.jpg/1280px-Skocjan_Caves_(3802558032).jpg)
Карст ( / kɑːr s t / ) представляет собой топографию , образовавшуюся в результате растворения растворимых карбонатных пород, таких как известняк , доломит и гипс . Для него характерны такие особенности, как поля наверху и дренажные системы с воронками и пещерами под землей. [1] [2] При правильных условиях также могут встречаться более устойчивые к атмосферным воздействиям породы, такие как кварцит . [3]
Подземный дренаж может ограничивать поверхностные воды, поскольку рек и озер практически нет. В регионах, где растворенная коренная порода покрыта (возможно, обломками) или ограничена одним или несколькими наложенными друг на друга слоями нерастворимых пород, отличительные карстовые особенности могут возникать только на подземных уровнях и могут полностью отсутствовать над землей. [4]
Изучение палеокарста (погребенного карста в стратиграфической колонне ) важно в нефтяной геологии , поскольку до 50% мировых запасов углеводородов сосредоточено в карбонатных породах , и большая часть их находится в пористых карстовых системах. [5]
Английское слово karst было заимствовано из немецкого слова Karst в конце 19 века, [6] которое вошло в немецкий обиход гораздо раньше, [7] для описания ряда геологических, геоморфологических и гидрологических особенностей, обнаруженных в пределах Динарских Альп , простирающихся от северо-восточного угла Италии над городом Триест , через Балканский полуостров вдоль побережья восточной Адриатики до Косово и Северной Македонии , где начинается массив Шарских гор . Карстовая зона находится на самой северо-западной части и в ранних топографических исследованиях описывалась как плато между Италией и Словенией . Языки, сохраняющие эту форму, включают итальянский : Carso , немецкий : Karst и албанский : karsti .
В местных южнославянских языках все вариации слова произошли от романизированной иллирийской основы (дающей латинский : carsus , далматинский : carsus ), позднее метатезированной из реконструированной формы * korsъ в такие формы, как словенский : kras [8] и сербский . -Хорватский : krš , kras , [9] [10] [11] [12] впервые засвидетельствовано в 18 веке, а форма прилагательного kraški - в 16 веке. [13] Как имя собственное, словенская форма Grast впервые упоминается в 1177 году. [14]
В конечном счете, это слово имеет средиземноморское происхождение. Было также высказано предположение, что это слово может происходить от протоиндоевропейского корня карра – «камень». [15] Имя также может быть связано с оронимом Kar(u)sádios oros, цитируемым Птолемеем , а также, возможно, с латинским Carusardius . [13] [14]
Иоганн Вейхард фон Вальвазор , пионер изучения карста в Словении и член Королевского общества в Лондоне , представил европейским ученым слово «карст» в 1689 году для описания явления подземных потоков рек в своем отчете об озере Церкница . [16]
Йован Цвиич значительно продвинул знания о карстовых регионах до такой степени, что стал известен как «отец карстовой геоморфологии». В публикации Цвидича «Das Karstphänomen» 1893 года, в первую очередь обсуждающей карстовые регионы Балкан, описываются такие формы рельефа, как каррен, долины и поля . [5] В публикации 1918 года Цвиич предложил циклическую модель развития карстовых ландшафтов. [5] [17]
Карстовая гидрология возникла как дисциплина в конце 1950-х — начале 1960-х годов во Франции. Раньше деятельность спелеологов, называемых спелеологами , считалась скорее спортом, чем наукой, и поэтому подземные карстовые пещеры и связанные с ними водотоки с научной точки зрения были недостаточно изучены. [18]
Карст наиболее сильно развит в плотных карбонатных породах , например известняках, тонкослоистых и сильно трещиноватых . Карст обычно не очень хорошо развит в меле , поскольку мел скорее пористый, чем плотный, поэтому поток грунтовых вод не концентрируется вдоль трещин. Карст также наиболее сильно развит там, где уровень грунтовых вод относительно низкий, например, на возвышенностях с глубокими долинами , и где количество осадков варьируется от умеренного до обильного. Это способствует быстрому движению грунтовых вод вниз, что способствует растворению коренных пород, тогда как стоячие грунтовые воды насыщаются карбонатными минералами и перестают растворять коренные породы. [19] [20]
Углекислота , вызывающая карстовые образования, образуется, когда дождь проходит через атмосферу Земли, захватывая углекислый газ (CO 2 ), который легко растворяется в воде. Когда дождь достигает земли, он может проходить через почву , которая обеспечивает дополнительный CO 2 , вырабатываемый в результате дыхания почвы . Некоторая часть растворенного углекислого газа вступает в реакцию с водой, образуя слабый раствор угольной кислоты, который растворяет карбонат кальция . [21] Основная последовательность реакций при растворении известняка следующая: [22]
В очень редких случаях окисление может сыграть свою роль. Окисление сыграло важную роль в формировании древней пещеры Лечугилья в американском штате Нью-Мексико [23] и в настоящее время активно действует в пещерах Фрасасси в Италии. [24]
Окисление сульфидов , приводящее к образованию серной кислоты , также может быть одним из коррозионных факторов карстообразования. Когда богатые кислородом (O 2 ) поверхностные воды просачиваются в глубокие бескислородные карстовые системы, они приносят кислород, который реагирует с присутствующим в системе сульфидом ( пиритом или сероводородом ) с образованием серной кислоты (H 2 SO 4 ). Затем серная кислота вступает в реакцию с карбонатом кальция, вызывая усиленную эрозию известняковых пород. Эта цепочка реакций :
Эта цепочка реакций образует гипс . [25]
Карстификация ландшафта может привести к появлению множества крупных или мелких особенностей как на поверхности, так и под ней. На открытых поверхностях небольшие элементы могут включать канавки для раствора (или рилленкаррен), желоба , известняковое покрытие (клинты и грайки), каменицы, которые вместе называются каррен или лапиез. Поверхностные элементы среднего размера могут включать воронки или сеноты (закрытые бассейны), вертикальные валы, фойбе (воронки в форме перевернутой воронки), исчезающие ручьи и вновь появляющиеся источники .
