Владимир Мальцев - Пещера мечты. Пещера судьбы

То, что жемчуг часто находили там, где ручья нет, а только капель, было известно давно, но в расчет практически не принималось. Просто вместо слова «ручеек» стали употреблять «ручеек или капель». А именно капель и оказалась единственным фактором.

Когда мы заинтересовались этой проблемой, то концепцию ручейка исключили из вышеизложенных соображений сразу. Остались падающие капли, которые падают как в изолированные ванночки, так и в ванночки на ручьях. Капли в пещерах падают практически везде. Элементарный расчет энергии показал, что падения капли с высоты всего двух-трех метров вполне достаточно, чтобы произвести в такой несжимаемой среде как вода, сотрясение, достаточное для отрыва от субстрата начавшей прирастать жемчужины размером даже более сантиметра.

Несколько сложнее было с механизмом передачи энергии. Энергия капли делится на пять составляющих — энергию брызг, акустической волны (продольной), поверхностной волны (поперечной), ламинарных потоков и турбулентных потоков. То, что только волны, причем только акустические, могли донести энергию на требуемое расстояние и глубину и передать ее жемчужине без создания излишней турбулентности, было совершенно очевидно. Но — очевидность еще не означает истинности. Нужно было доказать, что они получают достаточную часть общей энергии. Смешно, но общего решения сей тривиальной задачи в современной физике не обнаружилось. Зато — в одной из книг по фотографии обнаружилась реклама новой аппаратуры скоростной съемки, на которой в качестве иллюстрации возможностей приводилась серия фотографий этапов падения капли красной воды в стакан с синей водой. И просто замерив хорошо видимые на фотографиях высоты разлета брызг и фронты течений и волн, мы получили все нужные соотношения даже не прибегая к высшей математике.

Вот мы и добрались до того состояния пещеры, при котором вода уже только капает и струится по стенам — состояния, образующего «классическую пещеру» со сталактитами и сталагмитами, столь любимыми в большинстве классификаций и популярной литературы. На первый взгляд разнообразие форм здесь грандиозно — это и покровные коры, и разнообразные сталактиты подчас многометровой длины, и сталагмиты, и всевозможные драпировки и занавеси. И в то же время структурно все это практически одно и то же — сферолитовая корка, загнанная геометрией потоков в разные формы. И главное отличие от форм подводной кристаллизации состоит в том, что там толщина коры постоянная, а здесь — переменная. Каждая струйка воды имеет свою специфику стекания, образуя совершенно индивидуальной формы сталактит или драпировку.

Разумеется, есть и другие отличия. Вызванные участием уже знакомой нам механики. Если капель и струйки сильны — появляется турбулентность, и — вместо структурированных сталактитов появляются туфовые. Между прочим, практически все гигантские натеки в основной массе приспособленных к туризму пещер относятся к этому типу — и потому у них нет ни чистоты, ни прозрачности, ни звонкости.

Но и при медленном поступлении воды без механики не обходится. Присмотримся к любому чистому сталактиту, лучше — к так называемой «макаронине», тонкому и почти прозрачному трубчатому образованию. На первый взгляд все просто. Вода поступает из дырочки в потолке, вокруг дырочки начинается кристаллизация, постепенно геометрический отбор уменьшает количество кристаллов, и — остается единственный кристалл в форме тонкостенной трубочки. Собственно, до самого недавнего прошлого их рост именно так и трактовался. Только вот почему дырочка в потолке всегда оказывается именно в той точке, откуда воде удобно капать? Статистически не проходит. Достанем лупу и внимательно посмотрим на кончик сталактита. Ага На кончике-то не грани головки, а целая поросль уже знакомых нам скелетных кристаллов, свидетельствующих о разбалансированной среде кристаллизации. Откуда дисбаланс степени насыщения и скорости перемешивания? Из той же механики — гидродинамический удар при отрыве капли. А монокристаллическое тело трубочки? Оттуда же. Пульсация давления в канале, вызываемая отрывом капель, вызывает собирательную перекристаллизацию — растворение мелких кристаллов с одновременным ростом крупных. Вот и получилась вся структура сталактита. А куда делось питание по каналу? Да оно просто не нужно — центральный канал сталактита есть не причина, а следствие. Кстати, можно заметить, что диаметр трубки — прекрасный индикатор изменения состава растворов. Ничтожные вариации отображаются в поверхностном натяжении, которое контролирует диаметр капли — и трубка заметно меняет свой диаметр. Между прочим — пора восстановить некоторую справедливость, а то уж больно получается, что всех ругаю, а себя хвалю. Так вот на тему макарон — в первом черновике этой главы я привел именно ту теорию, которую сейчас и раздолбал. И подобных мест в этой главе, где трактовка с момента написания первого черновика изменилась радикально — не менее четырех. Собственно, именно из нежелания пичкать читателя устаревшими представлениями, эта глава — единственная во всей книге — практически полностью переписана в последний момент перед печатью. Хотя — как там у Савченко сказано в «советах начинающему гению»? Кажется, так: «Не спеши объяснять другим то, что сам только что понял: ты понял далеко не все». Проигнорирую. Ибо гениев здесь нет, а у него же сказано: «Доставляет удовольствие еще раз вникнуть в дело, растолковывая его другому».

На сталагмитах происходит примерно то же самое: рост мелких скелетных кристаллов на ударах капли с их последующей перекристаллизацией. Но здесь перекристаллизация уже устроена по-другому, так как может происходить только на поверхности — у сталагмита нет канала. И потому при перекристаллизации возникает ориентированный геометрический отбор, при котором лучше выживают вертикальные индивиды. И — достаточно высокий и тонкий сталагмит, начиная с некоторой высоты, тоже становится монокристаллическим.

Сталактиты и сталагмиты, несмотря на свою очевидную простоту, вообще чрезвычайно поучительны в смысле всевозможных заблуждений. Один пример я уже привел, приведу и второй. Если кто уже читал что о пещерах, даже в специальной литературе, — помнит наверняка. На потолке растет сталактит, на полу под ним — сталагмит, дорастая друг до друга, они срастаются, и получается колонна — сталагнат. Опять вопрос на засыпку: а почему же там, где растут самые крупные сталагмиты, никаких сталактитов над ними нет и в помине? И наоборот — под макаронами не бывает сталагмитов. Тот же Максимович, классификацию которого я охаял, еще в шестидесятых додумался померить расходы воды — и обнаружил, что сталактиты растут при меньших расходах, чем сталагмиты. Причем — и для тех и для других есть жесткая корреляция формы с интенсивностью питания. По мере убывания интенсивности выстраиваются сталагмиты-холмы, потом сталагмиты-пагоды, потом сталагмиты-палки, дальше идут конические сталактиты, и наконец — макароны. Остается лишь добавить, что сталагмиты первых двух типов — туфовые, и часть конических сталактитов — тоже. Так вот до сих пор практически везде описывается опровергнутая схема с одновременным ростом. И — на экскурсионных маршрутах в оборудованных пещерах предлагается представить себе, за какой срок мог вырасти вот этот вот десятиметровый сталагмит из тех вон изредка падающих капель. А из капель-то в действительности вырос только крошечный сталактитик над ним. Сам же сталагмит давно прекратил свой рост, а когда рос — с потолка шла довольно мощная струя.