Карст (карстовый процесс)

Карстовые процессы имеют на территории России широкое распространение. Это западное Приуралье, Русская равнина, Прианга-рье и во многих других местах Сибири, Кавказа, Дальнего Востока. Расположение карстовых районов на территории Москвы показано на рис. 76.

Под карстовым процессом понимают процесс выщелачивания горных пород, т. е. процесс растворения и выноса какой-то части горных пород из массива в растворенном виде. Следовательно, для возникновения и протекания этого процесса необходимо выполнение следующих основных условий:

1) наличие массива растворимых горных пород,
2) движущиеся поверхностные или подземные воды определенного химического состава.

Долгопрудный

Северный

Солнцево

Рис. 76. Карта зон карстовой и карстово-суффозионной опасности на территории Москвы (авторы: В.М. Кутепов, Н.Г. Анисимова, И.А. Кожевникова,

И.В. Козлякова, М.М. Максимов, В.С. Саянов, 1996).

1 - весьма опасная; 2 - опасная; 3 - малоопасная.

4 - весьма опасная; 5 - опасная; 6 - неопасная

Карст - это прежде всего процесс растворения горных пород и поэтому его иногда называют химической суффозией в отличие от рассмотренной выше механической суффозии. Среди горных пород наиболее растворимыми водой являются соли, гипсы с ангидритами и известняками, но скорость растворения у них различная. Так, если для растворения одной части каменной соли достаточно трех частей воды, то для гипса нужно уже 480 частей, а для известняков - от 1000 до 30 000 частей воды, а это означает, что в природных условиях процесс карстования массивов этих пород растягивается на очень многие годы. Растворяющее действие воды на карбонатные породы усиливается под действием свободной углекислоты, а гипс сильнее растворяется солоноватыми водами, тогда как соли интенсивнее растворяются в слабоминерализованной воде и тем сильнее, чем она по составу ближе к дистиллированной. Помимо этого растворяющее действие воды связано с повышенными температурой, скоростью движения и с наличием трещин в карстующихся породах. Очень большое влияние на развитие карстовых процессов оказывает климат, т. е. количество и распределение атмосферных осадков по сезонам года, тепловые характеристики горных карстующихся пород, так, например, на Урале до 50 % карбонатных солей выносится водами весной.

Процесс растворения наиболее активно протекает в породах, расположенных выше уровня подземных вод. Ниже этого уровня воды уже могут быть насыщены солями, скорость движения воды весьма невелика и карстовый процесс происходит очень медленно либо вообще не происходит и, более того, трещины в горных породах здесь могут цементироваться различными веществами, которые переносятся подземными водами. В связи с этим в массивах карстующихся пород выделяют две зоны: верхнюю, где в основном происходит растворение, и нижнюю, которую называют зоной цементации (рис. 77). В геологическом отношении различают два типа карста: открытый (средиземноморский), при котором растворимые породы лежат на поверхности земли, и закрытый (восточно-европейский), когда массивы карстующихся пород перекрыты нерастворимыми породами, как правило, четвертичного возраста.

Следует отметить, что под карстом часто понимают не только процесс, но и его результат, т. е. специфические формы, образующиеся в породах в результате растворения. Сам термин «карст» происходит от одноименного названия известкового плато Карст в Словенских Альпах, где карстовые формы выражены очень широко и наиболее ярко. Для открытого типа карста характерны такие формы, как карры, воронки, полья, а для закрытого типа - каверны и пещеры.

Рис. 77.

/-зона развития пустот; II - зона цементации; / - атмосферные воды; 2-суглинки

Карры - мелкие борозды и канавы на склонах рельефа, образованные в основном выщелачиванием известняков поверхностными атмосферными водами. Глубина их изменяется от 5 до 50 см и редко достигает 1-2 м.

Воронки - замкнутые углубления различных форм и размеров. Их диаметр колеблется от нескольких метров до десятков метров, а глубина чаще всего изменяется в пределах 5-20 м. По происхождению они подразделяются: 1) на воронки поверхностного выщелачивания;

2) провальные воронки. Первые напоминают воронку от взрыва снаряда или бомбы и образуются за счет выщелачивания карстующихся пород атмосферными водами на отдельных участках с постепенным углублением. Обычно на дне таких воронок располагается понор - канал, по которому уходит вода. Провальные воронки возникают в результате обрушения кровли подземных карстовых пустот, например пещер.

Полья - воронки неправильной, обычно вытянутой формы, образующиеся в результате объединения поверхностных или, реже, провальных карстовых воронок. Полья могут простираться на десятки и сотни метров при глубине в несколько метров.

Каверны - мелкие, но многочисленные подземные пустоты, которые образуются по трещинам пород, где активно фильтруется вода. Породы становятся похожими на пчелиные соты. Каверны соединяются друг с другом и другими пустотами за счет токов воды.

