Образование пещер и карстов

 

Московский  Государственный  Институт Стали и  Сплавов

Выксунский  Филиал

(Технологический  университет) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат по предмету

кристаллофизика 

На  тему: «Образование пещер и карстов» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                 Студент: Пичугин А.А..

                                                                                 Группы:МО-07 (МЧМ)

                                                                       Преподаватель:Лопатин Д.В. 

Москва 2008 

     Содержание 

1. Общие сведения о пещерах  и карстов
2. Гипотеза о происхождении карстовых районов
3. Условия образования пещер
4. Типы пещер:

1. Карстовые пещеры

2. Тектонические пещеры
3. Эрозионные пещеры
4. Ледниковые пещеры
5. Лавовая пещера

5. Пещеры на территории Прибайкалья
6. Пещера Кызылъяровская им. Г.А. Максимовича.

 

Общие сведения о пещерах  и карстов 

     Карст (от нем. Karst, по названию известнякового альпийского плато Крас в Словении), — совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами (гипсами, известняками, мраморами, доломитами и каменной солью).

     Наиболее  характерны для карста отрицательные формы рельефа. По происхождению они подразделяются на формы, образованные путём растворения (поверхностные и подземные), эрозионные и смешанные. По морфологии выделяются следующие образования: карры, колодцы, шахты, провалы, воронки, слепые карстовые овраги, долины, полья, карстовые пещеры, подземные карстовые каналы. Для развития карстового процесса необходимы следующие условия: а) наличие ровной или слабо наклонной поверхности, чтобы вода могла застаиваться и просачиваться внутрь по трещинам; б) толща карстующихся пород должна иметь значительную мощность; в) уровень подземных вод должен стоять низко, чтобы было достаточное пространство для вертикального движения подземных вод.

     По  глубине уровня подземных вод  различают карст глубокий и мелкий. Различают также «голый», или средиземноморский карст, у которого карстовые формы рельефа лишены почвенного и растительного покрова (например, Горный Крым), и «покрытый» или среднеевропейский карст, на поверхности которого сохраняется кора выветривания и развит почвенный и растительный покров.

     Карст характеризуется комплексом поверхностных (воронки, карры, желоба, котловины, каверны  и др.) и подземных (карстовые пещеры, галереи, полости, ходы) форм рельефа. Переходные между поверхностными и подземными формами — неглубокие (до 20 м) карстовые колодцы, естественные туннели, шахты или провалы. Карстовые воронки или иные элементы поверхностного карста, через которые в карстовую систему уходят поверхностные воды, называются поноры.

     КАРСТ, известняковые плато - комплекс неровностей, выпуклых выходов горных пород, впадин, пещер, исчезнувших потоков и подземных стоков. Возникает в растворимых водой и выветриваемых горных породах. Процесс типичен для известняка, а также для тех мест, где вымываются горные породы. Много рек находится под землей, там же существует много пещер и крупных каверн. Самые крупные пещеры могут разрушиться и образовать ущелье или теснину. Постепенно весь известняк может быть вымыт. Явление названо по названию плато «Карст» в бывшей Югославии. Характерные карстовые системы широко представлены в Крымских горах и на Урале.

     Карст можно наблюдать в Западных Альпах, в Аппалачах (США) и на юге Китая  потому, что пласты известняковых  пород, сначала состоявшие из слоя кальцита (углекислого кальция), толщиной до 200 м, который был частично размыт водой. Углекислый газ из атмосферы растворялся в дожде и способствовал образованию слабой угольной кислоты, которая в свою очередь способствовала размыванию гор ных пород, особенно вдоль линий кливажа и пластов, увеличивая их до образования карстовых пещер, долин, возникших вследствие обрушения стенок пещер, которые при дальнейшем развитии процесса могут превратиться в ущелья, и, наконец, остаются характерные для карстового ландшафта останцы известняка, не подвергшегося эрозии.

     Пещера — естественная полость в верхней толще земной коры, сообщающаяся с поверхностью земли одним или несколькими выходными отверстиями, проходимыми для человека. Наиболее крупные пещеры — сложные системы проходов и залов, нередко суммарной протяженностью до нескольких десятков километров. Пещеры — объект изучения спелеологии.

     Можно разделить пещеры по их происхождению  на пять групп. Это тектонические  пещеры, эрозионные пещеры, ледовые  пещеры, вулканические пещеры, и, наконец, самая большая группа, карстовые пещеры. Пещеры, в привходовой части, при подходящих морфологии (горизонтальный просторный вход) и расположении (близко к воде) использовались древними людьми в качестве удобных жилищ. 

 

      ГИПОТЕЗА О ПРОИСХОЖДЕНИИ  КАРСТОВЫХ РАЙОНОВ 

     А именно, есть гипотеза, что:

     - в древние времена 300-400 млн  лет назад в морской воде  происходил процесс разрастания  и отмирания живых организмов, интенсивно использующих для  строительства своих оболочек  кальций. Вода при этом представляла  собой насыщенный раствор углекислого кальция. Отмершие оболочки опускались на дно и накапливались вместе с отложениями, выпадающими в осадок из раствора в результате климатических изменений;

     - за млн лет на дне пластами  накапливалась известняковая масса;

     - под давлением известняковый осадок менял структуру, превращаясь в лежащий горизонтальными пластами камень;

     - в момент подвижек земной коры  море отходило, и бывшее дно  становилось сушей;

     - Были возможны два сценария  развития событий: 1) пласты оставались  почти горизонтальными и неторнутыми (как под Москвой); 2) дно выпячивалось образуя горы, при этом целостность известняковых пластов нарушалась, в них образовывались многочисленные поперечные трещины и разломы. Так образовывался будущий карстовый район.

