапом врезания рек (или поднятия горного массива) связаны свои системы пещерных галерей, которые закладываются во фреатической зоне, но затем переходят во все увеличивающуюся в мощности вадозную зону. При размыве некарстующихся отложений на поверхности формируются новые пункты поглощения, и древние фреатические каналы соединяются с ними вадозными колодцами. Следующий этап врезания еще больше осложняет картину: в карстовом массиве появляются элементы трех возрастов, наложенные друг на друга. Кроме отрицательных, деструктивных форм здесь возникают формы положительные, связанные с аккумуляцией разных типов, о которой мы поговорим позже.
В сложении карстовых массивов часто нарушается основной закон геоморфологии: чем выше - тем древнее. На рис. 25 хорошо видно, что отдельные элементы системы, возникшей на этапе В, находясь выше, отнюдь не древнее, а даже моложе галерей пещер...
Ограничимся приведенными примерами. Общий вывод следующий: карстовые сети - это сложнейшие разновозрастные полигенетические системы. Их образование происходит разными путями, на протяжении геологического времени, которое в переводе на обычное (историческое) летосчисление может измеряться миллионами, десятками или даже сотнями миллионов лет. Определить происхождение сложной по морфологии пещеры можно только разобравшись в "мозаике" слагающих ее элементов, сопоставив развитие поверхностного и подземного рельефа. Еще сложнее обстоит дело с определением возраста: в игру включаются отложения карстовых полостей. Но это уже другая история и другая глава нашей книги...
В какой степени оправдано название этого раздела? Спускаясь под землю, оказываешься не только в путанице широких и узких галерей, лазов и сифонных каналов, но попадаешь в настоящие дебри гипотез их образования и развития, выбраться из которых не легче, чем из каменного лабиринта...
ЛАБИРИНТЫ И ШАРЫ
Я один в беззвучном зале,
Мой факел пальцы мне обжег.
Завесой сумерки упали.
В подземном мире тьма дорог...
В. Брюсов
4.1. Мы - оптимисты!
Большинство карстовых и некарстовых полостей мира имеет простое строение - горизонтальный или вертикальный "ствол" и небольшие боковые "ветви"-притоки. Однако давно известны и другие пещеры, представляющие собой лабиринты - сложную систему взаимосвязанных ходов. О происхождении этого слова, ставшего нарицательным, мы поговорим позже. Посмотрим, какими они бывают.
В 1958 г. крупнейшая карстовая пещера в СССР - Кунгурская (Приуралье) - имела протяженность всех ходов 4,6 км. Она заложена в мощной толще пермских гипсов и ангидритов, разделенных прослоями известняков и доломитов. Согласно Г. А. Максимовичу, пещера состоит из 58 гротов (залов), соединенных более узкими проходами. Дальнейшие исследования увеличили длину Кунгурской пещеры до 5,7 км, однако вопрос о ее происхождении до сих пор является открытым. Одни считают, что пещера сформирована на уровне подземных вод, другие связывают ее с подземным перетоком через водораздел вод р. Шаква, третьи полагают, что она возникла при ежегодном подъеме уровня р. Сылва. Ясно одно - это не "речная" система, связанная с миграцией сконцентрированного подземного водотока, а скорее "озерная", реликтами которой являются 36 подземных озер, расположенных примерно на одном уровне (рис. 26).
