Open
Open

Карстообразуване

ГЕОЛОЖКИ ПРЕДПОСТАВКИ ЗА РАЗВИТИЕТО НА КАРСТА В БЪЛГАРИЯ

Карстовите процеси се развиват само там, където има скали, лесно разтворими от водата. Такива скали са: варо­виците, доломитите, мраморите, гипсът, каменната сол. На цялата планета тези скали заемат 51 000 000 кв.км, което а 1/3 от цялата земна суша. По своя химически състав и про­изход те се делят на карбонатни скали и изкопаеми соли, но ние ще разгледаме само карбонатните скали, защото в Бълга­рия няма пещери в каменна сол.

От карбонатните скали най-голямо значение имат варо­виците и мраморите. Те имат един и същ минерален състав, но различен произход и свойства. Чистите варовици са бели на цвят, но в зависимост от примесите, които съдържат, цве­тът им може да бъде жьлт, сив, черен, зелен или червен. Примесите обикновено са от глина, магнезит, доломит, желез­ни окиси, пирит, силикати и др. Главният материал, от който са изградени, е калцитът и по-рядко арагонитът. По произ­ход варовиците са органогенни, образувани чрез спояване на варовитите черупки и скелети на умрели морски животни, или химически, образувани при обикновено химическо утаяване в океаните и топлите морета.

Важно значение за карстовите процеси има разтворимост­та на скалите. В чистите варовици при температура 16сС 1 г калцит се разтваря в 76 л вода, но разтварянето протяга много по-трудно при варовици с повече примеси. За разтва­рянето на варовитите скали от значение е и характерът на спойката, която свързва кристалчетата на калцита. Когато тя се разтваря по-лесно, по-склно е и окарстяването на карбонатните скали. Друга предпоставка е слоистостта на пластовете. При по-тънки и многобройни пластове от варовиците и мраморите по-лесно се развива окарстяването.

Главно условие за протичане не карстовите процеси е водоразтворимостта на карбонатните скали, но само то не е достатъчно. Скалите трябва да бъдат и водопропускливи. Това ка­чество на скалите зависи от тяхната напуканост, пористос и кавернозност. Пористостта е важна за насищането на скалите с вода. При най-плътните варовици тя е само 0,1%, докато при черупчестите достига до 60%. Водонепроницаеми скали се срещат рядко, обикновено варовитите скали са значително на­пукани и именно пукнатините са основният път,по който води­те проникват в карстовите терени и по физически и химически път предизвикват окарстяването им.

Пукнатини се образуват в скалите през всичките етапи на тяхното формиране и развитие – още при втвърдяване на скалите, при нагъване на планинския масив и при процесите на изветряване. При карстовите процеси главна роля играят тектонските пукнатини. Те се образуват под влияние на вът­решните сили при движението на земната кора. Тези сили пре­дизвикват в скалите деформации и напрежения, което воли до образуването на пукнатините. Те са два типа: първите се на­ричат пукнатини на скъсване и се образуват перпен­дикулярно на оста на разтягане.

1

Фиг. 1. Образуване на пукнатина на скъсване

2

Фиг. 2. Образуване на пукнатина на срязване (разсядане на пластове)

Те са обикновено отворени и имат неравни стени. Следят се на малки разстояния. Втори­ят тип са пукнатини на срязване. Образуват се при разсядането на пластовете и стените им имат гладка по­върхност (тектонски огледала). Могат да бъдат проследени на големи разстояния. Тектонските пукнатини се образуват обикновено е сводовите части и бедрата на антиклиналите, където се създават най-големи напрежения.

