Явление растворения горных пород подземными водами это

Размывание и растворение горных пород подземными водами, явления суффозии и карста Первоисточник:Л. М. Пешковский, Т. М. Перескокова Инженерная геология, изд. 2- е, М.: «Высшая школа», 1982, стр 252–259.http://www.speleopl.org/page.php?id=45

Размывание и растворение горных пород подземными водами, явления суффозии и карста

Подземные воды, движущиеся в порах и пустотах горных пород, в определенных условиях могут размывать и растворять породы. Часто размывание и растворение происходит одновременно. Однако в зависимости от химического состава пород и воды, условий движения воды и других факторов явления размывания и растворения происходят с различной степенью интенсивности.

Размывание выражается в том, что движущаяся вода захватывает мелкие частицы породы и уносит их с собой. В скальных породах движущаяся вода оказывает размывающее действие на стенки трещин и пустот. Наличие в воде взвешенных мельчайших минеральных частиц усиливает действие размыва. Однако в основном размывающее действие подземных вод относится к нескальным породам.

Вследствие выноса более мелких фракций пористость породы и размеры увеличиваются. Чем больше размеры пор, тем больше размеры фракций, которые могут быть через них вынесены водой. Когда пористость станет чрезмерно большой и размеры пор превысят размеры основной массы частицы, начнут происходить изменения и сложения породы. Размыв горной породы сопровождается ее растворением. Строго говоря, в воде растворяются все горные породы. Однако растворение таких пород, как гранит, базальт и подобных им, идет чрезвычайно медленно и требует громадных количеств воды.

Процесс растворения горных пород зависит от степени минерализации воды. Порода, поддающаяся растворению в дистиллированной воде, становится практически нерастворимой в обычной речной воде, поэтому магматические породы, в состав которых входят соли угольной и соляной кислоты (например, кальцит, каменная соль), сравнительно легко растворяются водой; содержащие соли серной кислоты (ангидрит, гипс) растворяются водой значительно медленнее.

В результате совместного действия размывания и растворения горных пород в них могут образовываться очень большие пустоты – подземные пещеры. Известны большие пещеры в Крыму, Сибири, на Кавказе. Большую известность получила Кунгурская пещера в Пермской области. Самая большая из известных подземных пещер находится в США (Мамонтова пещера). Длина ее вместе со всеми разветвлениями составляет около 250 км.

В ней несколько этажей, встречаются отдельные залы высотой до 30 м. На дне этой пещеры протекает подземная река и есть несколько подземных озер.

Карст

Химическое растворение горных пород вызывает в земной коре и на ее поверхности совокупность физико-геологических явлений, называемую карстом. Термин «карст» происходит от названия одноименного плоскогория на полуострове Истрия, где эти явления были впервые широко обнаружены и изучены.

И. В. Попов пишет, что явление карста выражается в образовании крупных пустот в земной коре, в разрушении и изменении структуры и состояния горных пород, в создании особого характера циркуляции и режима подземных вод, образовании характерного рельефа местности и режима гидрографической сети.

Карстовые явления развиваются в областях залегания легкорастворимых пород, к которым относятся в первую очередь (в порядке их распространения) известняки, гипсы, доломиты, мергели и каменная соль.

Воды, проникающие в области, сложенные легкорастворимыми породами, в той или иной степени содержат в своем составе различные соли и кислоты.

Химическое воздействие протекающей воды с породой может усиливаться или ослабляться в зависимости от состава воды и породы. Так, например, наличие в воде хлористого натрия резко повышает растворимость гипса, а вода, содержащая хлористый магний, практически не растворяет гипс. Вода, содержащая хлористый натрий до полного насыщения, образует так называемый маточный раствор и свободно протекает в пустотах залежей каменной соли, не оказывая на нее никакого растворяющего действия.

