Что означает карстовое озеро
Образование и распространение карстовых озер
Условия образования карстовых озер
Главным условием образования карстовых озер служат: наличие легкорастворимых горных пород, протекание карстовых процессов в благоприятных гидрологических и климатических условиях: достаточная влажность, наличие подземных вод, предрасположенность рельефа. Образование карстовых озер связано с постоянным или временным затоплением крупных отрицательных карстовых форм рельефа поверхностными или подземными водами. Такие формы могут располагаться как непосредственно в растворимых породах, так и в покрывающих их (а иногда и прилегающих к ним) толщах нерастворимых пород. По условиям питания можно выделить три основные группы карстовых озер: 1) питающиеся поверхностными водами; 2) питающиеся подземными водами и 3) смешанного питания.
Образование карстовых озер поверхностного питания связано с закупориванием поглощающих отверстий, располагающихся на дне карстовых воронок, карстовых долин, карстово-эрозионных оврагов и т. п. Это закупоривание обычно происходит в результате отложения материала, сносимого поверхностными водами. Закупоривание может быть связано и с явлениями обрушения кровли карстовых полостей. Закупоривание иногда бывает настолько совершенным, что инфильтрация через дно озера практически отсутствует. В таких случаях режим уровня озера определяется соотношением между поступающими в него поверхностными водами (талые, дождевые) испарением и стоком (если он имеется). Нередко же через наносы, выстилающие дно озера, происходит фильтрация; такие озера обычно быстро пересыхают.
Рис.1. Озеро карстового происхождения Морской глаз (Марий Эл, Россия)
Известно много примеров и внезапного, быстрого осушения карстовых озер, что связано с раскрытием (посредством суффозии) ранее закупоренных каналов или образованием на дне озера новых поглощающих отверстий (в результате обрушения или суффозии). Наконец, достаточно часто встречаются периодические карстовые озера, в которых вода удерживается лишь в периоды интенсивного снеготаяния или сильных ливней, когда поступающие в озеро поверхностные воды не успевают отводиться на глубину из-за недостаточных размеров расположенных на дне поноров. Карстовые озера поверхностного (и смешанного) питания широко распространены в СССР, главным образом в районах покрытого карста. Они имеют разнообразные размеры и различную глубину, иногда достигающую первых десятков метров. В зависимости от конфигурации той поверхностной карстовой формы, которая заполнена водой, карстовые озера имеют то округлую, то прихотливую форму. Некоторые карстовые озера этой группы образовались на глазах человека.
К карстовым озерам подземного питания прежде всего относятся озера, питающиеся водами крупных карстовых источников, располагающихся на дне самих озер. Типичными примерами озер этого типа на территории СССР являются: «Жерло Оконское» в Полесье, озеро Церик-Кель на Северном Кавказе, озеро Сарвинское, озеро в месте расположения источника Красный Ключ на Уфимском плато и др. Характерно, что озера этого типа имеют поверхностный сток, давая начало постоянным ручьям и рекам; в некоторых случаях эти воды используются для получения электроэнергии (ГЭС у источника Красный Ключ). Еще более широко распространены у нас карстовые озера с подземным питанием, приуроченные к глубоким карстово-суффозионным и карстовым провальным воронкам и шахтам, дно которых располагается ниже уровня подземных вод. В таких озерах уровень воды обычно совпадает с уровнем подземных вод и, таким образом, они представляют как бы вскрытые участки зоны насыщения. Онежско-Двинский водораздел, Центральные районы Европейской части СССР, Поволжье, Приангарье и целый ряд других областей характеризуются наличием озер этой группы; в частности, к ним относится и озеро, образовавшееся на месте упомянутого выше Акташского провала.
У озер со смешанным питанием условия питания в каждом конкретном случае могут быть достаточно своеобразными. Следует, в частности, иметь в виду, что озера подземного питания с ростом водосборной площади данной карстовой формы (образование карстовой долины или карстово-эрозионного оврага) могут превращаться в озера смешанного питания. Естественные водоемы, располагающиеся в пределах карстовых и карстово-эрозионных польев, также обычно относятся к этому типу. Среди них выделяются постоянно затопленные и периодически затопляемые полья. Небезынтересно, что на Балканском полуострове площадь периодически затопляемых польев, по сравнению с площадью сухих польев, закономерно возрастает по мере снижения абсолютных отметок. Об этом свидетельствуют приведенные в табл. 6 результаты обследования 49 польев Боснии и Герцеговины, проведенного Ф. Баллифом еще в конце прошлого столетия. Особую разновидность карстовых озер представляют пещерные озера, широко распространенные в целом ряде карстовых областей. Пещерные озера получают питание либо за счет поглощаемых понорами сосредоточенных постоянных или временных поверхностных потоков, либо за счет более или менее рассредоточенных инфильтрационных вод. В значительной мере от условий питания зависит и режим пещерных озер.
Виды карстовых озер
Рис.2. Подземное карстовое озеро (Деменовская пещера Свободы, Словакия)
Существуют озера гумидного (влажного) и аридного (засушливого и пустынного) климата. Среди озер гумидного климата выделяют проточные, периодически проточные и непроточные озера, имеющие, однако, всегда подземный сток через грунтовые воды. Озера аридного типа делятся на периодически сточные и бессточные. Благодаря наличию поверхностного или подземного стока, большому количеству притекающей пресной воды и малой величине испарения, озера гумидного типа почти все без исключения пресные. В противоположность им большинство озер аридного типа в той или иной степени соленые, иногда вода в них представляет настоящий рассол. Это связано с тем, что в условиях засушливого климата вода в озере интенсивно испаряется и концентрация растворенных в ней солей постепенно увеличивается.
Значительна группа карстовых озер, классификация которых довольно сложна, и поэтому здесь мы ограничимся указанием двух их разновидностей: собственно карстовых и преобразованных карстом. Большинство озер первой группы занимают карстовые воронки и котловины, размеры которых 20100 м 2 и реже 150 м 2 и более, а глубина от 0,5 до 15м. В эту же группу входят водоемы, возникшие на месте глубоких колодцев (шахт), провальные озера.
