|
Пещера — полость в верхней части земной коры, сообщающаяся с поверхностью одним или несколькими входными отверстиями [Маруашвили, 1969; БСЭ; Щукин, 1980; Monkhouse, 1970]. Наиболее крупные пещеры — сложные системы проходов и залов, нередко суммарной протяженностью до нескольких десятков километров. Пещеры — объект изучения спелеологии. Немалый вклад в изучение пещер делают спелеотуристы.
Пещеры по их происхождению можно разделить на пять групп: тектонические, эрозионные, ледовые, вулканические и, наконец, самая большая группа — карстовые. Пещеры в привходовой части, при подходящих морфологии (горизонтальный просторный вход) и расположении (близко к воде) использовались древними людьми в качестве удобных жилищ.
Таких пещер большинство. Именно карстовые пещеры имеют наибольшую протяжённость и глубину. Карстовые пещеры образуются вследствие растворения пород водой, поэтому они встречаются только там, где залегают растворимые породы: известняк, мрамор, доломит, мел, а также гипс и соль. Известняк, а тем более мрамор, растворяется чистой дистиллированной водой очень плохо. В несколько раз растворимость повышается, если в воде присутствует растворённый углекислый газ (а он всегда присутствует в природной воде), однако всё равно известняк растворяется слабо по сравнению, скажем, с гипсом или, тем более, солью. Но оказывается, что это положительно сказывается на образовании протяжённых пещер, поскольку гипсовые и соляные пещеры не только быстро образуются, но и быстро разрушаются.
Огромную роль при образовании пещер играют тектонические трещины и разломы. По картам исследованных пещер очень часто можно видеть, что ходы приурочены к тектоническим нарушениям, которые прослеживаются на поверхности. Также, разумеется, для образования пещеры необходимо достаточное количество водных осадков, удачная форма рельефа: осадки с большой площади должны попадать в пещеру, вход в пещеру должен располагаться заметно выше того места, куда разгружаются подземные воды, и т. п.
Эволюция карстовых процессов и их химизм таковы, что часто вода, растворив минеральные вещества горных пород (карбонаты, сульфаты), через некоторое время откладывает их на сводах и стенах пещер в виде массивных кор толщиной до метра и более (пещерный мраморный оникс) или особенных для каждой пещеры ансамблей минеральных агрегатов пещер[1], образуя сталактиты, сталагмиты, геликтиты, драпировки и иные специфические карстовые минеральные формы — натёчные образования.
В последнее время всё больше пещер открывается в породах, традиционно считавшихся некарстующимися. Например, в песчаниках и кварцитах столовых гор тепуи Южной Америки были открыты пещеры Абисмо Гай Коллет глубиной −671 м (2006 г), Куэва Охос де Кристал (Cueva Ojos de Cristal) протяжённостью 16 км (2009 г). По всей видимости, эти пещеры имеют также карстовое происхождение. В жарком тропическом климате при определённых условиях кварцит может растворяться водой[2].
Такие пещеры могут возникать в любых породах в результате образования тектонических разломов. Как правило, такие пещеры встречаются в бортах глубоко врезанных в плоскогорье речных долин, когда огромные массивы породы откалываются от бортов, образуя трещины отседания (шерлопы). Трещины отседания обычно с глубиной сходятся клином. Чаще всего они заваливаются рыхлыми отложениями с поверхности массива, но иногда образуют довольно глубокие вертикальные пещеры глубиной до 100 м. Шерлопы широко распространены в Восточной Сибири. Изучены они сравнительно слабо и, вероятно, встречаются весьма часто.
Пещеры, образуемые в нерастворимых породах за счёт механической эрозии, то есть проработанные водой, содержащей крупинки твёрдого материала. Часто такие пещеры образуются на берегу моря под действием прибоя, но они невелики. Однако, возможно образование и пещер, проработанных по первичным тектоническим трещинам уходящими под землю ручьями. Известны довольно крупные (сотни метров длиной) эрозионные пещеры, образованные в песчаниках и даже гранитах.
Пещеры, образуемые в теле ледников талой водой. Такие пещеры встречаются на многих ледниках. Талые ледниковые воды поглощаются телом ледника по крупным трещинам или на пересечении трещин, образуя ходы, иногда проходимые для человека. Длина таких пещер может составлять несколько сот метров, глубина — до 100 м и более. В 1993 г. в Гренландии был обнаружен и исследован гигантский ледниковый колодец «Изортог» глубиной 173 м, приток воды летом в него составлял 30 м³/с и более[3].
