Пещеры. Их образование. Образование и развитие пещер Какие природные процессы способствуют образованию пещер

Прежде чем ответить на вопрос «Как образуются пещеры?», нужно уяснить, что же такое пещеры, и какими они бывают.

Пещеры - это пустые пространства в скальных породах под землей или под водой, а также над землей. Пещеры бывают сквозные с несколькими отверстиями или с одним. Они разделяются на горизонтальные, вертикальные, а также наклонные и одноуровневые или многоуровневые. Размерами пещеры также разнятся. Бывает так, что пещера тянется многие километры, поднимается или опускается даже под воду подземной реки. Но самое главное отличие одной пещеры от другой – это материал, из которой они состоят, и то, каким образом они образовались.

Итак, самая большая группа пещер – это Карстовые. Они делятся на мраморные, соляные, кристаллические, гипсовые и известняковые пещеры, а также другие. Такие пещеры образуются благодаря растворению в воде разных горных пород, и многие из них имеют свои сталактиты и сталагмиты.

Эволюционисты утверждают, что главный фактор, образующий эти пещеры, – это грунтовые воды, насыщенные углекислотой, которые просачиваются сквозь трещины вдоль пластов известняка. Этот процесс, по их мнению, занимает миллионы лет. Но недавно стал известен еще один фактор, который значительно быстрее вымывает пещеры – это серная кислота.

Также есть эрозийные пещеры водой (вдоль береговой линии), которые механически вымываются водой с крупными крупинками песка, осколков камней и др. Тектонические пещеры образуются в бортах рек в местах тектонических разломов.

Вулканические пещеры появляются при извержении вулканов, когда лава застывает, создавая своеобразную трубу, по которой дальше течет, образуя пустоты. Пещеры в жерлах вулканов также являются вулканическими. Во времена глобального потопа, названного в Библии Ноевым Потопом, происходила всемирная вулканическая активность, в следствии чего очень быстро образовалось множество пещер такого типа.

Пещера - полость в верхней части земной коры, сообщающаяся с поверхностью одним или несколькими входными отверстиями. Другое определение: пещера - естественная подземная полость, доступная для проникновения человека, имеющая не освещенные солнечным светом части и длину (глубину) больше, чем два других измерения. Наиболее крупные пещеры - сложные системы проходов и залов, нередко суммарной протяженностью до нескольких десятков километров. Пещеры - объект изучения спелеологии. Немалый вклад в изучение пещер делают спелеотуристы.

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

Пещеры по происхождению

Карстовые пещеры

Таких пещер большинство. Именно карстовые пещеры имеют наибольшую протяжённость и глубину. Карстовые пещеры образуются вследствие растворения пород водой, поэтому они встречаются только там, где залегают растворимые породы: известняк, мрамор, доломит, мел, а также гипс и соль. Известняк, а тем более мрамор, растворяется чистой дистиллированной водой очень плохо. В несколько раз растворимость повышается, если в воде присутствует растворённый углекислый газ (а он всегда присутствует в природной воде), 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 прослеживаются на поверхности. Также, 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.

Множество карстовых пещер представляют собой реликтовые системы: водный поток, образовавший пещеру, ушёл из неё вследствие изменения рельефа либо на более глубокие уровни (из-за понижения локального базиса эрозии - дна соседствующих речных долин), либо перестал попадать в пещеру из-за изменения поверхностного водосбора, после чего пещера проходит различные фазы старения. Очень часто изученные пещеры представляют собой маленькие фрагменты древней пещерной системы, вскрытые разрушением вмещающих горных массивов.

Эволюция карстовых процессов и их химизм таковы, что часто вода, растворив минеральные вещества горных пород (карбонаты, сульфаты), через некоторое время откладывает их на сводах и стенах пещер в виде массивных кор толщиной до метра и более (пещерный мраморный оникс) или особенных для каждой пещеры ансамблей минеральных агрегатов пещер, образуя сталактиты, сталагмиты, геликтиты, драпировки и иные специфические карстовые минеральные формы - натёчные образования.

В последнее время всё больше пещер открывается в породах, традиционно считавшихся некарстующимися. Например, в песчаниках и кварцитах столовых гор тепуи Южной Америки были открыты пещеры Абисмо Гай Коллет глубиной −671 м (2006 г), Куэва Охос де Кристал (Cueva Ojos de Cristal) протяжённостью 16 км (2009 г). По всей видимости, эти пещеры имеют также карстовое происхождение. В жарком тропическом климате при определённых условиях кварцит может растворяться водой.

Другим экзотическим примером образования карстовых пещер может служить очень протяжённая и глубочайшая в материковой части США пещера Лечугия (и другие пещеры Карлсбадского национального парка). По современной гипотезе, она образовалась растворением известняков восходящими термальными водами, насыщенными серной кислотой.

Тектонические пещеры

Такие пещеры могут возникать в любых породах в результате образования тектонических разломов. Как правило, такие пещеры встречаются в бортах глубоко врезанных в плоскогорье речных долин, когда огромные массивы породы откалываются от бортов, образуя трещины отседания (шерлопы). Трещины отседания обычно с глубиной сходятся клином. Чаще всего они заваливаются рыхлыми отложениями с поверхности массива, но иногда образуют довольно глубокие вертикальные пещеры глубиной до 100 м. Шерлопы широко распространены в Восточной Сибири. Изучены они сравнительно слабо и, вероятно, встречаются весьма часто.

