Карст

Географическое положение России

Россия представляет собой крупнейшую страну мира, территорию которой можно  сравнить с целым континентом Южной Америки. Территория страны расположена в северо-восточной части Евразии. Одну третью часть материка занимает европейская часть России, а свыше двух третьих территории страны располагается на азиатской части Евразии. Площадь российского государства составляет 17,1 миллионов км2.

Крайней северная точкой России выступает расположенный на острове Рудольфа мыс Флигели, крайней южной точкой считается граница Дагестана с Азербайджаном, расположенная на гребне хребта Большого Кавказа. На острове Ратманова расположена крайняя восточная точка страны, а вблизи города Калининград находится крайняя западная точка.

В пределах территории России распространены одиннадцать часовых поясов.

Протяжность границ России в общем составляет около 60 тысяч километров, большую часть из которых занимают морские границы. Западная и южная границы в большей степени сухопутные, а северная и восточная – морские. Значительная часть морских границ простирается на севере по морям Северного Ледовитого океана, а на востоке – Тихого океана.

Что такое карст

Карст – это немецкое слово, диалектически трансформированное название словенского известнякового плато Крас. Так называют совокупные явления и процессы, обусловленные деятельностью вод, проявляющиеся растворением горных пород и появлением в них пустот. Этим же термином обозначают специфические рельефные формы на местностях, где породы относительно легко растворяются водой. К таким породам относятся гипс, известняк, доломит и прочие минералы.

Красное озеро в Хорватии

В результате растворения пород формируются специфические рельефные формы:

1. Карры – небольшие трещины (глубиной до 2 м) в форме канав и борозд. Отмечаются преимущественно на известняковых породах.
2. Поноры – некрупные, но глубокие отверстия, накапливающие воду.
3. Рвы – расположенные вдоль склоновой бровки образования, связанные с трещинами откоса. Глубина до 30 м, ширина до 50 м, длина до 2 км.
4. Овраги – внешне не отличаются от рвов, но расположены перпендикулярно склону.
5. Каньоны – глубоко погруженные речные долины, нередко имеющие непостоянный сток.
6. Ниши – склоновые углубления, отличающиеся от пещер меньшей протяженностью.
7. Воронки – замкнутые углубления в рельефе, диаметр которых не превышает 100 м. Бывают в форме чаши, конуса, цилиндра.
8. Котловины – замкнутые или частично замкнутые низменности с более или менее ровным дном и крутыми склонами. Форма обычно круглая, овальная или неправильная. Диаметр превышает 100 м, глубина больше 10 м.
9. Положительные формы рельефа – холмы, столбы, гористые участки. Высота до 100 м, диаметр до 500 м.
10. Подземные формы рельефа. К ним относятся:
    • каверны – небольшие (до нескольких сантиметров) округлые полости в земле;
    • колодцы и пропасти – устремленные вертикально вглубь земли каналы с отвесными стенами (диаметр от 1 м, глубина от 10 м);
    • пещеры – сложно соединенные подземные полости разнообразной формы, нередко включающие водоемы и водотоки.

Пещера

Существуют формы, похожие на карст, но им не являющиеся. Это псевдокарст, к которому относятся:

1. Термокарст – пустоты в земле, образованные таянием льда. Явление наблюдается в областях вечной мерзлоты.
2. Глинистый карст – провалы, появляющиеся в покрытых трещинами карбонатных суглинках и глинах.

Термокарст

Карст как явление

Карст представляет собой комплекс явлений и процессов, результатом которых является возникновение поверхностных и глубинных пустот в растворимых водою горных породах. Как вытекает из определения, под карстом понимают не только процесс растворения, но и его результат – образование специфических карстовых форм рельефа.

Необходимыми условиями развития карста являются наличие  толщи растворимых пород и наличие вод. Активному протеканию карстовых процессов способствует также пористость и трещиноватость, обеспечивающая интенсивное движение вод в массиве растворимых пород.