Освен тектонските пукнатини съществуват и други видо­ве пукнатини, които имат по-ограничена роля, но в някои случаи могат да спомогнат при образуването на някоя пещера или пропаст. Такива са пукнатините на изветряване и са раз­вити обикновено в горните 15-25 см от пласта, но в някои случаи достигат до 30 м дълбочина и представляват малки,но многобройни канали за проникване на водите. Следователно наличието на разтворими от водата скали и система от тектонски пукнатини са главните условия за протичането на кар­стовите процеси, но освен това трябва да знаем и скалните формации, където се развиват тези процеси. Геологията на нашата страна е вече добре проучена и затова не е трудно да се посочат главните формации, където съществуват нужни­те условия. Най-стара формация е архайският кристалинен комплекс в южната част на Централните Родопи. Там е уста­новена гигантска подземна кухина, образувана през архайска­та ера по карстов път. В Централните Родопи сред мрамори от протерозойска възраст са открити над 200 пещери и про­пасти, между които Ягодинската пещера, дълга над 6000 м.

В мрамори от същата възраст са образувани и пещерите в За­падните Родопи и Пирин.

През палеозойската ера на територията на нашата стра­на не се образуват утайки с карбонатен състав, поради кое­то скалите на тази формация не са благоприятни за развитие­то на карстовите процеси. Можем да споменем само огромният солен щок при Провадия, но там карстови форми не са устано­вени.

През мезозойската ера се образуват много карбокатни скали, покриващи големи площи в Стара планина и Дунавската равнина. Такива скали са доломитните варовици при Лакатник. От малко по-късно време (горна юра) са скалите, в които са образувани пещерите на Краището, Троянско, Габровско, Искарския пролом, Белоградчишко, глава Панега и др. Най-мно­го карбонатни скали са се образували в края на мезозойската ера (кредата). Тогава са образувани варовиците по доли­ната на р. Девня, по Шуменското плато, край Черепишкия ма­настир по долината на Русенски Лом, в Ловешко, Ботевград­ско, Троянско и Плевенско.

През неозойската ера са образувани сравнително много по-малко карбонатни скали. Такива са мраморните брекчи и варовици в Родопската област.Ясно е, че голяма част от територията на кашата стра­на е изградена от скалк с карбонатен състав. Карстови про­цеси обаче са се развили само там, където и тектонският строеж на района е благоприятен. Следователно повечето бъл­гарски пещери са установени в антиклиналните гънки на Ста­ра планина, Предбалкана и Рило-Родопския масив. Най-богати на пещери и пропасти са Белоградчишката, Тетевенската, Бер­ковската и Централородопската антиклинала.

КАРСТОВИ ПРОЦЕСИ И ФОРМИ

“В северозападната част на Балканския полуостров се простира една Възвишеност, наречена Краж; тя минава между Истрия и Крайна (в Австрия), като образува водораздела на р. Сава и долините, които се спущат към Адриатическо море. Възвишеността се състои от варовик с камениста повърхност- на нея се срещат пропасти, фуниевидки вдлъбнатини, котло- видни долини, а под нея пещери и подземни реки. Реките те­кат надземно, после се изгубват в понорни пропасти и пук­натини и след едно късо или по-дълго подземно течение из­лизат въз вид на големи извори” (из Кражки явления от К. и X. Шкорпил).

Географското название Краж, видоизменено в термина карст, днес е станало нарицателно за всяка територия, съдържаща многочислените форми на карстовия релеф. Процесът на разтваряне и размиване на карбонатните скали, който води до формирането на характерни карстови ландшафти на повърх­ността и различни кухини под земята, се нарича карстов про­цес. Карстов район е местност, където става активно поглъ­щане на атмосферните води, а съществуващите благоприятни (геоложки, хидроложки, морфоложки, климатични и др.) усло­вия спомагат за протичането на карстовите процеси на по­върхността на скалите или в тяхната дълбочина.

3

Фиг. 3. Понятие за карстов район

Окарстяването на скалите е сложен и про­тиворечив процес. Вода­та руши скалите по ме­ханичен и химичен начин и създава карстовите форми. Материалите от това нарушение се пре­насят и утаяват отново и изграждат нови образу­вания. Разрушаването на скалите по физичен начин се нарича ерозия, а химичното разтваряне и размиване – корозия.

Е какво се изразява физичното действие на водата? На­влезлите води в пукнатините носят със себе си голямо коли­чество твърди частици, пясък и чакъл. Тези материали са длетата, с които водата разширява и разрушава пукнатините чрез силата, с която ги блъска в скалните стени. Когато це­лите пукнатини се запълнят с вода, на по-широките места тя се движи турболентно (върти се), с което удвоява своята разрушителна сила.