Пещеры - крупные подземные пустоты различных форм и размеров, как по площади, так и по высоте потолков. Наиболее крупная пещера в Северной Америке (Мамонтова), которая со всеми ответвлениями имеет общую длину до 341 км. Площадь одного из залов 163 х 87 м при высоте потолка 40 м, в ней текут три реки и действует 8 водопадов. На Кавказе (Новый Афон) имеется пещера с высотой потолка 70 м. Вполне очевидно, что время образования таких пустот измеряется тысячелетиями. Пещеры могут располагаться в несколько этажей, как, например, в Жигулевских горах, и почти всегда сообщаются друг с другом.

Интересно отметить, что для карстовых районов характерно исчезновение рек. Вода уходит по карстовым каналам под землю, протекает там в виде подземной реки и где-то снова выходит на поверхность, например, р. Неретва на Балканах четырежды уходит под землю и появляется вновь. Карстовые процессы могут проникать глубоко под землю, так отмечены случаи, когда они наблюдаются на глубине до 1300 м (Средняя Азия).

Строительство автодорог и аэродромов в карстовых районах сопряжено с большими трудностями, так как карстующиеся породы являются ненадежным основанием. Пустотность массива снижает прочность и устойчивость пород. Развитие карстовых пустот может вызывать осадки и провалы поверхности земли, что ведет к разрушению конструкций различных объектов. При поиске путей для трасс автодорог и выбора места под аэродромы следует особо тщательно выполнять инженерно-геологические изыскания. При изысканиях необходимо:

1) устанавливать, имеют ли место карстовые процессы или они отсутствуют;
2) при наличии в основаниях будущих сооружений карстующихся пород определять тип карста: активный (действующий) или пассивный (древний, прекративший развитие).

При активном карсте продолжают расти пустоты как на поверхности земли, так и в глубине толщ пород, трещины в породах открытые, по ним постоянно циркулирует вода, растительность (кусты, деревья) отсутствует. При пассивном карсте пустоты заполнены песчано-глинистым материалом, циркуляция воды отсутствует, поверхность часто задернована и покрыта растительностью. Карст уже прекратил свое развитие, пустотность не возрастает, но в целом прочность существенно закарстованных пород значительно ослаблена и при строительстве объектов они требуют определенного упрочнения.

При прокладке трасс автодорог и поиске мест под аэродромы участки с активным карстом лучше всего оставлять в стороне. Особенно это касается аэродромов и высококлассных дорог. При необходимости пересекать дорогами участки активного карста следует осуществлять определенные меры по борьбе с пустотностью:

1) прекращать поступление поверхностных вод в толщи пород (планировкой, ливнеотводами, укладкой глины на поверхность земли);
2) останавливать дренажами движение подземных вод;
3) укреплять породы заполнением пустот цементом, жидкой глиной и т. д. Рекомендуется также пораженные карстом участки пересекать эстакадами с опорами на прочные породы.

Инженерно-геологические работы на карстовых участках представляют собой известную сложность. Изыскания проводят как по площади, так и по глубине. Буровые скважины не дают полной картины пустотности грунтовых массивов и поэтому в состав работ должны входить геофизические методы разведки. По итогам изысканий определяют степень закарстованности участка и дают прогноз возможного дальнейшего развития карста. В инженерно-геологическом отчете для изученного участка предлагают комплекс мероприятий по борьбе с карстом и оптимальный вариант проведения трассы автомобильной дороги.

Цены Контакты «Под карстом разумеются явления , связанные с деятельностью подземных вод, выражающиеся в выщелачивании растворимых горных пород (известняков, доломитов, гипса) и образовании пустот (каналов, пещер) в породах, сопровождающиеся часто провалами и оседаниями кровли и образованием воронок, озер и других впадин на земной поверхности» (Ф. П. Саваренский).

В этом определении карстом назван процесс образования пустот в растворимых породах. Но часто карстом называют самые пустоты, образовавшиеся в породах в результате выщелачивания. Желая уточнить терминологию, процесс образования пустот в породах в результате выщелачивания называют карстообразованием или карстовым процессом, а пустоты-карстовыми пустотами. Тогда словом «карст» можно обозначать всю совокупность явлений, связанных с образованием в растворимых породах пустот, т. е. как процесс, так и его результаты.

Развитие в какой-либо местности карста представляет серьезное препятствие или, по крайней мере, затруднение при строительстве и использовании сооружений. Поэтому изучение карста является весьма важным, а иногда решающим элементом инженерно-геологических исследований, особенно при гидротехническом строительстве.

Учение о карсте как геологическом процессе и факторе формирования рельефа разрабатывается динамической геологией и геоморфологией. Для оценки роли карста с инженерно-геологической точки зрения следует рассматривать: скорость карстового процесса, частота возникновения провалов во времени и распределение их в данной местности, прочность и устойчивость пород в горизонте с развитием карста и в вышележащих толщах и др. Поэтому изучением карста с этой последней точки зрения занимается также инженерная геология.

При инженерно-геологическом изучении карста , как и других геологических процессов и явлений, надо исходить из представления о нем как о процессе или явлении историко-геологическом подчиняющемся региональным и отчасти зональным условиям. Распространение карста на Русской равнине находится в закономерной связи с ее тектоникой и морфологией – интенсивные карстовые процессы приурочены здесь к определенным структурным и морфологическим элементам- тектоническим поднятиям, а также древним денудационным уступам и бортам крупных дислокаций.