Наиболее распространён карбонатный карст, развивающйися  в карбонатных  (известняки, доломиты, мел и пр.) породах. В пределах материков обнажённые и погребённые карстующиеся карбонатные породы занимают до 40 млн. км2. Не случайно французский исследователь Э. Мартель предлагал называть карстовые процессы «явлениями в известняках». Примечательно, что карбонат кальция в дистиллированной воде практически нерастворим. Для растворения карбонатов необходимо присутствие в воде углекислого газа, реакция в общем виде может быть описана формулой

 СаСО₃(твёрд)+Н₂О+СО₂=Са2++2НСО₃—

Активному растворению карбонатов способствует  наличие в водах минеральных или органических кислот, поступающих из почв.

Из некарбонатного карста в природе довольно широко распространён сульфатный карст (гипсово-ангидритовый), развитый на площади около 7 млн. км2, и соляной – до 4 млн. км2. Активность развития сульфатного карста в десятки раз превышает активность карбонатного, а соляной карст развивается ещё энергичней. Растворение этих пород протекает напрямую, без участия углекислоты и других химических соединений. Но из-за пластичности этих пород ограничена внутренняя циркуляция вод и наиболее активно процесс протекает на контакте с вмещающими породами, где циркуляция вод интенсивнее. Необходимо добавить, что благодаря высокой растворимости гипса, ангидрита и особенно каменной и других легкорастворимых солей при замедленном водообмене происходит быстрое насыщение воды растворённым веществом, и процесс выщелачивания приостанавливается. Интенсивность развития карста в этих породах определяется главным образом скоростью фильтрации вод.

Пустоты, сходные с карстовыми, возникают и в других горных породах, что позволяет выделять ряд явлений, традиционно относимые к карстовым, например, глиняный карст — пустоты, возникающие в процессе суффозии глинистого вещества подземными водами, термокарст — растворение льда в зонах вечной мерзлоты и др.

Основные формы рельефа земной коры

Горы, холмы, плато и равнины являются четырьмя основными типами рельефа. Незначительные формы рельефа включают в себя останцы, каньоны, долины, бассейны, котловины, хребты, седловины, лощины и др.

Горы

Гора представляет собой крупный рельеф, который простирается над окружающей землей в ограниченной области, обычно в виде пика или горной системы. Гора обычно круче и выше холма. Горы формируются посредством тектонических сил или вулканизма. Эти силы могут локально поднимать поверхность Земли. Горы медленно разрушаются благодаря действию рек, погодных условий и ледников. Несколько гор являются отдельными вершинами, но большинство из них встречается на огромных горных хребтах.

На вершинах высоких гор более холодный климат, чем на уровне моря. Погодные условия сильно влияют на экосистемы гор: для разных высот присуще различие флоры и фауны. Из-за менее благоприятного ландшафта и климата, горы, как правило, используются меньше для сельского хозяйства и больше для добычи природных ресурсов и отдыха, такого как альпинизм.

Холмы

Холмы — это форма рельефа, которая выступает над окружающей местностью. Их отличительной особенностью, как правило, является округлая или овальная вершина.

Нет четко принятого во всем мире различия между холмом и горой и в значительной степени оно субъективное, однако холм повсеместно считается менее высоким и менее крутым, чем гора. Большая советская энциклопедия определяет холм как возвышенность с относительной высотой вершины до 200 м.

Плато

Плато представляет собой плоский, приподнятый рельеф, который резко поднимается над окружающей местностью, по меньшей мере с одной стороны. Плато расположены на каждом континенте и занимают треть суши нашей планеты и являются одной из основных форм рельефа Земли.

Есть два вида плато: расчлененное и вулканическое.

Расчлененное плато образуется в результате восходящего движения в земной коре. Возвышение вызвано медленным столкновением тектонических плит.

Долина образуется, когда речная вода прорезает плато. Колумбийское плато, расположенное между Каскадными и Скалистыми горами на северо-западе Соединенных Штатов, прорезано рекой Колумбия.

Эрозия также формирует плато. Иногда оно настолько размывается, что разбивается на более мелкие приподнятые участки.