Подземные воды, насыщенные растворенными веществами растворимых пород, далее протекают, уже не оказывая растворяющего действия на окружающие породы. Попадая в области, сложенные нерастворимыми породами, подземные воды начинают терять часть растворенных веществ. Концентрация раствора постепенно снижается, а выпавшие соли образуют различные натечные формы. Если выпадение растворенных веществ происходит в открытых пространствах (например, в подземных пещерах), то образуются такие хорошо известные натечные формы, как сталактиты и сталагмиты.

Подземные воды, вытекая у подножия горных массивов (у склонов), образуют нисходящие «воклюзские» источники. Название «воклюзские» такие источники получили от местности Воклюз во Франции, где они впервые были обнаружены. В Советском Союзе большое количество воклюзских источников обнаружено на Южном берегу Крыма.

Процесс карстообразования может начинаться непосредственно с поверхности в областях питания подземных вод (открытый карст) или же возникать в сравнительно отдаленных подземных областях распространения вод (закрытый карст). Там, где легкорастворимые породы выходят непосредственно на земную поверхность, растворение пород проявляется наиболее резко. При выпадении атмосферной воды на поверхности растворимых пород образуются так называемые карры – желобки, борозды, щели и т. д. глубиной от нескольких сантиметров до 1–2 м. Рельеф поверхности, покрытый карами, называется карровым. При своем движении вода просачивается вниз по трещинам, постепенно расширяя их. С течением времени тонкие волосные трещины превращаются в широкие зияющие провалы.

Для карстового ландшафта характерны провальные воронки, естественные шахты, полья, увалы и долины. Эти формы постепенно переходят одна в другую, соответствуя стадиям карстообразования. Сначала образуются различные воронки сравнительно небольшого диаметра (от 1 до 50 м) и глубиной обычно не более 15–20 м. Воронки корытообразной формы называют польями; округлые, чашеобразные, диаметром до 200 м – долинами. Постепенно углубляясь, воронки переходят в увалы и естественные шахты – провальные углубления, глубина которых значительно больше их диаметра. На дне карстовых воронок часто наблюдаются отверстия – поноры, через которые поверхностные воды уходят вглубь.

Открытые формы карста постепенно сами себя уничтожают.

Растворяются все большие количества породы, стенки между воронками становятся все тоньше и постепенно обрушаются. На уровне грунтовых вод начинают скапливаться частицы нерастворимых минералов и с течением времени образуется широкая долина. Благодаря привносу органических веществ поверхность таких послекарстовых долин обычно покрывается плодородной почвой. Как один из примеров таких долин можно назвать Байдарскую долину в Крыму.

Передвигаясь по трещинам внутри растворимых пород, подземные воды промывают самые разнообразные каналы. Передвижение воды сверху вниз способствует образованию вертикальных трубчатых и коленчатых форм. На уровне карстовых грунтовых вод образуются подземные пещеры, состоящие из большого количества горизонтальных каналов различной формы и размера. Узкие трещиновидные каналы сменяются громадными гротами.

Для карстовых районах характерно наличие исчезающих рек. Попав в зону карста, река уходит по карстовым каналам под землю и протекает там в виде подземной реки или же разбивается на несколько меньших водных потоков. Впоследствии подземная река снова может выйти на поверхность.

Явление карста оказывает большое влияние на возможность осуществления и дальнейшего существования инженерных сооружений.

Б. М. Гуменский указывает, что карстующиеся породы очень часто сверху прикрыты водонепроницаемыми или слабо водопроницаемыми глинистыми отложениями. В этих условиях процесс карстообразования протекает весьма медленно или совсем не наблюдается. При вскрытии выемок для дорог или каналов защитный покров уничтожается и начинается интенсивный карстовый процесс. Если выемка предназначалась для канала, транспортируемая вода будет уходить на образование карстовых форм.

