Лаборатория геологии техногенных процессов
Горбунова К.А., Дорофеев Е.П., Максимович Н.Г. Кунгурская пещера как объект научных исследований// Пещеры. Итоги исследований: Межвуз. сб. науч. тр.-Пермь, 1993.-Вып.23-24.-С.113-120.
КУНГУРСКАЯ ПЕЩЕРА КАК ОБЪЕКТ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
К. А. Горбунова, Е. П. Дорофеев, Н. Г. Максимович
На протяжении трех столетий Кунгурская пещера привлекает внимание выдающихся людей. В начале XVIII в. пещеру посещают организаторы горного дела на Урале В. Н. Татищев и В. И. Геннин, профессора Петербургской академии паук И. Г. Гмелин и Г. Ф. Миллер. В 1772 г. академик И. Лепехин исследовал и описал известную в то время часть пещеры. В ней побывали и другие участники академических экспедиций [36]. Результаты наблюдений использовались учеными для обоснования теории водного происхождения пещер. Отмечалась при этом роль обвалов в формировании гротов и связь подземных ходов с рекой.
Представляет интерес с точки зрения восстановления эволюции оледенения описание пещеры М. Я. Киттары, опубликованное в 1848 г. Им же был составлен план пещеры [36]. Начиная с конца XIX в. в пещере ведутся специальные исследования.
Археологические и биологические наблюдения. В 1879 г. археолог И. С. Поляков [49] произвел раскопки в гроте Крестовый и пришел к выводу, что «пещера не служила убежищем древнему человеку, хотя сказать это вполне положительно нельзя». Он первый подметил наличие порошковатого гипса в холодных гротах и объяснил его происхождение. В 1912 г. П. Каптерев изучал гидробиологию Кунгурской и ряда других пещер. В 1947 г. А. П. Володин и В. А. Пшеничнов [11, 12] провели бактериологическое обследование пещеры и показали, что она крайне бедна микрофлорой. По количеству бактерий воздух некоторых гротов приближается к очень чистому воздуху лесов и верхних слоев атмосферы. Е. С. Лисина-Кулик и Л. Д. Барсукова исследовали микрофлору пещеры 131].
Изучение оледенения и микроклимата пещеры. Первые сведения об оледенении и формах подземного льда приведены в работах И. И. Лепехина и М. Киттары [36]. В 1882 г. пещеру посетил кристаллограф Е. С. Федоров [56]. Он отметил сильное оледенение гротов, рассмотрел причины их охлаждения, выделил разновидности «пещерного льда» и дал их кристаллографическую характеристику. Е. С. Федоров обратил внимание на связь пещеры с р. Сылвой, роль крупных трещин в формировании гротов, объяснил происхождение порошковатого гипса.
Н. И. Каракаш [35], руководивший изысканиями трассы железнодорожной линии Пермь-Екатеринбург в 1904-1906 гг., описал ледяные образования в Бриллиантовом и Полярном гротах и установил, что кристаллы представляют собой тонкие прозрачные ледяные пластинки гексагональной формы величиною 1-7 см. Он рассмотрел также теории охлаждения пещеры, связь ее с поверхностными формами, роль гидратации ангидрита и выщелачивания гипса в рельефообразовании.
Летом 1925 г. пещеру посетил академик А. Е. Ферсман [57]. В статье «Геохимия пещер» [58] он приводит данные о ледяных образованиях пещеры. Эта работа была написана для подготовленного в 1941 г. Обществом охраны природы сборника «Пещеры и методы их изучения», который не вышел в свет в условиях военного времени. В том же сборнике предполагалась публикация статьи о пещерных льдах [40], краткой инструкции по изучению пещерного льда и ледяных пещер [41], составленной в основном по материалам наблюдений в Кунгурской пещере с привлечением литературных данных.
В 1928-1930 гг. экспедиция Государственного гидрологического института при участии Главной геофизической обсерватории и Кунгурской метеорологической станции проводила наблюдения за температурным режимом, циркуляцией воздуха и его влажностью в различных частях пещеры [3-7]. Были установлены новые разновидности кристаллов льда. Руководивший экспедицией В. Я. Альтберг утверждал, что пещера выработана руслом подземной реки, через которую воды Шаквы сообщались с водами р. Сылвы.
Н. И. Бирилова [10] приводит данные об изменении оледенения передних гротов пещеры начиная с 1914 г. Для 1919-1928 гг. указывается день весеннего и осеннего равновесия, когда движение воздуха в передней части пещеры не ощущается.
