22 апреля 2007 г.

Карстовые системы и вскрытые пещеры Крыма

Итак, спелеологические исследования строения карстовых массивов привели к открытию двух звеньев гидрогеологических систем - верхнего (пещер- и шахт-поноров) и нижнего (пещер-источников). Что же происходит с водой между ними?

Еще в XVIII в. наблюдения за появлением в пещерах-источниках Англии мутной после ливней воды навели на мысль, что вода проходит под землей довольно большой путь. В XIX в. для подтверждения этой гипотезы впервые были применены индикаторы: в 1801 г.- органический краситель (опыт результата не дал), в 1860 г.- 140 кг окиси железа, в 1866 г.- несколько десятков литров нефти, в 1899 г. - три тонны соли. Первый успешный опыт с использованием ярко-зеленого красителя - флюоресцеина - был осуществлен в 1887 г. в Бадене (Германия).

Индикаторные опыты продолжались и в XX в. Чего не придумано в этой узкой области гидрогеологии! В качестве индикаторов применялись плавучие вещества (споры папоротника-ликоподиума, окрашенные в разные цвета, полистироловые шарики, шары-зонды с радиопередатчиком, плавающие "мины" с зарядом взрывчатки, который в заданное время подрывался радиосигналом, а возбужденные им волны фиксировались сейсмографами на поверхности); растворимые вещества (NaCl, KCl, NH4Br и др.); различные красители (флюоресцеин, уранин, эозин, родамин, конго красная, метиленовая синька и пр.); изотопы (дейтерия, трития, йода, брома, кобальта); масла, пенообразующие вещества и даже живые существа - меченые угри... В 1972-1975 гг. в пещерах Словении был проведен широкомасштабный международный эксперимент с одновременным использованием различных красителей. Он дал неожиданный результат: индикаторы движутся в потоке с разными скоростями, а иногда используют и разные пути... Известны и курьезные случаи "индикации". При пожаре на винном заводе в Бургундии пришлось выпустить в р. Ду, приток Соны, несколько тысяч декалитров абсента. Местные жители, "эксперты" по части полынной водки, по запаху обнаружили ее наличие в р. Лу, притоке Соны, расположенном ниже по течению...

Индикаторные опыты XX в. доказали наличие гидрогеологических систем, дренирующих целые карстовые массивы, имеющих максимальную протяженность 75 км (Хомат Борю - Йеди-Миярлар, Турция), 46 км (Белетт - ист. Воклюз, Франция), "размах" по вертикали 3 км (шахта Назаровская - скважины с минеральной водой в пос. Мацеста, Россия) и 2038 м (шахта Илюхина - ист. Репроа, Грузия). Одновременно были установлены очень интересные и важные для практики факты - несовпадение поверхностных и подземных водосборов рек, впадающих в Северное и Черное моря (Рейн и Дунай), Атлантический океан и Средиземное море (Гаронна и Эбро), Тихий и Северный Ледовитый океаны (Колумбия и Саскачеван).

Но если есть гидрогеологические системы, то должны быть и карстовые системы! Автор еще в 60-е гг. предложил выделить тип коррозионно-эрозионных полостей. Это был скрытый вызов корифеям: профессор Г. А. Максимович в своем определении карстового процесса особо подчеркивал внерусловой характер формирующих его вод /19/. Но факты, полученные непосредственно "ползучими" спелеологическими методами, были настолько убедительны, что с коррозионно-эрозионными полостями пришлось примириться... Состоят они из трех элементов: два - уже известные нам полости-поноры и полости-источники, а среднее, недостающее звено - вскрытые пещеры.

Вскрытые пещеры - это галереи, в которые невозможно проникнуть по течению подземных рек. Они становятся доступными только тогда, когда их сообщают с поверхностью (вскрывают) какие-то деструктивные процессы: денудация (тогда это узкая щель на любом элементе поверхностного карстового рельефа), коррозия (вход в систему открывается на дне или на склоне карстовой воронки либо колодца), эрозия (в систему ведет узкий ход, промытый текучими водами), гравитация (провал купола зала). Возникающие при этом полости полигенетичны и поэтому имеют очень сложную морфологию. Классический пример - шахта Бездонная, состоящая из четырех элементов разного генезиса и возраста: подземной галереи, купола над нею, карстовой воронки и провальной "пробки".