Эрозионные пещеры

Пещеры, образуемые в нерастворимых породах за счёт механической эрозии, то есть проработанные водой, содержащей крупинки твёрдого материала. Часто такие пещеры образуются на берегу моря под действием прибоя, но они невелики. Однако, возможно образование и пещер, проработанных по первичным тектоническим трещинам уходящими под землю ручьями. Известны довольно крупные (сотни метров длиной) эрозионные пещеры, образованные в песчаниках и даже гранитах. Примерами крупных эрозионных пещер могут быть T.S.O.D. (Touchy Sword of Damocles) Cave в габбро (4 км/−51 м, Нью-Йорк), Bat Cave в гнейсах (1.7 км, Северная Каролина), Upper Millerton Lake Cave в гранитах (Калифорния).

Ледниковые пещеры

Пещеры, образуемые в теле ледников талой водой. Такие пещеры встречаются на многих ледниках. Талые ледниковые воды поглощаются телом ледника по крупным трещинам или на пересечении трещин, образуя ходы, иногда проходимые для человека. Длина таких пещер может составлять несколько сот метров, глубина - до 100 м и более. В 1993 г. в Гренландии был обнаружен и исследован гигантский ледниковый колодец «Изортог» глубиной 173 м, приток воды летом в него составлял 30 м³ и более.

Ещё один тип ледниковых пещер - пещеры, образуемые в леднике в месте выхода внутриледниковых и подледниковых вод на краю ледников. Талые воды в таких пещерах могут течь как по ложу ледника, так и по ледниковому льду.

Особый тип ледниковых пещер - пещеры, образуемые в ледниках в месте выхода расположенных под ледником подземных термальных вод. Горячая вода способна проделывать объёмные галереи, однако такие пещеры залегают не в самом леднике, а под ним, поскольку лёд проплавляется снизу. Термальные ледниковые пещеры встречаются в Исландии, Гренландии и достигают значительных размеров.

Вулканические пещеры

Эти пещеры возникают при извержениях вулканов. Поток лавы, остывая, покрывается твёрдой коркой, образуя лавовую трубку, внутри которой по-прежнему течёт расплавленная порода. После того как извержение уже, фактически, закончилось, лава вытекает из трубки с нижнего конца, а внутри трубки остаётся полость. Понятно, что лавовые пещеры залегают на самой поверхности, и часто кровля обваливается. Однако, как оказалось, лавовые пещеры могут достигать очень больших размеров, вплоть до 65.6 км длины и 1100 м глубины (пещера Казумура, Гавайские острова).

Кроме лавовых трубок существуют вертикальные вулканические пещеры - жерла вулканов.

Пещеры по типу вмещающих пород

Самая протяжённая в мире Мамонтова пещера (США) - карстовая, заложена в известняках. Она имеет суммарную протяжённость ходов более 600 км. Самая протяжённая пещера России - пещера Ботовская, свыше 60 км длиной, заложена в относительно тонком пласте известняков, зажатом между песчаников, находится в Иркутской области, бассейн р. Лены. Немного уступает ей Большая Орешная - длиннейшая в мире карстовая пещера в конгломератах в Красноярском крае. Самая протяжённая пещера в гипсах - Оптимистическая, на Украине, протяжённостью более 230 км. Образование таких протяжённых пещер в гипсах связано с особым расположением пород: пласты гипса, вмещающие пещеру, перекрыты сверху известняками, за счёт чего своды не обрушиваются. Известны пещеры в каменной соли, в ледниках, в застывшей лаве и т. п.

Пещеры по размерам

Самые глубокие пещеры планеты тоже карстовые: Крубера-Воронья (до −2196 м), Снежная (−1753 м) в Абхазии. В России глубже всех пещера Горло Барлога (−900 м) в Карачаево-Черкесии. Все эти рекорды непрерывно меняются, неизменно лишь одно: лидируют карстовые пещеры.

Самые глубокие пещеры мира

Глубиной пещеры называют разность высот между входом (самым верхним из входов, если их несколько) и самой нижней точкой пещеры. Если в пещере существуют ходы, расположенные выше входа, используют понятие амплитуды - разность уровней между низшей и высшей точкой пещеры. Согласно оценкам, максимальная глубина залегания ходов пещер под поверхностью (не путать с глубиной пещеры!) может составлять не более 3000 метров: глубже любую пещеру раздавит вес вышележащих горных пород. Для карстовых пещер максимальная глубина залегания определяется базисом карстования (нижним пределом карстовых процессов, совпадающим с основанием толщи известняка), который может быть ниже базиса эрозии благодаря наличию сифонных каналов. Самой глубокой пещерой, в настоящее время является пещера Крубера-Воронья глубиной 2196 м, это первая и единственная пещера, перешагнувшая рубеж в 2 км. Первой обследованной пещерой глубиной более 1000 метров стала французская пропасть Берже, считавшаяся самой глубокой в мире с открытия в 1953 году до 1963 года.

		Глубина, м		Местоположение
1	Крубера-Воронья
2
3
4	Лампрехтсофен
5	Мирольда
6	Жан-Бернар
7	Торка-дель-Серро
8	Пантюхинская
9	Сима де ла Корниза
10				Словения

Самые протяжённые пещеры мира

			Глубина, м	Местоположение
1	Мамонтова
2
3	Окс-Бель-Ха
4	Оптимистическая
5
6
7	Сак-Актун
8				Швейцария
9	Фишер-Ридж
10	Гуа-Эир-Джерних			Малайзия

Содержимое пещер

Спелеофауна

Хотя живой мир пещер, как правило, не очень богат (исключая привходовую часть, куда попадает солнечный свет), тем не менее, некоторые животные обитают именно в пещерах или даже только в пещерах. Прежде всего, это летучие мыши, многие их виды используют пещеры как ежедневное укрытие или для зимовки. Причём летучие мыши залетают подчас в весьма удалённые и труднодоступные уголки, прекрасно ориентируясь в узких лабиринтовых ходах.

