2.4 Тектонические структуры имощность карстующихся пород
Поскольку на развитие карстовых процессов существенно влияет трещиноватость горных пород, то совершенно ясно, что этот процесс зависит косвенно и от интенсивности дислокационных процессов, которым подвергалась местность. Эта косвенная зависимость развития карста от тектоники отмечалась многими исследователями. Другим обстоятельством, не менее важным, является зависимость циркуляции подземных вод от характера тектонических структур.
2.5 Покровные образования и рельеф местности
Долгое время существовало представление, что карст не может развиваться при наличии покрова из слабо водопроницаемых образований значительной мощности.
Если геологические и геоморфологические условия обеспечивают интенсивную циркуляцию вод в растворяемых породах, то и под покровом слабо проницаемых пород создаются карстовые полости, в которые суффозионным путем просасывается или оседает покровный материал. При этом первоначально таким путем могут возникать полости в основании покровной толщи, а затем происходит оседание покровной кровли и образование поверхностных воронок.
Условия, благоприятные для развития карста под сравнительно мощными покровными образованиями, создаются в приподнятых краевых зонах синеклиз, где подземные воды движутся с большими скоростями по направлению к древним уступам или глубоко врезанным речным долинам. Выщелачивание происходит также в долинах в долинах рек непосредственно под руслом, поскольку русло реки является зоной дренажа подземных вод.
2.6 Крутизна склона топографической поверхности
Крутизна склона топографической поверхности в значительной мере определяет степень инфильтрации дождевых и талых снеговых вод. На участках с меньшей крутизной инфильтрация больше, поэтому здесь условия для развития карста благоприятнее.
2.7 Сила тяжести
Под действием силы тяжести происходит циркуляция вод в трещинах и каналах карстующейся толщи. Сила тяжести вызывает обрушение самих пород или в бортах каньонов и обрывов, или в сводах подземных полостей. Во всех случаях значение имеют тектонические трещины, расширяющиеся коррозией, а в последнем и трещины наслоения. «Сквозные» обрушения над подземными пустотами и туннелями подземных рек приводят к образованию провалов и к вскрытию речных долин. Обрушения в сводах подземных полостей по расширенным растворением тектоническим трещинам и трещинам наслоения играют большую роль в образовании пещерных камер и зал.
Напряжения, создающиеся под действием силы тяжести вдоль крутых откосов у бортов каньонов и долин, по краям уступов плато, расширяют трещины тектонической отдельности, что способствует проникновению воды вглубь толщи породы и развитию карста [6]
2.8 Подземные реки
Подземные реки, связанные с исчезающей наземной рекой или с исчезающим рукавом наземной реки, иногда пересекающие насквозь карстовые массивы, образовались благодаря просачиванию вод наземных водотоков в трещины породы, которые являлись первичными каналами для движения исчезнувшей воды под землей, а затем превратились вследствие растворяющего и размывающего действия потока в подземные туннели. Формирование этих туннелей тоже, в основном, должно было происходить снизу вверх по течению подземного потока, т.е. оттуда, где этот последний свободно изливался на дневную поверхность. Постепенное перемещение действующих поноров исчезающих наземных карстовых рек вверх по руслу является отражением постепенного «попятного» отступания верховья подземной реки, связанной с исчезающим наземным потоком.
Если подземная река протекает на уровне грунтовых вод, то она точно так же дренирует их, как и река наземная. Взаимоотношение такой реки с грунтовыми водами совершенно ясно. Одновременное существование таких подземных рек и грунтовых вод (трещинно-карстовых вод) является скорее правилом, нежели исключением.
Глава 3. Причины аккумуляции минеральных веществ в карстовых фациях
Сущность карстификации заключается в избирательном разрушении определенных горных пород с образованием полостей или емкостей. Но и в воронках, колодцах, пещерах можно наблюдать разнообразные отложения, порой значительной (более 5-10 м) мощности.
