Формы карстового рельефа
В областях карстообразования выделяются поверхностный, переходный и подземный карст. К поверхностным относятся следующие формы.
Карры (шратты) – это узкие линейно вытянутые впадинки и желоба глубиной до 2 м, разделенные грядками округлых или остроконечных очертаний. Карры образуют микрорельеф известняковых плато и куэст и карровые поля. Эти формы распространены в основном в условиях чистых легко растворимых пород, большогоколичества активных трещин и процессов коррозии (разъедания и частичного растворения) горных пород под воздействием атмосферных осадков и тающего снега.. Процесс образования карров затухает, когда они перекрываются глинистой корой выветривания известняков.
Карстове воронки – западины округлой формы диаметром до 100 м и глубиной до 20 м. Выделяются также блюдцеобразные формы с шириной в 10 раз превышающие глубину с пологими до 10 о склонами и конусообразные с крутыми стенками. В областях открытого карста образуются карстовые воронки поверхностного выщелачивания. Среди них выделяются следующие виды(Рис.).
Воронки с понором образуются благодаря наличию зияющих трещин на дне, их расширению и превращению в канал – понор, уводящий поверхностные воды на глубину. Провальные воронки возникают в результате обрушения дна в процессе углубления воронки до подземной полости. Воронки тяготеют к зонам повышенной трещиноватости и дробления пород, к западинам и долинообразным понижениям вблизи речных долин, оврагов, где воды циркулируют более интенсивно. На водоразделах вдоль тектонических трещиин они имеют линейное расположение.
В областях закрытого карста формируютя суфозионно-карстовые формы: блюдца, воронки. Здесь карст сочетается с механическим выносом. Воронки могут испытывать подтопление и превращаться в озера.
При слиянии нескольких карстовых воронок образуются карстовые ванны – обширные понижения округлой или эллиптической формы.
Полья – крупные поверхностные карстовые формы длиной до нескольких десятков километров и шириной в 5 – 10 км. Они тяготеют к развивающимся отрицательлымструктурным формам – грабенам, впадинам. Полья имеют плоское дно и почти отвесные стенки. В основании стенок выходят глинистые некарстующиеся породы.. Глубина таких форм определяется мощностью карстующегося массива. На дне полья имеют речные долины, хотя нередко днища сухие. Полья возникают различными путями- вдоль разломов и складок в результате растворения и размыва.Второй путь – за счет слияния карстовых воронок. Третий – путем провала над подземной карстовой полостью.
Переходные формы – это карстовые полости, объединяющие подземные и поверхностные формы. К переходным формам принадлежат поноры, шахты и галереи. Поноры – это вертикальные полости, имеющие сверху карстовую воронку. Шахты – это естественные глубокие колодцы. Глубина вертикальных шахт на Крымской Яйле более 100 м. На плато Карст пропасть Бертарелли имеет глубину 450 м. По характеру замыкания переходные формы могут быть слепые с одним выходом и переходные с двумя выходами.
Подземные карстовые пустоты имеют щелевидную или трубчатую неправильную форму. Различаются вертикальные и крутопадающие, горизонтальные и пологопадающие каналы.
Галереи развиваются по падению пластов. Открытые галереи соединяются с пещерами на склоне, а закрытые сообщаются только с подземными пустотами. Галереи имеют большую протяженность. Гроты – это расширенные участки галерей.
Нередко они размещаются в местах пересечения галерей и содержат на дне озера.По галереям протекают подземные речки. Иногда подземные реки выходят на поверхность из гротов в виде воклюзских источников. Наиболее крупные карстовые пещеры находятся в США: Мамонтова пещера в штате Кентукки длиной около 240 км, Карлсбадская пещера в штате Нью-Мексико – 50 км, которая уходит на глубину до 403 м. На Урале находится Кунгурская пещера, выработанная в гипсах.
В пещерах отлагаются специфические осадки. Они представлены карбонатом кальция, который осаждается из воды, насыщенной углекислым кальцием. Из капель, просачивающихся с потолка пещер нарастают кальциевые сосульки – сталактиты .
5. КАРСТ И КАРСТОВЫЕ ФОРМЫ РЕЛЬЕФА
1.Условия карстообразования 2.Формы рельефа открытого карста 3.Пещеры карстовых областей 4.Пути развития карста 5.Зонально-климатические типы карста 6. Псевдокарстовые процессы и формы
1 . Условия карстообразования.Под термином «карст»
понимают совокупность специфических форм рельефа и особенностей наземной и подземной гидрографии, свойственной некоторым областям, сложенным растворимыми горными породами, такими, как каменная соль, гипс, известняк, доломит и др. И хотя каменная соль и гипс обладают большей растворимостью, чем известняки и доломиты, гипсовый и соляной карст развит сравнительно мало из-за незначительного распространения этих пород, особенно выходов их на дневную поверхность. Известняки и доломиты в обычных условиях характеризуются слабой растворимостью, но распространены они несравненно более широко, чем гипс или каменная соль.
В определенных физико-географических условиях химическая агрессивность воды может в известняковых областях существенно возрастать и в сочетании с благоприятными геологическими условиями, возникают обширные пространства карстовых ландшафтов, приуроченных к известнякам. Поэтому наиболее изучен и распространен известняковый карст.
Сущность карстовых процессов состоит в растворении породы атмосферными, поверхностными, талыми, подземными, а в некоторых случаях и морскими водами.
Главное условие растворимости известняка - достаточное количество растворенного СО2 в воде. Тогда вода становится химически агрессивной и воздействует на карбонатные породы.
К условиям, определяющим развитие карста, относятся: а) рельеф на пологонаклонных поверхностях;
Б) чистота и мощность известняков; в) структура породы
Грубообломочные или ракушечные известняки карстуются гораздо меньше, чем однородные мелкозернистые известняки; г) климат, т. е. температурный режим, количество и характер выпадающих осадков наличие многолетней мерзлоты, препятствующей проникновению воды в карстующиеся породы; д) характер растительного покрова, способствующего повышению химической агрессивности воды; е) трещиноватость карстующихся пород - при наличии трещиноватости возникает возможность проникновения агрессивных вод в толщу породы и образования различных форм подземного карста, а также оттока вод, насыщенных углекислотой, с поверхности в глубь карстующихся пород; ж) подземная циркуляция.
