Как возникли пещеры?
На свете очень много самых различных пещер, и возникали они тоже по-разному. Есть пещеры, созданные морским прибоем и выветриванием; самая знаменитая из них — мрачный и величественный Грот Фингала — находится на шотландском острове Стаффа. Бывают пещеры в потоках застывшей лавы.
А есть искусственные пещеры, созданные человеком, выбитые в камне или твердом грунте. В нашей стране, в Крыму и на Кавказе, сохранились даже пещерные города. В Польше, в Величие около Кракова, есть огромные пещеры, образовавшиеся при добыче каменной соли; они украшены статуями и барельефами, сделанными из огромных глыб соли.
Однако большинство пещер возникло в результате карстовых процессов, то есть процессов растворения и переотложения горных пород.
1 — вода, капающая со сводов, выделяет кальцит, образуя трубку. Падающие с нее капли выбивают ямку в глинистом дне пещеры; 2 — основание трубки становится толще, а ямка под ней заполняется кальцитом; 3 — трубка с утолщенными стенками превращается в массивный сталактит, под ним возникает сталагмит; 4 — сталактит и сталагмит срастаются в колонну, называемую сталагнатом
Слово "карст" происходит от названия известнякового плоскогорья Карст [Крас] в Динарских горах в Югославии. Чаще всего карстовые явления возникают именно в известняках. Карбонат кальция, из которого состоит известняк, в дистиллированной воде практически нерастворим, но в дождевой или речной воде он все-таки растворяется. Правда, на глаз заметить этот процесс невозможно, так медленно он протекает. Значительно быстрее он идет, если поместить известняк в воду, насыщенную углекислотой, то есть, попросту говоря, в обычную газированную воду. Почему? Оказывается, скорость растворения известняка зависит от количества углекислого газа, содержащегося в воде. Более того, известняк не просто растворяется в воде, как тает в ней сахар или соль; все происходит гораздо сложнее. Содержащая углекислоту вода вступает в химическую реакцию с известняком, и в результате возникает новое вещество — бикарбонат кальция, гораздо сильнее растворяющийся в воде. Дождевая вода, падая на известняки, растворяет камень, образуя карры — борозды, желобки, ложбинки, часто покрытые острыми, как зубья, выступами. По сети мельчайших трещин вода проникает в глубь скалы, и в толще скального массива возникает система водотоков. В конце концов вода выходит наружу в виде источника, но по дороге она все сильнее и сильнее размывает и растворяет стены водотоков, образуя пустоты. Если уровень грунтовых вод затем понижается, вода покидает галереи, уходит в глубь массива, создает новые этажи пещеры.
Карры — известняк, изъеденный водой
Горизонтальные участки водотоков превращаются в залы, а вертикальные каналы становятся карстовыми колодцами, естественными шахтами. Нередко эти колодцы начинаются на поверхности, где возникает характерная карстовая воронка с ведущим в глубину отверстием — понором.
Карстовый источник, бьющий из скалы
Однако вода не только разрушает скалу. Когда она стекает со стен пещеры или капает со сводов, какая-то часть содержащегося в ней бикарбоната снова переходит в нерастворимый карбонат кальция, образуя натек. Постепенно вырастает многообразное и причудливое убранство пещеры, образуются свисающие со сводов сталактиты и поднимающиеся к ним навстречу сталагмиты. Когда, соединившись, они срастаются, возникают колонны-сталагнаты.
Карстовые процессы в известняках протекают очень медленно. Об их темпе можно судить по скорости нарастания натеков, которую можно измерить. В пещере, расположенной в крохотном княжестве Монако, десятилетиями велись промеры нескольких сталактитов. Оказалось, что они нарастают по четыре десятых миллиметра в год, за сто лет увеличиваясь на четыре сантиметра!
Значит, человек, разбивший "сосульку" метровой длины, уничтожил то, что природа создавала по крайней мере две с половиной тысячи лет.
Карстовые явления могут происходить не только в известняках, но и в гипсах, каменной соли и даже во льду.
Гипс и тем более соль растворяются в воде быстрее, чем известняк. Поэтому и карст в них тоже образуется скорее.
Гипсовых пещер в СССР много, среди них крупнейшие пещеры нашей страны. По облику они сильно отличаются от кальцитовых: здесь нет округлых, влажно поблескивающих натеков, плавно изгибающихся занавесей. Гипсовые пещеры юга — это царство кристаллов, их стены искрятся и блестят бесчисленными гранями, и если есть в них сталактиты, то они напоминают гигантские друзы горного хрусталя. Гипсовые пещеры севера даже в самое жаркое лето украшены ледяными сталактитами и сталагмитами.
Пещеры в каменной соли возникают в огромных массивах этого минерала, так называемых соляных куполах. По своей красоте соляные пещеры не уступают ни кальцитовым, ни гипсовым. Одна из самых известных соляных пещер нашей страны — Тигровая пещера на соляном куполе Ходжа-Мумин в Таджикистане. Она славится тем, что дующий в нее ветер заставляет "петь" соляные сталактиты.
Самые недолговечные карстовые пещеры — это, конечно, ледяные. Они образуются в горных ледниках и по окраинам материковых льдов Антарктиды и островов Северного Ледовитого океана. Их изучают уже не спелеологи, а специалисты по льдам — гляциологи.