Интенсивность процесса карстообразования поддается анализу. И. В. Попов подчеркивает, что она зависит от химического состава растворителя и химического состава растворяемой породы. Особое значение имеет содержание в воде свободной углекислоты. Как известно, свободная углекислота может соединяться с карбонатами и создавать растворимые двууглекислые соединения вида (HCO3)2. Однако часть свободной углекислоты будет находиться в равновесии с полусвязанной углекислотой и не будет растворять кальцит. Такую углекислоту называют равновесной.

Другим показателем интенсивности карстообразования является количество и скорость протекающей воды, или, иначе, условия фильтрации.

Подземный сток направлен к водоемам, расположенным в наиболее низких точках рельефа. По большей части для карстующихся массивов такими водоемами служат реки. Подземный сток будет направлен нормально к оси долины. При этом подземный сток может захватывать зону ниже уровня эрозионного вреза. Уровень, выше которого возможно движение воды в карстующемся массиве, по предложению Ф. П. Саваренского, называют базисом карста.

Источник

Словари

Совокупность явлений, возникающих в растворимых водой горных породах (известняке, гипсе и т.п.) и выражающихся в образовании в них пещер, пустот, впадин и т.п.

КАРСТ, карста, мн. нет, муж. (нем. Karst, от названия плоскогорья в Альпах) (геол.). Вид и свойство земной поверхности в областях, почва которых состоит из растворимых крупнозернистых пород (известняков, гипсов, каменной соли).

КАРСТ, -а, муж. (спец.). Состояние земной поверхности в областях, почва к-рых образована из растворимых природными водами осадочных крупнозернистых пород.

| прил. карстовый, -ая, -ое. Карстовые явления (образование подземных пещер, воронок, котловин, провалов, рек и озёр). Карстовая пещера.

КАРСТ -а; м. Геол. Совокупность явлений, связанных с растворением водой горных пород и образованием в них пещер, пустот, впадин и т.п.

◁ Ка́рстовый, -ая, -ое. К-ые явления. К. рельеф. К-ые пещеры.

Карст — Крас (Kras), плато в Словении (западная оконечность в Италии), сложенное известняками. Высота до 643 м. Типичные формы карстового рельефа [воронки, пещеры (в том числе Постойнска-Яма), полья и др.].

◁ Ка́рстовый, -ая, -ое. К-ые явления. К. рельеф. К-ые пещеры.

карст (нем. Karst) (карстовые явления), явления, связанные с растворением природными водами горных пород (гипс, каменная соль и др.). Карст характеризуется комплексом подземных (пещеры, полости, ходы, естественные колодцы) и поверхностных (воронки, полья и др.) форм рельефа, своеобразием циркуляции и режима подземных вод, речной сети (исчезающей в подземных полостях) и озёр.

Совокупность явлений, связанных с растворением водой горных пород и образованием в них пещер, пустот, впадин и т. п.

Источник

Карст

процесс растворения горных пород

Карстовые явления, процесс растворения поверхностными и подземными водами горных пород: карбонатных (известняки, доломиты), сульфатных (гипс, ангидрит), хлоридных (каменная соль). В результате, образуются поверхностные (воронки, карры, котловины) и глубинные (ходы, полости, пещеры) формы рельефа. Термин связан с названием известнякового плато на полуострове Истрия в северной части Адриатического моря, где карстовые процессы развивались интенсивно и были впервые детально изучены.

На территории Татарстана карст получил значительное, хотя и неповсеместное развитие. Распространение карста определяется прежде всего геологическими условиями: залеганием близ земной поверхности в зоне активного водообмена сульфатно-карбонатных пород нижнего отдела и казанского яруса верхнего отдела пермской системы. Эти породы лежат у поверхности в антиклинальных поднятиях пластов. В тектонических прогибах они находятся ниже зоны активного водообмена, где их растворение в сильноминерализованных глубинных подземных водах незначительно. Закономерна связь областей развития карста с крупными антиклинальными поднятиями пластов горных пород, характерная для территории Среднего Поволжья, в том числе Татарстана.

В пределах республики выделяют три зоны распространения карста: западная, юго-восточная и северо-восточная.