2. Формы рельефа открытого карста
В зависимости от того, выходят ли карстующиеся породы на земную поверхность, или они перекрыты сверху некарстующимися отложениями, различают голый изакрытый (покрытый) карст. Голый карст, чаще всего свойствен горным территориям, где наиболее интенсивно идут процессы денудации, закрытый - равнинам.
Наибольшее разнообразие форм рельефа и наибольшая активность карстовых процессов обычно свойственна голому карсту. Дождевые или талые воды, стекая по поверхности известняка, разъедают стенки трещин. В результате образуется микрорельеф карров илишраттов - система гребней и разделяющих их рытвин или борозд.
Карры развиты повсеместно и являются микроформами карстового рельефа. Однако их морфология, степень развития и размеры участков, занятых каррами, изменяются в широких пределах в зависимости от геологических условий и особенностей рельефа. Они образуются там, где карстующиеся гипсы обнажены или частично задернованы. Борозды и гребни располагаются примерно параллельно друг друга, если четко выражено падение слоев и трещиноватость пород совпадает с направлением падения. При более сложной системе трещиноватости карры располагаются совершенно неправильно, пересекаются, разветвляются и вновь сливаются. Глубина борозд может достигать 2,0 м. Покрытые каррами пространства называют карровыми полями . По мере расширения трещин гребни становятся все уже, надламываются и распадаются на отдельные обломки.
При интенсивной вертикальной циркуляции воды процесс растворения карстующихся пород приводит к образованию поноров - каналов, поглощающих поверхностные воды и отводящих их в глубину закарстованного массива. Величина и форма поноров разнообразны и зависят от степени их разработанности. На поверхности поноры выражены зияющими трещинами или отверстиями, в глубине ими начинается сложная система каналов вертикальной циркуляции воды. Расширение устий понора в процессе дальнейшего растворения приводит к образованиюкарстовых воронок различных размеров и форм в зависимости от возраста, типа карстующихся пород и их залегания от щеле- и колодцеобразных до блюдцеобразных. В закрытом карсте воронки образуются не только за счет растворения, но и в результате механического выноса - суффозии-в поноры залегающих с поверхности нерастворимых пород. Такие воронки называют карстово-суффозионными иливоронками просасывания.
Карстовые
формы рельефа 1
– кары; 2, 3
– воронки
поверхностн
выщелачива ния; 4 – провальная воронка; 5 – карстовая долина; 6 – полье; 7 – пещера.
Карстовая воронка - отрицательная форма рельефа, замкнутая впадина чашеобразной, конической или другой формы, диаметром до 50 метров, глубиной до 15 (иногда до 200) метров.
Карстовые воронки располагаются поодиночке или цепью вдоль тектонического разлома или подземного водотока. Обычно карстовые воронки образуются путем растворения поверхностных пород или при обрушении кровли подземной полости.
Котловины образуются в результате слияния двух или более карстовых воронок. В ходе своего развития близлежащие воронки разных генетических типов могут объединяться между собой, образуя карстовые котловины и ванны сложной формы с одним или несколькими понорами (или вообще без таковых). В случае комбинации эрозионной формы с карстовой воронкой возможно образование слепой балки или слепого оврага.
Карст-- совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами -- гипсом, известняком, мрамором, доломитом и каменной солью.
Карстовый рельеф существенно различается в умеренных и тропических широтах. В умеренных широтах карстовые процессы зависят от глубины залегания грунтовых вод, которая для карста является базисом денудации. По этому признаку выделяют мелкий и глубокий карст. Для мелкого карста характерны быстрые темпы развития, но меньшая пересеченность местности. Глубокий карст развивается дольше, но при этом образуются глубокие понижения на поверхности и многочисленные пещеры.
По месту расположения карстовых форм различают поверхностный и глубинный (подземный) карст. В свою очередь, поверхностный карст в зависимости от обнаженности на поверхности карстующихся пород подразделяется на два типа: открытый (голый, средиземноморский), когда карстующие-ся породы залегают непосредственно на поверхности, присущ горным территориям, где лучше обнаженность коренных пород; и покрытый (восточноевропейский), когда карс-тующиеся породы залегают на некоторой глубине под рыхлыми некарстующимися отложениями.
К поверхностным формам карста относятся карры (шратты), воронки, котловины (увала), полья.
Карры -- комплекс узких борозд глубиной 1--2 м, отделенных друг от друга острыми гребнями. Карры -- формы микрорельефа, которые образуются за счет растворения и механического разрушения поверхностными водами трещин пород.
Воронки широко распространены в условиях и голого, и покрытого карста, как на междуречьях, так и по днищам балок. Это округлые, обычно конусообразные понижения разного размера (до десятков, реже сотен метров в диаметре) и разной глубины (от первых метров до десятков метров). Маленькие плоскодонные воронки называются блюдцами. При соединении множества воронок за счет разрушения перемычек между ними образуются обширные замкнутые понижения -- котловины, или увала. У них обычно крутые фестончатые склоны, неровное дно, большие размеры: в длину -- километры, в ширину -- сотни метров, глубиной -- первые десятки метров.
Самые крупные карстовые формы -- по-лья напоминают грабен в миниатюре. Это обширные продолговатые замкнутые понижения площадью более 200--300 км, глубиной сотни метров, с крутыми склонами, с холмами-останцами на днище, с ручьями и даже деревнями. Самые крупные полья -- Ливанское площадью 379 км2 в Боснии, Попово -- 180 км в Герцеговине. По-видимому, они образуются при слиянии котловин вдоль линий тектонических разломов, т. е. предопределены тектоникой.
Подземные формы карста -- колодцы, шахты, пропасти, пещеры.
Карстовые колодцы образуются в результате обрушения кровли над подземной пропастью. Колодцы имеют цилиндрическую форму и размеры до 20 м в ширину и глубину.
Шахты -- узкие, глубокие (сотни метров) каналы-трубы. Стволы их могут быть прямолинейные, ломаные, изогнутые. Образуются в результате расширения каналов-трещин, причем нередко закладываются на пересечении нескольких систем трещиноватости.
Комбинации естественных шахт с горизонтальными и наклонными пещерами обычно называют карстовыми пропастями. Глубочайшая карстовая пропасть мира -- Жан-Бернар глубиной 1535 м в Савойских Альпах Франции.
