Карстовые и суффозионные процессы

     6. Почвы.

     Мощность  и биология почв влияют на обогащение вод углекислотой и, следовательно, на интенсивность карстовых процессов. Горные черноземы, горные лесные почвы особенно благоприятны. Неблагоприятны скелетные маломощные почвы.  

     7. Механические свойства пород.  Трещиноватость, напластование. 

     (Пример: Арабика. Карст особенно интенсивен  на участках, где пласты известняка  залегают крутонаклонно или даже субвертикально.)

     8. Количество осадков. Климат. Интенсивность  испарения. Нивация.

     (Пример: Кавказ. Области мощного карстообразования  находятся на высотах от 1000 до 2200м. Ниже слишком сухо, выше – большую часть года не сходит снежный покров.)

3. Географическое  распространение  карстового процесса.

     Карстовый процесс, прежде всего денудационный  процесс, поэтому он протекает по-разному в разных климатических зонах. Наиболее типичен для областей со среднеземноморским субтропическим климатом голый карст. Ливневый характер атмосферных осадков и наличие засушливого сезона способствуют интенсивному воздействию дождевых вод на поверхность известняковых парод, сравнительно медленному накоплению элювия. В странах с умеренным климатом карстовые процессы также развиваются довольно интенсивно, но карстующиеся пароды почти всегда прикрыты слоем наносов и хорошо развитым почвенно-растительным покровом. Поэтому карстовые образования типа долин и провалов не имеют столь резкой выраженности, как в средиземноморских странах. Это области преимущественно покрытого карста, карстовые образования связанны исключительно с подземным выщелачиванием, а поверхностные формы обусловлены провалами и проседание рыхлого покрова над подземными карстовыми областями (воронки просасывания). До недавнего времени изучение карстовых явлений происходило главным образом, в странах с умеренным и средиземноморским климатом. Сравнительно недавно начавшееся изучение карстов тропических областей показало, что здесь развитие карста характеризуется рядом особенностей, которые в основе имеют климатическую обусловленность.

     В тропическом карсте в процессе его  развития возникают понижения, разделяющие весь карстовый массив на отдельные возвышенности. Понижения углубляются до уровня базальною поверхности, и дальнейшее развитие тропического карста сводится к расширению этой поверхности за счёт сокращения площадей занятых возвышенностями, до их полного уничтожения. В конечном счете, это приводит к образованию выровненных карстово-денудационных поверхностей. Обычно процесс выравнивания распространяется в определённом направлении, и там, где он начинается раньше, перед карстовой областью формируется равнина, получившая название окраинной равниной карста. В приморских областях абсолютная высота окраинных равнин может определяться уровнем моря, в других уровнем некарстующихся парод, лежащих под известняками, в третьих уровнем грунтовых вод.  Обычно такая равнина подвержена периодическому затоплению. Именно действию этих вод и обязан своими особенностями тропический карст.

     По  морфологии положительных элементов  рельефа тропический карст подразделяют на куполовидный, башенный, конический и котловинный. Как указывает И.С. Щукин, эти типы генетически взаимосвязаны и скорее всего, представляют собой лишь разные стадии в формировании карстового ландшафта, или же обусловлены некоторыми местными геологическими условиями. Куполовидный карст характеризуется скоплением куполообразных возвышенностей, разделенных узкими вогнутыми седловинами, то более высокими, то более низкими. Относительная высота куполовидных холмов колеблется от 25 до 150 м при поперечнике основания до 80 м. Седловины не достигают уровня предгорной равнины. Нередко, особенно во внутренней части массива, купола отделены друг от друга узкими крутостенными ущельями —  "карстовыми переулками", которые иногда даже пересекаются. На местах пересечения образуются расширения, причем можно наблюдать последовательные стадии постепенного превращения расширений в более крупные впадины, вплоть до польев. Не вызывает сомнений, что "переулки" представляют собой разработанные выщелачивающей деятельностью воды тектонические трещины. Куполовидный карст нередко бывает представлен в центральной части карстового массива, а по периферии развиты другие формы, например конический или башенный карст. Это, очевидно, свидетельствует о том, что куполовидный карст — всего лишь одна из самых ранних стадий развития карста в тропических областях.