Научно-исследовательский институт земной коры Ленинградского университета организовал летом 1936 г. экспедицию под руководством М. П. Головкова [13-15] для изучения пещерных ледяных образований. В результате исследование описаны кристаллы льда, образующиеся путем возгона выявлена зависимость их роста от скорости воздушного тока и влажности; определены основные оптические свойства указанных кристаллов, петрографическая структура льда одно летних и многолетних сталактитов; установлено периодическое изменение количества и форм находящегося в пещере льда, а также степени оледенения ее отдельных частей.
Новый этап в изучении микроклимата и оледенения Кунгурской пещеры начинается в 1948 г., когда был организован Уральский филиал карстово-спелеологической станции Московского государственного университета. Стационарные наблюдения на метеорологических и гидрометрических постах за движением воздуха, распределением температуры и влажности позволили В. С. Лукину [37-39] составить представление о балансе холода в карстовом массиве, наметить меры по восстановлению температурного режима передних гротов. Результаты исследований были обобщены в работах [22, 24-26, 28-30], посвященных многолетней мерзлоте и ее эволюции, разновидностям льда и ледяным кристаллам, влиянию на температурный режим экскурсий, а также мероприятиям по сохранению ледяных образований.
Гидрохимические, геохимические и литолого-минералогические исследования. Впервые химический состав пещерного льда был изучен Г. А. Максимовичем и Г. Г. Кобяком. Они установили, что лед сталактита и сталагмитов имеет сульфатный состав и наиболее минерализован по сравнению с другими разновидностями льда [43]. Подземные озера были отнесены к сульфатнокальциевой гидрофации с минерализацией более 2 г/л, что закономерно для пещеры в гипсах и ангидритах [44].
Начиная с 1975 г. сотрудники Кунгурского стационара осуществляют режимные гидрохимические наблюдения, результаты которых оформляются в виде отчетов [31]. Неоднократно производилось опробование всех водопроявлений и льда. Гидрохимические материалы за 1975-1983 гг. обобщенные В. Н. Дублянским и др. [32, 33].
Кафедра динамической геологии и гидрогеологии Пермского универсиета в 1965-1968 гг. изучает состав акцессорных элементов сульфатных и карбонатных пород, кристаллов гипса и кальцита, глин льда сталагмитов, воды озер. Установлены закономерности миграции стронция, титана и марганца в условиях сульфатного карста Кунгурской пещеры [16-18]. Исследование пещерной глины показало, что она относится к гидрослюдисто-карбонатной с примесью гипса [54].
Специальные работы посвящены вторичным кристаллам гипса, кальцитовым пленкам на поверхности озер, карстовым брекчиям, антропогенным отложениям [8, 9, 21, 27, 31].
Геофизические исследования. В 1952 г. карстово-спелеологическая станция Московского университета была передана Уральскому филиалу (впоследствии центр, отделение) АН СССР и преобразована в научно-исследовательский стационар. Начались совместные исследования стационара и Института геофизики Уральского филиала АН СССР. В 1966 г. под руководством В. И. Солухи в пещере была оборудована наклономерная станция, которая в течение 10 лет фиксировала движения земной коры, вызванные землетрясениями, лунно-солнечными приливами, тектоническими и. экзогенными процессами. Проведена гравиметрическая съемка 1531. С помощью высокочувствительного термографа изучались суточные, эпизодические и сезонные колебания температуры воздуха [51-53]. Результаты исследования карстовых полостей геофизическими методами на примере Кунгурской пещеры опубликованы в ряде статей [1, 2, 49, 58]. Опытные геофизические работы проводят кафедры геофизики Московского и Пермского университетов [46-48, 60].
Режимные наблюдения и организация натурных экспериментов. В 1934-1935 гг. карстовая группа ленинградского Гидростройпроекта, выполнявшая съемку пещеры, оборудовала в ней метеорологические и гидрометрические посты. В 1949 г. Уральский филиал карстово-спелеологической станции Московского университета организовал стационарные наблюдения на 30 постах. В настоящее время сотрудники Кунгурского стационара ведут ежемесячные наблюдения за температурой воздуха в 10 гротах, температурой горных порода 5 гротах, температурой под земных вод в 2 скважинах, колодце и 2 карстовых озерах, уровнями воды в р. Сылве и 13 карстовых озерах, химическим составом воды в р. Сылве, 2 озерах и 2 скважинах, кальцитовыми пленками и движением воды в 11 озерах. Кроме того, в паводковый период фиксируются температура карстовых вод в 2 скважинах, колодце и 2 озерах, а также ежедневно — уровни р. Сылвы и двух озер.