Пещеры -- полости разнообразной формы и величины внутри горных пород, открывающиеся на земную поверхность одним или несколькими отверстиями. Образование пещер связано с интенсивной растворяющей способностью воды в трещинах породы. Расширяя их, вода создает сложную систему каналов.
По структурным условиям выделяются два класса современного карста: равнинный и горный. В пределах этих классов в зависимости от геологического строения, истории развития территории карст и связанные с ним формы рельефа подразделяются на ряд По составу пород выделяются карбонатный, сульфатный, галоидный (соляной) и переходные между ними типы карста (карбонатно-сульфатный и др.). Внутри литологических типов выделяются подтипы, например, в карбонатном карсте выделяется известняковый, меловой,
доломитовый и др. На основании того, развивается ли карст в настоящее время на поверхности или под покровом каких-либо отложений, выделяют в первом случае голый, или средиземноморский, карст, а во втором -- покрытый, или восточно-европейский (русский), карст.
По возрасту карст разделяется на современный (развивающийся) и древний (не развивающийся), или ископаемый. Все представленные классы и типы карста развиты во всех климатических поясах земного шара. Широко они распространены и на территории Русской равнины, где выделяется восемь карстовых областей, включающих ряд провинций и округов с различными типами карста. На карте видно, что на большей части Русской равнины развит карбонатный карст, преимущественно известняковый. На меньшей площади и, главным образом, в южных районах развит меловой карст. Несмотря на разнообразие типов карста, для всех них характерны одни и те же или близкие формы рельефа.
Карст (от назв. плато Карст на Балканском п-ве) - процесс растворения и механической эрозии горных пород природными поверхностными и подземными водами и связанный с ним комплекс форм рельефа. Он является особым видом денудации, ведущей к разрушению и преобразованию земной поверхности и созданию специфических форм рельефа. Карст относится к опасным для человека процессам, вызывающим разрушение гражданских и промышленных объектов (зданий, железных дорог, линий электропередач, плотин и др.), подтопление шахт и рудников, строительных котлованов, фильтрацию воды из водохранилищ. Он затрудняет строительство гидроэлектростанций. Вместе с тем с карстом связано образование многих полезных ископаемых: бокситов, фосфоритов, огнеупорных глин, селитры, мумие, серы. В карстовых трещинах из гидротермальных растворов кристаллизовались многие ценные рудные минералы: цинк, свинец, железо, марганец, ртуть и даже золото. Закарстованные породы являются хорошими коллекторами углеводородов (нефти и газа) и используются как современные газохранилища. Кроме того, они являются вместилищами подземных в0д, используемых для водоснабжения городов и поселков.
Факторы и условия образования карстовых форм рельефа
Основным фактором карстового процесса является вода, содержащая углекислоту (С02). Это атмосферная, талая, речная, подземная, а на побережьях морей - морская вода. Углекислота β воде находится в растворенном состоянии, причем в холодной воде углекислота растворяется в большем количестве, чем в теплой. Она поступает в воду из атмосферы, а также в результате разложения органических остатков в почве и выделения растительностью в процессе фотосинтеза. Еще одним источником углекислоты является вулканическая деятельность. Разрушение пород под действием химического растворения и выноса веществ в водном растворе называется коррозией (от лат. corrosio - разъедание). Образование карстовых форм рельефа происходит при определенных условиях.
1. Вещественный состав пород является основным условием образования карстовых форм. Свойством химически растворяться и выщелачиваться обладают породы карбонатные (известняк,
доломит, мел, мергель, в меньшей степени мрамор), сульфатные (гипс, ангидрит) и некоторые соли (натриевая, калийная). Эти породы называются «карстующимися». Немаловажное значение имеет чистота породы или присутствие в ней различных включений, глинистых, пылеватых или песчаных частиц, которые ослабляют растворимость породы, закупоривают или кольматируют (от итал. colmata - наполнение) трещины и, накапливаясь, делают породу водонепроницаемой. Возраст пород не влияет на развитие карста: «карстуются» породы всех возрастов - от докембрия до четвертичных.
2. Характер поверхности пород или рельеф. На горизонтальных или вогнутых поверхностях вода лучше просачивается в породу, чем на наклонных и плоских, по которым она стекает. При этом залегание пород может быть как горизонтальным, так и наклонным.
3. Трещиноватостъ пород, их раздробленность, а также пористость обусловливают глубокое проникновение воды в породу
4. Гидродинамическая обстановка, положение грунтовых и других типов подземных вод определяют интенсивность и глубину развития карстовых процессов и форм рельефа. В общем случае, чем мощнее массив карстующихся пород и глубже находится горизонт грунтовых вод, дренируемых рекой или морем, тем активнее идет вертикальная циркуляция воды и активнее развиваются коррозия и формы растворения внутри массива и на его поверхности. Для оценки закарстованности массива пород, дренируемого рекой (или морем, озером, водохранилищем), прогнозирования развития и скорости карстовых процессов, в нем выделяются следующие вертикальные и горизонтальные гидродинамические зоны (Д. С. Соколов, Г. А. Максимович, А. Г. Лыкошин и др.) (рис. 11.1). I - зона аэрации, или вертикальной циркуляции, в которой
периодически поступающая вода (дождевая, талая) свободно по трещинам движется вниз.Мощность этой зоны зависит от мощности карстующихся пород и положения базиса эрозии (уровня воды в реке, море), к которому направлен поток грунтовых вод. В этой зоне коррозия наиболее активна и в ней развивается наибольшее количество вертикальных карстовых полостей. II - зона сезонного колебания или периодического повышения и понижения уровня грунтовых вод, вызванного неравномерным поступлением воды из зоны аэрации, а также реки или водохранилища во время паводков. Величина колебания может достигать нескольких десятков метров. Это зона неравномерного развития коррозии (то ослабление, то активизация) и карстовых форм. III - зона полного водонасыщения, в которой происходит горизонтальное движение воды к уровню водоема. Кроме того, здесь происходит сифонная циркуляция в виде восходящих карстовых источников, которые вызывают образование карстовых форм. При повышении уровня грунтовых вод вертикальная циркуляция воды ослабляется, но усиливается горизонтальная. Коррозия и образование карстовых форм идут более активно вблизи места разгрузки грунтовых и подземных вод, т. е. в присклоновой или береговой зоне массива. В придолинной зоне карстовые формы часто развиваются в рвах отседания, протягивающихся параллельно берегу. Чем дальше
от места разгрузки вод (приводораздельная зона), тем менее активны карстовые процессы.
