Источником каких опасных явлений считаются карстовые провалы. Расчет на воздействия карстовых процессов

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.

Более разнообразен. Работа рек проходит в подземельях, глубина которых достигает нескольких километров.

Подземный рельеф - это бесчисленные пещеры и пропасти, шахты и воронки. Воды, текущие здесь в полной темноте, редко прорываются на поверхность. Подземные озера, словно черные зеркала. Они полны тайн, в них скрыт пещерный жемчуг. Это такой своеобразный мир, природа которого изучена еще плохо. Это мир сталагмитов и сталактитов. Все это называют карстовым рельефом, или просто карстом. Термин «карст» происходит от названия плато Карст (Крас), которое расположено на одном из полуостровов в Адриатике. Почти безводное плато изобилует воронками, сухими котловинами, провалами, трещинами, бездонными колодцами. - комплекс форм, созданный природой в результате растворения водой и выпадения в осадок растворенного материала. Формы карстового рельефа обладают размерами от первых сантиметров (карры, лунки, борозды и пр.) до многих сотен метров и километров. О неровностях рельефа величиной менее 1 см известно мало.

Карстовый рельеф обычно формируется в областях, сложенных водорастворимыми породами. Чаше всего ими являются известняки, доломиты, гипсы, ангидриты, мраморы, соленосные глины и соль. Растворение происходит с большой скоростью, из-за чего эту группу даже называют карстующимися породами. Но растворению подвержены и сланцы, песчаники, граниты, кварциты, базальты и др. Скорость растворения у них в десятки тысяч раз меньше, чем у карстующихся пород.

Карстообразование происходит потому, что есть не только горные породы и , поддающиеся растворению, но и проточные воды и трещины в горных породах. Человек видит поздние стадии образования карста, поскольку наблюдения за миграцией воды по тончайшим трещинам невозможны. Механизмы образования карстового рельефа на первых стадиях, скорее всего, связаны с проницаемостью горной породы. Наиболее распространенными формами карстового рельефа являются воронки, блюдца, шахты, колодцы, карры, долины, полья, пещеры, котлы, плотины и занавеси, террасы, сталактиты, сталагмиты и т. д.

Карры образуются обычно на поверхности трещиноватых известняков и доломитов дождевыми водами, струйки которых создают промоины. Огромные карровые поля находятся в , их глубина достигает нескольких метров. Карстовые воронки на поверхности встречаются чаше. Их диаметр — от 1 до 500 м, а глубина — от 0,5 до 45 м. Цепочки воронок нередко сливаются, образуя карстовые долины.

В Родопах (Южная ) находятся удивительные создания природы - скальные мосты. Они представляют собой огромные арки, перекинутые через крупные долины, по дну которых сейчас протекает едва заметный ручеек. Это остатки древних подземных долин, пересекавших эту часть Родоп 1,5 млн. лет назад. Многие тысячелетия подземные воды растворяли мраморы, разрушали стены пещер и создавали фантастический мир подземелий. Наконец стены пещер не выдержали и обрушились, отодвинув русло подземной реки в сторону. Высота «чудесных мостов» достигает 30 м, а ширина - 50 м. Здесь, в нишах бывших , открыты стоянки древнего человека, обнаружены каменные топоры, керамика.

Плато Карст (территория и ) - каменистая пустыня, поражающая своим унылым видом. Здесь нет воды и не видно зелени. Поверхность его покрыта трещинами, ямами, рытвинами и воронками. Есть тут и реки, но они текут под поверхностью земли в темных и сырых подземных руслах. Помимо безводья на каждом шагу путешественника ожидают глубокие трещины, провалы, бездонные колодцы. Встречаются участки, где воронки буквально, как оспины, изрыли поверхность. Их количество достигает 150 штук на квадратный километр. Красно-бурые глины с щебнем, обнаруженные на дне воронок, являются продуктом не только химического растворения известняков, но и смыва по трещинам карстующегося массива, а также пыли, приносимой ветром.

