Карст

Содержание:

Карстовые формы
Рельеф Русской равнины
Карстовые формы
Карстовые отложения
Уровни рельефа
Виды карста
- Псевдокарст
Морфология [ править ]
Гидрология [ править ]
Суффозия
Гидрология
Что такое карст

Карстовые формы

Процессы развития карста наиболее ярко проявлены в образовании различных карстовых форм, среди которых в первую очередь выделяют поверхностные и подземные формы.

Поверхностные формы представлены бороздами – каррами, а также различным замкнутыми углублениями: воронками, ваннами, котловинами, польями, слепыми (замкнутыми в нижнем конце) долинами и балками, а также естественными колодцами и шахтами.

Карры являются микроформами карстового рельефа и представляют собой рытвины и борозды, глубиной от нескольких см до 1-2 м. Борозды и разделяющие их гребни либо протягиваются почти параллельно друг другу, совпадая с направлением уклона рельефа или падения слоёв горных пород, либо располагаются хаотично, ветвятся и сливаются друг с другом. Образование карров связано с воздействием атмосферных осадков и талых снеговых вод, основную роль при этом играет выщелачивание, лишь на крутых склонах проявляется также и эрозия стекающими водными струями. Карры иногда покрывают обширные площади, образуя карровые поля.

Наиболее распространённой карстовой формой являются воронки. Они имеют разнообразную форму (конические, котлообразные, блюдцеобразные либо в виде ям неправильной формы) и размеры (диаметр от 1 до 200 м и глубину от 0,5 до 50 м). На дне воронок и других понижений встречаются поноры – вертикальные или наклонные глубокие отверстия щеле- или колодцеобразной формы, поглощающие поверхностные воды и отводящие их в глубину карстового массива. По происхождению воронки разделяются на воронки поверхностного выщелачивания, образующиеся за счёт выноса в растворённом состоянии выщелоченной на поверхности породы через поноры или трещины; и провальные воронки, образующиеся за счёт обвалов сводов подземных карстовых полостей.

) с плоским дном и крутыми склонами, образующиеся за счёт слияния котловин. Глубина польев может достигать уровня грунтовых вод, из-за чего на их дне образуются временные или постоянные водоёмы, карстовые озёра (нередко полья частично подтапливаются только во влажный сезон, превращаясь во временные озёра.В тропиках часто встречаются и положительные карстовые формы рельефа: башни, конусы, купола и т.п.

Карстовые колодцы и шахты являются переходными от поверхностных к подземным формам — это вертикальные или крутонаклонные полости, различающиеся между собой по глубине. К шахтам относятся полости глубже 20 м, и достигающие иногда сотен метров. Полости колодцев и шахт могут быть обязаны своим возникновением гравитационным (провальными) процессам, либо выщелачиванию водой карстующейся породы; нередко эти процессы сочетаются.

Типичными подземными формами являются карстовые пещеры. Обычно они имеют причудливые очертания, что обусловлено сложностью систем трещин (определяющих направление фильтрации растворяющих вод), их пересечением и неоднородностью состава карстующихся пород. Наиболее крупные карстовые пещеры возникают в зоне полного насыщения при заполнении трещинных зон напорными подземными водами.

Рельеф Русской равнины

Русская равнина — одна из крупнейших по площади равнин мира. Среди всех равнин нашей Родины только она выходит к двум океанам. Россия расположена в центральной и восточной частях равнины. Она простирается от побережья Балтийского моря до Уральских гор, от Баренцева и Белого морей — до Азовского и Каспийского.

Русская равнина состоит из возвышенностей с высотами 200-300 м над уровнем моря и низменностей, по которым текут крупные реки. Средняя высота равнины — 170 м, а наибольшая — 479 м — на Бугульминско-Белебеевской возвышенности в приуральской части. Максимальная отметка Тиманского кряжа несколько меньше (471 м).

По особенностям орографического рисунка в пределах Восточно-Европейской равнины отчетливо выделяется три полосы: центральная, северная и южная. Через центральную часть равнины проходит полоса чередующихся крупных возвышенностей и низменностей: Среднерусская, Приволжская, Бугульминско-Белебеевская возвышенности и Общий Сырт разделены Окско-Донской низменностью и Низким Заволжьем, по которым протекают реки Дон и Волга, несущие свои воды на юг.

