Карст и суффозия

Карстовые и суффозионные формы тесно связаны с корами выветривания, где в силу специфики состава материнских горных пород резко усилены процессы растворения или механического выноса тонких частиц поверхностными и грунтовыми водами.

Карст – это совокупность процессов, форм рельефа и отложений, связанных с растворением горных пород. При этом растворение выступает в качестве инициатора других сопутствующих процессов – водной эрозии и аккумуляции (образования карстового аллювия), обрушения и накопления карстового коллювия, формирования озерных отложений.

Базисом карстования в каждом конкретном случае может быть уровень застойных подземных вод, подошва карстующихся пород или уровень накопления нерастворимого остатка, блокирующего доступ воды к карстующейся породе. По строению разреза зоны аэрации можно выделить три варианта карста: открытый, покрытый и перекрытый. В открытом карсте карстующиеся породы непосредственно выходят на поверхность или перекрываются легко проницаемыми для воды отложениями мощностью до трех метров. В покрытом карсте карстующиеся породы залегают под легко проницаемыми для воды отложениями мощностью более трех метров. В перекрытом карсте над карстующейся породой располагается водоупор, затрудняющий движение воды.

В морфологическом отношении выделяется поверхностный, подземный и комбинированный карст. При поверхностном карсте растворению подвергается только кровля карстующейся породы. Основными формами поверхностного карста являются карры, воронки, котловины. Карры – это различного размера (глубиной от нескольких сантиметров до 3 и более метров) борозды на поверхности карстующейся породы. Карстовые воронки – это конические понижения, на дне которых могут проявляться поглощающие поноры. Диаметры карстовых воронок изменяются от долей метра до нескольких десятков метров, иногда достигают ста метров и более. Изменчива в широких пределах и их глубина.

Подземный (глубинный) карст развивается при растворении породы внутри карстующегося массива. Важнейшую роль при этом играет степень трещиноватости пород. Выделяется несколько типов подземного карста: сетчатый, щелевой, понорный и пещерный. Сетчатый карст характеризует, как правило, начальные этапы развития карста. Разбитая множеством разнонаправленных трещин порода начинает растворяться по поверхностям этих трещин. Очертания первично угловатых обломков постепенно сглаживаются. Пространство между стенками трещин заполняется нерастворимым остатком. Порода приобретает конгломератоподобный облик.

Щелевой карст развивается по крупным трещинам. В начале процесса трещина расширяется за счет растворения, затем в ней может скапливаться и протекать вода, к растворению добавляется размыв стенок трещины, который приводит к формированию узких, глубоких и протяженных «щелей» внутри карстующегося массива. Размыв сопровождается отложением продуктов размыва, формируется карстовый аллювий.

Понорный карст образуется, как правило, под карстовыми воронками. Представляет собой чаще всего вертикальные веретенообразные пустоты, образующиеся в узлах пересечения трещин, как за счет растворения, так и размыва горных пород.

Пещерный карст развивается при эволюции понорного и щелевого карста, когда к процессам растворения и водной эрозии добавляется обрушение стенок и кровли пустот, образуются массы карстового коллювия. Подчиняясь движению потоков воды, подземный карст часто приобретает очень сложную структуру, выраженную расположением пустот на различных гипсометрических уровнях (этажный карст).

Комбинированный (провальный) карст образуется при соединении в процессе эволюции карста его поверхностных и подземных форм. При обрушении пород над понорами в карстовых воронках образуются карстовые колодцы. Обрушение пород над карстовыми щелями приводит образованию карстовых долин. Грандиозные провалы над этажным пещерным карстом представлены карстовыми шахтами. Наконец, массовое обрушение на огромных площадях образует карстовые полья.

В классификации карста по литологическим типам пород(литологические типы карста) выделяют карст: солевой (галоидный), силикатный (бради-карст), сульфидный (рудный), сульфатный, карбонатный и кластический (обломочный).

Солевой карст возникает в залежах солей. Благодаря высокой растворимости соли процесс растворения здесь является наиболее важным.

Силикатный карст связан с выносом аморфного кремнезема в корах выветривания, формирующихся в тропическом климате. Он представлен относительно мелкими поверхностными формами.

Сульфидный (рудный) карст формируется при выщелачивании сульфидов. Выщелачивание сопровождается образованием серной кислоты, которая воздействует на вмещающие породы, усиливая их разложение.

Сульфатный карст – это карст в ангидритах и гипсах. Его специфика обусловлена тем, что при переходе ангидрита в гипс существенно увеличивается объем породы. Это увеличение приводит к закрытию трещин, вследствие чего гипсовый карст развивается преимущественно в поверхностных формах, и только тогда, когда зияние трещин достаточно велико и не может быть устранено за счет увеличения объема породы, карст интенсивно развивается в подземных формах.