Помимо летучих мышей, в некоторых пещерах в районах с тёплым климатом обитают несколько видов насекомых, пауки (Neoleptoneta myopica), креветки (Palaemonias alabamae) и другие ракообразные, саламандры и рыбы (Amblyopsidae). Пещерные виды адаптируются к полной темноте, причем многие из них утрачивают органы зрения и пигментацию. Зачастую эти виды очень редкие, многие из них эндемики.

Археологические находки

Первобытные люди использовали пещеры по всему миру в качестве жилища. Ещё чаще в пещерах селились животные. Множество животных погибло в пещерах-ловушках, начинающихся с отвесных колодцев. Крайне медленная эволюция пещер, постоянный их климат, защищённость от внешнего мира сохранили до нас огромное количество археологических находок. Это пыльца ископаемых растений, кости давно вымерших животных (пещерный медведь, пещерная гиена, мамонт, шерстистый носорог), наскальные рисунки древних людей (пещеры Капова на Южном Урале, Дивья на Северном Урале, Тузуксу в Кузнецком Алатау, Ниах-Кейвз в Малайзии), орудия их труда (пп. Страшная, Окладникова, Каминная на Алтае), человеческие останки разных культур, в том числе неандертальцев, возрастом до 50-200 тысяч лет (пещера Тешик-Таш в Узбекистане, Денисова пещера на Алтае, Кро-Маньон во Франции и многие другие).

Пещеры, возможно, играли роль современных кинотеатров.

Вода в пещерах

Вода, как правило, находится во многих пещерах, а карстовые пещеры обязаны ей своим происхождением. В пещерах можно встретить конденсатные плёнки, капель, ручьи и реки, озёра и водопады. Сифоны в пещерах существенно усложняют прохождение, требуют специального снаряжения и особой подготовки. Нередко встречаются подводные пещеры. В привходовых участках пещер вода часто присутствует в замёрзшем состоянии, в виде ледяных отложений, часто очень значительных и многолетних.

Воздух в пещерах

В большинстве пещер воздух пригоден для дыхания вследствие естественной циркуляции, хотя встречаются пещеры, в которых находиться можно только в противогазах. Например, воздух могут отравить залежи гуано. Однако в подавляющем большинстве природных пещер воздухообмен с поверхностью достаточно интенсивен. Причинами движения воздуха чаще всего служит разность температур в пещере и на поверхности, поэтому направление и интенсивность циркуляции зависят от времени года и погодных условий. В крупных полостях движение воздуха столь интенсивно, что превращается в ветер. По этой причине тяга воздуха является одним из важных признаков при поиске новых пещер.

Отложения пещер

Различают механические (глина, песок, галька, глыбы) и хемогенные отложения (сталактиты, сталагмиты и т. п.). В пещерных системах с активным водотоком, как правило, механические отложения представлены в виде глыбовых завалов, часто очень больших объёмов, образующихся вследствие обрушения свода ходов, которые образует растворением поток воды. Завалы представляют сложность для прохождения, и опасность, поскольку равновесие глыбового завала часто неустойчивое. Глиняные отложения широко представлены в галереях, которые покинул активный водоток, выносивший механически нерастворимые частички породы. В известняке, вмещающем пещеру, растворимым компонентом является карбонат кальция, который составляет, зачастую, всего около 50 % породы. Остальные минералы, как правило, нерастворимы, и если вода, растворяющая породу, представлена в виде капели, инфильтрата, с малым расходом воды, неспособным обеспечить механический перенос частиц, начинается накопление глиняных отложений. Очень часто древние проходы полностью перекрываются глиной.

Хемогенные отложения (натёчные образования) также обычно украшают древние галереи пещеры, где вода, медленно фильтруясь по трещинам в известняке, насыщается карбонатом кальция, а при попадании её в полости пещеры, из-за небольшого изменения парциального давления водяного пара при отрыве капли, или при падении её на пол, или при возникновении турбулентности при стекании, из насыщенного раствора происходит кристаллизация карбоната кальция в виде кальцита.

Экскурсионные пещеры

Некоторые пещеры оборудованы для посещения экскурсионными группами (т. н. showcaves). Для этого в части пещеры, наиболее просторной и богатой натёчными образованиями, прокладывают пешеходные дорожки, лесенки, мостики, создаётся электрическое освещение; в некоторых случаях, если входная часть пещеры представляет собой технически сложный участок, пробиваются тоннели. На территории бывшего СССР наиболее известны пещеры Мраморная в Крыму, Кунгурская на Урале, Новоафонская в Абхазии.

Пещеры в Солнечной системе

Кроме Земли, пещеры обнаружены на Луне и Марсе. По всей видимости, это вулканические пещеры, древние следы вулканической деятельности.

Искусственные пещеры

Пещеры - подземелья индустриального мира

Под любым крупным городом располагается система подземелий технического назначения: подвалы наземных зданий, метро, система жизнеобеспечения (водопровод, отопление, канализация, электрические и телефонные кабели, оптоволоконная сеть), бомбоубежища, бункеры на случай войны и прочее.

Пещера - как жилище святых аскетов

В пещерах обустраивали жилище многие святые аскеты. Позднее на этих местах основывались монастыри и Лавры:

• Киево-Печерская лавра
• Псково-Печерский монастырь
• Свято-Успенский пещерный монастырь (Крым)
• Холковский монастырь
• Челтер-Коба
• Басарбовский монастырь
• Пещерные церкви в Иваново

Святые аскеты, которые жили в пещерах:

• «И вышел Лот из Сигора и стал жить в горе, и с ним две дочери его, ибо он боялся жить в Сигоре. И жил в пещере, и с ним две дочери его» (Бытие 19.30)
• «И вошел он Пророк Илия там в пещеру и ночевал в ней» (Третья книга Царств 19.9)
• Иларион Киевский
• Антоний Печерский
• Варлаам Печерский

Пещеры-дома

Многие народы устраивали жилища в пещерах, так как их было легко поддерживать в чистоте и сохранять постоянную температуру в течение всего года.