Основные морфолого-генетические типы карста. По структурным условиям выделяются два класса современного карста:равнинный и горный. В пределах этих классов в зависимости
от геологического строения, истории развития территории карст и связанные с ним формы рельефа подразделяются на ряд типов (Д. С. Соколов, Н. А. Гвоздецкий, Г. А. Максимович и др.). По составу пород выделяются карбонатный, сульфатный, галоидный (соляной) и переходные между ними типы карста (карбонатно-сульфатный и др.). Внутри литологических типов выделяются подтипы, например, в карбонатном карсте выделяется известняковый, меловой,
доломитовый и др. На основании того, развивается ли карст в настоящее время на поверхности или под покровом каких-либо отложений, выделяют в первом случае голый, или средиземноморский, карст, а во втором - покрытый, или восточно-европейский (русский), карст.
По возрасту карст разделяется на современный (развивающийся) и древний (не развивающийся), или ископаемый. Все представленные классы и типы карста развиты во всех климатических поясах земного шара. Широко они распространены и на территории Русской равнины, где выделяется восемь карстовых областей, включающих ряд провинций и округов с различными
типами карста (рис. 11.2). На карте видно, что на большей части Русской равнины развит карбонатный карст, преимущественно известняковый. На меньшей площади и, главным образом, в южных районах развит меловой карст. Несмотря на разнообразие типов карста, для всех них
характерны одни и те же или близкие формы рельефа. Ниже рассматриваются современные, или развивающиеся, карстовые формы.
Формы карстового рельефа. Выделяются поверхностные и подземные формы. Поверхностные формы наилучшим образом представлены в голом типе карста. Развитие поверхностных форм идет от образования простых форм к более сложным. Первичными простейшими формами являются карры - борозды, образующиеся при поверхностном растворении и выщелачивании (коррозии) карстующихся пород, сопровождающихся их эрозией (рис. 11.3). Глубина и ширина борозд измеряются от нескольких до десятков сантиметров, хотя в горах размеры их могут увеличиваться до первых метров. Борозды разделяются неровными, часто острыми, зубчатыми гребнями. По форме выделяются карры канавкообразные, желобковые, лунковые (округлые), прямолинейные, извилистые и др. (Н. А. Гвоздецкий) (рис. 11.4). Трещиноватость пород обусловливает прямолинейность форм, а от особенностей залегания и чередования разных по составу слоев зависит полосчатый рисунок, образуемый каррами. Широкое площадное развитие карров называется карровым полем. Карры образуются только на обнаженных породах. Растительность и покров элювия препятствуют их образованию. Воронки являются самыми распространенными формами в любом типе карста. Принято выделять три типа воронок: поверхностного растворения, провальные и воронки просасывания. Среди них только первый тип является собственно карстовым или коррозионным, тогда как в образовании двух других типов воронок участвуют и иные процессы. Воронки поверхностного растворения (коррозионные)
образуются из карров при их расширении и углублении или без них на участках повышенной трещиноватости и выветрелости пород. Выщелоченный материал в растворенном состоянии уносится в подземные полости. Воронки имеют округлую или овальную форму в плане, а в поперечном сечении - конусовидную или чашеобразную (рис. 11.5 а). Размеры воронок различны: от небольших диаметром до 10 м и глубиной до 5 м, до крупных, диаметр которых достигает сотен метров, а глубина - 50-80 м. На дне воронок обычно существуют поноры - углубления, отверстия, каналы или трещины, поглощающие поверхностную воду и проводящие ее вглубь. Нередко они еле заметны, т. к. зарастают травой или кустарником. Воронки характерны для всех типов карста. Коррозионные воронки развиты в горах, на плоскогорьях и нагорьях, структурных плато и на равнинах. В отдельных районах количество их измеряется сотнями и тысячами. Так, в Горном Крыму их насчитывается около 5000, а в Предуралье, в частности Башкирии, на 1 км2 приходится до 350 воронок (Н. А. Гвоздецкий).
Провальные воронки, или провалы, образуются при обрушении сводов подземных полостей. Поэтому они являются коррозионно-гравитационными формами. Такие воронки имеют крутосклонную цилиндрическую форму (рис. 11.5 б), которая со временем в результате сглаживания склонов преобразуется в конусовидную. Глубина провальных воронок достигает нескольких десятков метров. На их дне обычно лежат обломки обрушившихся пород с примесью глинистых продуктов химического разложения карбонатов. Иногда глинистый материал, вымываемый из породы, закупоривает поноры, и тогда в провальных воронках образуются небольшие озера. Провальные воронки часто образуются внезапно, тогда как воронки первого типа формируются длительное время. На побережьях морей образуются абразионно-коррозионные воронки. Помимо химического растворения волны еще и механически разрушают карстующиеся породы. При активном развитии карстового процесса воронки углубляются и расширяются. При слиянии нескольких воронок образуются вытянутые ложбины, или округлые котловины. Диаметр последних достигает 200-400 м, а глубина может превышать 20-30 м. При дальнейшем развитии карста образуются еще более крупные и замкнутые депрессии, или полья. Длина и ширина их может достигать нескольких километров. Их дно плоское широкое, иногда имеет наклон в разные стороны, а склоны - крутые. Обычно полья сухие, реже заняты временными потоками или озерами. Тогда на их дне накапливаются соответствующие осадки. Происхождение польев объясняется по-разному Согласно наиболее простой версии, они образуются при расширении и слиянии воронок и котловин, когда карстовый процесс идет вширь, т. к. ниже залегают некарстующиеся породы. Помимо этого существуют тектоническая гипотеза, по которой предполагается опускание участков карстующихся пород по разрывам (грабеновые полья) или их синклинальный прогиб (синклинальные полья), а также провальная гипотеза - обрушение поверхности над подземными речными долинами. В последнем случае полья представляют собой узкие продолговатые впадины. В образовании некоторых польев участвуют несколько процессов. Помимо указанных выше поверхностных форм в карстовых областях существует множество других замкнутых понижений, рвов, представляющих собой расширенные карстовым процессом трещины, а также сухих русел, логов, оврагов, «слепых» долин (не имеющих устья, замкнутых), на дне которых также могут быть развиты воронки. Чем больше мощность карстующихся пород и ниже расположен горизонт грунтовых вод, тем глубже указанные выше формы. Характерны исчезающие реки, вода которых уходит в карстовые полости, периодически действующие озера и др. В горах и предгорьях карстовые долины имеют форму узких и глубоких каньонов и также без поверхностного стока. Все эти формы образуются из-за того, что поверхностный сток воды поглощается, уходит в трещины и в подземные полости. Часто возникают карстовые источники, в том числе восходящие, «бьющие» на дне озер или в прибрежной части моря. У выходов на поверхность углекислых источников в результате осаждения карбоната кальция образуются известковые туфы.
