Также большое влияние на процесс карстообразования оказывает структура горных пород. На влияние химического состава горной породы, выражающегося в наличии или отсутствии значительного количества нерастворимой примеси, накладывается влияние структуры породы, которое затушевывает влияние химического состава при мелких его вариациях.
Большое значение имеет пористость, дающая возможность проникновения воды внутрь блоков пород, заключенных между трещинами, и даже просачивания сквозь нетрещиноватые толщи. Пористость сильно увеличивает поверхность соприкосновения воды с породой, что способствует разрушению породы путем растворения.
При лабораторных исследования растворимости доломитов было установлено, что наиболее растворимы среднезернистые и особенно разнозернистые породы. Значительно труднее растворимы микрозернистые и крупнокристаллические карбонатные породы. Но растворимость мелких кристаллов выше, чем крупных, и плохая растворимость мелкокристаллических пород связана с их малой пористостью.
В отношении же крупнозернистых и кристаллических пород нужно сделать следующую оговорку. В природных условиях можно ожидать большего эффекта их карстования, если налицо турбулентное движение карстовых вод и скорость движения достаточна для эрозионного воздействия на стенку трещины. В этом случае эффект карстования должен повыситься за счет одновременного действия растворения и размыва (Гвоздецкий, 1954).
Трещиноватость горных пород является основным условием развития карста. Известняки являются плотной водонепроницаемой породой, циркуляция воды в них может происходить только по трещинам. Такими же плотными водонепроницаемыми породами в большинстве случаев являются гипсы и другие карстующиеся породы. Вот почему трещиноватость пород играет исключительную роль в процессе закарстовывания.
Влияние трещиноватости на развитие карста подчеркивалось очень многими исследователями карстовых форм, особенно исследователями пещер. (Гвоздецкий, 1954)
Как поверхностные карстовые образования, так и внутренние пустоты связаны с трещиноватостью породы, которая является главной причиной развития карстовых образований, наряду с характером самой породы и доступом к ней просачивающихся вод. При образовании подземных форм карста трещины служат первичными водопроводящими путями, при образовании поверхностных форм любых размеров и типов - первичными каналами выноса материала водой в растворенном или взвешенном состоянии, благодаря чему и создаются на поверхности замкнутые формы. Коррозию вне связи с трещиноватостью можно представить только на покатых поверхностях обнаженных пород (или пород с проницаемой покрышкой), но и в этом случае она наиболее интенсивно будет проявляться там, где порода будет рассечена трещинами. Во всех случаях трещиноватость очень существенно отражается на внешнем облике форм. Часто она предопределяет расположение форм.
Трещины бесконечно разнообразны по своей ширине (первичные трещинные полости могут измеряться десятками сантиметров и даже метрами) и по направлению. Они образуют очень сложную сеть на поверхности и в глубине карстующихся массивов.
Косвенное влияние на процесс развития карста оказывают тектонические структуры, а также мощность карстующихся пород. Поскольку на развитие карстовых процессов существенно влияет трещиноватость горных пород, то совершенно ясно, что этот процесс зависит косвенно и от интенсивности дислокационных процессов, которым подвергалась местность. Эта косвенная зависимость развития карста от тектоники отмечалась многими исследователями. Другим обстоятельством, не менее важным, является зависимость циркуляции подземных вод от характера тектонических структур.
Покровные образования и рельеф местности также оказывают на карст существенное влияние. Долгое время существовало представление, что карст не может развиваться при наличии покрова из слабо водопроницаемых образований значительной мощности.
Если геологические и геоморфологические условия обеспечивают интенсивную циркуляцию вод в растворяемых породах, то и под покровом слабо проницаемых пород создаются карстовые полости, в которые суффозионным путем просасывается или оседает покровный материал. При этом первоначально таким путем могут возникать полости в основании покровной толщи, а затем происходит оседание покровной кровли и образование поверхностных воронок.
Условия, благоприятные для развития карста под сравнительно мощными покровными образованиями, создаются в приподнятых краевых зонах синеклиз, где подземные воды движутся с большими скоростями по направлению к древним уступам или глубоко врезанным речным долинам. Выщелачивание происходит также в долинах в долинах рек непосредственно под руслом, поскольку русло реки является зоной дренажа подземных вод.
