5 years ago
No comment

Sorry, this entry is only available in
Russian
На жаль, цей запис доступний тільки на
Russian.
К сожалению, эта запись доступна только на
Russian.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Вода не только создает пещеры, но и украшает их. Хе­могенные образования, делающие пещеры удивительно красивыми и неповторимыми, крайне разнообразны. Они формируются тысячелетиями. Основную роль в их обра­зовании играют инфильтрационные воды, просачивающие­ся через толщу карбонатных пород и капающие с потол­ка карстовых пещер. В прошлом эти формы называли капельниками, причем различали «капь верхнюю» и «капь нижнюю».

Впервые происхождение натечных образований было объяснено великим русским ученым М. В. Ломоносовым: «Капь верхняя подобна во всем ледяным сосулькам. Ви­сит на сводах штольны натуральных. Сквозь сосульки, коих иногда много разной длины и толщины вместе срос­лись, проходят сверху вертикальные скважины разной ши­рины, из коих горная вода каплет, долготу их наращает и производит капь нижнюю, которая растет от падаю­щих капель из верхних сосулек. Цвет капи, а особливо верхней, бывает по большей части, как и накипи, белой, сероватой; иногда, как хорошая ярь, зеленой, или совсем вохряной».

Натечные образования формируются обычно после воз­никновения подземных полостей (эпигенетические) и очень редко одновременно с ними (сингенетические). По­следние в карстовых пещерах, очевидно, не наблюдаются.

Хемогенные отложения пещер издавна привлекали к себе внимание исследователей. Между тем вопросы клас­сификации и типизации их до последнего времени разра­ботаны крайне слабо. Среди специальных исследований выделяется работа В. И. Степанова (1971), который под­разделяет минеральные агрегаты пещер на три типа: сталактит-сталагмитовая кора (сюда включаются продук­ты кристаллизации из свободно стекающих растворов, т. е. сталактиты, сталагмиты, сталагнаты, драпировки, натеки на стенах и полу пещер), кораллиты (к этому типу относятся минеральные агрегаты, возникшие из капил­лярных водных пленок на поверхности подземных поло­стей и натечных форм) и антолиты (этот тип представ­лен скручивающимися и расщепляющимися при росте параллельно-волокнистыми агрегатами легкорастворимых минералов — гипса, галита и др.). Хотя в основу этой типи­зации положен генетический классификационный признак, теоретически она недостаточно обоснована.

Наибольший интерес представляют классификации хе­могенных форм, предложенные Г. А. Максимовичем (1963) и 3. К. Тинтилозовым (1968). На основе учета этих ис­следований хемогенные образования могут быть подраз­делены на следующие основные типы: натечные, коло­морфные и кристаллитовые.

Натечные образования, имеющие широкое распрост­ранение в пещерах, по форме и способу происхождения подразделяются на две большие группы: сталактитовые, образующиеся за счет известкового вещества, выделяюще­гося из капель, висящих на потолке, и сталагмитовые, формирующиеся за счет вещества, выделяющегося из упавших капель.

Среди натечных сталактитовых образований выделя­ют гравитационные (тонкотрубчатые, конусообразные, пластинчатые, занавесообразные и др.) и аномальные (в основном геликтиты).

Особенно интересны тонкотрубчатые сталактиты, об­разующие иногда целые кальцитовые заросли. Их фор­мирование связано с выделением карбоната кальция или галита из инфильтрационных вод. Просочившись в пе­щеру и попав в новые термодинамические условия, ин­фильтрационные воды теряют часть углекислого газа. Это приводит к выделению из насыщенного раствора коллоид­ного карбоната кальция, который отлагается вдоль пери­метра падающей с потолка капли в виде тонкого валика (Максимович, 1963). Постепенно наращиваясь, валики превращаются в цилиндр, образуя тонкотрубчатые, неред­ко прозрачные сталактиты. Внутренний диаметр труб­чатых сталактитов составляет 3—4 мм, толщина стенок обычно не превышает 1—2 мм. В отдельных случаях они достигают 2—3 и даже 4,5 м длины.

Среди сталактитов наиболее распространены кону­сообразные сталактиты (рис. 3). Рост их определяется за счет вод, стекающих по тонкой полости, расположен­ной внутри сталактита, а также за счет поступления кальцитового материала по поверхности натека. Нередко внутренняя полость располагается эксцентрично (рис. 4). Из отверстия этих трубочек через каждые 2—3 мин. капа­ет прозрачная вода. Размеры конусообразных сталакти­тов, располагающихся преимущественно вдоль трещин и хорошо их индицирующих, определяются условиями по­ступления карбоната кальция и величиной подземной полости. Обычно сталактиты не превышают 0,1—0,5 м дли­ны и 0,05 м в диаметре. Иногда они могут достигать 2—3, даже 10 м длины (Анакопийская пещера) и 0,5 м в диаметре.

Конусообразные сталактиты

Конусообразные сталактиты

Продольный разрез верхней части сталактита

Продольный разрез верхней части сталактита

Интересны сферические (луковицеобразные) сталак­титы, образующиеся в ре­зультате закупорки отвер­стия трубки. На поверхности сталактита возникают абер­рационные утолщения и узорчатые наросты. Сфериче­ские сталактиты из-за вто­ричного растворения кальция водами, поступающими в пе­щеру, нередко пустотелы.

