Владимир Мальцев - Пещера мечты. Пещера судьбы

С термином самого верхнего уровня разобрались. Теперь разберемся с последовательностью. Здесь несколько проще — можно идти по пути природы. Кроме нескольких редчайших исключений, все, что растет в пещере, — растет из водных растворов. А по мере развития пещеры количество воды в ней постепенно уменьшается: сначала пещера затоплена целиком, потом остаются реки, потом — капель и лужи, потом — свободная вода исчезает, но остается связанная капиллярными силами, наконец — исчезает и она. То есть имеется заданная последовательность смены состояния среды кристаллизации — то, что и задает основную иерархию натеков. Разумеется, не все в природе линейно — во многих пещерах эта последовательность возникает неоднократно, причем на одних циклах она полная, на других — частичная, но особой роли это уже не играет.

Первой «остановкой» на нашей цепочке будет пещера, затопленная целиком. Как известно из обычной минералогии, в полостях, целиком залитых питающим раствором, могут расти либо друзы кристаллов, либо друзы расщепленных кристаллов (обычно сферолитов). Рост сферолитов вместо кристаллов может возникать либо из-за примесей в растворе (как химических, так и механических), либо из-за высокой степени пересыщения. Друзы сферолитов (или сферолитовые корки) чаще всего называют почками — потому, что аналогия во внешнем облике со свиными почками возникает сразу. Друза — агрегат характерный. Кристаллозародыши, вначале хаотично нарастающие на субстрат, при росте стесняют друг друга, и — в их соревновании «выживают» только индивиды, направленные осью наискорейшего роста перпендикулярно поверхности. Этот конкурентный механизм, сразу отметим — лишь один из многих возможных — называется геометрическим отбором.

В принципе каждый минеральный агрегат растет на фоне так или иначе организованной конкуренции между слагающими его индивидами. При этом механизмы конкурентного отбора «консервируются» в структуре и текстуре агрегата, и — позволяют очень точно «вычислить» материнскую среду роста. Потому что в этом механизме всегда отображается структура массопереноса питающей среды. Если мы видим геометрический отбор в чистом виде, без всяких выделенных направлений, тенденций к ветвлению и др., - значит, массоперенос в материнской среде организуется исключительно путем диффузии. То есть — мы имеем дело со статичным раствором.

Красиво и здорово — но не для пещер. В общем случае. Потому, что в общем случае в затопленных пещерах может расти только минерал кальцит. А кальцит — минерал хитрый. Будучи по составу карбонатом кальция, он сам по себе в воде практически не растворим, а вот если в доступности найдется углекислый газ — расклад уже другой. Карбонат в реакции с водой и углекислым газом переходит в бикарбонат, растворимость которого выше на несколько порядков. При кристаллизации происходит обратный процесс — раствор должен иметь контакт с воздухом, содержащим меньше углекислого газа, чем было при создании раствора. Тогда и только тогда начнется дегазация — и начнет расти кальцит. Разумеется, все это верно для обычных температур. Для горячих растворов все по-другому.

Осмыслим. Скорость диффузии в неподвижном растворе мала, поэтому в обычной затопленной пещере кристаллизация кальцита не может происходить глубже нескольких метров под зеркалом воды (которое обязано присутствовать) — не позволит скорость газообмена. И потому — если мы видим друзы крупных кристаллов кальцита, целиком покрывающие затопленную галерею, — можно поручиться, что они выросли из когда-то затоплявших пещеру глубинных горячих вод. И то же самое — с друзами малорастворимых минералов.

Теперь пора взять назад оговорку насчет общего случая. Прорывы гидротермальных растворов в пещеры — явление не такое уж и редкое, и в Кап-Кутане мы видим следы подобных процессов в изобилии. Выраженные в реликтах почти растворенных друз кальцита с кристаллами размером до метра и флюорита с кристаллами размером до пятнадцати сантиметров.

И — в порядке лирического отступления — можно припомнить, сколько копий было сломано (да и сейчас ломается) в спорах, не являются ли натеки в той или иной пещере термальными. Непосредственно это определить не так просто. То есть, технология замера температуры кристаллизации по газово-жидким включениям известна давно. Но — пару лет назад выяснилось, что с такими минералами, как кальцит и флюорит (с их высокой спайностью), — необходима и специальная технология подготовки препаратов, иначе анализ покажет год рождения бабушки. А просто посмотрев в лупу на механизм отбора и прикинув глубину под поверхностью — в трех четвертях случаев вопрос можно решить мгновенно и однозначно.

Пока — в одну сторону. То есть — установить термальность. В обратную — установить «холодное» образование — тоже можно, хоть и несколько реже. Исследовав в ту же лупу уже не закономерности срастания кристаллов, а сами кристаллы. Рост в приповерхностной зоне озер (а озера в пещерах почти всегда «холодные» — термальные раствор, как правило, заполняет пещеру целиком) имеет интересную особенность. Конвективные течения, удаляющие углекислый газ, резко ослабляются в зазорах между растущими кристаллами. Возникает конфликт между способностью кристалла к быстрому росту (общее пересыщение) и способностью среды к поддержке этого быстрого роста (скорость конвекции). Получается быстрый рост, но с малым отложением материала — то есть рост по остриям вершин и ребер, но не по плоскостям граней. Вроде роста сорной травы, которая для победы в условиях жесткой конкуренции за почву становится тонкой и ветвистой. И результат подобного роста — так называемые скелетные кристаллы. Каждый кристалл оказывается построен из тонких иголок и пластинок строго по его ребрам и граням. Если кальцитовая друза оказывается состоящей из скелетных кристаллов, то почти наверняка она выросла в приповерхностной зоне холодного озера. Кроме того — если убрать лупу в карман и взглянуть пошире — сразу становится видно быстрое убывание толщины друзовой корки по мере удаления от поверхности воды в озере.

А дабы не создалось впечатления, что разобраться можно всегда и легко — приведу пример с пещерой Фата-Моргана, расположенной на соседнем с Кугитангом хребтике. И — с тем самым Степановым. Заметившим в пещере крупнокристаллический друзняк гипса и объявившим о таком неслыханном чуде природы, как рост гипса в гидротермальной пещере. Как позже выяснил Белаковский, гипсовые друзы оказались действительно выросшими из горячих растворов, но — безо всякого гидротермального процесса в пещере. Да и природа оказалась ни при чем. А при чем оказался тогда еще экспериментальный метод добычи серы из Гаурдакского месторождения подземной выплавкой. Вместо проходки карьера бурили несколько скважин, в одну закачивали кипяток, а из соседних — откачивали водно-серную эмульсию. И когда закачную скважину умудрились зафитилить прямо в пещеру, не заметить этого и недельку гнать в нее кипяток — в пещере появилась удивительная и даже поразительная минералогия.