Общие закономерности

Под карстовым геоморфологическим комплексом понимает­ся совокупность специфических форм рельефа, созданных деятель­ностью поверхностных и подвесных вод в растворимых (карстующихся) породах. В классической стране карста — Словении его на­зывают kras.

Наибольшее значение на Земле получил известняковый карст, свойственный широко распространенным карбонатным (СаСО₃ + МgСО₃) отложениям. Другие растворимые породы — ка­менная соль, гипс — встречаются намного реже или растворяются слишком быстро. Сущность растворения заключается в насыще­нии циркулирующих в карстующихся породах вод углекислотой, которая служит основным растворителем. При перенасыщении воды СО₂ растворение прекращается начинается выпадение карбоната кальция из воды и появление в карстовых пустотах вторичных на­течных образований.

Изучением геоморфологии карста, в научном и практичес­ком плане, занимается наука спелеология. Развитие карстовых про­цессов зависит от ряда условий. В наиболее типичном виде карсто­вые формы выражены в открытом (голом) карсте, когда известня­ковые породы обнажаются на поверхности. Условно открытый карст принято называть средиземноморским (Балканский полуостров, Крым, Кавказ, Альпы, Пиренеи и т.д.). Рельефообразующие процессы ин­тенсивно проявляются в чистых, но трещиноватых известняках, мелах, мергелях при сравнительно пологих склонах, способствующих замедленному стоку и химическому выветриванию. Большое значе­ние имеет высота карстового массива над уровнем моря и местный базис карстовой денудации, от которых зависит глубина вертикальной циркуляции воды в трещинах горной породы. По признаку рельефа выделяют горный и равнинный карст.

Карст — не только азональное явление, он имеет свои особен­ности в различных климатических зонах. Для развития карста наи­более благоприятен климат средиземноморского типа с ограничен­ным и неравномерным количеством осадков и высокими темпера­турами в течение года. В условиях холодного климата вода теряет свою химическую активность, а наличие вечной мерзлоты ограни­чивает ее вертикальную циркуляцию.

Влажный климат умеренных широт способствует быстрому накоплению почвенного и дернового покрова, кроме того, в умерен­ной зоне карстующиеся породы, как правило, лежат под рыхлыми континентальными осадками. Такой карст называют покрытым, он характерен для обширных территорий Восточно-Европейской рав­нины, центральной части бассейна реки Миссисипи и др. Однако и на равнинах встречается типичный голый карст, например в Пер­мской и Псковской областях. Изучение тропического карста также выявило ряд его особенностей, связанных с интенсивностью про­цессов растворения и денудации в жарком влажном климате.

Важнейшее значение для развития карста имеют гидрологи­ческие условия. В карстовом массиве различают три этажа (зоны), различные в гидрогеологическом отношении. Верхняя, называемая зоной аэрации, располагается от поверхности до уровня грунтовых вод и характеризуется вертикальной циркуляцией. Свободное гра­витационное движение воды, свойственное верхней зоне, наблюдает­ся в периоды выпадения дождей и таяния снега. В верхней зоне возникают основные поверхностные формы. Средняя зона периоди­чески полного насыщения отличается горизонтальными или слабо наклонными движениями воды в границах самого высокого и наи­более низкого уровня зеркала грунтовых вод. Это зона активного формирования карстовых пещер. Нижняя зона — постоянного пол­ного насыщения — распространяется вплоть до водоупорного гори­зонта и отличается горизонтальной циркуляцией. Она питает кар­стовые реки и крупные постоянные источники.

Эволюция карстовых форм

На молодом массиве известковых пород, недавно обнажив­шихся из-под уровня моря, под влиянием разъедающей деятельнос­ти проникающих в трещины в зоне аэрации дождевых и талых вод возникает сочетание специфических открытых мезо- и микроформ. В чистых известняках появляются карры, или шратты. Они пред­ставлены лабиринтом узких острых гребней и разделяющих их та­ких же узких борозд глубиной до 0,5 - 1 метра. Карровые поля характеризуют молодую стадию развития карстового процесса, ког­да выпадающие осадки проникают сквозь трещины и поверхност­ные водотоки отсутствуют (рис. 51).

На начальной стадии развития карста средиземноморского типа большое распространение получают поноры, т.е. более или менее широкие щели, служащие водоотводящими каналами для поверхнос­тных вод. Почти одновременно с ними развиваются разнообразные округлые понижения и провалы, объединенные под общим названи­ем долины. К ним относятся широкие плоские блюдцеобразные за­падины, возникающие в процессе просадки грунта. Наиболее ти­пичны карстовые воронки, достигающие в диаметре 20 - 50 метров, а по глубине — от нескольких до первых десятков метров. Развива­ются они в результате активного, но ограниченного по площади проникновения поверхностных вод по крупным трещинам, а иногда за счет расширения стенок понора. Склоны воронок обычно крутые, обнаженные, дно сухое.

Распространенной разновидностью карстовых форм являются глубокие (до нескольких десятков метров) вертикальные впадины типа колодцев. Они образуются над подземной пустотой в результате обвала верхнего слоя (потолка). На этой стадии развития карстовые формы не соединены друг с другом и поверхностными водотоками. Каждая форма развивается за счет вертикальной циркуляции (рис. 51) и в целом формируется типичный ванновый ландшафт.

Дальнейшее развитие карстового геоморфологического комп­лекса направлено по линии поверхностной денудации и образова­ния поверхностных водотоков путем вскрытия подземных вод. В карровых полях борозды постепенно становятся шире, мелкие гребни "съедаются" за счет химического выветривания, устойчивые гребни превращаются в останцы. В понижениях накапливается нерастворимый осадок известняков — красная глина (terra rossa), ко­торая закупоривает трещины и создает условия для застаивания на поверхности атмосферных вод.