В некоторых пещерах, где наблюдается значительное движение воздуха, встре­чаются изогнутые сталакти­ты — анемолиты, ось кото­рых отклонена от вертикали. Образование анемолитов оп­ределяется испарением сви­сающих капель воды на под­ветренной стороне сталакти­та, что вызывает изгибание его в направлении движения воздушного потока. Угол из­гиба у отдельных сталакти­тов может достигать 45°. Если направление движения воздуха периодически из­меняется, то формируются зигзагообразные анемолиты. Аналогичное происхожде­ние со сталактитами имеют занавеси и драпировки, сви­сающие с потолка пещер. Они связаны с инфильтрацион­ными водами, просачивающимися вдоль длинной трещины. Некоторые занавеси, состоящие из чистого кристалличе­ского кальцита, совершенно прозрачны. В нижних частях их нередко располагаются сталактиты с тонкими трубоч­ками, на концах которых висят капельки воды. Кальци­товые натеки могут иметь вид окаменевших водопадов. Один из таких водопадов отмечен в гроте Тбилиси Ана­копийской пещеры. Высота его около 20 м, а ширина 15 м.

Геликтиты — это сложно построенные эксцентрические сталактиты, входящие в подгруппу аномальных сталакти­товых образований. Они встречаются в различных частях карстовых пещер (на потолке, стенах, занавесях, ста­лактитах) и имеют самую разнообразную, нередко фан­тастическую форму: в виде изогнутой иглы, сложной спи­рали, скрученного эллипса, круга, треугольника и т. д. Игольчатые геликтиты достигают 30 мм в длину и 2— 3 мм в диаметре. Они представляют собой монокристалл, который в результате неравномерного роста меняет ори­ентацию в пространстве. Встречаются также поликри­сталлы, вросшие один в другой. В разрезе игольчатых геликтитов, растущих в основном на стенах и потолке пещер, не прослеживается центральная полость. Они бес­цветны или прозрачны, конец их заострен. Спиралеоб­разные геликтиты развиваются преимущественно на ста­лактитах, особенно тонкотрубчатых. Они состоят из мно­жества кристаллов. Внутри этих геликтитов обнаружива­ется тонкий капилляр, через который раствор достигает внешнего края агрегата. Образующиеся на концах гелик­титов капельки воды, в отличие от трубчатых и кониче­ских сталактитов, длительное время (многие часы) не от­рываются. Это определяет крайне медленный рост гелик­титов. Большинство их относится к типу сложных обра­зований, имеющих причудливо-замысловатую форму.

Сложнейший механизм возникновения геликтитов в настоящее время еще недостаточно изучен. Многие ис­следователи (Н. И. Кригер, Б. Жезе, Г. Триммель) фор­мирование геликтитов связывают с закупоркой канала роста тонкотрубчатых и других сталактитов. Поступаю­щая внутрь сталактита вода проникает в трещины между кристаллами и выходит на поверхность. Так начинается рост геликтитов, обусловленный преобладанием капил­лярных сил и сил кристаллизации над силой тяжести. Капиллярность является, по-видимому, главным фактором образования сложных и спиралеобразных геликтитов, на­правление роста которых первоначально в значительной мере зависит от направления межкристаллических трещин.

Ф. Чера и Л. Муча (1961) экспериментальными фи­зико-химическими исследованиями доказали возможность осаждения кальцита из воздуха пещер, что и вызывает образование геликтитов. Воздух с относительной влажностью 90—95%, перенасыщенный мельчайшими капель­ками воды с бикарбонатом кальция, оказывается аэро­золем. Выпадающие на уступы стен и кальцитовых об­разований капельки воды быстро испаряются, а карбонат кальция выпадает в виде осадка. Наибольшая скорость роста кристалла кальцита идет вдоль главной оси, обус­ловливая формирование игольчатых геликтитов. Следова­тельно, в условиях, когда дисперсионной средой является вещество, находящееся в газообразном состоянии, гелик­титы могут расти за счет диффузии растворенного ве­щества из окружающего их аэрозоля. Созданные таким путем («аэрозольный эффект») геликтиты получили на­звание «пещерного инея».

Наряду с кольматажем питательного канала отдель­ных тонкотрубчатых сталактитов и «аэрозольного эффек­та» на формирование геликтитов, по мнению некоторых исследователей, влияют также гидростатическое давление карстовых вод (Л. Якуч), особенности циркуляции воз­духа (А. Вихман) и микроорганизмы. Эти положения, од­нако, недостаточно аргументированы и, как показали ис­следования последних лет, в значительной мере дискус­сионны. Таким образом, морфологические и кристалло­графические особенности эксцентричных натечных форм могут объясняться либо капиллярностью, либо влиянием аэрозоля, а также комбинацией этих двух факторов.

Наибольший интерес представляют вопросы о строении сталактитов, особенностях их формирования и скорости роста. Этими вопросами занимались А. Н. Чураков (1911), Н. М. Шерстюков (4940), Г. А. Максимович (1963) и З. К. Тинтилозов (1968).

