Современное состояние и охрана карстовых полостей территорий Краснодарского края

1.1 Условия и факторы карстообразования

В основе карстовых процессов лежит совокупная деятельность химического процесса растворения горной породы (как минералов, так и цемента) и геологического процесса выщелачивания, то есть растворения с удалением (выносом) растворенного вещества.

Карстовые процессы рассматриваются многими исследователями [7], [12], [24], [28], [30] как разновидность денудации, хотя наряду с ней существуют и аккумулятивные карстовые процессы. Поэтому, как и у других экзогенных геоморфологических процессов, карст содержит деструктивную и аккумулятивную составляющие.

Результатом карстового процесса служат комплексы специфических поверхностных или подземных форм рельефа, свойства гидродинамической сети, особенности циркуляции подземных вод [6]. Карстовый процесс включает не только взаимодействие воды и горной породы, но и приводящие к разрушению последней, но также миграцию и аккумуляцию растворенных веществ.

Наиболее важными условиями карстообразования являются:

1) наличие горных пород и минералов, поддающихся растворению и выщелачиванию;

2) наличие движущейся воды;

3) агрессивности воды (то есть способности растворять горную породу;

4) существование зон дренажа (в том числе трещинной или поровой водопроницаемости), обусловливающих горизонтальную и вертикальную циркуляцию вод. Отсутствие хотя одного их условий приводит к прекращению карстообразования [28].

На развитие карстового процесса оказывают существенное влияние различные факторы: расположение карстового массива в той или иной широтной зоне или высотном поясе, его расчлененность, преобладающие углы наклона и экспозиция отдельных элементов рельефа, наличие и характер растительного и почвенного покрова; химический и минералогический состав горных пород, условия их залегания и степень дислоцированности; количество вид, распределение по сезонам и химический состав атмосферных осадков. Характер испарения, транспирации и конденсации; наличие и гидрологические особенности транзитных потоков, условия их движения, температурный и химический режим, а также многие другие факторы [9].

На Лагонакском нагорье, где карстовые явления получили широкое распространение. Растворение карбонатных пород привело к образованию воронок, колодцев, поноров, пещер, шахт. Здесь встречаются все основные формы карстового рельефа, а на юге, в высокогорье, развит сложный ледниково-карстовый рельеф, чему способствуют благоприятные геологические, климатические и орографические особенности района. Для протекания карстовых процессов необходима сумма следующих основных условий: карстующиеся горные породы, разбитые трещинами, по которым может двигаться вода, или обладающие поровой проницаемостью, а также наличие агрессивных вод, способных растворять породу.

Первое условие развития карстообразования – карстующиеся горные породы – удовлетворяется на Лагонакском нагорье широким распространением известняков, доломитов и мергелей.

Состав, а, следовательно, и химические особенности горных пород оказывают влияние на характер и интенсивность закарстовывания. Особенно ярко это влияние выражено на южном склоне массива Абадзеш и у его подножия на структурно-денудационной поверхности Каменного моря. Верхняя часть массива сложена химически чистыми известняками, а начиная, с высоты 2150 м и ниже по склону, обнажаются глинистые известняки, песчанистые мергели и глины. У подножия Абадзеша вновь залегают чистые известняки. На структурно-денудационной поверхности и в привершинной части Абадзеша поверхнострый сток совершенно отсутствует – здесь поверхностные воды поглощаются карстовыми каналами. А на южном склоне на высоте около 2150 м, то есть на контакте верхнего горизонта известняков с песчано-глинистыми породами, происходит выклинивание сразу нескольких подземных потоков, которые дают начало коротким, текущим вниз по склону рекам. Длина этих маленьких рек едва ли достигает 1 км. У подножия Абадзеша на высоте около 2000 м все они исчезают в карстовых колодцах и понорах нижнего горизонта известняков. Точки поглощения хорошо видны справа и слева от пролегающей здесь транзитной тропы. Из этого примера видно, что наличие большого количества нерастворимых глинистых и песчаных примесей в карбонатных породах может не только ослаблять закарстовывания, но и совсем прекращать этот процесс, а подземный (карстовый) сток переводить в поверхностный.