Вскрытые пещеры часто имеют огромную глубину и протяженность. Их исследования ставят перед спелеологами очень сложные задачи, так как вертикальные сухие или слабо обводненные колодцы и шахты часто выводят к мощным подземным рекам. Именно в таких полостях были поставлены первые рекорды прохождения больших отвесов.

В 1630 г. в Лозере (Франция) местный угольщик по приказу своего сеньора спустился в 45-метровую шахту, чтобы поднять тело сброшенного туда кюре. Сейчас она называется шахтой Капеллана. В 1748 г. математик Нагел исследовал входную шахту Мацоха (Чехия, -138 м, отвес 50 м), выйдя на ее дне к подземной реке. В 1851 г. иезуит Р. Керто спустился в плетеной корзине на дно 115-метровой отвесной шахты Хойо дель Аире (Колумбия). В 1889 г. группа Ханке преодолела 180-метровую входную шахту в пещере Качна яма (Словения). В 1889-1895 гг. Э. Мартель штурмовал грандиозные для своего времени вертикали Гэпинг Гилл (110 м, Англия), Рабанель и Жан Нуво (125 и 167 м, Франция), но был вынужден отступить перед 190-метровой Шурен Мартен. В шахту Рабанель он спускался на веревке, сидя на привязанной к ней палке.

Из исследований XX в. наибольший резонанс в научной и популярной литературе получило покорение шахты Пьер Сен-Мартен в Атлантических Пиренеях. Спелеологический интерес к этому району появился еще во времена Мартеля. Но только в 1950 г. Г. Ленине, Б. Окьялини и М. Козинс открыли "исторический" вход - шахту глубиной свыше 300 м.

Первый этап исследований системы связан с именем Макса Козинса. Бельгиец по национальности, он окончил классическую гимназию, прослушал курсы инженерной электромеханики, физики, биологии, медицины... "Пожизненный приговор - исследователь и искатель", - писал он в своей автобиографии. Искал Козинс всюду: в 1932 г. - поднимаясь в стратосферу вместе с Огюстом Пикаром, в 1934 г. - сооружая высокогорную лабораторию по изучению космических лучей в сердце Пиренеев, в 1941 г. - борясь в рядах бойцов Сопротивления, в 1949 г.- организуя подводные погружения в Атлантике, в 1951 г. - руководя вместе с Жолио Кюри франко-бельгийским центром атомных исследований. В изучении Пьер Сен-Мартен он принимал участие сначала как инженер. Именно Макс Козинс спроектировал лебедку-велосипед с барабаном, на который наматывалось 380 м стального троса сечением 5 мм. Использовав для спуска лебедку, в 1951 г Ж. Ленине, М. Лубен, Ж. Эрто и вулканолог Г. Тазиев обнаружили на дне гигантской шахты величественные залы и долгожданную подземную реку.

Экспедиция 1952 г. проводилась уже с помощью стокилограммовой электрической лебедки. Неудачное крепление троса привело к трагедии - гибели Марселя Лубена. Однако экспедиция выполнила основную задачу: "Пропасть продолжается до фантастических пределов", - сообщили наверх первопроходцы...

В 1953 г., вооруженная новой лебедкой, следующая экспедиция под руководством Ж. Ленине и Н. Кастере достигла огромного зала Верна, находящегося в 2611 м от основания входной шахты и в 689 м от ее верха. Так был установлен мировой рекорд проникновения человека под землю, который продержался всего один год. В 1954 г. в шахте Берже, представляющей собой наклонную обводненную галерею, была достигнута глубина 903 м, в 1955 - 985 м, в 1956 - 1122 м и в 1863 -1135 м.