Вместилищами карстовых озер служат разного размера и характера отрицательные поверхностные формы карста. Это могут быть одиночные достаточно крупные карстовые воронки. В таком случае карстовое озеро имеет типичную округлую или овальную форму. Озера в провальных воронках часто отличаются крутизной берегов. Нередко встречаются карстовые озера сложной, лопастной формы. В этих случаях водой заполнены сложные, составные карстовые ванны, образовавшиеся при слиянии краями нескольких соседних воронок.
Распространение карстовых озер по территории мира
Наибольшее распространение получили карстовые озера на территории юга и юго–востока Балканского полуострова. К югу от Белграда имеется участок покрытого карста в неогеновых ракушечных известняках с множеством карстовых воронок. Помимо воронок в селении Сремчица, в центре этого участка расположена крупная котловина размерами в плане 600 на 500 м, состоящая из восьми больших слившихся воронок. Ее называют Провалия. Есть на этой территории озера, занимающие пониженные участки днищ польев, например оз. Церкнишко в одноименном полье в Словении (Югославия) сейчас с искусственно зарегулированным оттоком воды. Другие югославские полья, а также котловина Городно на Валдайской возвышенности периодически затапливались водой и превращались во временные озера.
На территории Балкан есть озера с проточной речной водой. Это, например, озера с травертиновыми плотинами, расположенные каскадами в долинах рек Кораны (Плитвицкие озера) и Крка в Хорватии. Распространены карстовые озера мира на Кавказе. Цериккёль, Голубое озеро в долине Бзыби, Хариствали в Шаорской котловине, сейчас затопленное. К ним относится общеизвестное Цериккель (глубина 368 м), Шамхурей в Кабардино-Балкарии и Провал в Пятигорске, Голубое на реке Бзыбь. В пределах Бокового и Главного хребтов и известняковой полосы Западной Грузии и Дагестана, в районах древнего оледенения с карбонатными карстующимися породами, встречаются озера ледникового происхождения, но преобразованные карстом. Такие озера располагаются на горном массиве Фишт-Оштен, хребтах Абишир-Ахуба, Гагринском и др.
Рис.3. Плитвицкие озера (Хорватия)
Наиболее характерным среди них является озеро Псенодах, расположенное на плато Лагонаки в верховьях реки Белой. Много карстовых озер на Восточно–европейской равнине. Иногда они достигают значительных размеров. Типичными примерами таких озер являются: оз. Святое в долине низовья р. Теши (правого притока Оки, впадающего в нее ниже Мурома), достигающее 2 км длиной и 1 км шириной; оз. Чарское и ряд других крупных озер на междуречье Теши и Сережи. Котловины этих озер образовались слиянием многих карстовых котловин и воронок. Сухим аналогом котловин этих озер служит котловина у селения Болотникова (на правобережье Оки севернее р. Большой Кутры) размерами 1300 на 400 м в плане и до 2030 м глубиной, состоящая из двух больших слившихся котловин, каждая из которых в свою очередь сложная.
Термокарстовые озера
Рис.4. Термокарстовые озёра на полуострове Ямал (Россия)
Известный мерзлотовед М. И. Сумгин различает следующие семь стадий в жизни термокарстовых озер:
Карстовые озера являются уникальным созданием природы, появившимся при сочетании определенных факторов за различные промежутки времени. Они неповторимы, изменчивы по многим показателям, следовательно, их изучение должно вестись значительно тщательнее, изменения должны фиксироваться гораздо чаще по времени с указанием причин и максимальной точностью. Карстовые озера необходимо изучать не только как прямое следствие карстовых процессов, но и как объекты, имеющие дальнейший путь в существовании и развитии.
Образование и распространение карстовых озер
Итак, обо всем по порядку. Карст — это совокупность процессов и явлений, связанных с разрушением горных пород под воздействием воды (поверхностной и подземной), в результате чего образуются своеобразные формы рельефа и пустоты в виде подземных пещер, полостей, ходов, колодцев, подземных рек, воронок, провалов, создаются новые формы рельефа. Причем процессы эти идут скрытно, под землей, а подвержены им растворимые в воде горные породы: гипс, известняк, мрамор, деломит, каменная соль. Особенно благоприятные условия для образования карстовых озер складываются там, где близко от поверхности земли залегают месторождения каменной соли.
Само понятие слова «карст» происходит от названия известкового плато Карста, расположенного на побережье Адриатического моря к юго-востоку от г. Триеста, где отмеченные процессы развиты очень сильно и были раньше всего изучены. А вообще карстовые явления наблюдаются очень широко на земном шаре.
Карстовые озера всегда необычайно красивы – прозрачная, чистая вода в крутостенной чаше берегов. Недаром с различных языков их названия часто переводятся «Красивое», «Красное», «Голубое», «Белое». Образуются карстовые озера при заполнении водой котловин и польев. На дне некоторых озер бьют родники, поэтому вода в них, всегда оставаясь холодной, редко замерзает.
Одни озера существуют постоянно – их днища находятся в нижнем карстовом этаже, богатом водой. Другие появляются в периоды дождей или таяния снега, это значит, что днище озера достигает среднего этажа. Случается и так, что вода в озере удерживается только благодаря накопившейся на дне терра россе (нерастворимому осадку), поэтому озеро как бы «висит» над уровнем подземных вод. Если этот покров будет нарушен, оно быстро превращается в сухую котловину. На северо-западе Вологодской области, к югу от Онежского озера, есть группа карстовых озер, вода в которых периодически исчезает через воронки («пучины», как их называют местные жители) на днищах. На осушившемся дне рыбу можно ловить руками, без сетей.
Самым глубоким карстовым озером считается Црвено (Красное), одно из Имотских озер в Хорватии. Его глубина около 300 м, а стенки впадины, где оно находится, поднимаются над водой еще на 218 м. В ширину озеро меньше, чем глубина вмещающей его котловины. Диаметр озера в верхней части около 400 м. На 258 м в глубину уходит озеро Церик-Кель (Голубое) в долине реки Черек на Северном Кавказе.