Равнины

В географии равнина представляет собой ровную, широкую поверхность Земли, которая обычно не сильно изменяется по высоте (колебание в высоте не более 200 метров, а уклон менее 5°). Равнины встречаются как низменности вдоль горных долин, прибрежные равнины или небольшие возвышенности.

Равнина — одна из основных форм рельефа на нашей планете. Они присутствуют на всех континентах и ​​охватывают более одной трети суши мира. Равнины обычно бывают лугопастбищными (умеренными или субтропическими), степными (полузасушливыми), саванными (тропическими) или тундровыми (полярными) биомами. В некоторых случаях пустыни и тропические леса также могут быть равнинами.

Равнины включают луга, которые в Северной Америке называются прериями, в Восточной Европе и Азии — степями, а в Австралии, Южной и Центральной Америке, а также на большей части Африки — саваннами.

Однако не все равнины являются лугами. Некоторые из них такие, как мексиканская равнина Табаско, покрыты лесами. Лесные равнины имеют разные типы деревьев, кустарников и другой растительности.

Пустыни также могут быть отнесены к равнинам. Часть Сахары, великой пустыни в Северной Африке, имеет равнинный рельеф.

В Арктике, где земля замерзает, равнины называются тундрой. Несмотря на холод, здесь выживают многие животные и растения, включая кустарники и мох.

Основные формы рельефа

Несмотря на большое разнообразие неровностей земной поверхности, можно выделить основные формы рельефа: гора, котловина, хребет, лощина, седловина.

• Гора (или холм) — это возвышенность конусообразной формы. Она имеет характерную точку — вершину, боковые скаты (или склоны) и характерную линию — линию подошвы. Линия подошвы — это линия слияния боковых скатов с окружающей местностью. На скатах горы иногда бывают горизонтальные площадки, называемые уступами.
• Котловина — это углубление конусообразной формы. Котловина имеет характерную точку — дно, боковые скаты (или склоны) и характерную линию — линию бровки. Линия бровки — это линия слияния боковых скатов с окружающей местностью.
• Хребет — это вытянутая и постепенно понижающаяся в одном направлении возвышенность. Он имеет характерные линии: одну линию водораздела, образуемую боковыми скатами при их слиянии вверху, и две линии подошвы.
• Лощина — это вытянутое и открытое с одного конца постепенно понижающееся углубление. Лощина имеет характерные линии: одну линию водослива (или линию тальвега), образуемую боковыми скатами при их слиянии внизу, и две линии бровки.
• Седловина — это небольшое понижение между двумя соседними горами; как правило, седловина является началом двух лощин, понижающихся в противоположных направлениях. Седловина имеет одну характерную точку — точку седловины, располагающуюся в самом низком месте седловины.
• Равни́ны — значительные по площади участки поверхности суши, дна морей и океанов, для которых характерны: незначительный уклон местности (до 5°) и небольшое колебание высот (до 200 м); которое если и достигает сотен метров, то эти изменения имеют место на большом протяжении. Что ведёт к тому, что высоты соседних точек мало отличаются друг от друга.

Существуют разновидности перечисленных основных форм, например, разновидности лощины: долина, овраг, каньон, промоина, балка и т. д. Иногда разновидности основных форм характеризуют особенности рельефа конкретного участка местности, например, в горах бывают пики — остроконечные вершины гор, ущелья, теснины, щеки, плато, перевал и т. д.

Вершина горы, дно котловины, точка седловины являются характерными точками рельефа; линия водораздела хребта, линия водослива лощины, линия подошвы горы или хребта, линия бровки котловины или лощины являются характерными линиями рельефа.

Рельеф Русской равнины

Русская равнина — одна из крупнейших по площади равнин мира. Среди всех равнин нашей Родины только она выходит к двум океанам. Россия расположена в центральной и восточной частях равнины. Она простирается от побережья Балтийского моря до Уральских гор, от Баренцева и Белого морей — до Азовского и Каспийского.