К северу от этой полосы преобладают низкие равнины. По этой территории текут крупные реки — Онега, Северная Двина, Печора с многочисленными многоводными притоками. Южную часть Русской равнины занимают низменности, из которых на территории России находится лишь Прикаспийская.

Русская равнина почти полностью совпадает с Восточно-Европейской платформой. Это обстоятельство объясняет её равнинный рельеф, а также отсутствие или незначительность проявлений таких стихийных явлений, как землетрясения, вулканизм. Крупные возвышенности и низменности возникли в результате тектонических движений, в том числе и по разломам. Высота некоторых возвышенностей и плоскогорий достигает 600—1000 метров.

На территории Русской равнины платформенные отложения залегают практически горизонтально, но мощность их местами превышает 20 км. Там, где складчатый фундамент выступает на поверхность, образуются возвышенности и кряжи (например, Донецкий и Тиманский кряжи). В среднем высота Русской равнины составляет около 170 метров над уровнем моря. Наиболее низкие участки на побережье Каспия (его уровень примерно на 26 метров ниже уровня Мирового океана).

Формирование рельефа Русской равнины обуславливается принадлежностью к плите Русской платформы и характеризуется спокойным режимом и низкой амплитудой новейших тектонических движений. Эрозионно-денудационные процессы, плейстоценовые покровные оледенения и морские трансгрессии создали основные черты рельефа в позднем кайнозое. Русская равнина подразделяется на три провинции.

Северорусская провинция выделяется по повсеместному распространению ледниковых и водно-ледниковых форм рельефа, сформированных ледниковыми покровами московского и валдайского времени. Преобладают пластовые низменности с останцовыми пластовомоно-клинальными и кряжевыми возвышенностями, с ориентировкой форм рельефа в северо-западном и северо-восточном направлениях, подчёркнутой рисунком гидросети.

Среднерусская провинция характеризуется закономерным сочетанием эрозионно-денудационных пластовых и моноклинально-пластовых возвышенностей и низменностей, ориентированных в меридиональном и субширотном направлениях. Часть её обширной территории покрывалась днепровским и московским ледниками. Низменные участки служили областями аккумуляции водно- и озёрно-ледниковых отложений, и на них сформировался рельеф полесий, иногда с существенной эоловой переработкой, с дюнными образованиями. На возвышенных участках и бортах долин широко развиты балки и овраги. Под чехлом рыхлых отложений четвертичного возраста сохранились реликты неогенового денудационно-аккумулятивного рельефа. На пластовых возвышенностях сохраняются выровненные поверхности, а на востоке и юго-востоке провинции – морские отложения древних трансгрессий Каспия.

Южнорусская провинция включает Ставропольскую пластово-моноклинальную плосковершинную возвышенность (до 830 м), группу островных гор (неогеновые субэкструзивные тела, г. Бештау – 1401 м и др.) в верховьях Кумы, дельтовые равнины рек Терек и Сулак Прикаспийской низменности, террасированную аллювиальную равнину в низовьях р. Кубань. Рельеф Русской равнины значительно изменён в результате хозяйственной деятельности человека.

Карстовые формы

За счёт слияния нескольких воронок образуются более крупные карстовые формы – котловины. Ещё более масштабными поверхностными карстовыми формами являются полья – обширные, иногда громадные формы (до сотен км2) с плоским дном и крутыми склонами, образующиеся за счёт слияния котловин. Глубина польев может достигать уровня грунтовых вод, из-за чего на их дне образуются временные или постоянные водоёмы, карстовые озёра (нередко полья частично подтапливаются только во влажный сезон, превращаясь во временные озёра.
В тропиках часто встречаются и положительные карстовые формы рельефа: башни, конусы, купола и т.п.