Есть карстовые озера и на восточной окраине Москвы – в районе Косино. Карстовые озера образуются буквально на глазах. Например, 28 августа 1949 года в долине реки Киршетки в Пермской области образовалось озеро. Провал размерами 40,0 – 50,5 м и глубиной 5,45 м. Высота стенок провала над уровнем воды равнялась 9 м, так что общая глубина кастовой воронки достигала почти 15 м.
Главным условием образования карстовых озер служат: наличие легкорастворимых горных пород, протекание карстовых процессов в благоприятных гидрологических и климатических условиях: достаточная влажность, наличие подземных вод, предрасположенность рельефа. Образование карстовых озер связано с постоянным или временным затоплением крупных отрицательных карстовых форм рельефа поверхностными или подземными водами. Такие формы могут располагаться как непосредственно в растворимых породах, так и в покрывающих их (а иногда и прилегающих к ним) толщах нерастворимых пород. По условиям питания можно выделить три основные группы карстовых озер: 1) питающиеся поверхностными водами; 2) питающиеся подземными водами и 3) смешанного питания.
Образование карстовых озер поверхностного питания связано с закупориванием поглощающих отверстий, располагающихся на дне карстовых воронок, карстовых долин, карстово-эрозионных оврагов и т. п. Это закупоривание обычно происходит в результате отложения материала, сносимого поверхностными водами. Закупоривание может быть связано и с явлениями обрушения кровли карстовых полостей. Закупоривание иногда бывает настолько совершенным, что инфильтрация через дно озера практически отсутствует. В таких случаях режим уровня озера определяется соотношением между поступающими в него поверхностными водами (талые, дождевые) испарением и стоком (если он имеется). Нередко же через наносы, выстилающие дно озера, происходит фильтрация; такие озера обычно быстро пересыхают.
Озеро карстового происхождения Морской глаз (Марий Эл, Россия)
Известно много примеров и внезапного, быстрого осушения карстовых озер, что связано с раскрытием (посредством суффозии) ранее закупоренных каналов или образованием на дне озера новых поглощающих отверстий (в результате обрушения или суффозии). Наконец, достаточно часто встречаются периодические карстовые озера, в которых вода удерживается лишь в периоды интенсивного снеготаяния или сильных ливней, когда поступающие в озеро поверхностные воды не успевают отводиться на глубину из-за недостаточных размеров расположенных на дне поноров. Карстовые озера поверхностного (и смешанного) питания широко распространены в СССР, главным образом в районах покрытого карста. Они имеют разнообразные размеры и различную глубину, иногда достигающую первых десятков метров. В зависимости от конфигурации той поверхностной карстовой формы, которая заполнена водой, карстовые озера имеют то округлую, то прихотливую форму. Некоторые карстовые озера этой группы образовались на глазах человека.
К карстовым озерам подземного питания прежде всего относятся озера, питающиеся водами крупных карстовых источников, располагающихся на дне самих озер. Типичными примерами озер этого типа на территории СССР являются: «Жерло Оконское» в Полесье, озеро Церик-Кель на Северном Кавказе, озеро Сарвинское, озеро в месте расположения источника Красный Ключ на Уфимском плато и др. Характерно, что озера этого типа имеют поверхностный сток, давая начало постоянным ручьям и рекам; в некоторых случаях эти воды используются для получения электроэнергии (ГЭС у источника Красный Ключ). Еще более широко распространены у нас карстовые озера с подземным питанием, приуроченные к глубоким карстово-суффозионным и карстовым провальным воронкам и шахтам, дно которых располагается ниже уровня подземных вод. В таких озерах уровень воды обычно совпадает с уровнем подземных вод и, таким образом, они представляют как бы вскрытые участки зоны насыщения. Онежско-Двинский водораздел, Центральные районы Европейской части СССР, Поволжье, Приангарье и целый ряд других областей характеризуются наличием озер этой группы; в частности, к ним относится и озеро, образовавшееся на месте упомянутого выше Акташского провала.
У озер со смешанным питанием условия питания в каждом конкретном случае могут быть достаточно своеобразными. Следует, в частности, иметь в виду, что озера подземного питания с ростом водосборной площади данной карстовой формы (образование карстовой долины или карстово-эрозионного оврага) могут превращаться в озера смешанного питания. Естественные водоемы, располагающиеся в пределах карстовых и карстово-эрозионных польев, также обычно относятся к этому типу. Среди них выделяются постоянно затопленные и периодически затопляемые полья. Небезынтересно, что на Балканском полуострове площадь периодически затопляемых польев, по сравнению с площадью сухих польев, закономерно возрастает по мере снижения абсолютных отметок. Об этом свидетельствуют приведенные в табл. 6 результаты обследования 49 польев Боснии и Герцеговины, проведенного Ф. Баллифом еще в конце прошлого столетия. Особую разновидность карстовых озер представляют пещерные озера, широко распространенные в целом ряде карстовых областей. Пещерные озера получают питание либо за счет поглощаемых понорами сосредоточенных постоянных или временных поверхностных потоков, либо за счет более или менее рассредоточенных инфильтрационных вод. В значительной мере от условий питания зависит и режим пещерных озер.
Виды карстовых озер
Подземное карстовое озеро (Деменовская пещера Свободы, Словакия)
Существуют озера гумидного (влажного) и аридного (засушливого и пустынного) климата. Среди озер гумидного климата выделяют проточные, периодически проточные и непроточные озера, имеющие, однако, всегда подземный сток через грунтовые воды. Озера аридного типа делятся на периодически сточные и бессточные. Благодаря наличию поверхностного или подземного стока, большому количеству притекающей пресной воды и малой величине испарения, озера гумидного типа почти все без исключения пресные. В противоположность им большинство озер аридного типа в той или иной степени соленые, иногда вода в них представляет настоящий рассол. Это связано с тем, что в условиях засушливого климата вода в озере интенсивно испаряется и концентрация растворенных в ней солей постепенно увеличивается.
