ТЕОРИЯ КАРСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ. Дегтярев...

Карст

Добавил(а) Olka09.03.11 13:07 - Последнее обновление 26.03.11 13:18

ТЕОРИЯ КАРСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ.

Дегтярев Александр

Карст - плато в Словении. карст - совокупность явлений в растворимых горных породах,связанных с образованием в них полостей. Не все подземные полостиявляются карстом. Не причисляются к карсту антропогенные полости. Спелеология - занимается природными полостями. Спелестология - искусственными заброшенными полостями. Диггеры занимаются искусственными действующими полостями. Не все природные полости являются карстовыми: а).Раскрытые тектонические трещины; б).Пустоты в лавовых потоках; в).Полости в гидротермальных и пегматитовых жилах. И др. Карстующимися породами являются: - известняки (порода, целиком состоящая из минерала кальцита).Как правило, органогенного происхождения, образуются в океанах назначительных глубинах, представляют собой известковые останкиморской флоры и фауны. - мергели (известняк с глинистой составляющей более 5%). - меловые породы (разновидность известняка из останковпланктонных водорослей). - доломиты, доломитизированные известняки (известняк с примесьюминерала доломита СаMg[CO3]2 - гипсы. Порода, целиком состоящая из минерала того же названия- гипс СаSO4*2H2O - ангидриты как порода состоят из минерала ангидрита(безводного гипса) CaSO4 - соленосные толщи: поваренная соль (минерал галит NaCl),сильвин - KCl, или их смесь. Смесь галита и сильвина можно увидетьзимой, ей посыпают дороги. Галит бесцветный, сильвин розовый. - конгломераты. Окатанная галька любого состава,

1 / 22

Карст


сцементированная известковым цементом с примесью песка.Растворяется известь, а галька выносится механически. - брекчии. Отличается от конгломерата неокатанностьюсцементированных обломков. - песчаники. Сцементированный известковым цементом песокразличного состава. - вулканические туфы. Также содержат известковуюсоставляющую, которая может легко растворяться. Разрушение горных пород связано со следующими факторами: 1.Эрозия - механическое разрушение горных пород воднымипотоками. Пример: овраг. Действующий фактор - кинетическаяэнергия воды. 2.Коррозия - химическое растворение горных пород водой. - в том числе - биологическая коррозия - растворение горнойпороды органическими кислотами и другими продуктамижизнедеятельности. Пример: талом (тело) лишайника можетрастворять поверхность известняка со скоростью 1,5 мм/год. 3.Нивация (прилагательное - нивальный) - разрушение горныхпород снежным покровом. 4.Гляциальные процессы - разрушение ледниками. 5.Суффозия - выщелачивание растворимых солей почвы ивмывание в глубину тончайших нерастворимых частиц горных породтоками воды. Комбинация эрозии и коррозии: материал удаляется и врастворе и во взвешенно-взмученном состоянии. 6.Гравитационные процессы. Обвалы и проч.

I.ПОВЕРХНОСТНЫЕ ФОРМЫ КАРСТОВОГО РЕЛЬЕФА Поверхностный карст бывает голым, задернованным и покрытым(зеленым, т.е. под лесом). ФОРМЫ: карры, воронки, котловины, карстовые рвы, карстовыедолины, карстовые ложбины, полья, карстовые останцы. КАРРЫ - микроформы, начальная стадия карстообразования.Бывают в виде голого карста и подпочвенного. Факторы, влияющие на образование карров. а)трещиноватость пород б)избирательное растворение, связанное с неоднородностью породпо химическому составу.