Из наиболее отчетливо выраженных карстовых районов в пределах Русской равнины могут быть выделены:

южное крыло Московской синеклизы, соответствующее в современном рельефе Средне-Русской возвышенности;
северо-западное крыло Московской синеклизы, характеризующееся сравнительно резким расчленением рельефа, создаваемым наличием древнего карбонового уступа;
силурийское плато, которому соответствуют наиболее повышенные отметки рельефа в данном районе и прекрасно выраженный древний. уступ;
район Окско-Цнинского вала;
район Алатырского вала;
район Солигаличских поднятий;
район Вятского вала;
район Самарской Луки;
Уфимское плато.

Кроме того, в ряде мест, где карст связан с древними процессами, он не проявляется на поверхности и обнаружен на глубине разведочными работами.

Вне Русской равнины карстовые районы известны на Урале в горах Крыма, на Западном Кавказе, в Средней Азии на Тюя-Муюне, в Сибири по р. Ангаре и других местах.

Распространение карста имеет четко выраженный региональный характер, причем на территории России можно встретить все типы; карата и все карстовые формы.

Основные региональные условия развития карста-наличие растворимых пород и залегание их выше местных базисов эрозии и коррозии.

Из растворимых пород наиболее распространены известняки разного рода, доломиты, гипс, ангидрит, реже встречается каменная соль. В зависимости от растворимости породы ход развития карста при прочих равных условиях будет различным. Но процесс растворения зависит также и от свойств растворителя; поэтому, давая оценку растворимости пород, надо всегда иметь в виду и определенный состав растворителя.

Известняки, доломитолиты, гипсолиты в большинстве случаев водопроницаемы только по трещинам. Поэтому и растворение вещества породы происходит только по стенкам трещин. И если бы не происходило перемешивания струй, то очень скоро непосредственно у стенок слои воды пришли бы в насыщенное состояние и процесс растворения мог бы продолжаться лишь при условии диффузного выравнивания состава воды. На самом деле вода двигается по трещинам с завихрением и со стенками соприкасаются все новые струи, что и поддерживает процесс растворения. Чем больше перемешивается двигающаяся вода, тем скорее исчерпывается ее растворяющая способность. При прочих равных условиях количество растворенной породы будет зависеть от количества прореагировавшей воды, т. е. от условий питания и фильтрации.

Условия питания водой зависят от климатической зоны, в которой расположен район, и доступности поверхности пород для атмосферных вод, т. е. обнаженности водопоглощающих участков и условий стока атмосферных вод, а также от условий поступления в породы агрессивных подземных вод.

Условия фильтрации зависят от степени и характера водопроницаемости пород, т. е. от их трещиноватости или их фильтрующей пористости и дырчатости (например, у известняков-ракушечников и туфов), а также от градиентов фильтрации, которые могут установиться.

Вблизи абразионных и эрозионных склонов, особенно крутых, тектонические трещины бывают расширены выветриванием и в результате различных процессов смещения пород (оползни, оседания массивов и пр.). Это увеличивает поступление воды в породы и ускоряет фильтрацию. Фильтрация в трещиноватых породах вблизи склонов ускоряется еще тем, что здесь легко устанавливаются более короткие пути и большие градиенты фильтрации.

Вблизи уступов и склонов возможна более сильная циркуляция подземных вод и развитие карстовых пустот бывает особенно сильным . Наверху склона и в прилегающих частях водораздельных пространств образуются воронки, колодцы, провалы, которые связаны с круто уходящими вглубь карстовыми ходами, обычно в направлении тектонических трещин. Внизу и у подножия склона, в виде пещер, выходят наружу горизонтальные ходы, проложенные водой большей частью по трещинам напластования.

Развитие карста останавливается в следующих случаях:

когда современный базис коррозии повышается;
когда прекращается поступление воды в карстовые полости вследствие накопления в них остатка от растворения пород (пещерная глина) и обрушения пород (карстовая брекчия) и вследствие образования на поверхности достаточно мощного слоя элювия, делювия и отложений карстовых озер;
когда поверхность карстующихся пород перекрывается более поздними отложениями (ископаемый или погребенный карст).

Карст серпуховских известняков северо-западного крыла Московской синеклизы относится к длительному доверейскому континентальному периоду. Доверейским надо считать карст в верхнедевонских известняках южного крыла Московской синеклизы, так как карстовые воронки заполнены здесь красноцветными верейскими отложениями.

Если составляющие породу минералы растворяются в воде не в одинаковой степени и не с одинаковой скоростью, то процесс разрушения породы значительно усложняется. Так, например, в известковистых доломитолитах доломит и кальцит будут растворяться с разной скоростью в зависимости от соотношения их в породе и от скорости движения воды.