Химичното действие на водата се дължи на разтворения въглероден двуокис, който дъждовната вода поема от възду­ха. Така се получава слабата въглена киселина по схемата:

н2о + со22со3.

Освен от въглената киселина агресивността на водата се увеличава и от хумусната и азотната киселини, които тя раз­тваря, когато преминава през почвата. Въглената киселина реагира с калциевия карбонат и образува кисел калциев карбонат по схемата:

Н2С03 + СаС03£=2 Са (НС03)2

Киселият калциев карбонат е разтворим, водата го раз­мива и отнася със себе си. Това е начинът, по който водата разтваря калцита.

Процесите корозия и ерозия в различните зони на дей­ствие на подземните води образуват различни карстови фор­ми.

ПОВЪРХНОСТНИ КАРСТОВИ ФОРМИ

Разкритите на земната повърхност карбонатни скали са силно разядени и покрити с бразди, каналчета, дупчици и вдлъбнатини. Каналите и браздите са с най-различна ширина и дълбочина – от няколко сантиметра до няколко метра, а между тях се издига неразрушена скала, назъбена като гре­бен. Тези повърхностни форми на карета носят общото име кари. Карите се формират в продължение на стотици хиляди години. Дъждовните води и особено снежните, насите­ни с въглероден двуокис, оказват разяждащо действие още при първия си допир с варовиковите скали. В образуването на карите взема участие, макар и слабо, механичното дей­ствие на водата. Ако върху скалата има почвен слой, в про­цеса на рушенето вземат участие и различни органични кисе­лини. При продължителното окарстяване острите гребени меж­ду браздите постепенно се заоблят,а скалите се разпадат на отделни карни блокове. Разрушаването на карите достига връхната си точка при запълването на всички вдлъбнатини с глинести маси. Полетата и платата с кари са безводни и необработваеми.

Друга повърхностна форма на карета са валозите.Те представляват вдлъбнатини с неправилна, предимно елипсовидна форма. Обикновено дължината и ширината им са по-големи от дълбочината. Валовите се образуват при срутването на преградните стени на големи карни жлебове или от пропадания на сводовите части на подземни кухини. Поня­кога те са нередени в редица, следваща по-голяма или ппавна пукнатина в района.

Въртопите са също вдлъбнати, но тук дълбочи­ната е по-голяма от ширината и дължината. Образуват се по същия начин, както валозите, като в много случаи дъната им са отворени, водещи до по-големи или малки подземни канали и пропасти. В много случаи дъната им са запълнени със ска­лен материал и глина.

Много често под думата понор се разбира всич­ки отвесни пещери или пропасти. Ако трябва да бъдем съвсем точни,трябва да кажем, че понори са само тези отвесни или хоризонтални пещери, които са активни водогубилища в кар­стовите райони. Те поглъщат не само валежните и поройните води, но могат да поемат постоянно и цели реки.

4

Карстовите форми валози и въртопи с непроницаеми глинести дъна понякога се запълват с атмосферни води и се образуват карстови блата. Те представляват плитки водоеми със замърсена вода, бедна на глинесто дъно и да изчеснат.

Валозите могат да достигнат огромни размери, а също така да се сливат помежду си. Тогава говорим вече за карстови долини. Най-типични са слепите карстови долини, където атмосферните води нямат видим излаз и се просмукват през наслагите в скалите.

Няколко карстови долини образуват карстови полета. Те са равни, с плоски дъна,заградени с невисоки планински хре­бети и възвишения.