Русская равнина состоит из возвышенностей с высотами 200-300 м над уровнем моря и низменностей, по которым текут крупные реки. Средняя высота равнины — 170 м, а наибольшая — 479 м — на Бугульминско-Белебеевской возвышенности в приуральской части. Максимальная отметка Тиманского кряжа несколько меньше (471 м).

По особенностям орографического рисунка в пределах Восточно-Европейской равнины отчетливо выделяется три полосы: центральная, северная и южная. Через центральную часть равнины проходит полоса чередующихся крупных возвышенностей и низменностей: Среднерусская, Приволжская, Бугульминско-Белебеевская возвышенности и Общий Сырт разделены Окско-Донской низменностью и Низким Заволжьем, по которым протекают реки Дон и Волга, несущие свои воды на юг.

К северу от этой полосы преобладают низкие равнины. По этой территории текут крупные реки — Онега, Северная Двина, Печора с многочисленными многоводными притоками. Южную часть Русской равнины занимают низменности, из которых на территории России находится лишь Прикаспийская.

Русская равнина почти полностью совпадает с Восточно-Европейской платформой. Это обстоятельство объясняет её равнинный рельеф, а также отсутствие или незначительность проявлений таких стихийных явлений, как землетрясения, вулканизм. Крупные возвышенности и низменности возникли в результате тектонических движений, в том числе и по разломам. Высота некоторых возвышенностей и плоскогорий достигает 600—1000 метров.

На территории Русской равнины платформенные отложения залегают практически горизонтально, но мощность их местами превышает 20 км. Там, где складчатый фундамент выступает на поверхность, образуются возвышенности и кряжи (например, Донецкий и Тиманский кряжи). В среднем высота Русской равнины составляет около 170 метров над уровнем моря. Наиболее низкие участки на побережье Каспия (его уровень примерно на 26 метров ниже уровня Мирового океана).

Формирование рельефа Русской равнины обуславливается принадлежностью к плите Русской платформы и характеризуется спокойным режимом и низкой амплитудой новейших тектонических движений. Эрозионно-денудационные процессы, плейстоценовые покровные оледенения и морские трансгрессии создали основные черты рельефа в позднем кайнозое. Русская равнина подразделяется на три провинции.

Северорусская провинция выделяется по повсеместному распространению ледниковых и водно-ледниковых форм рельефа, сформированных ледниковыми покровами московского и валдайского времени. Преобладают пластовые низменности с останцовыми пластовомоно-клинальными и кряжевыми возвышенностями, с ориентировкой форм рельефа в северо-западном и северо-восточном направлениях, подчёркнутой рисунком гидросети.

Среднерусская провинция характеризуется закономерным сочетанием эрозионно-денудационных пластовых и моноклинально-пластовых возвышенностей и низменностей, ориентированных в меридиональном и субширотном направлениях. Часть её обширной территории покрывалась днепровским и московским ледниками. Низменные участки служили областями аккумуляции водно- и озёрно-ледниковых отложений, и на них сформировался рельеф полесий, иногда с существенной эоловой переработкой, с дюнными образованиями. На возвышенных участках и бортах долин широко развиты балки и овраги. Под чехлом рыхлых отложений четвертичного возраста сохранились реликты неогенового денудационно-аккумулятивного рельефа. На пластовых возвышенностях сохраняются выровненные поверхности, а на востоке и юго-востоке провинции – морские отложения древних трансгрессий Каспия.

Южнорусская провинция включает Ставропольскую пластово-моноклинальную плосковершинную возвышенность (до 830 м), группу островных гор (неогеновые субэкструзивные тела, г. Бештау – 1401 м и др.) в верховьях Кумы, дельтовые равнины рек Терек и Сулак Прикаспийской низменности, террасированную аллювиальную равнину в низовьях р. Кубань. Рельеф Русской равнины значительно изменён в результате хозяйственной деятельности человека.

Ранние исследования

Карст известняков в скульптуре в Шэньяне Императорский дворец , Шэньян , Китай

Янез Вайкард Вальвазор , пионер изучения карста в Словении и сотрудник Королевского общества по улучшению естественных знаний , Лондон , ввел слово карст к европейским ученым в 1689 году, описывая феномен подземных потоков рек в его счете Озеро Церкница .