В разных породах карст развивается с различной скоростью: медленнее в карбонатных породах-известняках и доломитолитах, скорее в сульфатолитах-гипсолитах и ангидритолитах. Это различие в скорости развития карста позволяет по разному оценивать значение карста в разных породах-карбонатных и сульфатных. За время службы сооружений, жилых и заводских капитальных зданий, т. е. за 50-100 лет, развитие карста ощущается только в очень рыхлых и слабых карбонатных породах как, например, ракушечник или мел, а в других известняках только при очень энергичной циркуляции агрессивных вод. В сульфатных породах карст развивается со значительной быстротой, и новые воронки и провалы могут появляться даже ежегодно.

Инженерно-геологическое изучение карста главным образом должно выяснить:

степень угрозы построенным в данном месте сооружениям со стороны провалов и других нарушений поверхности;
условия фильтрации для гидротехнических сооружений;
возможный приток воды в подземные выработки.

Разрушения поверхности происходят в результате:

растворения атмосферными водами выходящих на поверхность растворимых пород;
проникновения по трещинам поверхностных вод и сноса их потоками почвы и рыхлых пород в подземные карстовые пустоты;
обрушения пород в своде больших подземных пустот (карстовых пещер), отражающегося сразу или постепенно на поверхности в виде провалов.

Растворяя породы, атмосферные воды создают густую сеть сухих оврагов, водотоки в которых наблюдаются только в разгар снеготаяния и при сильных ливнях. В таких оврагах вода часто поглощается трещинами и, не доходя до конца оврага, уходит под землю (слепые овраги). В концах таких оврагов часто имеются карстовые воронки, которые постепенно образуются в местах сосредоточенного ухода воды под землю. Образование этих воронок идет путем прямого растворения пород, смыва породы, разрыхлившейся по краям почвы и поверхностных отложений.

При инженерно-геологической оценке карста прогноз его развития и, следовательно, опасности провалов представляет весьма трудную задачу, решаемую лишь условно, так как этот вопрос в сущности совершенно не разработан.

Основные принципы инженерно-геологического изучения карста сформулированы следующим образом:

Изучать карст надо в неразрывной связи с литологией и тектоникой района, поскольку тектоника района является основным фактором трещиноватости пород, а трещиноватость определяет способность пород к карстованию.
Изучать карст надо в связи с условиями циркуляции подземных вод, их питания и выхода на поверхность, а также геоморфологическими и историко-геологическими условиями местности.
Изучать карст надо в процессе его возникновения и роста, затухания и возобновления, омоложения.
Изучать надо эволюцию карста в связи с изменениями базисов эрозии и коррозии в ходе общей геологической истории края.

При гидрологическом изучении нужно самым тщательным образом исследовать посезонный режим и расходы местных водотоков, а также подземный сток на разных участках и подводный выходов больших количеств воды из карстовых пустот.

При изучении гидрогеологических условий местности, кроме общих вопросов, нужно с особой тщательностью исследовать условия питания поверхностными и подземными водами и дренирования пород, а также пути циркуляции подземных вод на участка развития карста. Для этого, кроме гидрогеологической съемки необходимо проводить специальные исследования химического состава и температуры воды в разных точках: источниках, разведочных выработках и карстовых пустотах (пещерах), а также распределения и режима этих вод.

Нужно проводить опытные работы для определения водообильности пород (с помощью откачек) и для определения направления и скорости потоков подземных вод (с помощью окрашивания вод или других легко наблюдаемых искусственных изменений их состава). Наблюдая за режимом подземных вод, необходимо проводить измерения пьезометрических уровней напорных водоносных горизонтов (единовременные и длительные).

Геоморфологическое изучение не должно ограничиваться только участками проявления карста . Особое внимание следует при этом обращать на историко-геологический анализ формирования рельефа в связи с тектоническими движениями и на связь современных и древних уровней эрозии и коррозии с современными и древними морфологическими элементами. Не менее важно обращать внимание на карстовые формы, погребенные под позднейшими отложениями.

Кроме того, для карстовых проявлений надо изучать их возраст. Для поверхностных форм нередко можно установить абсолютный возраст (время образования). Возраст глубинных, форм обычно удается установить лишь относительно, руководствуясь связью с элементами древнего рельефа и судя по характеру заполнения пустот.

Сделать заказ на геологические изыскания

Название плато Карст (Крас) в Словении дало имя целому комплексу процессов и типов рельефа. Чем же необычно это плато? Известняки, слагающие его территорию, значительно пострадали от разрушающего и растворяющего воздействия воды. В результате поверхность плато покрылась желобками и воронками.
Проникающая по трещинам вода постепенно их расширила, образовались пустоты, которые, соединяясь, сформировали гроты и .

Карст - комплекс форм рельефа, созданный в результате химического выветривания. Капли дождя, подземные и наземные воды являются прекрасными растворителями горных пород карбонатного состава - известняков, мраморов, доломитов, гипсов. Похожие формы рельефа образуются в мёрзлых или засоленных породах (их называют «псевдокарст»).

Если растворимые породы находятся только на поверхности, образуется так называемый голый карст - комплекс поверхностных форм рельефа, характеризующийся узкими протяжёнными ложбинами, бороздами - каррами, воронками, котловинами. Когда растворимые породы перекрыты сверху нерастворимыми или более устойчивыми к растворению слоями, то процесс растворения происходит под землёй. Это явление называют закрытым карстом.