Карбонатный карст – карст в карбонатных породах, является наиболее распространенным в силу широкого распространения самих карбонатных пород. Вместе с тем, он оказывается наиболее сложным в физико-химическом отношении. Карбонат кальция в дистиллированной воде в нормальных условиях растворим весьма слабо. Его растворение в природе обусловлено наличием в воде углекислого газа, часть которого, соединяясь с водой, образует угольную кислоту. Угольная кислота, вступая в обменную реакцию с карбонатом кальция, переводит его в бикарбонат – соединение, которое может существовать только в растворе. Если бикарбонат кальция постоянно удаляется вместе с водой и насыщения раствора не происходит, растворение карбонатной породы продолжается. Содержание углекислого газа в воде зависит от его парциального давления в воздухе и от температуры воды. Эта зависимость предопределяет тесную связь карбонатного карста с климатическими условиями. В холодном климате, в холодной воде углекислого газа может быть достаточно много, но карсту препятствует короткий летний период, наличие многолетней мерзлоты. В аридном климате карста нет из-за дефицита воды. Во влажном умеренном климате развивается классический карст в поверхностных, глубинных и провальных формах. Он сопровождается накоплением широкого спектра отложений: известковых туфов (травертинов) - натечных образований, возникающих при химическом осаждении карбоната кальция в форме кальцита и арагонита; карстового элювия, аллювия и коллювия, карстово-озерных отложений. В условиях влажных тропиков развивается тропический карст. Его особенность заключается в том, что он образуется преимущественно в поверхностных формах, для которых разработана своя классификация, включающая, кроме карров и воронок, карст котловинный, башенный и конический. Специфика тропического карста обусловлена тем, что среднегодовая температура грунтовых и поверхностных вод в тропиках составляет +25ºС, что существенно понижает растворимость углекислого газа. Но в приповерхностном слое почвы за счет круглогодичного разложения растительного отпада образуются повышенные концентрации двуокиси углерода. Под влиянием высокого парциального давления углекислый газ растворяется в воде приповерхностного слоя. Порода начинает растворяться. Однако, на некотором удалении вглубь, где нет высокого парциального давления, углекислый газ вскипает, начинается интенсивное осаждение карбоната кальция, который полностью закрывает трещины, делая невозможным развитие глубинного карста. В понижениях поверхности карстующихся пород мощность органического детрита больше, поэтому и парциальное давление углекислого газа больше, а значит и процесс поверхностного карста протекает быстрее, что приводит к росту глубины первичного понижения, а далее процесс нарастает лавинообразно. В итоге возникают глубокие (до 300 м и более) карстовые котловины(стадия котловинного карста). После достижения дном котловин базиса карстования они начинают расширяться за счет педиментации склонов, сливаются между собой при уничтожении водоразделов. В рельефе сохраняются лишь денудационные останцы, имеющие вид крутостенных высоких башен (стадия башенного карста). Дальнейшее разрушение башен характеризует стадию конического карста. В финале на уровне базиса карстования образуется поверхность выравнивания – карстовый педиплен.

В литологическом отношении в карбонатном карсте различают карст известняковый, доломитовый и мел-мергельный. Наиболее полно и разнообразно карбонатный карст представлен в известняках и мраморах. В доломитах карст затрудняется тем, что растворению с участием углекислоты подвергается лишь кальцитовая составляющая породы. Минерал доломит накапливается в нерастворимом остатке, образуя так называемую «доломитовую муку», которая блокирует процесс растворения. В мел-мергельном карсте, благодаря тому, что порода состоит из мелкого известкового органогенного детрита с примесью глинистых частиц, наряду с процессами растворения начинают в различной степени проявляться процессы механического выноса (в виде взвеси) тонких частиц и собственно карст дополняется суффозией. Поэтому формы, образующиеся в мел-мергельных отложениях, часто являются карстово-суффозионными.

Кластический (обломочный) карст формируется в обломочных породах при растворении карбонатного цемента. Обычно дополняется процессами суффозии.

Суффозия – это вынос из породы тонких частиц грунтовыми водами. Вынос сопровождается образованием форм рельефа, во многом сходных с формами классического карбонатного карста. Суффозия осуществляется в лёссах, глинистых песках, в валунно-галечных отложениях, в которых матрикс представлен песчано-глинистой составляющей.

К псевдокарстовым явлениям относится термический карст (термокарст), представленный понижениями в рельефе часто заполненными водой. Его образование связано с таянием линз погребенного льда.

Литература к разделу 2.3: [4, 7, 10, 27].