• Каппадокия
• Анасази
• Гуадис
• Сасси Ди Матера

Пещеры лечебные

Во многих лечебных учреждениях работают кабинеты под названием «соляные пещеры». Стены в них выложены кирпичами калийной соли, и пациенты проводят в них некоторое время, слушая музыку и получая лечебный эффект.

Пещеры развлекательные

Известны пещеры ужасов в составе луна-парков, кафе и бары, отделанные под пещеру.

Пещеры в мифологии, мистике и религии.

О символическом и мистическом значении пещер писал В. Г. Иванченко в своей статье «Знак пещеры», опубликованной в журнале «Ориентация».

Пещеры в искусстве, литературе и кинематографии

Пещеры фигурируют во многих фантастических произведениях (причем, как в фэнтези, так и в научной фантастике). Пещеры (точнее бункеры) в научной фантастике в основном выполняют роль убежищ после глобальной катастрофы, сделавшей невозможной жизнь на поверхности. А также пещеры в фэнтези населенны: гномами, кобольдами, гоблинами, драконами, а в русских народных сказках там живет «Хозяйка медной горы», Змей горыныч. В северной мифологии в пещерах живут Сиртя. Одним из самых известных литературных героев, которые попали в пещеры были: Том Сойер вместе с Бекки Тэтчер, Бильбо Бэгинс.

Подземные полости

Помимо пещер, имеющих выход на поверхность и доступных для непосредственного изучения человеком, в земной коре существуют замкнутые подземные полости. Самая глубокая подземная полость (2952 метра) была обнаружена бурением на побережье Кубы. В Родопских горах подземная полость была обнаружена на глубине 2400 метров при бурении. На Черноморском побережье в Гаграх бурением были обнаружены подземные пустоты на глубине до 2300 метров.

(Visited 402 times, 1 visits today)

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

I. Общие сведения о пещерах и карстов

II. Гипотеза о происхождении карстовых районов

III. Условия образования пещер

IV. Типы пещер:

1. Карстовые пещеры

2. Тектонические пещеры

3. Эрозионные пещеры

4. Ледниковые пещеры

5. Лавовая пещера

V. Пещеры на территории Прибайкалья

VI. 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,

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).

Карстовые пещеры – это подземные полости, образовавшиеся и толще земной коры, в районах распространения легкорастворимых карбонатных и галогенных горных пород, подвергаясь выщелачиванию и механическому воздействию, эти породы постепенно разрушаются, что приводит к образованию различных карстовых форм. Среди них наибольший интерес вызывают подземные карстовые формы – пещеры, шахты и колодцы, характеризующиеся иногда весьма сложным строением. Одним из основных условий образования карстовых пещер является наличие карстующихся горных пород, отличающихся значительным литологическим разнообразием. Среди них выделяются карбонатные породы (известняки, доломиты, писчий мел, мраморы), сульфатные (гипсы, ангидриты) и галоидные (каменная, калийная соли). Карстующиеся породы имеют весьма широкое распространение. Во многих местах они перекрываются маломощным чехлом песчано-глинистых отложений или непосредственно выходят на поверхность, что благоприятствует активному развитию карстовых процессов и образованию различных карстовых форм. На интенсивность карстообразования значительное влияние оказывает также мощность пород, их химический состав и особенности залегания.

Вода - строитель карстовых пещер

Как уже говорилось, строителем карстовых пещер является вода . Однако чтобы вода могла растворять горные породы, они должны быть водопроницаемы, т. е. трещиноваты. Трещиноватость пород является одним из основных условий развития карста. Если карбонатный или сульфатный массив монолитен и состоит из твердых разностей пород, лишенных трещиноватости, то он не подвергается воздействию карстовых процессов. Однако такое явление встречается редко, так как известняки, доломиты и гипсы трещиноваты по своей природе. Трещины, рассекающие известняковые массивы, имеют различное происхождение. Выделяют трещины литогенетические, тектонические, механической разгрузки и выветривания . Наиболее распространены тектонические трещины, которые обычно секут различные слои осадочных пород, не преломляясь при переходе из одного слоя в другой и не меняя своей ширины. Тектоническая трещиноватость отличается развитием сложных взаимно перпендикулярных трещин шириной 1–2 мм. Наибольшей раздробленностью и трещиноватостью горные породы характеризуются в зонах тектонических нарушений. Выпадая на поверхность карстующегося массива, атмосферные осадки по трещинам различного происхождения проникают в глубь этого массива. Циркулируя по подземным каналам, вода выщелачивает горную породу, постепенно расширяет подземные проходы и образует иногда громадные гроты. Движущаяся вода является третьим обязательным условием развития карстовых процессов. Без воды, растворяющей и разрушающей горные породы, не было бы карстовых пещер. Вот почему особенности гидрографической сети и своеобразие гидрогеологического режима в значительной мере определяют степень каверзности карстующихся толщ, интенсивность и условия развития подземных полостей.