Сталактиты состоят в основном из кальцита, на долю которого приходится 92—100%. Кристаллы кальцита име­ют таблитчатую, призматическую и другие формы. В про­дольном и поперечном разрезах сталактита под микроско­пом прослеживаются веретенообразные зерна кальцита длиной до 3—4 мм. Они расположены перпендикулярно к зонам нарастания сталактита. Промежутки между ве­ретенообразными зернами заполнены мелкозернистым (до 0,03 мм в диаметре) кальцитом. При сильном увеличе­нии отдельные зерна мелкозернистого кальцита обнару­живают тонкокристаллическое зернистое строение (рис.5). Иногда в них встречается значительное количество аморф­ного и глинисто-известковистого материала. Загрязнение сталактита глинистым пелитовым материалом, прослежи­вающимся в виде тонких параллельных прослоек, опре­деляет его полосчатое сложение. Полосчатость идет вкрест простирания кристаллов. Она связана с изменением со­держания примесей в поступающем растворе во время роста сталактита.

Продольный разрез сталактита

Продольный разрез сталактита

Скорость роста сталактитов определяется быстротой притока (частотой скапывания) и степенью насыщен­ности раствора, характером испарения и особенно пар­циальным давлением углекислого газа. Частота падения капель со сталактитов изменяется от нескольких секунд до многих часов. Иногда падения капель, висящих на концах сталактита, вообще не наблюдается. В этом слу­чае, по-видимому, вода удаляется только за счет испа­рения, что обусловливает крайне медленный рост сталак­титов. Специальные исследования, проведенные венгер­скими спелеологами, показали, что жесткость воды капель, свисающих со сталактита, больше, чем падающих, на 0,036—0,108 мг-экв. Следовательно, рост сталактита сопровождается уменьшением в воде содержания кальция и выделением углекислоты. Этими исследованиями установ­лено также значительное изменение жесткости сталак­титовых вод в течение года (до 3,6 мг-экв), причем наи­меньшая жесткость отмечается зимой, когда содержание углекислоты в воде в связи с ослаблением жизнедея­тельности микроорганизмов понижается. Естественно, это влияет на темпы роста и форму сталактитов в разные сезоны года.

Особый интерес вызывают непосредственные наблюде­ния (пока немногочисленные) за скоростью роста сталак­титов. Благодаря им удалось установить, что интенсив­ность роста кальцитовых сталактитов в разных подземных полостях и в различных природных условиях, по данным Г. А. Максимовича (1965), изменяется от 0,03 до 35 мм в год. Особенно быстро растут галитовые сталактиты. В условиях притока сильно минерализованных хлоридно-натриевых вод скорость роста сталактитов на Шорсуй­ском руднике (Средняя Азия, Алайский хребет), согласно исследованиям Н. П. Юшкина (1972), изменяется от 0,001 до 0,4 мм в сутки: достигая в отдельных случаях 3,66 мм в сутки, или 1,336 м в год.

Сталагмиты составляют вторую большую группу на­течных образований. Они формируются на полу карсто­вых пещер и обычно растут навстречу сталактитам. Па­дающие с потолка капли выдалбливают в отложениях пола пещер небольшую (до 0,15 м) ямку конической формы. Эта ямка постепенно заполняется кальцитом, образующим своеобразный корень, и начинается рост сталагмита вверх.

Сталагмиты обычно имеют небольшие размеры. Лишь в отдельных случаях они достигают высоты 6—8 м при диаметре нижней части 1—2 м. На участках, где они со­единяются со сталактитами, возникают кальцитовые ко­лонны, или сталагнаты, самой разнообразной формы. Осо­бенно красивы узорчатые или витые колонны.

В зависимости от формы сталагмиты имеют множе­ство названий. Выделяются конические сталагмиты, пагодаобразные, пальмовые, сталагмиты-палки, кораллиты (сталагмиты древовидной формы, имеющие вид коралло­вых кустов) и др. Форма сталагмитов определяется ус­ловиями их образования и прежде всего степенью обвод­ненности пещеры.

Весьма оригинальны сталагмиты, имеющие вид камен­ных лилий в гроте Иверия Анакопийской пещеры. Вы­сота их достигает 0,3 м. Верхние края таких сталагмитов раскрыты, что связано с разбрызгиванием водяных капель, падающих с большой высоты, и аккумуляцией карбона­та кальция по стенкам образовавшейся ямки. Интересны сталагмиты с оторочками, напоминающие подсвечники (грот Тбилиси Анакопийской пещеры). Оторочки обра­зуются вокруг периодически затопляемых сталагмитов (Тинтилозов, 1968).

Встречаются эксцентричные сталагмиты. Искривление их нередко вызывается медленным движением осыпи, на которой они формируются. Основание сталагмита в этом случае постепенно перемещается вниз, а падающие на одно и то же место капли искривляют сталагмит в на­правлении вершины осыпи. Такие сталагмиты наблюдают­ся, например, в Анакопийской пещере.

Для сталагмитов характерно слоистое строение (рис.6). В поперечном разрезе чередуются концентрически распо­ложенные белые и темные слои, толщина которых изме­няется от 0,02 до 0,07 мм. Толщина слоя по окружности неодинакова, так как падающая на сталагмит вода рас­текается по его поверхности неравномерно.

Продольный разрез сталагмита

Продольный разрез сталагмита

Исследования Ф. Витасека (1951) показали, что на­растающие сталагмитовые слои представляют собой по­лугодичный продукт, причем белые слои отвечают зим­нему периоду, а темные — летнему, поскольку теплые лет­ние воды отличаются повышенным содержанием по срав­нению с водами зимнего периода гидроокисей металлов и органических соединений. Белые слои характеризуются кристаллической структурой и перпендикулярным распо­ложением зерен кальцита к поверхности слоев. Темные же слои аморфны, их кристаллизации препятствует на­личие коллоидного гидрата окиси железа.

