О процессах образования пещер можно написать толстенную книгу. Предлагаю не слишком долго, строго и заумно поговорить о наиболее типичных геологических процессах, приводящих к образованию пещер и возможных на большей части территории страны, в том числе и на Восточно-Европейской равнине.
Необходимо, правда, заметить, что известны десятки примеров открытий обширных подземных систем в тех местах, где существование их геологи не только теоретически не предполагали, но и почти "запрещали", — и все же знание основных законов возникновения и развития пещер просто необходимо для их осмысленного поиска и прохождения.
…Гуляли ли вы по дну моря? Я имею в виду пешком, без акваланга или водолазного шлема? Как ни странно, утвердительно на этот вопрос может ответить практически каждый из нас. Почти по всей России под сравнительно тонким слоем почвы и сформировавшихся в ледниковое время песчано-гравийных отложений скрываются многометровые толщи осадочных пород: мел, доломиты, различные известняки… Все они состоят из карбоната кальция (СаСO2) и образовались примерно одинаково: на дно древних морей падали раковины микроскопических (и не только) морских организмов, постепенно скапливались мощные их слои, под громадным давлением они трамбовались, спрессовывались и за десятки и сотни миллионов лет превращались в монолитный камень…
Та самая известняковая щебенка, добываемая на многочисленных карьерах и широко применяемая в строительстве, представляет собой, можно сказать, окаменевший ил древнего моря. Убедиться в этом несложно: вероятно, многим случалось находить в кучах щебня куски окаменевших раковин, кораллов, морских лилий и других обитателей древних морей. Почти весь Центральный округ: Московская, Тульская, Калужская, Орловская, Тверская области — стоит на известняках каменноугольного периода (их возраст от 250 до 350 миллионов лет), в Северо-Западном округе эта же порода сформировалась в более древние времена — почти полмиллиарда лет назад… Большая часть Черноземья и Поволжья, наоборот, покрыта породами более близкого мелового периода, отложившимися в эпоху динозавров — примерно за 50—100 миллионов лет до наших дней.
Впрочем, с точки зрения спелеологии важно не происхождение залегающих у нас под ногами горных пород, а практический вопрос: допускают ли их физико-химические свойства образование полостей, то есть пещер?
Ответ в нашем случае более чем оптимистичен: именно в карбонатных породах, прежде всего в известняках, как раз и находятся все самые протяженные, глубокие и красивые пещеры земного шара. Как же они возникают? Главную роль в этом играют обычно два процесса: механический и химический.
Прежде всего Земля наша "дышит": постоянно случаются микроземлетрясения, подвижки, смещение слоев… При этом известняки пронзают вертикальные трещины. Ширина их различна: от микроскопической — до десятков сантиметров, и даже метров! Варьирует и высота: известняки — порода слоистая, прочность их на разной глубине сильно меняется, соответственно и трещины то сужаются, то расширяются, то ветвятся…
Особенно часто ломаются высокие и крутые берега рек под действием силы тяжести. Нависающая часть монолита стремиться отделиться от основного массива, что постепенно и происходит: образуется, как говорят геологи, "трещина бортового отпора", тянущаяся параллельно берегу иногда на сотни метров. При этом, если береговой склон высокий, разлом может пройти достаточно далеко — и в тридцати метрах, и дальше… Постепенно отколовшаяся часть окончательно оторвется и в виде оползня сползет в пойму, берег сдвинется, и процесс отрыва его части может начаться снова… Конечно, развитие трещин отпора происходит медленно, за тысячелетия, так что, гуляя по сложенным карбонатными породами крутым берегам, можно не опасаться, что земля вдруг разверзнется под ногами и уплывет… Тем более что с поверхности такие разломы заметить может обычно только наметанный глаз геолога или спелеолога: ведь сверху они, как правило, завалены обрушившимися глыбами, которые в свою очередь скрыты почвой, "армированной" корнями деревьев и кустарников.
По сути, широкие и достаточно глубокие трещины уже сами по себе являются пещерами, и лазать по ним иногда очень интересно. Вот только попасть в них не просто: хотя спелеообъекгы эти очень распространены, найти проходимый для человека лаз обычно не удается. Лишь иногда трещинные пещеры вскрываются при обрушении подмытых водой берегов, в ходе горных работ, а изредка на самом коренном берегу удается проход отыскать…
Но все же трещины — это мелочь! Серьезные пещеры в известняках образуются не при их механическом разрушении, а в результате химического растворения под влиянием карстовых процессов.
…Не исключено, что кто-то из читателей помнит школьный опыт: через мутную от взвеси карбоната кальция воду пропускают углекислый газ, и при этом постепенно вода светлеет — соли кальция растворяются. В природе часто есть все необходимое, чтобы ставить аналогичные (с точки зрения протекающих химических реакций) опыты в широких масштабах.
В самом деле — проблемы с водой редко где существуют, углекислый газ в воздухе всегда присутствует — соответственно и в природной воде он содержится (дождь ведь льет не в безвоздушном пространстве). Текущая в ручьях по прелым листьям вода дополнительно насыщается и другими органическими газами, также делающими ее хотя и не сильным, но растворителем карбонатов. А известняки, над которыми текут реки и ручьи, дождевые и вешние потоки, состоят как раз из них… И воды не только стекают по поверхности, "пропиливая" глубокие каньонообразные овраги, но и попадают в пронзающие известняковые массивы трещинки, даже самые микроскопические. Естественно, что стенки их при этом постепенно разъедаются, трещины расширяются, пропуская все большие объемы воды, — соответственно увеличивается и масса растворяемой породы…
Как уже говорилось, известняки залегают неоднородными слоями, свойства их, в том числе и растворимость, различны. Достигнув более твердого слоя, подземный поток может изменить направление, какое-то время течь почти горизонтально, вдоль слоя, а дойдя до новой трещинки, вновь повернуть вниз. Подземное русло может раздвоиться и расстроиться, может изогнуться — это зависит от расположения трещин и прочности породы в данном месте массива. Примерно так и образуются запутанные лабиринты многоэтажных карстовых пещер. Конечно, в естественных условиях камень растворяется куда медленнее, чем в школьном опыте (концентрация углекислоты в воде все же низкая), но у природы в запасе тысячи и миллионы лет…
Но ведь до центра земли вода течь не может! Правильно. И растворять карбонаты до бесконечности также не способна, иначе их бы вообще на планете не осталось. Для того чтобы пещера росла, раствор должен не просто заполнить трещину, а течь через нее, найдя где-то выход на поверхность. Обычно примерно на уровне воды в ближайшей крупной реке подземный поток меняет свое направление на горизонтальное. Нижний этаж карстовой полости в большинстве случаев представляет собой длинную галерею: сухую, если пещера древняя и "мертвая", или с текущим по ней водным потоком в случае "живой" и растущей. Воды подземных ручьев где-то на склоне выбиваются на поверхность в виде карстового источника. Наиболее мощные выходы пещерных рек называются воклюзами. Название пошло от "классического" выхода подземной реки во Франции.
