ПОНЯТИЕ «КАРСТ». УСЛОВИЯ КАРСТООБРАЗОВАНИЯ. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ КАРСТОВЫХ ОБЛАСТЕЙ

Под термином «карст» понимают совокупность специфических форм рельефа и особенностей наземной и подземной гидрографии, свой­ственной некоторым областям, сложенным растворимыми горными породами, такими, как каменная соль, гипс, известняк, доломит и др. И хотя каменная соль и гипс обладают большей раствори­мостью, чем известняки и доломиты, гипсовый и соляной карст развит сравнительно мало из-за незначительного распространения этих пород, особенно выходов их на дневную поверхность. Извест­няки и доломиты в обычных условиях характеризуются слабой раст­воримостью, но распространены они несравненно более широко, чем гипс или каменная соль. Кроме того, в определенных физико-географических условиях химическая агрессивность воды может в известняковых областях существенно возрастать и, если это еще сочетается с благоприятными геологическими условиями, возника­ют наиболее выразительные и занимающие обширные пространст­ва карстовые ландшафты, приуроченные именно к известнякам. Поэтому, имея в виду преимущественную приуроченность карсто­вых образований к областям развития известняков, можно считать, что наиболее изучен и наиболее распространен именно известня­ковый карст.

Сущность карстовых процессов состоит в растворении породы атмосферными, поверхностными, талыми, подземными, а в неко­торых случаях и морскими водами.

Главное условие растворимости известняка — достаточное коли­чество растворенного СО₂ в воде. Тогда вода становится химиче­ски агрессивной и энергично воздействует на карбонатные породы.

Источниками СО₂, содержащегося в природных водах, явля­ются: атмосфера, биохимические процессы, протекающие в почве и коре выветривания, разложение органических остатков при свободном доступе воздуха, поступление углекислоты из недр земли в областях современной или недавней вулканической деятельности. Кроме углекислоты растворяющее действие на известняки могут оказывать и другие кислоты, например гуминовая, серная, но в целом, по-видимому, главную роль в карстовых процессах игра­ет СО₂.

К другим важнейшим условиям, определяющим развитие карста, относятся: а) рельеф—на пологонаклонных поверхностях, как правило, карстовые образования возникают быстрее и представлены разнообразнее, чем на крутых склонах; б) чистота и мощность известняков — чем чище и мощнее толща известняков, тем интен­сивнее они подвержены карстообразованию; в) структура поро­ды — грубообломочные или ракушечные известняки карстуются гораздо меньше, чем однородные мелкозернистые известняки; г) климат, т. е. температурный режим, количество и характер вы­падающих осадков, наличие вечной мерзлоты, препятствующей проникновению воды в карстующиеся породы; климатом обуслов­ливается также характер растительного покрова, способствующего повышению химической агрессивности воды; вследствие разложения растительных остатков

Рис. 72. Идеальный карстовый массив (по И. С. Щукину):

А—А— мощная известняковая свита; В—В — водоупорная порода; Р — многочисленные воронки; Я — единичные крупные провалы над подземными пустотами; а—а — зона аэрации и эфемерных источников; Ь—Ь — зона периодического полного насыщения с периодически действующими источниками; Ь—с— зона постоянного полного насыщения и постоянных источников (стрелками показано направление циркуляции подземных вод); М — мешкообразная долина

вода обогащается углекисльш газом, гуминовыми кислотами, азотной кислотой и т. п.; д) трещи-новатость карстующихся пород — при наличии трещиноватости возникает возможность проникновения агрессивных вод в толщу породы и образования различных форм подземного карста, а так­же оттока вод, насыщенных углекислотой, с поверхности в глубь карстующихся пород.

Подземная циркуляция, т. е. гидрогеологические условия, име­ют важнейшее значение для развития карстового процесса. В каж­дой карстовой области можно выделить три этажа, или зоны, раз­личающиеся по гидрогеологическому режиму (рис. 72). Верхняя зона охватывает толщу породы от ее выхода на поверхность до зеркала грунтовых вод. Это зона аэрации, или зона вертикаль­ной циркуляции. Здесь преобладает свободное гравитационное дви­жение воды, происходящее периодически, во время дождей или тая­ния снега.

Следующая зона получила название зоны периодически полно­го насыщения. Здесь совершаются резкие колебания уровня подземных вод, связанные прежде всего с периодическим поступлени­ем воды с поверхности. Циркуляция воды в этой зоне близка к го­ризонтальной, но может происходить и с большим уклоном водной поверхности у края карстовой области. Зону периодически полно­го насыщения многие исследователи рассматривают как наиболее активную в отношении глубинного карстообразования, в частности пещерообразования. Границы ее — наивысший и наинизший уров­ни зеркала грунтовых вод.

Нижняя зона — зона постоянного полного насыщения. Верхняя ее граница — наинизший уровень зеркала грунтовых вод, ниж­няя— водоупорный горизонт. Циркуляция здесь преимущественно горизонтальная. По окраинам карстовой области эта зона дает начало рекам, карстовым источникам, через которые происходит разгрузка подземных вод на земную поверхность.

Положение зон в карстующихся массивах зависит от ряда при­чин: мощности карстующихся пород и их трещиноватости; расчле­ненности рельефа карстовых областей и глубины вреза речных долин; наличия в составе карстующихся пород прослоек или линз нерастворимых глинистых пород, которые могут служить водо­упорными горизонтами, способствующими образованию верховод­ки— временному или сезонному скоплению подземных вод в зоне аэрации.

Различие гидрогеологических условий зон карстовых массивов сказывается на характере источников карстовых областей. Так, для зоны аэрации характерны временные источники, функциониру­ющие в период поступления воды с поверхности во время дождей или весеннего снеготаяния. Источники зоны периодического насы­щения тоже временные, но они мощнее и функционируют более длительное время, чем источники зоны аэрации. С зоной постоян­ного насыщения связаны постоянные источники, обладающие боль­шим дебитом. Они получили нарицательное название воклюз (по источнику, впервые описанному во Франции в районе Воклюз).