Карст (в геологии)

КАРСТ (Karst, от немецкого названия плато Kras в Словении), общее название процессов растворения и отчасти механического размыва горных пород природными водами, а также комплекса возникающих при этом форм рельефа. Основные условия развития карста: наличие массива растворимой и трещиноватой горной породы, растворителя - воды «агрессивного» по отношению к породе состава, возможности движения воды по трещинам - постоянный её отток и приток новой. Кроме того, интенсивности и глубине развития карста способствуют: рельеф (пологий склон благоприятнее крутого), чистота минерального состава и значительная мощность отложений, однородная и мелкозернистая структура породы (грубообломочные или ракушечные известняки хуже карстуются), климат (достаточное количество тепла, влаги, отсутствие многолетнемёрзлых пород) и связанный с ним характер растительного покрова, способствующий повышению химической «агрессивности» воды (вследствие разложения растительных остатков вода обогащается углекислым газом, гуминовыми, азотной и другими кислотами), гидрогеологические условия территории (подземная циркуляция воды).

В зависимости от состава пород различают карсты: карбонатный (известняк, доломит, мел, мрамор и пр.), сульфатный (гипс, ангидрит) и соляной (каменная, калийная соли). Наиболее растворимы соляные отложения, затем следуют гипс и ангидрит, менее растворимы при обычных условиях карбонаты. Однако карбонаты распространены гораздо шире, чем более растворимые породы. В пределах материков обнажённые и неглубоко погребённые карбонатные породы занимают площадь до 40 миллионов км², гипсы и ангидриты около 7 миллионов км², каменная соль до 4 миллионов км². В связи с этим наиболее широко распространён и изучен карбонатный карст. Развитие карста происходит под совокупным воздействием атмосферных, талых, поверхностных (реже морских) и подземных (включая термальные) вод. Присутствие в природной воде ионов различных солей и кислот, а также газовых компонентов повышает её растворяющую способность. Вода, насыщенная диоксидом углерода, растворяет известняки во много раз интенсивнее, чем химически чистая вода. Сульфатные породы и соли хорошо растворяются и неминерализованной водой, но гипсы растворяются интенсивнее водами Cl-Na или SO₄-Na состава (присутствие в водах NaCl повышает растворимость гипса в 2,5-3,5 раза).

Взаимодействие сложных природных растворов с трещиноватыми растворимыми горными породами приводит к образованию комплекса разнообразных поверхностных и подземных карстовых форм рельефа. Среди поверхностных форм карста различают: мелкие борозды (карры) и замкнутые углубления - воронки, ванны, котловины, полья, естественные колодцы и шахты, слепые (замкнутые в нижнем конце) долины и балки. Особенно типичны воронки (конические, котлообразные, блюдцеобразные либо в виде ям неправильной формы) диаметром от 1 до 200 м и глубиной от 0,5 до 50 м. На дне воронок и других понижений встречаются водопоглощающие отверстия - поноры. Котловины и воронки временами могут заполняться водой. К подземным формам карстового рельефа относятся подземные ходы, полости, пещеры, часто развивающиеся вдоль трещин. Длиннейшие в мире карстовые пещеры (свыше 100 км) выработаны в известняках, например, система Мамонтова пещера (Аппалачи, США), Оптимистическая пещера (Подольская возвышенность, Украина). Естественные колодцы и шахты, или пропасти, являются переходными между поверхностными и подземными формами карстового рельефа. Одни из глубочайших карстовых пропастей мира - Жан Бернар (Альпы, Франция), Снежная пропасть (Большой Кавказ, Абхазия).

Поверхность растворимых горных пород может быть обнажена (голый карст) или покрыта слоем почвы и дёрна (задернованный карст), нерастворимыми рыхлыми осадками (покрытый карст; типичны воронки и другие формы «просасывания», образующиеся путём вмывания в трещины и пустоты карстующихся толщ рыхлых покровных образований), нерастворимыми скальными образованиями (бронированный карст, характерны провалы). Растворимые породы могут быть глубоко погребены под некарстующимися толщами (погребённый карст).