Поземные формы. К ним относятся формы, расположенные ниже земной поверхности. Наиболее простыми являются небольшие полости, размер которых - около 0,3 м. Более крупные - колодцы, шахты и пропасти - имеют трубообразную форму (рис. 11.6).
По классификации Г. А. Максимовича, колодцы и шахты имеют диаметр более 1 м, при этом глубина первых - до 20 м, а вторых - более 20 м. Диаметр пропастей - более 10 м, а глубина достигает сотен метров и более. И колодцы и шахты обычно приурочены к крупным трещинам или разрывам и связаны с подземными формами - пещерами.
Пещеры - подземные полости внутри массива пород. Они образуются в различных по составу породах: известняках, гипсах, солях в местах их повышенной трещиноватости. В образовании пещер участвуют не только коррозия, но и эрозионные (подземные реки), тектонические (трещиноватость), а на морских берегах и абразионные процессы (разрушение и растворение пород морской водой). Размеры и форма пещер различны, при этом они горизонтальны, вертикальны или наклонны. Многие из них состоят из сложной системы лабиринтов. Наиболее крупные пещеры достигают в длину десятков километров, а длина всех ходов самой крупной пещеры - Мамонтовой в Северной Америке - превышает 500 километров. Самые глубокие пещеры-пропасти - Мирольда во Французских
Пиренеях и Крубер-Воронья на Кавказе в Грузии - опущены соответственно до -1733 м и -1710 м. В крупных пещерах текут подземные реки, существуют водопады, озера, заполненные водой галереи, называемые сифонами. Пещеры часто образуются в зоне горизонтальной циркуляции подземных вод и в зоне полного насыщения, в которой каналы и полости заполнены подземными водами. Однако уровень подземных вод с течением времени понижается. Причиной этого является поднятие территории, горного массива или понижение базиса эрозии - уровня реки, озера или моря. С новым положением уровня подземных вод связана выработка нового, более низкого, этажа пещеры, а прежний, более высокий, осушается. Поэтому многие глубокие пещеры имеют этажное строение, т. е. расположение систем ходов, галерей на разных высотных уровнях. Таким образом, с каждым этапом врезания реки или тектонического поднятия связана своя система пещерных ходов и галерей. Фактически этажи пещер привязаны к террасовым уровням. (Это относится к пещерам, дно которых не опускается ниже базиса.) На основании этого часто определяется и возраст пещер. В пещерах образуются натечные формы из кальцита, гипса или
соли: сталактиты, свисающие сверху, растущие им навстречу снизу сталагмиты. При их соединении образуются колонны (рис. 11.7). Все эти формы возникают тогда, когда уровень подземных вод понизился, и пещера осушена. Натечные формы формируются в течение длительного времени, часто десятков и сотен тысяч лет. Помимо натечных образований в пещерах встречаются гравитационные (обвальные) образования, аллювиальные отложения подземных рек, органогенные отложения, представленные гуано (исп. guano) - пометом летучих мышей - и мумие. Пещеры более характерны для гор, хотя и в равнинных областях известно множество пещер, но они сравнительно неглубоки. На равнинах пещеры развиты, главным образом, на возвышенных участках. Из Крымских пещер наиболее известна Красная на Долгоруковской яйле, развитая в верхнеюрских известняках, а на Кавказе - Новоафонская, развитая в известняках верхней юры и нижнего мела. В Предуралье находится Кунгурская пещера, выработанная в нижнепермских гипсах и ангидритах. Пещеры интересны в связи с находками в них остатков жизнедеятельности древнего человека - костей животных и птиц, употреблявшихся в пищу, примитивных орудий труда, настенных рисунков. Все эти предметы используются для определения относительного и абсолютного возраста пещер.
Влияние климата на образование карстового рельефа.
Карстовые формы развиваются практически в любых климатических условиях. Этому способствуют процессы выветривания, разрушающие породы во всех климатических зонах. Даже в холодных областях в условиях существования постоянной мерзлоты, где вода находится в незамерзшем состоянии всего 3-4 месяца, развиты поверхностные и подземные карстовые формы. Мерзлота замедляет карстообразование, но не исключает его. Поверхностные формы (воронки, котловины) здесь связаны с надмерзлотными водами, а подземные - с глубинными межмерзлотными и подмерзлотными. В холодных областях активную роль играет пленочная вода, облекающая частицы породы и не замерзающая зимой. Эта вода находится в движении, она растворяет породы и расширяет поры и трещины, ее агрессивное действие объясняется большим количеством углекислоты, способной растворяться в холодной воде. Карст активизирует циркуляцию подземных вод, что вызывает местную деградацию мерзлоты и развитие термокарстовых воронок. Областью развития карстового рельефа в условиях постоянной мерзлоты является Восточная Сибирь, где развит преимущественно покрытый карст. В умеренном поясе воронки и котловины задерновываются, зарастают растительностью, лесом
Такой карст относится к задернованному типу. Он характерен для Кавказа, северных районов Восточно-Европейской платформы (Сев. Двина, Кулойское плато и др.). Неблагоприятные условия для современного карстообразования характерны для аридных районов, поскольку здесь мало воды, в том числе подземной, и нет растительности - источника углекислоты. Об этом свидетельствует отсутствие натечных образований в пещерах. Имеющиеся в некоторых пустынных и полупустынных районах (плато Устюрт, п-ов Мангышлак на восточном побережье Каспийского моря и др.) поверхностные и подземные карстовые формы образовались в более влажных условиях, существовавших в неогене и в отдельные эпохи четвертичного периода. В образовании некоторых впадин, дно которых находится ниже нуля (Сарыкамышская, Кара-Гие и др.) участвовала и карстовая денудация. Современное развитие карстовых форм в аридных областях наблюдается преимущественно на побережьях морей, где активным фактором является морская вода, содержащая соли. Под действием агрессивной морской воды в береговых обрывах развиты лунковые карры, ниши, котлы, гроты, пещеры (побережье Каспийского моря и др.). Теплый и влажный климат тропических и экваториальных областей благоприятствует образованию и развитию карстового рельефа. Здесь много воды, и хотя в теплых условиях углекислота удаляется из воды, однако количество ее постоянно возобновляется растительностью.