Начинается с проникновения воды в трещину, постепенного растворения породы и образования подземной полости, а также небольших воронок над трещинами и полостями. В середине такой воронки есть отверстие - понор, через которое вода просачивается вниз. Разрастаясь, воронки сливаются, и возникают котловины. Рыхлые породы под полостями проседают и со временем обрушиваются. Теперь полости выглядят как провалы, которые, сливаясь, создают замкнутые бессточные котловины - полья. Обрамляют котловины останцы некогда сплошного карбонатного массива.

Карстовые явления широко распространены по всей планете. Встречаются они и в горах (например, в Доломитовых Альпах, горах Балканского полуострова, на Динарском нагорье), и на равнинах (например, на Великих Американских равнинах, на Русской и Туранской равнинах).
Наиболее эффектны формы карстового рельефа в жарких влажных тропиках. Тропический карст в Южном Китае, во Вьетнаме, Таиланде называют «башенным» - это останцовые горы в виде башен, столбов, пик, конусов, покрытые тропическим лесом. В тропических карстовых котловинах расположены живописные озёра и морские заливы.

Карст на острове Куба носит название моготе. Так по-испански называют крутостенные конические и куполообразные останцы известнякового массива. В основании моготе образуются ниши и небольшие гроты, где после тропических ливней скапливается вода. В Пуэрто-Рико карстовые останцы называют «пепино» - по-испански «огурец», что указывает на их коническую форму.

Интересный формируют карстовые процессы в прибрежных районах. Если берег моря, озера или широкой реки сложен известняками, доломитами или другими податливыми к химическому растворению породами, как, например, на , побережье Кипра и т.д., то на земной поверхности и склонах образуются полукруглые лунки, создающие причудливый кружевной узор. Ходить по такому участку непросто - острые края лунок могут поранить ноги, порвать лёгкую обувь. У уреза воды нередко возникают гроты, ниши, являющиеся входами в подводные пещеры. В этих местах карстовые процессы усиливаются действием прибоя.

Для развития карста благоприятно обилие осадков, в том числе и ливневых, а также влажный климат. Однако в последние столетия человек тоже вносит свою видимую лепту в развитие карста. Сейчас склоны Динарского нагорья - белёсые и каменистые, покрытые кустарником, переходящим у подножий в редкие леса. Еще в XV-XVI веках эти склоны были покрыты густыми лесами с пышной средиземноморской растительностью, но их частично вырубили для строительства флота, значительные лесные массивы пострадали от пожаров и были сведены выпасом скота. Так склоны оказались не защищенными от и дождей, что привело к активизации карстовых процессов.

Но самыми известными, впечатляющими и загадочными формами карстовых процессов являются пещеры.

Буду благодарен, если Вы поделитесь этой статьей в социальных сетях:

Поиск по сайту.

Карст представляет собой совокупность геологических процессов и созданных ими явлений в земной коре и на ее поверхности, вызванных химическим растворением и выносом водорастворимых горных пород подземными водами, в результате чего образуются отрицательные западинные формы рельефа на поверхности Земли и различные полости, каналы и пещеры в толще породы.

Опасность карста заключается в том, что этот широко распространенный скрытый процесс, препятствуя строительству и эксплуатации зданий и инженерных сооружений, а также рациональному использованию сельскохозяйственных земель, наносит значительный ущерб населению и хозяйству. Основные виды опасности карста включают: осадку и провалы земной поверхности; деформации сооружений вплоть до их разрушения; потеря воды из водохранилищ через воднорастворимые породы бортов и оснований водохранилищ, прорывы карстовых вод в горные выработки и тоннели, их затопление; загрязнение подземных вод;

На территории России карстующиеся породы различного литологического состава, залегающие как с поверхности, так и на различных глубинах распространены очень широко и занимают почти 50% ее территории. Районы развития карстового процесса имеются во всех федеральных округах. По наибольшей доле таких территорий от всей площади выделяются округа, расположенные в европейской части страны, а в азиатской части - Сибирский федеральный округ. Меньшую долю составляют в Уральском и Дальневосточном округах. Всего в стране опасному воздействию карста подвержено более ЗОО городов, среди которых такие крупные промышленные центры с населением свыше 1 млн человек как Москва, Нижний Новгород, Самара, Казань, Уфа. Пермь.

В Приволжском федеральном округе наибольшую интенсивность карстовые процессы имеют в центральной части округа и на западном склоне Среднего Урала. Предотвращение чрезвычайных ситуаций, связанных с карстом, базируется на оценке территории по степени опасности проявления карстового процесса, прогнозировании параметров развитая карста и разработке соответствующих противокарстовых мероприятий. Последние должны свести к минимуму опасность возможных карстовых проявлений, представляющих угрозу для населения и хозяйственных объектов, обеспечить их устойчивость при внезапной активации карстового процесса.