Крупномасштабные объекты могут включать известняковые тротуары , поля и карстовые долины. Зрелые карстовые ландшафты, где больше коренных пород было удалено, чем осталось, могут привести к образованию карстовых башен или ландшафтов из стогов сена и яичных ящиков . Под поверхностью могут образовываться сложные подземные дренажные системы (такие как карстовые водоносные горизонты ) и обширные пещеры и системы каверн. [19]
Эрозия вдоль известняковых берегов, особенно в тропиках , приводит к образованию карстовой топографии, которая включает резкую поверхность макатеи над нормальным уровнем моря и подрезы, которые в основном являются результатом биологической активности или биоэрозии на уровне среднего уровня моря или немного выше него . [26] Некоторые из наиболее ярких из этих образований можно увидеть в заливе Пхангнга в Таиланде и в заливе Халонг во Вьетнаме .
Карбонат кальция, растворенный в воде, может выпадать в осадок там, где вода выделяет часть растворенного углекислого газа. Реки, вытекающие из источников, могут образовывать террасы туфа , состоящие из слоев кальцита, отложившихся в течение длительных периодов времени. В пещерах различные образования, называемые образованиями , образуются в результате отложения карбоната кальция и других растворенных минералов.
Межпластовый карст — карстовый ландшафт, развитый под покровом нерастворимых пород. Обычно это включает в себя слой песчаника , перекрывающий пласты известняка, подвергающиеся растворению. В Соединенном Королевстве, например, обширные долиновые поля развились в Сефн-ир-Истраде , Минидд-Ллангатвге и Минидд-Ллангинидре в Южном Уэльсе на покрове песчаника Тврч , который перекрывает скрытые каменноугольные известняки , причем последнее место было объявлено участком особого научного интереса. в отношении этого. [27]
Кегелькарст — это тип тропической карстовой местности с многочисленными конусообразными холмами, образованными кокпитами, моготами и полялями и без сильных процессов речной эрозии. Эта местность встречается на Кубе, Ямайке, Индонезии, Малайзии, Филиппинах, Пуэрто-Рико, южном Китае, Мьянме, Таиланде, Лаосе и Вьетнаме. [28]
Соляной карст (или «галитовый карст») развивается в районах, где соль растворяется под землей. Это может привести к впадинам и обрушениям поверхности, которые представляют собой геологическую опасность. [29]
Карстовые районы, как правило, имеют уникальные типы лесов. Карстовая местность трудна для передвижения людей, поэтому их экосистемы часто остаются относительно нетронутыми. Почва, как правило, имеет высокий уровень pH, что способствует росту необычных видов орхидей, пальм, мангровых зарослей и других растений. [30]
Палеокарст или палеокарст - это развитие карста, наблюдаемое в геологической истории и сохранившееся в толще горных пород, фактически ископаемый карст. Есть, например, палеокарстовые поверхности, обнаженные в подгруппе долины Клайдах каменноугольной толщи известняков Южного Уэльса , которые возникли в результате субаэрального выветривания недавно образовавшихся известняков, имевших место в периоды отсутствия отложений в начале периода. Седиментация возобновилась, и новые пласты известняка отложились на неровной карстовой поверхности, причем этот цикл повторялся несколько раз в связи с колебаниями уровня моря в течение длительных периодов времени. [31]
Псевдокарсты по форме и внешнему виду похожи на карстовые образования, но создаются разными механизмами. Примеры включают лавовые пещеры и гранитные скалы (например, пещера Лабертуш в штате Виктория, Австралия ) и особенности палеоколлапса . Грязевые пещеры являются примером псевдокарста.
Карстовые образования обладают уникальной гидрологией, что приводит к множеству необычных особенностей. Карстовое фенстер (карстовое окно) возникает, когда подземный поток выходит на поверхность между слоями горных пород, скатывается на некоторое расстояние, а затем исчезает обратно вниз, часто в воронку.
Реки в карстовых районах могут несколько раз исчезать под землей и вновь возникать в разных местах, даже под другим названием, например, Любляница , «река семи названий».