По результатам многолетних режимных наблюдений выявлены основные закономерности температурного режима пещерного массива, что позволило осуществить систему мероприятий по сохранению и восстановлению ледяных образований в пещере [25, 30], условий формирования карстовых вод [34, 55].
С 1983 г. кафедрой динамической геологии и гидрогеологии Пермского университета совместно с Кунгурским стационаром в пещере проводится эксперимент по изучению процесса растворения гипса и ангидрита в водах, близких к насыщению их сульфатом кальция [19]. В течение ряда лет Е. П. Дорофеев изучает растворение пород на вертикальных, наклонных и горизонтальных поверхностях с помощью специальных реперов, вмонтированных как в стены гротов, так и в блоки гипса и ангидрита. Установлено, что растворение породы на наклонных и вертикальных поверхностях происходит интенсивнее по сравнению с горизонтальными поверхностями в 3-10 раз.
Необходимо отметить такие направления исследования пещеры, как изучение морфологии гротов и надпещерного поля [20, 23], аэрозолей подземной атмосферы, влияния антропогенного фактора и загрязнения гротов в связи с оборудованием их и функционированием в качестве экскурсионных объектов, охрана данного природного объекта.
Кунгурская пещера только в ХХ в. была объектом интереса более чем 10 научных и производственных организаций. Режимные наблюдения и научные исследования в настоящее время осуществляет Кунгурская лаборатория-стационар совместно с другими организациями. Их результаты публикуются или оформляются в виде отчетов. Изданная, библиография о Кунгурской пещере включает 350 научных и научно-популярных работ, 101 статью и заметку в газетах, 41 отчет [31]. Многочисленные публикации не восполнят пробела в науке, связанного с отсутствием монографий о данной пещерной системе.
С конца 1992 г. исследования Кунгурской пещеры финансируются по научной программе «Университеты России» Государственного комитета Российской федерации по высшему образованию. Они вошли во второе направление программы - «Университеты как центры фундаментальных исследований (раздел геология)», целью которого является теоретическая разработка на современном уровне моделей процессов, происходящих внутри и на поверхности Земли, а также методики их моделирования. Осуществление программы позволит обобщить результаты ранее проведенных исследований, продолжить ряд многолетних режимных наблюдений, использовать комплекс методов с привлечением специалистов различных областей естествознания и, в конечном счете, создать модель пещерного массива.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Аведьян О. В. Электроразведка карста в окрестностях г. Кунгура. М: Изд-во МГУ,. 195,7.
2. Алешин А. С., Баулин Ю. И., Фролов А. Д. Применение геофизических методов разведки при изучении карстовых пещер // Инфом. сообщение ОНТИВИЭМС. М., 1965. Вып 73, Сер. регион, разведки и промысл, геофизики. № 9;
З. Альтберг В. Я. Экспедиция 1927 г. ПО изучению Кунгурской ледяной пещеры и ледников Кавказа//Изв. Гос. гидрол. ин-та. Л., 1929. № 23-25.
4. Альтберг В. Я. Наблюдения в Кунгурской ледяной пещере в 1528 г.//Изв. Гос. гидрол. ин-та. Л., 1930. Ч. 1, № 26-27.
5. Альтберг В. Я Наблюдения в Кунгурской ледяной пещере в 1929-1930 гг. Ч. 2//Изв. Гос. гидрол. ин-та. Л., 1931. № 32.
б. Альтберг В. Я. Кунгурская ледяная пещера//Природа. 1930. № 10.
7. Альтберг В. Я., Трошин В. Ф. О новых формах кристаллического льда//Изв. Гос. гидрол. ин-та. Л., 1931. № 32.
8. Андрейчук В. Н. Некоторые своеобразные отложения в Кунгурской пещере, связанные с ее оледенением//Минералы и отложения пещер и их практическое значение: Тез. докл. Пермь, 1989.
9. Андрейчук В. Н. Антропогенные отложения Кунгурской пещеры//Минералы и отложения пещер и их практическое значение: Тез. докл. Пермь, 1989.
10. Бирилова Н. И. Карстовые явления Кунгура и его окрестностей // Изв. Гос. гидрол. ин-та. Л., 1934. № 66.
