что такое карстовый человек
Карстовый процесс
Карстовый процесс
Необходимость проведения инженерно-геологических условий строительства в районах развития карстовых процессов и явлений очевидна. Своевременное и подробное изучение карстовых процессов и явлений в почвах может на этапе планирования сооружений с большой вероятностью предупредить опасные последствия строительных работ.
Из всех геологических процессов карстовые труднее всего спрогнозировать, они наиболее опасны, а развиваются сотни миллионов лет. Карстовые процессы – одни из наиболее тяжелопрогнозируемых опасных геологических процессов.
Особенность карстовых процессов заключается в том, что они существенно усложняют процесс строительства и эксплуатации зданий и сооружений, а также препятствуют рациональному использованию сельскохозяйственных земель и наносят значительный ущерб населению и хозяйству. В результате влияния карстовых процессов происходят осадка и провалы земной поверхности, деформации сооружений вплоть до их полного разрушения, потеря воды из малых прудов через карстовые полости в бортах и основаниях водохранилищ, прорывы карстовых вод в горные выработки и тоннели, их затопление, загрязнение подземных вод.
Изучение карста при планировании сооружений может в большей степени предупредить все эти опасные последствия.
Карст: условия образования
В Российской Федерации выделяются Волго-Уральская, Предуральская, Западно-Уральская, Центрально-Уральская и Магнитогорская карстовые провинции.
Карстующиеся породы разного литологического состава, залегающие на поверхности и различных глубинах, распространены очень широко и занимают почти 50% территории России.
Вследствие необратимых преобразований рельефа и пород, загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферы и атмосферных осадков, а также деградации растительности существенно изменяются условия и факторы карстообразования. Карст активизируется и проявляется на поверхности в результате сокращения мощности до обнажения карстующихся пород, изменения состава и свойств при увлажнении покровных отложений, нарушения рельефа. Появляются и расширяются очаги повышенной инфильтрации поверхностных, а также под-земных агрессивных вод. Участками ослабления служат карстовые полости, открытые трещины, зоны дробления, погребенные провалы и другие подземные формы карста.
Скорость карстового процесса уменьшается с глубиной и с удалением от базиса эрозии.
Карстующиеся породы – известняки, доломиты, гипс и каменная соль – часто образуют отдельные линзы и прослои среди пород глинистого состава. Вода, насыщенная углекислотой, растворяет известняки и доломиты быстрее, чем химически чистая вода.
К растворимым породам относятся каменная соль, гипс, ангидрид, известняк, доломит, отчасти мергель, в которых и наблюдается развитие интенсивных карстовых процессов. Районы, на территории которых имеется распространение гипсового и соляного карста, являются наиболее опасными. Развитие гипсового карста, когда происходит выщелачивание горных пород, которое со временем приводит к образованию на земной поверхности карстовых воронок, оказывает влияние на все компоненты природного ландшафта и хозяйственную деятельность человека.
Процессы растворения и эрозия при линейном расположении воронок могут привести к образованию карстово-эрозионных оврагов.
На выходах растворимых горных пород наблюдаются различных размеров карстовые ниши, которые образуются при процессах физического выветривания и при растворении пород атмосферными осадками, стекающими в большом количестве по обнаженному склону.
С карстовыми процессами связано полное или частичное поглощение поверхностного стока рек. Исчезающие озера и реки имеются в различных районах и климатических зонах. На дне этих озер находятся карстовые воронки и поноры, через которые вода озер периодически поглощается и уводится на глубину.
Карстовые процессы являются подземными и поверхностными, эрозионными и аккумулятивными формами – полости, зоны разуплотнения, открытые и заполненные. По отсутствию или наличию нерастворимых покровных отложений выделяют открытый и покрытый карст.
На территории суши Земли карст открытого типа занимает 9,5%, покрытого типа – 22%.
Форма и содержание
Карст на поверхности и в глубине представляет собой единый взаимосвязанный процесс. С образованием поверхностных карстовых форм, связанных в значительной степени с выщелачиванием и размывом поверхностными водами, в глубине массивов растворимых горных пород наблюдаются различные подземные формы. К подземным карстовым формам относятся закарстованные трещины, трещины, расширенные растворяющей деятельностью подземных вод, карстовые пещеры и каналы. Вода, просачивающаяся сверху и движущаяся по трещинам, в карбонатных породах содержит много растворенного углекислого газа, что увеличивает ее растворяющую способность. Растворяя по пути движения известняки, вода насыщается углекислым кальцием в виде бикарбоната.
