Карст

Карст — это совокупность геологических процессов и явлений, связанных с растворением горных пород подземными и поверхностными водами, а также образующиеся в результате этого специфические формы рельефа и гидрогеологические особенности. Термин происходит от названия известнякового плато Карст (Kras) на северо-западе Балканского полуострова (Словения, Италия). Карст развивается преимущественно в растворимых породах: известняках, доломитах, мраморах, гипсе, ангидрите, каменной соли. Процесс характеризуется образованием пустот, пещер, воронок, подземных рек и озёр, а также специфическим рельефом с отсутствием или слабым развитием поверхностного стока.

Условия и механизмы развития

Для развития карстовых процессов необходимо сочетание нескольких факторов:

• Наличие растворимых горных пород (карстующихся).
• Достаточное количество воды (атмосферные осадки, талые воды, подземные воды), способной растворять породы.
• Агрессивность воды по отношению к породе (содержание углекислого газа, органических кислот).
• Трещиноватость и пористость пород, обеспечивающие циркуляцию воды.

Механизм растворения различается в зависимости от состава породы. Для карбонатных пород (известняк, доломит) основным является процесс растворения под действием воды, содержащей углекислый газ, с образованием растворимого гидрокарбоната кальция. Для сульфатных (гипс, ангидрит) и галогенных (соль) пород характерно прямое растворение без химических реакций, что делает эти процессы значительно более быстрыми.

Классификация карста

Карст классифицируют по нескольким признакам.

По типу пород

• Карбонатный карст (известняковый, доломитовый, меловой) — наиболее распространённый, развивается медленно, но формирует крупные формы рельефа и пещеры.
• Сульфатный карст (гипсовый, ангидритовый) — развивается быстрее, часто приводит к образованию провалов и воронок.
• Соляной карст (в каменной соли) — самый динамичный, может протекать в течение нескольких лет или десятилетий, часто сопровождается просадками и образованием соляных озёр.

По степени открытости

• Открытый (голый) карст — карстующиеся породы выходят на поверхность, формы рельефа (карры, воронки) хорошо выражены.
• Покрытый карст — растворимые породы перекрыты слоем нерастворимых отложений (песок, глина, морена), которые могут проваливаться в подземные пустоты.
• Закрытый (глубинный) карст — карстующиеся породы залегают глубоко под толщей нерастворимых пород, процессы проявляются только на глубине.

По климатическим зонам

• Средиземноморский (субтропический) карст — классический тип, характерен для плато Карст, с чётко выраженными поверхностными и подземными формами.
• Тропический карст — отличается интенсивным растворением, образованием башенных и конусовидных форм рельефа (например, в Юго-Восточной Азии, на Кубе).
• Умеренный карст — распространён в Европе, России, Северной Америке, характеризуется менее выраженными формами.
• Морозный (криогенный) карст — развивается в районах многолетней мерзлоты, где процессы растворения сочетаются с морозным выветриванием.

Формы карстового рельефа

Карстовые формы рельефа делятся на поверхностные и подземные.

Поверхностные формы

• Карры (шрамы) — мелкие борозды и углубления на поверхности растворимых пород, образованные стекающей водой.
• Воронки — наиболее распространённые замкнутые понижения округлой или овальной формы. Различают воронки выщелачивания (образуются равномерно), провальные (при обрушении кровли подземной полости) и суффозионные (при выносе рыхлого материала в подземные пустоты).
• Котловины и полья — крупные (до десятков километров) замкнутые понижения с плоским дном, часто с временными водотоками или озёрами.
• Карстовые мосты и арки — останцы, образующиеся при обрушении части пещеры.
• Слепые и сухие долины — долины, в которых поверхностный водоток исчезает в карстовой воронке или поноре (отверстии).

Подземные формы

• Пещеры — полости различного размера и формы, образующиеся в результате растворения породы. Классифицируются по происхождению (коррозионные, эрозионные, тектонические) и морфологии (горизонтальные, наклонные, вертикальные, лабиринтовые).
• Колодцы и шахты — вертикальные или крутонаклонные полости, часто соединяющие поверхность с подземными галереями.
• Подземные реки и озёра — водные объекты, циркулирующие в карстовых пустотах.
• Натёчные образования — сталактиты (свисающие сверху), сталагмиты (растущие снизу), сталагнаты (сросшиеся), а также натёчные коры, занавеси, геликтиты.

