какой карстовый процесс наиболее интенсивен
Карстовый процесс
Карстовый процесс
Необходимость проведения инженерно-геологических условий строительства в районах развития карстовых процессов и явлений очевидна. Своевременное и подробное изучение карстовых процессов и явлений в почвах может на этапе планирования сооружений с большой вероятностью предупредить опасные последствия строительных работ.
Из всех геологических процессов карстовые труднее всего спрогнозировать, они наиболее опасны, а развиваются сотни миллионов лет. Карстовые процессы – одни из наиболее тяжелопрогнозируемых опасных геологических процессов.
Особенность карстовых процессов заключается в том, что они существенно усложняют процесс строительства и эксплуатации зданий и сооружений, а также препятствуют рациональному использованию сельскохозяйственных земель и наносят значительный ущерб населению и хозяйству. В результате влияния карстовых процессов происходят осадка и провалы земной поверхности, деформации сооружений вплоть до их полного разрушения, потеря воды из малых прудов через карстовые полости в бортах и основаниях водохранилищ, прорывы карстовых вод в горные выработки и тоннели, их затопление, загрязнение подземных вод.
Изучение карста при планировании сооружений может в большей степени предупредить все эти опасные последствия.
Карст: условия образования
В Российской Федерации выделяются Волго-Уральская, Предуральская, Западно-Уральская, Центрально-Уральская и Магнитогорская карстовые провинции.
Карстующиеся породы разного литологического состава, залегающие на поверхности и различных глубинах, распространены очень широко и занимают почти 50% территории России.
Вследствие необратимых преобразований рельефа и пород, загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферы и атмосферных осадков, а также деградации растительности существенно изменяются условия и факторы карстообразования. Карст активизируется и проявляется на поверхности в результате сокращения мощности до обнажения карстующихся пород, изменения состава и свойств при увлажнении покровных отложений, нарушения рельефа. Появляются и расширяются очаги повышенной инфильтрации поверхностных, а также под-земных агрессивных вод. Участками ослабления служат карстовые полости, открытые трещины, зоны дробления, погребенные провалы и другие подземные формы карста.
Скорость карстового процесса уменьшается с глубиной и с удалением от базиса эрозии.
Карстующиеся породы – известняки, доломиты, гипс и каменная соль – часто образуют отдельные линзы и прослои среди пород глинистого состава. Вода, насыщенная углекислотой, растворяет известняки и доломиты быстрее, чем химически чистая вода.
К растворимым породам относятся каменная соль, гипс, ангидрид, известняк, доломит, отчасти мергель, в которых и наблюдается развитие интенсивных карстовых процессов. Районы, на территории которых имеется распространение гипсового и соляного карста, являются наиболее опасными. Развитие гипсового карста, когда происходит выщелачивание горных пород, которое со временем приводит к образованию на земной поверхности карстовых воронок, оказывает влияние на все компоненты природного ландшафта и хозяйственную деятельность человека.
Процессы растворения и эрозия при линейном расположении воронок могут привести к образованию карстово-эрозионных оврагов.
На выходах растворимых горных пород наблюдаются различных размеров карстовые ниши, которые образуются при процессах физического выветривания и при растворении пород атмосферными осадками, стекающими в большом количестве по обнаженному склону.
С карстовыми процессами связано полное или частичное поглощение поверхностного стока рек. Исчезающие озера и реки имеются в различных районах и климатических зонах. На дне этих озер находятся карстовые воронки и поноры, через которые вода озер периодически поглощается и уводится на глубину.
Карстовые процессы являются подземными и поверхностными, эрозионными и аккумулятивными формами – полости, зоны разуплотнения, открытые и заполненные. По отсутствию или наличию нерастворимых покровных отложений выделяют открытый и покрытый карст.
На территории суши Земли карст открытого типа занимает 9,5%, покрытого типа – 22%.
Форма и содержание
Карст на поверхности и в глубине представляет собой единый взаимосвязанный процесс. С образованием поверхностных карстовых форм, связанных в значительной степени с выщелачиванием и размывом поверхностными водами, в глубине массивов растворимых горных пород наблюдаются различные подземные формы. К подземным карстовым формам относятся закарстованные трещины, трещины, расширенные растворяющей деятельностью подземных вод, карстовые пещеры и каналы. Вода, просачивающаяся сверху и движущаяся по трещинам, в карбонатных породах содержит много растворенного углекислого газа, что увеличивает ее растворяющую способность. Растворяя по пути движения известняки, вода насыщается углекислым кальцием в виде бикарбоната.