Поэтому карстовые формы всех типов развиты очень широко. Вместе с тем здесь
развиты своеобразные останцовые формы: башенные, столбчатые, куполообразные, конические, грибообразные, столообразные (рис. 11.9) и др., между которыми расположены замкнутые впадины - котловины, полья. Такого типа останцы на Кубе называются «моготе». Во Вьетнаме они затоплены морем и образуют скалистые острова причудливой формы. В большинстве случаев останцовый карст является древним, длительно развивающимся с миоцена или плиоцена.Климатическая зональность в развитии карстовых форм наблюдается и в горах. Так, в предгорьях Кавказа в аридных условиях карстовый рельеф развивается медленнее, и формы меньше, по сравнению с более высокими и влажными высокогорьями.
Карст и тектоника. Карстовые формы наиболее интенсивно развиты в областях новейших поднятий - горах. Здесь и карры, и воронки, и пещеры глубже и резче выражены. Это объясняется тем, что в горах, по сравнению с платформенными областями, больше мощность карстующихся пород, выше степень их трещиноватости и раздробленности, связанная с разрывными нарушениями, больше амплитуды рельефа. Все это способствует более глубокому проникновению поверхностной воды в породу, энергичной вертикальной циркуляции. По трещинам и разрывам развиваются воронки, колодцы, шахты. Ориентировка пещер, карстовых долин и других форм часто является согласной с крупными разломами. Сильные сейсмические сотрясения вызывают провалы над подземными полостями, разрывы галерей в пещерах, обрушение в них сводов. По тектоническим трещинам происходит и восходящий поток напорных подземных вод тогда карст развивается в направлении снизу вверх. Развивающиеся при этом карстовые формы могут не проявляться на поверхности или вызывать обрушение вышележащих пород. Благоприятными условиями развития карста являются наклонное залегание пластов, при котором на поверхность выходят различно растворимые породы, и циркуляция подземных вод может идти не только по трещинам, но и по плоскостям напластования. От характера залегания пород зависит форма воронок. Например, на Крымских яйлах характерны асимметричные воронки, у которых пологий склон совпадает с поверхностью пласта (см. рис. 11.5 а). На равнинах районы развития карстовых форм часто приурочены к сводам положительных структур, выраженных в рельефе возвышенностями и валами, для которых характерны повышенная трещиноватость пород, а мощность перекрывающих некарстующихся пород уменьшена, или они отсутствуют. Так карст широко развит в пределах Токмовского, Башкирского, Пермского, Ромашкинского сводов на востоке Восточно-Европейской платформы, на Жигулевском и Окско-Цнинском валах, Воронежской антеклизе (Среднерусской возвышенности) и на многих других подобных структурах. В то же время в некоторых аридных районах (плато Устюрт и др.) воронки, котловины, наоборот, развиты в синклиналях, т. к. здесь скапливается вода. И почти повсеместно воронки маркируют разрывные нарушения.
Заключение. Цикл образования и развития карстового рельефа, по сравнению с другими типами рельефа, сложный и длительный, идущий в изменяющихся климатических условиях (например, при чередовании холодных и теплых эпох) и охватывающий сотни тысяч и миллионы лет. Так, в Горном Крыму на плато первой гряды развитие карбонатного карста началось, по всей вероятности, после регрессии сарматского моря в позднем миоцене и продолжается и в настоящее время. Карст на Кубе стал развиваться с плиоцена (Н. А. Гвоздецкий). Развитие карстового рельефа начинается с простейших форм - карров (стадия юности). В стадию зрелости широко развиты как поверхностные формы (воронки, котловины, рвы, суходолы и др.), так и подземные (пещеры). Заканчивается цикл (стадия старости) образованием польев, когда достигнута кровля некарстующихся пород и только возвышаются отдельные останцы, оставшиеся воронки заполнены различными отложениями. На протяжении цикла из-за изменяющегося положения базиса эрозии образование карстовых форм то активизируется, то замедляется. Во многих карстовых районах одновременно присутствуют формы, относящиеся и к начальной, и зрелой стадиям развития карста. Стадия старости с преобладанием останцового рельефа характерна, по всей вероятности, для тропического карста Кубы, Южного Китая, Вьетнама и некоторых других районов. Карстовые процессы ведут к денудации земной поверхности и к общему ее снижению. Скорость химической денудации различна в зависимости от климатических и структурных условий (количества воды, высоты местности и др.). В Крыму, по данным М. Пулины, она составляет 21,8 мм/1000 лет, на Кавказе - в 10 раз больше. Во влажных тропических областях (Куба, Ямайка и др.) она составляет, по данным Д. И. Смита, около 100 мм/1000 лет. И здесь по высоте останцов можно предположить, что в результате карстовой денудации поверхность понизилась более чем на 100 м. В северных районах скорость карстовой денудации снижена. Большая часть продуктов разрушения выносится в растворенном виде, и лишь незначительная их часть накапливается. К ним относятся нерастворенные остаточные продукты химического растворения и выщелачивания карбонатных пород, представляющие собой элювиальные глины, обычно красно-бурого цвета из-за содержания окисей и гидроокисей железа и алюминия, с мелкими обломками известняков (terra rossa от итал. terra - земля и rossa - красная). Помимо элювия с карстом связаны натечные образования, а также гравитационные, аллювиальные, озерные отложения и отложения карстовых источников.Полезные ископаемые, связанные с карстом, указаны в начале главы.
