Гидрография карстовых областей

В молодой стадии для голого карста характерно отсутствие постоянных рек и озер, но по мере его развития (старения) возникает гидрографическая сеть. Выделяется несколько типов рек.

1. Временные водотоки, существующие только в период ливней и снеготаяния. Их глубина не превышает зону аэрации.

2. Крупные реки, берут начало вне карстовой области и не достигают зоны постоянного полного насыщения. Поэтому при прохождении через карстовый массив их водность заметно сокращается. Долины таких рек каньонообразны, крутые склоны лишены растительности, в русле отмечаются округлые расширения типа карстовых воронок.

3. Тип постоянно текущих рек, глубокие каньонообразные долины которых врезаны до уровня грунтовых вод. Такие реки часто начинаются в пещерах и гротах мощными карстовыми источниками, которые носят название мешкообразных. Устья карстовых рек очень часто не открываются в море или озеро, а заканчиваются тупиком в виде высокой стены в подошве уступа. Такие долины называются слепыми.

4. Наибольшее своеобразие свойственно рекам, протекающим по переменно под землей по системе подземных галерей и по по верхности. Иногда трудно доказать принадлежность отдельных отрезков долины одной реке. Для доказательства применяют способ окрашивания воды красителями, которые запускают в верховье, затем проверяют их появление на нижележащих участках. Это имеет большое практическое значение при необ­ходимости создать плотины, использовать речные воды для орошения и т.д. Участки подземных рек отмечены на Кавказе (реки Тквибули, Шаора, Чешура), на западном склоне Южного Урала, в Крыму.

Карстовые речные долины отличаются невыработанным про­дольным и поперечным профилем, неоднократным сочетанием плос­ких и глубоко врезанных участков, поверхностных и подземных русл. Все это стимулирует развитие эрозионной деятельности до уровня карстовой денудации.

В литературе есть несколько описаний подземных рек. На­пример, установлено, что воды верхнего Дуная исчезают в понорах и проходят под землей 12,5 километра. Река Пиука начинается к северо-востоку от Триеста, у города Постойны (Югославия) она уходит в пещеру и появляется под названием Уница через 9 кило­метров. Проходя по днищу Планинского полья, она исчезает с повер­хности и через 12 километров подземного течения возникает в виде речки Любляницы. В подземном русле река образует водо­пады, меандры, озера и даже имеет подземный приток.

Озера карстовых областей делятся на временные, дно которых не достигает уровня грунтовых вод, и постоянные, с преобладанием подземного питания. Котловины в плане обычно округлые, склоны крутые, а глубины значительные, особенно если озеро размещается в провальной котловине. Для карстовых озер характерно значи­тельное и быстрое колебание уровня. В Словении, например, есть большие озера, которые существуют только в дождливый период, когда слой аэрации наполнен водой. В сухой сезон эти озера полно­стью высыхают, по дну некоторых проходят выложенные камнем автомобильные дороги. При наступлении дождей такие дороги ухо­дят под уровень вновь разлившегося озера.

Постоянные карстовые озера питаются грунтовыми водами, поэтому они обычно имеют повышенное количество и разнообраз­ный состав солей, особенно в горном карсте. Примером может служить небольшое, но глубокое озеро Провал на склоне горы Машук в районе города Пятигорска. Вода в озере яркого зелено-голу­бого цвета и известна своими лечебными свойствами, глубина кар­стового озера Голубого в бассейне реки Балкарский Черек на Кавказе достигает 258 метров при площади 14700 квадратных метров. Карстовое происхождение имеет, по-видимому, озеро Рица на Запад­ном Кавказе, известное как центр рекреации.

В закрытом карсте также широко распространены озера в карстовых воронках и блюдцеобразных (карстово-суффозионных) западинах. Об их происхождении и внешнем облике свидетельству­ют названия: Провальное, Бездонное, Морское Око и т.д. По сравне­нию с окружающими поверхностными водами, карстовые озера бо­лее высоко минерализованы, что свидетельствует о значительном грунтовом питании. На границе Белорусского и Украинского Поле­сий расположена группа озер карстового происхождения. Наиболее значительное из них озеро Свитязь имеет площадь более 50 квад­ратных километров при максимальной глубине около 50 метров. Таким же примером может служить озеро Морское Око в России, минерализация воды в котором превышает 350 миллиграммов на литр. Характерны карстовые озера для Мещерской низины, равнин верхней Волги, Камы и т.д.