Йован Цвиджич значительно продвинул знания о карстовых регионах настолько, что стал известен как «отец карстовой геоморфологии». В публикации Цвиича 1893 года « Das Karstphänomen», посвященной прежде всего карстовым регионам Балкан, описаны формы рельефа, такие как каррен, долины и поля . В публикации 1918 года Цвиджич предложил циклическую модель развития карстовых ландшафтов. Карстовая гидрология возникла как дисциплина в конце 1950-х — начале 1960-х годов во Франции. Ранее деятельность спелеологов, называемых спелеологами , считалась скорее спортом, чем наукой, а это означало, что подземные карстовые пещеры и связанные с ними водотоки с научной точки зрения малоизучены.

Карстовые формы

Процессы развития карста наиболее ярко проявлены в образовании различных карстовых форм, среди которых в первую очередь выделяют поверхностные и подземные формы.

Поверхностные формы представлены бороздами – каррами, а также различным замкнутыми углублениями: воронками, ваннами, котловинами, польями, слепыми (замкнутыми в нижнем конце) долинами и балками, а также естественными колодцами и шахтами.

Карры являются микроформами карстового рельефа и представляют собой рытвины и борозды, глубиной от нескольких см до 1-2 м. Борозды и разделяющие их гребни либо протягиваются почти параллельно друг другу, совпадая с направлением уклона рельефа или падения слоёв горных пород, либо располагаются хаотично, ветвятся и сливаются друг с другом. Образование карров связано с воздействием атмосферных осадков и талых снеговых вод, основную роль при этом играет выщелачивание, лишь на крутых склонах проявляется также и эрозия стекающими водными струями. Карры иногда покрывают обширные площади, образуя карровые поля.

Наиболее распространённой карстовой формой являются воронки. Они имеют разнообразную форму (конические, котлообразные, блюдцеобразные либо в виде ям неправильной формы) и размеры (диаметр от 1 до 200 м и глубину от 0,5 до 50 м). На дне воронок и других понижений встречаются поноры – вертикальные или наклонные глубокие отверстия щеле- или колодцеобразной формы, поглощающие поверхностные воды и отводящие их в глубину карстового массива. По происхождению воронки разделяются на воронки поверхностного выщелачивания, образующиеся за счёт выноса в растворённом состоянии выщелоченной на поверхности породы через поноры или трещины; и провальные воронки, образующиеся за счёт обвалов сводов подземных карстовых полостей.

За счёт слияния нескольких воронок образуются более крупные карстовые формы – котловины. Ещё более масштабными поверхностными карстовыми формами являются полья – обширные, иногда громадные формы (до сотен км2) с плоским дном и крутыми склонами, образующиеся за счёт слияния котловин. Глубина польев может достигать уровня грунтовых вод, из-за чего на их дне образуются временные или постоянные водоёмы, карстовые озёра (нередко полья частично подтапливаются только во влажный сезон, превращаясь во временные озёра.
В тропиках часто встречаются и положительные карстовые формы рельефа: башни, конусы, купола и т.п.

Карстовые колодцы и шахты являются переходными от поверхностных к подземным формам — это вертикальные или крутонаклонные полости, различающиеся между собой по глубине. К шахтам относятся полости глубже 20 м, и достигающие иногда сотен метров. Полости колодцев и шахт могут быть обязаны своим возникновением гравитационным (провальными) процессам, либо выщелачиванию водой карстующейся породы; нередко эти процессы сочетаются.

Типичными подземными формами являются карстовые пещеры. Обычно они имеют причудливые очертания, что обусловлено сложностью систем трещин (определяющих направление фильтрации растворяющих вод), их пересечением и неоднородностью состава карстующихся пород. Наиболее крупные карстовые пещеры возникают в зоне полного насыщения при заполнении трещинных зон напорными подземными водами.

Карстовые ландшафты

Карстовый ландшафт – скалистая местность с сухой, голой или имеющей скудный растительный покров поверхностью. Рельеф сложный, включающий карры, воронки, пещеры и прочие поверхностные и подземные объекты вымывания.