Для горного карста в этой стадии характерно развитие глу­боких вертикальных каналов — карстовых бездн, или шахт, глубина которых достигает нескольких сот метров. В период дождей сюда устремляются поверхностные воды, проходящие по вертикальным каналам до уровня грунтовых вод. В книгах французского спелео­лога Н. Кастере карстовые бездны описаны в Пиренеях, где глуби­на их составляет сотни метров; в Италии к северу от Вероны глу­бина карстовой шахты достигает 637 метров. Крупнейшие карсто­вые бездны обнаружены советскими спелеологами на Западном Кавказе в районе Нового Афона и Гагр (гора Арабика).

Переход в стадию зрелости равнинного голого карста выра­жается в расширении воронок, соединении их друг с другом, превра­щении колодцев в воронкообразные впадины. В результате слия­ния образуются широкие понижения причудливых очертаний, полу­чившие название увала. Днище увала еще не имеет постоянного водотока, но скопление terra rossa способствует образованию вре­менных водоемов, питаемых дождевыми и снеговыми водами.

Наиболее типичными формами зрелого карста считаются полья. Это обширные, вытянутые на много километров понижения с крутыми склонами и плоскими днищами, с постоянными водотока­ми или цепочками озер, питаемых грунтовыми водами. В классичес­ких карстовых областях широкие днища польев, выстланные плодо­родной terra rossa, служат местами размещения сельскохозяйствен­ных угодий.

Образование польев имеет несколько объяснений. Они явля­ются результатом естественной эволюции карстового процесса, дос­тигшего уровня карстовой денудации. В других случаях формирова­ние польев связано с расположением тектонических линий, напри­мер, Попово поле в Словении. Иногда полья образуются на месте провала кровли подземной реки. При этом остатки обрушившегося свода остаются в виде естественных мостов. Н.А. Гвоздецким опи­саны полья в Грузии, которые возникли в результате размыва и выноса продуктов размыва нерастворимых пород, залегающих внут­ри известняков. Форма и размеры таких польев зависят от мощно­сти и размещения нерастворимых пород среди растворимых.

Эволюция форм равнинного карста в умеренных широтах от­личается своими особенностями. Они выражаются в завуалированности процессов благодаря слою рыхлых покровных пород и постоянно высокому уровню грунтовых вод. Характерны широкие пологие блюдцеобразные западины, на дне которых скапливается вода или образует­ся низинное болото; нередко встречаются глубокие карстовые ворон­ки и даже провалы типа колодцев. Дно их выстилается продуктами выветривания и формируются озера, в питании которых заметную роль играют воды подземного карстового массива.

Во влажном жарком тропическом климате (Вьетнам) разви­тие карста отличается специфическими чертами. В молодой стадии характерно преобладание положительных форм рельефа в виде ко­нусов, башен, которые высоко подняты над базисом эрозии, так на­зываемой базальной поверхностью. Эта особенность связана с вли­янием климатических условий; на карстовом массиве образуются широкие плоские понижения, среди которых как останцы прежней поверхности возвышаются поднятия в виде башен, куполов, иногда причудливых очертаний. Зрелость тропического карста выражается в расширении выровненных поверхностей и сокращении площади положительных форм.

На основе морфологических различий И. С. Щукин выделяет куполовидный, башенный, конический и котловинный тропический карст.

Куполовидный карст — наиболее молодая стадия процесса, когда куполообразные возвышенности высотой более 100 метров разделяются узкими сухими ущельями — "карстовыми переулка­ми", связанными с расположением тектонических трещин.

Башенный карст развит на периферии куполообразного и ха­рактеризует более зрелую стадию. Для него типичны изолирован­ные друг от друга башни или столбы с относительной высотой 100 - 300 метров. Развитие terra rossa способствует застаиванию воды на денудационной равнине, разделяющей отдельные башни. Склоны и вершины башни изъедены воронками, гротами, шахтами. Углубление понижений уже закончилось и развитие идет за счет "съедания" возвышенностей.

Конический карст отличается тем, что возвышенности стано­вятся более пологими, а денудационная равнина занимает основное пространство.

В некоторых тропических областях (Ямайка) в условиях силь­ной трещиноватости известняков и низкого положения уровня грун­товых вод развивается котловинный карст. В целом тропическому карсту свойственна высокая интенсивность процессов. Этому спо­собствует мощное развитие растительной массы, разложение кото­рой служит источником добавочного поступления в воду углекис­лоты и увеличения растворимости карстующихся пород.

Таким образом, карстовый процесс носит характер денудации. Его развитие — это превращение густо и глубоко расчлененной поверхности в выровненную, осложненную денудационными останцами. Так выглядят в стадии дряхлости пологоволнистые карстовые поля, в равнинном карсте выполаживание связано со слиянием долин, образованием широких плоских польев, разделенных пологими гребнями. Стадия старого карста отличается также развитием поверхностной гидрографической сети.

Процесс образования карстовой выровненной поверхности особенно показателен в тропических широтах. Быстрое сокращение башенных и конических возвышенностей приводит к их полному нивелированию. Процесс продвигается от края карстового массива к центру и сформированная ровная поверхность, которая называется окраинной равниной карста, по своему генезису является педиментом карстового происхождения. Новый цикл развития карстового процесса — омоложение наступает при условии, если суша поднимается, а базис денудации (эрозии) понижается.