Крутизна склона топографической поверхности в значительной мере определяет степень инфильтрации дождевых и талых снеговых вод. На участках с меньшей крутизной инфильтрация больше, поэтому здесь условия для развития карста благоприятнее.
Под действием силы тяжести происходит циркуляция вод в трещинах и каналах карстующейся толщи. Сила тяжести вызывает обрушение самих пород или в бортах каньонов и обрывов, или в сводах подземных полостей. Во всех случаях значение имеют тектонические трещины, расширяющиеся коррозией, а в последнем и трещины наслоения. «Сквозные» обрушения над подземными пустотами и туннелями подземных рек приводят к образованию провалов и к вскрытию речных долин. Обрушения в сводах подземных полостей по расширенным растворением тектоническим трещинам и трещинам наслоения играют большую роль в образовании пещерных камер и зал.
Напряжения, создающиеся под действием силы тяжести вдоль крутых откосов у бортов каньонов и долин, по краям уступов плато, расширяют трещины тектонической отдельности, что способствует проникновению воды в глубь толщи породы и развитию карста (Гвоздецкий, 1954).
Подземные реки, связанные с исчезающей наземной рекой или с исчезающим рукавом наземной реки, иногда пересекающие насквозь карстовые массивы, образовались благодаря просачиванию вод наземных водотоков в трещины породы, которые являлись первичными каналами для движения исчезнувшей воды под землей, а затем превратились вследствие растворяющего и размывающего действия потока в подземные туннели. Формирование этих туннелей тоже, в основном, должно было происходить снизу вверх по течению подземного потока, т.е. оттуда, где этот последний свободно изливался на дневную поверхность. Постепенное перемещение действующих поноров исчезающих наземных карстовых рек вверх по руслу является отражением постепенного «попятного» отступания верховья подземной реки, связанной с исчезающим наземным потоком.
Если подземная река протекает на уровне грунтовых вод, то она точно так же дренирует их, как и река наземная. Взаимоотношение такой реки с грунтовыми водами совершенно ясно. Одновременное существование таких подземных рек и грунтовых вод (трещинно-карстовых вод) является скорее правилом, нежели исключением.
Что же касается выхода многих пещерных рек на значительной высоте над уровнем современных поверхностных рек, то и тут нет очень большой разницы между этими подземными притоками и притоками наземными. При энергичном поднятии местности последние тоже могут не поспеть за углублением главной реки и спускаться в нее стремительными каскадами. Но если они, в конце концов, пропилят и углубят свое русло, то из приподнятых подземных каналов вода также с течением времени уйдет новыми путями, оставив сухие галереи вместо площадок террас.
Традиционное выражение «подземная гидрография карста» имеет свое основание, так как в карсте действительно приходится иметь дело с «гидрографическими объектами», находящимися под землей, - реками, озерами. Следовательно, карстовед, изучающий подземный мир, должен вести под землей и гидрографические и гидрогеологические наблюдения (Гвоздецкий, 1954, стр. 139-142).
Карстовые источники характеризуются большой концентрированностью выхода вод. Особенно мощными они бывают тогда, когда на поверхность вытекают подземные реки или подземные струи, образовавшие единый водоток при выходе. Такие источники называют воклюзами.
Даже если установлена прямая связь источника с ушедшей под землю рекой, не всегда выход воды в виде воклюза служит только продолжением этой реки - под землей к ней присоединяются боковые притоки.
Источники, бьющие из глубины под напором, иногда образуют озера в устьевых воронках, разработанных коррозией восходящей струи. Эти озерца имеют постоянный отток воды в виде ручья или речки.
Поскольку режим питания карстовых вод и подземных рек изменяется по сезонам, особенно в областях со средиземноморским климатом, дебит карстовых источников, даже типов воклюз и ключевого горшка, может резко колебаться. Если же выводные каналы источника связаны с зоной периодического, а не постоянного насыщения, то образуется периодический (периодически действующий) источник. Имеются и другие типы периодических источников. Некоторые источники периодически меняют водоизливающие функции на водопоглащающие (т.е. превращаются в поноры). Большой интерес представляют выходы пресной воды на дне моря - субмаринные источники.
Реки карстовых районов создают своеобразную гидрографическую сеть. Характерны разреженность поверхностной сети, поглощение поверхностного стока понорами в карстовых логах, воронках и котловинах и перевод его в подземный сток. Карст усиливает интенсивность подземного стока, нарушает плавный зональный характер его распределения. Характерно обилие подземных, пещерных рек, исчезновение под землю поверхностных водотоков. Во многих карстовых районах наблюдаются подземный водообмен между речными бассейнами (он может быть положительным и отрицательным) и несовпадение подземных водоразделов с топографическими.