В рыхлых нерастворимых породах, покрывающих закарстованные породы, отмечаются подземные и поверхностные формы. Форма, размеры воронок и частота их образования тесно связаны с геологическим строением, геоморфологическими и гидрогеологическими условиями, а также режимом подземных вод.
В рыхлых мергелистых и гипсоносных песчано-глинистых породах большую роль наряду с выщелачиванием играет механический вынос частиц.
Наличие суффозии в ее активной фазе в определенных условиях приводит к формированию депрессионной воронки в верхнем водоносном горизонте: уровень грунтовых вод принимает V-образную форму. В основании нерастворимых пород создаются подземные полости, которые, постепенно разрастаясь, приводят к нарушению устойчивости свода и его обрушению. Активизация карстово-суффозионных процессов возможна также за счет химического состава подземных вод и их температуры.
В результате карстовых процессов на поверхности образуется воронка с обрывистыми вертикальными стенками, имеющими обратный уклон – провал. Провальные воронки и воронки обрушения бывают цилиндрическими, коническими, чашевидными и сложного строения. Две последние формы характерны для воронок смешанного генезиса. Карстово-суффозионные провальные воронки и шахты достаточно широко развиты в карстовых районах покрытого карста. Их формирование связано с суффозией материала из основания покрывающей толщи в нижерасположенные подземные карстовые полости в растворимых горных породах. Появление воронок любого генетического типа сопровождается прогибом земной поверхности.
Большое влияние на величину провальной опасности оказывает естественный режим поверхностных и подземных вод. Значительную опасность для зданий и сооружений представляют деформации земной поверхности, характерные для территорий с развитием сульфатного карста. Карстовые процессы оказывают влияние на все физико-географические условия местности. Они резко изменяют рельеф, характер и режим подземных и наземных вод.
Возникновение провалов может создавать аварийные ситуации, приводящие к гибели людей и разрушениям зданий и сооружений со значительными ущербами экономического, социального и экологического характера.
Оценка опасности
Оценка карстовой опасности должна выполняться с учетом базы данных, полученных на основе специального карстологического мониторинга. Предусматривается исследование напряженно-деформированного состояния грунтовой толщи в окрестности участка ослабления массива и влияния перераспределения напряжений на процесс образования воронок.
Выявление и изучение карстовых процессов и явлений возможно методами сейсморазведки. Также проводят исследование процесса, нарушающего устойчивость связных грунтов над карстовой полостью, и механизмов появления гидрогеологических окон в водоупорах. Также необходимо проводить определение закономерностей деформирования воздушно-сухих, влажных и водонасыщенных несвязных грунтов при их поступлении в трещинно-карстовые коллекторы с учетом кинематики процесса и разработку моделей, позволяющих оценить размеры карстово-суффозионных воронок и возможность их появления в песчаной толще.
При инженерных изысканиях следует выполнять:
При строительстве на закарстованных территориях требуется учитывать различные типы и подтипы карстовой опасности.
Необходимо и установить, какие генетические типы карстовых провалов и по каким причинам могут появиться на исследуемой карстоопасной территории.
Необходимо провести ее районирование, позволяющее выделить однотипные участки, в пределах которых – под действием определенных факторов – может реализоваться карстовое провалообразование определенного механизма.
При выборе площадки для строительства проектные организации должны учитывать карстовую опасность территории, а также проблемы негативных последствий подтопления больших по площади закарстованных территорий.
При проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений необходимо предусматривать меры по инженерной защите территорий и снижению опасности, ущербов и риска от экзогенных геологических процессов путем применения вышеописанных методов. Для инженерной защиты зданий и сооружений от карста необходимо применять противокарстовые мероприятия или их сочетания: планировочные, водозащитные, противофильтрационные, укрепление оснований, конструктивные, технологические и эксплуатационные.