11. Володин А. П., Пшеничнов В. А. К изучению бактериальной флоры Кунгурской ледяной пещеры//Природа, 1949. № 1.
12. Володин А. П. Пшеничнов В. А. Микрофлора Кунгурской ледяной пещеры//Тр. Молотов, стомат. ин-та. Молотов, 1949. Вып. 8.
13. Головков М. П. Исследование льда Кунгурской пещеры//Тр. науч.-исслед. ин-та земной коры. Л.: Изд-во ЛГУ, 1938. Т. 1.
14. Головков М. П. Исследование льда Кунгурской пещеры// Учен. зап. Ленингр. ун-та. Сер. геол.-почв. наук. 1939. № 21.
15. Головков М. П. Заметка о структуре и морфологических особенностях кристаллов льда//Зап. Всерос. минерал, об-ва. М., 1939. Сер. 2, ч. 18, вып. 2.
16. Горбунова К. А., Кунц Э. В. и др. Изучение состава акцессорных элементов в отложениях Кунгурской пещеры // Пещеры. Пермь, 1970. Вып. 8/9.
17. Горбунова К. А., Кропачев А. М. Геохимия стронция в карстовом ландшафте Кунгурской ледяной пещеры//Пещеры. Пермь, 1972. Вып. 12/13.
18. Горбунова К. А., Кропачев А. М., Лунев В. Г. Геохимия марганца и титана в карстовом ландшафте Кунгурской ледяной пещеры//Пещеры. Пермь, 1974. Вып. 14/15.
19. Горбунова К. А., Дорофеев Е. П. и др. Исследование процесса растворения гипсоангидритов в условиях Кунгурской пещеры// . Пещеры. Пермь, 1986. Вып. 20.
20. Дорофеев Е.П. Новый план Кунгурской, ледяной пещеры // Пещеры. Пермь, 1965. Вып. 5/6.
21. Дорофеев Е. П. Кальцитовые пленки и кристаллы гипса в Кунгурской пещере//Пещеры. Пермь, 1966. Вып. 6.
22. Дорофеев Е. П. Ледяные кристаллы Кунгурской пещеры / Пещеры. Пермь, 1969. Вып. 7/8.
23. Дорофеев Е. П. Соотношение размеров провальных впадин и карстовых полостей в сульфатных породах // Вопросы карстоведения. Пермь, 1970. Вып. 2.
24. Дорофеев Е. П. Ледяные кристаллы в подземном озере//При. рода. 1970. №4.^
25. Дорофеев Е. П, Изменение температурного режима Кунгурской пещеры в период ее эксплуатации и мероприятия по сохранению ледяных образований // Исследование карстовых пещер в целях использования их в качестве экскурсионных объектов: Тез. Всес. совещ. Тбилиси, 1978. -
26. Дорофеев Е. П. Эволюция оледенения Кунгурской пещеры // Пещеры. Пещеры в гипсах и ангидритах. Пермь, 1988. Вып. 21.
27. Дорофеев Е. П. Кристаллические новообразования в Кунгурской пещере//Минералы и отложения пещер и их практическое значение: Тез. докл. совещ. Пермь, 1989.
28. Дорофеев Е. П. Разновидности льда Кунгурской пещеры // Минералы и отложения пещер и их практическое значение: Тез. докл. совещ. Пермь, 1989.
29. Дорофеев Е, П, Взаимосвязь температуры воздуха, горных пород и подземных вод Кунгурской пещеры//Проблемы геометеорологии и аккумуляции зимнего холода. Свердловск, 1990.
30. Дорофеев Е. П. Многолетняя мерзлота и подземные льды Кунгурской пещеры//Проблемы геометеорологии и аккумуляции зимнего холода. Свердловск, 1990.
31. Дорофеев Е. П Андрейчук В. Н. Кунгурская ледяная пещера: Библиографический справочник. Кунгур, ,1991.
32. Дублинский В. Н., Дублянская Г. Н., Шипунова В. А. К вопросу о происхождении Кунгурской ледяной пещеры / Симф. ун-т. Симферополь, 1984. Дел. в Укр. НИИНТИ, № 882 Ук-84.
ЗЗ. Дублянский В. Н., Дорофеев Е. П., Бородаева Л. А. Гидрохимия Кунгурской ледяной пещеры/Симф. ун-т. Симфе рополь, 1984. Деп. в Укр НИИНТИ 30.03.84, № 603 Ук-84.
