Карстовые явления

Оглавление

Введение          3

Понятие карста         4

Поверхностные карстовые формы рельефа     5

Подземные карстовые  формы рельефа      8

Типы карстовых  отложений       9

Практическое  значение карста       10

Заключение          11

Список использованной литературы      12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

Темой данного реферата является карст. В науке о карсте наиболее широко представлены географическое и геоморфологическое направление. В ходе карстовых преобразований разрушаются породообразующие минералы и транспортируются вещества.  Карст влияет на рельеф территории, то приводит к ряду проблем в хозяйственной сфере. Этими проблемами и изучением карстовых явлений занимаются геологические науки.

Задачи:

1.  Раскрыть  понятие карста

2.  Рассмотреть  основные подземные и поверхностные  карстовые формы рельефа

4.  Найти причины  аккумуляции минеральных веществ в карстовых формах.

5.  Изучить  отложения карста и его источники. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Понятие карста

Карстовый процесс  – это длительно развивающийся  процесс растворения и выщелачивания  трещиноватых растворимых горных пород  подземными и поверхностными водами. В результате деятельности карстовых  процессов возникают как отрицательные  формы рельефа на земной поверхности, так и различные полости каналы гроты или пещеры на глубине.[4] Термин «карст» происходит от искаженного  австрийского названия плато Карст  в Словении, на котором эти явления  ярко выражены и хорошо изучены европейскими исследователям. Карстовые явления  распространены чрезвычайно широко. По геологическим условиям примерно третья часть площади суши земного  шара имеет потенциальные возможности  для их развития.

Существует несколько  условий, необходимых для развития карстовых явлений.

1) наличие растворимой  в природных водах горной породы, водопроницаемой вследствие трещиноватости или пористости.

2)наличие растворителя, т.е. воды, агрессивной к горной породе.

3) наличие условий,  обеспечивающих водообмен, –  отток насыщенной растворенным  веществом воды и постоянный  приток свежего растворителя. Если  первое условие определяется  геологическим строением местности,  то второе и отчасти третье  тесно связаны с физико-географической  обстановкой, второе- с почвенно-растительным  покровом и климатом, третье- с  геоморфологическими и гидрологическими  условиями помимо геологической  структуры и гидрогеологических  особенностей.

Карстовые процессы развиваются в растворимых природными поверхностными и

подземными водами горных породах: известняках, доломитах, гипсах, ангидритах,

каменной и  калийной солях. Основой процесса является процесс химического

растворения пород  и процесс выщелачивания, т.е. растворения  и вынос какой-то части

горных пород. Различные по своему составу воды растворяют породы по разному.

Особенно агрессивны по отношению к карбонатным породам  воды, насыщенные

углекислотой, а  гипс сильнее растворяется солоноватыми водами.

Под карстом  понимают не только процесс, но и его  результат, т.е. образование

специфических форм растворения. Сам термин карст  происходит от названия

известкового  плато в Словенских Альпах, где  карстовые формы рельефа выражены

наиболее ярко. Карст развивается везде, где  есть выходы на поверхность карбонатных

пород: в Горном Крыму, на побережье Адриатического моря, на Кавказе, Урале, в

Средней Азии и  еще во многих местах земного шара. Если карстовые формы видны на

поверхности, то говорят об открытом карсте, а если они перекрыты толщей каких-то

других отложений, то – о закрытом карсте. Последний  чаще развитит в равнинных

платформенных районах, тогда как первый – в  горных. [2]

к числу растворимых  пород относятся каменная соль, гипс, ангидрит, , известняк, доломит, отчасти мергель, в которых и наблюдается развитие интенсивных карстовых процессов. Наибольшей растворимостью обладает каменная соль, меньшей – карбонатные породы, известняки и доломиты. В зависимости от состава растворимых пород различают соляной карст, гипсовый, карбонатный.