     Эта гипотеза подтверждается находками остатков древних раковин и других бывших живых организмов в толще известняков. Как бы то ни было, очевидно, что пещеры и породы, где они образуются, тесно связаны с древней жизнью на Земле.  

 

      УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ  ПЕЩЕР 

     Есть  три основных условия образования карстовых пещер:

     1. Наличие карстующихся пород.

     2. Наличие процессов горообразования,  подвижек земной коры в зоне  распространения карстующихся пород,  в результате - наличие трещин  в толще массива.

     3. Наличие агрессивных циркулирующих вод.

     Без любого из этих условий образование  пещер происходить не будет. Однако, на эти необходимые условия могут  накладываться локальные особенности  климата, строения рельефа, наличия  других пород. Все это приводит к  появлению пещер различного вида. Даже в одной пещере встречаются различные "составные" элементы, которые образуются по разному. Основные морфологические элементы карстовых пещер и их происхождение.

     Морфологические элементы карстовых  пещер:

     - вертикальные пропасти, щахты и  колодцы,

     - горизонтально-наклонные пещеры, и меандры,

     - залы,

     - лабиринты.

     Эти элементы возникают в зависимости  от вида нарушений в толще карстующегося  массива.

     Виды  нарушений:

     Разломы и сбросы, трещины:

     - напластования,

     - на границе карстующейся и  некарстующейся породы,

     - тектонические (как правило, поперечные),

     - так называемые трещины бокового  отпора.  

     Схема образование вертикальных элементов  пещер (колодцев, шахт, пропастей): Выщелачивание.

     Колодцы образуются на пересечении тектонических  трещин - в самом мехинически слабом месте массива. Туда поглощается вода атмосферных осадков. И медленно растворяет известняк; за миллионы лет вода расширяет трещины, превращая их в колодцы. Это зона вертикальной циркуляции подземных вод

     Нивальные колодцы (с поверхности  массива):

     Зимой трещины забиваются снегом, затем  он медленно тает, это - агрессивная  вода, она интенсивно размывает и  расширяет трещины, образуя колодцы  с поверхности земли.

     Образование горизонтально-наклонных  ходов:

     Вода, проникнув сквозь пласт (слой) карстующейся породы доходит до трещины напластования и начинает распространяться по ней вдоль плоскости "падения" пластов. Происходит процесс выщалачивания, образуется субгоризонтальный ход. Потом вода дойдет до очередного пересечения тектонических трещин и снова будет образовываться вертикальный колодец или уступ. Наконец, вода дойдет до границы карстующейся и некарстующейся пород и далее распространяться только вдоль этой границы. Обычно здесь уже течет подземная река, там есть сифоны. Это зона горизонтальной циркуляции подземных вод.

     Образование залов.

     Залы  встречаются в зонах разломов - больших механических нарушениях массива. Залы - результат чередующихся процессов горообразования, выщелачивания, снова горообразования (землетрясения, обвалы).

     Бывает, включаются дополнительны механизмы:

     - механический вынос обломков  породы потоками воды,

     - действие напорных термальных  вод (Новоафонская пещера).

     Образование горизонтальных лабиринтов.

     Процесс выщелачивания происходит по "сетке" тектонических трещин. Характерный  пример - гипсовые пещеры Западной Украины. Названные механизмы образования элементов структуры (морфологии) пещер являются общими для всех видов карстующихся пород.

     В целом можно сказать, что карстовый  массив является "ситом" просеивающим осадки и текущие воды. Все карстовые пещеры - и вертикальные и горизонтальные - являются каналами естесвенного дренирования вод в карстовом массиве. Результатом этой циркуляции является непременный выход подземных вод на поверхность - в виде явных или скрытых источников, в том числе, субмаринных.  

 

      Типы пещер

     Карстовые пещеры

     Озеро в карстовой пещере Кризна Яма, Словения.

     Натёчные  образования в пещере Катерлох, Австрия.Таких  пещер большинство. Именно карстовые  пещеры имеют наибольшую протяжённость  и глубину. Пещеры образуются вследствие растворения пород водой. Поэтому карстовые пещеры встречаются только там, где залегают растворимые породы: известняк, мрамор, доломит, мел, а также гипс и соль.

     Известняк, а тем более мрамор, растворяются чистой дистиллированной водой очень  плохо. В несколько раз растворимость повышается, если в воде присутствует растворённый углекислый газ (а он всегда растворён в воде, в природе), однако всё равно известняк растворяется слабо, по сравнению, скажем, с гипсом или, тем более, солью. Но оказывается, что это положительно сказывается на образовании протяжённых пещер, поскольку гипсовые и соляные пещеры не только быстро образуются, но и быстро разрушаются.

     Огромную  роль при образовании пещер играют тектонические трещины и разломы. По картам исследованных пещер очень часто можно видеть, что ходы приурочены к тектоническим нарушениям, которые видны на поверхности. Также, разумеется, для образования пещеры необходимо достаточное количество водных осадков, удачная форма рельефа: осадки с большой площади должны попадать в пещеру, вход в пещеру должен располагаться заметно выше того места, куда разгружаются подземные воды и т. п.