Подземный карст

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССКИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 ФЕДЕРАЛЬНОЕ  ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ 

 

     УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

                  БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

                                                          (БАШГУ)

 

 

 

                                                                       

                                                                                    Географический факультет

                                                                        Кафедра геологии и геоморфологии

 

 

 

 

 

 

 

                                   ПОДЗЕМНЫЙ КАРСТ

                                        Курсовая работа 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                Выполнила:

                                                                  ___________ст.гр.1.5 Юламанова Д. А.

 

                                                                                                                   Проверил:

                                                               _________н.р.-м.н., доцент Швецов П.  Н.

 

 

 

 

 

 

 

                                              УФА-2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Карст (от нем. Karst, по названию известнякового плато Крас в Словении) — 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 (гипсами, известняками,мраморами, доломитами и каменной солью).

Вопрос карста действительно актуален для нашего времени, так как прецеденты были. 15 июля 1992 года в Дзержинске произошла катастрофа – ушёл под землю целый цех завода «Химмаш» и только по счастливой случайности обошлось без человеческих жертв. Это самое крупное происшествие в Европе, связанное с карстовыми провалами. Что касается более свежих новостей – в рабочем посёлке Бутурлино (всё той же нашей родной Нижегородской области) 10 апреля 2013 года (совсем-совсем недавно) вот так вот провалилось под землю три (!!!) строения. В яму сполз один нежилой деревянный дом, зерновой склад и жилой кирпичный дом. Жители окрестных домов, в общей сложности 33 человека, были эвакуированы. В поселке был объявлен режим чрезвычайной ситуации. И это всё – далеко не единичные случаи.

 

Цель данной работы –  подробно описать подземный карст. На основании цели в работе поставлены следующие задачи.

• Дать определение карста с различных точек зрения.
• Описать карстующиеся породы и условия развития карста.
• Перечислить и проанализировать подземные карстовые формы.
• Описать механизм изучения и контроля карстовых процессов.
• Описать натечно-капельные и кристаллические образования в пещерах.

 

                            1. КАРСТОВЫЙ ПРОЦЕСС

Скорость движения подземных вод мала, поэтому они воздействуют на рельеф большей частью не механически, а путем растворения горных пород. Растворяются известняки, каменная соль, гипс и некоторые другие породы. Растворяя породу, вода образует полости, пещеры, провалы и т. д. Весь этот комплекс процессов и образующихся в результате их наземных и подземных форм рельефа носит название карст – по названию плоскогорья Карст, или Крас (Kras), на северо-западе Балканского полуострова (Гвоздецкий, 1981).

Карстовые явления распространены чрезвычайно широко. По геологическим условиям примерно третья часть площади суши земного шара имеет потенциальные возможности для его развития. Карст существенно влияет на ландшафтные особенности территории, ее рельеф, сток, подземные воды, реки и озера, почвенно-растительный покров, хозяйственную деятельность населения.

Дренирующая способность  карста усиливает недостаток влаги  в засушливых областях и, наоборот, создает более благоприятные условия для развития ландшафтов в областях, избыточно увлажненных. Карст ведет к деградации вечной мерзлоты, также заметно улучшая природные особенности территории.

Существующие многочисленные определения карста отражают три  подхода к этому сложному природному феномену.

Проблемами изучения карста и его распространением интересуются геологи, гидрогеологи, геоморфологи, гидрологи, физико-географы, ландшафтоведы, инженеры-проектировщики и строители, многие специалисты других областей знания.

 

 

 

 

 

                                  2. ПОДЗЕМНЫЙ КАРСТ  

 

Среди подземных карстовых форм можно выделить карстовые колодцы и шахты, пропасти, пещеры.

Карстовые колодцы и  шахты – это вертикальные или  круто наклонные полости, различающиеся между собой по глубине; к шахтам относятся полости глубже 20 метров, достигающие нескольких десятков, а то и сотен метров. Полости колодцев и шахт могут быть провальными (гравитационными); гравитационно-коррозионными, образованными путем выщелачивания водой карстующейся породы по трещинам и частичных обрушений.

Карстовые пропасти представляют собой комбинации естественных шахт с горизонтальными и наклонными пещерными ходами. К ним относятся, в частности, глубочайшие карстовые полости мира, достигающие глубины 1000 метров и более.

Пещеры по их происхождению  можно разделить на пять групп: тектонические, эрозионные, ледовые, вулканические и, наконец, самая большая группа — карстовые.

Большинство карстовых  пещер образуется при ведущей  роли выщелачивания, часто при совместном действии растворения и размыва горной породы. При восходящем развитии земной коры в условиях большой мощности известняковых толщ и складчатой структуры возникают многоэтажные системы пещерных галерей. Известны значительные многоэтажные пещерные системы.

Карстовые пещеры - подземные  полости, сообщающиеся с земной поверхностью или замкнутые, образуются при выщелачивании растворимых горных пород. Подразделяются на подтипы: коррозионно – эрозионный, нивально – коррозионный, коррозионно - гравитационный, коррозионно – абразионный и травертиновый.

Самая крупная пещера России по объему подземных пространств и протяженности внутренних ходов – Большая Орешная. Она относится к категории конгломератовых пещер и образовалась в конгломератах нижнего ордовика; считается самой крупной пещерой этой категорией в мире. Пещера Большая Орешная расположена в 3 км. Восточнее села Орешное, в долине Таежного Баджея, в Манском районе Красноярского края.