Шахты и колодцы представляют собой узкие, почти вертикальные каналы, образованные при расширении трещин. Диаметр колодцев различен - от 0.3 до 350 м, глубина может достигать 1300 м. Карстовые долины, занимаемые руслами как подземных, так и наземных рек, характеризуются резкой ступенчатостью продольного профиля. Странные реки появляются из пещеры, текут на протяжении нескольких километров по поверхности и вновь скрываются в пещере. Эти долины - без поймы, без террас, без паводков и наводнений. Особым видом карста являются полья - замкнутые или полузамкнутые котловины. Площади польев достигают 500 - 600 км2, глубина - сотен метров, ширина - 10 - 15 км. Одно из них - в северо-западной части Динарского нагорья - занимает площадь 380 км2. Ось котловины совпадает с направлением горных хребтов и ориентировкой складчатых структур. В периоды сильных ливней тонкие частички грунта смываются и постепенно все трещины заполняются водой. Это ведет к прекращению фильтрации, а атмосферные осадки способствуют заиливанию котловин.

Карстовые пещеры находятся глубоко под землей. Они очень разнообразны по размерам и конфигурации, что объясняется не только залеганием карстуюшихся пород, но и определенной стадией их развития. В пещерах среди многочисленных форм карста, связанных с накоплением растворенного вещества, известны в основном сталактиты и сталагмиты. Известковые сосульки - сталактиты - достигают высоты в несколько метров и толщины 1,5 - 5 м. В процессе роста сталактитов в воде уменьшается содержание СаСОз. Выпавший в осадок углекислый кальций цементирует обломочный материал и образует карбонатные натеки. Сталагмиты - известковые столбы и конусы - растут снизу вверх и достигают высоты 15 - 20 м. Все это происходит очень медленно. Подсчитано, что сталагмит в Карлсбадской пещере высотой 19 м формировался около 50 млн. лет. К натечным формам карстового рельефа относятся плотины, перегораживающие подземные ходы. За подобными плотинами возникают озера. Но возраст плотин более молодой, чем сталагмитов, - 9 - 10 тыс. лет. Под воздействием теплых влажных муссонов известняковые породы подвергаются карстованию, в результате чего возникает много причудливых пейзажей: то над пропастью поднимаются отвесные скалы, то в горах зияют глубокие пещеры, то через реки перекинуты каменные мосты. Все это называется башенным карстом. В некоторых районах, где известняковые породы подверглись разрушениям, образовались округлые долины с ровным днищем. В таких долинах на одинаковом отдалении друг от друга возвышаются конусообразные известняковые холмы, а у их подножия амфитеатром располагаются ступенчатые поля, что делает каждый холм похожим на гигантский замок с крепостными стенами и сторожевыми башнями. Иногда в долинах видны небольшие холмы с острыми вершинами, издали напоминающими огромные стога сена. Карстовые долины, как правило, очень широкие, а посреди них нередко встречаются глыбы известняков.

В теплых и влажных условиях тропиков карстовый рельеф принимает причудливые формы. Выделяются куполовидные холмы и гряды, башни, острые конусы, карстовые равнины. Системы округлых куполов рассечены ущельями, возникшими по тектоническим трещинам. Периферия куполов обрамлена башенным карстом. Карстовые котловины и равнины разделены зазубренными грядами и глубокими ложбинами. Обломки известняков, упавшие со склонов башен или куполов, быстро разрушаются.

Густая растительность, покрывающая склоны, способствует активности вод с содержанием кислот разного состава. Поэтому, как правило, у подножий карстовых холмов или небольших гор не происходит накопления обломков. Выветривание превращает их в песок и глину, которые в дождливые периоды быстро выносятся струями воды. Наибольшая интенсивность карстовых процессов - во влажных областях, а наименьшая - в сухих.

Текучей водой растворяются не только карбонатные и соленосные, но и силикатные породы, в которых этот процесс протекает в тысячи раз медленнее. Растворяются песчаники, граниты, сланцы и другие кристаллические породы. Речная вода, протекающая по таким породам во влажных тропиках, содержит много растворимого кремнезема. Формы рельефа, связанные с силикатным карстом, разнообразны. На в Южной Америке в кварцитах наблюдаются провалы, колодцы, шахты, воронки. На плато Гуайкуинима в в кварцитах обнаружена даже система пещер протяженностью около 2 км с горизонтальными ходами и глубокими колодцами.

Гигантские шахты диаметром 350 м и глубиной более 500 м наблюдаются на плато Рорайма, сложенном древними кварцитами. На основании анализа кварцитов, в которых есть силикатный карст, можно сделать вывод, что здесь происходит растворение, как зерен кварца, так и силикатного цемента. Причем процесс должен не прекращаться десятки и сотни миллионов лет.