Значительна группа карстовых озер, классификация которых довольно сложна, и поэтому здесь мы ограничимся указанием двух их разновидностей: собственно карстовых и преобразованных карстом. Большинство озер первой группы занимают карстовые воронки и котловины, размеры которых 20100 м 2 и реже 150 м 2 и более, а глубина от 0,5 до 15м. В эту же группу входят водоемы, возникшие на месте глубоких колодцев (шахт), провальные озера.
Вместилищами карстовых озер служат разного размера и характера отрицательные поверхностные формы карста. Это могут быть одиночные достаточно крупные карстовые воронки. В таком случае карстовое озеро имеет типичную округлую или овальную форму. Озера в провальных воронках часто отличаются крутизной берегов. Нередко встречаются карстовые озера сложной, лопастной формы. В этих случаях водой заполнены сложные, составные карстовые ванны, образовавшиеся при слиянии краями нескольких соседних воронок.
Распространение карстовых озер по территории мира
Наибольшее распространение получили карстовые озера на территории юга и юго–востока Балканского полуострова. К югу от Белграда имеется участок покрытого карста в неогеновых ракушечных известняках с множеством карстовых воронок. Помимо воронок в селении Сремчица, в центре этого участка расположена крупная котловина размерами в плане 600 на 500 м, состоящая из восьми больших слившихся воронок. Ее называют Провалия. Есть на этой территории озера, занимающие пониженные участки днищ польев, например оз. Церкнишко в одноименном полье в Словении (Югославия) сейчас с искусственно зарегулированным оттоком воды. Другие югославские полья, а также котловина Городно на Валдайской возвышенности периодически затапливались водой и превращались во временные озера.
На территории Балкан есть озера с проточной речной водой. Это, например, озера с травертиновыми плотинами, расположенные каскадами в долинах рек Кораны (Плитвицкие озера) и Крка в Хорватии. Распространены карстовые озера мира на Кавказе. Цериккёль, Голубое озеро в долине Бзыби, Хариствали в Шаорской котловине, сейчас затопленное. К ним относится общеизвестное Цериккель (глубина 368 м), Шамхурей в Кабардино-Балкарии и Провал в Пятигорске, Голубое на реке Бзыбь. В пределах Бокового и Главного хребтов и известняковой полосы Западной Грузии и Дагестана, в районах древнего оледенения с карбонатными карстующимися породами, встречаются озера ледникового происхождения, но преобразованные карстом. Такие озера располагаются на горном массиве Фишт-Оштен, хребтах Абишир-Ахуба, Гагринском и др.
Плитвицкие озера (Хорватия)
Наиболее характерным среди них является озеро Псенодах, расположенное на плато Лагонаки в верховьях реки Белой. Много карстовых озер на Восточно–европейской равнине. Иногда они достигают значительных размеров. Типичными примерами таких озер являются: оз. Святое в долине низовья р. Теши (правого притока Оки, впадающего в нее ниже Мурома), достигающее 2 км длиной и 1 км шириной; оз. Чарское и ряд других крупных озер на междуречье Теши и Сережи. Котловины этих озер образовались слиянием многих карстовых котловин и воронок. Сухим аналогом котловин этих озер служит котловина у селения Болотникова (на правобережье Оки севернее р. Большой Кутры) размерами 1300 на 400 м в плане и до 2030 м глубиной, состоящая из двух больших слившихся котловин, каждая из которых в свою очередь сложная.
Термокарстовые озёра на полуострове Ямал (Россия)
Известный мерзлотовед М. И. Сумгин различает следующие семь стадий в жизни термокарстовых озер:
Карстовые озера являются уникальным созданием природы, появившимся при сочетании определенных факторов за различные промежутки времени. Они неповторимы, изменчивы по многим показателям, следовательно, их изучение должно вестись значительно тщательнее, изменения должны фиксироваться гораздо чаще по времени с указанием причин и максимальной точностью. Карстовые озера необходимо изучать не только как прямое следствие карстовых процессов, но и как объекты, имеющие дальнейший путь в существовании и развитии.
Карстовые озера и подземные воды
КАРСТОВЫЕ ОЗЕРА И ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ.
Прозрачный холодный ручей весело скачет по уступам, переливаясь всеми красками радуги, радостно звенит в каменных желобках. Солнечные лучи отражаются в его хрустальных водопадиках стремящихся вниз. Небольшое озерцо – и ручей ныряет в темный грот. Призрачный дневной свет, просачиваясь через зеленоватые драпировки входа, предает резным стенкам грота фантастические оттенки. Гул ручья усиливается, звуки поверхности отступают. С каждым шагом тьма сгущается, щебет птиц и шум ветра остаются за спиной. Вы погружаетесь в царство вечного мрака – в мир без Солнца, Луны и ярких южных звезд. Перед вами высокие галереи, причудливые улитки гротов, где кальцитовые капли миллионы лет точили и лепили
Рис. 1. Новоафонская пещера.
податливый камень, украшая потолки и стены странными фигурами, где гигантские сталагмиты стоят, словно стражи, охраняя вход, а хрупкие геликтиты создают неповторимый узор. Вы проходите грань свети и тьмы, спускаетесь в туннель, проникаете в волшебный и загадочный мир – подземный мир пещер. (рис. 1)
Глава 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И СУЩНОСТЬ ЯВЛЕНИЯ.
Жители карстовых районов всего мира давно обратили внимание на то, что поверхностные водотоки часто пропадают, или, как образно говорят на Руси, «поныряют» под землю. Отсюда название исчезающей реки и пещеры на Валдайской возвышенности – Поныретка. Основная Гидрологическая функция всех карстовых форм – перевод поверхностного стока в подземный. Особенностью процесса является: что поглощается (постоянный или периодический водоток), как это происходит (инфильтрация или инфлюация, свободное движение или напорное, ламинарное или турбулентное) и пр.