Карстовые отложения

К карстовым отложениям относятся разнообразные по составу и генезису породы, объединяемые лишь общностью приуроченности к карстовым полостям.
Пещерные отложения в зависимости от происхождения можно подразделить на остаточные, гидрохемогенные, гидромеханические, гравитационные, биогенные и биохеогенные, антропогенные образованияОстаточные отложения формируются за счет накопления и переотложения нерастворимого остатка карстующихся пород. Характерными отложениями является терра-росса (от итал. terra rossa – красная земля) – красноцветные глинистые отложения, обогащённые гидроокислами алюминия и железа, представляющие собой нерастворимый остаток известняков. Терра-росса встречается как на дне карстовых воронок, так и в пещерах.

Гидромеханические (водные механические, инфлювиальные) отложения связаны с приносом водой в карстовые полости и трещины карстового массива твёрдых частиц. Для группы таких отложений, выполняющих трещины, иногда применяется специальный термин «кольматолиты» (от colmatage – вмывание). Представлены такие образования преимущественно скоплениями вязкой глины.
В некоторых пещерах накапливаются осадки, связанные с деятельность подземных рек. При этом значительная часть отлагаемого ими материала может быть связана в привносом частиц водным потоком из-за пределов собственно карстовых полостей. Из общего комплекса карстовых отложений они выделяются, если скорость движения потока достаточна высока, чтобы придать отложениями характерные структурно-текстурные особенности. Невысокие скорости движения подземных вод приводят к формированию глинистых отложений.
Отложения подземных озёр представлены различными осадками, источниками которых являются продукты выветривания коренных пород, минералы, кристаллизующиеся из озерной воды, а также материал, занесенный водными потоками (в том числе и подземными реками).

Гидрохемогенные (или водные химические) отложения — различные натечные образования, формирующиеся за счёт процессов химического осаждения вещества из водных растворов.

Особенно широкое развитие в пещерах имеют карбонатные натёчные образования. Воды, просачивающиеся по трещинам в карбонатных породах, обычно содержит много углекислого газа, что значительно увеличивает их растворяющую способность. Растворяя по пути своего движения известняки, вода насыщается кальцием в виде бикарбоната:

СаСО₃(твёрд)+Н₂О+СО₂=Са(НСО₃)₂.

Когда насыщенная бикарбонатом кальция вода просачивается с потолка или стенок пещеры, она теряет часть углекислого газа; в результате нарушения равновесия реакция сдвигается влево. Бикарбонат переходит в карбонат кальция (СаСО₃), который частично выпадает в осадок ещё в момент, когда вода находится на потолке пещеры:

Са2++2НСО₃-=Н₂О+СО₂+СаСО₃(осадок)

Так из капель, просачивающихся с потолка пещеры, нарастают вниз натёчные образования, называемые сталактитами, а из капель, падающих на пол пещеры, образуются сталагмиты. Вода, стекающая по стенам пещер, образует кальцитовые драпировки, а при слиянии линейно расположенных сталактитов возникают занавеси.

Корочки кальцита часто образуются при испарении пленочных растворов на пористых поверхностях.
Кальцитовые пленки могут образовываться и на поверхности воды подземных озер.

В случае фильтрации вод через толщи, содержащие рудные залежи или рассеянную минерализацию, из них может осаждаться не только кальцит, но и другие минеральные соединения – см. рис. В некоторых пещерах Средней Азии обнаружена промышленная урановая минерализация. Некоторую роль при образовании минералов в глубоких пещерах могут играть также минерализованные гидротермальные растворы.

Наряду с хемогенными образованиями, для многих пещер характерны и биохемогенные накопления. Значительные объёмы органогенного материала в пещерах представлены помётом летучих мышей – гуано. Гуано, реагируя с глиной, образует фосфаты алюминия.

В пещерах присутствуют также гравитационные обвальные накопления – продукты обрушения сводов пещер. В сводах крупных галерей можно наблюдать купола обрушения, под которыми расположены высокие конусы из обломков.
Обвалы часты близ входов пещер, последние часто загромождены обломками. Причиной тому интенсивное температурное и морозное выветривание при сезонной или суточной смене положительных и отрицательных температур. Обвальный процесс в зоне морозного выветривания особенно интенсивен, при этом большинство обвалов здесь происходит, когда промерзшие породы оттаивают и более активны инфильтрационные процессы.

Уровни рельефа

Рельеф можно классифицировать следующим образом:

Рельеф первого уровня

Вся литосфера, состоящая из континентальной и океанической коры, находится под рельефом первого уровня.

