Пещера или каверна — это естественная пустота под поверхностью Земли . [ 1] Пещеры часто образуются в результате выветривания горных пород и часто простираются глубоко под землей. Экзогенные пещеры — это небольшие отверстия, которые простираются на относительно небольшое расстояние под землей (например, скальные убежища ). Пещеры, которые простираются под землей дальше, чем ширина отверстия, называются эндогенными пещерами . [2] [3]
Спелеология — это наука об исследовании и исследовании всех аспектов пещер и пещерной среды. Посещение или исследование пещер в целях отдыха можно назвать спелеологией , спелеологией или спелеологией .
Образование и развитие пещер известно как спелеогенез ; он может происходить в течение миллионов лет. [4] Пещеры могут значительно различаться по размеру и образовываться в результате различных геологических процессов. Они могут включать комбинацию химических процессов, водной эрозии, тектонических сил, микроорганизмов, давления и атмосферных воздействий. Методы изотопного датирования могут применяться к пещерным отложениям, чтобы определить временные рамки геологических событий, которые сформировали и сформировали современные пещеры. [4]
Подсчитано, что пещера не может быть глубже 3000 метров (9800 футов) по вертикали под поверхностью из-за давления вышележащих пород. Однако это не накладывает максимальную глубину на пещеру, которая измеряется от ее самого высокого входа до самой низкой точки, поскольку количество породы над самой низкой точкой зависит от топографии ландшафта над ней. Для карстовых пещер максимальная глубина определяется на основе нижнего предела карстовых процессов, совпадающего с основанием растворимых карбонатных пород. [5] Большинство пещер образованы в известняке путем растворения . [6]
Пещеры можно классифицировать и другими способами, включая противопоставление активных и реликтовых: в активных пещерах течет вода; в реликтовых пещерах ее нет, хотя вода может в них задерживаться. Типы активных пещер включают пещеры с притоком («в которые впадает поток»), пещеры с оттоком («из которых выходит поток») и сквозные пещеры («через которые протекает поток»). [7]
Наиболее часто встречаются пещеры выщелачивания или карстовые пещеры . Такие пещеры образуются в растворимых породах; большинство из них встречаются в известняке , но они также могут образовываться в других породах, включая мел , доломит , мрамор , соль и гипс . За исключением соляных пещер , пещеры выщелачивания возникают, когда порода растворяется природной кислотой в грунтовых водах , которые просачиваются через плоскости напластования , разломы , соединения и аналогичные особенности. Со временем трещины увеличиваются, превращаясь в пещеры и пещерные системы.
Самые большие и распространенные растворимые пещеры расположены в известняке. Известняк растворяется под действием дождевой воды и грунтовых вод, содержащих H 2 CO 3 ( угольную кислоту ) и природные органические кислоты . Процесс растворения создает характерный рельеф, известный как карст , характеризующийся карстовыми воронками и подземным дренажем. Известняковые пещеры часто украшены образованиями карбоната кальция , образовавшимися в результате медленного осаждения . К ним относятся натечные камни , сталактиты , сталагмиты , геликтиты , соломинки для газировки и колонны. Эти вторичные минеральные отложения в пещерах называются спелеотемами .
Части пещеры, расположенные ниже уровня грунтовых вод или местного уровня грунтовых вод, будут затоплены. [8]
Пещера Лечугилла в Нью-Мексико и близлежащая пещера Карлсбад в настоящее время считаются примерами другого типа растворяющихся пещер. Они были образованы газом H 2 S ( сероводородом ), поднимающимся снизу, где резервуары 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, просачиваясь с поверхности кислой водой.
Пещеры, образовавшиеся одновременно с окружающей их горной породой, называются первичными пещерами .
Лавовые трубки образуются в результате вулканической активности и являются наиболее распространенными первичными пещерами. По мере того, как лава течет вниз по склону, ее поверхность охлаждается и затвердевает. Горячая жидкая лава продолжает течь под этой коркой, и если большая ее часть вытекает, остается полая трубка. Такие пещеры можно найти на Канарских островах , Чеджудо , базальтовых равнинах Восточного Айдахо и в других местах. Пещера Казумура около Хило , Гавайи, представляет собой удивительно длинную и глубокую лавовую трубку; ее длина составляет 65,6 км (40,8 миль).
