Пещера или каверна — это естественная пустота в земле , [1] [2] , в частности, пространство, достаточно большое, чтобы туда мог войти человек. Пещеры часто образуются в результате выветривания горных пород и часто простираются глубоко под землей. Слово « пещера» может относиться к меньшим отверстиям, таким как морские пещеры , каменные убежища и гроты , которые простираются на относительно небольшое расстояние в скалу и называются экзогенными пещерами. Пещеры, простирающиеся под землей глубже, чем ширина отверстия, называются эндогенными пещерами. [3] [4]
Спелеология – это наука об исследовании и изучении всех аспектов пещер и пещерной среды. Посещение или исследование пещер с целью отдыха можно назвать спелеологией , исследованием выбоин или спелеологией .
Образование и развитие пещер известно как спелеогенез ; это может произойти в течение миллионов лет. [5] Пещеры могут различаться по размеру и образуются в результате различных геологических процессов. Они могут включать сочетание химических процессов, водной эрозии, тектонических сил, микроорганизмов, давления и атмосферных воздействий. Методы изотопного датирования можно применять к пещерным отложениям, чтобы определить временные рамки геологических событий, которые сформировали и сформировали современные пещеры. [5]
Подсчитано, что пещера не может находиться на глубине более 3000 метров (9800 футов) по вертикали под поверхностью из-за давления вышележащих пород. Однако это не устанавливает максимальную глубину пещеры, которая измеряется от самого высокого входа до самой низкой точки, поскольку количество камня над самой нижней точкой зависит от топографии ландшафта над ней. Для карстовых пещер максимальная глубина определяется исходя из нижней границы карстообразовательных процессов, совпадающей с подошвой растворимых карбонатных пород. [6] Большинство пещер образуются в известняке путем растворения . [7]
Пещеры можно классифицировать и по-разному, включая контраст между активными и реликтовыми: через активные пещеры течет вода; в реликтовых пещерах этого нет, хотя в них может сохраняться вода. Типы активных пещер включают пещеры притока («в которые опускается ручей»), пещеры оттока («из которых выходит ручей») и сквозные пещеры («через которые проходит ручей»). [8]
Соляные пещеры или карстовые пещеры являются наиболее часто встречающимися пещерами. Такие пещеры образуются в растворимой породе; большинство из них встречается в известняке , но они также могут образовываться и в других породах, включая мел , доломит , мрамор, соль и гипс . За исключением соляных пещер , пещеры с раствором образуются в результате растворения горных пород природной кислотой в грунтовых водах , которые просачиваются через плоскости напластования , разломы , трещины и другие подобные объекты. Со временем трещины расширяются и превращаются в пещеры и пещерные системы.
Самые большие и многочисленные пещеры с раствором расположены в известняке. Известняк растворяется под действием дождевых и грунтовых вод, насыщенных H 2 CO 3 ( угольной кислотой ) и встречающимися в природе органическими кислотами . В процессе растворения образуется характерная форма рельефа, известная как карст , характеризующаяся провалами и подземным дренажем. Известняковые пещеры часто украшены образованиями карбоната кальция , образовавшимися в результате медленных осадков . К ним относятся плавучие камни , сталактиты , сталагмиты , геликтиты , соломинки и колонны. Эти вторичные месторождения полезных ископаемых в пещерах называются образованиями .
Части пещеры с раствором, находящиеся ниже уровня грунтовых вод или местного уровня грунтовых вод, будут затоплены. [9]
Пещера Лечугилла в Нью-Мексико и близлежащая Карловарская пещера теперь считаются примерами другого типа пещеры-решения. Они образовались из-за поднимающегося снизу газа H 2 S ( сероводорода ), где залежи нефти выделяют сернистые пары. Этот газ смешивается с грунтовыми водами и образует H 2 SO 4 ( серную кислоту ). Затем кислота растворяет известняк снизу, а не сверху, за счет кислой воды, просачивающейся с поверхности.
Пещеры, образовавшиеся одновременно с окружающей скалой, называются первичными пещерами .
Лавовые трубы образуются в результате вулканической активности и являются наиболее распространенными первичными пещерами. Когда лава стекает вниз по склону, ее поверхность остывает и затвердевает. Горячая жидкая лава продолжает течь под этой коркой, и если большая ее часть вытекает наружу, остается полая трубка. Такие пещеры можно найти на Канарских островах , Чеджудо , базальтовых равнинах Восточного Айдахо и в других местах. Пещера Кадзумура недалеко от Хило , Гавайи, представляет собой удивительно длинную и глубокую лавовую трубу; его длина 65,6 км (40,8 миль).
Лавовые пещеры включают, помимо прочего, лавовые трубы. Другие пещеры, образовавшиеся в результате вулканической активности, включают в себя разломы, лавовые формы, открытые вертикальные каналы, инфляционные каналы, волдыри и другие. [10]
Морские пещеры встречаются вдоль побережий по всему миру. Особый случай — прибрежные пещеры, образовавшиеся под воздействием волн в зонах слабости морских скал. Часто этими слабыми местами являются разломы, но они также могут быть дайками или контактами с плоскостями напластования. Некоторые пещеры, вырезанные волнами, теперь находятся над уровнем моря из-за более позднего поднятия. В других местах, таких как залив Пханг Нга в Таиланде , пещеры с растворами были затоплены морем и теперь подвержены прибрежной эрозии. Морские пещеры обычно имеют длину от 5 до 50 метров (от 16 до 164 футов), но могут превышать 300 метров (980 футов).