Другим примером этого является река Попо-Эги в округе Фремонт, штат Вайоминг , где в месте под названием «Раковины» в государственном парке Синкс-Каньон река впадает в пещеру в формации, известной как Мэдисонский известняк, а затем снова поднимается на 800 м . м ( 1 ⁄ мили ) вниз по каньону в спокойном бассейне.
Турлоу — это уникальный тип сезонного озера, обнаруженный в карстовых районах Ирландии , который образуется в результате ежегодного излияния воды из подземной водной системы.
Основная статья Водоносный горизонт # Карст
Карстовые водоносные горизонты обычно развиваются в известняке . Поверхностные воды, содержащие природную углекислоту, спускаются в небольшие трещины в известняке. Эта угольная кислота постепенно растворяет известняк, тем самым увеличивая трещины. Увеличенные трещины позволяют проникать большему количеству воды, что приводит к прогрессирующему расширению отверстий. Множество маленьких отверстий хранят большое количество воды. Большие отверстия образуют систему трубопроводов, по которой водоносный горизонт стекает к источникам. [32]
Характеристика карстовых водоносных горизонтов требует полевых исследований для обнаружения провалов, ластов , тонущих ручьев и источников в дополнение к изучению геологических карт . [33] : 4 Традиционные гидрогеологические методы, такие как испытания водоносных горизонтов и потенциометрическое картирование, недостаточны для характеристики сложности карстовых водоносных горизонтов и должны быть дополнены следами красителей , измерением весенних расходов и анализом химического состава воды. [34] Прослеживание красителей Геологической службой США показало, что традиционные модели подземных вод, предполагающие равномерное распределение пористости, неприменимы для карстовых водоносных горизонтов. [35]
Вдоль следов разломов развивается линейное выравнивание поверхностных элементов, таких как прямые сегменты водотоков и воронки . Расположение скважины в следе трещины или на пересечении следов трещины увеличивает вероятность получения хорошей добычи воды. [36] Пустоты в карстовых водоносных горизонтах могут быть достаточно большими, чтобы вызвать разрушительное обрушение или проседание поверхности земли, что может инициировать катастрофический выброс загрязняющих веществ. [37] : 3–4
Скорость течения грунтовых вод в карстовых водоносных горизонтах гораздо выше, чем в пористых водоносных горизонтах. Например, в водоносном горизонте Бартон-Спрингс-Эдвардс следы красителей измеряли скорость потока карстовых грунтовых вод от 0,5 до 7 миль в день (от 0,8 до 11,3 км/сут). [38] Высокая скорость потока грунтовых вод делает карстовые водоносные горизонты гораздо более чувствительными к загрязнению грунтовых вод, чем пористые водоносные горизонты. [33] : 1
Грунтовые воды в карстовых районах так же легко загрязняются , как и поверхностные потоки, поскольку карстовые образования имеют кавернозную структуру и обладают высокой проницаемостью, что снижает возможности фильтрации загрязнений.
Вода из колодца также может быть небезопасной, поскольку вода могла беспрепятственно вытекать из воронки на пастбище для скота, минуя обычную фильтрацию, которая происходит в пористом водоносном горизонте . Карстовые воронки часто использовались в качестве фермерских или общественных свалок мусора . Перегруженные или неисправные септики в карстовых ландшафтах могут сбрасывать неочищенные сточные воды прямо в подземные каналы.
Геологи обеспокоены негативным воздействием человеческой деятельности на гидрологию карста, который по состоянию на 2007 год [обновлять]обеспечивал около 25% мировой потребности в питьевой воде. [39]
Земледелие в карстовых районах должно учитывать недостаток поверхностных вод. Почвы могут быть достаточно плодородными, а количество осадков может быть достаточным, но дождевая вода быстро перемещается через расщелины в землю, иногда оставляя поверхность почвы пересохшей между дождями.
Карстовый рельеф также представляет особые трудности для жителей. Воронки могут образовываться постепенно по мере увеличения отверстий на поверхности, но прогрессирующая эрозия часто незаметна до тех пор, пока крыша пещеры внезапно не обрушится. Такие события поглотили дома, скот, автомобили и сельскохозяйственную технику. В США внезапное обрушение такой пещеры-карстовой воронки поглотило часть коллекции Национального музея корветов в Боулинг-Грин, штат Кентукки, в 2014 году. [40]
Самый большой в мире известняковый карст — это равнина Налларбор в Австралии . В Словении самый высокий в мире риск образования карстовых воронок, а западная часть Хайленд-Рим на востоке Соединенных Штатов находится на втором месте по уровню риска образования карстовых воронок. [41] [42]
В Канаде национальный парк Вуд-Баффало , Северо-Западные территории, содержит участки карстовых воронок. [43] В Мексике расположены важные карстовые регионы на полуострове Юкатан и в штате Чьяпас . [44] На западе Ирландии находится Буррен , карстовый известняковый район. Южно -Китайский карст в провинциях Гуйчжоу , Гуанси и Юньнань является объектом Всемирного наследия ЮНЕСКО.
Многие термины, связанные с карстом, происходят из южнославянских языков и вошли в научный словарь благодаря ранним исследованиям западнобалканского динарского альпийского карста.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