2 / 22

Карст


в)различие в текстуре пород (слоистость, ориентированность зеренминералов и т.п.). г)слоистость пород, межпластовые трещины. д)различия в экспозиции поверхности пород (т.е., под каким угломповерхность повернута к югу, уклон поверхности) е)сульфидные включения. Под действием воздуха и водысульфидные включения (пирит - FeS2) разлагаются с образованиемсерной кислоты: FeS2 + H20 + 7/2O2 = FeSO4 + H2SO4 Серная кислота тут же реагирует с карбонатными породами. CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + H20 + CO2 Виды карров: - Лунковые (каменицы - народное название). Коррозия, выдувание,лишайники - действующие факторы. Диаметр от 3-5 см до 1,5м.Глубина до нескольких десятков см. -Желобковые. Глубина до 3 см, длина до 1м. и более. Коррозиятонкими струйками стекающего дождя. По всей длине имеютпостоянную ширину. -Бороздчатые карры. Образование - коррозия сомкнутых трещин(напр. межпластовые карры). До 3-5м в глубину и до 7-10 м. в длину. Вотличие от желобковых карров в нижней части могут значительнорасширяться. -Стенные карры. Диаметр от 3-5 см. до 5-7 м. Как округлой так илинейной формы. Образуются на вертикальных и отрицательныхповерхностях. -Русловые карры. Эллипсоидовидные углубления в руслах рек,ванны и проч. Диаметр от десятков см. до первых метров. КАРСТОВЫЕ РВЫ. Нивально-гляциальная или коррозионнаяпроработка раскрытых тектонических трещин. Длина до 30 и болееметров, глубина до 10 м. ПОНОР. Форма рельефа, по которой вода уходит вглубькарстового массива. Это не самостоятельная форма рельефа, агидрогеологическая функция. В качестве понора могут выступатьворонки, пещеры, колодцы, шахты. Тогда говорят о воронке-поноре,пещере-поноре и т.д. КАРСТОВЫЕ ВОРОНКИ. Виды: -Коррозионные (воронки поверхностного выщелачивания)

3 / 22

Карст


-Провальные (гравитационные). Образуются при обрушенииподземной карстовой полости. -Суффозионные (воронки просачивания). -Эрозионные. Проработка первых трех видов воронок ливневымипотоками. Возможны комбинации нескольких процессов. Тогдаговорят, например: коррозионно-эрозионная воронка и т.д. Размеры воронок - обычно до 10 м., крупные - до 100м вдиаметре. Образуются на склонах не круче 15 градусов,редко - до 30-40 градусов.

КАРСТОВЫЕ АРКИ. Образуются: 1.Деструкция подземных полостей, арка являетсяостанцом. 2.Соединение соседних воронок через морозозабойнуюнишу в днище одной из воронок. Обычно это происходитесли одна воронка расположена выше по склону, чемдругая. 3.Бывают также арки эолового происхождения(выдувание ветром). Но такая арка - не карстовая. Сложные формы поверхностного карста: карстовыеложбины, карстовые котловины, карстовые долины, полья.

КАРСТОВЫЕ ЛОЖБИНЫ. Образуются изсоединившейся цепочки воронок. В продольном сеченииимеет пилообразный профиль дна. Исходные воронкирасположены цепочкой либо потому, что образовались вдне речного русла, либо потому, что тяготеют ктектоническому разлому.

4 / 22

Карст


КАРСТОВЫЕ КОТЛОВИНЫ. Отличаются от воронок непо размеру (он может быть одинаковым), а по генезису.Воронка - простая форма и имеет один отводящий канал, ау котловины их несколько. Образуются котловины: а).Разрастание воронки и образование в ее склонахдочерних, более мелких воронок. б).Слияние нескольких воронок. Образуется котловинадо 1км. в диаметре. в).Преобразование эрозионной или гляциальной формырельефа в карстовую форму. Это унаследованная формарельефа. Например, троговая (ледниковая) долина послеразвития в ней карстовых процессов превращается вкарстовую котловину. г).Провальные карстовые котловины образуются приобрушении значительных подземных карстовых полостей. КАРСТОВЫЕ ДОЛИНЫ. Унаследованная формарельефа - речная долина или троговая долинапреобразуется в линейно вытянутую карстовую долину.Как правило это цепочка карстовых котловин. ПОЛЬЯ. (ед. ч. - полье). Вогнутая область площадью додесятков квадратных километров. Образуется как общеепонижение рельефа при площадных обрушенияхподземного карста, слияния множества карстовыхкотловин, общей химической денудации рельефа. ОСТАНЦОВЫЙ тропический карст. На териториибывшего СССР встречается только в виде погребенныхформ (Урал). Характерен для тропического климата.Интенсивность коррозии может быть такова, что целыеобласти полностью уничтожаются на глубину в десятки исотни метров. В результате образуется плоская равнина с

