Пещеры

ПЕЩЕРЫ (а. caves, caverns; н. Kavernen, Hohlraume; ф. cavernes, grottes; и. cuevas, cavernas) — естественные подземные полости, сообщающиеся с поверхностью Земли одним или несколькими отверстиями. Они могут быть заполнены воздухом или другим газом, водой, частично твёрдыми отложениями. По происхождению пещеры подразделяются на первичные и вторичные. Первичные пещеры сингенетичны тектоническим породам: газовые пузыри и тоннели в лавах, полости в рифах и известковых туфах, пещеры гидратации в гипсо-ангидритах; вторичные пещеры — результат геологических процессов, проявляющихся в сформировавшейся породе или леднике: пещеры выветривания, выщелачивания, выдувания, суффозионные, абразионные на берегах морей, карстовые (см. Карст), гидротермальные, гляциальные в ледниках. Наиболее распространены карстовые пещеры. Искусственными пещерами называются заброшенные горные выработки, сходные с естественными, а также высеченные в породах помещения, главным образом средневековые пещерные города (например, Вардзиа в Грузии и Чуфут-Кале в Крыму).

Пещеры состоят из расширенных (галереи, гроты, залы) и узких (проходы, ходы) участков, иногда образующих сложные системы. Наиболее протяжёнными являются карстовые пещеры, образованные в результате деятельности подземных вод в трещиноватых относительно хорошо растворимых природными водами породах: известняках, доломитах, гипсах, ангидритах, каменной соли (табл. 1).

По положению в пространстве пещеры разделяются на вертикальные (шахты, пропасти), наклонные, горизонтальные (рис. 1).

В мире исследовано 26 шахт глубиной более 1 км.

Некоторые пещеры представляют сочетание шахт, горизонтальных и наклонных галерей (Пьер-Сен-Мартен). Форма, ориентировка, размеры, этажность галерей отражают литологический состав пород, условия их залегания, трещиноватость, разрывные нарушения, движения земной коры. В известняках залы достигают огромных размеров, например зал "Верна" в пещере Пьер-Сен-Мартен имеет объём около 3,4 млн. м³, зал "Грузинских спелеологов" в Новоафонской пещере (CCCP) — 0,9 млн. м³. В гипсах узкие галереи образуют по трещинам иногда сложные решётчатые системы, например пещеры Оптимистическая, Озёрная, Золушка (CCCP).

В своём развитии пещеры проходят ряд этапов. На современном этапе они могут находиться выше уровня карстовых вод (сухие пещеры) или в зоне их формирования (пещеры с озёрами, реками, пещеры-источники). В некоторых пещерах текут мощные водотоки, например расход подземной реки в пещере Шкопианской (Югославия) достигает 200 м/с, а колебания уровня воды — 114 м. На побережьях морей и островах известны пещеры, погружённые ниже уровня моря и заполненные водой, например Блу-Холс на острове Андрос (Багамские острова) на глубине до 60 м.

Для внутренних частей пещеры характерен особый микроклимат: отсутствие солнечного света, постоянство температур, высокая влажность, повышенная концентрация CO₂, застойный или ветровой воздухообмен. Температурный режим пещеры определяется их формой и географическим положением. В холодных пещерах скапливается сезонный или многолетний лёд в виде кристаллов, сталактитов, сталагмитов, колонн, коры обледенения, ледопадов. В CCCP известна Кунгурская ледяная пещера (Пермская область, Предуралье). Добшинская пещера (ЧССР) представляет ледяной мешок с мощностью льда до 25 м, объёмом 145 тысяч м³.