Рис. 26. Кунгурская ледяная пещера, Россия (по Е. П. Дорофееву, 1989): а - ходы пещеры, б - главные озера
В 60-е годы в Тернопольской области на западе Украины были открыты крупные гипсовые пещеры: Вертеба, Кривченская, Угринь. Собственно, слово "открыты" не вполне точно отражает суть дела. Впервые о них упоминает П. Ржончинский еще в 1721 г. В конце XIX - начале XX вв. их исследования ведут местные краеведы и археологи. Одна из пещер - Кривченская - даже была благоустроена и в 30-е гг. XX в. открыта для туристов. Но пронеслась буря второй мировой войны. Входы в одни пещеры были завалены, в другие - забыты... Последующее их изучение, так сказать, второе "рождение" привело к целому каскаду сенсаций в пятидесятых годах. В 1960 г. бесспорным лидером среди пещер Европы была знаменитая Хельлох (Швейцария, 74 км). Известные в это время крупнейшие пещеры СССР настолько уступали ей (Красная - 4,3 км, Кунгурская - 5,7 км, Воронцовская - около 6 км), что вообще не рассматривались как возможные конкуренты. И вот в 1963 г. отряд карстологов Комплексной карстовой экспедиции АН УССР (рук. В. Н. Дублянский) завершил съемку Кривченской кристальной пещеры в Подолии (18,8 км), а в 1964 г. тернопольские спелеологи (рук. В. А. Радзиевский) довели длину пещеры Озерная до 26,4 км! И это было только начало. Надо быть подлинными оптимистами, чтобы небольшой (всего 1,6 км) пещере, обнаруженной за узким десятиметровым лазом, заполненным полужидкой глиной, дать звучное имя Оптимистическая! Ее первооткрыватели, львовские спелеологи во главе с "хозяином" пещеры, М. Савчиным, были и остаются первыми все 30 лет исследований. Каждая из более чем 60 экспедиций, проведенных ими, "наращивала" длину пещеры. Так был дан старт многолетнему "спелеомарафону". Сперва Озерная и Оптимистическая соревновались только между собой: в 1972 г. вперед вышла первая (65,6 и 51,6 км), в 1974 г.- вторая (104,6 и 109,3 км). С этого года Оптимистическая уже не уступала первенства: ее длина в 1978 г. увеличилась до 144, в 1990 г.- до 178, в 1995 г.- до 188, а в 1997 г. превысила 200 км...
В 1974 г. эти пещеры вступили в борьбу за европейскую корону. Исследователи Хельлох не сидели без дела: еще в 1967 г. ее длина превысила 100 км и тоже непрерывно увеличивалась. Но в 1978 г. ее обогнала Оптимистическая (144 и 129,5 км) и больше не уступала первенства (в 1995 г., соответственно, 188 и 156 км). Оптимистическая пещера стала не только самой протяженной в Европе и крупнейшей в мире в гипсах - она заняла "абсолютное" второе место, пропустив вперед только совершенно недосягаемую Мамонтову пещеру в Северной Америке (563 км).
Это было так неожиданно и так обидно для швейцарских исследователей, что они поставили под сомнение открытие львовян. Несколько дней потребовалось автору, чтобы во время международного симпозиума в Постойной пещере доказать техническому руководителю проекта Хельлох Готтфриду Берчи истинность приведенных данных. Сейчас сведения о пещерных гигантах Приднестровья (Оптимистическая - 207 км, Озерная - 111 км, Золушка - 89,5 км, Млынки - 24 км, Кристальная - 22 км, рис. 27) вошли во все международные кадастры.
Рис. 27. Конфигурация и относительные размеры полей некоторых пещер Подолии, Украина.1 - Оптимистическая (207 км), 2 - Озерная (111 км), 3 - Млынки (24 км), 4 - Кристальная (22 км), 5 - Вертеба (5,8 км). Для пещеры Вертеба (5) даны два варианта изображения - полем (а) и конкретными ходами (б). Разница в масштабах 10 раз
Лабиринты Подолии "плоские": мощность неогеновых гипсов, в которых они заложены, всего 20-30 м. Гипсы и лежащие под ними водоносные песчано-карбонатные породы мелового возраста залегают почти горизонтально и "зажаты" между водоупорными отложениями. Считалось, что пещеры возникли в результате перетока левых притоков Днестра через водораздельные пространства (В. Н. Дублянский), затем возникло предположение, что это результат поглощения поверхностных вод с местных питающих водосборов (Л. Якуч). В 90-е гг. красивую, так называемую артезианскую гипотезу их формирования предложил киевский спелеолог А. Климчук: пещеры образовались "снизу - вверх", за счет разницы в напорах подземных вод. Эта гипотеза хорошо объясняет особенности морфологии пещер, хотя нуждается в дальнейшей разработке.
В 70-е гг. "заявил о себе" объемный лабиринт пещеры Большая Орешная (Зап. Саяны), заложенный под местным водоразделом в толще круто наклоненных ордовикских конгломератов. К 1998 г. его суммарная протяженность превысила 47 км. Выдержанных этажей в пещере нет, это комбинация из наклонных и субгоризонтальных ходов (заложенных то по падению, то по простиранию пластов) и соединяющих их мелких колодцев. Глубина пещеры 155 м, еще 40 м по вертикали пройдено в стометровом сифоне (рис. 28).