Формы силикатного карста образуются в результате, как растворения горных пород, так и их биохимического выветривания.

Растворение некоторых горных пород вызывает целый ряд явлений, которые называются карстовыми. Слово «карст» обозначает такие формы рельефа, которые были образованы вследствие растворения горных пород, таких, например, как каменная соль, гипс, мел, известняк, доломиты. Карстовые явления были впервые изучены на плато Карст (от названия которого и произошло название этого явления), расположенном к северо-востоку от города Триест на побережье Адриатического моря. Толщу карстующихся пород можно разделить на 3 этажа.

Верхний. Здесь вода быстро уходит вниз, и растворение идет слабо. Поэтому этот этаж как бы «корочкой» покрывает образовавшиеся внизу пустоты. Иногда «корочка» ломается, и на поверхности появляются провалы. В зависимости от формы и размеров они носят названия воронок, блюдец, колодцев и шахт. Эти шахты и колодца могут иногда достигать значительных глубин. Самая глубокая из известных карстовых шахт находится недалеко от города Верона (Италия). Провал на склоне горы Машук в Пятигорске — крупная, глубиной 26 метров, карстовая котловина. В воронках и котловинах часто образуются озера.

Средний. Здесь активнее всего растворяются породы. Этот этаж расположен между высшим и низшим уровнями грунтовых вод. Здесь вода циркулирует по трещинам в горных породах и, растворяя их стенки, расширяет их, превращая в сложную систему разнообразных по величине подземных каналов.

Нижний. Здесь карстовые процессы замедляются, так как вода там застаивается, насыщается углекислотой и перестает растворять горные породы.

Растворимость карстующихся пород тем выше, чем больше химическая активность воды, а это в свою очередь зависит от количества растворенных в ней кислот, особенно углекислоты, поступающей в воду из атмосферы, при извержении вулканов, при разложении органических остатков, при пожарах лесов и торфяников. Усиливает карстовые процессы деятельность небольших животных, создающих ходы.

Во многих районах планеты карстующиеся породы покрыты некарстующимися — это закрытый карст. Он характерен для равнин. В горах же, где преобладает снос материала, подверженные растворению породы выходят на поверхность, и здесь развит так называемый голый карст. В этих случаях земная поверхность часто изъедена бороздами, называемыми каррами (нем. karren — небольшие остроконечные гребешки, разделяющие неглубокие крутосклонные впадины от нескольких сантиметров до 2 метров). Они образуются растворяющим действием воды атмосферных осадков. Направление и рисунок карров зависят от строения слоев в горной породе. Нередко карров так много, что поверхность напоминает гигантские пчелиные соты. Ходить по ним очень трудно. Со временем голый карст может стать покрытым. Так как породы растворяются не полностью, нерастворимый осадок известняков — глинистый материал — накапливается на их поверхности, закупоривает трещины, препятствует дальнейшему карстообразованию.

Карстовые явления нередко приводят к образованию подземных пещер. Карстовые пещеры — замечательные создания природы. Они состоят из галерей, тоннелей, гротов и залов, расположенных на разных уровнях и соединенных шахтами и колодцами. Нередко по тоннелям несется вода, а залы заняты глубокими озерами. Красивейшей в Европе считается пещера Постойна Яма в Словении. Общая протяженность ее около 20 км. По некоторым ее тоннелям протекает река, в которой водятся безглазые рыбы. В России знаменита Кунгурская пещера в Предуралье, длина которой около 6 км, в ней находятся более 30 озер. Самая большая пещера — Мамонтова (США, штат Кентукки); суммарная длина всех ее ответвлений — 240 км.

Основным украшением карстовых пещер являются каменные сосульки (сталактиты) и каменные столбики (сталагмиты). В каплях, стекающих с потолка и стен пещер, содержится много углекислой извести, которая образовалась в результате растворения известняков. Капли стекают медленно, подолгу висят на одном и том же месте, частично испаряются. Углекислая известь осаждается из них и постепенно образует сталактиты. Со дна пещеры, куда капли в конце концов срываются, навстречу им растут сталагмиты. Местами сталактиты и сталагмиты сливаются в причудливые колонны — сталагнаты. Цвет их зависит от примесей в породе. Они могут быть ярко-белыми, желтыми, коричневыми или бурыми.