Гидрогеология карста

Карстовые массивы характеризуются особым гидрогеологическим режимом. Основные особенности:

• Высокая проницаемость — вода быстро проникает вглубь по трещинам и каналам.
• Неравномерность водопроницаемости — зоны с высокой проницаемостью (каналы, пещеры) чередуются с практически водонепроницаемыми участками.
• Специфический режим питания — основное питание за счёт инфильтрации атмосферных осадков и талых вод.
• Наличие зон аэрации и насыщения — в зоне аэрации вода движется преимущественно вертикально, в зоне насыщения — горизонтально, формируя подземные реки и озёра.
• Быстрая реакция на осадки — уровень воды в карстовых источниках может резко повышаться после дождя или таяния снега.

Распространение карста в России

Карстовые процессы широко распространены на территории России. Наиболее крупные карстовые области:

• Урал — Кунгурская ледяная пещера (Пермский край), одна из крупнейших гипсовых пещер мира, а также многочисленные карстовые воронки и провалы в Предуралье.
• Кавказ — Новоафонская пещера (Абхазия), а также карстовые массивы (например, Арабика) с глубочайшими пещерами мира (Верёвкина, Сарма, Крубера-Воронья).
• Крым — горный Крым (Чатыр-Даг, Ай-Петри, Караби-яйла) с многочисленными пещерами (Мраморная, Красная, Эмине-Баир-Хосар).
• Русская равнина — карст в известняках и доломитах (Тульская, Калужская, Московская области), а также гипсовый карст (Архангельская область, Башкортостан).
• Сибирь и Дальний Восток — карст в известняках (Прибайкалье, Алтай, Саяны, Хабаровский край, Приморье).

Значение и опасность карста

Положительное значение

• Рекреационное и туристическое — пещеры, карстовые озёра и ландшафты являются популярными объектами экотуризма и спелеотуризма.
• Научное — карстовые полости служат естественными архивами палеоклиматических данных (сталагмиты, сталактиты), а также местами археологических находок.
• Водоснабжение — карстовые водоносные горизонты являются важным источником пресной воды (например, в Крыму, на Кавказе).
• Минеральные ресурсы — в карстовых полостях могут накапливаться полезные ископаемые (бокситы, фосфориты, россыпное золото).

Опасность и негативные последствия

• Провалы и просадки — внезапное обрушение поверхности земли над подземными пустотами, что приводит к разрушению зданий, дорог, коммуникаций. Особенно опасны в районах сульфатного и соляного карста.
• Утечки воды — из водохранилищ, каналов, водопроводов.
• Загрязнение подземных вод — из-за высокой проницаемости карстовых пород загрязнители быстро проникают в водоносные горизонты.
• Осложнение строительства — требует проведения дорогостоящих инженерно-геологических изысканий и специальных мер защиты (тампонаж, укрепление грунтов).

Меры борьбы с карстовыми процессами

Для предотвращения негативных последствий карста применяются инженерно-геологические мероприятия:

• Инженерные изыскания — детальное изучение карстовой опасности на участке строительства.
• Тампонаж — заполнение пустот и трещин цементными, глинистыми или полимерными растворами.
• Укрепление оснований — устройство свайных фундаментов, бетонных плит, армирование грунтов.
• Дренаж — отвод поверхностных и подземных вод для снижения агрессивности.
• Мониторинг — наблюдение за деформациями земной поверхности и уровнем подземных вод.

Источники

• Гвоздецкий Н. А. Карст. — М.: Географгиз, 1954.
• Максимович Г. А. Основы карстоведения. — Пермь: Пермское книжное издательство, 1963.
• Дублянский В. Н., Дублянская Г. Н. Карстоведение. — Пермь: Изд-во Пермского университета, 2004.
• Соколов Д. С. Основные условия развития карста. — М.: Госгеолтехиздат, 1962.
• Инженерная геология СССР. Т. 1-8. — М.: Изд-во МГУ, 1978-1990.