Как уже отмечалось, подземные воды всегда обогащены  тем или иным количеством растворенных солей или газов. Следовательно, на горный породы воздействует не химически чистая вода, а сложный раствор с беспрерывно меняющейся концентрацией солей в нем. Нахождение же в природных водах различных солей и углекислоты существенным образом влияет на растворимость горных пород. Вода, насыщенная углекислотой растворяет известняки и доломиты во много раз больше, чем химически чистая вода. Присутствие же в подземных водах NaCl повышает растворимость гипса в 2,5-3,5 раза (в зависимости от количества NaCl), а наличие сернокислого магния понижает растворимость его до нуля, и т.п.

Взаимодействие  сложных природных растворов, какими являются подземные и поверхностные воды, с растворимыми трещиноватыми горными породами и приводит к образованию различных карстовых форм. [1] 

Поверхностные карстовые формы  рельефа

К поверхностным  карстовым формам относятся карры, желоба и рвы, воронки, блюдца и западины, котловины, полья, останцы.

Карры - это разнообразные  неглубокие выемки, образованные, в  основном,

выщелачиванием  известняков поверхностными атмосферными водами. Н.А.Гвоздецким,

одним из знатоков карста, были выделены карры следующих типов: лунковые, трубчатые, бороздчатые, желобковые, трещинные и ряд других. Все эти формы имеют глубину 5-20–5-0 см, редко размах рельефа достигает 1-2 м. Наиболее типичны желобковые карры, представленные параллельными желобками, разделенные острыми грядами.  [2]

они протягиваются  то более или менее параллельно  друг другу, совпадая с направлением уклона поверхности, которая представляется как бы изборожденной гигантской бороной, то располагаются совершенно неправильно, ветвятся и часто сливаются  друг с другом. Происхождение их связано главным образом с растворяющим воздействием атмосферных вод на породы в краях трещин, рассекающих массивы. Но в выработке карров в пределах крутых склонов принимает участие и размыв. Просачиваясь при своим движении по трещинам, вода постепенно растворяет, коррозирует и уносит отдельные частицы известняка, расширяя трещины. Таким образом, вода, обладая способностью проникать в тончайшие поры и трещины, проводит свою медленную, но верную разрушительную работу и превращает их в широкие зияющие щели и углубления.

Вся эта совокупность углублений и называется каррами, а  поверхность растворимых пород, покрытая каррами, - карровыми полями. Карры могут образовываться и  в прибрежной зоне моря, особенно это  относится к рифовым образованиям морских побережий. Наряду с атмосферными водами здесь имеют существенное значение морские солёные воды. По-видимому, образованию подводных карр в  море способствует углекислота, образующаяся при разложении органического вещества (рифостроящих организмов). [1]

Поноры –  узкие отверстия, наклонные или  вертикальные, возникающие на узлах

пересечения трещин при дальнейшем развитии процесса растворения  и выщелачивания.

[2]. Они развиваются в местах пересечения и развития крупных трещин, уходящих вглубь карстовых массивов и представляющих собой наиболее легкие пути циркуляции воды. Образовавшиеся на этом месте ложбинки растут более свободно в ширину и в глубину и постепенно превращаются в водосборные каналы, поглощающие и отводящие воду с поверхности земли. Собственно поноры встречаются относительно редко, чаще всего они находятся в сочетании с другими карстовыми формами.

На выходах  растворимых горных пород на крутых склонах часто наблюдаются различных  размеров карстовые ниши. Они образуются при растворении пород атмосферными осадками (дождевыми и снеговыми  водами), стекающими в большом количестве по обнаженному склону, и при процессах  выветривания. Местами ниши образуются в результате выщелачивания подземными водами, вытекающими по склону. Чаще всего выработка ниш связана  с трещинами напластования. [1]

Желоба и рвы  представляют собой более протяженные  и глубокие участки

карстового выщелачивания  поверхности известняков, наследующие  поверхностные

трещины и достигающие  глубины до 5 м.[2]

Воронки являются наиболее распространенными карстовыми формами. Они встречаются в большом  количестве в разных климатических  зонах. В сильно закарстованных районах  воронки могут покрывать всю  поверхность земли.

Карстовые воронки  подразделяются на: 1) воронки поверхностного выщелачивания;

2) провальные; 3) воронки просасывания (коррозионно-суффозионные  по

Н. А. Гвоздецкому).