Наиболее разнообразно карстовые формы рельефа представлены в областях голого карста в условиях субтропического средиземноморского климата. Карстовым процессам (при благоприятном геологическом строении) здесь способствуют ливневый характер осадков и наличие засушливого сезона. В тропическом климатическом поясе при избытке тепла, достатке влаги и наличии биогеохимической составляющей интенсивность карстовых процессов в 6 раз выше, чем в субтропиках средиземноморского типа. Своеобразными формами рельефа тропического карста являются выровненные карстово-денудационные поверхности (окраинные равнины карста), куполовидные возвышенности, рассечённые «карстовыми переулками», башнеобразные и конические останцы высотой до 200 м, котловины, разделённые островершинными гребнями, провалы на приморских равнинах, сообщающиеся обводнёнными тоннелями. В регионах с умеренным климатом карстовые процессы протекают также довольно интенсивно, но карстующиеся породы почти всегда прикрыты слоем наносов и почвенно-растительным покровом, поэтому поверхностные карстовые образования выражены нечётко.

Области распространения карста бедны поверхностными водотоками, которые часто поглощаются понорами и формируют под землёй пещерные озёра, реки, а затем выходят в виде мощных источников (воклюзов), главным образом по краям карстовых массивов, реже в виде субмаринных источников (выходы пресной воды на дне моря). Состав карстовых вод зависит преимущественно от состава растворённых ими пород (соответственно гидрокарбонатно-кальциевые, сульфатно-кальциевые или хлоридно-натриевые). С выходами гидрокарбонатно-кальциевых вод связаны хемогенные отложения известкового туфа. В пещерах из высачивающейся влаги осаждается СаСО₃, слагающий натёчно-капельные образования (сталактиты, сталагмиты и др.). На дне пещер формируются остаточные образования: терра-росса (красная земля) - красноцветные глинистые отложения, обогащённые гидроксидами железа и алюминия, представляющие собой нерастворимые остатки карбонатных пород (встречаются также во многих карстовых воронках); доломитовая мука - рыхлые скопления мелких кристаллов доломита; отложения пещерных рек и озёр; обвальные накопления - продукты обрушения сводов пещер; пещерные и трещинные льды (образуются на дне, потолке и стенках в виде корок, ледяных сталактитов и сталагмитов, колонн; например, в Кунгурской пещере, Пермская область).

В России карст развит во многих районах Восточно-Европейской равнины, в Предуралье, на Урале, в Южной Сибири и на Дальнем Востоке, за рубежом - в Западной Европе, например, на Динарском нагорье (классический район распространения карста), в Китае, США, Центральной Америке, Вест-Индии, на полуострове Индокитай и др. В районах развития карста затруднено промышленное, жилищное, транспортное строительство, разработка месторождений полезных ископаемых; необходимы проведение специальных изысканий и выработка защитных мер, нейтрализующих отрицательное влияние карста. В то же время повышенная водоотдача и водопроницаемость карстующихся пород могут благоприятствовать размещению в них дренажных выработок и осушению (например, месторождений полезных ископаемых), устройству в карстовых полостях подземных хранилищ, освоению карстовых пещер как объектов туризма. Кроме того, с погребёнными палеокарстовыми полостями связаны месторождения различных полезных ископаемых: бокситов (Власеница, Босния), фосфоритов (остров Науру, Океания), свинцово-цинковых руд (Трёхсвятское, Восточное Забайкалье, Россия), железных руд (Алапаевское, Средний Урал, Россия), нефти и газа в пещерных коллекторах (Хобс, Доллархайд, США), россыпи золота в карстовых ловушках (Южный Урал, Россия) и алмазов (район Вентерсдорп, Трансвааль, ЮАР) и др.

С карстом внешне сходны явления псевдокарста, возникающие во льдах и мёрзлых грунтах (термокарст), в мелкообломочных и пористых грунтах (кластокарст, глинистый карст, лёссовый карст, механический карст, суффозия, просадки). В их развитии основную роль играют другие, не типичные для карста физические процессы: таяние льда, механическое воздействие движущейся воды и пр.

Лит.: Соколов Д. С. Основные условия развития карста. М., 1962; Максимович Г. А. Основы карстоведения. Пермь, 1963-1969. Т. 1-2; Якуч Л. Морфогенез карстовых областей. М., 1979; Гвоздецкий Н. А. Карст. М., 1981; Печеркин А. И. Геодинамика сульфатного карста. Иркутск, 1986; Кутырев Э. И., Михайлов Б. М., Ляхницкий Ю. С. Карстовые месторождения. Л., 1989; Динамическая геоморфология. М., 1992; Проблемы теоретической геоморфологии. М., 1999; Дублянский В. Н., Дублянская Г. Н. Карстоведение. Пермь, 2004. Ч. 1: Общее карстоведение.