 

 Пещера «Большая  Орешная»

Подземное озеро в  пещере «Большая Орешная»

 

В регионах с холодным климатом и суровыми зимами в подземные  карстовые полости проникает морозный воздух и застаивается там так, что даже летом температура воздуха в них близка к нулю или отрицательна. В таких случаях на потолке и стенах пещеры начинают образовываться лёд в виде корок, кристаллов, ледяных сталактитов и сталагмитов. Из таких ледяных пещер наибольшей известностью пользуется знаменитая Кунгурская ледяная пещера. Она находится в Пермской области (Северный Урал), это одна из самых крупных пещер России (длина ходов пещеры составляет 5,6 км.) 

 

 

 

 

 

 

 

            2.1. Карстуются следующие породы:

• известняки (порода, целиком состоящая из минерала кальцита);
• мергели (известняк с глинистой составляющей более 5%);
• меловые породы (разновидность известняка из останков планктонных водорослей);
• доломиты, доломитизированные известняки (известняк с примесью минерала доломита СаMg[CO₃]₂);
• гипсы (порода, целиком состоящая из минерала того же названия – гипс СаSO₄*2H₂O);
• ангидриты (как порода состоят из минерала ангидрита (безводного гипса) CaSO₄ );
• соленосные толщи;

Соответственно выделяют три типа карста – карбонатный, гипсовый и соляной.

 Кроме того, растворению   может подвергаться карбонатный  цемент обломочных пород: (конгломератов, песчаников, а также известняковые  вулканические туфы.). (По Ф.П. Саваренскому и Д.С. Соколову) (1962)

 

                         Условия развития карста:

1) Наличие растворимой  в природных водах горной породы, как правило (исключением являются  случаи поверхностного контактного  выщелачивания) водопроницаемой вследствие трещиноватости или пористости;

2) Наличие растворителя, т.е. воды, агрессивной по отношению к горной породе;

3) 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 климатом и почвенно-растительным покровом, третье – помимо геологической структуры и гидрогеологических особенностей, с геоморфологическими и гидрологическими условиями.

Выделяют поверхностный и подземный  карст.

К поверхностным карстовым  формам относятся карры, желоба и  рвы, воронки, блюдца и западины, котловины, полья, останцы. Объектом настоящего исследования является только подземный карст.

 

                2.2. Стадии образования пещер.

Образование пещер происходит в определенной последовательности.

 

Трещинная стадия – водозная (воклюзовая) – натечно-осыпная  – обвально-цементационная.

Стадии формирования полости идут последовательно, и  каждая новая является следствием предыдущей.

 Различные авторы  выделяют еще дополнительные  промежуточные стадии, но мы будем  руководствоваться этой достаточно  простой схемой. Важно запомнить,  что каждая стадия применима  не ко всей пещере в целом, а к отдельным ее фрагментам, каждый из которых может находиться на своей стадии развития. Особенно это проявляется в полостях, характеризуемых сложным строением (каскадные шахты, многоярусные пещеры).

 

                              Трещинная стадия.

Именно с образования  разломов и системы трещин (тектонических нарушений) начинается образование каждой пещеры. Нарушения земной поверхности появляются при подвижках земной коры и землетрясениях. Расположение нарушений в пространстве массива (могут быть ориентированы в любой плоскости), а также относительно друг друга (пересекаться или идти параллельно) - все это определяет облик каждой пещеры. Даже в одной пещере встречаются различные «составные» элементы, которые образуются по разному.

                       Водозная (воклюзовая) стадия.

На данной стадии в  пещере появляется свободно текущая  или стоячая вода. Вода проникает  в трещины либо при наличие  поверхностного водосбора, либо в случае если нарушение вскрывает подземный водоносный горизонт. Под воздействием воды трещины начинают расширяться, формируя пещеру.

 

                          Натечно-осыпная стадия.

Зачастую за счет уничтожения  склоновой денудацией поверхностных водосборов или вреза речной долины, поступление воды в прежних объемах замедляется или прекращается вовсе, в пещере осушаются целые залы, галереи, колодцы. Начинается натечно-осыпная стадия. На данной стадии в пещерах начинают формироваться разнообразные натечные формы.

                                Обвально-цементационная стадия.

Данная стадия является завершающей в процессе существования пещеры. На данном этапе в пещере часто происходят разрушения сводов и стен, с образованием различных обвальных отложений.

 

 

                 2.3 Интенсивность карстообразования.

Интенсивность карстообразования  определяет:

1. Уровень грунтовых вод.

Например в Московской области, карстующиеся породы имеют  мощность до сотни метров, но современный  карст практически отсутствует, так как грунтовые воды залегают всего на глубине 5-10м.

2. Химическая инертность  пород. 

Примеси магния резко снижают интенсивность карстообразования. (Пример: Скалистый хребет в Северной Осетии.)

3. Примеси глинистого  материала. Микротрещины забиваются  глинистыми частицами (кольматация трещин), поэтому карст не развивается по мергелевым толщам.

4. Экспозиция склона.

Более благоприятен северный склон, так как там больше влажность  и дольше держится снеговой покров, поэтому более интенсивны нивальные процессы.

5. Рельеф.

Особенно благоприятны закрытые котловины, днища с откосами до 15 градусов.

6. Почвы.

Мощность и биология почв влияют на обогащение вод углекислотой и, следовательно, на интенсивность карстовых процессов. Особенно благоприятны горные черноземы, горные лесные почвы. Не благоприятны скелетные маломощные почвы.  

7. Механические свойства  пород. Трещиноватость, напластование.

Например в Арабике  карст особенно интенсивен на участках, где пласты известняка залегают крутонаклонно  или даже субвертикально.)

8. Количество осадков.  Климат. Интенсивность испарения.  Нивация.