Пещеры — особая среда обитания организмов. Видовой состав фауны и флоры пещеры беден, показатель биомассы низкий. Фауна представлена беспозвоночными (около 460 видов), некоторыми земноводными (протей), пещерными рыбами. Для постоянных обитателей пещеры — троглобионтов — характерны депигментация, слепота, иногда гигантизм, замедленный обмен веществ. В некоторых пещерах сезонно живут стаи летучих мышей (рукокрылых), например в Бахарденской пещере (Копетдаг, Туркменской CCP) летом поселяется около 40 тысяч особей. В связи со стабильностью условий существования уцелели представители древних фаун. В пещеры одновременно протекают геологические процессы разрушения (коррозия, эрозия, выветривание, обрушение) пород, осадконакопления и минералообразования. Отложения пещеры представлены подземными элювием, делювием, обвально-осыпными (гравитационными) осадками, отложениями рек и озёр, вторичными водными хемогенными образованиями, льдом, органическими и антропогенными (культурные слои). В большей части пещер господствуют низкотемпературные условия минералообразования, в некоторые пещеры проникают рудообразующие гидротермальные растворы. Наиболее распространены кальцит, арагонит, гипс. Вторичные хемогенные формы представлены контролируемым потоком воды кальцитовыми натёками — сталактитами, сталагмитами, занавесями, колоннами и т.п. Арагонитовые "цветы" заполняют гнёзда в мраморизованных известняках пещерах Охтинская (ЧССР), открытой при проходке штольни. В Гаурдакской пещере (CCCP), расположенной в известняках, гипсоангидритах и серных рудах юры частично ниже подошвы серной залежи, описаны гипсовые сталактиты, сталагмиты, коры; в зоне окисления серных пород — ярозит, галлуазит, сера в виде "горного молока". В некоторых галереях выявлена ртутная сульфидная минерализация. В пещерах встречаются оптический кальцит и гипс, мраморный оникс. В двенадцати пещерах Алтае-Саянской складчатой области запасы оникса в осыпях оцениваются в 300 т. Охра в известняковых и конгломератовых пещерах местами образует скопления в десятки тысяч тонн.

Органогенные отложения: гуано, кости, костяные брекчии, фосфоритовые земли и метасоматические фосфориты используются как удобрения. Фосфориты разрабатывались в пещерах Австрии, Румынии, Вьетнама, США, Кубы и др. Селитра извлекалась из некоторых пещер США. В прошлом её добывали для приготовления пороха (в пещерах Грузии, Алтая). Мумиё пещеры является природным медицинским сырьём. В Западном и Южном Тянь-Шане известно более 60 пещер с мумиё, площадь развития которого более 365 м².

Древние карбонатные толщи с пещерными горизонтами могут быть нефти и газа коллекторами нефти и газа, например на месторождении Хобс (Пермский бассейн США) при фонтанировании скважины был выброшен сталактит. Заполнители пещеры создают радиальные неоднородности в породах. 

Пещеры используются человеком с древнейших времён (табл. 2 а). В них сохранились следы пребывания и обитания человека — костные остатки, орудия труда и быта, скульптурные и наскальные изображения. Отпечатки на глине ступней древних людей обнаружены в пещерах Румынии, Франции (Монтеспань, Аллен и др.), Италии (Басуа). В пещерах начинается история искусств. Впервые росписи палеолита были открыты в пещерах Альтамира (Испания). Широко известна позднепалеолитическая наскальная живопись Каповой пещеры (Башкирская ACCP), где выявлено около 40 красочных изображений мамонтов, лошадей, носорога, бизона и др.

Один из основных видов использования пещеры — подземный туризм. Всего на Земле к началу 80-х гг. было более 800 туристских пещер, которые ежегодно посещало 26 млн. человек. Более 500 тысяч человек в год бывает в пещерах Новоафонская (CCCP), Постойнска-Яма (Югославия), Флинт-Мамонтовая (США), Акиёси (Япония), Хаймкеле, Барбаросса (ГДР). В туристских комплексах оборудуют железные дороги, концертные залы; в пещерах с благоприятным климатом создают подземные санатории. Перспективной становится спелеомедицина, рекомендации которой учитываются при разработке оптимального режима труда и отдыха под землёй.

В ряде пещер — Мули (Франция), им. Имре Ваша (Венгрия), Клосани (Румыния), Флинт-Мамонтовой (США) — функционируют научные лаборатории, где ведутся геологические, гидрогеологические, биологические и другие наблюдения. В CCCP комплекс научных исследований осуществляется в пещерах Кунгурской, Новоафонской, Озёрной, Оптимистической и др. Пещеры избраны местом проведения медико-биологических экспериментов с целью изучения физиологических механизмов адаптации, биологических ритмов, влияния длительности изоляции на организм человека, находящегося в экстремальных условиях.

Пещеры представляют интерес для специалистов разных областей науки: геологов, горняков, гидрогеологов, биологов, археологов, историков, медиков и др. Пещеры являются объектом исследования спелеологии.