Юрий Лобанов - Уральские пещеры

Спелеологи знают, как удивительно разнообразны пещеры. А объясняется это различием геологических и климатических условий их образования. И все же многие пещеры схожи между собой по очертаниям, по характеру отложений. Это позволяет навести некоторый порядок в огромном спелеологическом материале — классифицировать его и попытаться объяснить форму полостей.

Известна морфогенетическая классификация карстовых полостей профессора В. Н. Дублянского и Ю. И. Шутова (9). Наша классификация (таблица) расширяет ее. Все полости разбиваются на два типа, различающихся прежде всего скоростью движения подземных вод. Для одних характерно быстрое движение вод, доходящее до 10-1000 м/ч и более. Это полости речного типа. По их галереям текут создавшие их подземные реки. Они возникают тогда, когда даже на ранней стадии развития карстовой системы пропускная способность понора и подземных пустот выше, чем расход воды в поверхностном ручье или реке. Чаще всего это бывает при небольшом расходе воды поверхностного водотока или при больших скоростях движения подземных вод, когда перепад высот понора к дрены значительный. Это чаще всего характерно для горных районов. В карстовые полости речного типа превращаются лишь небольшие участки отдельных трещин, участвующих в их образовании.

Классификация пещер

Развитая карстовая система речного типа состоит обычно из участков нисходящей, горизонтальной и сифонной циркуляции вод. Однако спелеологам пройти всю систему от понора до источника почти никогда не удается. Обычно доступны лишь отдельные части карстовой системы. В классификации мы рассматриваем их как подтипы, относящиеся к тем или иным зонам циркуляции вод. Нередки, однако, случаи, когда пещера или пещерная система расположена лишь в одной из зон гидродинамической циркуляции вод. Такова пещера Калкаман-Тишек на реке Белой, где из-за близости магистральной реки не сформировалась зона горизонтальной циркуляции. Может в пещере отсутствовать и зона нисходящей циркуляции, если перепад уровней между понором и источником невелик, как в Шемахинской системе.

Особенностью пещер речного типа, расположенных в зоне нисходящей циркуляции вод, является вытянутая вверх форма поперечных сечений галерей. Высота их обычно значительно больше ширины. Вертикальные участки таких пещер представляют собой, как правило, каскады следующих друг за другом колодцев. Это придает им ступенчатый продольный профиль. Возраст таких участков одинаков на всем протяжении от входа до уровня древней или современной дрены.

Особенностью пещер, относящихся к зоне горизонтальной циркуляции, является коридорное строение, ширина и высота их галерей обычно одинаковы. В них встречаются речные отложения — песок, галька, глина, а также заметны следы потоков на стенах и сводах. Уровни галерей в пещерах этой зоны соответствуют террасам магистральной реки. "Выходом" такой карстовой системы речного типа является горизонтальная пещера-источник, свободно изливающая на поверхность воды подземной реки (например, Шемахинская-1).

Нередко выходной участок карстовой системы лежит в зоне сифонной циркуляции карстового массива. Полость близ места разгрузки углубляется значительно ниже уровня магистральной реки и затем поднимается к ней наклонно или вертикально. Таковы источники Башкирии: гигантский Красный Ключ, Сукурай в Кутукском урочище, Шульган у Каповой пещеры. В соответствии с этим можно выделить подтипы восходящей (по течению) пещеры-источника и восходящей шахты-источника.

Основным процессом, ведущим к образованию карстовых полостей речного типа, является коррозия. Однако важную роль играет и процесс эрозии, так как поток всегда влечет массу частиц леска, истирающих стенки пещеры. Если скорости потока велики, возможен из-за завихрений в водном потоке кавитационный износ стен. Свидетельством этого, по-видимому, является "ребристый рельеф" на стенах пещеры.

Совершенно иначе формируются полости озерного типа. Они возникают, когда пропускная способность поноров и подземных пустот меньше, чем расход воды в поверхностном водотоке — крупной реке, или скорость движения подземных вод мала из-за незначительного перепада высоты между понором и дреной. В этих случаях возникает множество равноценных путей фильтрации подземных вод по трещинам. Скорость их движения незначительна (менее 10 м/ч), и поэтому пещеры формируются благодаря лишь коррозии вмещающих пород в течение всего периода активной "жизни" полости.

В различных условиях образуются разные полости.

К зонам горизонтальной и сифонной циркуляции относятся периодически подтопляемые пещеры. При паводковом (например, весеннем) подъеме воды в реке поднимается вода и в подземных озерах (за счет притока ее в массив по сифонным каналам). "Свежие" порции воды растворяют часть вмещающей породы и затем выносят ее в реку, когда вода в ней спадает. В результате объем пещеры увеличивается. Наиболее изученной пещерой этого подтипа на Урале является Кунгурская ледяная, где, по данным Е. П. Дорофеева, подъем воды в озерах в паводок достигает 2 м, а скорость ее движения 6 м/ч.

При перетоке вод магистральной реки по трещинам карстового массива либо в соседнюю долину, либо параллельно руслу (например, пещера Максимовича) образуются переточные пещеры. Они формируются медленным, но постоянным водообменом в подземных озерах.

В этих случаях коррозия действует на все тектонические трещины в карстующемся массиве. В результате образуются гигантские по общей протяженности пещеры с неширокими и невысокими галереями и залами. Так, протяженность пещер Озерной и Оптимистической в Подолии превышает 100 м. Такие пещеры обычно имеют решетчатое, лабиринтовое строение, почти полностью горизонтальны независимо от направления падения пластов вмещающих пород, в них нет речных отложений, и уровень этажей пещеры соответствует террасам магистральной реки.

В зоне нисходящей циркуляции пещеры озерного типа бывают также двух разновидностей. Затопляемые мешкообразные пещеры состоят из одного или нескольких больших или даже огромных горизонтальных залов длиной до 100 м и более. Они формируются в результате коррозии, когда инфлюационные воды, периодически попадающие в полость, затем медленно просачиваются через трещины к магистральной реке. Развитие таких пещер возможно лишь при условии, что вода в трещины под полостью проникает уже полностью насыщенной и лишенной агрессивности. Это может быть при застое вод в пещере. По-видимому, важную роль в замедлении инфильтрации играет защитный глиняный чехол на дне полости. Благодаря ему коррозия на дне и стенках полости идет равномерно, и ширина и высота залов мешкообразных пещер почти одинакова. Они образуются по единичным тектоническим трещинам, в отношении которых создались благоприятные условия втекания поверхностных вод. На Урале чаще всего дно залов мешкообразных пещер лежит ненамного ниже входа в пещеру (пещеры Кутукская-1, Аскинская, Закурышская и др.), однако входная часть может быть и довольно глубокой. Это относится и к Новоафонской пещере, гигантские залы которой сформировались, по нашему мнению, за счет коррозии известняка застойными водами. Недавно в один из паводков вода в озерах этой пещеры сильно поднялась (до 25 м). Из тоннеля, по которому экскурсанты попадают в пещеру, изливалась мощная подземная река, серьезно повредившая оборудование. Когда вода спала, затопленные во время паводка пешеходные дорожки пришлось очищать от слоя осевшей глины.