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:
- Коррозионные, или воронки выщелачивания, формируются в результате постепенного расширения и углубления трещин и понор.
- Провальные воронки образуются в результате обрушения кровли карстовых пещер и полостей, которая может быть сложена и нерастворимыми породами.
- 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 чрезвычайных ситуаций. 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.