Заполнение карстовых форм минеральными веществами обусловлено многими причинами:
1)Ванновый, либо внутренний, характер этого явления, проницаемость подземных форм для газовых, жидких флюидов и отсутствие геологических факторов, препятствующих накоплению в них минеральных веществ. Карстовые формы являются отстойниками-ловушками минеральных частиц, переносимых ветром, водой, силой тяготения, животными и людьми. Правомерно утверждать, что полые или водоносные формы в недрах существуют до тех пор и постольку, пока и поскольку действуют динамические агенты, формирующие их и очи- тающие свободное пространство от отложений. В противном случае полости минерализуются и фиксируются как границы геологических тел, вторичных по отношению к карстуюшимся породам.
2)Сложная гидрологическая обстановка в пещерах. Расходы и скорости движения инфлюационных вод резко изменяются. Для пещерных ручьев и рек характерны большие уклоны и резкие перегибы продольного профиля. Так как в инфлюационных водах неизбежно содержатся взвеси и влекомый материал, то он накапливается на участках выполаживания продольного профиля водотока и в подземно-проточных озерах. В результате образуются толщи подземного аллювия. Флювиальные отложения характерны также для польев — замкнутых или полузамкнутых котловин, орошаемых водотоками [7]. В связи с резким изменением расходов водотока полье периодически подтапливается, и содержащиеся вводе взвеси осаждаются, создавая аккумулятивную поверхность днищ этих форм. Слабым током воды, инфильтруюшейся по крутым и субвертикальным корродированным трещинам растворимых пород, транспортируются лесчано-алеврито-глинистые частицы. Часть из них осаждается на стенках, а часть выносится либо скапливается у нижнего края трещины. В результате накопления дисперсных частиц и заиливания трещин образуются жилообразные тела кольматационных отложений [8].
3)Гравитационная неустойчивость сводов и стенок пещер, стенок некоторых внешних карстовых форм (колодцев, воронок, котловин). За счет вывалов кусков коренной породы, обвалов стен и обрушений сводов накапливаются гравитационные отложения. При этом часть обломков дробится, что способствует растворению или механическому удалению шлама и имеет следствием приращение объема полости. Кроме коренной породы в воронки, колодцы и шахты сносятся рыхлые покровные отложения и почва, за счет которых в раде случаев образуются сравнительно крупные конусы землисто—глыбового материала, окрашенного под цвет почвы.
4)Достижение раствором состояния насыщения минеральными солями. Подземные воды, инфильтруясь под землю, довольно быстро достигают состояния насыщения [7]. Отложение карбоната или сульфата кальция и других хемогенных минералов часто происходит из пересыщенных растворов на затравках. Пересыщение раствора достигается за счет испарения части растворителя в непроточных озерах, с поверхности или концов сталактитов и настенных кор. При падении гидрокарбонатного раствора на дно полости садка кальцита либо арагонита обусловливается потерей части углекислоты, возможно, изменением структуры раствора (частичного разрушения ионных комплексов). О том, что ударная нагрузка приводит к выпадению карбоната кальция из раствора, свидетельствуют, как правило, значительно более массивные формы сталагмитов по сравнению с парными им сталактитами. Дополнительным фактором, способствующим извлечению солей из растворов, является энергия кристаллической решетки, приводящая к росту определенных граней кристаллов в свободном пространстве. Образование экссудативных форм (геликтитов, сферолитов, антодитов, кристаллических сростков) в пещерах происходит и за счет ионов, содержащихся в водяном паре и конденсате.
5)Деятельность чуждых карстификации геодинамических агентов, случайно или систематически поставляющих минеральные компоненты в свободное пространство. Так, многие внешние формы улавливают ветровую пыль и песок, листовой опад, снег и другие вещества. Накопление метелевого снега во входных колодцах и шахтах - одна из важнейших предпосылок развития пещерного оледенения. Эти же элементы полостей являются ловушками для животных. Продукты жизнедеятельности и скелеты их представляют собой основу биогенных и смешанных отложений пещер. В ряде входных гротов и галерей открыты стоянки человека, соответственно имеются культурные слои, порой внушительной мощности.
6)Реакционные взаимодействия между рыхлыми алюмосиликатными образованиями и карбонатными породами. [9] Известно, что для каждой горной породы характерны определенные пределы вариации кислотно-щелочного потенциала и что гравитационные воды, содержащихся в них, приобретают достаточно своеобразный комплекс микроэлементов. При изменении геологической среды происходят различные реакции (ионного обмена, растворения, окисления, восстановления и пр.).