Западная зона охватывает долину реки Волга и прилегающие части севернее широты города Тетюши. Карстовые формы представлены преимущественно провальными воронками глубиной до 20 м и диаметром до 150 м, различными по форме: конусовидными, чашевидными, блюдцеобразными. В Предволжье их особенно много (до 110–120 воронок на 1 км 2 ) вблизи села Сюкеево и поселка Камское Устье. Здесь же в гипсовой толще казанского яруса образовались крупные карстовые пещеры: Сюкеевская и Юрьевская (смотреть Камско-Устьинская спелеологическая система). В Приказанском районе на песчаных террасах по левобережью Волги находятся карстовые озера: Раифское, Ильинское, Осиновское, Глубокое, Ковалевское, Архиерейское и другие. Карст осложняет также дно озер Кабан. Происхождение карстовых форм на песчаных террасах связано с вмыванием песков в карстовые полости в подстилающих пески пермских породах. В долинах нижнего течения реки Казанка и ее правого притока – реки Солонка карст связан с выходами напорных сульфатно-карбонатных вод из нижнепермской толщи («пучины» Голубых озер на правобережье Казанки).

Юго-восточная карстовая зона расположена в пределах Южного купола Татарского тектонического свода, к которому приурочено Бугульминское плато. Здесь карст развивается в карбонатно-сульфатных породах нижней перми и нижнеказанского подъяруса. Карстовые воронки встречаются в долинах рек Шешма, Зай, Ик, а также в верхнем течении реки Мензеля. На левом склоне долины реки Степной Зай в 1939 году образовался Акташский провал (глубина 52 м).

Северо-восточная карстовая зона охватывает право- и левобережье реки Кама выше устья реки Вятка, где карстовые воронки отмечены в низовье реки Иж, в долине реки Салауш и некоторых других местах.

В неогеновый период в связи с глубоким долинным расчленением карст развивался более интенсивно, так как в зону активного водообмена входили более мощные толщи пород нижней перми и казанского яруса. Об этом свидетельствуют многочисленные карстовые формы, погребенные под неогеновыми отложениями.

Карстовые явления создают серьезные затруднения для сельского хозяйства, при строительстве инженерных сооружений и так далее.

Источник

Карст

Под термином «карст» подразумевается ландшафт, сформированный вследствие растворения пород. Ландшафтная структура подразумевает наличие небольших и крупных пустот, нередко заполненных водой. Образуется карстовый рельеф в течение длительного геологического периода. В результате появляются уникальные поверхностные и подземные структуры. Описываемые ландшафты занимают примерно 10% поверхности планеты.

Что такое карст

Карст – это немецкое слово, диалектически трансформированное название словенского известнякового плато Крас. Так называют совокупные явления и процессы, обусловленные деятельностью вод, проявляющиеся растворением горных пород и появлением в них пустот. Этим же термином обозначают специфические рельефные формы на местностях, где породы относительно легко растворяются водой. К таким породам относятся гипс, известняк, доломит и прочие минералы.

Термин «карст» подразумевает не только процесс растворения, но и его итог – рельефное образование. Карст распространен по всему земному шару. В Евразии крупные участки рельефа находятся в горной части Крымского полуострова, на берегах Адриатического моря, в Кавказских и Уральских горах, на Среднеазиатских нагорьях.

В результате растворения пород формируются специфические рельефные формы:

Карры – небольшие трещины (глубиной до 2 м) в форме канав и борозд. Отмечаются преимущественно на известняковых породах.
Поноры – некрупные, но глубокие отверстия, накапливающие воду.
Рвы – расположенные вдоль склоновой бровки образования, связанные с трещинами откоса. Глубина до 30 м, ширина до 50 м, длина до 2 км.
Овраги – внешне не отличаются от рвов, но расположены перпендикулярно склону.
Каньоны – глубоко погруженные речные долины, нередко имеющие непостоянный сток.
Ниши – склоновые углубления, отличающиеся от пещер меньшей протяженностью.
Воронки – замкнутые углубления в рельефе, диаметр которых не превышает 100 м. Бывают в форме чаши, конуса, цилиндра.
Котловины – замкнутые или частично замкнутые низменности с более или менее ровным дном и крутыми склонами. Форма обычно круглая, овальная или неправильная. Диаметр превышает 100 м, глубина больше 10 м.
Положительные формы рельефа – холмы, столбы, гористые участки. Высота до 100 м, диаметр до 500 м.
Подземные формы рельефа. К ним относятся:
- каверны – небольшие (до нескольких сантиметров) округлые полости в земле;
- колодцы и пропасти – устремленные вертикально вглубь земли каналы с отвесными стенами (диаметр от 1 м, глубина от 10 м);
- пещеры – сложно соединенные подземные полости разнообразной формы, нередко включающие водоемы и водотоки.

Карстовые пещеры могут протягиваться на сотни километров. Насыщенные минералами капли, текущие с потолка, образуют вытянутые, устремленные вниз наросты – сталактиты. Из упавших на пол капель постепенно вырастают устремленные вверх образования – сталагмиты. При срастании сталактит и сталагмит формируют колонну – сталактон.

Существуют формы, похожие на карст, но им не являющиеся. Это псевдокарст, к которому относятся:

Термокарст – пустоты в земле, образованные таянием льда. Явление наблюдается в областях вечной мерзлоты.
Глинистый карст – провалы, появляющиеся в покрытых трещинами карбонатных суглинках и глинах.

Развитие карста

Карст образуется при следующих условиях:

незначительно наклоненной или ровной поверхности, обеспечивающей застаивание и просачивание в породы воды;
наличии толстого слоя подверженных размытию пород;
низком уровне грунтовых вод, позволяющем просачивающейся воде двигаться вертикально;
минерализации воды ниже растворимости пород в поверхностном грунтовом слое.

Образование карста наблюдается, когда грунтовая поверхность разрушается водой, насыщенной углекислотой. В атмосфере во время дождя вода поглощает углекислый газ. Дождевые капли, просачиваясь в грунт, растворяют больше диоксида углерода, в итоге формируется слабая углекислотная вода. При постоянном образовании она разрушающе воздействует на карбонаты. Пустоты увеличиваются, подземная система дренажа расширяется, пропускает все больший объем воды. В итоге интенсивность формирования карста повышается.

Виды карста

По минеральному составу выделяют:

По периоду формирования:

древний (до голоценовой эпохи);
современный (после голоцена).

По глубине нахождения растворяющихся пород и подземных вод:

По присутствию покровной массы:

покрытый (почвенно-дерновым слоем, рыхлыми отложениями или магматическими, метаморфическими, уплотненными осадочными породами);
голый.

Карстовые ландшафты

Карстовый ландшафт – скалистая местность с сухой, голой или имеющей скудный растительный покров поверхностью. Рельеф сложный, включающий карры, воронки, пещеры и прочие поверхностные и подземные объекты вымывания.

Карстовые ландшафты встречаются на всей планете, одни из них хорошо заметны, другие скрыты. Самое крупное по площади образование находится в Австралии – известняковая равнина Наллабор (200 тысяч км 2 ). А самое глубокое формирование – достопримечательность Мексики. Это Пещера ласточек – провал диаметром 60 м и глубиной 370 м. Впадина настолько глубокая, что внутри нее сформирована своя атмосфера, образуются облака.

Территории с карстовым рельефом неблагоприятны для строительства, создания дорожной сетки, добычи полезных ископаемых. Из-за подземных пустот грунт непрочный, а значит, высока вероятность провалов и разрушения построек.

Борются с карстовым процессом, укрепляя дороги балочными конструкциями, засыпая пустоты песком или глиной, отводя поверхностные воды, перекрывая выход карстовой структуры непроницаемым для воды экраном.

Источник