5 / 22

Карст


редкими отдельно стоящими останцами - столбообразнымиблоками пород, не подвергшихся коррозии. II.ПОДЗЕМНЫЕ КАРСТОВЫЕ ФОРМЫ. Любаякарстовая полость есть дренажная система,альтернативная поверхностной речной сети.Поверхностный водосбор не равен подземному водосбору.Отличие поверхностной речной сети от карстовойводоносной системы: 1).У карстовой системы нет водоразделов. 2).В карстовой системе возможны восходящие токиводы (например, в сифонах). 3).Карстовые русла могут залегать одно над другим,пересекаться. 4).Подземные русла не могут выработать широкихдолин из-за неизбежного обрушения. Карстовой водоносной системой называется путь,который проходит вода от поверхности, через толщукарстового массива и до выхода на поверхность.Начинается понором или областью просачивания изаканчивается пещерой-источником или родником. Инфильтрация - просачивание воды вглубь массива. Инфлюация - втекание в массив в виде потока. Сифон - часть пещеры, под потолок заполненная водойи имеющая с двух сторон выходы в незатопленные части.Сифоны образуются тогда, когда карстовая полостькакой-то своей частью погружается ниже уровнягрунтовых вод. С гидрогеологической точки зренияобласть под зеркалом грунтовых вод называется зонойсифонного движения воды. Самый длинный сифон в мире- Ду де Коли, длиной 4055 м. и глубиной 30 м. (Франция).

6 / 22

Карст


Гипокарст (в противоположность нормальному карсту) -карстовые полости, образованные или существующие нижеуровня грунтовых вод. Либо процессы карстообразованияв зоне сифонного движения воды. Гипокарст образуется: а).Опускание местности и затопление ужесуществующего карста. б).Поднятие уровня грунтовых вод. в).Растворение пород в зоне сифонного движенияводы. Пещера-источник. Нижняя часть карстовой водоноснойсистемы, если выход вод на дневную поверхностьпроисходит через открытую карстовую полость (пещеру).Обычно в виде ручья, текущего по дну пещеры. Воклюз - карстовый источник во Франции. Глубина -255м., самый глубокий источник в мире. воклюз - любой сифон-источник с большим дебетом(расходом) воды. Карстовая полость как результат чисто эрозионногопроцесса. Русло как подземной так и поверхностнойреки в процессе своего развития вырабатывает некийпродольный профиль, называемый профилем равновесия. Приблизительно его можно апроксимироватьэкспонентой. Пример: овраг. В верхней части оврагапреобладает эрозия текущей водой, здесь основное руслоидет по довольно крутой кривой. В нижней части оврага,где уже заметны процессы аккумуляции (отложенияосадков) русло выполаживается в практическигоризонтальное. Таким образом, профиль равновесия естьрезультат некоего равновесия эрозии и аккумуляции.

7 / 22

Карст


Профиль равновесия асимптотически подходит к базисуэрозии. Базис эрозии - тот уровень, на котором кинетическаяэнергия воды либо падает до нуля, либо ее не хватает надальнейшую эрозию. Например, базисом эрозии можетслужить большое озеро. Как только овраг углубился доуровня озера, эрозия вглубь останавливается, так какбегущая вода, впадая в стоячую воду, тут же теряет всюсвою кинетическую энергию. Глобальные базисы эрозии - океан, крупное озеро. Местный базис эрозии - река, уровень грунтовых вод,бронирующий пласт. Временный базис эрозии - каменные завалы,водобойные ямы под водопадами. Реальный профильравновесия, хотя и апроксимируется экспонентой, приболее детальном рассмотрении оказываетсяступенеобразным чередованием горизонтальных ивертикальных участков. Применительно к подземнымрекам, которые также вырабатывают профилиравновесия, это выражается в чередовании шахт,колодцев и меандров. Колодцы - вертикальные полости менее 20 м. глубиной. Шахты - то же, более 20 м. Меандры - горизонтальные и субгоризонтальныеучастки подземных русел. Катушки - жаргонное название наклонных участков. Вверхней части подземного русла шахты преобладают надмеандрами. В средней части шахты сменяются колодцами,меандры становятся длиннее. В нижней части колодцывстречаются все реже, появляются сифоныы. На практикемы никогда не имеем дело с полным профилем равновесия,