Корразионные или эрозионные пещеры – это пещеры, которые образуются полностью в результате эрозии протекающими ручьями, несущими камни и другие отложения. Они могут образовываться в любом типе породы, включая твердые породы, такие как гранит. Обычно должна быть какая-то слабая зона, которая будет направлять воду, например, разлом или стык. Подтипом эрозионной пещеры является ветровая или эоловая пещера, высеченная ветром отложений. [10] Многие пещеры, первоначально образовавшиеся в результате процессов растворения, часто подвергаются последующей фазе эрозионного или вадозного расширения, когда через них проходят активные ручьи или реки.
Ледниковые пещеры образуются в результате таяния льда и течения воды внутри и под ледниками. На полости влияет очень медленный поток льда, который имеет тенденцию снова разрушать пещеры. Ледниковые пещеры иногда ошибочно называют « ледяными пещерами », хотя этот последний термин правильно используется для пещер в коренных породах, содержащих ледяные образования, работающие круглый год.
Пещеры трещин образуются, когда слои более растворимых минералов, таких как гипс, растворяются между слоями менее растворимой породы. Эти породы раскалываются и разрушаются каменными блоками. [11]
Осыпные пещеры образованы отверстиями среди крупных валунов, свалившихся в беспорядочную кучу, часто у подножия скал. [12] Эти нестабильные отложения называются осыпями или осыпями и могут подвергаться частым камнепадам и оползням .
Анхиалиновые пещеры — пещеры, обычно прибрежные, содержащие смесь пресной и соленой воды (обычно морской). Они встречаются во многих частях мира и часто содержат узкоспециализированную и эндемическую фауну. [13]
Пещеры встречаются по всему миру, хотя распределение документированных пещерных систем сильно смещено в сторону тех стран, где спелеология популярна на протяжении многих лет (например, Франция, Италия, Австралия, Великобритания, США и т. д.). В результате исследованные пещеры широко распространены в Европе, Азии, Северной Америке и Океании, но мало в Южной Америке, Африке и Антарктиде.
Это грубое обобщение, поскольку на больших просторах Северной Америки и Азии нет документально подтвержденных пещер, тогда как в таких областях, как сухие лиственные леса Мадагаскара и некоторые части Бразилии , имеется множество документально подтвержденных пещер. Поскольку спелеологи исследуют мировые просторы растворимых коренных пород, распределение зарегистрированных пещер, вероятно, изменится. Например, в Китае, несмотря на то, что там находится около половины открытых известняков в мире — более 1 000 000 квадратных километров (390 000 квадратных миль), — имеется относительно мало задокументированных пещер.
Животных, обитающих в пещерах, часто подразделяют на троглобитов (виды, обитающие в пещерах), троглофилов (виды, которые могут прожить всю свою жизнь в пещерах, но встречаются и в других средах), троглоксены (виды, которые используют пещеры, но не могут полностью завершить свой жизненный цикл). в пещерах) и случайные (животные, не входящие ни в одну из предыдущих категорий). Некоторые авторы используют отдельную терминологию для водных форм (например, стигобиты , стигофилы и стигоксены ).
Из этих животных троглобиты, пожалуй, самые необычные организмы. Троглобитовые виды часто демонстрируют ряд характеристик, называемых трогломорфными, связанных с их адаптацией к подземной жизни. Эти характеристики могут включать потерю пигмента (часто приводящую к бледной или белой окраске), потерю глаз (или, по крайней мере, оптических функций), удлинение придатков и усиление других чувств (например, способности ощущать вибрации в воде). Водные троглобиты (или стигобиты), такие как находящиеся под угрозой исчезновения пещерные креветки Алабамы , живут в водоемах, обнаруженных в пещерах, и получают питательные вещества из детрита, смываемого в их пещеры, а также из фекалий летучих мышей и других обитателей пещер. Другие водные троглобиты включают пещерных рыб и пещерных саламандр , таких как олм и техасская слепая саламандра .
Пещерные насекомые , такие как Oligaphorura (ранее Archaphorura) schoetti, являются троглофилами и достигают 1,7 миллиметров (0,067 дюйма) в длину. Они имеют обширное распространение и достаточно широко изучены. Большинство экземпляров — самки, но экземпляр мужского пола был собран в Сент-Катбертс-Сваллете в 1969 году.
Летучие мыши , такие как серая летучая мышь и мексиканская летучая мышь со свободным хвостом , относятся к троглоксенам и часто встречаются в пещерах; они кормятся за пределами пещер. Некоторые виды пещерных сверчков классифицируются как троглоксены, поскольку днем они ночуют в пещерах, а ночью добывают пищу над землей.