КУРСОВАЯ РАБОТА
Карст и карстовые отложения
Аннотация
Работа посвящена вопросам, связанным с карстом и карстовыми отложения. В ней раскрыто понятие карста. Описаны основные формы рельефа карста, факторы образования, причины аккумуляции минеральных веществ и их источники. Изложены классификация и способы исследования карста. Рассмотрены полезные ископаемые карстовой фации.
Введение
Глава 1. Общие сведения
1.1 Понятие карста
1.2 Формы карста
1.3 Классификация карста и вопрос о его районировании
1.4 Методика карстовых исследований
Глава 2. Факторы карстообразования
2.1 Химический состав горных пород
2.2 Структура горных пород
2.3 Трещиноватость горных пород
2.4 Тектонические структуры и мощность карстующихся пород
2.5 Покровные образования и рельеф местности
2.6 Крутизна склона топографической поверхности
2.7 Сила тяжести
2.8 Подземные реки
Глава 3. Причины аккумуляции минеральных веществ в карстовых фациях
Глава 4. Источники вещества отложений карста
Глава 5.Полезные ископаемые карстовой фациальной области
5.1 Типы полезных ископаемых
5.2 Рудные полезные ископаемые
5.3 Нерудные полезные ископаемые
Заключение
Список литературы
Введение
Темой данной курсовой работы является карст. Я считаю, что о карсте должен знать каждый геолог, так как в учении о карсте (карстоведении) развиваются разные научные направления. Наиболее широко представлены географическое и геоморфологическое. Вместе с тем карст является результатом определенных преобразований горных пород. В ходе их осуществляются разрушение породообразующих минералов, транспортировка веществ и накопление новообразований. Следовательно, в учении о карсте имеется круг проблем, решаемых геологическими науками. Обсуждение этих проблем на основе обширного фактического материала представляет научный и практический интерес.Также карст существенно влияет на ландшафтные особенности территории, ее рельеф, сток, подземные воды, реки и озера, почвенно-растительный покров, хозяйственную деятельность населения. В карстовых областях находятся богато украшенные природой сказочные подземные дворцы-пещеры.
Раскрыть понятие карста
Дать описание основных подземных и поверхностных карстовых форм рельефа
Охарактеризовать факторы, влияющие на развитие карстового процесса и формирование карстовых форм рельефа
Найти причины аккумуляции минеральных веществ в карстовых формах.
Изучить источники вещества отложений карста
Описать полезные ископаемые карстовой фациальной области
Глава 1.Общие сведения
Понятие карста
Карстовый процесс представляет собой длительно развивающийся процесс растворения и выщелачивания, трещиноватых растворимых горных пород подземными и поверхностными водами. В результате деятельности карстовых процессов возникают как отрицательные формы рельефа на земной поверхности, так и различные полости каналы гроты или пещеры на глубине. Термин «карст» происходит от искаженного австрийского названия плато Карст в Словении, на котором эти явления ярко выражены и хорошо изучены европейскими исследователям. Карстовые явления распространены чрезвычайно широко. По геологическим условиям примерно третья часть площади суши земного шара имеет потенциальные возможности для их развития.
Существует несколько условий, необходимых для развития карстовых явлений.
Во-первых, это наличие растворимой в природных водах горной породы, водопроницаемой вследствие трещиноватости или пористости.
Во-вторых, наличие растворителя, т.е. воды, агрессивной к горной породе.
В-третьих, наличие условий, обеспечивающих водообмен, – отток насыщенной растворенным веществом воды и постоянный приток свежего растворителя. Если первое условие определяется геологическим строением местности, то второе и отчасти третье тесно связаны с физико-географической обстановкой, второе- с почвенно-растительным покровом и климатом, третье- с геоморфологическими и гидрологическими условиями помимо геологической структуры и гидрогеологических особенностей.
Типично карстующимися породами являются моно- и биминеральные породы - каменная соль, гипс, ангидрит, мел, известняк, доломит, изнестняково - доломитовые породы, разновидности мрамора, магнолит, карбонатит. Ведущую роль в этом списке играют карбонатные породы - как вследствие их широкого распространения (около 15% площади суши), так и за счет контрастности составов между ними и рыхлыми отложениями, что вызывает побочные взаимодействия, ведущие к дальнейшей карстификации.
Понятие растворения (растворимости) относится к химическим соединениям, в том числе и к минералам. Различают два вида растворения вещества - конгруэнтное, когда все его компоненты переводятся в раствор, причем реакция обратима, и инконгруэнтное, когда в раствор переходят не все компоненты вещества. В этом случае остается твердая фаза и реакция необратима. Оба типа растворения проявляются в зоне гипергенеза, но конгруэнтное растворение характерно для карстификации, а инконгруэнтное - для корообразования и выщелачивающего метасоматоза.
Различают открытый, или голый карст, когда растворимые породы выходят на дневную поверхность, и закрытый, когда они залегают глубоко под землей и с поверхности перекрыты толщами нерастворимых пород.
К поверхностным карстовым формам относятся кары, поноры, карстовые ниши, воронки, котловины и полья, а также колодцы и пропасти.
Подземные карстовые формы представлены пещерами каналами.
Карстовые процессы создают не только определенные формы рельефа, но и учувствуют в образовании своеобразных отложений. На поверхности и на дне карстовых форм рельефа располагаются остаточные от растворения образования – это бескарбонатный в основном алюмосиликатный материал, оставшийся после растворения. Он носит название терра-росса(красная земля).на поверхности и в пещерах имеются обвальные накопления – продукты обрушения сводов карстовых полостей или от скатывающихся по склонам карстовых долин и воронок глыб. В пещерах находятся своеобразные аллювиальные осадки, образуемые подземными реками. Имеются также травертины – натечные формы известкового туфа, а также своеобразные натечные формы- сталактиты, растущие от кровли пещеры вниз. Их тонкие переплетения часто называют сталактитовыми занавесями. Со дна пещер растут вверх сталагмиты.
Формы карста
Формы рельефа, образованные в результате карстового процесса, делятся на поверхностные и подземные.
поверхностные формы карста
К поверхностным карстовым формам относятся карры, желоба и рвы, воронки, блюдца и западины, котловины, полья, останцы.
Карры по генетическому происхождению следует различать на формы, возникшие на оголенной поверхности растворимой горной породы, и формы, образовавшиеся под почвенно-растительным покровом с последующим его удалением. Кары второго типа встречаются во многих странах мира.