В рыхлых нерастворимых породах, покрывающих закарстованные породы, отмечаются подземные и поверхностные формы. Форма, размеры воронок и частота их образования тесно связаны с геологическим строением, геоморфологическими и гидрогеологическими условиями, а также режимом подземных вод.
В рыхлых мергелистых и гипсоносных песчано-глинистых породах большую роль наряду с выщелачиванием играет механический вынос частиц.
Наличие суффозии в ее активной фазе в определенных условиях приводит к формированию депрессионной воронки в верхнем водоносном горизонте: уровень грунтовых вод принимает V-образную форму. В основании нерастворимых пород создаются подземные полости, которые, постепенно разрастаясь, приводят к нарушению устойчивости свода и его обрушению. Активизация карстово-суффозионных процессов возможна также за счет химического состава подземных вод и их температуры.
В результате карстовых процессов на поверхности образуется воронка с обрывистыми вертикальными стенками, имеющими обратный уклон – провал. Провальные воронки и воронки обрушения бывают цилиндрическими, коническими, чашевидными и сложного строения. Две последние формы характерны для воронок смешанного генезиса. Карстово-суффозионные провальные воронки и шахты достаточно широко развиты в карстовых районах покрытого карста. Их формирование связано с суффозией материала из основания покрывающей толщи в нижерасположенные подземные карстовые полости в растворимых горных породах. Появление воронок любого генетического типа сопровождается прогибом земной поверхности.
Большое влияние на величину провальной опасности оказывает естественный режим поверхностных и подземных вод. Значительную опасность для зданий и сооружений представляют деформации земной поверхности, характерные для территорий с развитием сульфатного карста. Карстовые процессы оказывают влияние на все физико-географические условия местности. Они резко изменяют рельеф, характер и режим подземных и наземных вод.
Возникновение провалов может создавать аварийные ситуации, приводящие к гибели людей и разрушениям зданий и сооружений со значительными ущербами экономического, социального и экологического характера.
Оценка опасности
Оценка карстовой опасности должна выполняться с учетом базы данных, полученных на основе специального карстологического мониторинга. Предусматривается исследование напряженно-деформированного состояния грунтовой толщи в окрестности участка ослабления массива и влияния перераспределения напряжений на процесс образования воронок.
Выявление и изучение карстовых процессов и явлений возможно методами сейсморазведки. Также проводят исследование процесса, нарушающего устойчивость связных грунтов над карстовой полостью, и механизмов появления гидрогеологических окон в водоупорах. Также необходимо проводить определение закономерностей деформирования воздушно-сухих, влажных и водонасыщенных несвязных грунтов при их поступлении в трещинно-карстовые коллекторы с учетом кинематики процесса и разработку моделей, позволяющих оценить размеры карстово-суффозионных воронок и возможность их появления в песчаной толще.
При инженерных изысканиях следует выполнять:
При строительстве на закарстованных территориях требуется учитывать различные типы и подтипы карстовой опасности.
Необходимо и установить, какие генетические типы карстовых провалов и по каким причинам могут появиться на исследуемой карстоопасной территории.
Необходимо провести ее районирование, позволяющее выделить однотипные участки, в пределах которых – под действием определенных факторов – может реализоваться карстовое провалообразование определенного механизма.
При выборе площадки для строительства проектные организации должны учитывать карстовую опасность территории, а также проблемы негативных последствий подтопления больших по площади закарстованных территорий.
При проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений необходимо предусматривать меры по инженерной защите территорий и снижению опасности, ущербов и риска от экзогенных геологических процессов путем применения вышеописанных методов. Для инженерной защиты зданий и сооружений от карста необходимо применять противокарстовые мероприятия или их сочетания: планировочные, водозащитные, противофильтрационные, укрепление оснований, конструктивные, технологические и эксплуатационные.
Таким образом, инженерно-геологические условия в районах распространения карстовых процессов в целом характеризуются как неблагоприятные для всех видов строительства. Однако в настоящее время применяются различные виды исследований, проводится разработка нормативных документов и оценка степени опасности закарстованных территорий и степени их устойчивости, прогнозы местоположения, частоты, размеров провалов. В связи с этим и только при условии неукоснительного соблюдения всех установленных требований и правил, а также с применением конструктивных мер противокарстовой защиты имеется возможность производить строительство на недостаточно устойчивых территориях.
