Карстовые процессы Карстовый процесс представляет собой длительно

Карстовые процессы

Карстовый процесс представляет собой длительно развивающийся процесс растворения или выщелачивания горных пород подземными и поверхностными водами. Термин «карст» применяют для описания совокупности результатов деятельности этого процесса. Главное в этом процессе – химическое растворение пород и вынос из них веществ в растворенном виде. Растворителями бывают атмосферные и подземные воды.

Для возникновения карста необходимы: n наличие трещиноватости в растворимых горных породах; n наличие агрессивных вод, движущихся по трещинам.

Карстовые процессы могут происходить в следующих горных породах: Известняки; n Доломиты; n Мел; n Мергели; n Гипсы; n Ангидриты; n Каменные и калийные соли. n

Все породы обладают различной степенью растворимости: - Наиболее растворимыми являются соли – одна часть каменной соли (галита) растворяется в трех частях воды (1: 3). - Труднее осуществляется растворение гипсов и ангидритов (1: 480 частей воды). - Медленнее всего растворяются известняки, доломиты, мел, мергели.

Закарстованные известняки нижнего карбона, Тульская область.

Соляной карст. Соляной массив Седом, Мертвое море, 410 м. ниже уровня моря.

Закарстованные гипсы, Пинега.

Сходные процессы могут возникать в некоторых глинистых и лессовых породах. Такое явление получило название псевдокарста (суффозионного карста). Толщу пород, в которой развивается карстовый процесс, называют зоной карстообразования.

Различают карст n Открытый (поверхностный) карст, хорошо различимый в рельефе местности n Закрытый (подземный или глубинный) карст с характерными для него образованиями в виде подземных пустот

Растворение пород приводит к образованию карстовых форм. n К открытым карстовым формам относятся карры и воронки n К закрытым карстовым формам относятся каверны и пещеры.

Карры – мелкие желоба типа борозд на поверхности карстующихся пород, главным образом известняков. Карры образуются на поверхности обнаженных растворимых пород. Глубина карров колеблется от нескольких сантиметров до 1 – 2 м. При широком развитии карров и их соприкосновениями стенками могут возникать карровые поля.

Мелкие карры на поверхности гипсоносных пород, Гарц, Германия.

Желобковые карры.

Бороздчатые карры на поверхности известняков.

Желоба и рвы – это более протяженные и глубокие, чем карры, участки выщелачивания поверхности карстующихся пород. Обычно они наследуют трещины в горных породах. Их глубина достигает 5 м.

Карстовые воронки – наиболее распространенные поверхностные формы карста. Воронки бывают весьма разнообразны: от пологих и мелких до крутосклонных. Диаметр воронок редко превышает 50 м. , а глубина - 15 -20 м. По типу образования обычно выделяются: воронки поверхностного выщелачивания, провальные воронки, суффузионные воронки.

Две соединяющиеся карстовые воронки поверхностного выщелачивания.

Каверны образуются в результате растворения пород по многочисленным трещинам. Каверны образуются в глубине толщ известняков за счет растворения породы по трещинам.

Поноры – это узкие глубокие отверстия, наклонные или вертикальные, поглощающие поверхностную воду и отводящие её вглубь карстового массива. Поноры возникают на узлах пересечения трещин при дальнейшем развитии карста.

Поноры, образованные в местах пересечения карстовых желобов. Ручей (слева), исчезающий в поноре. Большой Канадский север.

Блюдца и западины представляют собой мелкие карстовые воронки с пологими бортами.

Полья представляют собой широкие, часто более сотни метров в диаметре, понижения в рельефе. Они образуются при слиянии нескольких котловин или воронок.

Колодцы и шахты – вертикальные или наклонные карстовые формы, уходящие в глубину на десятки и сотни метров. Они образуются при дальнейшем развитии понор. Известны шахты глубиной до 1100 м.

Слепые долины рек заканчиваются не впадением в другой водоем, а карстовыми воронками и понорами, в которых вода уходит под землю. В отличие от них, полуслепые долины сохранили хорошо различимый отрезок долины ниже поноры, называемый суходолом.