При сильном увеличении в темных слоях выявлено чередование многих белых и темных очень тонких сло­ев, что указывает на многократное изменение в течение года условий просачивания инфильтрационных вод.

Строгое чередование в поперечном разрезе белых и темных слоев используется для определения абсолютного возраста сталагмитов, а также подземных полостей, в ко­торых они формируются. Подсчеты дают интересные ре­зультаты. Так, возраст сталагмита из Кизеловской пеще­ры (Средний Урал), достигающего в поперечнике 68 см, был определен в 2500 лет (Максимович, 1963). Возраст сталагмитов некоторых зарубежных пещер, определенный по полугодовым кольцам, составил 600 тыс. лет. (По ис­следованиям Ф. Витасека, в Деменовских пещерах в Чехо­словакии сталагмит в 1 мм образуется за 10 лет, а в 10 мм — за 500 лет.) Этот интересный метод, получаю­щий все более широкое распространение, однако еще да­леко не совершенен и нуждается в уточнении.

В продольном разрезе сталагмит состоит как бы из множества тонких колпачков, надетых друг на друга. В центральной части сталагмита горизонтальные кальци­товые слои резко падают вниз, по направлению к его кра­ям (см. рис. 6).

Скорость роста сталагмитов весьма различна. Она за­висит от влажности воздуха в пещере, особенностей его циркуляции, величины притока раствора, степени его кон­центрации и температурного режима. Как показали наб­людения, скорость роста сталагмитов изменяется от де­сятых долей до нескольких миллиметров в год. Особый интерес в этом отношении представляют работы че­хословацких исследователей, применивших для определе­ния возраста карстовых образований радиоуглеродный ме­тод. Установлено, что скорость роста сталагмитов в пеще­рах Чехословакии составляет 0,5—4,5 см за 100 лет (Г. Франке). В длительной и сложной истории формиро­вания натечных образований эпохи аккумуляции материа­ла могут чередоваться с периодами его растворения.

Для кальцитовых натечных образований характерно явление люминесценции, что связано с присутствием в них активирующих примесей. Облученные импульсной лампой натечные образования светятся желтым, нежно-зе­леным, лазорево-голубым и синим светом. Иногда они излучают ослепительно белый ровный свет, который как будто струится из этих сказочно красивых форм. Наибо­лее яркое свечение имеют натеки с примесью марганца.

К коломорфным образованиям относятся кальцитовые плотины (гуры), кальцитовая кора, кальцитовые пленки, пещерный жемчуг (оолиты) и каменное молоко. Гуры и пещерные оолиты, сложенные преимущественно туфом, по структуре, пористости и объемному весу несколько отличаются от других натечных образований, что позволяет выделить их в особую группу. Впрочем, это деление в зна­чительной мере условно.

Кальцитовые плотины, или гуры, подпруживающие подземные озера, довольно широко распространены. В Со­ветском Союзе они отмечены в 54 пещерах. Гуры встре­чаются преимущественно в известняковых и значительно реже в доломитовых полостях. Они образуются в гори­зонтальных и наклонных проходах в результате выпаде­ния из раствора карбоната кальция, что связано с выде­лением углекислоты вследствие изменения температуры водного потока при его движении по подземной галерее. Очертания плотин, имеющих обычно вид правильной или изогнутой дуги, определяются главным образом первона­чальной формой выступов пола пещеры. Высота барражей изменяется от 0,05 до 7 м, а длина достигает 15 м. По морфологическим признакам гуры подразделяются на пло­щадные и линейные. Последние развиты в основном в узких проходах с подземными ручьями, которые они разделяют на отдельные водоемы площадью до 1000 м2 и более.

Водный поток не только создает кальцитовые плоти­ны, но и разрушает их. При изменении расхода потока и минерализации подземных вод под действием эрозии и коррозии в гурах образуются отверстия, проломы и про­пилы. Это приводит к формированию сухих гуров, не спо­собных удерживать воду. В результате дальнейшего рас­творения и размыва на месте кальцитовых плотин оста­ются лишь сильно корродированные выступы, отмечае­мые на полу и стенах полости. По толщине сезонного полуслойка (0,1 мм) В. Н. Дублянским был определен возраст гуров в Красной пещере. Он оказался равным примерно 9—10 тыс. лет.

Кальцитовые плотины особенно интересны в пещерах Красной, Шакуранской и Кутукской IV. В дальней ча­сти Красной пещеры на протяжении 340 м отмечено 36 кальцитовых каскадов высотой от 2 до 7 м и длиной до 13 м. Ширина их достигает иногда 6 м. В галерее Боль­ших гуров, расположенной в верхнем этаже пещеры Ку­тукская IV и имеющей длину 102 м, русло подземного ручья перегорожено 34 плотинами из молочно-белого кальцита. Высота их достигает 2 м, а длина — 15 м. Здесь найдены так называемые запечатанные гуры (кальцито­вые камеры). Подпруживаемые ими водоемы полностью покрыты кальцитовой пленкой. Один из проходов Шаку­ранской пещеры (Кавказ), длина которого достигает 400 м, разделен кальцитовыми плотинами на 18 озер глубиной от 0,5 до 2 м.