ПОДЗЕМНИ КАРСТОВИ ФОРМИ

Освен разтворими от водата карбонатни скали тектонски­те пукнатини са главното необходимо условие за развитието на карстовите процеси в дълбочина. Водата не може да издъл­бае пещера в карбонатните скали без наличието на подходяща за целта пукнатина. Странно е действието на водите, проник­ващи в пукнатините. Те действуват върху скалата в две на­правления, като разширяват (латерална корозия) и удълбоча- ват (дълбочинна корозия) пукнатината. Когато съответният участък от земната кора е в относителен покой, превес има страничната (латерална) корозия, докато при издигане на об­ластта се засилва дълбочинната корозия. При страничната ко­розия върху стените на пукнатините се образуват надлъжни жлебове, а когато корозията премине в дълбочинна, се обра­зуват вертикални прагове. Продължителното механично и химично действие на водата разширява непрекъснато пукнатина­та и когато в нея вече може да проникне човек, получената форма наричаме пещера. Процесът на образуването на пещери­те преминава през няколко етапа. Първият етап е пукнатинният. При него устремените води, носещи твърди частици, пясък или чакъл, се блъскат със сила в сте­ните на пукнатините и ги рушат. Започва обработката и раз­ширяването на пукнатините. На по-широките места водата се завъртва в турболентно движение, при което тя откъсва час­тици по частици от свода и изработва кръгло “кубе”. Кубе­тата се разширяват и от пониженото наляга­не, което се създава във вътрешността им.

Пукнатината се разши­рява значително и за­почва вторият етап от образуването ка пеще­рата, каналния т. Отначало карсто­вите канали са малки и водите изцяло ги запълват. В тях обаче зодата се движи в по- голямата част от пътя си турболентно и те стават все по-широки и водата не може да ги изпълва изцяло.Там, където сводът на пещерата се спуска дп повърхността на подземния поток, се об­разуват т.нар, с и ф о н и. Завихрянето наводата моделира странни форми по стените и  пода на пещерата. Об­разуват се заоблени повърхнини, като стени на сферични и циклични съдове. Най-малките такива форми, големи колкото лъжица, се наричат ф а с е т к и. Те се образуват от бър­зите потоци, които са разяждали   неравномерно скалата (избирателна ерозия). В местата, където тя е по-трудно разрушима, са останали издатини, а между тях – полукръгли и об­ли вдлъбнатини. По пода се появяват еворзионни “к о т л и”. Това са вдлъбнатини с добре огладени стени. На дъната им е натрупан чакъл от огладени скални късчета. Водата ги е подемала във водовъртежа си, а те са се трие­ли със сила в скалата и бавно са я разрушавали. Обикновено еворзионните котли се образуват на места, където се кръс­тосват две пукнатини.

Когато районът, в който се намират подземните канали, започ е да се издига, съседните реки се врязват все по-дълбоко в скалите и настъпва момент, в който речните долини откриват карстови канали, скрити преди под повърхността.Излезлите навън води образуват карстовите и з в о р и.

 

 5

­

 

Паралелно с издигането на планинския масив водите все по-активно размиват и удълбават дъното на пещерния канал и водите на подземната река слизат вее по-дълбоко. Водите все по-рядко изпълват каналите, реката става все по-плитка, а идва и момент, когато водата остава да съществува само в отделни езера и капе от свода само след силни дъждове. Пе­щерата навлиза в третия етап на развитие – натечния. Започват активно да се образуват подземни образувания, ста- лагтити, сталагмити и др. Наред със запълването на пещерата с образувания сводовете й започват да се разрушават. Обра­зуват се срутвания и дъното на канала започва да се запъл­ва с гравитационни блокове и утайките на подземните реки и езера. Започва последният –блокажно – ц и м е н т а ц и о н е н етап. Сводовете продължават да се разрушават и там, където пещерата е близо до земната повърхност, при пропадане на сводови части се отварят “прозорци” (отвори на пещерния свод). При по-напреднал стадий на пропадане от пещерата остават само скални мостове и арки. Когато пещера­та е далече от земната повърхност, стават само частични срутвания на нейния свод. Образуваният гравитационен блокаж отначало е подвижен, но впоследствие блоковете се кал­цират и се покриват с натечни образувания. При ново поредно издигане на масива в скалите започва да се образува втори, по-нисък етаж от пещерата, който пре­минава също през всички описани по-горе стадии. Така пеще­рите непрекъснато бавно отмират и отново се раждат.