Первый тип  воронок напоминает собой воронку  от взрыва снаряда или

бомбы. Образуются они за счет выщелоченной с поверхности  породы. Обычно в центре

такой воронки  располагается понор - канал, по которому уходит вода. Диаметр воронок

обычно до 50 м, редко больше, а глубина 5-20 м.

росту этих воронок  помогает размывающая деятельность поверхностных вод

Провальные воронки  связаны с обрушением свода над полостью, выработанной водами на некоторой глубине.

Коррозионно-суффозионные воронки возникают в том случае, когда карстующиеся

известняки перекрыты  пластом песчаных отложений и  последние вмываются в

нижележащие карстовые  полости. При этом из пласта песка уносятся отложения в поноры и образуется воронка просасывания или вымывания. Процессы суффозии широко

распространены  в природе. [2]

карстовые воронки  на поверхности земли то вытянуты в цепочку, то группируются. Линейное их расположение связано с наличием тектонических трещин.

Если воронки  разных генетических типов сливаются  по несколько штук вместе, то

образуется карстовая  котловина с рядом углублений на дне. Иногда дно у котловин

может быть плоским. Полья представляют собой довольно большие, сотни метров в диаметре, неправильной формы понижения, образовавшиеся при слиянии ряда котловин и воронок. В том числе и провальных.[2]

Крупные полья и котловины приурочены к горным районам. Направление котловин и польев определяется структурой, а последующее развитие – выщелачиванием и эрозией. В днищах котловин и польев иногда наблюдаются воронки или поноры, поглощающие воду. Некоторые полья периодически заполняются водой, а некоторые превратились в озёра.

Карстовые колодцы  и шахты - это каналы, уходящие почти  вертикально в

известковые массивы  на десятки и сотни метров при  диаметре в первые метры. Они

образуются при  выщелачивании по трещинам, иногда поверхностными водными

потоками, размывающими известняки. Шахтами называются вертикальные полости

глубиной свыше 20 м, а меньше – колодцами. Если шахты  соединяются между собой, а

также с субгоризонтальными ходами и пещерами, то образуются карстовые  пропасти,

достигающие глубины  в 1000 метров и более. [2]

Исчезающая река - поверхностный или подземный  водоток, исчезающий при вступлении в закарстованную или трещиноватую зону. Поглощение и отвод в глубину  поверхностного стока рек понорами, воронками и другими карстовыми формами придает своеобразный вид  долинам. Среди них выделяют: слепые долины и полуслепые долины.

Слепые долины представляют собой небольшие речки, протекающие в

закарстованных  районах, имеющие исток, но внезапно оканчивающиеся у какой-нибудь

воронки или  поноры, куда и уходит вся вода. Иногда долины бывают полуслепыми, когда

вода речки  вдруг уходит под землю, а потом, через несколько километров появляется

вновь, как это  происходит в Западном Крыму около  Севастополя. Речка Сууксу начинаясь на склонах гор внезапно исчезает и дальше продолжается лишь ее сухая долина с галькой. Примерно через 10-12 км река вновь появляется в виде мощного источника и уже как р. Черная впадает в Севастопольскую бухту. Надо отметить, что такие слепые и полуслепые долины широко развиты в местах распространения карстующихся пород - на Урале, в Башкирии, в Ленинградской, Смоленской, Нижегородской областях, в Крыму и на Кавказе.[2]

В некоторых  районах европейской равнины  известны озера, которые внезапно

исчезают, а потом  вновь появляются. Дело в том, что  эти озера находятся в карстовых

котловинах или  воронках. Поноры, присутствующие в  них, забиты илом и тогда вода в

озерах держится. Но если такая «пробка» вымывается, то и вода уходит в понор и глубже в карстовые полости.[2] 

Подземные карстовые формы.

Наряду с образованием поверхностных карстовых форм, связанных  с выщелачиванием и размывом поверхностными водами, в глубине массивов есть различные подземные формы.

Карстовые пещеры возникают различными способами: путем  растворения,

выщелачивания и размыва; путем обрушения, раскрытия  и последующего размыва

тектонических трещин. Подземные воды, протекая по трещинам или тектоническим

раздробленным зонам, постепенно растворяя и выщелачивая  известняки или доломиты.