Морфологически карры подразделяются на желобковые, стенные, лунковые, трубчатые (в виде трубообразных цилиндрических углублений в гипсах) каменицы, карры в виде следов, бороздчатые, меандровые, трещинные. Выделен еще один тип - структурные карры, на крутом известняковом откосе выработаны карровые углубления в химически относительно чистом известняке, разделенные узкими гребнями, которые соответствуют сильно кремнистым прослойкам.
По генезису особо выделяются желобковые и трещинные карры. Желобковые карры формируются под воздействием только атмосферных осадков, в результате трех первых фаз растворения известняка, без участия четвертой фазы, тогда как остальные типы карров образуются под действием всех фаз растворения: в их формировании участвуют и воды, обогащенные биогенной углекислотой за счет соприкосновения атмосферных осадков и талых вод с почвенно-растительным покровом.
(рис 1) желобковые карры
Трещинные карры отличаются от остальных путями удаления растворенного вещества. Если у большинства других типов карров оно осуществляется поверхностным стоком, то при образовании трещинных карров участвует и вынос растворенного вещества подземным путем, через трещины.
Карстовые желоба и рвы (более глубокие и обязательно с крутыми бортами) развиваются вдоль раскрытых тектонических трещин (нередко в результате разгрузки на крутых склонах) или вдоль трещин оседания склонов, или трещин "бортового отпора". Они тянутся на десятки и сотни метров, а иногда и на несколько километров, достигая различной ширины и глубины. На концах они замкнуты, на дне могут иметь многочисленные углубления. Прямолинейные рвы в известняках, разработанные по вертикальным тектоническим трещинам, шириной 2~ 4 м и глубиной до 5 м в Югославии называют богазами.
Среди карстовых воронок выделяют три основных генетических типа:
Воронки поверхностного выщелачивания, или чисто коррозионные. Образуются за счет выноса выщелоченной на поверхности породы через подземные каналы в растворенном состоянии.
Провальные воронки, или гравитационные. Образуются путем обвала свода подземной полости, возникшей за счет выщелачивания карстующихся пород на глубине и выноса вещества в растворенном состоянии
Воронки просасывания, или коррозионно-суффозионные. Образуются путем вмывания и проседания рыхлых покровных отложений в колодцы и полости карстующегося цоколя, выноса частиц в подземные каналы и удаление через них во взмученном и взвешенном состоянии.
(рис 2)карстовая воронка.
Блюдца, западины – это нечетко выраженные мелкие воронки.
Котловины. Воронки всех генетических типов, сливаясь своими краями, образуют сдвоенные, строенные и более сложные ванны и котловины. Выделяют два основных типа котловин – сложные, которые образуются при слиянии нескольких больших воронок и имеют углубления на дне, и плоскодонные котловины. Выделяют следующие генетические типы котловин: поверхностного выщелачивания, провальные, просасывания, а также созданные в комбинации с другими процессами, например, эрозионными. Крупные котловины поверхностного выщелачивания часто образуются за счет корродирующего действия талых вод снежных и фирновых пятен. Многие из таких котловин – наследие перигляциальных условий последней ледниковой эпохи.
Полье - обширная замкнутая впадина с крутыми бортами, с плоским дном, которое достигло временного или постоянного предельного уровня карстования, с гидрографией карстового типа.
Полье возникает в результате развития и соединения карстовых котловин, образовавшихся из слившихся воронок.
Полья по своему происхождению до недавнего времени разделяли на: 1) тектонические, 2) возникшие путем подземного механического выноса нерастворимой породы, залегающей среди карстующиеся известняков или на контакте с ними, 3) образовавшиеся путем слияния группы смежных воронок и котловин (увала) при их росте в горизонтальном направлении, 4) провальные.
Крупные котловины чисто тектонического происхождения (грабены, синклинальные прогибы) нельзя считать польями. При образовании польев обязательны выщелачивание и вынос растворенного вещества через подземные каналы. Поэтому в первую группу следует включать тектонически-коррозионные и тектонически-коррозионно-эрозионные. К этой группе относятся полья Югославии. Полья третьего типа обычно небольшие, неправильной лопастной формы в плане. Они характерны не только для карбонатного, но и для гипсового карста, встречаются даже в платформенных условиях.
Останцевый карст представляет собой зрелую стадию расчленения приподнятого плосковерхого известнякового массива. Крутизна склонов останцев обусловлена вертикальной трещиноватостью известняков и ослабленностью склонового стока из-за их водопроницаемости. Большое значение имеет обваливание известняка по трещинам из-за подтачивания останцов снизу водами, которые заливают равнины в их основании, или грунтовыми водами, залегающими у базисной поверхности. В основании останцов из-за этого возникают развивающиеся в горизонтальном направлении коррозионные ниши. Подтачиванию останцов снизу боковой коррозией поверхностных вод способствует накопление на базисной поверхности водоупорных осадочных глин. Распределение реликтового останцового карста согласуется со смещением экватора в ходе геологической истории Земли. Поскольку в низких широтах влажнотропическая климатическая обстановка существует уже не один геологический период, распространенный там останцовый карст можно считать не только современным, но и древним.
Переход от поверхностных форм к пещерам типа гротов представляют навесы и ниши. Нередко они бывают интересны в археологическом отношении. Часто это поверхностные образования, которые возникли из-за более интенсивного выщелачивания отдельных слоев или пачек слоев стекающими по обрыву водами, при большом значении биохимического выветривания (под действием поселяющихся на периодически увлажняемых поверхностях низших растений). В речных долинах и на берегах морей в поверхностном выщелачивании основную роль играют речные и морские воды. На морских берегах растворяющее действие морской воды сочетается с абразией.
В процессе образования более глубоких ниш существенное значение приобретают коррозия за счет вод, просачивающихся по трещинам в горной породе, и, кроме того, обрушение глыб породы из-за расширения трещин вследствие выщелачивания их плоскостей.
В известняковых нишах субтропических и тропических областей встречаются натечно-капельные образования. Сталактиты, сливаясь, образуют занавеси и драпировки.
Естественные мосты и арки чаще всего возникают при обрушении потолка пещерных тоннелей, а иногда и ниш.
Справочники