Кальцитовая кора обычно образуется у основания стен, по которым стекает просочившаяся в пещеру вода. По­верхность ее, как правило, неровная, бугристая, иногда напоминает волновую рябь. Мощность кальцитовой коры в отдельных случаях превышает 0,5 м.

На поверхности подземных озер, имеющих высокоми­нерализованную воду, иногда отмечаются кальцитовые пленки белого цвета. Они образуются из кристалликов кальцита, которые свободно плавают на поверхности воды. Спаиваясь друг с другом, эти кристаллики форми­руют сначала тоненькую пленку, плавающую на поверх­ности воды в виде отдельных пятен, а затем сплошную пленку кальцита, покрывающую все озеро, подобно ле­дяному покрову. На озерах, подпруженных гурами, образование пленки начинается от берегов. Постепенно раз­растаясь, пленка занимает всю водную поверхность. Тол­щина пленок небольшая. Она изменяется от нескольких десятых долей миллиметра до 0,5 см и более. Если уро­вень озера понижается, то между поверхностью воды и пленкой может образоваться пространство. Кальцитовые пленки имеют преимущественно сезонный характер. Они возникают в сухие периоды, когда в озерной воде наблю­дается высокая концентрация кальциевого и гидрокарбо­натного ионов. При поступлении в пещеру обильных дож­девых и талых снеговых вод кальцитовые пленки на по­верхности подземных озер разрушаются.

По данным Л. С. Кузнецовой и П. Н. Чирвинского (1951), кальцитовая пленка представляет собой мозаику зернышек размером 0,05—0,1 мм в поперечнике. Ориен­тировка зернышек беспорядочная. По характеру окраски они делятся на две группы. Одни, буроватые и мутные, слабо просвечиваются, а другие, бесцветные, более проз­рачные, кажутся волокнистыми. Что касается минерало­гического состава, то обе группы зернышек представле­ны чистым карбонатом кальция. Верхняя поверхность ко­рочки под микроскопом бугристая, а нижняя — совер­шенно гладкая.

Наряду с кальцитовыми пленками на поверхности озер встречаются также гипсовые. Они словно прозрачный ле­док покрывают не только водную гладь озера, но и гли­нистые его берега. Такую пленку можно видеть, в част­ности, на поверхности озер Кунгурской ледяной пещеры.

Во многих пещерах, развитых в карбонатных породах, встречаются небольшие кальцитовые шарики, которые на­зываются оолитами, или пещерным жемчугом. Жемчу­жины имеют овальную, эллиптическую, сферическую, по­лиэдрическую или неправильную формы. Длина их обыч­но изменяется от 5 до 14 мм, а ширина — от 5 до 11 мм. Самый крупный оолит в Советском Союзе был найден в Мааникварской шахте, входящей в систему Анакопий­ской пещеры. Длина его 59 мм. По форме и размерам он напоминал куриное яйцо. Преобладают приплюснутые жемчужины. Иногда они сцементированы по нескольку штук (10—20) и образуют оолитовый конгломерат. Цвет оолитов белый или желтоватый. Поверхность их матовая, гладкая или шероховатая.

Пещерный жемчуг сложен в основном (до 93%) каль­цитом. В разрезе он имеет концентрическое строение, при­чем чередуются светлые и темные слои. Толщина сло­ев может быть различной. В центральной части жемчужи­ны отмечаются зерна кварца, кальцита или комочки гли­ны, вокруг которых и нарастают оболочки коллоидного карбоната кальция. Интересно, что кристаллические обо­лочки оолитов отделены друг от друга тонкими просло­ями пелитоморфного известняка.

Пещерный жемчуг образуется в неглубоких подзем­ных озерках, которые питаются капающими с потолка каплями воды, насыщенными карбонатом кальция. Важ­ным условием формирования оолитов является их не­прерывное вращение. По мере роста агрегатов враще­ние их замедляется, а затем вообще прекращается, так как они полностью заполняют ванночку, в которой обра­зуются.

Рост оолитов зависит от многих факторов. При бла­гоприятных условиях они формируются очень быстро (в Постоинской пещере в Югославии примерно за 50 лет). В пещере Хралупа (Болгария) были найдены оолиты по­перечником 5—6 мм, которые состояли всего лишь из 3—4 концентрических слоев. Следовательно, их возраст может быть определен в 3—4 года. Однако к возможно­сти использования кальцитовой слоистости для определе­ния возраста хемогенных образований следует относиться с большой осторожностью, поскольку «…периодичность от­ложения карбоната кальция не совпадает с временами года, а определяется только изменениями количества по­ступающей воды, температурой ее и окружающего воз­духа».

Пещерный жемчуг, найденный в Советском Союзе в пещерах Дивьей, Кизеловской, Красной, Анакопийской, Шакуранской, Вахушти, Макрушинской и в некоторых других, по химическому составу не отличается от био­генного жемчуга морских моллюсков, поскольку тот и другой сложены углекислым кальцием. Между тем настоящий жемчуг отличаетсяот пещерного ярко выраженным перламутровым блеском, характерным для арагонита, ко­торым представлен биогенный жемчугАрагонит, од­нако, является неустойчивой модификацией карбоната кальция и самопроизвольно переходит в кальцит. Правда, при обычной температуре это превращение идет довольно медленно.

