Много таких пещер на Кавказе (Долгая, Ростовская, Тароклде и пр.). При более крутом падении пластов образуются полости вертикального развития - чередование внутренних колодцев и шахт глубиной от 2-5 до 100-200 м и более. Таких полостей очень много. Это Ану Иффлис (Алжир), Шнеелох (Австрия), Абиссодеи Фульмини (Италия), Киевская (Узбекистан) и пр. Нередко они образуют сложную спираль, отдельные изгибы которой в плане накладываются друг на друга.
Развитием первого случая, обусловленным в основном особенностями геологического строения района, является появление в средней или нижней частях системы расширений. Классический, но до конца не ясный специалистам по горной механике случай - зал в пещере Лубанг Насиб Багус (рис.). Каким образом он сформировался и какие силы удерживают гигантский безопорный свод площадью 26 (!) футбольных полей, - пока не установлено. Реже такие расширения образуются в вертикальных колодцах (Федоровская, массив Ахцу, Россия).
Дальнейшее развитие "речной" системы - принятие ею многочисленных притоков. Иногда они более или менее равномерно распределены по всей протяженности основной галереи (Красная пещера, Крым), в других случаях сосредоточены в ее верховьях (Кастельгард, Канада, рис.). Как и наземные реки, такие пещеры имеют рисунок, определяемый развитием трещин и характером питания.
А - план, Б - разрез. 1 - Арктомис, Канада, 3496/536; 2 - Лубанг Насиб Багус, Малайзия, 2900/+423; 3 - Кастельград, Канада, 1868/387; 4 - Гуа эр Джеремин, 5160/+385; 5 - Дан де Кроль, Франция, 58300/603
Если развитие пещеры происходит при поднятии горного массива или при врезании равнинных рек в водораздельные пространства, возникают многоэтажные системы (Гуа эр Джермин, Малайзия, рис.), отдельные части которых связаны между собой колодцами или сифонными каналами. Классический пример - Красная пещера в Крыму, детально исследованная в 1958-1965 гг. Она состоит из 6 этажей, имеющих превышение друг над другом 5-8 м. Строение каждого из них разное: первый и второй этажи - это четкие каналы стока подземной реки, соединенные между собой провальными колодцами; пятый - тоже канал, образующий петли и напоминающий скорее обрывок рыбачьей сети, третий, четвертый и шестой, почти не имеющие горизонтальных участков, - извилистые узкие трубы, иногда вертикальные, иногда наклонные, расширяющиеся в небольшие залы, образующие тупиковые камеры и купола; со вторым и пятым этажами их соединяют колодцы со стенами, до блеска вылизанными водой. Вся эта путаница ходов общей протяженностью более 2 км "вписана" в небольшой известняковый блок длиной 200, шириной 60 и высотой 80 м. В настоящее время обводнен только первый этаж, по которому протекает, иногда исчезая в сифонах, подземная река, а в паводок, при подъеме ее уровня, ненадолго подтапливается второй этаж. Фрагменты этажей, находящихся между собой в таких же соотношениях, найдены и в дальней части пещеры. Они, как четки, "нанизаны" на первый этаж, по которому протекает река. Наличие на всех этажах следов эрозионной деятельности воды и песчано-глинистых отложений не оставляют сомнений в их происхождении: это "речная" система, образованная в результате постепенного врезания подземного водотока в карстовый массив. К такому же типу относится знаменитая Постойна в Словении: река Пивка, меняя свое подземное русло, сперва образовала ныне сухие лабиринты ее туристской части, а затем сместилась к западу, проходя через разобщенные сифонами пещеры Отошску, Магдалену, Черну, Пивску. При множественности пунктов поглощения на склонах массивов и на их платообразных поверхностях возникают очень сложные сети. Особенно характерны они для горных стран - Альп, Пиренеев и пр. Изучавшаяся на протяжении многих десятилетий система Дан де Кроль (Франция, рис.) сперва состояла из отдельных пещер - Тру дю Глаз, Аннели, Шевалье, Горных стрелков и пр., которые постепенно были соединены друг с другом. Для этой системы характерно обилие притоков, тупиковых колодцев и галерей, сложная система подземного дренажа со многочисленными перехватами стока. Исследования системы связаны с именами П. Шевалье (1935-1947) и М. Летрона (1960-1984), вокруг них образовались активные группы, которые довели протяженность системы до 53 км. французские спелеологи дали таким системам меткое название - сеть. В литературе оно закрепилось как научный термин: "сеть Дан де Кроль", "сеть Мирольда" и пр.
