4 года назад
Нету коментариев

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.).