Дождевые и талые снеговые воды

Основную роль в формировании многих карстовых полостей играют инфильтрационные и инфлюационные дождевые и талые снеговые воды. Такие пещеры – коррозионно-эрозионного происхождения , поскольку разрушение породы происходит как за счет ее химического выщелачивания , так и путем механического размыва. Однако не следует думать, что эти процессы протекают одновременно и непрерывно. На разных стадиях развития пещер и на разных их участках доминирует обычно один из указанных процессов. Образование некоторых пещер целиком связано или с коррозионными, или с эрозионными процессами. Встречаются также нивально-коррозионные пещеры, своим происхождением обязанные деятельности талых снеговых вод в зоне контакта снежной толщи с карстующейся породой. К ним относятся, например, сравнительно неглубокие (до 70 м) вертикальные полости Крыма и Кавказа. Многие пещеры возникли в результате обвала кровли над подземными коррозионно-эрозионными пустотами. Некоторые естественные полости образовались путем выщелачивания горных пород восходящими по трещинам артезианскими, минеральными и термальными водами. Таким образом, карстовые пещеры могут иметь коррозионное, коррозионно-эрозионное, эрозионное, нивальнокоррозионное, коррозионно-гравитационное (провальное), гидротермальное и гетерогенное происхождение.

Конденсационные воды

Помимо инфильтрационных, инфлюационных и напорных вод в образовании пещер определенную роль играют также конденсационные воды, которые, собираясь на стенках и потолке пещер, разъедают их, создавая причудливые узоры. В отличие от подземных ручьев конденсационные воды воздействуют на всю поверхность полости, в связи с чем оказывают наибольшее влияние на морфологию пещер. Особенно благоприятными условиями для конденсации влаги характеризуются небольшие полости, расположенные на значительной глубине от поверхности, поскольку количество конденсационной влаги находится в прямой зависимости от интенсивности воздухообмена и в обратной от объема полости. Наблюдения, проведенные в , показали, что в

Карстовые пещеры - это подземные полости, образовав­шиеся в толще земной коры, в районах распространения легкорастворимых карбонатных и галогенных горных по­род. Подвергаясь выщелачиванию и механическому воз­действию, эти породы постепенно разрушаются, что при­водит к образованию различных карстовых форм. Среди них наибольший интерес вызывают подземные карстовые формы - пещеры, шахты и колодцы, характеризующиеся иногда весьма сложным строением.

Одним из основных условий развития карстовых пе­щер является наличие карстующихся горных пород, от­личающихся значительным литологическим разнообрази­ем. Среди них выделяются карбонатные породы (извест­няки, доломиты, писчий мел, мраморы), сульфатные (гипсы, ангидриты) и галоидные (каменная, калийная соли). Карстующиеся породы имеют весьма широкое рас­пространение. Во многих местах они перекрываются ма­ломощным чехлом песчано-глинистых отложений или не­посредственно выходят на поверхность, что благоприят­ствует активному развитию карстовых процессов и обра­зованию различных карстовых форм. На интенсивность карстообразования значительное влияние оказывает также мощность пород, их химический состав и особенности залегания.

Как уже говорилось, строителем карстовых пещер яв­ляется вода. Однако чтобы вода могла растворять гор­ные породы, они должны быть водопроницаемы, т. е. трещиноваты. Трещиноватость пород является одним из основных условий развития карста. Если карбонатный или сульфатный массив монолитен и состоит из твердых раз­ностей пород, лишенных трещиноватости, то он не под­вергается воздействию карстовых процессов. Однако такое явление встречается редко, так как известняки, доломиты и гипсы трещиноваты по своей природе. Трещины, рассе­кающие известняковые массивы, имеют различное проис­хождение. Выделяют трещины литогенетические, текто­нические, механической разгрузки и выветривания. Наи­более распространены тектонические трещины, которые обычно секут различные слои осадочных пород, не пре­ломляясь при переходе из одного слоя в другой и не меняя своей ширины. Тектоническая трещиноватость от­личается развитием сложных взаимно перпендикулярных трещин шириной 1-2 мм. Наибольшей раздробленностью и трещиноватостью горные породы характеризуются в зонах тектонических нарушений.

Выпадая на поверхность карстующегося массива, ат­мосферные осадки по трещинам различного происхожде­ния проникают в глубь этого массива. Циркулируя по подземным каналам, вода выщелачивает горную породу, постепенно расширяет подземные проходы и образует иногда громадные гроты. Движущаяся вода является третьим обязательным условием развития карстовых про­цессов. Без воды, растворяющей и разрушающей горные породы, не было бы карстовых пещер. Вот почему осо­бенности гидрографической сети и своеобразие гидрогео­логического режима в значительной мере определяют степень кавернозности карстующихся толщ, интенсивность процессов выщелачивания и условия развития подземных полостей.

Основную роль в формировании многих карстовых полостей играют инфильтрационные и инфлюационные дождевые и талые снеговые воды. Такие пещеры - корро­зионно-эрозионного происхождения, поскольку разрушение породы происходит как за счет ее химического выщела­чивания, так и путем механического размыва. Однако не следует думать, что эти процессы протекают одновре­менно и непрерывно. На разных стадиях развития пе­щер и на разных их участках доминирует обычно один из указанных процессов. Образование некоторых пещер целиком связано или с коррозионными, или с эрозионны­ми процессами. Встречаются также нивально-коррозионные пещеры, своим происхождением обязанные деятель­ности талых снеговых вод в зоне контакта снежной тол­щи с карстующейся породой. К ним относятся, например, сравнительно неглубокие (до 70 м) вертикальные поло­сти Крыма и Кавказа. Многие пещеры возникли в результате обвала кровли над подземными коррозионно-эро­зионными пустотами. Некоторые естественные полости образовались путем выщелачивания горных пород восходя­щими по трещинам артезианскими, минеральными и тер­мальными водами. Таким образом, карстовые пещеры мо­гут иметь коррозионное, коррозионно-эрозионное, эрозион­ное, нивально-коррозионное, коррозионно-гравитационное (провальное), гидротермальное и гетерогенное происхож­дение.