Великолепный пример такой сети - Мамонтова пещера в США. Ее 563 километра - система самых разных по морфологии ходов, заложенных в известняках, которые местами перекрывают размытые некарстующиеся породы. Вот тут-то и раскрывается тайна Мамонтовой пещеры! Она образована не одним водным потоком, а многими притоками реки Грин-Ривер. Прорезая некарстующуюся покрышку, они поглощались в разных местах в подстилающие известняки, образуя изолированные галереи верхнего уровня. Врезалась в известняки Зеленая река - вслед за ней врезались и ее притоки, постепенно образуя ходы нижних уровней. Позднее, у более молодых очагов поглощения на поверхности, образовались внутренние шахты, имеющие глубину 10-30 м и диаметр 6-10 м, соединяющие ходы разных уровней. Система росла, усложнялась, но имела бесспорную "речную" природу...
Даже после сведения всего многообразия карстовых систем к нескольким типам остаются вопросы. Почему галереи имеют именно такую, а не иную конфигурацию? Почему наряду с каскадами колодцев образуются глубокие шахты или высокие купола, "просекающие" все уровни заложения галерей? Почему формируются сами уровни, образующие или четкие, или с трудом прослеживаемые этажи в смежных частях пещерных систем? Почему наряду с широкими, "магистральными" галереями формируется сеть более узких входов? Почему... Этим вопросам нет конца, причем в каждом конкретном районе, в различных климатических, геологических, палеогеографических, гидрогеологических условиях отвечать на них приходится заново. Попробуем "разложить все по полочкам".
Вода в карстующихся породах (известняках, гипсах и каменной соли) движется по различным трещинам. Они формируются в горной породе как на стадии ее образования (литогенетические трещины), в ходе дальнейшего преобразования под действием сил сжатия и растяжения (тектонические трещины), воздействия климатических и прочих факторов (трещины выветривания и пр.). Трещины могут быть постоянно заполнены водой, или она может появляться в них периодически. Это дало основание гидрогеологам выделить две крупные зоны - зону полного насыщения и зону аэрации (в зарубежной карстологической литературе их чаще называют фреатической и вадозной зонами).
Формирование полостей начинается во фреатической зоне. В зависимости от интенсивности развития трещиноватости от точки А (поглощение поверхностного водотока, пещера-понор или шахта-понор) до точки Б (пещера-источник) вода может двигаться по разному. Согласно батифреатической теории, полностью обводненные каналы, в которых вода находится под гидростатическим давлением, закладываются на большой глубине. Исследования последних десятилетий показали, что она может достигать 300 м (Воклюз, Франция; Зимапан, Мексика).
Согласно мелкой фреатической теории, они закладываются ближе к поверхности, причем в верхних коленах сифонов могут формироваться воздушные пузыри. По этой схеме заложены галереи Аянской пещеры (Крым). Третья теория предусматривает "смешанное" развитие полостей. Такие галереи описаны в Красной пещере (Крым). И, наконец, последняя, уровенная теория предусматривает формирование галерей на уровне подземных вод. По этой схеме развиваются десятки субгоризонтальных пещер-источников во многих карстовых районах мира (Шакуранская, Грузия; Джейта, Ливан и пр.).
Однако формирование пещер возможно не только во фреатической, но и в вадозной зоне. В зависимости от особенностей питания (за счет местного поверхностного стока на плато и склонах массивов, при поглощении стока транзитных рек и пр.) здесь могут формироваться вертикальные и субгоризонтальные полости. Подземные водотоки при этом подчиняются тем же закономерностям, что и поверхностные: днища внутренних колодцев и шахт стремятся достичь профиля равновесия. Чем протяженнее субгоризонтальные части полости между двумя колодцами, тем глубже может быть второй из них. Часто наблюдается также попятное (регрессивное) отступание подземного потока с осушением горизонтальных и вертикальных частей полости, при этом образуются знакомые каждому спелеологу параллельные стволы полостей - "штаны" (шахта Напра в Грузии). Из какой "штанины" удастся проникнуть в нижнюю часть системы - дело случая и спортивной удачи.