8 / 22

Карст


карстовые полости оказываются некоторым фрагментомполного профиля. По соотношению горизонтальных ивертикальных участков мы можем понять, с какой частьюмы имеем дело. Если появились сифоны, то вряд ли стоитожидать большого углубления системы, а вотзначительное удлинение вполне возможно. Многоэтажный карст. Довольно часто пещерапредставляет из себя серию параллельных русел, изкоторых одно обводнено, а остальные сухие. Последниенаходятся на разных гипсометрических уровнях исоединены между собой забитыми обломочнымматериалом щелями, узкими ходами. Многоэтажный карстобразуется при быстром смещении базиса эрозии притектонических движениях массива. Если базис опустился,профиль равновесия становится неустойчивым, резковозрастает эрозия дна полости и вода быстро пропиливаетузкую щель до тех пор, пока не достигнет новогоустойчивого профиля равновесия. Если же базис эрозии,наоборот, поднялся, то нижний этаж будет погребенобломочным материалом (погребенный карст), а новыйпрофиль равновесия будет выработан выше. В Бельгиибурением вскрыты погребенные полости на глубине 1 км.ниже уровня моря. Горизонтальная конфигурация пещерыконтролируется следующими факторами. 1.Субвертикальные тектонические разломы, часто этосистема параллельных разломов. 2.Трещины напластования. Если породы лежатнаклонно, то полость закладывается преимущественно вплоскости таких трещин. Причем так, чтобы русло неподнималось вверх. То есть в диапазоне 180 градусов.

9 / 22

Карст


Если, например, азимут падения слоев 95, то полостьбудет залегать по горизонтальному азимуту от 5 до 185. 3.Уровень грунтовых вод. Зеркало грунтовых воддалеко не всегда имеет строго горизонтальнуюконфигурацию. Обычно поверхность понижается вблизидолин, других понижений рельефа. Точно так же, как водастекает вниз по склону, так же подземная река будетстекать в сторону понижения зеркала грунтовых вод.Именно так и будет направлена пещера. 4.Модуль трещиноватости. То есть степеньослабленности пород трещинами. Если между двумямонолитными блоками залегает тонкий слой рыхлых пород,то с большой вероятностью можно сказать, что пещерабудет тяготеть к этим ослабленным породам. 5. Равнинные реки, имеющие долины в несколькокилометров шириной, обычно меандрируют (петляют).Меандрирование и широкие долины характерны дляводотоков, приближающихся к базису эрозии. Подземныереки не могут выработать широкой долины, но и они могутобразовывать небольшие петлеобразные изгибы в нижнихчастях водоносной системы. Генетические типы карстовых полостей. 1).Коррозионно-гравитационные. Если блок на боковомсклоне плато отсядет, сползет по трещине бортовогоотпора, то такая раскрытая трещина можеткорродироваться дождевыми водами. Образуютсясубвертикальные полости высотой до первых десятковметров. Натечных форм нет, спортивного интереса такиеполости не представляют. 2).Нивально-коррозионные. Обычно это колодцы ишахты, забитые снегом, фирном (зернистым снегом), в

10 / 22

Карст


корневых частях - глетчерным (массивным) льдом.Перелетывающие снежники. Натеков нет. Пример: П3-5 3).Коррозионно-эрозионные. Основная массаспортивных пещер относится к этому типу. Обилиенатеков, но не обязательно. Выработанный профильравновесия. 4).Вскрытые пещеры. Комбинация 2) и 3). 5).Горизонтальные пещеры лабиринтного типа. Самаядлинная в мире - Мамонтова (США) - 563 км. Вторая в мире- Оптимистическая (Подолия, 207 км.). ОТЛОЖЕНИЯ ПЕЩЕР. -Остаточные. Если нерастворимая часть карбонатнойпороды (глинистые и песчанистые частицы) не уноситсяводными потоками, а остается на месте своегообразования (так называемая "глинка"), то это элювий. -Обвально-гравитационные. Обвалы. Глыбы, щебень. -Речные отложения - аллювий, аллювиальные. Песок,галька, гравий. -Криогенные. Продукты ледниковой деятельности. Внижних частях нивально-коррозионных колодцев. Обломкиразного размера. -Биогенные. Гуано (тропические пещеры), экскрементылетучих мышей, в привходовых частях - кости упавшихживотных, стволы деревьев. -Хемогенные. Все виды натечных образований: а).Сталактиты, сталагмиты, сталагнаты (сросшиеся вколонну сталактит и сталагмит), облицовка стен, занавеси,портьеры (если источник раствора не точечный, алинейный - щель), палки, пагоды, медузы, колонны,каменные плотины, каменные водопады. Все

