logo
Главная История Структура Разработки Лаборатории Контакты

Лаборатория геологии техногенных процессов
Cотрудники Список публикаций Места работ
V.T. Hmurchik, S.V. Kazakevich, N.G. Maximovich, V.V. Nikiforov. Development for methods of protection of the Kama reservoir against oil pollution. 3rd Simposium "Quality and Management of Water Resources". Italian-Russian Institute of Education and Ecological Research and St. Petersburg State University, St. Petersburg, 2005 - 77-78.

АНТРОПОГЕННОЕ ВЛИЯНИЕ И ДЕСТРУКЦИЯ ПОРОД В АЛМАЗНЫХ ПЕЩЕРАХ (ШТАТ КЕНТУККИ, США)

С. С. Потапов, Н. Г. Максимович, Н. А. Исакова

ANTHROPOGENOUS INFLUENCE AND DESTRUCTION OF ROCKS IN DIAMOND CAVERNS (STATE KENTUCKY, USA)
S. S. Potapov, N. G. Maximovich, N. A. Isakova

Brief data on a history of development and geology of Diamond caverns in the USA are resulted and the information on results of studying of a moss and the radical ground, selected is given to one of authors during excursion on Diamond caverns in 2003. The moss concerns to kind Leptobryum pyriforme (Hedw.) Wils also is the pioneer of settling growing even on naked stones, including on limestone and also on ground near them in conditions from very strong shade up to rather weak and at a different degree of humidifying. The ground of yellow-grey color sandy and дресвяной fractions is combined by a mix of quartz and calcite with an impurity of anortite and, probably, silicates of type of muscovite or of chlorite. For more than 140-years history of studying and visiting by tourists of Diamond caverns anthropogenous influence on development of its flora was certainly showed and has led to to weak change of its «geology».

C 3 по 6 июня 2003 г. Н. Г. Максимович принял участие в международной конференции «Гидрогеология карста и экосистем» (г. Боулинг Грин, штат Кентукки). В рамках этой конференции он посетил Алмазные пещеры (Diamond Caverns) (рис. 1), расположенные в извесняковом массиве Камберленд, в котором, кстати, заложена самая крупная из известных на настоящий момент пещерная система Флинт-Мамонтовая, общая протяженность ходов и галерей которой составляет более 563 км. На основании литературных источников [2, 5, 6] и интернет-ресурсов (http://www.diamondcaverns.com/) приведем краткую историю и геологию Алмазных пещер.

Из истории Алмазных пещер

В 1859 г. сегодняшний Парк Сити (Park City) был сонной деревней, называемой Три Развилки (Three Forks), насчитывающей всего 75 жителей и соединенной с внешним миром каретной дорогой. Еще это место было известно своей знаменитой Таверной Белла (Bell’s Tavern) и расположением на развилке дороги с тропой, через восемь миль приводящей к Мамонтовой пещере. Большинство путешествующих людей останавливалось в Bell’s Tavern, чтобы взбодриться персиковым и медовым бренди, а затем продолжало путешествие верхом или почтовым дилижансом по изрытой колеями дороге к получившей мировую известность Мамонтовой пещере. В полутора милях к северу от Таверны и около дороги к Мамонтовой пещере раб Джесс Куртc (Jesse Courts) 14 июля 1859 г. в скалистом основании большой эрозионной долины обнаружил яму. Первый посетитель, спустившись на веревке в пещеру, подумал, что сверкающие в свете факела натечные кальцитовые образования напоминают алмазы, что и дало название пещерам — Алмазные.
На следующий день группа исследователей, спустившись по веревочным лестницам, вступила в пещеру, чтобы оценить открытие. Спустя чуть больше месяца с момента открытия пещеры в Луисвилльской ежедневной газете (Louisville Daily Courier Newspaper) от 19 августа 1859 г. появилась статья, описывающая историю ее открытия и исследования под названием Пещера Ричардсона («Richardson Cave») по имени одного из первых исследователей. В этот же день компания Kennedy Bridal Party стала первой, чтобы провести тур по недавно открытой пещере с целью показа ее достопримечательностей. Если бы не короткие перерывы ее посещения в период Гражданской Войны, то пещеру показывали как достопримечательность в течение более чем 140 лет.
В 1854 г. Луисвилльская и Нашвильская железные дороги достигли Трех Развилок. Поскольку железнодорожная ветка была проложена от города Глазго, то после этого события Три Развилки назвали Соединененным с Глазго (Glasgow Junction), и намного позже — Парк Сити. Прокладка железной дороги привлекла еще многих посетителей Алмазных Пещер и Мамонтовой пещеры.
Уильяма Белл, первый владелец таверны в Трех Развилках, оставил таверну своему сыну Роберту (Robert) и невестке Марии Горин Белл (Maria Gorin Bell). После смерти Роберта Мария вышла замуж за видного местного фермера Джорджа Проктора (George Proctor). В дополнение к управлению Таверной Белла, Джордж в 1859 г. стал и владельцем Алмазных пещер. В то же самое время его брат Ларкин Проктор (Larkin Proctor) управлял гостиницей Мамонтовой пещеры, а также владел дорогой, связывающей Три Развилки с Алмазными пещерами и Мамонтовой пещерой.