Что происходит с водой под землей? Первые исследования поноров Западной Европы показали, что нередко они расширяются, превращаясь в галереи пещер или каскады колодцев. Особенно большие полости образуются в том случае, когда под землю уходят водотоки, формирующиеся на водоупорных породах. Именно так образовались галереи Адельсбергской (Постойной) пещеры в Словении, входная часть которой известна человеку с XVIII в. Ее образовали воды реки Пивка, водосбор которой выше пещеры сложен эоценовым флишем.
1.1. Реки карстовых районов
Для карстовых районов характерна разреженность поверхностной гидрографической сети. Эта особенность наглядно показана (1926) <3>на примере одного из районов западной Грузии на южном склоне Большого Кавказа. Она отмечена и (1964) <4>, который пишет о безводии возвышенных частей карстовой области Абхазии, где происходит поглощение поверхностных вод в толщи сильно закарстованных известняков, и об обилии рек и источников в предгорьях и на равнине, в зоне разгрузки карстовых вод и там, где мезозойские (верхнеюрские и меловые) известняки сменяются некарстующимися кайнозойскими породами предгорий и береговых равнин. Поглощение поверхностного стока отрицательными формами карстового рельефа и перевод его в подземный является общеизвестным фактом, но как важнейшая особенность стока карстовых районов подчеркивается в выводах серьезных карстоведческо-гидрологических исследований (Балков 1966) <5>.
Карст приводит к интенсификации подземного стока: нарушает плавный зональный характер распределения величия подземного стока, определяемый широтной и высотной зональностью, климатической и ландшафтной, приводит к перераспределению подземного стока в реки на относительно ограниченных площадях. Большие величины модулей и коэффициентов подземного стока и коэффициентов подземного питания, рек в карстовых районах объяаняются не только особо благоприятным условиями поглощения атмосферных осадков, но и своеобразными чертами режима карстовых вод, его динамичностью, большими скоростями движения и т. д. По типу своего режима подземный сток в карсте часто напоминает режим речного стока, отличаясь лишь некоторым запаздыванием наступления максимумов и минимумов (Куделин, Карпова,1968) <6>.
В областях же с резко выраженной неравномерностью сезонного распределения осадков, например в Средиземноморье, типичные карстовые, реки с большой долей подземного питания испытывают весьма значительные изменения расходов и уровней во влажный и сухой сезоны. Примером может служить уже упоминавшаяся система карстовых рек Пивки-Уницы в Словении, расход которых резко сокращается в сухой сезон в сравнении с влажным периодом. Пивка становится очень маловодной, и Уница в Планинском полье получает большую часть своих вод не из Павки, а за счет подземного стока с горного массива Дворник.
1.2. Карстовые озера
Достопримечательностью областей распространения гипса, известняка, мела и других карстующихся пород являются карстовые озера. (рис.2) Они отличаются от озер иного происхождения временем существования, глубиной, составом и температурой воды. Это воронки или же котловины, в некоторых случаях – полья, заполненные водой. При небольшой площади водной поверхности они могут превосходить по глубине
Рис. 2. Карстовое озеро в пещере Отчажная.
такие крупнейшие озера, как Севан (глубина 86 м), Онежское (127 м) и даже Ладожское (230 м).Одно из глубочайших карстовых озер – Црвено (Красное) – расположено в Югославии вблизи города Имотски. Глубокая цилиндрическая котловина в известняках имеет поперечник в верхней части около 400 м, а глубину от поверхности до дна 519 м. Глубина озера в зависимости от сезона года колеблется от 249 м до 270 м (рис. 3, А).
Другое глубокое озеро – Чирик-Кель – находится на Северном Кавказе в известняках Скалистого хребта. Вода заполняет вертикальный канал глубиной до 258 м, в верхней части несколько расширенный. В плане озеро овальной формы (длина 233 м, ширина 146 м). Из него вытекает река, объем воды в которой достигает 68 м3 в сутки (рис. 3, Б).
В Пермской области известно более 500 карстовых озер. В большинстве своем они маленькие – поперечник менее 50 м, глубина не более 3 м; реже встречаются глубокие озера. Сравнительно большую площадь – 42 тыс. м2 – имеет озеро Большое, расположенное на 8 км севернее поселка Мутный. Глубина его 16 м (рис. 3, В, Г). Самое глубокое карстовое озеро – Роголек – находится в пойме реки Пожвы вблизи деревни Дурнята Добрянского района. При глубине озера 61 м площадь водного зеркала не привышает 6 тыс. м2.
 |
2 — разрушенная порода,
Чирик-Кёль с изолиниями глубин и
изолиниями глубин. профили котловин
Вместилищами карстовых озер служат разного размера и характера отрицательные поверхностные формы карста. Это могут быть одиночные достаточно крупные карстовые воронки. В таком случае карстовое озеро имеет типичную округлую или овальную форму. Озера в провальных воронках часто отличаются крутизной берегов. Нередко встречаются карстовые озера сложной, лопастной формы. В этих случаях водой заполнены сложные, составные карстовые ванны, образовавшиеся при слиянии краями нескольких соседних вороненок. Иногда озера в сложных карстовых котловинах достигают значительных размеров. Типичными примерами таких озер являются: оз. Святое в долине низовья р. Теши (правого притока Оки, впадающего в нее ниже Мурома), достигающее 2 км длинной и 1 км шириной; оз. Чарское и ряд других крупных озер на междуречье Теши и Сережи. Котловины этих озер образовались слиянием многих карстовых котловин и воронок. Сухим аналогом котловин этих озер служит котловина у селения Болотникова (на правобережье Окон севернее р. Большой Кутры) размерами 1300 на 400 м в плане и до 20 — 30 м глубинной, состоящая из двух больших слившихся котловин, жаждая из которых в, свою очередь сложная (Гвоздецкий, Спиридонов, 1971) <9>.
В Югославии к югу от Белграда имеется участок покрытого карста в неогеновых ракушечных известняках с множеством карстовых воронок (Петрович и Гаврилович, 1960) <10>. Помимо воронок в селении Сремчица, в центре этого участка расположена крупяная котловина размерами в плане 600 на 500 м, состоящая из восьми больших слившихся воронок. Ее называют Провалия. А недалеко от этой котловины в том же селении имеется озеро, представляющее собой затопленную водой подобную котловину. Причем уровень озера находится выше сухой котловины, что говорит об отсутствии связи его воды с основным уровнем грунтовых вод.