11 / 22

http://d21.chat.ru/p3_5.gif

Карст


перечисленные формы имеют одно происхождение. б).Макаронины. Если сталактит имеетсосулькообразную, коническую форму, то макарониныимеют по всей длине (до метра и более) примерноодинаковую толщину. Зерна слагающего его кальцитаболее крупные, полый канал в макаронине имеет диаметрдо нескольких мм., а у сталактита он очень тонкий.Сталагмит канала не имеет вовсе. в).Кораллиты (на западе их называют ботриоидами).Механизм их образования до конца не ясен. Вероятно, ониобразуются диффузией ионов из окружающих породчерез водные пленки, конденсирующиеся на стенахполостей. Обычно образуются на боковых стенках и днепещер. г).Кристалликтиты. Пучки хорошо выраженныхкристаллов кальцита (до первых см.), растущие из вершинкораллитов. д).Геликтиты. От греческого слова "геликос" -скрученный. Сталактит растет строго по вертикали,поскольку его рост контролируется силой тяжести. Ростгеликтита контролируется не силой тяжести, акристаллизационной силой. Кристалл представляет собойпараллельные ряды атомов и следующий рядподстраивается к предыдущему. Таким образом, ростпроисходит по оси роста кристалла, которая может бытьориентирована в пространстве как угодно. Поэтому,направление роста геликтита также не зависит от силытяжести. Скручивание происходит из-за примесей другихатомов. Если в слое одинаковых атомов появляетсячужеродный атом, то следующий слой не будет

12 / 22

Карст


параллелен предыдущему, и направление роста кристаллаизменится. Геликтит представляет из себя сростокпараллельных волосовидных кристаллов кальцита илиарагонита. е).Лунное молоко (moonmilk). Мелкодисперснаявлажныя масса, наподобие мокрого зубного порошка.Представляет из себя зародыши кристаллов кальцита,рост которых блокировался адсорбцией ионов магнияповерхностью зародышей. Поэтому уже образовавшиесямикрокристаллы далее не растут. Но раствор пересыщенкарбонатом кальция и последний должен выпадать восадок. Выпадают все новые кристаллы, рост которых тутже блокируется. ж).Антолиты. Игольчатые кристаллы легкорастворимыхминералов (гипс и др.) на дне высохших луж, озер.Характерны для южных, тропических пещер, гдевлажность не высока и возможно высыхание. В условияхКавказа иногда встречаются на значительных глубинах,где температура может увеличиваться на 5-10 градусов. Всреднем температура пород увеличивается на 1 градус накаждые 33 м. глубины. Говорят: геотермический градиентравен 1градус/33м. з).Пизолиты (пещерный жемчуг). Неприкрепленнаяформа, округлые образования до 1-2см. в диаметре на днеподземных озер. е).Пленки, забереги, оторочки, блюдца - все это поберегам подземных озер. ЦИКЛЫ РАЗВИТИЯ ПЕЩЕР. 1. Образование полости.Чистая эрозия + коррозия. Обвалы, бурные потоки воды.Натеки и кристаллические образования не встречаются.

13 / 22

Карст


Большинство абхазских пещер находятся на этой стадииразвития. 2. Уменьшение притока воды, уменьшение эрозии. Водастекает струями по стенам пещеры. Образуются крупныенатеки: облицовка стен, пагоды, колонны, травертиновыеплотины, каменные водопады. Много озер, пизолиты. 3. Приток воды еще меньше, по каплям. Макароны,тонкие сталактиты. 4. Приток воды еще меньше. Вода конденсируется извоздуха. Рост кораллитов благодаря диффузии. На концахкораллитов - кристалликтиты. 5. Полное высыхание пещеры. Карст стареет.Реликтовый карст. Пещеры Крыма в большинстве своемнаходятся на этой стадии развития. Перечисленные пятьстадий могут повторяться. Известны пещеры, где прошлошесть полных циклов. Какие-то стадии могут выпадать,развитие может остановиться на каком-то этапе. ПОЧЕМУ в одних местах карст развит сильно, в других,внешне очень похожих местах, он отсутствует? Бывает,что интенсивность карстообразования меняется впределах какой-то сотни метров. 1)Уровень грунтовых вод. Пример. Московская область.Карстующиеся породы имеют мощность до сотни метров,найден погребенный карст, но современный карстпрактически отсутствует. Причина: грунтовые водызалегают на глубине 5-10м. 2)Химическая инертность пород. Примеси магния резкоснижают интенсивность карстообразования. Пример:Скалистый хребет в Северной Осетии. 3)Примеси глинистого материала. Микротрещины