ВТОРИЧНИ КАРСТОВИ ФОРМИ

Характерно действие на карстовите процеси е това, че разрушеният и разтворен материал се пренася и утаява отново и образува нови образувания. Тези образувания наричаме вто­рични.

Полученият при химичното действие на водата кисел кал­циев карбонат е разтворим и водите лесно се насищат с него. Движейки се по пукнатините, те достигат до тавана на някоя пещера. Още при първия допир с въздуха част от въглеродния двуокис излита, разтворът става преситен и започва отлага­нето на калциев карбонат.

8

Всяка капка отлага по малко от разтворения калциев карбонат и на свода започва да се об­разува малка тръбичка. Първоначално тези тръбички са тънки и имат диаметъра на капката во­да. При бърза кристали­зация тези, тръбички се удължават много и се на­ричат цевични сталагтити. На дължина достигат до 4 ч. Ако при­токът на вода в цевичките сталагтити знезапно се увеличи, в долния им край се образуват разширения, наподобяващи каменни лалета. Попадането на случайни песъчинки в каналчето може да предизвика неговото запушва­не. Тогава налягането на водния стълб пропуква стената на цевичката и кристализацията продължава встрани. Така се получава аномален сталагтит. В зависимост от притока на веда, формата на пукнатината и режима на капа­нето се получават различни по форм? сталагтити. Най-чес”с срещаните са комичните, приличащи удължен и заострен конус. Рядко се срещат обаче съвсем правилни конуси.

Когато от една или няколко пукнатини нарастват едно­временно няколко образувания, след време могат да се слеят в общи групи и да образуват т.нар. завеси или драперии.

9

Промяната в състава на подхранващия разтвор може да доведе до оцветяването на образуванията в различни тенове.

Интересни образувания са щитовете. Те могат да възникнат върху скални козеркк или когато водата облива и заздравява калцитна кора върху глина. По-късно водата от­мива глината и заздравените кори остават да висят от сте­ната като закръглени козирки. Върху някои щитове водата се разлива по цялата повърхност и като достигне до ръбовете им, започва да изгражда редица конични сталагтити, които мегат да се слеят в плътна завеса. Тези образувания се на­ричат барабани.

Едни от по-рядко срещащите се и слабо познати сталагтити са сферичните, или луковичните. Водят нача­лото си от пукнатина или пора на свода ка пещерата, където водката капка се задържа за по-дълго време. Това се подпо мага и от затвореното в капката мехурче въздух. Поради бър­зото отделяне на въглеродния двуокис разтворът се пресища и върху водната капка се образува тънка калцитна ципа. По-нататък кристалите продължават да растат по сферичната повърхност на тази ципа. Образува се сталагтит със сферична форма, който надолу може да продължава с обикновен цевичен сталагтит. Вътре луковицата може да бъде куха или запълне­на с иглести кристали от калцит.

Случва се сталагтитите да растат в условия на силно и с постоянна посока въздушно течение и тогава оста им се изкривява по посока на течението. Образуват се извити като ятаган образувания, наречени анемолити.

Едни от най-странните форми в пещерите са хеликтитите. Те представляват бели нишки, нежни и ефирни, извиващи се във всички посоки. Израстват навсякъде по свода, стените и образуванията. Учените смятат, че хеликтитите се срещат предимно в такива части на пещерите, където почти не се извършва обмяна на въздуха.

Образуванията, които израстват от пода на пещерата, се наричат сталагмити. Те се изрравят както под капещите сталагтити, така и там, където няма такива. Падащата от тава­на на пещерата вода издълбава в глинестия под т.нар. егутачни ямки. Процесът на отделяне на калцита довежда до за­пълването на ямичките и до образуването на корена на бъде­щия сталагмит. Сталагмитите се различават един от друг по размери и форма, защото количеството на капещата вода е различно. Примесите, които съдържа водата, оцветяват отложе- нията. Когато сталагмитите нарастват с повече или по-малко правилна цилиндрична форма, се образуват т.нар. тополки.