Карстовые озера заполняют отрицательные поверхностные формы карста разного размера и характера: одиночные воронки, сложные ванны и котловины, пониженные участки днищ польев.
Различны и условия заполнения озерных котловин водой. Озеро может представлять собой скопление поверхностных вод либо оно питается грунтовыми карстовыми водами и испытывает колебания уровня, соответствующие колебанию их скатерти. Наконец, озеро может представлять собой заполненную напорной водой воронку восходящего источника с постоянным оттоком. Периодическое заполнение водой и осушение озерных котловин бывают связаны на только с колебанием уровня грунтовых карстовых вод, но и с большим поступлением воды при сильных или длительных дождях, снеготаянии, когда вода не успевает поглощаться понорами и скапливается в котловине, расположенной над уровнем грунтовых карстовых вод (Гвоздецкий, 1981).
3. Карст Красноярского края
3.1 Из истории изучения карста Красноярского края
История изучения карстовых явлений и форм на территории края и в первую очередь пещер, разнообразных провалов и шахт почти не освещена в литературе. Следовательно, необходимым является систематизация накопленных данных по карсту отмеченной территории.
Разрозненный материал о карсте края, различного объема и содержания, хранится в многочисленных геологических отчетах и в большинстве своем недоступен для практических работников. Между тем, отсутствие справки об изучении карста приводит к многократному открытию одной и той же полости, затрудняет районирование территории, исключает возможность сравнивать данные настоящих наблюдений с полученными ранее, выявлять закономерности гидротермического режима и особенности циркуляции подземных вод на определенном отрезке времени, проследить за изменениями карстовых ландшафтов.
Наиболее ранние сведения о наличии пещер под Красноярском получены от русского этнографа В.В. Радлова, в течение 10 лет путешествовавшего по Сибири. В своем труде «Сибирские древности» (1888) автор рассказывает о том, как красноярский казак Иван Нашивошников нашел в 1717 году «за Саянским камнем на речке Чжакуль в каменной пещере татарских писем на синей бумаге многое число».
В записи, извлеченной из дневника Д.Г. Мессершмидта, отправленного из Петербурга для изучения Сибири, находится сообщение об этой же пещере, очевидно принадлежавшее одному из его помощников. Неизвестно, посетил ли пещеру Мессершмидт, достоверно лишь то, что в устье речки Чахоль в известняках имеется группа пещер небольшой протяженности. Некоторые из них, представляющие собой широко открытые и доступные гроты, использовались местным населением в качестве молелен и своеобразных помещений для свершения ритуальных церемоний, что подтверждается находками идолов и других предметов религиозного культа.
Ф. Сталенберг, собиравший материалы по географии, истории и этнографии Сибири, описывает пещеру между Красноярском и Абаканом: «Берег представлял здесь из себя обрывистую скалу вышиною с самую большую колокольню, на середине которой было отверстие, находящееся приблизительно на 40 сажен вверх от уровня воды; это отверстие было шириной пять сажен и пятнадцать сажен высотой».
Основываясь на личных наблюдениях и других источниках, о пещерах и подземных реках Сибири упоминает В.Н. Татищев (1736, 1744). Примерно в эти же годы во время путешествия по Сибири посетил и коротко описал несколько пещер на Енисее и Мане И.Г. Гмелин. Он, как и многие другие русские исследователи того времени, высказал в принципе совершенно верные положения о происхождении карстовых форм, указывая в свое дневнике местоположение, породу, в которой сформировалась полость, на наличие или отсутствие минеральных и ледяных образований.
Несколько позже В.Ф. Герман, И. г. Гмелин, С. Щукин констатировали различные формы карста в Минусинской котловине (бассейны рек Тубы, Абакана).
В 1809 году вышло в свет сочинение академика Севергина «Опыт минералогического описания Российского государства», которое, по замечанию Гвоздецкого, «можно рассматривать как первую региональную сводку о карстовых явлениях России». Отдельные части этого труда посвящены характеристике пещер, провалов и шахт Крыма, Урала, Алтая, Красноярских и Енисейских гор. В подробных и обстоятельных описаниях ученый указывал размеры и разветвленность полости горных пород, в которых она возникла, приуроченность к тем или иным элементам рельефа.