Есть озера, занимающие пониженные участки днищ польев, например оз. Церинишко в одноименном полье в Словении (Югославия) сейчас с искусственно зарегулированным оттоком воды. Другие югославские полья, а у нас котловина Гродно на Валдайской возвышенности (Поршняков, 1939) <11>, периодически затапливались водой и превращались во временные озера.
В соответствии с разными способами, образования отрицательных поверхностных карстовых форм неодинаковым может быть и происхождение озерных котловин (поверхностного выщелачивания, провальное, просасывания и пр.). Оно может быть сложным, полигенетическим, с преобладающей или подчиненной ролью карстовых процессоров. Основным процессом в формировании указaнной выше котловины у Болотникова был карстовый, но эpoзионные процессы также участвовали в моделировке ее краев.
(1969) <12>выделяет озерные котловины: кастовые и тектонно-карстовые; плотинные; преобразованные карстом и сложные; некарстовые с незначительным влиянием карста.
Глава 2. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
Карстовые озера могут возникать на глазах у людей, как, например, озеро Провал в системе Усть-Кишерть. Если провал вскрывает подземные грунтовые или карстовые воды, он быстро заполняется водой и превращается в озеро. Такие озера питаются подземными водами и имеют относительно постоянный уровень воды. Например, украшением уже упомянутого села Усть-Кишерть является озеро Молебное. Оно имеет округлую форму (112×108 м), глубина его достигает 19,5 м. Вода озера обладает хорошими вкусовыми качествами. На территории этого селения известно 10 карстовых озер, среди которых Провал, Безымянное, Восьмерка, Зуевское и др.
Возможен и иной путь возникновения карстовых озер. Если трещины и поноры на дне воронки или котловины заполняются глиной или другими водонепроницаемыми материалами, то атмосферные осадки и талые воды скапливаются в понижении, образуя озера. Уровень воды в таких озерах сильно колеблется – весной он повышается, в сухие периоды понижается. Бывают случаи периодического исчезновения озер. Вода из них уходит, если поноры и трещины на дне освобождаются от водопроницаемых «пробок» в результате их размыва. Например, сравнительно большое озеро в деревне Залесной на Чусовской стрелке Камского водохранилища (поперечник 80 м, глубина до 11 м) исчезло в 30-е годы, а затем восстановилось. Иногда жители тампонируют поноры, поглотившие воду, что способствует накоплению воды в котловине.
Могут быть озера с проточной речной водой. Это, например, озера с травертиновыми плотинами, расположенные каскадами в долинках рек Кораны (Плитвицкие озера) и Крка в Хорватии.
Глава 3. РАЗНОВИДНОСТИ КАРСТОВЫХ ОЗЕР
Некоторые озера представляют собой воронкообразные расширенные в верхней части каналы, из которых на земную поверхность вытекают подземные карстовые воды, дающие начало рекам. Это сточные родниковые озера.
Ученых заинтересовала группа озер-родников в Дурнятской карстовой депрессии (центральная часть Пермской области). Это озера Белое, Черное, Роголек, Каменка. Озеро Роголек является самым глубоким в Пермской области.
Размеры озер Дурнятской депрессии.
Озеро Длина Ширина Глубина
Из озер в реку Пожву течет ручей, расход воды в котором достигает 40 тыс. м3 в сутки.
Известны еще более мощные родники. Родник Красный ключ с максимальным расходом воды в весенний период да 4 млн. м3 в сутки вытекает из двух озер в долине реки Уфы на территории Башкирии. Поперечник большего из них достигает 170 м, глубина 38 м.
В окрестностях селения Златна Панега в Болгарии расположены два родниковых озера Глава Панега. Одно из них – Горно – имеет длину 73 м, ширину 22 м, наибольшую глубину 16 м. На глубине 12 м из карстового канала вытекает мощный родник. Южная глубокая часть озера обрамлена отвесными скалами известняка. Озеро Горно отделено порогом от озера Долно, глубина которого значительно меньше – 7 м. В озере Долно берет начало река с расходом воды, по данным Н. Бояджиева, более 400 тяс. м3 в сутки. Вода озер используется для водоснабжения населения и промышленных предприятий, а также для орошения полей.
Родниковые озера привлекают внимание гидрогеологов, которые рассматривают их как возможные источники питьевого и хозяйственного водоснабжения.
3.2. Солоноватые и соленые озера
Состав воды родниковых озер определяется составом поступающих в них подземных карстовых вод. Если на участке, где находится озеро, залегают гипсы или соли, подземная вода, растворяя их, становится солоноватой или соленой. Вода с минерализацией менее 1 г солей на литр относится к пресной, от 1 до 10 – к солоноватой, свыше 10 – к соленой.
Пермская область расположена в лесной зоне, для которой характерны пресные озера. Исключением являются отдельные карстовые родниковые озера. Наиболее интересное из них – Белое в Дурнятской депрессии. Оно состоит из двух воронок общей длиной 123 м и наибольшей шириной 84м. Глубина в одной воронке – 25 м, в другой 46 м (рис. 3). Основная масса воды соленая, содержит 11 – 13 г соли в одном литре. Верхний тонкий слой воды поступает из озер Черное, Каменка и Роголек и поэтому менее минерализован – около 2 г солей на литр. Двуслойным по минерализации и составу воды является озеро Среднеполазненское, расположенное в пойме правого берега реки Полазна на 4 км западнее деревни Дивья Добрянского района. Озеро глубиной до 9,6 м, шириной 115 м и длинной 198 м состоит из трех слившихся воронок. Один берег его высокий с выходами гипса. В поверхностном слое озера вода мягкая, пресная. С глубины 3,5 м и до дна она холодная солоноватая, гипсового состава. Подобные многослойные озера – сравнительно редкое явление. Они отражают особые геологические условия местности.
 |
План и профиль котловины озера-родника Белое.