Лавовые пещеры включают, но не ограничиваются лавовыми трубками. Другие пещеры, образованные в результате вулканической активности, включают разломы, лавовые формы, открытые вертикальные каналы, инфляционные, волдыри и т. д. [9]
Морские пещеры встречаются вдоль побережий по всему миру. Особый случай — прибрежные пещеры, которые образуются под воздействием волн в зонах слабости морских скал. Часто эти слабости представляют собой разломы, но они также могут быть дайками или контактами плоскостей напластования. Некоторые волнорезные пещеры теперь находятся выше уровня моря из-за более позднего подъема. В других местах, таких как залив Пханг Нга в Таиланде , растворимые пещеры 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 те, которые полностью образованы эрозией текущими потоками, несущими камни и другие отложения. Они могут образовываться в любых типах пород, включая твердые породы, такие как гранит. Обычно должна быть некоторая зона слабости, чтобы направлять воду, например, разлом или соединение. Подтипом эрозионной пещеры является ветровая или эоловая пещера, высеченная ветровыми отложениями. [9] Многие пещеры, изначально образованные растворяющими процессами, часто подвергаются последующей фазе эрозионного или вадозного расширения, когда через них проходят активные потоки или реки.
Ледниковые пещеры образуются в результате таяния льда и текущей воды внутри и под ледниками. На полости влияет очень медленное течение льда, которое имеет тенденцию снова обрушать пещеры. Ледниковые пещеры иногда ошибочно называют « ледяными пещерами », хотя этот последний термин правильно зарезервирован для пещер в коренной породе, которые содержат круглогодичные ледяные образования.
Пещеры трещин образуются, когда слои более растворимых минералов, таких как гипс, растворяются между слоями менее растворимых пород. Эти породы раскалываются и разрушаются на каменные блоки. [10]
Осыпные пещеры образованы отверстиями среди больших валунов, которые упали в беспорядочную кучу, часто у подножия скал. [11] Эти нестабильные отложения называются осыпями или каменистыми осыпями и могут подвергаться частым камнепадам и оползням .
Анхиалиновые пещеры — это пещеры, обычно прибрежные, содержащие смесь пресной и соленой воды (обычно морской). Они встречаются во многих частях мира и часто содержат высокоспециализированную и эндемичную фауну. [12]
Пещеры встречаются по всему миру, хотя распределение документированных пещерных систем сильно смещено в сторону тех стран, где спелеология была популярна в течение многих лет (таких как Франция, Италия, Австралия, Великобритания, США и т. д.). В результате, исследованные пещеры широко распространены в Европе, Азии, Северной Америке и Океании, но редки в Южной Америке, Африке и Антарктиде.
Это грубое обобщение, поскольку большие пространства Северной Америки и Азии не содержат документированных пещер, тогда как такие области, как сухие лиственные леса Мадагаскара и части Бразилии , содержат много документированных пещер. Поскольку мировые просторы растворимой коренной породы исследуются спелеологами, распределение документированных пещер, вероятно, изменится. Например, Китай, несмотря на то, что содержит около половины мировых открытых известняков — более 1 000 000 квадратных километров (390 000 квадратных миль), имеет относительно мало документированных пещер.
Животных, обитающих в пещерах, часто подразделяют на троглобионтов (виды, ограниченные пещерами), троглофилов (виды, которые могут прожить всю свою жизнь в пещерах, но также встречаются в других средах), троглоксенов (виды, которые используют пещеры, но не могут полностью завершить свой жизненный цикл в пещерах) и случайных (животные, не относящиеся ни к одной из предыдущих категорий). Некоторые авторы используют отдельную терминологию для водных форм (например, стигобиты , стигофилы и стигоксены ).
Из этих животных троглобионты, пожалуй, самые необычные организмы. Троглобионты 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, оптической функциональности), удлинение конечностей и усиление других чувств (например, способность ощущать вибрации в воде). Водные троглобионты (или стигобиты), такие как находящаяся под угрозой исчезновения алабамская пещерная креветка , живут в водоемах, обнаруженных в пещерах, и получают питательные вещества из детрита, смываемого в их пещеры, а также из фекалий летучих мышей и других пещерных жителей. 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, достигая 1,7 миллиметра (0,067 дюйма) в длину. Они широко распространены и изучены довольно широко. Большинство особей — самки, но в 1969 году в Сент-Кутбертс-Сваллет был собран самец .
Летучие мыши , такие как серая летучая мышь и мексиканская свободнохвостая летучая мышь , являются троглоксенами и часто встречаются в пещерах; они добывают корм за пределами пещер. Некоторые виды пещерных сверчков классифицируются как троглоксены, потому что они ночуют в пещерах днем и добывают корм над землей ночью.