Карры

Карстовые ландшафты встречаются на всей планете, одни из них хорошо заметны, другие скрыты. Самое крупное по площади образование находится в Австралии – известняковая равнина Наллабор (200 тысяч км2). А самое глубокое формирование – достопримечательность Мексики. Это Пещера ласточек – провал диаметром 60 м и глубиной 370 м. Впадина настолько глубокая, что внутри нее сформирована своя атмосфера, образуются облака.

Борются с карстовым процессом, укрепляя дороги балочными конструкциями, засыпая пустоты песком или глиной, отводя поверхностные воды, перекрывая выход карстовой структуры непроницаемым для воды экраном.

Дальнейшее чтение [ править ]

• Форд, округ Колумбия, Уильямс, П., Карстовая гидрогеология и геоморфология , John Wiley and Sons Ltd., 2007, ISBN 978-0-470-84996-5 
• Дженнингс, Дж. Н., Геоморфология карста , 2-е изд., Блэквелл, 1985, ISBN 0-631-14032-8 
• Палмер, АН, пещерная геология , 2-е издание, пещерные книги, 2009, ISBN 978-0-939748-66-2 
• Свитинг, ММ , Karst Landforms , Macmillan, 1973, ISBN 0-231-03623-X 
• van Beynen, P. (Ed.), Karst management , Springer, 2011, ISBN 978-94-007-1206-5 
• Вермёлен, Дж. Дж., Уиттен, Т., «Биоразнообразие и культурные ценности в управлении ресурсами известняка в Восточной Азии: уроки Восточной Азии», Всемирный банк, 1999, ISBN 978-0-821345-08-5 

Суффозия

С карстовыми процессами нередко тесно связаны процессы суффозии, образуя карстово-суффузионные явления. Суффозия (от лат. suffosio – подкапывание, подмывание) – механический вынос тонких частиц водой, фильтрующейся в толще горных пород. Фильтрующаяся вода осуществляет работу двоякого рода: с одной стороны, она выщелачивает и уносит растворимые соли, с другой – производит механический вынос мельчайших частиц породы. В результате происходит разрыхление пород, образование подземных пустот, приводящих к обрушению и просадке сводов. Так в области развития лёссов на поверхности Земли наблюдаются формы, аналогичные типичным карстовым формам – воронки, замкнутые западины и т.п.

Изучение карстовых и карстово-суффузионных явлений имеет большое практическое значение.

С некоторыми карстовыми полостями связаны месторождения рудных полезных ископаемых. Источником рудных компонентов могут выступать как нерастворимые компоненты карстующегося массива (терра-росса на дне карстовых полостей), так и привнесённые в карстовые полости осадки с других рудных объектов. С карстовыми полостями связаны некоторые месторождения фосфоритов (карстовые фосфориты полуострова Флорида в США содержат до 35-40% P₂O₅), никелевых руд (на Урале такие руды одержат 1,5-2,5% Ni), бокситов, железа, марганца, ртути, сурьмы и пр.; отмечаются россыпи золота, касситерита, алмазов и другие полезные ископаемые.

Географическое расположение России относительно крупных форм рельефа

Большая часть территорий лежит на крупной Евразийской плите. Камчатка и побережье Магаданской области расположились на Охотоморской плите. Чукотский автономный округ раскинулся на Северо-Американской плите. Южные территории Сибири лежат в пределах Амурской литосферной плиты.

Платформой называют практически неподвижную часть земной коры. Восточно-Европейская равнина лежит на Русской платформе. Западно-Сибирская располагается на молодой Западно-Сибирской платформе. Среднесибирское плоскогорье относится к Сибирской платформе.

Тектоническая структура, отделяющая платформы друг от друга, именуется складчатым поясом. В его пределах образуются горы. Складчатости в истории формирования рельефа России:

• Байкальская;
• Каледонская;
• Герцинская;
• Мезозойская;
• Кайнозойская.

Каждая эпоха оканчивается образованием новых горных систем.