П.С. Паллас (1819) упоминает о пещерах в кембрийских карбонатных породах бассейна Маны. По мнению Ю.П. Пармузина, Алтайские и Саянские пещеры относятся к числу первых, которые были описаны в Сибири И.П. Фальком, П.С. Палласом и другими путешественниками.
В 1831 году в «Записках об Енисейской губернии» публикуется статья И.С. Пестова «Комская каменная пещера».
А.П. Степанов (первый губернатор Енисейской губернии) в 1835 году описал пещеры вблизи дер. Черной.
Газета «Санкт-Петербургские ведомости» в ноябре 1849 года поместила сообщение о том, что «в Минусинском округе, т.е. в южной части губернии на правом берегу Енисея, где впадает в него судоходная река Туба, стоит огромный утес Тапсей, в котором природа образовала несколько пещер», и далее «вверх по Тубе, в двух верстах от дер. Шош, опускается в реку утес, а в нем видна тоже пещера, только в ней никто не бывал, да и нет возможности, утес прям, как стена. Гора эта называется «Ойхо».
В газете «Северная пчела» за ноябрь 1850 года была напечатана статья П. Щукина с сенсационным сообщением о пещере-туннеле под руслом Енисея у с. Комы. Сведения об этой пещере, как и многие другие, им подобные, представляли собой благодатный материал для появления различных антинаучных небылиц.
Во второй половине XIX века карстовые формы многих районов Сибири привлекли к себе внимание выдающихся исследователей А.Ф. Миддендорфа, П.А. Кропоткина и др.
И.С. Боголюбский (1882) обследовал пещеру в долине р. Усунжул, а на следующий год описал несколько полостей в Минусинской котловине. Взятые им образцы сталактитов с гидроокислами железа хранятся в краеведческом музее города Минусинска.
Д.А. Клеменц (1883) изучал пещеры на горе Сюс-Калистрахан (междуречье притоков рек Базоя и Сыры). В некоторых камерах этих пещер, разделенных узкими и тесными проходами, были найдены человеческие кости.
В 1885-1888 годах А. Еленев раскапывал и изучал пещеры в приустьевых районах р. Бирюсы - левого притока Енисея. Он зарегистрировал здесь 58 пещер. Ученый установил, что чаще полости располагаются на высоте 60-100 м над урезами местных дрен, произвел морфометрические замеры пещерных ходов, подробно описал результаты археологических исследований, доказал, что 20 пещер некогда были обитаемы, о чем свидетельствовала найденная в них керамика, костяные и железные предметы. Позже Бирюсинские пещеры изучал Боголюбский.
П.С. Проскуряков в 1895-1896 годах описал Айдашскую пещеру у г. Ачинска. Этот же исследователь в 1898 году изучал наиболее доступные пещеры, а также карстовые навесы и ниши в окрестностях с. Торгашино. В них были обнаружены кости различных животных, обломки керамики, железные ножи.
Пространное сообщение об исследовании этой же пещеры было опубликовано в ежедневной газете «Колокол».
В 1926-1927 годах Г.П. Сосновский, Н.К. Ауэрбах, В.И. Громов изучали Бирюсинские пещеры. О карстовых воронках в кембрийских известняках придолинной части Енисея, между Красноярском и устьем Нижней Тунгуски, говорит С.Л. Кулешов, а И.С. Гудилин отмечает широкое распространение воронок, просадок, пещер со сталактитами и сталагмитами в протерозойских известняках Тувинской республики.
Карст Минусинской котловины кратко характеризует Я.С. Эдельштейн; он по комплексу признаков делает вывод о том, что многие подземные полости еще не прекратили своего развития и находятся в стадии формирования. В качестве аргументации своих выводов автор называет исчезающие и вновь выходящие на поверхность реки.
В 40-х годах появляются сообщения о карсте в виде воронок, ниш и пещер на полуострове Таймыр. Геологи Щукина и Рожков регистрируют карстовые воронки, замещенные бокситоносными рудами в карбонатных породах Енисейского кряжа.
Начинают поступать данные о соляном карсте. В.И. Скок рассказывает, что в районе поселка Гиджа (22 км на север от Абаканского солезавода расположена пещера, в которой раньше добывали соль. В ней есть сталактиты и сталагмиты.