Факторы, определяющие развитие и формы проявления карстового процесса

Интенсивность развития и характер проявления карста зависят от растворимости вмещающих пород, растворяющей способности и расходов карстовых вод прочностных свойств карстующихся и перекрывающих их пород. Растворяющая способность карстовых вод определяется их минерализацией, химическим составом, температурой и давлением.

Помимо химического растворения горным пород играющего основную роль в развитии карста, этому явлению также способствует целый ряд других, тесно связанных с ним природных процессов. К ним относятся физическое выветривание, размыв и размокание пород, перераспределение горного давления, оседание и обрушение горных пород перенос водой и отложение растворимых веществ и обломочного материала, а также другие геологические процессы.

Техногенные воздействия в зоне карстующихся пород способны активизировать проявления карста в десятки раз. Наиболее опасными из них являются взрывы, статические и динамические нагрузки, утечки из водонесущих коммуникаций и другие техногенные воздействия.

В зависимости от особенности залегания растворимых горных пород, наличие или отсутствие водоупорных образований карст делится на открытый и закрытый. Открытый карст развивается в растворимых породах выходящих на поверхность земли и формирует борозды,карстовые воронки, колодцы. Закрытый(или подземный) карст развивается в растворимых породах на некоторой глубине,образуя вертикальные и наклонные карстовые ходы,колодцы,шахты и пещеры.

Характеристика карстующихся пород

Среди природных условий развития карста первостепенное значение имеет литологический состав карстyющихся пород. Выделяют следующие типыкарста: карбонатный, сульфатный и карбонатно -сульфатный, галоидный и сульфатно-галоидный.

Каждый тип имеет свои особенности развития и формы проявления.

Карбонатный карст. Этот тип объединяет такие геологические породы, как известняки, доломиты и мел.Их трещиноватость, водопроницаемость и закарстованность различны и неравномерны. Известняки и доломиты являются слаборастворимыми породами. Проявления карста в таких породах разнообразны: это могут быть каверны, расширенные трещины, полости, пещеры, воронки. В области развития карбонатного карста преобладают территории, где среднее количество провалов в естественных условиях составляет менее 0,01 случая на 1 кв. км в год, однако встречаются и сильно закарстованные территории с количеством провалов на порядок выше. Для карбонатного карста характерны явления поглощения поверхностных вод. Высока вероятность активизации суффозионных и провальных явлений в результате бесконтрольного изменения гидрологических условий. Возможны большие фильтрационные потери из водохранилищ и водоемов, а иногда - внезапные притоки воды в котлованы, открытые и подземные горные выработки.

Сульфатный и карбонатно-сульфатный карст.

Растворимость сульфатных пород (гипсов и ангидритов) значительная, но они в основной массе являются слаботрещиноватыми и маловодопроницаемыми. Карст в них развивается быстрее, чем в карбонатных породах, и более неравномерно. Коэффициент фильтрации может достигать 100-200 м/сут и более. Интенсивному развитию карста способствует сочетание более растворимых сульфатных пород с более водопроницаемыми карбонатными.Значительные площади занимают сильнозакарстованные участки с многочисленными подземными и поверхностными карстовыми формами, среди которых преобладают провалы и воронки. Их среднее количество на сильнозакарстованных участках не редко превышает 0,1 случая на 1 кв. км в год. В области развития этого типа карста растворение пород за период эксплуатации зданий и сооружений может быть заметным. Опасность активизации карста и связанных с ним суффозионных и провальных явлений в результате бесконтрольных техногенных изменений гидрогеологических условий больше, чем в карбонатных породах.

Галоидный и сульфатно-галоидный карст .

Растворимость галоидных пород (каменная соль и калийные соли) высокая, однако вследствие незначительной трещиноватости и водопроницаемости развитие карста в естественных условиях приурочено, как правило, только к кровле и краевым частям соляных залежей. Интенсивность развития карста зависит от активности водообмена. Процесс растворения нередко тормозится образованием близ поверхности соляных пород слоя рассолов высокой концентрации,имеющих тенденцию опускаться вниз благодаря своему большому удельному весу. Разработка соляных месторождений оказывает большое влияние на развитие карста и нередко вызывает резкую его активизацию. Активный соляной карст очень опасен, поскольку растворение пород идет чрезвычайно быстро. В области развития этого типа карста среднегодовое количество провалов превышает 0,1 случая на 1 кв. км в год.

Таким образом, различия в скорости растворения карстyющихся пород определяют значительно большую опасность сульфатного и тем более галоидного карста по сравнению с карбонатным.

Методика оценки опасности карстовых процессов

Степень опасности карста на территории Приволжского федерального округа определялась по комплексу показателей, характеризующих масштабы проявления карстовых процессов, и выражена в баллах в соответствии со следующими правилами. Областям распространения карстyющихся карбонатных пород приписывался 1 балл, сульфатных, соляных или их сочетанию с карбонатными - 2 балла. В районах с распространением поверхностных карстовых форм в виде воронок оценка повышалась на 1 балл при плотности воронок до 10 на 1 кв. км, на 2 балла - при плотности воронок до 300 на 1 кв. км и на 3 балла - при большей плотности. В пределах карстовых районов с неустановленной плотностью воронок прибавлялся 1 балл. В районах, где известны отдельные группы воронок и единичные формы (провалы, пещеры, крупные воронки), добавлялся 1 балл, а при их высокой концентрации - 2 балла.Кроме того, оценка опасности повышалась на 1 балл в районах перспективной разработки месторождений и на 2 балла - в районах интенсивной горнодобывающей деятельности с высокой степенью техногенного нарушения земель.