Помимо инфильтрационных, инфлюационных и напор­ных вод в образовании пещер определенную роль иг­рают также конденсационные воды, которые, собираясь на стенках и потолке пещер, разъедают их, создавая при­чудливые узоры. В отличие от подземных ручьев кон­денсационные воды воздействуют на всю поверхность полости, в связи с чем оказывают наибольшее влияние на морфологию пещер. Особенно благоприятными усло­виями для конденсации влаги характеризуются неболь­шие полости, расположенные на значительной глубине от поверхности, поскольку количество конденсационной вла­ги находится в прямой зависимости от интенсивности воздухообмена и в обратной от объема полости. Наблю­дения, проведенные в Горном Крыму, показали, что в исследованных карстовых пещерах в течение года кон­денсируется 3201,6 м 3 воды (Дублянский, Илюхин, 1971), а в подземных полостях всей главной гряды в 2500 раз больше (т. е. 0,008004 км 3). Эти воды отли­чаются большой агрессивностью. Жесткость их превышает 6 мг-экв (300 мг/л). Таким образом, за счет инфильтра­ционных вод пещеры Горного Крыма, как показывают не­сложные расчеты, увеличиваются по сравнению с общим объемом примерно на 5,3%. Средняя минерализация кон­денсационных вод около 300 мг/л, следовательно, они выносят в течение года 2401,2 т (8004 10 6 л X 300 мг/л) углекислого кальция. Суммарный вынос карбоната каль­ция карстовыми источниками Горного Крыма составляет около 45 000 т/год (Родионов, 1958). Следовательно, роль конденсационных вод в формировании подземных поло­стей сравнительно невелика, причем воздействие их на горную породу как агента денудации ограничивается в основном теплым периодом.

Как же идет процесс выщелачивания карстующихся пород? Рассмотрим этот вопрос в общем плане на примере карбонатных образований. Природные воды всегда со­держат углекислоту, а также различные органические кислоты, которыми они обогащаются при контакте с рас­тительностью и просачивании через почвенный покров. Под действием углекислоты карбонат кальция переходит в бикарбонат, который значительно легче растворяется в воде, чем карбонат

Эта реакция обратима. Увеличение содержания углеки­слоты в воде вызывает переход кальцита в раствор, а при уменьшении ее происходит выпадение из водного раство­ра бикарбоната кальция (известкового осадка), который накапливается в некоторых местах в значительном коли­честве. Между содержанием углекислоты и температурой воды существует обратная связь.

Резко возрастает растворимость известняков, когда под­земные воды обогащены кислотами и солями. Так, при обогащении подземных вод серной кислотой реакция идет по уравнению

Выделившаяся в результате этой реакции углекисло­та оказывается дополнительным источником образования гидрокарбонатов.

Степень растворимости гипса и ангидрита также зави­сит от наличия тех или иных кислот и солей. Так, на­пример, присутствие в воде СаCl 2 значительно снижает растворимость гипса, напротив, наличие в воде NCl и MgCl 2 увеличивает растворимость сульфата кальция. Рас­творение гипса в принципе может происходить и в хими­чески чистой воде.

Хотя мы и называем карбонатные и сульфатные по­роды легкорастворимыми, однако растворяются они чрез­вычайно медленно. Для образования подземных пустот требуются многие и многие тысячи лет. При этом карстующиеся породы растворяются и разрушаются только по трещинам, вне трещин они остаются по-прежнему очень прочными и твердыми.

Проникающие в карстовые массивы по трещинам и тектоническим нарушениям атмосферные воды харак­теризуются сначала преимущественно вертикальным дви­жением. Достигнув водоупора или местного базиса эрозии, они приобретают горизонтальное движение и текут обычно по падению пластов горных пород. Часть воды просачивается в глубокие горизонты и формирует регио­нальный сток. В этой связи в карстующемся массиве выделяется несколько гидродинамических зон, а именно - зона поверхностной, вертикальной, сезонной, горизонталь­ной, сифонной и глубинной циркуляции карстовых вод (рис. 1). Каждая из указанных гидродинамических зон характеризуется определенным набором карстовых форм. Так, к зоне вертикальной циркуляции вод или к зоне аэрации приурочены в основном вертикальные подземные полости - карстовые колодцы и шахты. Они развиваются вдоль вертикальных или пологонаклонных трещин в ре­зультате периодического выщелачивания горных пород талыми снеговыми и дождевыми водами. В зоне горизон­тальной циркуляции, где происходит свободный сток без­напорных вод к речным долинам или периферии карстующегося массива, формируются горизонтальные пещеры. Наклонные и горизонтальные полости отмечаются в зоне сифонной циркуляции, характеризующейся напорными во­дами, которые движутся в подрусловых каналах нередко ниже местного базиса эрозии.

На развитие пещер, кроме морфоструктурных и гид­рогеологических особенностей, существенно влияют также климат, почвы, растительность, животный мир, а также хозяйственная деятельность человека. К сожалению, роль этих факторов в пещерообразовании изучена в настоящее время далеко не достаточно. Хочется надеяться, что этот пробел в ближайшем будущем будет ликвидирован.

Теория происхождения известняковых карстовых пе­щер, развивающихся в породах с горизонтальным залега­нием слоев, была разработана У. М. Девисом (1930). В эволюции так называемых двуцикловых пещер, обра­зовавшихся при двукратном поднятии известнякового мас­сива, он различал пять основных этапов: а) зачаточные каналы, формирующиеся в зоне полного насыщения мед­ленно движущихся фреатических вод, находящихся под давлением; б) зрелые галереи, когда в условиях распро­странения безнапорных вадозных потоков начинает доми­нировать механический размыв (корразия); в) сухие га­лереи, возникшие в результате ухода воды в глубь мас­сива вследствие местного поднятия территория; г) натеч­но-аккумулятивная, характеризующаяся заполнением галерей натечно-капельными и другими пещерными от­ложениями; д) разрушение подземных галерей (пенепле­низация).