Среди известковых образований особенно интересно лунное, или каменное, молоко, представляющее собой ти­пичный коллоид. Оно покрывает своды и стены пещер на участках, где вода выступает из узких трещин и в условиях слабого испарения сильно разжижает породу, которая по внешнему виду напоминает известковое тес­то, сметанообразную массу или каменное молоко белого цвета. Это очень редкое и пока еще не разгаданное яв­ление природы отмечено в Красной (Крым), Кизеловской (Урал), Анакопийской (Кавказ) и некоторых других пе­щерах Советского Союза.

На стенах и потолке некоторых пещер встречаются кристаллы различных автохтонных минералов: кальцита, арагонита, гипса и галита. Среди кристаллитовых обра­зованийособенно интересны кальцитовые, арагонитовые и гипсовые цветы (антодиты) в виде пучков и розеток кристаллов, достигающих иногда нескольких сантиметров длины. В настоящее время они встречаются исключитель­но в сухих участках пещер. Их происхождение связано, очевидно, с одной стороны, с кристаллизацией карбоната конденсационных капель, а с другой — с коррозией кар­стующихся пород конденсационными водами. Как показа­ли исследования, это преимущественно древние образо­вания. Они сформировались в иных, отличных от настоя­щих, гидрологических и микроклиматических условиях. Встречаются также и современные формы.

Наряду с антодитами интересны щетки кристаллов кальцита, арагонита, гипса и галита, покрывающие зна­чительные участки стен и потолка пещер. Такие кристалловые галереи отмечены во многих подземных поло­стях СССР (Крывченская, Красная, Дивья и др.).

Основные закономерности формирования хемогенных отложений и особенности кристаллизационной аккумуля­ции пещер на примере Анакопийской пропасти изуча­лись В. И. Степановым (1971). По его мнению, общий ход кристаллизации каждого отдельного участка этой пе­щеры идет по схеме: туфовая сталактит-сталагмитовая кора — кальцитовая сталактит-сталагмитовая кора — ко­раллиты — гипс.

Наиболее детальная схема спелеолитогенеза разрабо­тана Г. А. Максимовичем (1965). Он показал, что харак­тер и морфология хемогенных образований зависят от ве­личины притока воды и парциального давления углеки­слого газа, которые значительно изменяются на разных стадиях развития пещеры. При больших притоках воды (1—0,1 л/сек) выпадающий из раствора карбонат каль­ция образует на полу пещеры покровы и гуры (рис. 7). Последние нередко располагаются каскадами. Когда при­ток воды из трещин и отверстий в потолке пещеры умень­шается, то создаются условия для формирования массив­ных (0,01—0,001 л/сек), пагодаобразных (0,001—0,005 л/сек) и пальмовых (0,005—0,0001 л/сек) сталагмитов. При дальнейшем уменьшении притока воды, насыщенной карбонатом кальция, возникают сначала конические ста­лактиты (10-4—10-5 л/сек), а затем — сталагмиты-пал­ки (10-5—10-6 л/сек). Особый интерес представляет класс притоков с дебитом 10-4—10-5 л/сек (или 0,1— —0,01 см3/сек), определяющих переход от нижней лито-аккумуляции к верхней, а также их совместное развитие. При ничтожно малых притоках воды образуются трубча­тые сталактиты (10-3—10-5 см3/сек), сложные сталактиты с широким основанием (10-5—10-6 см 3/сек) и эксцентри­ческие сталактиты (10-6—10-7 см3/сек). В формирова­нии эксцентрических сталактитов принимают участие также конденсационные воды. На этом этапе спелеолито­генеза силы кристаллизации доминируют над силой тяже­сти, которая играла главную роль при более значитель­ных притоках. Заключительным звеном генетического ряда хемогенных образований являются кристаллитовые формы, связанные с выпадением кальцита из конденса­ционных вод, которые на этой стадии представляют един­ственный источник поступления влаги.

Стадии эволюции карбонатного литогенеза пещер

Стадии эволюции карбонатного литогенеза пещер

Предложенная Г. А. Максимовичем (1965) схема об­разования спелеоформ имеет важное теоретическое и ме­тодическое значение. Она позволяет наметить стройный генетический ряд карбонатного литогенеза пещер, осно­ванный на учете количественных показателей стока под­земных вод и парциального давления углекислого газа, изменение которого во времени связано со стадиально­стью развития карстовых полостей. В этой схеме, к со­жалению, не определено положение многих широко рас­пространенных натечных форм (колонны, занавеси, дра­пировки и др.), что обусловлено, с одной стороны, огра­ниченностью материала экспериментальных наблюдений, а с другой — общей слабой разработанностью рассматри­ваемой проблемы.

Хемогенные или водно-хемогенные образования, делаю­щие многие пещеры необыкновенно красивыми, явля­ются лишь одним из типов пещерных отложений. Кроме них в пещерах (по классификации Д. С. Соколова и Г. А. Максимовича) встречаются также различные другие отложения, которые по происхождению подразделяются на остаточные, водно-механические, обвальные, гляциоген­ные, органогенные, гидротермальные и антропогенные.

Остаточные отложения образуются в результате выще­лачивания карстующихся пород и аккумуляции на дне пещер нерастворимого остатка, представленного в основ­ном глинистыми частицами. Пещерные глины лучше все­го изучены в сухих галереях Анаколийской пещеры, где они достигают мощности 0,45 м. Верхняя часть толщи остаточных глин состоит преимущественно из тонкоди­сперсных частиц, а нижняя — из неравномернозернистых. В составе этих глин преобладают (более 63%) частицы размером от 0,1 до 0,01 мм(табл. 1).