Однако не надо думать, что Пьер Сен-Мартен все эти годы был забыт. В 1954 г. франко-испанская экспедиция продвинулась вверх по подземной реке, открыв тоннель Ветров. В 1961 г., после сооружения гидротехнического тоннеля, который вошел в зал Верна, был совершен подъем по его отвесной стене на 95 м и открыта галерея Аранжади. Дальнейшие успехи в изучении системы связаны в основном с продвижением вверх по течению подземной реки и открытием ее притоков, начинающихся из шахт-поноров, расположенных на большей высоте, чем шахта Лепине. Сперва это была экспедиция М. Козинса, открывшая вход "Шальная голова" (+165 м), затем экспедиция созданной в 1965 г. ARSIP - "Ассоциации по международным спелеологическим исследованиям Пьер Сен-Мартен" (входы М-3, +266 м; SC-3, +326 м, и М-31, +341 м). В августе 1966 г. первенство было возвращено: достигнута глубина 1171 м, а в 1975 г. успех закреплен: покорены глубины 1252 м в шахте Долорес и 1341 м в колодце Азиза за залом Верна. Однако радость была недолгой: в 1979 г. на первое место неожиданно вышла система Жан-Бернар.

По состоянию на 1 января 1997 г. Пьер Сен-Мартен даже не входит в десятку глубочайших карстовых полостей планеты. Несмотря на это, Пьер Сен-Мартен и сегодня привлекает спелеологов всего мира как одна из красивейших и сложнейших (общая протяженность ходов 51,2 км!) пещер, обладатель одного из крупнейших в Европе залов (площадь зала Верна - 5 футбольных полей!), полость, освященная именами М. Козинса и Н. Кастере, Ж. Лепине и А. Меррея. Исчерпаны ли ее возможности? Вероятно, нет. При прохождении гидротоннеля в 1956 г. неожиданно была вскрыта крупная полость Арфидия (18 000/710). Один из ее притоков подходит к залу Верна на расстояние звуковой связи (40 м, рис. 21). Если их удастся соединить, глубина системы Арфидия - Пьер Сен-Мартен увеличится до 1570 м. Но шансов на мировой рекорд здесь, к сожалению, мало, так как последние 68 м шахты Арфидия пройдены с аквалангом...

Велико и научное значение Пьер Сен-Мартен. Первые ее исследователи полагали, что в зале Верна они вышли на подстилающие сланцы и что он заложен вдоль сброса, имея эрозионное происхождение. Дальнейшие исследования выявили значительно более сложное, надвиговое строение района.

Ну а как же мечта каждого спелеолога о "сквозном" прохождении водоносных систем от истока до устья? Немногим удалось испытать это удивительное чувство. В их числе был Эдуард Мартель, в 1908 г. прошедший насквозь сравнительно короткую пещеру Брамабио. По сравнению с суммарной протяженностью водоносных систем (десятки километров) невелики достижения и сегодняшних спелеологов - длина "подземных траверсов" составляет 1550 м в шахтах Фогельшахт - Лампрехтсофен (Австрия), 1149 м в Бадалоне (Испания), 960- 700 м в Кум-Уарнеде (Франция), Пурификасьон (Мексика), Куэрто-Ковентоза (Испания) и Фигьера-Коркия (Италия).

Чаще всего это соединение одного или двух звеньев - шахты-понора и вскрытой пещеры, двух вскрытых пещер или вскрытой пещеры и пещеры-источника, и лишь в исключительных случаях - соединение всех трех звеньев. Использование аквалангов при изучении этих образований играет большую роль: в 1992 г. швейцарец Брасси соединил Швицершахт и Иглшахт через протяженный (130/-22) сифон. Образовавшуюся систему назвали Зильберн (26 800/302). Так термин "карстовая система", обозначающий проходимую для человека часть водоносной (гидрогеологической) системы, получил международное признание.

Дублянский В.Н.
Научно-популярная книга