Ещё один тип ледниковых пещер — пещеры, образуемые в леднике в месте выхода внутриледниковых и подледниковых вод на краю ледников. Талые воды в таких пещерах могут течь как по ложу ледника, так и по ледниковому льду.
Особый тип ледниковых пещер — пещеры, образуемые в леднике в месте выхода расположенных под ледником подземных термальных вод. Горячая вода способна проделывать объёмные галереи, однако такие пещеры залегают не в самом леднике, а под ним, поскольку лёд проплавляется снизу. Термальные ледниковые пещеры встречаются в Исландии, Гренландии и достигают значительных размеров.
Эти пещеры возникают при извержениях вулканов. Поток лавы, остывая, покрывается твёрдой коркой, образуя лавовую трубку, внутри которой по-прежнему течёт расплавленная порода. После того как извержение уже, фактически, закончилось, лава вытекает из трубки с нижнего конца, а внутри трубки остаётся полость. Понятно, что лавовые пещеры залегают на самой поверхности, и часто кровля обваливается. Однако, как оказалось, лавовые пещеры могут достигать очень больших размеров, вплоть до 65.6 км длины и 1100 м глубины (пещера Казумура, Гавайские острова).
Самая протяжённая в мире Мамонтова пещера (США) — карстовая, заложена в известняках. Она имеет суммарную протяжённость ходов более 500 км. Самая протяжённая пещера в гипсах — Оптимистическая, на Украине, протяжённостью более 200 км. Образование таких протяжённых пещер в гипсах связано с особым расположением пород: пласты гипса, вмещающие пещеру, перекрыты сверху известняками, за счёт чего своды не обрушиваются. Известны пещеры в каменной соли, в ледниках, в застывшей лаве и т.п.
Самая протяжённая пещера России — пещера Ботовская, свыше 60 км длиной, заложена в известняке, находится в Иркутской области, бассейн р. Лены. Немного уступает ей Большая Орешная — карстовая пещера в конгломератах в Красноярском крае. Самые глубокие пещеры планеты тоже карстовые: Крубера-Воронья (−2191 м), Снежная (−1753 м) в Абхазии. В России глубже всех пещера Горло Барлога (−900 м) в Карачаево-Черкесии. Все эти рекорды непрерывно меняются, неизменно лишь одно: лидируют карстовые пещеры.
Глубиной пещеры называют разность высот между входом (самым верхним из входов, если их несколько) и самой нижней точкой пещеры. Если в пещере существуют ходы, расположенные выше входа, используют понятие амплитуды — разность уровней между низшей и высшей точкой пещеры. Согласно оценкам, максимальная глубина залегания ходов пещер под поверхностью (не путать с глубиной пещеры!) может составлять не более 3000 метров: глубже любую пещеру раздавит вес вышележащих горных пород[5]. Самой глубокой пещерой, куда спускался человек, в настоящее время является пещера Крубера-Воронья глубиной 2191 м. Первой обследованной пещерой глубиной более 1000 метров стала французская пропасть Берже, считавшаяся самой глубокой в мире с открытия в 1953 году до 1963 года.
| Пещера | Глубина, м | Длина, м | Местоположение | |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Крубера-Воронья | -2191[6] | 16 058 | Абхазия |
| 2 | Сарма | -1760[7] | 13 000 | Абхазия |
| 3 | Снежная | -1753[8] | 24 080 | Абхазия |
| 4 | Лампрехтсофен | -1632 | 50 000 | Австрия |
| 5 | Мирольда | -1626 | 13 000 | Франция |
| 6 | Жан-Бернар | -1602 | 20 536 | Франция |
| 7 | Торка-дель-Серро | -1589 | 7060 | Испания |
| 8 | Пантюхинская | -1508 | 5530 | Абхазия |
| 9 | Сима де ла Корниза | -1507 | 6445 | Испания |
| 10 | Чеки-2 | -1502 | 5291 | Словения |
| Пещера | Длина, м | Глубина, м | Местоположение | |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Мамонтова | 627 644 | -115,5 | США |
| 2 | Джевел | 257 495 | -192,6 | США |
| 3 | Оптимистическая | 236 000 | -15,0 | Украина |
| 4 | Окс-Бель-Ха | 2333 086 | -34,7 | Мексика |
| 5 | Уинд | 222 234 | -193,9 | США |
| 6 | Сак-Актун | 217 363 | -77,6 | Мексика |
| 7 | Лечугия | 209 601 | -488,9 | США |
| 8 | Хёллох | 198 190 | -938,6 | Швейцария |
| 9 | Фишер-Ридж | 189 524 | -108,5 | США |
| 10 | Гуа-Эир-Джерних | 189 072 | -355,1 | Малайзия |
Хотя живой мир пещер, как правило, не очень богат (исключая привходовую часть, куда попадает солнечный свет), тем не менее, некоторые животные обитают именно в пещерах или даже только в пещерах. Прежде всего, это летучие мыши, многие их виды используют пещеры как ежедневное укрытие или для зимовки. Причём летучие мыши залетают подчас в весьма удалённые и труднодоступные уголки, прекрасно ориентируясь в узких лабиринтовых ходах.