       Башенный карст — тип тропического карста, чаще всего наблюдается по периферии области распространения куполовидного карста. Для него характерны крутостенные, изолированные друг от друга возвышенности, напоминающие башни или столбы, относительная высота которых может достигать 300 м и более. Возвышенности-башни расположены на значительном расстоянии друг от друга (в отличие от куполовидного карста) и отделены плоскими понижениями, являющимися как бы ответвлением окраинной равнины. Во время ливней понижения затопляются водой, которая некоторое время застаивается вследствие развития достаточно мощного покрова элювия типа терра-росса на дне понижений. Вода агрессивно воздействует на подножия склонов башен. Обычно башни пронизаны пещерами и естественными шахтами, их вершинные поверхности изъедены каррами и карстовым воронками. Здесь можно встретить и достаточно обширные плоскодонные понижения типа польев, окруженные башнями и образовавшиеся на месте уже полностью уничтоженных карстовых башен. Морфология башенного карста свидетельствует о том, что в данном типе тропического карста углубление понижений уже закончилось.  Развитие карстово-денудационной поверхности выравнивания  идет исключительно в ширину за счет съедания склонов 

     возвышенностей  и их полного уничтожения. Уничтожению  башен способствует и подземный карст — дальнейшее развитие системы  ходов и пещер пронизы-вающих массивы.

     Конический  карст отличается от башенного морфологией возвышенностей, которые имеют вид более или менее правильных конусов, т.е. склоны их уже значительно выположены. Есть мнение, что формы конического карста образуются в том случае, если  развитие башенного карста прерывается тектоническим поднятием. Тогда наступает новый цикл врезания, уровень денудации понижается, а подножия возвышенностей уже не подвергаются  воздействию застаивающихся дождевых вод. Склоны их выполаживаются за счет склоновых процессов.

     Котловинный карст в наиболее полном виде представлен на Ямайке. Он отличается развитием вогнутых карстовых котловин, отделенных друг от друга островерхими известняковыми гребнями. Формирование котловинного карста определяется здесь глубоким залеганием уровня грунтовых вод и сильной раздробленностью известняков.

     Следует заметить, что для тропического карста развитие обычных для карстовых областей форм рельефа (типа воронок колодцев, польев и др.) не менее характерно, чем положительных форм. Иссле-дователи отмечают чрезвычайно интенсивный ход карсто-образования в тропиках (по сравнению с районами умеренных широт и средиземноморского климата). Это явление как будто бы противоречит тому факту, что при высоких температурах  насыщение воды С02 происходит быстрее и поэтому в условиях теплого климата вода должна быть менее агрессивной, чем в  умеренной и холодной зонах. Однако пышная растительность  тропических стран — мощный источник поступления диоксида углерода в воду, и этот источник с избытком компенсирует неблагоприятные в термическом отношении условия растворимости известняков в тропических странах. Кроме того, и органические, и азотнокислые соединения также усиливают химическую агрессивность воды в тропических странах. За счет этих факторов, а также большого количества осадков интенсивность карстовых процессов и их  "эффективность" в гумидных тропиках, по-видимому, в несколько раз выше, чем в умеренной зоне. Только благодаря этим  обстоятельствам карстовые процессы в тропиках приводят к выработке выровненных поверхностей карстовой денудации, которые в умеренных и средиземноморских странах формируются только в  исключительных случаях.

     Типовая классификация карста по литологическому составу  
закарстованных пород (по А. Е. Голову и др.)

     Признается  неправильным также применение термина  «карст» к явлениям и процессам, которые не являются результатом  растворения пород и выноса из них вещества в растворенном виде, например как «глиняный карст», «лессовый карст», «термокарст» и др., относящиеся к явлениям, лишь внешне сходным с карстом. 

4. Суффозия

     Суффозия (от лат. suffosio — подкапывание) — вынос мелких минеральных частиц породы фильтрующейся через неё водой. Термин введен  А. П. Павловым, понимавшим под суффозией явление оседания поверхности земли, связанное с выщелачиванием выносом растворимых частей горной породы. В настоящее время суффозией называют сам процесс выноса частиц породы, а не его последствия, основное значение придается механическому выносу, а не растворению. Процесс близок к карсту, но отличается от него тем, что суффозия является преимущественно физическим процессом и частицы породы не претерпевают дальнейшего разрушения. Суффозия приводит к проседанию вышележащей толщи и образованию западин (суффозионных воронок, блюдец, впадин) диаметром до 10 и даже 100 метров, а также пещер. Другим следствием может быть изменение гранулометрического состава пород как подверженных суффозии, так и являющихся фильтром для вынесенного материала.