Таким образом, инженерно-геологические условия в районах распространения карстовых процессов в целом характеризуются как неблагоприятные для всех видов строительства. Однако в настоящее время применяются различные виды исследований, проводится разработка нормативных документов и оценка степени опасности закарстованных территорий и степени их устойчивости, прогнозы местоположения, частоты, размеров провалов. В связи с этим и только при условии неукоснительного соблюдения всех установленных требований и правил, а также с применением конструктивных мер противокарстовой защиты имеется возможность производить строительство на недостаточно устойчивых территориях.
Карст
Карст — природное явление, в результате которого нарушается целостность горных пород. Процесс происходит из-за воздействия воды на растворимые массивы природный материалов.
Карстовому явлению подвержены два типа горных пород:
Карстующиеся карбонатные породы занимают до 40 млн кв. км на материках. Из них 7 млн кв. км занимают гипсы и ангидриты, 4 млн — каменная соль.
Образование
Карст развивается под общим воздействием подземных и поверхностных вод. Часто породы размываются механически: это происходит, потому что спайки между зернами растворяются. В результате сцепление пласта породы ухудшается, происходит смыв частичек природного материала.
Горные породы растворяются свободной углекислотой. В процессе также участвуют органические и минеральные кислоты. Каменная соль и сульфатные породы могут растворяться в чистой воде. Если в ней присутствует соль без общего иона с каменной солью, это улучшает процесс.
Внешнее проявление
Карст меняет рельеф поверхности земли и ее недр. В недрах земли карст образует пещеры, полости и ходы.
На поверхности процесс проявляется следующим образом:
В тропиках карст образует останцы — небольшие возвышенности, которые остаются после разрушения более высокого массива.
Воронки
Карстовые воронки — замкнутые впадины, которые расширяются кверху. Могут иметь форму конуса, блюдца или ямы неправильной формы. Достигают в глубину 50 метров, а в диаметре иногда доходят до 200 м.
На дне таких воронок часто располагаются поноры — влагопоглощающие отверстия. С них начинаются колодцы, шахты и пропасти. В глубину поноры иногда достигают 1000 метров. Самая большая карстовая пропасть в мире называется Жан-Бернар и находится в Альпах, ее глубина — 1410 м.
Карстовые воронки и котловины периодически заполняются водой, а затем осушаются — так образуются исчезающие озера.
Полья
Полья — обширные замкнутые котловины площадью несколько сотен кв. км. Образуются в процессе слияния карстовых воронок, при опускании земной поверхности и разрушении пещерных сводов. Имеют крутые склоны и ровное дно, часто содержат в себе несколько оврагов и долин. В них также могут находиться озера, реки и ручьи.
Одно из самых крупных польев — Ливаньско, находится в Югославии, имеет площадь 380 кв м.
Пещеры
В карстовых массивах образуется множество ходов, пещер и полостей — часто они развиваются вдоль трещин. Внутри таких пещер особый микроклимат: отсутствие солнечных лучей и повышенное содержание углекислого газа. Температура внутри постоянна — соответствует среднегодовой температуре в данной местности.
Одна из самых крупных карстовых пещер в мире — пещера Мамонтова. Находится в США, в штате Кентукки, ее суммарная длина — 341 км. Самая большая пещера на территории бывшего СССР — Оптимистическая. Находится в Тернопольской области Украины, ее протяженность — 150 км.
Карстовые формы лучше выражены, когда они обнажены. Если растворимые горные породы покрыты слоем дерна, почвы, скальными образованиями или нерастворимыми рыхлыми осадками, карстовые формы выражены не так заметно. Когда верхний слой этих нерастворимых пород большой, образуется погребенный карст.
Особенности карстовой местности
В районах развития карста практически отсутствуют поверхностные водотоки: вода в такой местности уходит под землю. В карстовой местности образуются:
Существует псевдокарст — явление, внешне напоминающее карст. Возникает он в мерзлых водах, во льду, пористых и мелкообломочных грунтах. Основное отличие псевдокарста в том, что он развивается в результате таяния льда, механического воздействия воды и других подобных явлений.
