Карстовые явления и вторичные образования в подземных полостях. Фауна в пещерах.

Пещера

В ходе развития спелеологии как науки, возникало много различных определений для термина «пещера». В словарях можно найти несколько десятков определений пещер, предложенных в 30-80 гг. XX в. Например, БСЭ гласит: «Пещеры - это крупные полости в верхних толщах земной коры, сообщающиеся с поверхностью земли входными отверстиями». Или определение из словаря Брокгауза и Ефрона: «Пещеры - это пустые, частью заполненные водой пространства в земной коре». Еще одно определение из энциклопедического словаря естественных наук: «Пещера - подземная полость в верхней толще земной коры, сообщающаяся с поверхностью земли одним или несколькими выходными отверстиями». На самом деле, это всего-лишь частичные определения. Конечно, самое емкое определение будет звучать так «Пещеры - это подземные пространства, доступные для человека, целый мир со своей морфологией, климатом, водами, отложениями, животными, растениями». Однако, здесь возникает ряд закономерных вопросов. Например, как доступные для человека? Или, считать ли пещерой подземную полость в которой нет растений? Является ли пещерой барсучья нора?

Терминологические споры привели к тому, что практически до настоящего времени термин «пещера» определяли как «отрицательная форма рельефа, у которой длина или глубина больше высоты или ширины у входа». Однако развитие спелеологии показывает, что даже из этого правила бывают исключения. Поэтому в настоящее время считается, что пещера – это подземная полость в верхней толще земной коры, сообщающаяся с поверхностью земли одним или несколькими выходными отверстиями, проходимыми для человека.

Какие бывают пещеры или классификация пещер

Существуют различные классификации пещер. Как основные, выделяют три типа классификации:

  • по происхождению (морфологии);
  • по направлению развития;
  • по основной породе, в которой пещера залегает.

Наиболее важная классификация – по происхождению (морфологии). В данном типе все пещеры делятся на группы, каждая группа имеет несколько классов, а классы в свою очередь имеют несколько подклассов.

Группа Класс Подкласс
Естественные Эндогенные Магматогенные
Вулканогенные
Тектоногенные
Экзогенные Гипергенные
Эологенные
Флювиогенные
Карстогенные
Суффозиогенные
Гляциогенные
Пирогенные
Биогенные
Искуственные Антропогенные Механогенные
Хемогенные
Петрогенные

Искуственные пещеры

Пещеры искуственного происхождения по морфологии связаны с деятельностью человека и имеют только один класс – антропогенный.

  • Механогенный подкласс объединяет разнообразные полости, образованные путем механического извлечения горных пород.
  • Хемогенный подкласс включает в себя полости, образованные путем химического воздействия на породу.
  • Петрогенный подкласс антропогенных пещер объединяет все пустоты, созданные человеком в пирамидах, замках, крепостях, промышленных и гражданских зданиях и т.д.

Нередко полости петрогенного подкласса комбинируются с механогенными полостями, располагаясь частью под землей, частью - на ее поверхности.

Все пещеры искуственного происхождения представляют для спелеостологии – науке об искуственных подземных полостях.

Естественные пещеры

Эта группа (как видно из названия) объединяет только полости естественного происхождения и не связаны с деятельностью человека.

  • Эндогенные пещеры – пещеры, образование которых начинается внутри земной поверхности
  • Экзогенные пещеры – пещеры, образование которых начинается снаружи земной поверхности.

Подклассы эндогенных пещер:

  • Магматогенный подкласс полостей возникает при остывании магмы, сопровождающейся ее кристаллизацией.
  • Вулканогенный подкласс объединяет полости, которые образуются за счет действия вулканов. Это могут быть пещеры, которые образовались при извержении вулкана и представляют собой протяженные и глубокие трещины или шахты с крутыми стенами. Или полости образуются при течении вязкой лавы, в которой образуются горячие газовые пузыри. Либо это пещеры-тоннели, которые образуются внутри лавового потока. Поверхность лавового потока быстро твердеет, и жидкая лава вытекает из застывшего чехла.
  • Тектоногенный подкласс включает полости, образованные при напряжениях растяжения или сжатия, возникающих в горной породе после ее формирования.