T_001

Водно-механические отложения представлены аллюви­ем подземных рек, осадками пещерных озер и аллохтон­ным материалом, принесенным в пещеры через трещины, органные трубы и колодцы. Они сложены песчано-глини­стым материалом. Мощность этих отложений обычно не­велика. Лишь под органными трубами они образуют гли­нистые осыпи, иногда имеющие вид островерхих кону­сов высотой до 3 м и более.

Особенно интересны пластичные глины Анакопийской пещеры, занимающие площадь более 10 тыс. м2. Они по­крывают пол Глинистого грота и большую часть гротов Абхазии и Грузинских Спелеологов. Предположительно мощность этих глин достигает 30 м. Пластичные глины образованы преимущественно мельчайшими частицами диаметром меньше 0,01 мм, на которые приходится свыше 53%. Они имеют алеврито-пелитовую структуру и обыч­но окрашены водными окислами железа. Эти глины об­разовались в результате осаждения мелких частиц на дне временных водоемов, образовавшихся в южной части пе­щеры, вследствие проникновения сюда атмосферных осад­ков, отличающихся значительной мутностью. Периодич­ность и длительность накопления пластичных глин под­тверждаются наличием в них различных горизонтов.

Обвальные отложения состоят обычно из крупных ха­отически нагроможденных глыб горных пород, обрушив­шихся со сводов и стен подземных полостей. Интересные подсчеты в этом отношении проведены в Анакопийской пещере. Они показали, что объем обрушенного материала в гротах Храм, Абхазия и Грузинских Спелеологов со­ставляет примерно 450 тыс. м3 (т. е. более 1 млн. т по­роды), причем объем отдельных глыб достигает 8—12 м3. Мощные глыбовые навалы отмечены также во многих других пещерах (рис. 8).

Глыбовый навал в гроте

Глыбовый навал в гроте

Среди глыбово-обвальных отложений нередко встреча­ются обломки кальцитовых натечных образований (ста­лактиты, сталагмиты), связанные с обрушением сводов.

Чаще всего наблюдаются старые обвальные отложе­ния, покрытые глиной и кальцитовыми натеками. Одна­ко в некоторых пещерах можно встретить и совершенно свежие обвалы. Такие участки исследовались нами, в ча­стности, в Дивьей (Урал) и Кулогорской (Кулойское пла­то) пещерах.

Гляциогенные отложения. Во многих пещерах Совет­ского Союза, где в течение всего года преобладают отри­цательные температуры, отмечаются ледяные образования. К наиболее известным ледяным пещерам относятся Кунгурская, Кулогорская, Балаганская и Абогыдже.

Пещерные льды карстовых полостей — ледников, широ­ко распространенных в Крыму, на Кавказе, Русской рав­нине, Урале и Средней Сибири, подразделяются на сле­дующие основные типы: сублимационный, инфильтраци­онный, конжеляционный и гетерогенный.

Среди сублимационных образований наибольший ин­терес представляют ледяные кристаллы, формирующиеся в результате взаимодействия относительно теплого воз­духа с охлажденными предметами. Они имеют самую раз­нообразную форму, которая определяется режимом тем­пературы, влажностью, направлением и скоростью воздушных потоков (Дорофеев, 1969). Выделяют кристаллы ли­стовидной формы (образуются при температуре —0,5—2°), пирамидальной (—2—5°), прямоугольно-пластинчатой (—5—7°), игольчатой (—10—15°) и папоротниковидной (—18—20°). Наиболее красивы пирамидальные кристаллы, представленные обычно сростками спиральных пирамид до 15 см в поперечнике. Изредка на сводах пещер появляют­ся относительно правильные замкнутые шестигранные пи­рамиды, обращенные вершиной к потолку. Красивы также папоротниковидные кристаллы, образующиеся в сильные морозы и имеющие вид тонких (0,025 мм) пластинок до 5 см длиной, свисающих густой бахромой с потолка пе­щер. Эти кристаллы эфемерны; при незначительном по­вышении температуры они разрушаются. Срастаясь, кри­сталлы нередко образуют искрящиеся гирлянды, ажурные кружева и прозрачные занавеси. Ледяные кристаллы про­зрачны и очень хрупки. При прикосновении они рассы­паются на мелкие кусочки, которые медленно падают на пол пещеры.

Ледяные кристаллы обычно появляются весной и су­ществуют несколько месяцев. Лишь в некоторых пещерах, особенно расположенных в области вечной мерзлоты, встречаются многолетние кристаллы. Химический состав ледяных кристаллов зависит от состава горных пород. По данным Е. П. Дорофеева (1969), минерализация однолетних сублимационных ледяных кристаллов Кун­гурской пещеры составляет 56—90 мг/л, а многолетних — 170 мг/л.

К цнфилътрационным формам относятся ледяные ста­лактиты, сталагмиты и сталагнаты, имеющие гидрогенное происхождение. Они образуются в результате перехода воды в твердую фазу. Эти формы достигают 10 м высо­ты и 3 м в диаметре. Возраст их изменяется от 2—3 ме­сяцев до нескольких лет. В Кунгурской пещере, напри­мер, имеется ледяной сталагмит, возраст которого превы­шает 100 лет. Однолетние формы прозрачны, а много­летние благодаря примесям имеют молочно-белый цвет с голубоватым или зеленоватым оттенком.