Особенности гидрографической сети карстовых областей зат­рудняют создание гидротехнических сооружений. Известны случаи, когда чашу водохранилища невозможно было наполнять из-за по­стоянного просачивания воды сквозь трещины в известняках. Ложа современных водохранилищ в районах распространения карстуюшихся пород до заполнения цементируют во избежание убыли воды.

Важную часть гидрографической сети составляют карстовые источники. Их разделяют на несколько групп. Для мощного карста особенно характерны временные источники зоны аэрации. Вторую группу составляют источники периодически полного насыщения. Они, как и первые, функционируют только в периоды выпадения осадков и высокого положения грунтовых вод в карстовом масси­ве (рис. 53). Некоторые источники этой группы, называемые в Гер­мании подпорными, а во Франции эставеллами, действуют под силь­ным гидростатическим напором снизу вверх. Они возникают в том случае, если в русле подземного канала, по которому вода течет сверху вниз, имеется сужение, служащее подпором для нее в период максимального притока вод. Если выше подпора подземный канал соединяется с поверхностью, то излишек воды поднимается по ней вверх и изливается источником, который существует до оче­редного сухого периода.

К периодическим, иногда очень сильным, относятся также си­фонные источники. Если пещера или подземная пустота соединяет­ся с поверхностью коленообразным каналом (сифоном), то при наполнении ее водой, стекающей по многочисленным трещинам до уровня колена сифона, возникает источник. При понижении уровня воды в подземной полости осушается соединительный канал и ис­точник иссякает (рис. 54).

Третью группу составляют постоянно действующие источни­ки, связанные с зоной полного насыщения. Они называются испо­линскими или воклюзными (по названию источника Воклюз во Фран­ции, дающего начало реке Сорг). Исполинские источники выходят на поверхность обычно на окраине карстового массива (река Биюк-Карасу в Крыму), в основании польев, пещер и гротов. Под землей такие источники продолжаются в виде подземной реки. Особый интерес представляют воклюзы с мощным вертикальным движением воды под напором. Они имеют вид озеровидных воронкообраз­ных впадин, в которых вода как бы кипит, поэтому они получили название ключевых горшков (нем.quelltoople). Во многих странах их называют "окнами", "глазами", "оками". К типичным ключевым горшкам относится озеро Голубое (Церих-Кель) вблизи города Нальчика, порсугели полуострова Челекен.

Наиболее известный ключевой горшок в Швабской горе (Гер­мания) — это озеро площадью 2000 квадратных метров, глубиной 12 метров, с расходом воды около 7 тысяч литров в секунду. Дока­зано, что этот источник представляет собой начало верхнего Дуная после поглощения его понорами у города Иммендингена.

Особое своеобразие приобретают карстовые источники, выхо­дящие ниже уровня моря — субмаринные. После сильных дождей их расход настолько увеличивается, что они опресняют прибреж­ную морскую воду и вызывают ее замутнение. Много таких субма­рин на Далматинском побережье, у берегов полуострова Истрия. Они являются устьями подводных пещер или каналов, вода которых движется под большим гидростатическим давлением. Источники этого типа — свидетели опускания суши.

В некоторых окарстованных приморских районах наблюдаются так называемые морские мельницы. Вблизи берега образуется водоворот ("пучина"), где морская вода засасывается через поноры и выходит на побережье в виде солоноватого источника. По-видимому, подземная река, имеющая очень крутое падение, выходя в виде субмаринного источника, засасывает воздух из соседних трещин. В образовавшееся разреженное пространство устремляется морская вода и, поднимаясь вверх, выходит солоноватым источником. В Ионическом море на острове Кеффалини количество поглощаемой таким образом из моря воды составляет ежедневно 150 тысяч кубометров. Такого же типа "Чертов Колодец" у восточного побережья полуострова Истрия.