Подклассы экзогенных пещер:

  • Гипергенный подкласс включает в себя пещеры которые образуются при уменьшении нагрузок на горный массив (таяние ледников, формирование речных долин, обрывистых морских берегов и пр.) и полости, которые образуются за счет доледникового и послеледникового расширения и углубления трещин в осадочных.
  • Эологенный подкласс полостей возникает под действием ветра.
  • Флювиогенный подкласс объединяет объекты, образование которых связано с поверхностными водами.
  • Суффозиогенный подкласс возникает при химическом (выщелачивание) и механическом (вынос) разрушении глинистых и песчаных пород.
  • Гляциогенный подкласс включает полости, образованные в результате движения или таяния ледников.
  • Пирогенный подкласс пока включает пещеры, которые образуются при выгорании угля, торфа, сланца и т.д.
  • Биогенный подкласс объединяет разнородные по происхождению полости, которые образуются за счет действия животных и эукариотов. Это, например полости, возникающими при срастании шляпок грибообразных или сплетении кораллов, или в результате деятельности животных.

Карстогенные пещеры.

Пещер картогенного подкласса большинство. Последние исследования в области геологии показывают, что породы, в которых могут образовываться карстовые пещеры, составляют около 50 млн. кв. км, то есть примерно треть площади суши.

Термин «карст» произошел от названия плато в Словении (Kras), сложенного известняками и имеющего характерный облик. Безлесый ландшафт, состоящий из отдельных понижений, нередко содержащих в центральной части воронки и пропасти, привлекал исследователей, термин «карст» (немецкое чтение) прочно вошел во многие языки мира, несмотря на то, что и в Чехословакии, и в Словении эти явления называются «крас» (или «краш», «крш» – от наречия). В настоящее время нет четкого определения термина «карст», однако одно из наиболее полных определений следующее: «Карст – явление избирательного разрушения горных пород, частично или полностью состоящих из растворимых минералов. Одновременно с разрушением может происходить процесс переотложения вещества, часто в виде новых минералов»

Структура земли неоднородна. В ней есть растворимые и нерастворимые породы, трещины, рыхлые породы, которые могут удаляться механически. Необходимым условием образования карстовых систем является карстующаяся порода (в основном состоящая из известняка) и проток воды, его интенсивность напрямую зависит от климата и времени года. Это может быть дождевая вода, вода родниковая, речная, ручьевая и т.д. Вода, проникая по трещинам, частично растворяет и частично вымывает горную породу.

Следует отметить, что известняк, а тем более мрамор, растворяются чистой дистиллированной водой очень плохо. В несколько раз растворимость повышается, если в воде присутствует растворённый углекислый газ (а он всегда растворён в воде, в природе), однако всё равно известняк растворяется слабо, по сравнению, скажем, с гипсом или, тем более, солью. Но оказывается, что это положительно сказывается на образовании протяжённых пещер, поскольку гипсовые и соляные пещеры не только быстро образуются, но и быстро разрушаются.

Направление движения воды напрямую зависит от структуры горной породы. Например, в горной породе с вертикально расположенными трещинами будут образовываться вертикальные пещеры, а если поток воды упирается в водоупорный слой, то возникает зал. Поскольку вода может растворить только определенное количество солей, растворимость горной породы напрямую зависит от насыщенности воды другими солями. Таким образом, в районах, где большая лесистость и вода, перед тем как попасть в горную породу насыщается другими солями, пещеры образуются медленно. А в районах, где часты грозы, за счет того, что осадки имеют высокую кислотность, вода более агрессивна к горной породе и пещеры образуются быстрее.

Для карстования на глубине имеет значение внутренняя конденсация, т. е. конденсация влаги внутри карстовых массивов, в полостях, заполненных воздухом. Если насыщенные углекислотой воды, просачивающиеся с поверхности, контактируя с известняковой толщей, быстро теряют свою агрессивность, то вода, принесенная воздухом и конденсированная на скалистых стенах полостей, немедленно вбирает в себя определенное количество углекислого газа из пещерного воздуха. В момент конденсации она совсем не содержит растворенной извести и обладает значительной агрессивностью. Растворенная на стенах известь увлекается стекающей вниз водой и либо выносится подземными водами, либо осаждается в пещерных системах и их водоемах в виде разнообразных форм. Исключительно большое значение имеет конденсация в странах с сухим климатом. Например, по расчетным данным, количество конденсирующейся воды в основном ходу Воронцовской пещеры в августе составляет 80.3 м3. За весь теплый период конденсация воды составила 183.9 м3. Если допустить, что в прошлом существовали аналогичные условия конденсации, то основной ход Воронцовской пещеры (объемом 11000 м3) мог выработаться за 2 миллиона лет при действии одной только конденсационной воды.