В повечето случаи обаче те са удебелени в осно­вата си, тъй като там се събира по-голямо количество вода, а с нея и калциево вещество. Куполните сталагмити се образуват, когато няколко сталагмита нараснат и се свър­жат с дебел слой обща калцитна маса в основата си. Същест­вуват сталагмити и с други форми. В случаи, кога­то сталагмитите се залеят до известно ниво от водите на езеро, около тях се образува концентрична кора и образуванието получава форма на свещник.

Падащите водни капки се удрят в пода на пещерата и се разпръскват на хиляди малки капчици, които попадат върху стенните образувания, като създават стърчащи във всички гк соки израстъци или “пъпки”, наречени дендрити. Покрититес дендритни пъпки сталагмити се наричат коралити.

Почти винаги сталагмитите са по-едри и по-мощни форми от сталагтитите, защото извличат веществото си от по-голямо количество вода. Те могат да растат неограничено и кога­то се допрат и слеят с висящите над тях еталагтити, се об­разува колона, наречена сталагтон. Ако условията не допускат максимално натрупване на сталагмити, а калцитната маса продължава да се отлага върху наслагите на пода на пещерата или върху основната скала, се получава т.нар. синтрова кора. Понякога в пещерите се установява интересно отложение, наречено пещерно мляко или планинско мляко (по- старо название лунно мляко). То представлява бяла тестообразна каша.

Разполага се най-често по пода: на галериите,но може да се срещне и по стените и тавана. По стените и тава­на то се намира на изхода на тесни пукнатини. Пещерното мля­ко се образува обикновено в тези части на пещерите, където влажността е най-висока, а изпарението – незначително. Та­ка се получава тестообразна маса от колоиден варовик, който не може да изкристализира. При изсъхване става на прах, а прашинките, погледнати през електронен микроскоп, представ­ляват калцитни кристалчета, големи само няколко микрона. Учените смятат, че пещерното мляко се образува по различни начини в зависимост от конкретните пещерни условия и харак­тера на разтворите.

По пода на пещерата в плитките езера се намират едни от най-нежните украшения на подземния свят – пещерните би­сери. Обикновено имат овална форма и са изградени от кон­центрични светли и тъмни ивици карбонатно. вещество. В сър­цевината им се наблюдава зърно от песъчинка или глина,око­ло което е започнало отлагането. Когато размерите им не надвишават 2 мм, се наричат оолити, а когато са е диаметър над 2 мм – пизолити. Вливащата се вода в малките пещерни езерца увлича, разбърква и преобръща малките скални зрънпа, лежащи на дъното. Водата е преситена с кисел калциев карбо­нат и при размесване на разтвора малките зрънца скоро се превръщат в удобни центрове на кристализация (фиг. 24, 1). Когато водата се оттегли в долни етажи и езерата пресъх­нат, бисерите остават да лежат на техните дъна – там, къ­дето са се родили. Друг тип пещерни бисери се образуват под действието на капещата вода. В егутачните ямки винаги мо­же да има парченца от скалата или други твърди частици, паг- нали отгоре. Капките падат върху тях, обливат ги, завъртват ги и ги преобръщат. Скоро върху тези удобни зародиши за­почва да се отлага калцитно вещество и те наедряват. Форма­та на зародиша е най-различна. При наслояване обаче тя се закръгля, но в общи линии запазва първоначалния си харак­тер. Образуваните по този начин пещерни бисери се наричат порцеланови. Повърхността им е бляскава и гладко полирана

поради движението, което из­вършват под действие на ка­пещата вода. В една егутачна ямка могат да се образуват наведнъж повече бисери, а понякога и да се споят в агрегати.
В живота на пещерните перли настъпва момент, ко­гато престават да растат. Това става след прекъсване на подхранващия ги източник от вода. Тогава започва про­цесът на стареенето. Този процес се отнася за всички образувания в пещерата. В тях настъпват прекристализации на калциевото вещество.

Във всеки слой или група от слоеве се формират микроскопични галциеви кристалчета. Някои от по-големите образувания при стареенето се напукват, а върху други се образува обвивка от остри, едва забележими арагонитни иглици.

Източници: Христо Д. Делчев, к.б. н, Спалеология и пещерно дело


line