Таким образом, формируются пещерные полости, часто многоэтажные и сложные, когда отдельные крупные пещеры – «залы», соединяются с другими узкими каналами, щелями, нередко с текущими по ним ручьями.

Крупные пещерные комплексы формируются продолжительное  время – десятки и

сотни тысяч  лет. В пещерах сделаны многие важные палеонтологические и

археологические находки, которые позволяют датировать верхние этажи пещер более

древним возрастом, чем нижние. Развитие пещер тесно  связано с колебаниями уровня

зеркала подземных  вод и местным базисом эрозии, например, рекой, а также

тектоническими  движениями. При понижении зеркала  грунтовых вод, уже выработанные полости пещер осушаются и процесс растворения и выщелчивания переходит на более низкий уровень. Так может продолжаться несколько раз согласно с этапами врезания реки и колебаниями уровня грунтовых вод.

Прекрасные многоярусные пещеры есть в горах Крыма, где  они

сформировались  в мощных толщах известняков верхней  юры; в Чехии, Словении, на

Урале, Кавказе  и в других местах. [2] 

Типы  карстовых отложений

С карстом связано  образование различных отложений, а также некоторых полезных ископаемых. Классификация карстовых отложений  разработана наиболее полно Д. С. Соколовым и Г. А. Максимовичем, они  описаны также В. М. Дублянским.

Остаточные отложения  представляют собой нерастворимый  глинистый и алевритовый осадок, образующийся при выщелачивании  карстующихся пород. Это прежде всего  краснозём, состоящий из нерастворимых  окислов кремния, алюминия, железа (отсюда и красный цвет) и др., накапливающийся  в днище карстовых воронок  и пещер, который может преобразовываться  в залежи бокситов.

Обвальные накопления образуются вследствие нарушения сводов и стен пещер, при провалах днищ карстовых  воронок и колодцев, при землетрясениях, а также вследствие резкой смены  суточной и сезонной температуры  воздуха (обвалы у входа в пещеру). Представлены отложения неокатаными, несортированными обломками карстующихся пород различной величины (глыбы, щебень, дресва), часто заключенными в алевролитовый или глинистый материал неслоистый или с плохо выраженной слоистостью. Иногда эти обломки сцементированы и образуют брекчии. Мощность отложений иногда достигает нескольких десятков метров.

Водные механические отложения накапливаются в основном в пещерных реках и озерах. Представлены они обломочным материалом, часто  слоистым. Размыв, перенос и отложение  обломочного материала подземными реками в общем подчиняются законам  аллювиального процесса наземных рек, хотя имеют ряд специфических  особенностей. Часто в разрезах отложений подземных рек и озер присутствуют прослои и натечные корки осажденного из водного раствора кальцита.

Водные хемогенные отложения подразделяются на субаэральные (натечные), образованные главным образом  в воздушной среде, и субаквальные – преимущественно в водной среде.

К натечным образованиям относятся разнообразной формы  и размеров сталактиты, нарастающие  из сталагмиты – со дна пещеры, образующиеся при медленном испарении насыщенной углекислой воды, проникающей по трещинам внутрь пещеры. Сталактиты могут иметь вид бахромы, занавесей, встречаются также боченковидные и причудливо ветвящиеся формы (гелектиты). Сталагмиты часто имеют конусовидную форму, иногда они сложные  пальмовидные, палкообразные, в форме подсвечника и т.п. Размеры их различны, возраст может быть более 200-300 тысяч лет. Обычно сталактиты и сталагмиты сложены кальцитом, но могут состоять из барита, окислов кремния, железа и др.

Субаквальные  образования пещер представлены корками кальцита, возникающими в  пещерных озёрах – гурах. На дне  озёр и в небольших углублениях  с водой можно встретить белый  или желтоватый «пещерный жемчуг»  величиной до 15-20 мм, или скопление  многочисленных мелких оолитов.

Отложения источников карстовых пород развиты на склонах  и в днищах долин у выхода на поверхность, где они образуют иногда значительных размеров по площади известковые  туфы. Это обычно пористая порода, часто  содержащая органические остатки (растения и раковины моллюсков). С выходами термальных углекислокальциевых вод связано образование травертинов – известняковых образований более твёрдых и хорошо раскристаллизованных в отличие от известкового туфа.