Натечные образования

Химизм карстовых процессов таков, что часто вода, растворив породу, через некоторое время откладывает её обратно, образуя натёчные образования. Вода, проникающая в пещеру, растворяет известняк в химической реакции:

CaCO3 + H2O + CO2 = Ca2+ + 2HCO3-

При определённых условиях (разница в парциальном давлении углекислого газа в растворе и воздухе) реакция идёт в обратную сторону, и происходит отложение карбоната кальция.

Сталакти́ты (греч. Σταλακτίτης — натёкший по капле) — хемогенные отложения в карстовых пещерах в виде образований, свешивающихся с потолка (сосульки, соломинки, гребёнки, бахромы и т. п.). Термины "сталактит" и "сталагмит" введены в литературу в 1655 г. датским натуралистом Оле Вормом. В узком смысле сталактитами называют кальцитовые натёчно-капельные образования, имеющие форму сосульки с внутренним питающим каналом. В широком смысле это могут быть как висящие на потолке натёчные образования разнообразных форм, так и образования в форме сосульки, но имеющие абсолютно иной механизм возникновения (ледяные, глиняные, гипсовые, соляные, лавовые сталактиты).

Сталагмиты (от греч. σταλαγμίτης — капля) — натёчные минеральные образования (большей частью известковые, реже гипсовые, соляные), растущие в виде конусов, столбов со дна пещер и других подземных карстовых полостей навстречу сталактитам и нередко сливающиеся с ними, образуя сталагнат. На сегодня, самым высокий сталагмит найден в пещере Лас Вильяс (Куба), высота 63 м. В Европе — 35.6 м, в пещере Бузго в Словакии.

К геликтитам (от греч. χελιςος — спираль) относятся своеобразные агрегаты в виде причудливо изгибающихся цилиндрических и конических веточек, изогнутой иглы, сложной спирали, скрученного эллипса и т.д., имеющие тончайший внутренний осевой капилляр. По структуре напоминают изогнутые сталактиты.

Пещерный жемчуг – практически полный прототип обычного жемчуга, который встречается в небольших ванночках с постоянным потоком воды в последних. Образуется за счет кристаллизации карбоната кальция на мелких частицах породы, которые попали в ванночку.

Анемолит - геликтит, который образуется на тех участках пещер, где имеется постоянное однонаправленное движение воздуха.

Антодит - водное хемогенное образование на стенах пещер, имеющее вид цветка или состоящее из длинных кристаллических игл, стеблей, перьев. Антодит сложен арагонитом, кальцитом или опалом.

Бланкет - натечный камень; непрозрачная пластина, выступающая из стенок или кровли пещеры.

Борода - разновидность пещерных нитей. Борода состоит из серии геликтитов, сложена гипсом и другими сульфатными минералами.

Гелигмит - эксцентрик, растущий на полу пещеры.

Кальцитовые кристаллы - отдельные кристаллы или их скопления, образующиеся в условиях из холодных или термальных карстовых вод. Кальцитовые кристаллы достигают 90 см в длину и до 30 кг веса.

Кальцитовый щит - натечная форма на стене пещеры в виде круглой пластины кальцита диаметром до 1 м. Кальцитовый щит образуется при наличии постоянного капиллярного питания.

Лунное молоко – кальцитовые отложения на поверхности ванночек, напоминающие густую творожистую массу.

Микелит - натечное пещерное образование в виде каменного гриба.

Натечный вал - особая форма натечного покрова, образующая на полу пещерного хода подобие ступени.

Натечный водопад - натечное образование на стенке пещеры, напоминающее окаменевший водопад.

Натечный занавес - совокупность натечных образований, возникающих в результате стока воды по наклонной стене или из длинной трещины. Натечный занавес может быть образован отдельными или слившимися сталактитами.

Натечный камень - пещерное образование, сложенное карбонатом кальция или другими минералами, принесенными просачивающимися водами.

Спонголит - натечное пещерное образование в виде каменной губки.