34. Ежов Ю. А., Шерстобитов В, А. Влияние приливной пульсации трещин на фильтрацию карстовых вод в зоне аэрации // Пещеры. Пермь, 1978.
35. Каракаш Н. И. Кунгурская ледяная пещера на Урале//Тр. .Спб. об-ва естествоиспытателей. Спб., 1905, Т. 36, вып.1№ 1.
36. Кунгурская ледяная пещера: Фотоальбом/Л. И, Вейсман. Е. П. Дорофеев, В. Н. Андрейчук, А. Б. Бобров. Пермь, 1990.
37. Лукин В. С. Воздушный режим закарстованных Массивов// Специальные вопросы карстоведения. М.: Изд-во АН СССР, 1962.
38. Лукин В. С. Наблюдения над воздушным режимом закарстованных массивов на примере Кунгурской ледяной пещеры // Тр. Ин-та геологии УФАН СССР. Свердловск, 1962. Вып. 62.
39. Лукин В. С. Работы по восстановлению природного режима Кунгурской ледяной пещеры//Пещеры. Пермь, 1963. Вып. 3
40. Максимович Г. А. Классификация льдов пещер//Изв АН СССР. 1945:Т.9,№5- 6.
41. Максимович Г. А. Краткая инструкция по изучению пещерного льда и ледяных пещер. Пермь, 1946.
42. Максимович Г. А Пещерные льды//Изв. Всес. reorp об-ва 1947. Т; 79, вып. 5:
43. Макснмович Г. А. Кобяк Г. Г. Характеристика льда Кунгурской ледяной пещеры//Докл. АН СССР. 1941. Т. 31, № 5.
44. Максимович Г. А., Кобяк Г. Г. К характеристике вод подземных озер//Докл. АН СССР, 1941. Т. 31; № 1.
45. Максимович Г. А., Максимович Н. А, Ледяная пещера. Свердловск, 1937.
46. Матвеев Б. К. Методика геофизического изучения карстовых полостей на примере работ в районе Кунгурской ледяной пещеры // Методика изучения карста. Пермь, 1963. Вып: 5.
47. Матвеев Б. К., Шкабарня Н. Г., Тарунина О/Л. Электрическая разведка Кунгурской ледяной пещеры // Тез. докл. гео.ч. фак-та. Перм. ун-та на научи, конф. Пермь, 1958.
48. Огильви А. А., Матвеев Б. К., Шкабарня Н. Г. Электрическая разведка Кунгурской карстовой пещеры//Вести. МГУ. 1963. № 3. Сер. геол.
49. Полевой В. С. Поиски и разведка закарстованных зон геофизическими методами//Бюл. МОИП. 1959. Т. 34, вып. 4.
50. Смирнов А. А. О применении метода естественного электрического поля в районе Кунгурской ледяной пещеры//Вести. МГУ 1958 № 2. Геол.
51. Солуха В. И. Изучение современной тектоники в Кунгурской ледяной пещере с помощью горизонтальных маятников//Пещеры Пермь 1970. Вып. 8/9.
52. Солуха В. И. Высокочувствительные измерения температуры в Кунгурской пещере//Пещеры. Пермь, 1971. Вып. 10/11.
53. Солуха В. И., Дорофеев Е. П., Сычева М. В. Гравиметрические исследования в Кунгурской пещере//Пещеры. Пермь, 1978. Вып. 17.
54. Старков Н. П., Горбунова К. А. К минералогии глин Кунгурской пещеры//Пещеры. Пермь, 1971. Вып. 10/11.
55. Турышев А. В. Подземные, воды Кунгурской ледяной пещеры//Специальные вопросы карстоведения. М.: Изд-во АН СССР, 1962.
56. Федоров Е. С. Заметки о Кунгурских пещерах//Материалы для геологии России. Спб., 1883. Т. II.
57. Ферсман А. Е. К минералогии пещер//Природа. 1926. № 1-2.
58. Ферсман А. Е. Геохимия пещер//Природа. 1952. № 2.
59. Хмелевской В. К. Методика высокочастотной разведки кар ста на примерах Урала и Крыма//Методика изучения карста. Пермь, 1963. Вып. 5: Геофиз. методы.
60. Шувалов В. М. Изучение карстовых полостей геоэлектрическими методами на примере Кунгурской ледяной пещеры//Тр. конф. молодых ученых геол. ф-та Перм. ун-та. Пермь, 1979. Дел. в ВИНИТИ 17.12.79 №4281-79. .
|
|
|