Карстовые озера (син. периодически исчезающие озера) на дне содержат карстовые воронки или поноры, закупоренные озерными осадками. Периодически пробка осадков может размываться, и тогда озеро мелеет или полностью исчезает. В дальнейшем, при закупоривании водопоглощающего канала, озеро может возникать заново.

Башенный карст – одна из последних стадий развития поверхностного карста, при которой подавляющая часть горных пород растворена и вынесена, а самые прочные блоки (обычно метасоматизированные) сохраняются в виде огромных отдельных останцов. Башенный карст характерен для жаркого влажного климата Юго. Восточной Азии.

Башенный карст в известняках, Китай.

Башенный карст в Гуйлине, Южный Китай.

Пещеры - естественные подземные полости, преимущественно карстового происхождения. Могут формироваться в любых карстующихся породах, однако наиболее характерны для областей развития мощных карбонатных толщ. Большие помещения называются залами, поменьше - гротами. Ходы, заполненные водой - сифонами.

Входной колодец в пещеру.

Местами в сильно закарстованных районах наблюдается несколько этажей пещер. Высотное расположение тех или иных этажей связано с надпойменными террасами рек, которые фиксируют определенные положения базиса эрозии, и, соответственно, уровня грунтовых вод. При длительном эрозионно-аккумулятивном цикле реки успевают сформировать речную террасу, а трещинно -карстовые подземные воды, движущиеся к реке систему пещер. Понижение уровня базиса эрозии вызывает понижение уровня грунтовых вод, старая пещера становится осушенной, а новая формируется ниже.

Связь этажности пещер с высотой речных долин.

Вход в пещеру на склоне террасы

Нередко карстовые пещеры содержат подземные реки и озера. Подземные реки обычно образуются из поверхностных водотоков, ушедших вглубь пород через поноры, шахты и провалы, венчающие слепые долины. В большинстве случаев подземные реки выходят затем на поверхность через несколько километров или десятков километров непосредственно в рекe или в качестве карстовых источников. В противоположность рекам, озера чаще всего питаются просачивающимися подземными (грунтовыми) водами и не имеют значительного течения.

Подземное озеро, пещ. Эмине-Баир-Хаса, Крым.

Подземное озеро пещ. Кризна, Словения.

Во всех пещерах широко распространены натечные образования. Просачивающаяся по трещинам вода сильно минерализована. При её попадании в большие пространства и соприкосновении с воздухом она либо теряет часть растворенной углекислоты и высаживает карбонат при карстовании известняков, либо испаряется и высаживает гипсы при развитии карста по сульфатам. При минусовых температурах натечные образования слагаются льдом. Существует много видов натечных образований, различающихся по форме.

Срез сталагмита. Видна стадийность роста арагонита.

Начало роста сталактита: отложения минеральных солей вокруг капли.

В зависимости от своего положения в пещере и формы натечные образования подразделяются на: Сталактиты - выросшие на своде пещеры из просачивающейся воды. Иногда можно наблюдать ряды сталактитов, маркирующие трещину в потолке. Сталагмиты - выросшие на полу из капающей сверху воды. Так как упавшая капля воды растекается по сталактиту, они обычно более короткие и широкие по сравнению со сталактитами. Обычно растут непосредственно под сталактитами.

Сталагматы - вертикальные колонны. Образуются из доросших до пола сталактитов или из соединившихся и сросшихся сталактита и сталагмита. Анемолит - сталактит или сталагмит, отклоненный от вертикального положения односторонним испарением вод, вызванным циркуляцией воздуха в пещере. Гуры - наплывы на полу пещеры, похожие на оплывший стеарин. Завесы образуются при равномерном просачивании воды через трещину в потолке, благодаря чему имеют практически постоянную толщину.

Сталактиты и сталагмиты, растущие навстречу другу. На потолке пещеры видны ряды маленьких сталактитов, маркирующие собой трещины.

Завеса. Размер кадра более 1 м. Пещера Кап-Кутан, Туркмения.

Занавесообразные ряды сталактитов и сталагмат, вырастающий снизу из гура.

Водобойная ямка на вершине сталагмита.

Кристаллы кальцита, пещ. Кап-Кутан.

Кораллит арагонита.