Фауна.

Мифы и предания древних народов богато населяли подземный мир. В пещерах рождались Боги, жили Герои. Здесь же находилось и царство Мертвых. Во многочисленных пещерах, затаились всевозможные монстры - герои греческих, римских и библейских легенд. Среди них особое место занимают драконы. Выйдя на поверхность из своей пещеры, они не всегда могли найти дорогу обратно и блуждали по свету, становясь жертвами благородных рыцарей.

В настоящее время принято выделять пещерную фауну - особый комплекс животных, обитающих в пещерах и трещинах горных пород. Всю спелеофауну подразделяют на три группы, между которыми, правда, нет четких границ: троглобионтов, троглофилов и троглоксенов.

  • Троглобионты - животные, проводящие под землей всю жизнь и здесь же размножающиеся. Большинство обитателей пещер лишено глаз и окраски (пигментации). Ножки и усики насекомых тонкие, длинные и покрыты чувствительными волосками и щетинками. Осязание заменяет им в темноте зрение. Мухи, теряя крылья, становятся похожими на жуков, а жуки, имеющие вздутое брюшко и тонкую талию, напоминают муравьев. В подземных водоемах плавают полупрозрачные рачки-бокоплавы; только черная полоска кишечника, забитого илом, выделяется на фоне их беловатого тела. Очень резко отличаются от своих поверхностных родственников и пещерные позвоночные. Они имеют недоразвитые глаза, укороченные конечности, дышат жабрами. Постоянная температура и высокая влажность пещер обусловливают особенности физиологии и образа жизни троглобионтов. Обмен веществ у них замедлен, а жизненные циклы растянуты. Поэтому подземные бокоплавы живут не два года, как поверхностные, а 10-15 лет. У подземных животных исчезает цикличность в развитии, стираются грани водной и воздушной сред обитания: водное животное может долго находиться на суше, а сухопутный жук или многоножка спокойно "путешествуют" по дну водоемов. Питаются обитатели пещер бактериями, развивающимися в иле подземных озер, низшими грибами типа плесени, пометом летучих мышей, листьями и веточками растений, заносимыми в пещеру с поверхности. Есть в пещерах и свои хищники - жужелицы, стафилиниды, сенокосцы, лжескорпионы.
  • Троглофилы - пещеролюбивые виды животных, иногда образующие обособленные сообщества, могущие обитать и на поверхности. Нередко хорошо приспособлены к жизни под землей, используя пещеры как укрытия или для охлаждения, необходимого в их жизненном цикле. Наиболее яркие примеры - летучие мыши. В определенной мере к троглофилам относится и человек (во всяком случае - спелеолог). Троглофилами являются и многие зеленые растения. Некоторые их виды, нуждаясь в малом количестве света, проникают довольно далеко от входа в пещеры.
  • Троглоксены - животные, обитающие на поверхности, попадающие под землю активно (бабочки, мухи, насекомые) или пассивно (с потоками воды). Эта группа животных наименее интересна для специалистов.

Глубочайшие пещеры мира

Пещера Глубина, м Длина, м Местоположение
Крубера-Воронья -2191 16 058 Абхазия
Сарма -1760 13 000 Абхазия
Снежная -1753 24 080 Абхазия
Лампрехтсофен -1632 50 000 Австрия
Мирольда -1626 13 000 Франция
Жан Бернар -1602 20 536 Франция
Торка дель Сьерра -1589 7060 Испания
Пантюхинская -1508 5530 Абхазия
Сима де ла Корсина -1507 6445 Испания
Чеки-2 -1502 5291 Словения

Длиннейшие пещеры мира

Пещера Длина, м Глубина, м Местоположение
Мамонтова 590 629 -115 США
Джуэл кэйв 241 595 -192,6 США
Оптимистическая 230 140 -15,0 Украина
Уинд кэйв 214 429 -193,9 США
Сак Актун 217 350 -71,6 Мексика
Лечугия 206 946 -488,9 США
Хёллох 195 914 -938,6 Швейцария
Фишер Ридж 182 067 -108,5 США
Окс Бель Ха 180 038 -33,5 Малайзия
Клиевотер 175 664 -355,1 Малайзия

*Данные на 15.10.2011

Лекцию подготовил Ивашкевич Дмитрий.