Континентальная кора имеет меньшую плотность, чем океаническая, и состоит преимущественно из гранитной породы, которая включает кремнезем и алюминий. В то время как океаническая кора состоит из базальтовых пород, кремнезема и магния.

Рельеф первого уровня в основном отражает первоначальное охлаждение и затвердевание земной коры в момент ее образования.

Рельеф второго уровня

Этот тип рельефа в основном состоит из всех эндогенных сил, которые происходят внутри земной коры, в ее недрах. Эндогенные силы ответственны за развитие вариаций поверхности земли.

Эндогенные процессы классифицируются следующим образом:

Диастрофизм — деформация земной коры под действием внутренней энергии нашей планеты;
Вулканизм/Землетрясения.

Горы — лучший пример продукта эндогенных процессов на континентальной коре, а в океанической коре — подводные хребты и траншеи.

Рельеф третьего уровня

Этот тип рельефа в основном состоит из экзогенных сил. Экзогенные силы — это те силы, которые возникают на поверхности Земли.

Все экзогенные силы ответственны за выравнивание поверхности планеты. Процесс выравнивания включает эрозию, транспортировку и осаждение, в результате чего образуются долины (из-за эрозии) и дельты (вследствие осаждения). Ниже приводятся природные явления, которые выполняют весь процесс выравнивания:

Проточная вода (реки);
Ветер;
Подземные воды;
Ледники;
Морские волны.

Однако континентальная окраина (область океанского дна, расположенная между глубоководной областью и линией побережья) может иметь признаки рельефа третьего уровня из-за изменений среднего уровня моря, климатических условий или специфических для региона процессов.

Виды карста

По глубине уровня подземных вод различают карст глубокий и мелкий. Различают также «голый», или средиземноморский карст, у которого карстовые формы рельефа лишены почвенного и растительного покрова (например, Горный Крым), и «покрытый» или среднеевропейский карст, на поверхности которого сохраняется кора выветривания и развит почвенный и растительный покров.

Карст характеризуется комплексом поверхностных (воронки, карры, желоба, котловины, каверны и др.) и подземных (карстовые пещеры, галереи, полости, ходы) форм рельефа. Переходные между поверхностными и подземными формами — неглубокие (до 20 м) карстовые колодцы, естественные туннели, шахты или провалы. Карстовые воронки или иные элементы поверхностного карста, через которые в карстовую систему уходят поверхностные воды, называются поноры.

Псевдокарст

Существуют также формы, внешне очень похожие на карст — псевдокарстовые формы. Одной из разновидностей псевдокарста является термокарст, связанный с таянием погребённого льда или протаиванием мёрзлых пород в областях распространения вечной мерзлоты.

Другой разновидностью является глинистый карст. Это глубокие подземные ходы и провалы, очень напоминающие настоящий карст, возникающие в сильнокарбонатных суглинках и глинах.

Морфология [ править ]

Пробка из туфа Rubaksa в Эфиопии

Тротуар из известняка в Дент-де-Кролль , Франция

Карстификация ландшафта может привести к появлению множества крупномасштабных или мелких деталей как на поверхности, так и под ней. На открытых поверхностях мелкие детали могут включать в себя канавки для раствора (или рилленкаррен), водостоки , известняковую мостовую (клинты и гребни), вместе называемые каррен или лапие. Элементы поверхности среднего размера могут включать в себя воронки или сеноты (закрытые бассейны), вертикальные валы, фойбе (воронки в форме перевернутой воронки), исчезающие ручьи и вновь появляющиеся источники . Крупномасштабные объекты могут включать известняковые тротуары , поля, и карстовые долины. Зрелые карстовые ландшафты, где было удалено больше коренных пород, чем остатков, могут привести к появлению карстовых башен или ландшафтов из стогов сена / яиц . Под поверхностью могут образовываться сложные подземные дренажные системы (например, карстовые ) и обширные пещеры и системы каверн.