В карстовой местности трудно добывать полезные ископаемые. которые находятся на уровне или ниже карстующихся пород. Связано это с тем, что воды затопляют горные выработки.Например, так происходит на Урале в Кизеловском месторождении угля. Соляной карст мешает добывать каменные и калийные соли. Поэтому при добыче полезных ископаемых в карстовой местности особое внимание уделяют водному режиму работ и способу разработки месторождений.
Однако через толщи карста удобно создавать дренажную систему. Породы хорошо отдают воду, поэтому через них можно осушать месторождения.
Иногда полезные ископаемые накапливаются в карстовых полостях. Так образуются месторождения бокситов, свинцово-цинковые и железных руд, нефти, фосфоритов. Самые известные месторождения находятся на территории США, России, КНР, Мексики и Югославии.
Кроме добычи полезных ископаемых, в карстовой местности трудно организовать жилищное и транспортное строительство. Возникают сложности в постройке ГЭС, водохранилищ и других промышленных объектов.
Улучшение карстовой местности
Земли в карстовой местности улучшают через их осушение или орошение. Комплекс мер включает в себя: регулирование подземного и поверхностного стока; армирование и сооружение фундаментов; ограничение плотности и этажности застройки; заполнение карстовых пустот цементным, битумным и глинистым составом; применение противофильтрационных завес и другие.
В практических целях карст используется:
Для строительства и хозяйственных работ в закарстованных областях проводят комплекс инженерно-геологических изысканий. К ним относят съемки, разведки, стационарные, лабораторные, геофизические и другие типы исследований.
Наше предприятие готово оказать весь комплекс услуг по борьбе с карстовыми явлениями.
Карст
Содержание
Развитие карста
Наиболее характерны для карста отрицательные формы рельефа. По происхождению они подразделяются на формы, образованные путём растворения (поверхностные и подземные), эрозионные и смешанные. По морфологии выделяются следующие образования: карры, колодцы, шахты, провалы, воронки, слепые карстовые овраги, долины, полья, карстовые пещеры, подземные карстовые каналы. Для развития карстового процесса необходимы следующие условия:
Виды карста
По глубине уровня подземных вод различают карст глубокий и мелкий. Различают также «голый», или средиземноморский карст, у которого карстовые формы рельефа лишены почвенного и растительного покрова (например, Горный Крым), и «покрытый» или среднеевропейский карст, на поверхности которого сохраняется кора выветривания и развит почвенный и растительный покров.
Карст характеризуется комплексом поверхностных (воронки, карры, желоба, котловины, каверны и др.) и подземных (карстовые пещеры, галереи, полости, ходы) форм рельефа. Переходные между поверхностными и подземными формами — неглубокие (до 20 м) карстовые колодцы, естественные туннели, шахты или провалы. Карстовые воронки или иные элементы поверхностного карста, через которые в карстовую систему уходят поверхностные воды, называются поноры.
Псевдокарст
Существуют также формы, внешне очень похожие на карст — псевдокарстовые формы. Одной из разновидностей псевдокарста является термокарст, связанный с таянием погребённого льда или протаиванием мёрзлых пород в областях распространения вечной мерзлоты.
Другой разновидностью является глинистый карст. Это глубокие подземные ходы и провалы, очень напоминающие настоящий карст, возникающие в сильнокарбонатных суглинках и глинах при условии хорошо развитой трещиноватости.
См. также
Галерея
Холмистый карстовый ландшафт в близ Блэк-Хеда (северо-восточная оконечность р-на Баррен, графство Клэр в Ирландии).