14 / 22

Карст


забиваются глинистыми частицами (кольматация трещин).Поэтому карст не развивается по мергелевым толщам. 4)Экспозиция склона. Более благоприятен северныйсклон, так как там больше влажность и дольше держитсяснеговой покров (более интенсивны нивальные процессы). 5)Рельеф. Особенно благоприятны закрытыекотловины, днища с откосами до 15 градусов. 6)Почвы. Мощность и биология почв влияют наобогащение вод углекислотой и, следовательно, наинтенсивность карстовых процессов. Горные черноземы,горные лесные почвы особенно благоприятны.Неблагоприятны скелетные маломощные почвы. 7)Механические свойства пород. Трещиноватость,напластование. Пример. Арабика. Карст особенноинтенсивен на участках, где пласты известняка залегаюткрутонаклонно или даже субвертикально. 8)Количество осадков. Климат. Интенсивностьиспарения. Нивация. Пример: Кавказ. Области мощногокарстообразования находятся на высотах от 1000 до2200м. Ниже слишком сухо, выше - большую часть года несходит снежный покров. МИНЕРАЛЫ ПЕЩЕР. Известняк состоит из минералакальцита. Доломитизированный известняк состоит извысокомагнезиального кальцита (ВМК) + доломит или изчистого ВМК. Например, доломиты из Щелково(Московская обл.). По внешнему виду как известняк, ножелтоватого цвета. Коррозия известняка есть процесс химическогорастворения кальцита под действием атмосферной

15 / 22

Карст


углекислоты СО2. Кальцит СaСО3 малорастворим в воде. Са(НСО3)2 легкорастворим в воде: Са(НСО3)2 = Са2+ + 2НСО3- (динамическое равновесие). РАСТВОРЕНИЕ КАЛЬЦИТА есть химическая реакцияобразования гидрокарбоната кальция. При увеличении давления СО2 в атмосферереакция сместится вправо, в сторону растворениякальцита. При падении давления СО2реакция смещается влево, при этом из растворавыпадает осадок (кальцит). Образуются натеки. Нормальное давление СО2 в атмосфере Рсо2 =10 -3,5

атм. ( =0,04 %). Давление в почвенной атмосфере Рсо2 = 10-2

атм. ( =1%) Кстати, человек теряет сознание при 4% СО2.Существуют "собачьи" пещеры: углекислота какболее тяжелый газ стелется по низу и собаки приих малом росте легко погибают. Концентрация СО2 в почве выше за счет: а)дыхание почвенной фауны; б)дыхание бактерий; в)разложение органики. Дождевая вода, просачиваясь через такую

16 / 22

Карст


почву, обогащается углекислотой, при этомрастворимость кальцита увеличивается в пятьраз. Сразу под почвой вода растворяет слоикальцита. Так образуются подпочвенные карры,по сути дела являющиеся подпочвенныммикрорельефом. Далее вода просачиваетсявглубь массива, попутно растворяя окружающийизвестняк. Пусть теперь капля этой воды,насыщенной углекислотой и раствореннымизвестняком, появляется на потолке пещеры. Еслипещерная атмосфера имеет низкие содержанияСО2, то происходит смещение реакции влево ивыпадение кальцита. Так образуется сталактит.Поэтому важно помнить, что процесс образованиянатеков ничего общего не имеет с высыханием.Это тем более очевидно, поскольку вподавляющем большинстве пещер 100%влажность и высыхание невозможно. Итак, натекиесть продукт химического осаждения. Почему впещере давление углекислоты близко или равноатмосферному? 1)Либо пещера имеет открытый выход наповерхность. 2)Либо такого выхода нет, но есть бурныйпоток воды, который в виде пузырьков несетвоздух атмосферного состава и таким образом

17 / 22

Карст


контролирует состав пещерной атмосферы. Вполностью закрытой системе без водотоковнатеки не образуются. РАСТВОРЕНИЕ ДОЛОМИТА. СаMg[CO3]2 + 2H2O + 2СО2 = Ca2+ + Mg2+ +4HCO 3-