Пещерный лёд  и снег накапливаются в вертикальных карстовых полостях и в карстовых  пещерах, где температура воздуха  близка к нулю. Холодные и талые  воды, проникающие в подземные  полости, могут образовывать ледяные  натечные формы (сталактиты, сталагмиты и др.). Известна Кунгурская ледяная  пещера на Урале, где вековые толщи  льда достигают 3-4 м мощности.

Органогенные  отложения встречаются в пещерах, которые были населен летучими мышами и птицами. Здесь образуются залежи фосфоритов в виде скоплений костей и экскрементов (гуано) летучих мышей  и птиц, а также глин, обогащенных  фосфатом. Эти отложения служат отличным азотно-фосфорным удобрением.

Отложения культурного  слоя представлены продуктами жизнедеятельности  человека и встречаются в пещерах, которые использовались первобытным  человеком в качестве жилища. Здесь  встречаются кости животных, раковины, орудия труда, глиняные черепки, кострища, погребения и т.п.[3] 

Практическое  значение карста

Изучение карста имеет большое практическое значение при решении ряда народохозяйственных  задач. Так, при строительстве железных дорог недоучет карстовых явлений  может привести к деформации железнодорожного полотна. «Болезни пути» от картовых процессов наблюдались на Казанской, Уфимской, Московско-Курской елезных  дорогах и др.

При разработке полезных ископаемых огромное значение имеет правильная оценка притока  мощных карстово-трещинных вод в  шахты, необходимая для того, чтобы  предупредить прорывы вод и затопление шахт. На отдельных месторождениях полезных ископаемых, приуроченных к карстовым районам, приток воды в шахты достигает 4000-5000 м3/час более.

При гидротехническом строительстве карстовые подземные  каналы могут стать путями утечки воды из создаваемых водохранилищ. В практике гидротехнического строительства  встречаются случаи значительных утечек воды из водохранилищ (Испания, Франция, Италия). Для предотвращения подобных случаев необходимо детальное изучение карстовых явлений, которое позволит дать правильный прогноз будущих  изменений и выработать мероприятия  по борьбе с карстом. При решении  вопросов водоснабжения крупных  населенных пунктов и промышленных предприятий также необходимо изучать  карстовые явления. Можно в целом  сказать, что ни одно хозяйственное  мероприятие, проектируемое в карстовых  районах, не может обойтись без специального изучения карста. [1] 

Заключение

Карстообразование – это длительный процесс. Он может  продолжаться не один геологический  период и затрагивать породы различного возраста.

А сам карст - это совокупность процессов и  явлений, связанных с деятельностью  воды и выражающихся в растворении  горных пород и образовании в  них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами.

Карст осложняет  промышленное, жилищное и транспортное строительство, сооружение ГЭС, водохранилищ (известны случаи фильтрации воды из водохранилищ и даже разрушения плотин .). Подземные  полости и трещины уменьшают  прочность грунта, что заставляет вести специальные изыскания  при строительстве, прокладке дорог  и т.д.

К. нередко затрудняет добычу полезных ископаемых в закарстованных массивах, но иногда используются его  дренирующие свойства. Вместе с тем  некоторые полезные ископаемые выполняют  карстовые полости, образуя месторождения  свинцовых, цинковых и железных руд, бокситов, фосфоритов, нефти и горючих  газов, россыпей золота, алмазов и  др.

Карст является серьезной темой для изучения геологов, его изучение в значительной степени связано с практическими  запросами страны, по мере изучения карста, выявляется огромная его польза и хозяйственная отдача. В карстовых  районах залегают полезные ископаемые. С карстом связаны запасы нефти, газа, пресной воды, а также минеральных  термальных вод. 

Список  использованной литературы

1. Г. П. Горшков, А. Ф. Якушова. Общая геология – 1973.

2. Н. В. Короновский. Общая геология – 2002.

3. Д. С. Кизельватер. Геоморфология и четвертичная геология – 1981.

4. Н. В. Короновский , Н. А. Ясаманов. Геология. 3-е издание - 2006.