Особенности распространения карста на территории округа

Приволжский федеральный округ располагается в пределах двух карстовых стран - Русской равнины и Урала. Здесь распространены разнообразные литологические типы карста: карбонатный (известняковый и меловой), сульфатный, смешанный -сульфатно-карбонатный и сульфатно-соляной.

Степень опасности карста на территории округа из меняется от незначительной на большей части равнинной территории до максимальной на локальных участках в Приуралье. На западе равнинной области округа закарстованные территории представляют Окско-Клязьминскую карстовую провинцию.Здесь, на междуречье Оки, Мокшы и Суры, карстyются сульфатные, сульфатно-карбонатные и карбонатные породы верхней и нижней перми. Карстовые формы развиты на многочисленных участках, чаще всего в долинах рек и в пределах локальных тектонических поднятий. Они представлены воронками, котловинами, провалами, суходолами. На некоторых участках плотность воронок достигает 150-200 шт. на 1 кв. км. Крупнейшая карстовая котловина расположена в низовьях р. Бол. Кутра около с. Болотниково. Она имеет 1300 м в длину при ширине 400 м и глубине до 20-30 м. Здесь же расположен ряд крупных воронок до 200-250 м диаметром и глубиной 25-30 м.

В южной части района карстyются верхнедевонские,карбоновые и пермские известняки и доломиты.На востоке весьма интенсивные карстовые процессы развиты в Межпьянье и на междуречье Пьяны и Теши. Здесь многочисленны воронки до 15-20 м глубины, провалы, в том числе молодые, карстовые озера,небольшие пещеры протяженностью первые десятки метров. Карстовая опасность в этом округе местами достигает 4-5 баллов.Вдоль восточной половины Приволжской возвышенности с юга на север протягивается Приволжская карстовая провинция. В центральной части возвышенности, в бассейнах верхней Суры, Барыша, Свияги, Терешки, развит меловой карст. Здесь встречаются карстовые воронки, котловины, суходолы, в долинах рек - карстовые источники. Плотность форм невелика. Южнее, на междуречье Медведицы и Волги, карстyются мело-мергельные породы верхнего мела, а также известняки и доломиты карбона. Карстовые формы (небольшие воронки и провалы глубиной до 5-6 м) немногочисленны, и эти районы отнесены к незначительно опасным.

В центральной части округа на территории Верхневолжской низменности, Вятского Увала и северо-восточной оконечности Приволжской возвышенности располагается Средневолжская карстовая провинция. Развитый здесь карст относится к карбонатному типу, местами он сочетается с сульфатным, и в таких районах процесс имеет наибольшую интенсивность. Следует упомянуть левобережье р. Вятка вблизи п. Медведки, где встречаются крупные провальные воронки (до 50 м глубиной) и карстовые озера; междуречье Вятки и ее притока Немцы, где воронки достигают 30 м в диаметре и более 10 м глубины.

В окрестностях Казани, на междуречье Меши и Казанки, широко распространены воронки глубиной до 30 м и диаметром до 150 м, карстовые рвы, провалы.Один из крупнеиших провалов диаметром 23 м и глубиной более 7 м образовался в 1949 г. в черте г. Казань. На правобережье Волги (междуречье Волгии Свияги) карстyются известняки, доломиты и гипсы верхней перми. Особенно интенсивен карст в районе Камского Устья, где плотность воронок местами превышает 120 на 1 кв. км. Здесь встречаются также карстовые провалы и пещеры, а карстовая опасность оценивается в 5 баллов. На территориях, прилегающих к верховьям Куйбышевского водохранилища,встречаются редкие и незначительные по величине воронки и провалы -проявления карбонатного карста, опасность которого незначительна. Восточнее, в пределах Бугульминско-Белебеевской возвышенности и Жигулевского свода, распространен преимущественно смешанный, карбонатно -сульфатный тип карста. Карстовые формы здесь представлены главным образом небольшими воронками и провалами, глубиной несколько метров, хотя отдельные формы достигают значительных размеров. Так, на междуречье верховьев рек Мензеля и Меля встречаются воронки диаметром до 80 м и глубиной до 20 м; известен образовавшийся в 1939 г. Акташский провал-колодец на правобережье р. Степной Зай глубиной более 50 м при диаметре 5 м - один из самых глубоких на Русской равнине. В долине р. Ик, в районе п. Октябрьский, описаны карстовые пещеры, крупнейшая из которых имеет длину 120 м. Степень опасности карста в целом небольшая, хотя на отдельных участках может быть оценена как умеренная.Довольно интенсивные карстовые процессы протекают в пределах Самарской Луки, в бассейне р. Сок,на междуречье низовьев рек Сок и Самара. Здесь карстyются гипсы, известняки и доломиты перми и карбона. В Сокском районе на левобережье Волги встречаются воронки, котловины, слепые балки. Широко развит карст по северной периферии г. Самара,на правобережье рек Бол. Кинель и Самара, где в районе с. Алексеевка некоторые воронки достигают 40-метровой глубины при диаметре 150 м и где в 1956 г. возник провал 30-метровой глубины.Самарская Лука известна как район широкого развития поверхностных и подземных карстовых форм.