Отношение Ca2+/Mg2+ = 1 Если растворяется одновременно кальцит идоломит, как оно и случается в природе, то Ca2+/Mg 2+

>> 1 Когда растворяется кальцит, то обратнаяреакция приводит к выпадению кальцита же.Когда растворяется доломит, то выпадает недоломит, а кальцит, арагонит иливысокомагнезиальный кальцит. Почему так?Отвечает на этот вопрос химическая кинетика -раздел химии, изучающий условия протеканияхимических реакций. Доломит более химическиинертен, чем кальцит. Он плохо растворяетсядаже в ненасыщенных растворах. Вода,просачиваясь через доломитизированныеизвестняки, растворяет почти исключительнокальцит. Чтобы начал растворяться доломит, водадолжна быть ненасыщена по отношению к немуминимум в 10 раз. Чтобы доломит выпал в осадок,

18 / 22

Карст


отношение Ca2+

/Mg2+

должно быть > 1. Но растворялся в первуюочередь кальцит, и соотношение явно 77

N14

+ е-

Период полураспада Т1/2=5730 лет. Такимобразом, в атмосфере постоянно присутствуетнекоторое количество радиоуглерода, которыймедленно распадается, но одновременно иобразуется вновь. Атмосферный углерод вместе сСО 2 захватывается,например, растениями. Так радиоуглеродоказывается в древесине, в углях костра.Соотношение С 12 иС13

не меняется во времени, поскольку они нераспадаются. А отношение С14

19 / 22

Карст


к С13

и С14

к С12

меняется. Зная среднее содержаниерадиоуглерода в атмосфере и сравнивая его ссодержанием в древесине, мы можем определитьвозраст древесины по формуле: Хt=Xo*e-kt, где Хо исходное содержание радиоуглерода, Хt- содержание в данный момент времени, е-экспонента, t - возраст предмета, k=Ln2/5730Хорошо датируются предметы возрастом до 100тыс. лет. Более древние образования датируютсясо все более возрастающей ошибкой.Радиоуглерод захватывается не толькодревесиной. При растворении кальцита, как мыпомним, один атом углерода поступает изизвестняка, а другой из атмосферы: СаСО3 + H2O + СО2 = Ca2+ + 2HCO3-

Если теперь из раствора выпадет осадок, тополовина атомов в нем будет атмосферногопроисхождения. В известняке радиоуглерода нет,

20 / 22

Карст


так как породы имеют возраст в десятки и сотнимиллионов лет и весь С14 в них распался. Поэтому,получив при анализе образца натеков содержаниеС 14 мы увеличим его вдва раза и рассчитаем возраст натека. Такимобразом мы датируем не саму пещеру, а возрастнатеков, то есть 2, 3 и 4 стадии образованияпещер. На 1 и 5 стадиях натеки не образуются. Ноесть в данном методе серьезные осложняющиетрудности. а). Солнечная активность сильно меняется поинтенсивности. Следовательно и содержание С14

в атмосфере сильно меняется. К счастью для нас,сталактиты образуются медленно, десятки и сотнилет. Поэтому мы оперируем средними значениямиконцентрации в атмосфере. Анализируемыепробы также должны представлять некийсредний состав натека, а не точечную пробу. б).Фракционирование изотопов. Мыпредполагаем, что изотопный состав древесиныили натека в точности наследует составатмосферы. А вдруг растения захватываюткакие-то изотопы более активно, чем другие? Вслучае с растениями так оно и есть. Но этапроблема решается введением соответствующихпоправок.

21 / 22

Карст


3).Скорость обмена между атмосферой,почвенной атмосферой, подземными водами иобразующимся натеком. Сколько временипроходит от момента образования атомарадиоуглерода до момента включения его внатек? Предполагается, что воздухообменвсе-таки достаточно интенсивен и даннойвременной задержкой можно пренебречь. Возраст натеков определялся во множествепещер по всему миру. Результат оказалсянесколько неожиданным: практически все нынесуществующие пещеры (исключая погребенныйкарст) оказались моложе 1 млн. лет, причемосновная масса пещер имела возраст до 100 тыс.лет. Таким образом, пещеры по геологическиммеркам очень молодые образования с оченькоротким периодом жизни. Возраст их сопоставимс возрастом поверхностных рек.

22 / 22

ТЕОРИЯ КАРСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ. Дегтярев...

Documents