Если сопоставить "элементарные" случаи (нами рассмотрены далеко не все из них!) с рисунком реальных карстовых систем (рис.), становится ясным, что последние - продукт взаимного наложения разных схем развития. Их бесконечное многообразие зависит от трех основных групп факторов: геологических, гидрогеологических и палеогеографических.
Геологические факторы - это тип карстующейся породы, особенности ее строения и залегания. Она может быть слоистой или неслоистой, более или менее трещиноватой, залегающей горизонтально, наклонно или вертикально, разбитой на блоки или смятой в складки. Каждый из этих случаев и их комбинации определяют рисунок сети полостей, особенности их морфологии. Некоторые полости (Берже, Франция) следуют рельефу подстилающего водоупора; другие (Хельлох, Швейцария) заложены в отдельных пластинах горных пород, надвинутых друг на друга; третьи (Воронцовская, Россия) как бы "обходят" центральную часть куполовидной, брахиантиклинальной структуры.
Гидрогеологические факторы определяются особенностями питания подземных вод, которое может быть постоянным и периодическим, инфильтрационным и инфлюационным, сосредоточенным (поглощение в одном поноре) или рассредоточенным (поглощение по длине реки) и пр. Внутри массива вода образует свободные и напорные потоки; ее движение может быть ламинарным или турбулентным, подчиняющимся разным фильтрационным законам; наконец, концентрация потоков может происходить у тектонических нарушений (сбросов, сдвигов), выступающих то как барражи (своеобразные подземные плотины), то как коллекторы (проводники воды). Эти факторы в свою очередь определяют макро- и микроморфологию полостей. Опытный спелеолог по характеру поперечных сечений пещер и шахт, мелким формам на их стенах (купола, фасетки и пр.), а также отложениям на полах (гравий, песок, глина) всегда сможет определить условия образования того или иного хода.
И, наконец, палеогеография. Поверхностный и подземный рельеф находятся в непрерывном развитии: меняются условия образования отдельных форм, они накладываются друг на друга, заполняются отложениями и вновь промываются. Самая типичная ситуация - обнаружения форм, проработанных некогда во фреатической зоне, в сегодняшней вадозной зоне. Известно, что речные долины развиваются "сверху вниз", постепенно формируя глубокие ущелья и каньоны. С каждым этапом врезания рек (или поднятия горного массива) связаны свои системы пещерных галерей, которые закладываются во фреатической зоне, но затем переходят во все увеличивающуюся в мощности вадозную зону. При размыве некарстующихся отложений на поверхности формируются новые пункты поглощения, и древние фреатические каналы соединяются с ними вадозными колодцами. Следующий этап врезания еще больше осложняет картину: в карстовом массиве появляются элементы трех возрастов, наложенные друг на друга. Кроме отрицательных, деструктивных форм здесь возникают формы положительные, связанные с аккумуляцией разных типов, о которой мы поговорим позже.
В сложении карстовых массивов часто нарушается основной закон геоморфологии: чем выше - тем древнее.
Ограничимся приведенными примерами. Общий вывод следующий: карстовые сети - это сложнейшие разновозрастные полигенетические системы. Их образование происходит разными путями, на протяжении геологического времени, которое в переводе на обычное (историческое) летосчисление может измеряться миллионами, десятками или даже сотнями миллионов лет. Определить происхождение сложной по морфологии пещеры можно только разобравшись в "мозаике" слагающих ее элементов, сопоставив развитие поверхностного и подземного рельефа. Еще сложнее обстоит дело с определением возраста: в игру включаются отложения карстовых полостей.
Спускаясь под землю, оказываешься не только в путанице широких и узких галерей, лазов и сифонных каналов, но попадаешь в настоящие дебри гипотез их образования и развития, выбраться из которых не легче, чем из каменного лабиринта...
Дублянский В.Н.
Научно-популярная книга