Рис. 1. Схема расположения Алмазных пещер.

В течение многих лет существовали близкие отношения между Мамонтовой пещерой и Алмазными пещерами. Книги и брошюры описывали обе эти пещеры. В 1880 г. железнодорожная линия Мамонтовой пещеры была проложена к югу от Алмазных пещер. Когда наконец в 1886 г. линия была пущена, станция Алмаз стала одной из главных остановок на этой железной дороге. Семейство Прокторов также коммерциализировало две других пещеры, Пещеру Проктора (Proctor Cave) и Пещеру Главной Авеню (Grand Avenue Cave), доступные от промежуточных остановок железнодорожной линии между Алмазными пещерами и Мамонтовой пещерой.
Железная дорога обеспечила возможность прибытия для многих посетителей, но в 1904 г. и автомобиль сумел впервые преодолеть плохие дороги и достичь Мамонтовой пещеры. После Первой Мировой войны туризм быстро развивался, что дало возможность очень многим туристам посетить район развития пещер штата Кентукки. В 1921 г. нефтяной бурильщик по имени Джордж Моррисон (George Morrison) обнаружил другой вход в Мамонтовую пещеру. Соперничество между исторической Мамонтовой пещерой и «Новым Входом Моррисона в Мамонтовую пещеру» привело к энергичному соревнованию среди владельцев пещеры, что даже получило название «пещерных войн». В течение 1920-х гг. были открыты для посещения целых 17 пещер, включая Алмазные пещеры. Пещерный вандализм и конкуренция владельцев привели к разрушению натечных образований во многих пещерах, включая и повреждения в Алмазных пещерах.
Трагическая смерть Флойда Коллинза (Floyd Collins) в Песчаной пещере в феврале 1925 г. (Ф. Коллинз стал жертвой права собственности на землю, — он тайком отправился в обнаруженную им пещеру, где был придавлен съехавшей громадной глыбой) привлекла внимание к Мамонтовой пещере и окружающим пещерам во всем мире. В 1926 г. постановление конгресса уполномочило учредить район Мамонтовой пещеры Национальным парком. Работа по созданию парка активизировалась в 1941 г., и официально парк был учрежден в 1946 г.
Электрическое освещение в Алмазных пещерах было установлено в 1917 г. В 1924 г. были построены ступеньки и ротонда над входом в пещеру. До 1936 г. тур по пещере заканчивался в Алмазном гроте. В том же 1936 г. гиды-экскурсоводы обнаружили Новую открытую часть пещеры за Логовом Королевы, удваив длину пещеры, показываемую посетителям. В настоящий момент для рядовых посетителей тур по Алмазным пещерам составляет приблизительно четверть полной длины пещеры.
Сегодня исторические Алмазные пещеры являются второй самой старой посещаемой пещерой в карстовой области Центральной части штата Кентукки и четвертой самой старой коммерческой пещерой в Соединенных Штатах. За богатую, более чем 140-летнюю историю Алмазных пещер, маршруты посещения несколько изменены, но неизменно, что посетители насладятся лучшими видами натечных пещерных образований в штате Кентукки.

