logo
Главная История Структура Разработки Лаборатории Контакты

Лаборатория геологии техногенных процессов
Cотрудники Список публикаций Места работ
Горбунова К.А., Максимович Н.Г. Спелеогенез и эволюция земной коры // International Cong. of Speleology. -Budapest,1989.-T. II.-P.386-387 /0,25/

СПЕЛЕОГЕНЕЗ И ЭВОЛЮЦИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ

ГОРБУНОВА, Клара А. - МАКСИМОВИЧ, Николай Г.

Пещеры появляются на раннем этапе развития земной коры. В период активного магматизма на Земле в лавовых потоках возникают туннели и газовые пузыри. В условиях первичной атмосферы углекислотное выветривание сопровождается формированием полостей в силикатных породах. Карстовому спелеогенезу предшествует появление гидросферы, биосферы и осадочной оболочки земной коры, в состав которой входят карбонатные,сульфатные,галоидные отложения.
Спелеогенез, особенно гидротермокарстовый, активизируется в эпохи горообразования,когда карстующиеся породы попадают в зону гидрогенеза. В результате спелеогенеэа эволюция земной коры приобретает принципиально новые черты: 1/обраэуются полости, иногда значительных объемов, возникают особые виды подземного литогенеза, возрастают фациальные неоднородности толщ; 2/идет процесс взаимодействия и взаимопроникновения гидросферы, атмосферы, биосферы, антропосферы и земной коры, смещение и усложнение их границ, что приводит к концентрации подземного стока, формированию подземной атмосферы, приспособлению жизни к подземным условиям; 3/экзогенные геологические процессы: эрозионные, гравитационные, гляциальные и другие смещаются вглубь массивов. Человек проникает в пещеры и использует их в практической деятельности.