На Каменном Море обнажаются доломиты, и перекрывающие их известняки же отличаются слоистостью и высокой плотностью. Для каждого этих типов горных пород характерен свой набор карстовых форм. В слоистых известняках карстовые формы более упорядочены: поноры ярко выражены, воронки четко очерчены, а кары, представленные в основном трещинными формами, строго геометричны. В доломитах Каменного Моря, наоборот, царит хаос. Закономерный, предопределенный особенностью этой породы хаос. Здесь не так просто выделить какие-то отдельные формы – они просто не имеют яркой географической выраженности. Одна форма накладывается на другую. Здесь переплелось все: воронки, котловины, шахты, кары, карстовые останцы. Там, где на доломитах сохранились отдельные небольшие (до 100 м в поперечнике) останцы известнякового покрова, скорость растворения доломитов замедляется при сохранении прежней скорости растворения и, следовательно, скорости снижения поверхности доломитов на остальной территории. При замедлении скорости движения поверхностей, бронированных пластами известняка, образуются карстовые холмы.

Вторым основным условием развития карстообразования является наличие трещин и пор, по которым может двигаться вода. Выделяется целая группа типов трещин и пор, по которым может двигаться вода. Для водопроницаемости важное значение имеет степень раскрытия трещин. Наиболее благоприятные условия для раскрытия трещин проявляются в зонах тектонических нарушений. С ними связана и наибольшая закарстованность, что хорошо видно примере Цицинского и Курджипского разломов, где известно примерно 80 пещер, шахт и колодцев, или около 70% от их общего количества на Лагонакском нагорье.

Третье условие развития карста – наличие движущихся вод – обеспечивается разными типами осадков. Лучшие условия увлажнения района наблюдаются на Фиштинском массиве, где, по расчетам, выпадает до 3500 мм осадков в год. Здесь же наиболее полно проявляется развитие карста [17].

Значительная роль в развитии карста принадлежит снегу. Анализ водоносности снежного покрова показывает, что до высоты 1200 м запас воды в снеге не превышает 100 мм и только с этой отметки он начинает заметно увеличиваться. Именно с этих высот начинается и заметное развитие как подземных, так и поверхностных форм. С высоты 1800 м водность снежного покрова стремительно возрастает и на 2000 м достигает 900мм. С этим максимумом совпадает и максимум количества карстовых форм. На высоте от 1800 до 2300 м сосредоточена примерно половина лагонакских колодцев, шахт и пещер. Заметное уменьшение карстовых форм начинается с высоты 2300 м. Это уменьшение определяется положением нулевой изотермы (2700 м), которая оказывает влияние, как на вид выпадающих осадков, так и на характер и продолжительность таяния снежного покрова.

Четвертым, основным условием развития карста является агрессивность природных вод, взаимодействующих с карбонатными породами. Агрессивность воды, ее способность растворять горные породы определяется, прежде всего, ее химическим составом, наличием в ней органических и минеральных кислот. Формирование химического состава атмосферных осадков происходит под влиянием морских акваторий, почвенных, геологических, биологических, искусственных и других факторов [17].

1.2 Классификация подземных полостей

К основным классификационным показателям наряду с морфологией пещер следует отнести их генезис. Это позволяет учесть влияние на возникновение и эволюцию подземных полостей всего комплекса природных факторов. Классификация представляет собой обобщенную схему основных генетико-морфологических типов пещер, определяемых своеобразным сочетанием морфоструктурных, гидрогеологических и биоклиматических условий.

Неодинаковые состав и структура пород в разных слоях способствует неравномерному и избирательному выщелачиванию, что отражается на морфологии карстовых полостей и поверхностных форм. Велика роль слоистости в образовании трещиноватости породы – трещин наслоения, служащих водопроводящими путями.

Поскольку отдельные слои могут в разной степени подвергаться выщелачиванию, характер залегания слоев является очень важным фактором, определяющим морфологию подземных и поверхностных карстовых форм.

Трещиноватость карстующихся горных пород играет исключительно большую роль в развитии карста, т.к. обеспечивает циркуляцию вод внутри массивов пород, водопроницаемых по своим структурным и текстурным особенностям и во многом определяют морфологию подземных карстовых полостей [6].

Основные генетические категории трещин, наиболее существенные в процессе карстования Д.С. Соколов (1962) располагает в той или иной последовательности, которая ближе всего к развитию трещиноватости осадочных пород в ходе геологической истории: трещины литогенические, тектонические, разгрузки, выветривания. Наиболее универсальные значения в развитии карста имеют литогенетические и в особенности тектонические трещины, поскольку они обусловливают отвод воды с поверхности вглубь массивов, глубинную циркуляцию вод карстование не только на поверхности, но и в глубине и подземный вынос выщелоченных веществ.