На основе развития взглядов Девиса было создано представление о фреатической (пещерные галереи разра­батываются грунтовыми водами, находящимися под давле­нием) и вадозной (подземные воды свободно, не под на­пором, движутся по галереям в сторону дренирующих систем) стадиях развития пещер (Бретц, 1942).

Наиболее полно вопросы эволюции подземных полос­тей разработаны советскими исследователями Г. А. Мак­симовичем (1963, 1969) и Л. И. Маруашвили (1969), которые выделили несколько стадий формирования гори­зонтальных карстовых пещер. Первая стадия - трещинная, затем щелевая. По мере увеличения ширины трещин и щелей в них проникает все большее количество воды. Это активизирует карстовые процессы особенно на участ­ках чистых разностей пород. Пещера переходит в кана­ловую стадию. При расширении каналов подземные пото­ки приобретают турбулентное движение, что благоприят­ствует еще большему усилению процессов коррозии и эро­зии. Это стадия подземной реки, или воклюзовая. Она характеризуется значительным заполнением подземного канала водным потоком и выходом его в виде воклюз­ного источника на дневную поверхность, а также обра­зованием органных труб, обвалом сводов, ростом гротов.

В связи с размывом дна подземного канала вода просачивается по трещинам в глубь карбонатных и га­логенных толщ, где на более низком уровне разрабаты­вает новые полости, формируя более низкий этаж пеще­ры (рис. 2). Постепенно подземные каналы расширя­ются. Водный поток частично, а затем полностью уходит в нижние горизонты массива, и пещера становится сухой. В нее проникают по трещинам в кровле лишь инфиль­трационные воды. Это коридорно-гротовая натечно-осып­ная (водно-галерейная, по Л. И. Маруашвили) стадия развития пещеры. Она отличается широким распрост­ранением химической и механической аккумуляции (в гипсовых пещерах стадия натечной аккумуляции от­сутствует). Потолок и стены пещеры покрываются раз­нообразными кальцитовыми натеками. Образуются камен­ные и земляные «осыпи, последние располагаются пре­имущественно под органными трубами. Накапливаются также отложения рек и озер. С уходом водотока даль­нейшее увеличение подземной полости резко замедляется, хотя коррозионная деятельность продолжается за счет инфильтрационных и конденсационных вод.

По мере развития пещеры она переходит в коридор­но-гротовую обвально-цементационную (сухо-галерейную, по Л. И. Маруашвили) стадию. На этой стадии в ре­зультате обрушения кровли над подземными полостями возможно вскрытие некоторых частей пещеры. Постепен­ное обрушение свода пещеры приводит к полному ее унич­тожению, что особенно характерно для верхних частей с небольшой мощностью кровли. На уцелевших участках остаются лишь карстовые мосты и узкие арки. При полном разрушении пещеры образуется карстовая долина.

Если толща кровли превышает 100-200 м, то провалов в ней, как правило, не образуется, а подземные полости заполняются обрушившимися с потолка глыбами породы и принесенными песчано-глинистыми отложениями, которые разбивают пещеру на отдельные изолированные полости. В этом случае развитие пещеры заканчивается коридор­но-гротовой обвально-цементационной стадией (грото-камерная стадия, по Л. И. Маруашвили).

Продолжительность отдельных стадий пещерообразо-вательного цикла, отличающихся своими гидродинамиче­скими и морфологическими особенностями, спецификой физико-химических процессов и своеобразием биоклимати­ческих условий, измеряется десятками и сотнями тысячелетий. Так, сухо-галерейная стадия пещеры Кударо на Кавказе продолжается уже 200-300 тыс. лет (Маруашви­ли, 1969). Что касается ранних стадий развития пещер (трещинная, щелевая, каналовая и воклюзовая), то их продолжительность значительно короче. Пещеры «могут достигать зрелого водно-галерейного состояния за не­сколько тысячелетий от начального момента своего раз­вития». В этом отношении интересны эксперименталь­ные исследования Е. М. Абашидзе (1967) по растворению стенок трещин глауконитовых известняков Шаорского во­дохранилища (Кавказ). Опыты показали, что за 25 лет непрерывной фильтрации в зависимости от скорости по­тока волосные трещины размером 0,1-0,25 мм могут уве­личиваться до 5-23 мм.

Таким образом, карстовые пещеры характеризуются сложной эволюцией, особенности которой зависят от со­четания самых различных факторов, определяющих не­редко значительные отклонения от рассмотренной схемы. Развитие пещер в силу тех или иных причин может пре­кратиться или вновь начаться на любой морфолого-гид­рологической стадии. Сложные пещерные системы состоят обычно из участков, находящихся на разных стадиях раз­вития. Так, в Ищеевской пещере на Южном Урале в на­стоящее время встречаются участки от каналовой стадии до карстовой долины.

Особенностью многих пещер является их многоярусность, причем верхние ярусы всегда значительно старше нижележащих. Количество этажей у разных пещер изме­няется от 2 до 11.

Расстояние между двумя смежными уровнями много­этажных пещер колеблется от нескольких метров до не­скольких десятков. Обрушение сводов, разделяющих пе­щерные этажи, приводит к образованию гигантских гро­тов, достигающих иногда высоты 50-60 м (пещеры Крас­ная и Анакопийская).