SPELEOGENESIS AND EVOLUTION OF EARTHCKUST

Caves appear on the early stage of earthcrust development. Lava cave tunnels and lava blisters form in the periods of mag matic aotivety. Carbon dioxide weathering leads to the forming of silicate rocks cavities under primary atmosphere conditions. The appearence of hydrosphere,biosphere and sedimentary shell of earthcrust, which contains carbonate,sulphate, halogen rocks, precedes to the karst speleogenesis.
Speleogenesis, especially hydrothermokarstal, is more active in the orogenic epochs, when karst rocks are got to the hydrogenesis zone. As a result of speleogenesis,earthcrust evolution acquires nev features: I/cavities,sometimes of considerable size,forms; special kinds of underground lithogenesis appears; facies heterogeneities increase; 2/process of mutual penetration of hydrosphere, atmosphere, biosphere,anthroposphere and earthcrust, removal and complication of their boundaries goes on;that leads to the concentration of subsurface drainage, forming of underground atmosphere,adaptation of life to the underground conditions; 3/erosionai, gravitational,glacial and other exogenetic geological processes remove deep into the massifs. A man penetrates into the caves and uses them in his practical activity.
1. Эволюция земной коры сопровождается сменой типов спелеогенеза. Вулканические и тектонические пещеры появляются на раннем этапе развития земной коры. В период интенсивного магматизма на Земле в лавовых потоках возникают туннели и газовые пузыри. В докембрии появляются брадикарстовые полости в кварцитах, железистых кварцитах как результат растворения в условиях первичной атмосферы, обогащенной CO2 [5].
1.1. Карстовому спелеогенезу предшествует появление гидросферы, биосферы и осадочной оболочки земной коры, в состав которой входят карбонатные, сульфатные, галоидные породы. По данным А. В. Сидоренко и О. М. Розена, древнейшие карбонатные отложения имеют возраст более 3,7 млрд. лет. Сульфатные породы, состоящие на 99% из гипса и ангидрита, накапливались в эвапоритовых бассейнах. Эвапориты появились в начале рифея. М. А. Жарков и А. Л. Яншин в фанерозое намечают пять эпох гипсо- и соленакопления: раннекембрийскую, эйфельскую, кунгурскую, позднеюрскую и миоценовую. Широкое распространение карстующихся пород по площади и в разрезе платформ, складчатых зон и прогибов предопределило развитие карста и спелеогенеза на протяжении длительной геологической истории [I]. В современную геологическую эпоху карбонатные (известняки, доломиты, мел, мрамор), сульфатные (гипсы, ангидриты), галоидные (каменная соль) карстующиеся породы в основном морского и лагунного, в меньшей степени континентального и метаморфического происхождения, слагают третью часть площади суши,
1.2. Спелеогенез проявляется в особых геотектонических обстановках, а именно на участках земной коры с положительными тектоническими движениями, сопровождающимися трещинообразованием. Все виды спелеогенеза, и особенно гидротермокарстовый, активизируются в эпохи горообразования, когда мощные толщи пород попадают в зону гидрогенеза.
2. В карстовый спелеогенез вовлечены различные элементы геологической системы: породы, поверхностные и, главным образом, подземные воды, газообразные компоненты атмосферы, а также биологическая среда, которые претерпевают необратимые трансформации. Спелеогенезу предшествует избирательное растворение породы по трещинам с выносом растворенных веществ. По мере возникновения крупных полостей возрастает роль подземного выветривания, эрозии, гравитационных и других процессов, сопровождающихся разрушением породы, переносом и отложением продуктов разрушения в виде различных типов хемогенных и обломочных осадков. При спелеогенезе происходит преимущественно вынос химических элементов из породы в гидросферу, в меньшей степени их концентрация в подземном пространстве.
3. Спелеогенез влияет на эволюцию подземной и поверхностной гидросферы. Процесс образования пещер начинается с формирования трещинно-карстовых коллекторов, которые в дальнейшем переходят в пещеристые коллектора подземных карстовых вод. Карстовые воды сами формируют коллектора, которые могут достигать огромных объемов. В мире исследовано 29 пещер протяженностью более 43 км, среди них Флинт-Мамонтова (США) 530 км, Хельлох (Швейцария), Дкюэл (США) и другие. Сложными являются пещеры в неогеновых гипсах юга Украины: Оптимистическая 157 км, Озерная 107,3 км, Золушка 82 км [4]. Карстовым областям присущи определенные гидрохимические типы подземных вод.
3.1. Карстовые коллектора развиваются по схеме: первичная трещина закарстованная трещина канал пещера сложная пещерная система. Они образуются при движении карстовых вод от области питания к области разгрузки и различно ориентированы в пространстве: от вертикальных до наклонных, ступенчатых, многоэтажных, горизонтальных пещер. В горных областях карстовые полости в глубину достигают более тысячи метров: Жан-Бернар (Франция) 1494, В. Пантюхина 1465 и Снежная-Меженного (Кавказ) 1370 [4]. Колоссальные объемы имеют отдельные гроты в известняках: Верна в пещере Пьер сен Мартен (Франция) [3, 4], Грузинских спелеологов в Новоафонской (Кавказ) 0,9 млн.м3. Объем полостей Снежной-Меженного достигает 1,74, Куйбышевской 1,1 млн.м3 [3].