Геология района Алмазных пещер

Алмазные пещеры заложены в горных породах серии Миссисипи каменноугольного возраста, сформировавшихся в мелких морях, охватывающих большую часть континента приблизительно 350 миллионов лет назад. Формирование пещер началось в Третичный период приблизительно 1 миллион лет назад. Слабо кислая грунтовая вода, циркулирующая в известняках (карбонатах кальция), дренировала к северо-западу, образуя разветвленные ходы, спускающиеся к долине р. Грин-Ривер. Ходы и галереи пещеры сформировались под плато Пенниройял (Pennyroyal), которое простирается на юг от Алмазных пещер как обширная равнина, на которой собираются атмосферные воды а затем дренируют по подземным лабиринтам. Периоды активного эродируюшего воздействия и соответственно опускания долины р. Грин-Ривер закончились многочисленными большими проходами-лабиринтами, включающими и Алмазные пещеры, которые формировались приблизительно в толще 600-футового платообразного возвышения в Центральном Кентукки. Различные уровни пещеры соответствуют последовательно понижающимся уровням р. Грин-Ривер.
Горные вершины, окружающие Алмазные пещеры с востока, севера и запада, сложены удивительно эрозионно стойкими песчаниками, защищающими горные массивы, под которыми пещерные ходы и заполненные водой лабиринты несут обильные грунтовые воды весной в р. Грин-Ривер. Эти же самые горные породы защищают обширные 370 миль ходов и лабиринтов Мамонтовой пещеры — самой длинной пещерной системы в мире. Там, где горные массивы неповреждены, водный поток не в состоянии войти в основные проходы, которые заканчивающиеся длинными сухими ответвлениями с немногочисленными натечными образованиями и обвалами.
Методом окрашивания гидрологи Национального парка Мамонтовой пещеры определили подземные бассейны, по которым грунтовые воды текут в р. Грин-Ривер. Поток в Алмазных пещерах течет к Turnhole Spring на банке р. Грин-Ривер через часть ручья Patoka подбассейна грунтовой воды пещеры Проктора. Требуется только час в наводнение, или несколько дней в течение слабого потока, чтобы воды из Алмазных пещер достигли подземной реки шириной в 60 футов в пещере Проктора. К сожалению, это также означает, что загрязнители, преднамеренно или по неосторожности попавшие во вход в Алмазные пещеры, или в органные трубы и колодцы на плато Пенниройял, могут быстро загрязнить многие мили водных потоков внутри всей пещерной системы как вне, так и в пределах Национального парка.
Близость Алмазных пещер к поверхности, составляющая 70 футов, обеспечивает обильное поступление и циркуляцию подземных вод, что приводит к богатому отложению вторичных натечных образований пещеры, или так технически называемых, спелеотемов (speleothems)*. Эти минеральные отложения карбоната кальция постепенно заполняют верхние части пещеры, в то время как более низкие уровни пещеры продолжают развиваться вследствие циркуляции грунтовых вод. Обилие сталактитов, сталагмитов и драпировок отражает благоприятное количество воды, которое поступает в пещеру с дневной поверхности. Слабо кислая дождевая вода формирует углекислоту, которая растворяет известняк и переводит карбонат кальция в раствор. Карбонат кальция переотлагается как пещерные спелеотемы, когда заполненные водой проходы пещеры встречаются с воздухом в крупных пещерных полостях, позволяя испариться углекислому газу с выпадением из раствора ионов бикарбоната и кальция. Пещера была бы сухой с немногочисленными вторичными натечными образованиями, подобно многим ходам Мамонтовой пещеры, если бы песчаники Честерского Нагорья все еще перекрывали карстующиеся известняки, как это было тысячи лет назад.