Карстовые процессы
Карстом называют пустоты, пещеры и другие отрицательные формы рельефа, образованные в известняках, гипсах, каменной соли, доломитах за счет их растворения и выщелачивания (рис. 3.17). Эти формы рельефа получили свое название от известнякового плато Карст (Динарское нагорье) на побережье Адриатического моря, на границе Италии и Словении. Именно там встречаются почти все карстовые формы рельефа.
На растворение карбонатных пород особенно влияют воды, насыщенные углекислотой. Конечно, сильнее всего растворяются каменные соли и гипс, однако эти породы не так часто встречаются, как известняки, мергели или доломиты.
Рис. 3.17. Формы карстового рельефа: 1 — карры; 2 — воронка; 3 — полье; 4 — колодец; 5 — шахта; 6 — исчезающая река; 7 — провальная воронка; 8 — ущелье; 9 — пещера; 10 — сталактиты; 11 — сталагмиты; 12 — терра-росса; 13 — пещерное озеро; 14 — пропасть
Карстовые процессы широко распространены там, где развиты известняки, например в Крыму на первой гряде гор — Яйле (от тюрк, яйла — пастбище), а также на Кавказе, в Средней Азии, на Урале, на побережьях Средиземного моря.
Выделяют два основных типа карста: открытый и закрытый. Открытый карст развит на породах, обнажающихся на поверхности, а закрытый развивается в породах, перекрытых сверху толщей других пород, не поддающихся растворению.
Различают несколько главных видов поверхностного открытого карста, который начинает формироваться на карбонатных породах. Сначала развиваются удлиненные рытвины, или желоба, глубиной до 2 м, называемые каррами. Эти желоба и разделяющие их острые гребни располагаются параллельно друг другу и часто занимают большие площади — карровые поля. Развиваются также поноры — узкие, близкие к вертикальным, каналы, колодцы, по которым поверхностная вода просачивается в глубь известнякового массива.
Во многих районах, например на карбонатных плато Яйлы в Крыму, во множестве находятся карстовые воронки диаметром от нескольких метров до 100 м и более и глубиной несколько метров, редко больше 10—15 м. Они напоминают воронки от снарядов и связаны с выщелачиванием карбонатных пород.
Если под поверхностью известняков образуется карстовая пустота, то «крыша» этой пещеры может обрушиться и возникнет глубокая провальная воронка.
Встречаются крупные карстовые понижения — полья, где сливаются вместе несколько воронок. У поль- ев обычно ровное дно с понорами, куда уходит вода, и крутые стенки.
На закарстованных плато нередко развиты слепые долины небольшой протяженности, которые начинаются как обычные реки, но не имеют устья, а пропадают в карстовых провалах или колодцах. Эти колодцы, или шахты, имеют глубины до 500—600 м, а пропасти — более 1 км. Такие огромные глубины образуются в результате циркуляции мощных потоков воды, которые растворяют известняки.
В некоторых районах, например в Нижегородской и Ленинградской областях, встречаются карстовые воронки, в которых располагаются озера и карстовые полости заполнены озерными илами. Но временами происходит их прорыв, и вода уходит в полость. Тогда образуются исчезающие озера.
Интересными формами карста являются подземные пещеры, встречающиеся в горных и равнинных областях. Для того чтобы эти пещеры образовались, необходима интенсивная и длительная растворяющая деятельность подземных вод.
Карстовые пещеры имеют сложную, многоступенчатую структуру, одна пещера отделяется от другой, расположенной на более низком уровне, узким ходом или колодцем. Такие ветвящиеся пещеры достигают огромной глубины. Например, в Альпах находится пропасть Жан Бернар глубиной 1,5 км. Длина пещерных галерей также впечатляет. Так, общая длина Мамонтовой пещеры в США в штате Кентукки составляет 250 км. В Пред- уралье находится знаменитая ледяная Кунгурская пещера в гипсовом карсте. Длина ее почти 5 км.
Многоэтажные пещеры формируются длительное время. Так как подземные воды стремятся к своему базису эрозии, например реке, то сначала вырабатывается пещера, близкая к этому уровню. Если базис эрозии понизится и река начнет врезаться в породы, то и подземные воды переместятся на новый более низкий уровень и начнет формироваться другой ярус пещер.