Однолетние и многолетние ледяные образования от­личаются друг от друга и по структуре. Как показали исследования М. П. Головкова (1939), однолетние сталак­титы в Кунгурской пещере представляют собой оптиче­ски одноосный монокристалл, тогда как многолетние сталактиты состоят из многих, послойно расположенных, удлиненных, частично ограненных кристаллов, ориенти­рованных оптическими осями параллельно длине сталак­тита.

По химическому составу лед сталактитов, сталагми­тов и сталагнатов может быть пресным с количеством растворимых веществ до 0,1% (1 г/л) или солоноватым, в котором растворимых веществ содержится от 0,1 до 1%. Пресные льды встречаются обычно в карбонатных пеще­рах, а солоноватые — в сульфатных.

На стенах и сводах в холодной части некоторых пе­щер отмечается кора обледенения, которая образуется, с одной стороны, за счет застывания стекающей по трещи­нам воды, а с другой — за счет сублимации водяных паров. Толщина ее изменяется обычно от долей милли­метра до 10—15 см. Лед прозрачный, иногда молочно-бе­лый, пресный (растворимых веществ менее 1 г/л) или солоноватый. Возраст коры обледенения может быть са­мый различный, в отдельных случаях многолетний.

На полу гротов и проходов ледяных пещер нередко развит покровный лед. Он имеет гидрогенное или гете­рогенное происхождение. Мощность покровного льда из­меняется от нескольких сантиметров до нескольких мет­ров. Преобладает многолетний, часто слоистый лед. На участках аккумуляции снега встречается фирн. Химиче­ский состав покровного льда зависит от состава карстующихся пород. Различают пресный и солоноватый лед. Последний в гипсовых пещерах характеризуется сульфат­но-кальциевым составом. Минерализация пещерных льдов достигает 0,21%. Особый интерес представляют ледяные кристаллы, образующиеся на полу пещер при застывании инфильтрационных вод. Они имеют вид сросшихся игл с наросшими снизу пластинками.

Конжеляционный лед представлен льдом подземных озер и рек. Озерный лед образуется на поверхности под­земных озер в холодное время или в течение всего го­да. Площадь озерного льда зависит от размеров озера. В отдельных случаях она достигает 500 м2, а тол­щина льда — 0,15 м (озеро Географического Общества в пещере Абогыдже, на реке Маи). Лед на подземных по­токах имеет преимущественно локальное распространение. Площадь речного льда и мощность его обычно невели­ки. Происхождение озерного и речного льда гидрогенное. При замерзании подземных водоемов иногда образуются кристаллы в виде шестиконечных звезд толщиной 1 мм и поперечником до 10 см.

Пещерные льды содержат различные микроэлементы. Спектральный анализ пещерного льда, взятого из коры обледенения в Бриллиантовом гроте Кунгурской пещеры, показал, что среди микроэлементов преобладает строн­ций, на долю которого приходится более 0,1%. Содер­жание марганца, титана, меди, алюминия и железа не превышает 0,001%.

По условиям возникновения пещерного холода, накоп­ления снега и льда Н. А. Гвоздецкий (1972) выделяет семь типов карстовых ледяных пещер Советского Союза: а) карстовые колодцы и пропасти со снегом и льдом, лед в которых образуется из попадающего в холодное время года через устьевое отверстие снега; б) холодные пещеры мешкообразной формы, лед в них может возник­нуть путем замерзания воды, поступающей из трещин; в) сквозные, или продувные, холодные пещеры с меняю­щимся в теплое и холодное полугодия направлением тя­ги воздуха, с гидрогенным льдом и атмогенными, или сублимационными, ледяными кристаллами; г) сквозные горизонтальные пещеры-ледники с окном в потолке, через которое попадает снег, превращающийся в лед; д) сквозные, или продувные, пещеры — области вечной мерзлоты, где пещерный лед представляет собой ее особую форму; е) колодцеобразные полости — области вечной мерз­лоты; ж) мешкообразные полости — области вечной мерз­лоты.

Органогенные отложения — гуано и костяная брекчия встречаются во многих пещерах Советского Союза. Од­нако фосфоритовые залежи этих пещер отличаются зна­чительной мощностью и занимают сравнительно неболь­шие площади. Крупные скопления гуано отмечены в Ба­харденской пещере, где они занимают площадь 1320 м2. Мощность этих отложений достигает 1,5 м, а общий за­пас — 733 т. В результате взаимодействия фосфатов за­лежей гуано с карбонатными породами и кальцитовыми натечными образованиями формируются метасоматиче­ские фосфориты.

Гидротермальные отложения в карстовых пещерах встречаются сравнительно редко. Наибольший интерес в этом отношении представляют пещеры в верховьях реки Магиан (Зеравшанский хребет), развитые в верхнеси­лурийских известняках. Они содержат исландский шпат, флюорит, кварц, антимонит, киноварь и барит. Происхож­дение этих пещер связывается с действием гидротермаль­ных растворов, циркулировавших по тектоническим тре­щинам. Образование и накопление минеральных отло­жений в этих пещерах произошло на более поздних ста­диях их развития.

Антропогенные отложения в пещерах представлены главным образом остатками древних материальных куль­тур, находимых преимущественно в ближних частях пе­щер. В последнее время в связи с частым посещением пещер туристами и спелеологами в них накапливаются различные отложения антропогенного происхождения (остатки пищи, бумага, использованные электрические ба­тарейки и т. д.).