3.3. Незамерзающие озера
Карстовые озера, на дне которых выходят мощные карстовые родники, не замерзают даже в сильные морозы. В Дурнятской депрессии не покрывается льдом озеро Каменка. Над глубокой частью озера Роголек всю зиму остается полынья. Озеро Белое покрывается льдом только в самые сильные морозы. Препятствует образованию льда приток снизу подземных вод, которые в течение года имеют температуру 4 — 4,50С. Озера, представляющие собой мощные выходы подземных вод, отличаются постоянной и сравнительно низкой (4 — 50С) температурой всей массы воды.
Рассмотрим озеро Оклина на правом берегу реки Оки в окрестностях города Дзержинска. На дне озера, котловина которого состоит из многочисленных воронок, выходят под напором подземные воды с постоянной температурой, равной 60С. Вода гипсового состава имеет минерализацию 2,4 г на литр. Из озера вытекает ручей. Незамерзающие озера для гидрогеологов — надежный признак выхода подземных вод на земную поверхность.
3.4. ПЛАВАЮЩИЕ ОСТРОВА И ОЗЕРА-НЕВИДИМКИ
Многие озера, за исключением родниковых, проходят цикл развития от молодых до сильно заболоченных за сравнительно короткий отрезок времени. Заболачивание озера происходит двумя путями. Один путь — появление болотной растительности: осоки, тростника, водяных лилий — на берегах и в мелководье, а затем постепенное распространение ее к середине озера и сокращение водной поверхности. Второй путь — разрастание на поверхности воды сплавины, состоящей из плотного сплетения корневищ водных растений. Вначале она появляется у берегов, затем при колебании уровня воды отрывается от берега и переносится ветром по водной глади. На сплавине растут березки высотой до 5 — 7 м, кустики ивы и угнетенные переувлажнением ели. Мягкий и зыбкий ковер в народе называют зыбуном. Такие озера встречаются в Пермской области. Остров-зыбун плавает на озере Сырник, которое находится в окрестностях деревни Загоскино. Он занимает более трети озера и меняет свое положение в зависимости от направления ветра.
Чаще всего сплавина на озерах неподвижна. Разрастаясь, она покрывает почти всю поверхность воды, и озеро становится невидимым. В рельефе оно предстает как блюдцеобразное понижение с ровным плоским дном, покрытым болотной растительностью. Глубина под сплавиной на некоторых озерах достигает 8 — 20 м. В Дурнятской депрессии озеро Малое глубиной 20 м почти полностью покрыто сплавиной, у берегов она заросла хвойным лесом, а ближе к центру — кустарником, луговой и болотной травой.
Сплавина на озере Савушкин Ложок (глубина 12 м) состоит в основном из водяных мхов, поэтому она тонкая и зыбкая. Озера со сплавиной есть и на Чусовской стрелке Камского водохранилища, например, два озера в деревне Кулигино диаметром 55 и 77 м имеют глубину под сплавиной соответственно 9,5 и 8 м. На примере карстовых озер можно исследовать развитие водоема от молодого провала, заполненного водой, до болота. На небольших участках в одной озерной группе прослеживаются все стадии заболачивания. Б окрестностях деревни Мазуевка (рис. 5) озера Большое (160X57 м), Черная Яма (62X41 м), Светлая Яма (100X40 м) глубиной от 4 до 6 м слабо заболочены, озеро Карасье (400Х70 м) — более чем на половину площади покрыто сплавиной, причем глубина воды у ее края достигает 8 м. Озера Южное (240Х140 м) и Среднее (60 м) сплошь затянуты сплавиной, в которой видны небольшие окна воды.
 |
План расположении озер Мазуевской депрессии:
1 — озеро, 2 — сплавина, 3 — сухие воронки.
Глава 4. Подземные реки и их отложения
Осадки на дне рек, текущих по поверхности земли, называются аллювием. Они представлены песком, гравием, галькой, валунами. Подобные отложения встречаются и в руслах подземных рек. Подземный аллювий состоит как из местного материала — обломков пород, слагающих пещеру, так и из инородного, принесенного с поверхности. Галька из местных пород обычно плохо окатана.
Подземные потоки, чаще всего небольшие, имеются в пещерах Пермской области: Пашийской, Пономаревской, Ключиковской и др. Пашийская пещера расположена в известняках левобережья реки Вижай в окрестностях Пашийского завода. Протяженность ее более 500 м. По дну пещеры течет ручей, русло которого выложено песком и галькой. Ручей низвергается водопадом высотой 12 м в озеро.
Одним из интереснейших спелеообъектов в Крыму, на Долгоруковском карстовом массиве, является Красная пещера-источник длиной немногим более 13 км. Река, протекающая в ней, в сухие периоды превращается в 70 проточных озер, в паводок уровень ее повышается на 6 — 8 м. В русле отлагаются смешанные озерно-речные осадки. Подземный аллювий развит в пещерах Кавказа со сравнительно многоводными реками, таких как Цкварская, Нижнешакуранская, Джорцку, Дзедзви. Глубокий каньон с текущей по его дну бурной рекой напоминает Шкоцианская пещера на плато Карст. Река Нотраньска начинается на поверхности, а затем исчезает в пещере. Во влажные периоды сток речной воды достигает 200 м в секунду. В паводки уровень реки резко повышается. В сентябре 1965 г. он был выше обычного на 89 м. Обломочный материал в русле реки состоит как из аллювия, принесенного с поверхности, так и из пород, слагающих стенки и свод подземного каньона. Пещерные реки выходят на поверхность в виде мощных источников, называемых воклюзами. Воды их используются для водоснабжения близко расположенных населенных пунктов.
Рассмотрим динамику карстовых вод на примере шахт Снежная и Пантюхина.