Помимо летучих мышей, в некоторых пещерах в районах с тёплым климатом обитают несколько видов насекомых, пауки (Neoleptoneta myopica), креветки (Palaemonias alabamae) и другие ракообразные, саламандры и рыбы (Amblyopsidae). Пещерные виды адаптируются к полной темноте, причем многие из них утрачивают органы зрения и пигментацию. Зачастую эти виды очень редкие, многие из них эндемики.
Первобытные люди использовали пещеры по всему миру в качестве жилища. Ещё чаще в пещерах селились животные. Множество животных погибло в пещерах-ловушках, начинающихся с отвесных колодцев. Крайне медленная эволюция пещер, постоянный их климат, защищённость от внешнего мира сохранили до нас огромное количество археологических находок. Это пыльца ископаемых растений, кости давно вымерших животных (пещерный медведь, пещерная гиена, мамонт, шерстистый носорог), наскальные рисунки древних людей (пещеры Капова на Южном Урале, Дивья на Северном Урале, Тузуксу в Кузнецком Алатау), орудия их труда (пп. Страшная, Окладникова, Каминная на Алтае[10]), человеческие останки разных культур, в том числе неандертальцев, возрастом до 50-200 тысяч лет (пещера Тешик-Таш в Узбекистане, Денисова пещера на Алтае, Кро-Маньон во Франции и многие другие).
Пещеры, возможно, играли роль современных кинотеатров[11].
Самая глубокое карстовое озеро - Церек-Кель на Кавказе (258 метров). Вода, как правило, находится во многих пещерах, а карстовые пещеры обязаны ей своим происхождением. В пещерах можно встретить капель, ручьи и реки, озёра и водопады. Сифоны в пещерах часто усложняют передвижение, требуют специального снаряжения и особой подготовки. Нередко встречаются подводные пещеры.
В большинстве пещер воздух пригоден для дыхания вследствие естественной циркуляции, хотя встречаются пещеры, в которых находиться можно только в противогазах. Например, воздух могут испортить залежи гуано.
Различают механические (глина, песок, галька, глыбы) и хемогенные отложения (сталактиты, сталагмиты и т. п.).
Некоторые пещеры оборудованы для посещения экскурсионными группами (т.н. showcaves[12]). Для этого в части пещеры, наиболее просторной и богатой натёчными образованиями, прокладывают пешеходные дорожки, лесенки, мостики, создаётся электрическое освещение; в некоторых случаях, если входная часть пещеры представляет собой технически сложный участок, пробиваются тоннели. На территории бывшего СССР наиболее известны пещеры Мраморная в Крыму, Кунгурская на Урале, Новоафонская в Абхазии.
Кроме Земли, пещеры обнаружены на Луне[13][14] и Марсе[15].
В пещерах обустраивали жилище многие святые аскеты. Позднее на этих местах основывались монастыри и Лавры:
Святые аскеты, которые жили в пещерах:
Многие народы устраивали жилища в пещерах, так как их было легко поддерживать в чистоте и сохранять постоянную температуру в течение всего года[16].
Во многих лечебных учреждениях работают кабинеты под названием «соляные пещеры». Стены в них выложены кирпичами калийной соли, и пациенты проводят в них некоторое время, слушая музыку и получая лечебный эффект.
Известны пещеры ужасов в составе луна-парков, кафе и бары, отделанные под пещеру.
Помимо пещер, имеющих выход на поверхность и доступных для непосредственного изучения человеком, в земной коре существуют замкнутые подземные полости. Самая глубокая подземная полость (2952 метра) была обнаружена бурением на побережье Кубы. В Родопских горах подземная полость была обнаружена на глубине 2400 метров при бурении. На Черноморском побережье в Гаграх бурением были обнаружены подземные пустоты на глубине до 2300 метров[5].
Карстовая пещера.