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-каменщик liphistius и серая летучая мышь.
Пещеры посещают многие животные, живущие на поверхности, включая людей. Обычно это относительно кратковременные вторжения из-за отсутствия света и пропитания.
Входы в пещеры часто имеют типичную флору. Например, в восточной части умеренных Соединенных Штатов 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, были найдены в серии пещер около Крюгерсдорпа и Мокопане в Южной Африке. Пещеры Стеркфонтейн , Сварткранс , Кромдраай B, Дримолен , Малапа , Куперс D, Глэдисвейл, Гондолин и Макапансгат дали целый ряд ранних видов людей, датируемых периодом от трех до одного миллиона лет назад, включая Australopithecus africanus , Australopithecus sediba и Paranthropus robustus . Однако обычно не считается, что эти ранние люди жили в пещерах, а что они были принесены в пещеры плотоядными животными, которые их убили.
Первый ранний гоминид, когда-либо найденный в Африке, Taung Child в 1924 году, также в течение многих лет считался происходящим из пещеры, куда он был помещен после того, как на него напал орел. Однако сейчас это оспаривается (Hopley et al., 2013; Am. J. Phys. Anthrop.). Пещеры действительно образуются в доломите плато Гаап, включая ранний, средний и поздний каменный век пещеры Вондерверк ; однако пещеры, которые образуются вдоль края уступа, как и гипотетическая пещера Taung Child, образуются во вторичном известняковом отложении, называемом туфом . Существуют многочисленные свидетельства того, что другие ранние виды людей населяли пещеры по меньшей мере миллион лет назад в разных частях света, включая Homo erectus в Китае в Чжоукоудяне , Homo rhodesiensis в Южной Африке в Пещере очагов ( Макапансгат ), Homo neanderthalensis и Homo heidelbergensis в Европе на археологических раскопках Атапуэрка , Homo floresiensis в Индонезии и денисовцы на юге Сибири.
В южной части Африки ранние современные люди регулярно использовали морские пещеры в качестве убежища, начиная примерно с 180 000 лет назад, когда они впервые научились использовать море. [26] Самым древним известным местом является PP13B в Пиннакл-Пойнт . Это могло позволить людям быстро распространиться из Африки и колонизировать такие регионы мира, как Австралия, 60–50 000 лет назад. По всей южной части Африки, Австралии и Европе ранние современные люди использовали пещеры и скальные убежища в качестве мест для наскального искусства, 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 мест (например, буддийские пещеры ). Среди известных священных пещер — китайская Пещера Тысячи Будд [27] и священные пещеры Крита .
По всему миру были обнаружены наскальные рисунки эпохи палеолита , возраст которых составляет 64 800 лет для нефигуративного искусства [28] и 43 900 лет для фигуративного искусства [29] .
Важность звука в пещерах предшествовала современному пониманию акустики. Археологи обнаружили связи между картинами точек и линий в определенных областях резонанса в пещерах Испании и Франции, а также инструменты, изображающие палеолитические мотивы, [30] индикаторы музыкальных событий и ритуалов. Группы картин часто находили в областях с заметной акустикой, иногда даже воспроизводя звуки животных, изображенных на стенах. Также предполагалось, что человеческий голос может использоваться в качестве эхолокационного устройства для навигации в более темных областях пещер, где факелы были менее полезны. [31] Точки красной охры часто встречаются в местах с самым высоким резонансом, где создание картин было слишком сложным. [32]
Пещеры продолжают предоставлять использование для современных исследователей акустики. Сегодня пещеры Камберленд являются одним из лучших примеров современного музыкального использования пещер. Пещеры используются не только для реверберации, но и для амортизирующих свойств их аномальных поверхностей. Неровности в стенах пещер Камберленд рассеивают звуки, отражающиеся от стен, и придают пространству почти качество студии звукозаписи. [33] В 20 веке музыканты начали исследовать возможность использования пещер в качестве мест в качестве клубов и концертных залов, в том числе такие, как Дина Шор , Рой Акафф и Бенни Гудман . [ необходима цитата ] В отличие от сегодняшнего дня, эти ранние выступления обычно проводились в устьях пещер, поскольку отсутствие технологий делало глубины внутренних помещений недоступными для музыкального оборудования. [34] В пещерах Люрей , Вирджиния, был разработан функционирующий орган , который генерирует звук с помощью молоточков, ударяющих по сталактитам, каждый с разной высотой тона. [35]
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