Сведения о режиме карстовых вод Бзыбского массива ограничиваются наблюдениями спелеологов в карстовых полостях и данными о расходе источников. Наблюдения спелеологов охватывают в основном зону вертикального движения вод. Больше всего данных, к сожалению, разрозненных и неопубликованных, накоплено по водному режиму шахты Снежная. Спелеологи отмечают, что ее постоянный водоток, который образуется на глубине 300-350 м от уровня главного входа, имеет среднегодовой расход около 500 л/с (меженный около 300 л/с, паводковый — более 2000 л/с). Подземная река принимает 6 крупных и более 20 мелких притоков, имеющих смешанное снегово-дождевое питание. По их представлениям конденсация в блоке Снежной ничтожно мала, что входит в противоречие с приведенными выше данными. Если принять, что система Снежной получает сток с площади 6,7 км2, то при средней мощности блока 0,5 км в нем должно формироваться около 0,6х109л конденсационной влаги, что эквивалентно расходу потока 40 л/с. Наблюдения, проведенные в холодный период, свидетельствуют о сильной капели, что может говорить о наличии «зимней» конденсации. После интенсивного снеготаяния и ливней расход подземных водотоков увеличивается в десятки-сотни раз. Их режим начинает меняться при интенсивности осадков на поверхности, превышающей 30 мм/час. При этом происходит не только быстрое увеличение расходов, но и повышение уровня подземных потоков. Величина подъема уровня зависит от морфологии полости и перед глыбовыми завалами на подземной реке составляет 5-20 м.
Наблюдения в основном ходе, которые вел спасательный отряд, показали, что вода в нижней части полости поднялась на 125 м от конечного сифона, что является рекордом для СНГ’. Спелеологи переждали паводок в воздушном куполе, воздух в котором был сжат до 4 атм.
В религиозных представлениях многих народов мира божественное, небесное и даже космическое начала очень тесно связаны с земным и подземным. Отзвуками этих представлений является и то, что многие пещеры и их элементы названы именами мифических объектов и героев. Посмотрим, как связаны боги и пещеры только в наиболее близких нам греческих преданиях.
Вначале существовал лишь вечный, безграничный, темный Хаос. Из него возник весь мир и бессмертные боги, в том числе богиня Земли Гея. Далеко под землей возникла ужасная бездна, полная вечной тьмы,— Тартар. Благодатная Земля без отца породила Небо (Урана), Горы и Море. В мире воцарился Уран, который взял себе в жены Гею. Они породили шесть сыновей и шесть дочерей, могучих Титанов, которые восстали против отца. Победил младший из них, коварный Крон (греч. hronos время). От него богиня Рея в пещере Дикта на острове Крит родила и воспитала Зевса. После длительной борьбы с Кроном Зевс воцарился на Олимпе и разделил мир между братьями, взяв себе небо, отдав Посейдону море, а Аиду — подземное царство. У Зевса было много детей. От брака с собственной сестрой Герой родился Гефест, бог подземного огня, проводивший большую часть жизни в подземной кузнице; от нимфы Майи в пещере Киликия в Греции родился Гермес, бог странников и торговли, обманщик и краснобай; от дочери фиванского царя Семелы в пещере родился бог растительности, покровитель виноделия Дионис; от супруги царя Тиринфа Алкмены родился легендарный герой Геракл. Пять из его подвигов тоже связаны с пещерами: именно в них обитали Немейский лев и Лернейская гидра (1 и 2 подвиги), в пещере жил мудрый кентавр Хирон (5 подвиг), в них располагались Авгиевы конюшни (6 подвиг), через Тенарскую пропасть (Пелопоннес) Геракл спустился в подземное царство и вывел наверх трехглавого пса Цербера (12 подвиг).
Властитель морей Посейдон, казалось бы, не связан с пещерами, но зато ему подчинено морское божество, старец Протей, обитающий в пещерах острова Фарос, где он пас тюленьи стада. Подобно морю, Протей мог менять свой образ, превращаясь в различных животных. Сын Посейдона Тесей с помощью дочери царя Миноса Ариадны разгадал тайну лабиринта и победил Минотавра. Через мрачную пещеру Тесей спустился в подземное царство.
Второй брат Зевса, Аид, был властителем подземного царства, в которое ведут бездонные пропасти. Там протекает священная река Стикс (названа по имени дочери Крона), водами которой клянутся боги; катит свои воды Лета, испив которые забываешь землю.
Таким образом, пещеры, бывшие некогда жилищами первобытных людей, стали считаться местом рождения и обитания богов. С пещерами Греции и Италии отождествляются входы в царство мертвых — Аид. Сперва, это была Тенарская (в Лаконии), Пилосская (Пелопоннес), Авернская (Италия) пещеры. Затем «адреса» изменились: по средневековым представлениям, вход в ад находился на вулкане Гекла (Исландия), а в чистилище — на о-ве Св. Патрика. Не остались в долгу и наши современники: в 1995 г. спелеолог на основании изучения античных мифов пришел к выводу, что входом в ад считался Бездонный провал на г. Агармыш в Крыму.
Такие же легенды и мифы связывают пещеры богов и у других народов мира. Их анализ — задача специального исследования. А здесь отметим только одну интересную особенность. В мифах народов Центральной и Южной Европы Аид (ад) отождествляется с «горячим» подземным царством. Отсюда и помещение входов в него в кратеры действующих вулканов, раскаленные могилы, рвы с горячей водой, озера с кипящей смолой (6 — 8 круги дантовского Ада). В мифах народов Северной Европы и Центральной Америки ад — это царство вечного холода и леденящих ветров. В чем причина этих различий — пока неясно.
Между мифологией и спелеологией существуют не только прямые, но и обратные связи. На страницах атласов пещер мира часто встречаются знакомые имена: пещеры Зевса, Пана, Геракла, залы Хаоса и Тартар, подземные реки Стикс и Лета, с мифологией связано и наименование удивительного пещерного животного — протея.
Приложение. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ОЗЕР И РЕК
Длительность исследований и относительная легкодоступность карстовых районов Европы определили хорошую спелеологическую изученность этого района. Из 44 государств, сложившихся здесь к концу XX в., пещеры обнаружены в 37. В целом мировая картина расположения крупных полостей выглядит следующим образом.
Рис. 1. Схема размещения крупных карстовых и некарстовых полостей мира