Появление нового этажа Г. А. Максимович связывает с тектоническим поднятием района, где находится пеще­ра. Н. А. Гвоздецкий основную роль в развитии много­этажных пещер в условиях большой мощности карстую­щихся пород отводит восходящим движениям, которые рассматривает не как нарушающий фактор, а как общий фон эволюции карста. По мнению Л. И. Маруашвили, многоярусность пещер может быть определена не только тектоническим поднятием карстового массива, но и общим понижением уровня океана (эвстазия), что вызывает ин­тенсивное углубление речных долин и быстрое снижение уровня горизонтальной циркуляции карстовых вод.

Ярусность лучше всего выражена у пещер равнин­ных и предгорных территорий, отличающихся сравни­тельно медленными тектоническими поднятиями. В про­цессе формирования пещер иногда наблюдается смеще­ние оси пещерных галерей от первоначальной верти­кальной плоскости. Интересна в этом отношении пещера Цуцхватская. Каждый более молодой (из четырех ниж­них) ярус этой пещеры сдвинут по отношению к предыдущему к востоку, в связи с чем подземный отрезок реки Шапатагеле в настоящее время находится значительно восточнее, чем в период формирования более высоких зтажей пещеры. Смещение оси пещерных галерей свя­зано с наклоном тектонических трещин, к которым при­урочены подземные полости.

Каков же возраст карстовых пещер и по каким при­знакам можно судить о начале формирования пещеры? По мнению Л. И. Маруашвили, за начало формирова­ния пещеры следует принимать период перехода ее в натечно-осыпную (водно-галерейную) стадию, поскольку на более ранних стадиях своего развития пещера еще не является в обычном понимании пещерой: она плохо раз­работана, полностью заполнена водой и совершенно не­проходима.

Для определения возраста пещер применяются раз­личные методы исследования, в том числе палеозоологи­ческий, археологический, радиоуглеродный и геоморфоло­гический. В последнем случае сопоставляется гипсомет­рический уровень пещер с уровнями поверхностных форм. К сожалению, многие из этих методов позволяют опре­делить лишь верхний предел возраста пещеры. Прямыми и косвенными данными доказывается весьма длитель­ное существование карстовых пещер, определяемое иног­да многими миллионами лет. Разумеется, возраст пещер в значительной мере зависит от литологического состава пород, в которых они формируются, и общей физико-географической обстановки. Однако даже в легкораство­римых сульфатных (гипс, ангидрит) образованиях пещеры сохраняются весьма длительное время. Интересны в этом отношении гипсовые пещеры Подолии, начало формиро­вания которых относится к верхнему миоцену. И. М. Гу­невский, исходя из особенностей геологического строения территории, степени трещиноватости пород, характера рельефа, морфологии подземных полостей и строения на­течных образований, выделяет следующие этапы формиро­вания подольских пещер: верхнесарматский (начало ин­тенсивной глубинной эрозии), раннеплиоценовый (харак­теризующийся интенсификацией процессов вертикального направления), позднеплиоценовый (процессы горизонталь­ной циркуляции подземных вод преобладают над верти­кальными), раннеплейстоценовый (процессы образования пещер достигают максимальной интенсивности), среднеплейстоценовый (процессы подземного карстообразования начинают затухать), позднеплейстоценовый (аккумуляция минеральных и хемогенных образований), голоценовый (аккумуляция глыбовых отложений). Таким образом, воз­раст самых крупных в мире гипсовых пещер Оптими­стической, Озерной и Крывченской в Подолии превыша­ет, по-видимому, 10 млн. лет. Возраст известняковых пещер может быть еще более значительным. Так, некото­рые древние карстовые пещеры Алайского хребта (Средняя Азия), имеющие гидротермальное происхожде­ние, по мнению 3. С. Султанова, образовались в верхне­палеозойское время, т. е. более 200 млн. лет назад.

Древние пещеры встречаются, однако, сравнительно редко, сохраняясь длительное время лишь в наиболее благоприятных природных условиях. Большинство карсто­вых пещер, особенно в сильно обводненных сульфатных породах, имеет молодой, преимущественно четвертичный или даже голоценовый возраст. Разумеется, отдельные галереи сложно построенных многоярусных пещер обра­зовались в разное время и возраст их может изменять­ся в значительных пределах.

Для количественной оценки карстовых полостей Г. А. Максимович (1963) предлагает два показателя: плотность и густоту карстовых пещер. Под плотностью понимается количество пещер, отнесенных к площади 1000 км 2 , а под густотой - общая протяженность всех по­лостей в пределах той же условной площади.

Ж. Корбель предложил характеризовать величину кар­стовых пещер показателем пустотности, вычисляемым по формуле

где V - объем растворимой породы, в которой развита пе­щера, в 0,1 км 3 ; L - расстояние (на плане) между край­ними точками по основной оси системы полостей - 0,1 км; J - расстояние между двумя наиболее удаленными точка­ми по перпендикуляру к основной оси - 0,1 км; Н - раз­ница отметок между самой высокой и самой низкой точ­ками пещерной системы - 0,1 км.

Для определения крупности пещер существует также и другой способ, который связан с подсчетом объема по­лостей. Если полость имеет сложную форму, то ее сле­дует представить в виде совокупности различных геометрических фигур (призмы, цилиндра, полного и усеченного конуса, полной и усеченной пирамиды с любым по форме основанием, шара и т. д), объем которых вычисляется по формуле Симпсона

где v - объем геометрической фигуры, м 3 ; h - высота фи­гуры, м; s 1 , s 2 , s 3 - площади нижнего, среднего и верх­него сечения фигуры, м 2 . Проверка этого метода крым­скими спелеологами показала, что ошибки при подсчете объема полостей по формуле Симпсона не превышают 5-6%.