Пещерный жемчуг. На отдельных зернах видно скорлуповатое строение (шкала линейки в мм. ). Из коллекции музея Горного Института.

Терра росса (лат. terra rossa - красная земля) – красноватые глинистые отложения на дне карстовых форм, являющиеся нерастворимой частью карбонатных пород. Обогащены окислами, в основном Al и Fe. В условиях тропического и субтропического климата Средиземноморья и Африки на карбонатных породах имеет площадное распространение и может рассматриваться в качестве кор выветривания карбонатных пород.

Высыпки терра росса в дорожной выемке, Израиль.

Терра-росса в толще известняков C 1, Тульская область.

В толщах карстующихся пород, например известняках, обычно выделяют две зоны: 1) карстообразования Здесь идет активное развитие карстовых пустот. Эта зона всегда лежит выше уровня грунтовых вод, и в ней происходит активная фильтрация воды. 2) цементации Здесь преобладает отложение в трещинах пород вторичных карбонатных отложений.

Палеокарст - древний карст, перекрытый (для поверхностных форм) или целиком заполненный (для закрытых форм) более молодыми отложениями. Он может быть рудоносным в тех случаях, когда карстовые полости являются структурными ловушками для каких-либо п. и. К месторождениям рудоносного карста относятся россыпные месторождения, месторождения бокситов и сульфидные, месторождения нефти.

Палеокарст, вскрытый буровзрывными работами.

Карст из космоса Карстовые формы рельефа на космоснимках обычно представлены мелкопятнистыми областями. На панхроматических снимках (изображение только одного канала, выглядят как черно-белые снимки) они обычно темнее окружающих пород и имеют закономерную ориентировку в пространстве.

Космоснимок карстового района Нулларбор (Nullarbor)Австралия - одного из самых огромных современных карстовых районов на планете.

Увеличенная часть космоснимка.

Вид части карстового поля Нулларбор.

Аэрофотоснимок той же местности.

Карстовые воронки Крыма, Демерджа-Яйла.

Карстовые воронки Крыма, плато Чатыр-Даг.

Карст Марса Наличие карбонатных пород в коре Марса, палеоприсутствие воды, наличие речных долин и отложений водных потоков позволяют предположить существование карста на Марсе.

Марс Экспресс, 14 и 18 января 2004 г. , высота орбиты 275 км. Разрешение снимка - 12 м. , ширина снимка ~ 50 км. На снимке видна тектонически контролирующаяся карстоподобная провальная структура.

Строительство в карстовых районах ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА СП 11 -105 -97

Строительство в карстовых районах сопряжено со значительными трудностями. Пустотность: -снижает прочность и устойчивость пород, - их качество как строительного камня; - сильно затрудняет разработку карьеров и вследствие притока подземных вод.

Перед тем как начать проектирование карьеров, необходимо определить: Степень активности карстового процесса; n Степень закарстованности пород. n

По степени активности карсты различают: n Действующие (активные), которые развиваются в данный момент. n Пассивные, развитие которых происходило в прошлое время.

Провальная карстовая воронка под жилым зданием.

Карстовая воронка в посёлке.

Роль мрамора в процессе карстообразования n n Растворение мрамора сопровождалось образованием в его толще, ниже дна карстовой долины, изолированных камер – карстовых пещер. Воды, фильтруясь через мрамор, просачивались в эти пещеры. При этом они очищались мраморным фильтром и попадали в полости уже в виде химически чистых растворов, насыщенных бикарбонатом меди. За счет разложения растворимого бикарбоната меди на стенках мраморных пещер отлагался малахит. Среда в пещерах была относительно чистой – ни пыли, ни мути, ни взвесей, и малахит пещер отличался особой чистотой. С дальнейшим разрушением мрамора «крыша» камеры частично вскрывалась, и в камеру проникали отмученные глины. Они представляли собой осадок из инфильтрационных вод. Камера заиливалась, и малахит ее оказывался плотно упакованным вязкой водонепроницаемой массой. Это предохраняло его от разрушения (растворения, замещения). После вскрытия погреба, разрушения потолков и стенок его, малахит оказывался в сплошной глинистой толще залежи в виде россыпи. В мраморном «плотике» между тем возникали новые камеры, формировались новые малахитовые погреба.