Результаты изучения пробы горной породы и мха Алмазных пещер

Но вернемся в наши дни. Во время экскурси по Алмазным пещерам, Н. Г. Максмович обратил внимание, что на ее стенах кое-где растет зеленый мох, что в общем-то, необычно для пещер. Заинтересовавшись этим фактом, он отобрал дезинтегрированную пробу горной породы с места, где рос мох, и взял образцы самого мха. Получается, что при попадании даже слабого света в пещеру появились благоприятные условия для развития мха, под влиянием жизнедеятельности которого каменные стены пещеры стали разрушаться, образуя «минеральную дресву и пыль». Мох относится к виду Лептобрий грушевидный — Leptobryum pyriforme (Hedw.) Wils [1, 3]. Дерновинки мха зеленые и даже высушенные спустя 2 года после отбора остались шелковисто-зелеными с оливковым оттенком. Стебель без гиалодермиса, простой, длиной в среднем 2—3 см. Стерильные побеги равномерно облиственые, листья узко ланцетные 1.5—2 мм длиной;

Рис. 2. Мох Leptobryum pyriforme по [3]. Справа на рисунке показаны электронно-микроскопические фотографии перистомов. Рис. 3. Мох из Алмазных пещер. Снято под бинокулярным микроскопом МБС-8 при увеличении 16х на цифровую камеру Nikon Coolpix 5400. Рис. 4 Кусочки горной породы из Алмазных пещер. Снято в тех же условиях

верхние листья имеют длину 4—5 мм с жилкой, выступающей из верхушки листа. Листья в нижней части побега мелкие, расставленные, на верхушке — гораздо длиннее, скученнее (рис. 2). Ножка 2—4 см длиной, тонкая, извилистая. Коробочка горизонтальная, или повислая на длинной, тонкой, желто-красной ножке, грушевидной формы (отсюда и название вида). Спороносит летом. Название рода от греческого λεπτος — тонкий и βρΰον — мох — по узким, тонким листьям. Широко распространен. Является пионером заселения, растет даже на голых камнях, в том числе на известняке и меле, а также на мелкоземе возле них в условиях от очень сильного затенения (как оказалось, даже в пещерах) до весьма слабого и при разной степени увлажнения. Вид легко узнается по грушевидной форме и лаковому блеску коробочки. Мох из Алмазных пещер (рис. 3) отобран с частицами грунта. Грунт желтовато-серого цвета песчаной и дресвяной фракций с максимальным размером до 4 мм (рис. 4) бурно вскипает в HCl, фрагментируется, разлагается не полностью, оставляя окатанные блестящие зерна и белесые хлопья. Рентгенограмма грунта (рис. 5) соответствует смеси кварца и кальцита с примесью анортита и, возможно, смешаннослоистых силикатов типа мусковита или хлорита.

Рис. 5. Рентгенограмма дезинтегрированной породы Алмазных пещер из-под корней мха Leptobryum pyriforme.

За более чем 140-летнюю историю изучения и посещения экскурсантами Алмазных пещер безусловно проявилось антропогенное влияние на развитие ее флоры и, соответственно, привело хоть и к слабому изменению ее «геологии».
____________
* Спелеотемы (speleothems) — вторичные минеральные отложения, образующиеся в пещере в результате действия воды [4].

Литература

1. Гарибова  Л. В., Дундин  Ю. К., Коптяева  Т. Ф., Филин  В. Р. Водоросли, лишайники и мохообразные СССР / Под ред. М. В. Горленко. М.: Мысль, 1978. 356 с.
2. Гвоздецкий  Н. А. Карст. М.: Мысль, 1981. 214 с.
3. Игнатов  М. С., Игнатова  Е. А. Флора мхов средней части европейской России. Sphagnaceae — Hedwigiaceae. Т. 1. М.: КМК, 2003. 608 с.
4. Тимофеев  П. П., Алексеев  М. Н., Софиано  Т. А.. Англо-русский геологический словарь / Под ред. П. П. Тимофеева. М.: Русский язык, 1988. 540 с.
5. Karst Hydrology: Concepts from the Mammoth Cave Area / White  W. B. & White  E. E. (editors). New York: Van Nostrand Reinhold, 1989.
6. Palmer  A. N. A Geological Guide to Mammoth Cave National Park. New Jersey: Zephyrus Press, Inc., Teaneck, 1981.


назад