Гидрологический режим карстовых областей

Под термином "карст" (от названия плато Карст, или Крас, в Словении) понимают совокупность специфических форм рельефа и особенностей наземной и подземной гидрографии, свойствен­ной некоторым областям, сложенным растворимыми горными по­родами, такими, как каменная соль, гипс, известняк, доломит и др. И хотя каменная соль и гипс обладают большей раствори­мостью, чем известняки и доломиты, гипсовый и соляной карст развит сравнительно мало из-за незначительного распростране­ния этих пород, особенно выходов их на дневную поверхность. Известняки и доломиты в обычных условиях характеризуются слабой растворимостью, но распространены они несравненно более широко, чем гипс или каменная соль. Кроме того, в опре­деленных физико-географических условиях химическая агрессив­ность воды в областях распространения карбонатных пород может существенно возрастать и, если это еще сочетается с благоприят­ными геологическими условиями, возникают наиболее вырази­тельные и занимающие обширные пространства карстовые ланд­шафты, приуроченные именно к карбонатным породам. Поэтому, имея в виду преимущественную приуроченность карстовых обра­зований к областям развития известняков, можно считать, что наиболее изучен и наиболее распространен именно карбонатный (чаще известняковый) карст.

Сущность карстовых процессов заключается в растворении по­роды атмосферными, талыми, подземными, а в некоторых случаях и морскими водами.

Главное условие растворимости известняка — достаточное ко­личество растворенного С0₂ в воде. Тогда вода становится химиче­ски агрессивной и энергично воздействует на карбонатные породы. Источниками С0₂, содержащегося в природных водах, являются: атмосфера, биохимические процессы, протекающие в почве и коре выветривания, разложение органических остатков при свободном доступе воздуха, поступление углекислоты (диоксид углерода) из недр земли в областях современной или недавней вулканической деятельности. Кроме углекислоты растворяющее действие на из­вестняки могут оказывать и другие кислоты, например гумино- вая, серная, но в целом, по-видимому, главную роль в карстовых процессах играет С0₂. Объясняется это тем, что карбонаты Са и Mg, довольно трудно растворимые в воде, образуют с углекисло­той легкорастворимые бикарбонаты Са(НС0₃)₂ и Mg(HC0₃)₂.

К другим важнейшим условиям, определяющим развитие карста, относятся: 1) рельеф — на горизонтальных и пологонаклонных поверхностях, как правило, карстовые образования возникают быстрее и представлены разнообразнее, чем на крутых склонах; 2) чистота и мощность известняков — чем чище и мощнее толща известняков, тем интенсивнее они подвержены карстообразова- нию; 3) структура породы — грубообломочные или ракушечные известняки карстуются гораздо меньше, чем однородные мел­козернистые известняки; 4) климат, т.е. температурный режим, количество и характер выпадающих осадков, наличие вечной мерзлоты, препятствующей проникновению воды в карстующиеся породы; климатом обусловливается также характер растительного покрова, способствующего повышению химической агрессивности воды (вследствие разложения растительных остатков вода обо­гащается С0₂, гуминовыми кислотами, азотной кислотой и др.); 5) трещиноватость карстующихся пород — при наличии трещино- ватости возникает возможность проникновения агрессивных вод в толщу породы и образования различных форм подземного карста, а также оттока вод, насыщенных диоксидом углерода, с поверх­ности в глубь карстующихся пород.

Подземная циркуляция, т.е. гидрогеологические условия, имеют важнейшее значение для развития карстового процесса. В каждой карстовой области можно выделить три этажа, или зоны, разли­чающиеся по гидрогеологическому режиму (рис. 99). Верхняя зона охватывает толщу породы от ее выхода на поверхность до зеркала грунтовых вод. Это зона аэрации, или зона вертикальной циркуляции, в которой преобладает периодическое (во время дож­дей или таяния снега) свободное гравитационное движение воды.

В зоне периодически полного насыщения совершаются резкие ко­лебания уровня подземных вод, связанные прежде всего с перио­дическим поступлением воды с поверхности. Циркуляция воды в этой зоне близка к горизонтальной, но может происходить и с большим уклоном водной поверхности у края карстовой области. Зону периодически полного насыщения многие исследователи рассматривают как наиболее активную в отношении глубинного карстообразования, в частности пещерообразования. Границы ее — наивысший и наинизший уровни зеркала грунтовых вод.

Нижняя зона — зона постоянного полного насыщения, верхняя граница которой является наинизшим уровнем зеркала грунто­вых вод, нижняя — водоупорным горизонтом. Циркуляция в ней преимущественно горизонтальная. По окраинам карстовой области

Рис. 99. Идеальный карстовый массив (по И. С. Щукину)'. А—А — мощная известняковая свита; В—В — водоупорная порода; Р — карстовые воронки; П — крупные провалы над подземными пустотами; а—а — зона аэрации и эфемерных источников; b—b — зона постоянного полного насыщения и посто­янных источников (стрелками показано направление циркуляции подземных вод); М — мешкообразная долина

эта зона дает начало рекам, карстовым источникам, через кото­рые происходит разгрузка подземных вод на земную поверхность.

Положение зон в карстующихся массивах зависит от ряда при­чин: мощности карстующихся пород и их трещиноватости; рас­члененности рельефа карстовых областей и глубины вреза речных долин; наличия в составе карстующихся пород прослоек или линз нерастворимых глинистых пород, которые могут служить водоупорными горизонтами, способствующими образованию вер­ховодки — временному или сезонному скоплению подземных вод в зоне аэрации.

Различие гидрогеологических условий зон карстовых массивов сказывается на характере источников карстовых областей. Так, для зоны аэрации характерны временные источники, функцио­нирующие в период поступления воды с поверхности во время дождей или весеннего снеготаяния. Источники зоны периодиче­ского насыщения тоже временные, но они мощнее и функцио­нируют более длительное время, чем источники зоны аэрации. С зоной постоянного насыщения связаны постоянные источники, обладающие большим дебитом. Они получили нарицательное название воклюз (по источнику Vaucluse во Франции).