Грунты с карстовыми явлениями ненадежны для любого вида инженерных сооружений, осложняют земледелие, так как не только иссушают почвы, но и нарушают поля провалами и воронками. Под влиянием карста происходит немало удивительных явлений: буквально пропадают реки, ручьи, озера (проваливаются под землю); некоторые реки внезапно «выныривают» на поверхность. Известны случаи, когда дома проваливались в карстовые полости, а целые кварталы разрушались. Так, в ЮАР в 1962 году исчез под землей, в провале, целый завод, а позже — жилой дом. В ноябре 1989 года в Предуралье было предотвращено крушение поезда, остановленного всего за несколько метров до карстового провала, над которым рельсы повисли в воздухе на целых 3 метра. Опасны провалы на трассах газо- и нефтепроводов, вдоль линий электропередач.

Несмотря на «коварство» карста, с ним можно бороться: нагнетать по скважинам цемент в подземные пустоты или «залечивать» воронки грунтом. Именно эти мероприятия позволили в карстовых районах вести строительство: так были возведены гидроэлектростанции на реках Уфе и Днепре.

Продольный разрез карстовой пещеры (1 — вход, 2 — сталактиты, 3 — сталагмиты, 4 — подземное озеро).

Под землей карст может даже стать помощником человека: по карстовым пещерам спелеологам (исследователям пещер) удается проникнуть на сотни метров в глубину планеты для ее исследования.

В тропиках карст образует причудливые башни, конусы и купола высотой до 300 м и более. Нередко они смыкаются и порождают фантастические образования. Их поверхность изъедена каррами, а на склонах чернеют многочисленные устья пещер, пронизывающих их толщину. Очень живописны ландшафты тропического карста на Кубе, во Вьетнаме, в Китае, где карстовые башни, конусы напоминают фантастические деревья в «каменном лесу». Здесь же, на юге Китая, находится самая обширная карстовая область Земли, занимающая территорию около 600 тыс. км². Часть ее затоплена морем, а карстовые башни выступают над его поверхностью куполовидными островами различных размеров.

В нашей стране карст встречается во многих районах: в Европейской части России, на Кавказе, в Прикаспийской низменности, на Урале. Распространен карст также и в Восточной Сибири, в Прибайкалье и Приморье.

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.

Карст – это совокупность природных и техногенных геологических процессов и явлений в земной коре и на ее поверхности, вызванных растворением горных пород и выраженных в изменении их структуры, состояния и циркуляции подземных вод, рельефа местности и режима гидрографической сети.

Для развития карста необходимо и достаточно наличие растворимых водопроницаемых горных пород и движущихся агрессивных, т.е. обладающих растворяющей способностью, подземных вод. Растворимые породы - каменная соль, гипс, известняк, доломит, мел, отчасти мергель. Общая площадь распространения карстующихся пород составляет примерно 31,5 % всей площади Земли. Наиболее широко распространены карбонатные породы.

Карст встречается практически во всех физико-географических зонах, наиболее развит в условиях теплого влажного и избыточно влажного климата, а наименее - в условиях сухого или аридного климата. Интенсивному протеканию карстового процесса способствуют пологий рельеф, неоднородность, трещиноватость и тектоническая раздробленность массива пород, малая мощность покровных отложений и почв, большие гидравлические уклоны, повышенное содержание углекислоты и других минеральных и органических кислот в подземных водах, техногенное изменение гидродинамического и гидрохимического режимов.

Процесс растворения трещиноватых пород приводит к образованию специфических форм рельефа на поверхности земли и различных полостей, каналов и пещер на глубине.

Среди поверхностных карстовых форм выделяют котловины и полья, рвы и овраги, ниши и воронки, поноры и карры.

Карры - это канавки, бороздки, мелкие желоба и щели глубиной от первых сантиметров до 1–2 м на поверхности растворимых пород, главным образом известняков.

Поноры - это небольшие в плане, но глубокие водопоглощающие отверстия, часто приуроченные к дну воронок.

Карстовые рвы располагаются вдоль бровки склона или откоса и генетически связаны с трещинами бортового отпора. Они характеризуются глубиной 2–30 м, шириной 1–50 м и протяженностью до 2 км.

Карстовые овраги и лога морфометрически напоминают рвы, но вытянуты перпендикулярно склону.