Многие пещеры исключительно красивы благодаря натечным образованиям в виде столбов и пирамид, поднимающихся с их пола, и сосулек, свешивающихся с потолка. Первые носят название сталагмитов, а вторые — сталактитов (см. рис. 3.5 и 3.6 на цветной вклейке). Образованы они кальцитом (СаС03), иногда очень красивым, полупрозрачным. Дело в том, что вода, которая стекает по известнякам, насыщается углекислым газом (С02) и тем самым повышает свою растворяющую способность. Она растворяет известняки, одновременно насыщаясь бикарбонатом кальция. Реакция происходит следующим образом: СаС03 + Н20 + С02 —> —> Са(НС03)2. Вода, стекая со сводов пещеры, просачиваясь по трещинам, теряет С02, в результате чего бикарбонат кальция переходит в карбонат кальция — кальцит, который и образуется на своде пещеры в виде сосулек, так как вода продолжает с них капать и они растут вниз. Стекающая со сталактитов вода теряет остатки С02 уже на полу пещеры, с которого вверх поднимаются кальцитовые колонны — сталагмиты. Иногда они сливаются, образуя причудливые колоннады.
На дне пещер часто скапливаются глинистые отложения красноватого цвета, который им придают гидроокислы алюминия и железа. Эти глины — нерастворимую часть карбонатных пород — называют терра-росса (красная земля). Спелеологи, исследователи пещер, бывают с ног до головы выпачканы этой красной глиной, когда они ползут по узким ходам, соединяющим пещеры. Иногда своды пещер обрушиваются, и на поверхности возникают провальные воронки.
Следует упомянуть еще один процесс, называемый суффозией (от лат. suffosio — подкапывание), при котором из горных пород водой вымываются тонкие, преимущественно пылевидные, частицы. В результате происходит оседание, и на поверхности наблюдаются воронки, иногда заполненные водой. Суффозионные процессы развиваются на рыхлых породах, лёссах и суглинках.
Развитие карстовых процессов определяется геологическим строением, способностью пород растворяться под влиянием воды, климатом, рельефом местности. Карст образуется не только в настоящее время, он формировался и в геологическом прошлом. Например, в окрестностях Москвы карстовые процессы развивались в каменноугольных известняках в доюрское время, т. е. до 190 млн лет назад, когда эта территория в пермский и триасовый периоды не покрывалась морем.
Изучение распространения карстовых процессов очень важно для хозяйственной деятельности, так как оно помогает избежать многих неприятностей. А их немало. Кое-где периодически возникают провальные воронки, а здания, располагающиеся поблизости от них, разрушаются. Суффозионные и карстовые процессы в окрестностях города Дзержинска в Нижегородской области серьезно угрожают железнодорожным путям и химическим заводам. Бывают случаи, когда в водохранилищах резко понижается уровень воды: она утекает в скрытые карстовые полости. Настоящим бедствием для шахт является прорыв карстовых вод или их интенсивный приток. В Испании, когда построили Андалузское водохранилище, вода стала утекать из него, как сквозь пальцы, так как многочисленные карстовые полости образовали подземный переток воды. Такая же проблема может возникнуть и в проектируемом Юмагузинском водохранилище на реке Белой в Башкортостане, где много карстующихся пород. Поэтому необходимо прогнозировать развитие карстовых и суффозионных процессов, чем и занимаются геологи.
Подземные воды растворяют карбонатные, гипсовые и соляные породы, образуя воронки, желоба и пещеры. Этот процесс и формы рельефа называют карстом, который бывает открытым (на поверхности) и закрытым (перекрытым отложениями). Карст, развивающийся в настоящее время, наносит большой ущерб, образуя провалы и поглощая поверхностные воды.
Карст
Содержание
Развитие карста
Наиболее характерны для карста отрицательные формы рельефа. По происхождению они подразделяются на формы, образованные путём растворения (поверхностные и подземные), эрозионные и смешанные. По морфологии выделяются следующие образования: карры, колодцы, шахты, провалы, воронки, слепые карстовые овраги, долины, полья, карстовые пещеры, подземные карстовые каналы. Для развития карстового процесса необходимы следующие условия:
Виды карста
По глубине уровня подземных вод различают карст глубокий и мелкий. Различают также «голый», или средиземноморский карст, у которого карстовые формы рельефа лишены почвенного и растительного покрова (например, Горный Крым), и «покрытый» или среднеевропейский карст, на поверхности которого сохраняется кора выветривания и развит почвенный и растительный покров.