     Наиболее  широкое развитие суффозия получает в области распространения лёссов и лёссовидных суглинков, под склонами долин рек, часто по ходам роющих животных. Одним из необходимых условий суффозии является наличие в породе как крупных частиц, образующих неподвижный каркас, так и вымывающихся мелких. Вынос начинается лишь с определенных значений напора воды, ниже которых происходит только фильтрация.

     В карбонатных и гипсоносных песчано-глинистых отложениях и мергелях карст и суффозия могут проявляться одновременно. Это явление носит название глинистый карст или глинистый псевдокарст.

     Виды суффозии:

• Физическая - фильтрующаяся вода отрывает и выносит целые частицы (глинистые, пылеватые песчаные). Такая суффозия происходит в рыхлых, насыщенных водой и мягких связных породах при повышении напорного градиента в фильтрационном потоке до некоторых величин. Эти градиенты могут создаваться в нижнем бьефе плотин, тогда частицы породы будут выноситься из-под основания плотины, и устойчивость последней будет нарушена. При вскрытии насыщенных подземными водами рыхлых, несвязных грунтов, происходит движение всей грунтовой массы (грунт + вода) в направлении действия напорного градиента. Этот процесс получил название плывучести, а грунты, насыщенные водой и обладающие этими свойствами – плывунами. Обычно, плывуны вскрываются котлованами, карьерами, колодцами, при проходке скважин и туннелей. При проходке скважин и туннелей приходится вынимать грунта – плывуна в несколько раз больше, чем объём выработки. Например, при проходке разведочного шурфа на одной из трасс первой очереди Московского Метрополитена (на Краснопрудной улице) плывуна было извлечено в 3,5 раза больше, чем объём самой выработки.
• Химическая - вода растворяет частицы породы (гипс, соли, карбонаты) и выносит продукты разрушения
• Химико-физическая - смешанная, чаще всего встречается в лессовых породах.

     Независимо  от типа, суффозия может происходить  как в глубине массива пород, так и вблизи поверхности. Выделяются особые виды суффозии — подземная и контактная.

     Подземная суффозия — перенос мелких частиц породы движущейся водой из одних пластов в другие или внутри пласта. Следствием ее являются вторичные изменения и перераспределение гранулометрического состава пород, образование «промытых» путей движения подземных вод, в пределах которых коэффициенты фильтрации значительно выше, чем в породах, не затронутых подземной суффозией.

     Контактная  суффозия — один из видов подземной  суффозии, 
при которой на  контакте ДВУХ пород мелкие частицы одной породы потоком  воды разносятся  по порам ДРУГ0Й. В связи с контактной суффозией вдоль контакта иногда создается слой породы, имеющий измененный гранулометрический состав и иные свойства.

5. Заключение.

1. Карстовые явления очень широко распространены. По геологическим условиям примерно третья часть площади суши земного шара имеет потенциальные возможности для их развития.

2. В  карстовых формах рельефа преобладают  замкнутые отрицательные формы  рельефа: 

- поверхностные:  карры, воронки, котловины; 

- подземные:  колодцы, пещеры.

В тропиках часто встречаются положительные  карстовые формы рельефа: башни, конусы, купола и т.п.

3. Процессы поднятия и тектонической стабильности в пределах одной и той же карстовой области могут чередоваться. В результате такого чередования образуется отчетлив выраженная ярусностъ вершинных поверхностей карстовых положительных форм рельефа.

4. Важнейшим условиям, определяющим развитие карста, является климат, т.е. температурный режим, количество и характер выпадающих осадков, наличие вечной мерзлоты, препятствующей проникновению воды в карстующиеся породы; климатом обуславливается также характер растительного покрова, способствующего повышению химической агрессивности воды.

5. Борьба с химической и механической суффозией ведется главным образом с целью максимального ослабления фильтрации воды через карстующиеся породы. Таким путем удается предупредить или замедлить карстовые процессы. Однако при наличии местности с уже развитым карстом борьба с ним оказывается сложной, и в таких случаях проектировщики стараются обходить опасные участки.