Карстовые долины и каньоны - это речные долины в карстующихся породах, часто не имеющие постоянного поверхностного стока или содержащие так называемые исчезающие реки.

Карстовые ниши - это разной формы углубления в склоне, сложенном растворимыми породами, отличаются от пещер незначительной протяженностью по сравнению с их высотой на входе.

Карстовые воронки - это замкнутые отрицательные формы рельефа диаметром до 100 м, конической, цилиндрической, чашевидной или блюдцеобразной формы в разрезе.

По генезису выделяют три основных типа воронок:

1. Коррозионные, или воронки выщелачивания , формируются в результате постепенного расширения и углубления трещин и понор.
2. Провальные воронки образуются в результате обрушения кровли карстовых пещер и полостей, которая может быть сложена и нерастворимыми породами.
3. Карстово-суффозионные воронки характерны только для районов покрытого карста и являются последствием выноса подземными водами пылеватых и мелких песчаных фракций несцементированных осадочных пород в трещинно-поровое пространство закарстованных отложений.

Карстовые котловины (депрессии) и полья - это замкнутые и полузамкнутые понижения с относительно ровным дном и крутыми стенками обычно округлой, овальной или неправильной формы диаметром более 100 м и глубиной в десятки, иногда сотни метров.

К положительным формам рельефа относятся карстовые останцы - столбы, холмы, горы высотой 1-100 м и диаметром 1-500 м, сложенные растворимыми породами.

Подземные карстовые формы – это полости различной формы и генезиса, колодцы, шахты, пропасти, пещеры, каналы, раскрытые эродированные трещины и каверны.

Каверны представляют собой небольшие, несколько миллиметров - первые сантиметры, концентрические полости.

Карстовые колодцы, шахты и пропасти - это вертикальные каналы в массивах растворимых пород с очень крутыми или отвесными стенками диаметром 1-10 и более метров и глубиной от 10 до нескольких сотен метров.

Пещеры - это сложные лабиринты связанных друг с другом каналов и полостей - могут быть вертикальными, наклонными и горизонтальными. Протяженность наиболее крупных горизонтальных пещер с подземными реками, озерами и водопадами достигает нескольких сотен километров. Из капель просачивающейся с потолка пещер воды нарастают вниз натечные образования из кальцита, называемые сталактитами. Падающие на пол пещер капли воды выделяют остатки карбоната кальция, в результате снизу растут также натечные образования - сталагмиты. Сталактиты и сталагмиты иногда сливаются друг с другом в единые колонны - сталагнаты.

При выходе подземных вод на поверхность и дно пещер формируются известковый и кремнистый туфы, представляющие собой пористые хемогенные отложения. Критерии типизации карста - литологический состав растворимых пород, их возраст и глубина залегания; характер и мощность перекрывающих отложений; гидрогеологические условия; морфометрия карстовых форм и глубина их залегания.

По составу карстующихся пород различают соляной, гипсовый, карбонатный и меловой карст.

По времени образования карст делится на древний и современный - до и после голоцена соответственно.

По отношению к уровню подземных вод и глубине залегания растворимых пород - на глубокий (глубинный) и мелкий (поверхностный).

По наличию покровных отложений карст бывает покрытый (закрытый) и открытый (голый). С учетом состава и мощности перекрывающей толщи открытый карст имеет небольшую мощность (менее 2 м) почвенно-дернового покрова и рыхлых покровных отложений или их отсутствие. В покрытом карсте мощность несцементированных осадочных пород превышает 2 м. Бронированный (перекрытый) карст предполагает, что покровные отложения представлены сцементированными осадочными, магматическими или метаморфическими породами.

Уменьшение скорости карстового процесса с глубиной и с удалением от базиса коррозии (области, дренирующей карстовые воды) позволяет выделить горизонтальные и вертикальные зоны его развития (зону аэрации, зону сезонного колебания уровня подземных вод, присклоновую зону, зону полного насыщения и зону глубинной циркуляции подземных вод).

Карст является одним из источников . Провалы и обрушения карстовых полостей ведут к разрушению зданий, сооружений, гибели людей.

Источники: Максимович Г.А. Основы карстоведения. Пермь, 1963; Попов И.В. Инженерная геология. 2-е издание, переработанное и дополненное. – М., 1959; Соколов Д.С. Основные условия развития карста. – М., 1962.