Горизонтальные пещеры формируются преимущественно в зоне циркуляции подземных карстовых вод. Они обычно не являются строго горизонтальными и имеют небольшой наклон в направлении течения создавших их водных потоков. По своему строению в плане они подразделяются на коридорные, разветвленные и лабиринтовые, которые в свою очередь делятся на прямолинейные, извилистые. Ветвистые, параллельные, переплетающиеся и сетевидные. Различают два основных вида ветвления карстовых галерей: адъюктивный (сходящийся) и бифуркационный (расходящийся).

К наклонным пещерам относятся полости, имеющие значительный уклон (от 15° до 60°), но в то же время лишенные сколько-нибудь крупных вертикальных уступов. Они подразделяются на восходящие и нисходящие. Среди нисходящих и восходящих пещер выделяют мешкообразные, наклонно-галарейные и наклонно-ступенчатые.

Вертикальные пещеры в чистом виде встречаются сравнительно редко. Обычно это верхняя или нижняя части комплексной пещеры, имеющие каскадное, шахтообразное или спиралеобразное строение.

Для комплексных пещер характерно сложное сочетание горизонтальных. Наклонных и вертикальных участков. Горизонтальные и вертикальные части редко имеют различное происхождение и различный возраст. Комплексные пещеры могут быть подразделены на вертикально-горизонтальные – шахты с горизонтальным окончанием; горизонтально-вертикальные – горизонтальные галереи с шахтным окончанием; сложные, где сочетаются горизонтальные, наклонные и вертикальные полости [24].

Важной особенностью пещер является их морфология и морфометрия, Исходя из общей классификации карстовых полостей для использования в рекреации наиболее пригодны: коррозионно-гравитационные полости, представленные трещинными колодцами, шахтами, пещерами глубиной 5-100 м и длиной 10-65 м; корозионно-эрозионные полости, локализуются на плато и склонах горных массивов, на склонах речных долин и на водоразделах.

Морфологически наиболее просты пещеры-поноры. Заложенные по падению или простиранию одного пласта либо вдоль плоскости тектонического нарушения. При заложении в крутопадающей толще их морфология усложняется подмывами и вывалами боков. Часто пещеры-поноры проработаны вдоль местного водоупора. При постоянном обильном питании водоупор может быть прорезан. Частым, но весьма характерным случает проработки пещер-поноров являются полости, заложенные в пропластках известняковых конгломератов между пачками толстослоистых известняков. Будучи начальными звеньями гидрогеологических систем, пещеры и шахты поноры обычно бедны натечными отложениями. Лишь в некоторых из них формируются небольшие сталактиты, сталагмиты и каскады плотин. Пещеры этого типа используют в основном для спортивного или экстремального спелеотуризма.

Вскрытые пещеры представляют собой средние звенья гидрогеологических систем, расположенные преимущественно на плато, реже - на склонах горных массивов. Детальное изучение морфологии таких полостей показало, что они состоят из элементов разного генезиса. Их горизонтальная часть – это древний канал стока. Купольная часть канала вскрыта более поздними процессами. Так как  вскрытые пещеры соединяются с поверхностью формами различного происхождения, их распределение на разных элементах рельефа, казалось бы, должно быть случайным. Между тем 83% вскрытых пещер локализуются на склонах  и днищах крупных карстовых котловин, 11% -на внешних склонах плато и лишь 6% - на водоразделах. Этим подчеркивается коррозионно-эрозионное происхождение их горизонтальных частей. Морфологически вскрытые пещеры чрезвычайно разнообразны. В большинстве случаев (55%) они заложены по трещинам напластования в толстослоистых, реже - среднеплитовых известняках. В зависимости от ориентировки они могут иметь горизонтальные, наклонные или ступенчатые ходы, соединенные небольшими колодцами.

Пещеры – источники располагаются исключительно на склонах горных массивов, на высоте от 300 до 1500 м над уровнем моря. Они представляют собой выводные каналы сухих и действующих, периодических и постоянных источников. Пещеры-источники заложены в толстослоистых (63%) и неслоистых (22%) известняках, вдоль трещин напластования (70%) или вдоль тектонических трещин (30%). Их морфологические черты и размеры определяются характером питания, размерами питающих водосборов и условиями заложения. Наиболее простое строение имеют полости инфильтрационного питания, заложенные в неслоистых или толстослоистых известняках. Очень сложную конфигурацию имеют полости, связанные с удаленными областями инфлюационного питания. Такие пещеры могут использоваться в туризме.