Под воздействием вод (рис. 1).

Карстовые явления связаны с карбонатными ( , доломит , мрамор и пр.) и некарбонатными ( , ангидрит , ) породами. В пределах материков обнажённые и погребённые карстующиеся карбонатные породы занимают до 40, гипсы и ангидриты около 7, каменная соль до 4 млн. км 2 . Карбонатные породы растворяются при участии свободной углекислоты или других минеральных и органических кислот. Растворение сульфатных пород и каменной соли может происходить в чистой воде, но наличие в воде растворённой соли, не имеющей общего иона с солью, образующей растворимую породу, повышает растворимость. Развитие карста происходит под совокупным воздействием поверхностных и подземных вод . Растворение горных пород часто сопровождается механическим размывом. Размыв может подготавливаться растворением спаек между зёрнами, что освобождает их от сцепления и облегчает смыв.

Для поверхности площадей развития карста характерны мелкие борозды и углубления — карры, замкнутые понижения (воронки, котловины, полья, естественные колодцы и шахты , слепые овраги и долины), ниши в обрывах. В известняковом карсте тропиков распространены останцы (моготе). Наиболее типичны воронки (конические, котло-блюдцеобразные либо в виде ям неправильной формы) диаметром от 1 до 200 м и более и глубиной от 0,5 до 50 м, а иногда значительно больше. На дне воронок и других понижений встречаются водопоглощающие отверстия — поноры, часто являющиеся началом шахт или колодцев, пропастей, иногда достигающих глубины более 1000 м (максимальная глубина 1410 м — пропасть Жан-Бернар в Альпах, Франция). Котловины и воронки могут то заполняться водой, то осушаться (периодически исчезающие озёра). Котловины, имеющие площадь до нескольких десятков и сотен км 2 , с исчезающими водотоками известны под названием польев. В закарстованных массивах образуются различные подземные ходы , полости , пещеры , которые часто развиваются вдоль трещин. Одна из крупнейших пещер мира Мамонтова с пещерной системой Флинт-Ридж ( , Кентукки) достигает 341 км суммарной длины; самая крупная пещера в — гипсовая Оптимистическая (Подолия) длиной около 150 км. Суммарную длину более 100 км имеют пещеры Хёллох (Швейцария, Альпы), Джуэлл (США, Южная Дакота) и Озёрная ( , Подолия), 9 пещер мира длиной более 50 км, 14 — более 40 км. Комплекс поверхностных и подземных карстовых форм наиболее полно выражен в том случае, когда поверхность растворимых обнажена (голый карст); менее выражен, когда эти горные породы перекрыты слоем почвы и дёрна (задернованный карст), нерастворимыми рыхлыми осадками (покрытый карст), полускальными и скальными образованиями (бронированный карст). В случае глубокого погребения растворимых пород под некарстующимися толщами образуется т.н. погребённый карст.

Карстовые местности бедны поверхностными водотоками. Для них характерны исчезающие под землю пещерные реки, мощные (тип воклюз), иногда субмаринные источники (выходы пресной воды на дне моря). С карстовыми явлениями внешне сходны явления псевдокарста, возникающие во льду и мёрзлых грунтах (Термокарст), в мелкообломочных и грунтах (кластокарст, глинистый карст, лёссовый карст, механический карст, суффозия, просадки). В их развитии основную роль играют другие, не типичные для карста физикческие процессы: таяние льда, механическое воздействие движущейся воды и пр.

Карст осложняет добычу полезных ископаемых , залегающих ниже или на уровне карстующихся пород. В этом случае карстовые воды обводняют горные выработки ( на Урале , Прибалтийский сланцевый бассейн , Миргалимсайское полиметаллическое месторождение в Казахстане). Наряду с этим, повышенная водоотдача и водопроницаемость карстующихся пород может благоприятствовать размещению в них дренажных выработок и осушению через их толщу (Соколовское, в и др.). Быстро развивающийся соляной карст затрудняет разработку каменных и калийных солей . В карстовых полостях часто накапливаются полезные ископаемые , образуя месторождения бокситов ( , плотности застройки и др.); устройство противофильтрационных завес и др. Строительное и хозяйственное освоение закарстованных областей требует проведения комплексных инженерно-геологических изысканий с применением съёмки, разведки, геофизических, стационарных, лабораторных и других видов исследований. В практических целях карст используется путём каптажа карстовых источников, дренирующих галерей, колодцев; разработки месторождений, формирование которых связано с палеокарстом; приспособления карстовых пустот для подземных хранилищ; освоения карстовых пещер как объектов для туризма.