3.2. Особенностью подземной гидросферы карстовых областей, вытекающей из наличия развитой сети пещеристых коллекторов, является высокая водообильность закарстованных пород, особенно карбонатных. В местах разгрузки карстовые воды питают мощные источники, такие как Воклюз (Франция) с расходом до 150, Обод до 60, Требишница (Югославия) свыше 200, Мчишта (Кавказ) до 200 м3/с. Для приморских карстовых районов характерна субмаринная разгрузка карстовых вод. Горные карстовые области, где карбонатные толщи осложнены разрывными нарушениями, отличаются концентрацией подземного стока в закарстованных тектонически нарушенных зонах в виде потоков, расположенных на разных гипсометрических уровнях.
3.3. Особенностью карстовых областей с развитыми пещерами является взаимосвязь поверхностной и подземной гидросферы [9]. Поверхностные реки и подземные карстовые воды образуют единую гидролого-гидрогеологическую систему. Примером является подобная система в Словении (Югославия): поверхностная р. Пивка пещерная река в Постойной Яме подземный сток пещерная р. Пивка в Планинской пещере р. Уница в Планинском полье подземный сток источники Любляницы [7]. Исчезающие поверхностные реки, подземные (пещерные) потоки, воклюзы свойственны гидросфере карстовых областей.
4. В процессе спелеогенеза существенно изменяется строение осадочной оболочки земной коры, сложенной карстующимися породами. Пещеры — это особые обстановки литогенеза и минералообразования, для которых характерен комплекс подземных химических, обломочных, органических и биохимических образований.
4.1. Спелеогенез сопровождается проникновением гидросферы, атмосферы, биосферы в земную кору, смещением и усложнением границ оболочек. Следствием этих процессов является концентрация подземного стока, формирование водообильных зон и резервуаров подземной атмосферы в закарстованных породах, что создает условия для приспособления и обитания организмов в подземной обстановке.
4.2. В процессе спелеогенеза отмечается смещение экзогенных геологических процессов: выветривания, гравитационных, эрозионных, суффозионных, гляциальных и других, вглубь земной коры. Морозное выветривание протекает особенно интенсивно в ледяных пещерах. Например, в гроте Вышка Кунгурской пещере (Пермская область) в течение зимы на поверхности породы, в трещинах намерзает лед, способствуя ее разрушению. В теплый период лед тает, что активизирует процессы растворения. Гравитационные процессы, сопровождающиеся обрушением сводов и образованием осыпей, могут достигать больших масштабов. В Кунгурской пещере объем отдельных осыпей превышает 10 тыс.м3.
В некоторых полостях существуют условия для образования многолетней мерзлоты и ледников. Подземный ледник и снег в пещере Снежной (Кавказ) объемом 35 тыс. м3 погружается на глубину более 200 м [5]. В Добшинской пещере (ЧССР) мощность ледника достигает 20 м, а объем 125 тыс.м3 [8]. Эрозия пещерных потоков, эрозионные формы и подземный аллювий проявляются на глубинах более 1000 м. По мере развития полостей активизируется суффозия в вышезалегающих покровных отложениях.
4.3. В процессе спелеогенеза может происходить вскрытие полостей, обрушение их сводов и появление на земной поверхности провалов, провальных котловин и карстовых долин.
5. Изменения, сопровождающие эволюцию участков земной коры, сложенных карстующимися породами, на определенном этапе спелеогенеза приобретают социально-экономические аспекты, обусловленные возможностью использования подземного пространства в туристских, лечебных, научных и других целях, пещерных рек — для водоснабжения и энергетических целях, минеральных ресурсов (фосфоритов и др.) в качестве полезных ископаемых. Создаются условия для проникновения человека вглубь массивов горных пород и непосредственного исследования протекающих в них процессов. Все большее влияние на спелеогенез оказывает техногенез. Появляется необходимость охраны пещер.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОРБУНОВА К.А.: Карстоведение. Вопросы типологии и морфологии карста. Пермь, 1985. 88 с.
2. ДОРОФЕЕВ Е.П.: Взаимосвязь подземных и поверхностных карстовых форм на примере Кунгурской пещеры. Проектирование, строительство и эксплуатация земляного полотна в карстовых районах. М., 1968. С. I47-I5I.
3. ДУБЛЯНСКИЙ В.Н., КЛИМЕНКО В.И. и др.: Комплексные карстолого-спелеологические исследования и охрана геологической среды Западного Кавказа (методические рекомендации). Сочи, 1987. 123 с.
4. КЛИМЧУК А.Б., КИСЕЛЕВ В.Э.: Крупнейшие пещеры и шахты мира. Пещеры. Пещеры в гипсах и ангидритах. Пермь, 1988. С. 140-142.
5. МАКСИМОВИЧ Г.А.: О силикатном брадикарсте тропической зоны. Гидрогеология и карстоведение. Пермь, 1975. С. 5-14.
6. ТИНТИЛ030В З.К.: Карстовые пещеры Грузии. Тбилиси, 1976. С. 173-176.
7. GAMS I.: Apercu aur l'hydrologie du Karst Slovene et sursee communications souterralnes.NASE JAMB. 1965. # 1-2.51-60.
8. KUCERA B.HROMAS J.; SKRIvANEK F.i Jeskyne a propaeti v Ceakoslovensku. Academia Praha,1981.252 a.


назад