Карст характеризуется комплексом поверхностных (воронки, карры, желоба, котловины, каверны и др.) и подземных (карстовые пещеры, галереи, полости, ходы) форм рельефа. Переходные между поверхностными и подземными формами — неглубокие (до 20 м) карстовые колодцы, естественные туннели, шахты или провалы. Карстовые воронки или иные элементы поверхностного карста, через которые в карстовую систему уходят поверхностные воды, называются поноры.
Псевдокарст
Существуют также формы, внешне очень похожие на карст — псевдокарстовые формы. Одной из разновидностей псевдокарста является термокарст, связанный с таянием погребённого льда или протаиванием мёрзлых пород в областях распространения вечной мерзлоты.
Другой разновидностью является глинистый карст. Это глубокие подземные ходы и провалы, очень напоминающие настоящий карст, возникающие в сильнокарбонатных суглинках и глинах при условии хорошо развитой трещиноватости.
См. также
Галерея
Холмистый карстовый ландшафт в близ Блэк-Хеда (северо-восточная оконечность р-на Баррен, графство Клэр в Ирландии).
«Ведьмин палец», сталагмит, (Карлсбадская пещера, США)
Священный Сенот, Чичен-Ица, Юкатан, Мексика
Новоафонская пещера. Зал «Геликтовый грот». Каменный водопад «Апсны». (Абхазия)
Драпировка, пещера Сорек (Израиль)
Драпировка, пещера Сорек (Израиль)
Сталагнат в проходимую пещере Бисеруйка на острове Крк, Хорватия
Голубое озеро — пресноводное карстовое озеро около города Имотски в южной Хорватии, лежит в глубокой Карстовой воронке
Красное озеро — пресноводное карстовое озеро, сформированной, возможно, в результате разрушения подземной пещеры, около города Имотски, Хорватия
Карстовая пещера-пропасть Гавьярень, Малые Карпаты
Литература
Ссылки
карст — карст, а … Русский орфографический словарь
карст — карст/ … Морфемно-орфографический словарь
Карст — Дикарский Крас, плато в Дикарском нагорье; Словения, Хорватия. Хорват, название Крас (Kras) от и. е. основы kar камень (ср. албан. фрак. karpe, кельт, kar, рум. carsi с тем же значением). Нем. плато Карст (Karst). Под этим названием плато вошло в … Географическая энциклопедия
карст — karst Karst карстові явища (від назви плато Карст, або Крас, у Югославії) явища, що виникають у розчинних природними водами гірських породах (вапняку, доломітах, ґіпсах, кам’яній солі та ін.). В результаті карстових процесів утворюються такі… … Гірничий енциклопедичний словник
КАРСТ — КАРСТ, известняковые плато комплекс неровностей, выпуклых выходов горных пород, впадин, пещер, исчезнувших потоков и подземных стоков. Возникает в растворимых водой и выветриваемых горных породах. Процесс типичен для известняка, а также для тех… … Научно-технический энциклопедический словарь
Карст — [по известняковому плато к В. от Триеста] 1. Совокупность явлений, связанных с деятельностью воды (поверхностной и подземной) и выражающихся в растворе нии г. п. и образовании в них пустот разного размера и формы. Для развития К. необходимы:… … Геологическая энциклопедия
карст — а; м. Геол. Совокупность явлений, связанных с растворением водой горных пород и образованием в них пещер, пустот, впадин и т.п. ◁ Карстовый, ая, ое. К ые явления. К. рельеф. К ые пещеры. * * * карст (нем. Karst) (карстовые явления), явления,… … Энциклопедический словарь
карст — (по назв. плато Крас (Kras) в Югославии) карстовые явления явления, возникающие в растворимых водой осадочных горных породах (известняки, гипс) и выражающиеся в образовании углублений в виде воронок, котловин, провалов, пещер и т. п. форм. Новый… … Словарь иностранных слов русского языка
КАРСТ — 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). Толковый словарь… … Толковый словарь Ушакова
КАРСТ — 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 … Толковый словарь Ожегова