Эрозия вдоль известняковых берегов, особенно в тропиках , создает карстовую топографию, которая включает резкую поверхность макатеа над нормальным досягаемостью моря и поднутрения, которые в основном являются результатом биологической активности или биоэрозии на среднем уровне моря или немного выше него . Некоторые из наиболее драматичным из этих образований можно увидеть в Таиланде «s Пхангнга Bay и в заливе Халонг во Вьетнаме .

Карбонат кальция, растворенный в воде, может выпадать в осадок там, где вода выделяет часть растворенного углекислого газа. Реки, выходящие из источников, могут образовывать террасы туфа , состоящие из слоев кальцита, отложившихся в течение продолжительных периодов времени. В пещерах множество объектов, которые собирательно называются образованиями , образуются в результате отложения карбоната кальция и других растворенных минералов.

Гидрология [ править ]

Особенности, характерные для хорошо развитой карстовой местности

Карстовый источник в горах Юра , рядом Ouhans в восточной части Франции , в истоке реки Loue

При ведении сельского хозяйства в карстовых районах необходимо учитывать недостаток поверхностных вод. Почвы могут быть достаточно плодородными, и количество осадков может быть достаточным, но дождевая вода быстро проходит через щели в землю, иногда оставляя поверхность почвы иссохшей между дождями.

Карстовый Fenster (карстовая окно) происходит , когда подземный поток выходит на поверхность между слоями породы, некоторого расстояния, а затем исчезает обратно вниз, часто в водосточный колодец. Реки в карстовых областях могут несколько раз исчезать под землей и снова возникать в разных местах, обычно под другим названием (например, Любляница , река с семью названиями). Примером этого является река Попо Аги в округе Фремонт, штат Вайоминг . На участке под названием «Раковины» в государственном парке Синкс-Каньон река впадает в пещеру в образовании, известном как Мэдисонский известняк, а затем снова поднимается на 800 м ( 1 ⁄ ₂ миль) вниз по каньону в спокойном бассейне. Turlough представляет собой уникальный тип сезонного озера находится в ирландских карстовых районах , которые формируются в рамках ежегодной наворачиваются-вверх воды из системы подземных вод.

Подача воды из колодцев в карстовой топографии может быть небезопасной, поскольку вода могла беспрепятственно течь из воронки на пастбище для крупного рогатого скота через пещеру и в колодец, минуя обычную фильтрацию, которая происходит в . Карстовые образования имеют кавернозный характер и поэтому обладают высокой проницаемостью, что снижает возможность фильтрации загрязняющих веществ. Подземные воды в карстовых областях так же легко загрязняются, как и поверхностные водотоки. Воронки часто использовались как свалки на фермах или в общественных местах . Перегруженные или неисправные септики в карстовых ландшафтах могут сбрасывать неочищенные сточные воды непосредственно в подземные каналы.

Карстовый рельеф также представляет трудности для обитателей. Воронки могут развиваться постепенно по мере увеличения отверстий на поверхности, но прогрессирующая эрозия часто остается незамеченной, пока крыша пещеры внезапно не рухнет. Такие события охватили дома, скот, автомобили и сельскохозяйственную технику. В США в 2014 году внезапное обрушение такой пещеры-провала поглотило часть коллекции Национального музея корветов в Боулинг-Грин, штат Кентукки

Суффозия

С карстовыми процессами нередко тесно связаны процессы суффозии, образуя карстово-суффузионные явления. Суффозия (от лат. suffosio – подкапывание, подмывание) – механический вынос тонких частиц водой, фильтрующейся в толще горных пород. Фильтрующаяся вода осуществляет работу двоякого рода: с одной стороны, она выщелачивает и уносит растворимые соли, с другой – производит механический вынос мельчайших частиц породы. В результате происходит разрыхление пород, образование подземных пустот, приводящих к обрушению и просадке сводов. Так в области развития лёссов на поверхности Земли наблюдаются формы, аналогичные типичным карстовым формам – воронки, замкнутые западины и т.п.

Изучение карстовых и карстово-суффузионных явлений имеет большое практическое значение.