Из-за хрупкости пещерных экосистем и того факта, что пещерные регионы, как правило, изолированы друг от друга, в пещерах обитает ряд находящихся под угрозой исчезновения видов, таких как пещерный паук Зуб , паук-люк-липистий и серая летучая мышь.
Пещеры посещают многие животные, живущие на поверхности, включая человека. Обычно это относительно кратковременные вторжения из-за нехватки света и средств к существованию.
Входы в пещеры часто имеют типичную флору. Например, в восточной части США с умеренным климатом входы в пещеры чаще всего (и часто густо) заселены луковичным папоротником Cystopteris Bulbifera .
Люди использовали пещеры на протяжении всей истории. Самые ранние человеческие окаменелости , найденные в пещерах, происходят из ряда пещер недалеко от Крюгерсдорпа и Мокопане в Южной Африке. В пещерах Стеркфонтейн , Сварткранс , Кромдраай Б, Дримолен , Малапа , Куперс Д, Гладисвейл, Гондолин и Макапансгат обнаружен ряд ранних видов человека, датируемых от трех до одного миллиона лет назад, в том числе австралопитек африканский , австралопитек седиба и парантроп. Робубус . Однако обычно считается, что эти древние люди не жили в пещерах, а были занесены в пещеры хищниками, которые их убили.
В течение многих лет считалось , что первый ранний человекообразный человек, когда-либо найденный в Африке, Таунг Дитя в 1924 году, произошел из пещеры, куда он был помещен после нападения орла. Однако сейчас это обсуждается (Hopeley et al., 2013; Am. J. Phys. Anthrop.). Пещеры действительно образуются в доломитах плато Гаап, включая пещеру Вандерверк, относящуюся к раннему, среднему и позднему каменному веку ; однако пещеры, которые образуются вдоль края откоса, как и предполагаемая пещера Таунг-Дил, образовались внутри вторичного известнякового отложения, называемого туфом . Существует множество свидетельств того, что другие ранние человеческие виды населяли пещеры, существовавшие по крайней мере один миллион лет назад в разных частях мира, в том числе Homo erectus в Китае в Чжоукоудиане , Homo rhodesiensis в Южной Африке в Пещере очагов ( Макапансгат ), Homo neanderthalensis и Homo neanderthalensis . Homo heidelbergensis в Европе на археологических раскопках Атапуэрка , Homo floresiensis в Индонезии и денисовцы на юге Сибири.
На юге Африки первые современные люди регулярно использовали морские пещеры в качестве убежища примерно 180 000 лет назад, когда они впервые научились эксплуатировать море. [27] Самый старый известный сайт — PP13B в Пиннакл-Пойнт . Это могло способствовать быстрому расселению людей из Африки и колонизации таких регионов мира, как Австралия, 60–50 000 лет назад. На юге Африки, в Австралии и Европе люди раннего Нового времени использовали пещеры и каменные убежища в качестве мест для наскальных рисунков, например, в Замке Гигантов . Пещеры, такие как Яодун в Китае, использовались в качестве убежища; другие пещеры использовались для захоронений (например, высеченные в скалах гробницы ) или в качестве религиозных объектов (например, буддийские пещеры ). Среди известных священных пещер — Китайская Пещера Тысячи Будд [28] и священные пещеры Крита .
Палеолитические наскальные рисунки были обнаружены по всему миру, возраст которых составляет 64 800 лет для нефигуративного искусства [29] и 43 900 лет для фигуративного искусства. [30]
Важность звука в пещерах возникла еще до современного понимания акустики. Археологи обнаружили связи между рисунками из точек и линий в определенных областях резонанса в пещерах Испании и Франции, а также инструменты, изображающие палеолитические мотивы, [31] индикаторы музыкальных событий и ритуалов. Группы картин часто встречались в помещениях с заметной акустикой, иногда даже повторяя звуки животных, изображенных на стенах. Также предполагалось, что человеческий голос будет использоваться в качестве эхолокационного устройства для навигации по темным областям пещер, где факелы были менее полезны. [32] Точки красной охры часто встречаются в помещениях с самым высоким резонансом, где производство картин было слишком сложно. [33]
Пещеры продолжают использоваться современными исследователями акустики. Сегодня Камберлендские пещеры представляют собой один из лучших примеров современного музыкального использования пещер. Пещеры используются не только для реверберации, но и для глушения их аномальных лиц. Неровности стен Камберлендских пещер рассеивают звуки, отражающиеся от стен, и придают пространству почти такое же качество, как в студии звукозаписи. [34] В течение 20-го века музыканты начали изучать возможность использования пещер в качестве мест для клубов и концертных залов, в том числе такие, как Дина Шор , Рой Акафф и Бенни Гудман . [ нужна цитата ] В отличие от сегодняшнего дня, эти ранние выступления обычно проводились в устьях пещер, поскольку отсутствие технологий делало глубины интерьера недоступными для музыкального оборудования. [35] В Лурейских пещерах , штат Вирджиния, был разработан функционирующий орган , который генерирует звук от ударов молотков по сталактитам, каждый с разной высотой звука. [36]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