Карстовые пещеры — наиболее сложное и интересное явление карстовой геоморфологии. Это значительные полости внутри карстового массива, имеющие один или несколько выходов и обладающие своими микроклиматическими и гидрологическими чертами. Геоморфологические особенности пещер, как и других карстовых форм, связаны со способностью карбонатных соединений образовывать с насыщающей воду углекислотой легкорастворимые бикарбонаты Са(НСО₃)₂ и Мg(НСО₃)₂. Последние отличаются способностью легко терять углекислый газ, который поступает в воздух, и тогда избыток карбонатов выпадает из раствора в виде натечных образований — сталактитов (растут сверху) и сталагмитов (растут снизу) и их сочетаний. Разнообразные по форме и окраске натечные новообразования придают каждой пещере свой колорит и неповторимость. Вместе с тем, они служат показателем определенного процесса карстовой аккумуляции, как бы завершающей стадии его развития. Натечные формы особенно богаты в верхних сухих этажах пещер. Нижние, более молодые этажи, служат основным местом проявления разрушительной деятельности подземных рек и интенсивного растворения карстующихся пород. Примером старой пещеры, густо заполненной натечными образованиями, может служить одна из наиболее известных пещер Словении — Постойна Яма (Адельсбергский грот). Она представляет собой подземную долину реки Пиуки. Это система соединенных бесчисленными галереями огромных залов, заполненных разноцветными, причудливыми сталактитами и сталагмитами. Общая протяженность пещеры около 20 километров (рис. 55). Недалеко расположена еще одна крупная пещера — Шкоцьянска Яма, которая отличается слабым развитием натечных форм, но ярко выраженной разрушительной деятельностью подземной реки и суровостью подземного ландшафта. М. Шварцбах в книге "Великие памятники природы" так пишет о ней: "Узкая тропинка в пещере лепится по высоким крутым местам, нависающим скалистым обрывом извилистого каньона, слабо освещенная электрическими лампочками, отбрасывающими призрачные тени, снизу из темноты доносится только непрерывный гул бурной реки. На головокружительной высоте, в 70 метрах над кипя­щим потоком, по узкому мостику можно перейти на другую сторону мрачной бездны. Более фантастическое путешествие по подземно­му карсту трудно себе представить".

Неподвижный влажный воздух пещер, постоянно низкая тем­пература способствуют кристаллизации кальцита, гипса, соединений серы, железа и других включений. В таких условиях возникают ред­кие новообразования —- тончайшие "каменные цветы", пещерный "жемчуг", а в ледяных пещерах — крупные кристаллы льда или их скопления.

По климату пещеры делятся на проходные, температуры в которых различны зимой и летом, холодные и теплые. Холодные пещеры имеют один выход, расположенный выше самой подземной полости. Зимний плотный воздух занимает нижнюю часть пещеры, вызывает замерзание воды, и держится весь год. В теплых пещерах выходное отверстие лежит ниже ее основной полости и летний теп­лый воздух легко вытесняет из нее холодный зимний.

Изучение пещер представляет большой интерес для археоло­гов, так как в них часто обнаруживаются остатки стоянок человека каменного века. На стенах нередко сохраняются рисунки — изобра­жения мамонта, шерстистого носорога и других животных. Пещеры заселены своеобразными животными и низшими растениями, при­способившимися к жизни в полной темноте. Наиболее известен полностью лишенный пигмента представитель земноводных — про­тей, а также колонии летучих мышей, для которых пещеры служат местом дневного отдыха.

Самая крупная в мире многоярусная пещера — Мамонтова, расположена в штате Кентукки в США. Ее общая протяженность более 200 километров. В Западной Европе, кроме Словении, пещеры имеются в Болгарии (Магура, Снежана), Чехии (Мацоха), Венгрии (Барадла). Известны пещеры известняковых Альп (Гутенберга, Ту­манная), Пиренеев.

В СНГ наиболее крупная ледяная пещера — Кунгурская, на­ходится на берегу реки Сылвы (Западное Предуралье). На базе ее работает стационар Уральского филиала АН России. Многочислен­ны— пещеры меньших размеров (Дивья на реке Колве, Игнатьевс-кая на реке Сим, Капова на реке Белой). В Поволжье известностью пользуется Барнуковская пещера. Крупные пещеры открыты на Кавказе и в Крыму. В известняковом Кавказе известны пещеры Снежная, Воронцовская, Псекупская, Афонская, Сатаплийская. Наи­более крупные пещеры горного Крыма — Бин-башхоба (тысячеголовая), Суук-хоба, Туакская, Большой Бузлук. Пещеры имеются в юго-восточной Туркмении (Карлюкская), восточной Фергане (Чиль-Устунская), Казахстане (Карасайская), на Алтае (Таллинская), в Сибири (Балаганская, Худугунская).