С некоторыми карстовыми полостями связаны месторождения рудных полезных ископаемых. Источником рудных компонентов могут выступать как нерастворимые компоненты карстующегося массива (терра-росса на дне карстовых полостей), так и привнесённые в карстовые полости осадки с других рудных объектов. С карстовыми полостями связаны некоторые месторождения фосфоритов (карстовые фосфориты полуострова Флорида в США содержат до 35-40% P₂O₅), никелевых руд (на Урале такие руды одержат 1,5-2,5% Ni), бокситов, железа, марганца, ртути, сурьмы и пр.; отмечаются россыпи золота, касситерита, алмазов и другие полезные ископаемые.

Гидрология

Особенности, характерные для хорошо развитой карстовой местности

Карстовый источник в горах Юра , рядом Ouhans в восточной части Франции , в истоке реки Loue

Карстовый Fenster (карстовая окно) происходит , когда подземный поток выходит на поверхность между слоями породы, некоторого расстояния, а затем исчезает обратно вниз, часто в водосточный колодец. Реки в карстовых областях могут несколько раз исчезать под землей и снова возникать в разных местах, обычно под другим названием (например, Любляница , река с семью названиями). Примером этого является река Попо Аги в округе Фремонт, штат Вайоминг . На сайте просто под названием «Раковина» в Раковинах Canyon State Park , река впадает в пещеру в пласте , известный как Мадисон Известняк , а затем снова поднимается на 800 м ( +1 / +2 мили) вниз по каньону в безмятежной бассейне. Turlough представляет собой уникальный тип сезонного озера находится в ирландских карстовых районах , которые формируются в рамках ежегодной наворачиваются-вверх воды из системы подземных вод.

Карстовый рельеф также представляет трудности для жителей. Воронки могут развиваться постепенно по мере увеличения отверстий на поверхности, но прогрессирующая эрозия часто остается незамеченной, пока крыша пещеры внезапно не рухнет. Такие события охватили дома, скот, автомобили и сельскохозяйственную технику. В США в 2014 году внезапное обрушение такой пещеры-провала поглотило часть коллекции Национального музея корветов в Боулинг-Грин, штат Кентукки .

Что такое карст

Карст – это немецкое слово, диалектически трансформированное название словенского известнякового плато Крас. Так называют совокупные явления и процессы, обусловленные деятельностью вод, проявляющиеся растворением горных пород и появлением в них пустот. Этим же термином обозначают специфические рельефные формы на местностях, где породы относительно легко растворяются водой. К таким породам относятся гипс, известняк, доломит и прочие минералы.

Красное озеро в Хорватии

В результате растворения пород формируются специфические рельефные формы:

Карры – небольшие трещины (глубиной до 2 м) в форме канав и борозд. Отмечаются преимущественно на известняковых породах.
Поноры – некрупные, но глубокие отверстия, накапливающие воду.
Рвы – расположенные вдоль склоновой бровки образования, связанные с трещинами откоса. Глубина до 30 м, ширина до 50 м, длина до 2 км.
Овраги – внешне не отличаются от рвов, но расположены перпендикулярно склону.
Каньоны – глубоко погруженные речные долины, нередко имеющие непостоянный сток.
Ниши – склоновые углубления, отличающиеся от пещер меньшей протяженностью.
Воронки – замкнутые углубления в рельефе, диаметр которых не превышает 100 м. Бывают в форме чаши, конуса, цилиндра.
Котловины – замкнутые или частично замкнутые низменности с более или менее ровным дном и крутыми склонами. Форма обычно круглая, овальная или неправильная. Диаметр превышает 100 м, глубина больше 10 м.
Положительные формы рельефа – холмы, столбы, гористые участки. Высота до 100 м, диаметр до 500 м.
Подземные формы рельефа. К ним относятся:
- каверны – небольшие (до нескольких сантиметров) округлые полости в земле;
- колодцы и пропасти – устремленные вертикально вглубь земли каналы с отвесными стенами (диаметр от 1 м, глубина от 10 м);
- пещеры – сложно соединенные подземные полости разнообразной формы, нередко включающие водоемы и водотоки.

Пещера

Существуют формы, похожие на карст, но им не являющиеся. Это псевдокарст, к которому относятся:

Термокарст – пустоты в земле, образованные таянием льда. Явление наблюдается в областях вечной мерзлоты.
Глинистый карст – провалы, появляющиеся в покрытых трещинами карбонатных суглинках и глинах.

Термокарст