«Ведьмин палец», сталагмит, (Карлсбадская пещера, США)
Священный Сенот, Чичен-Ица, Юкатан, Мексика
Новоафонская пещера. Зал «Геликтовый грот». Каменный водопад «Апсны». (Абхазия)
Драпировка, пещера Сорек (Израиль)
Драпировка, пещера Сорек (Израиль)
Сталагнат в проходимую пещере Бисеруйка на острове Крк, Хорватия
Голубое озеро — пресноводное карстовое озеро около города Имотски в южной Хорватии, лежит в глубокой Карстовой воронке
Красное озеро — пресноводное карстовое озеро, сформированной, возможно, в результате разрушения подземной пещеры, около города Имотски, Хорватия
Карстовая пещера-пропасть Гавьярень, Малые Карпаты
Литература
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Карст» в других словарях:
карст — карст, а … Русское словесное ударение
карст — карст, а … Русский орфографический словарь
карст — карст/ … Морфемно-орфографический словарь
Карст — Дикарский Крас, плато в Дикарском нагорье; Словения, Хорватия. Хорват, название Крас (Kras) от и. е. основы kar камень (ср. албан. фрак. karpe, кельт, kar, рум. carsi с тем же значением). Нем. плато Карст (Karst). Под этим названием плато вошло в … Географическая энциклопедия
карст — karst Karst карстові явища (від назви плато Карст, або Крас, у Югославії) явища, що виникають у розчинних природними водами гірських породах (вапняку, доломітах, ґіпсах, кам’яній солі та ін.). В результаті карстових процесів утворюються такі… … Гірничий енциклопедичний словник
КАРСТ — КАРСТ, известняковые плато комплекс неровностей, выпуклых выходов горных пород, впадин, пещер, исчезнувших потоков и подземных стоков. Возникает в растворимых водой и выветриваемых горных породах. Процесс типичен для известняка, а также для тех… … Научно-технический энциклопедический словарь
Карст — [по известняковому плато к В. от Триеста] 1. Совокупность явлений, связанных с деятельностью воды (поверхностной и подземной) и выражающихся в растворе нии г. п. и образовании в них пустот разного размера и формы. Для развития К. необходимы:… … Геологическая энциклопедия
карст — а; м. Геол. Совокупность явлений, связанных с растворением водой горных пород и образованием в них пещер, пустот, впадин и т.п. ◁ Карстовый, ая, ое. К ые явления. К. рельеф. К ые пещеры. * * * карст (нем. Karst) (карстовые явления), явления,… … Энциклопедический словарь
карст — (по назв. плато Крас (Kras) в Югославии) карстовые явления явления, возникающие в растворимых водой осадочных горных породах (известняки, гипс) и выражающиеся в образовании углублений в виде воронок, котловин, провалов, пещер и т. п. форм. Новый… … Словарь иностранных слов русского языка
КАРСТ — КАРСТ, карста, мн. нет, муж. (нем. Karst, от названия плоскогорья в Альпах) (геол.). Вид и свойство земной поверхности в областях, почва которых состоит из растворимых крупнозернистых пород (известняков, гипсов, каменной соли). Толковый словарь… … Толковый словарь Ушакова
КАРСТ — КАРСТ, а, муж. (спец.). Состояние земной поверхности в областях, почва к рых образована из растворимых природными водами осадочных крупнозернистых пород. | прил. карстовый, ая, ое. Карстовые явления (образование подземных пещер, воронок, котловин … Толковый словарь Ожегова
КАРСТ И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ
«Карст — совокупность своеобразных форм рельефа, возникающих в местностях, сложенных сравнительно растворимыми в воде горными породами (гипсами, известняками), в результате постепенного выщелачивания (химического) этих пород подземными и поверхностными водами. Для карста характерны — на поверхности преобладание отрицательных форм рельефа в виде так называемых карстовых колодцев, шахт, воронок, слепых долин и пр., а под землёй — наличие пещер, иногда сухих, иногда содержащих подземные озёра. Реки в карстовых областях часто уходят в трещины и воронки, текут под землёй на значительных расстояниях и затем где-нибудь вновь выходят наружу». (Словарь по геолого-разведочному делу).
Карст — для натуралиста одно из привлекательнейших явлений природы.
Это потому, что для понимания карста, как объекта естественно-научных исследований, необходимо изучение многих сложнейших явлений в их взаимном сочетании и проникновении,в их развитии в пространстве и времени.
Это потому, что явления карста в их многообразии представляют исключительный интерес с точки зрения многих наук о мёртвой и живой природе и даже науки о человеке. Геология, минералогия, геохимия и гидрогеология, география и геоморфология; зоология, ботаника и палеонтология; этнография и археология — вот далеко не полный и очень обобщённый перечень основных научных дисциплин, для которых явления карста во многих отношениях полны глубокого значения.
Это потому, наконец, что в явлениях карста всё своеобразно — вплоть до незабываемых пейзажей закарстованных областей (например крымская яйла) или оригинальной прелести карстовых пещер.
Карстовые образования на земной поверхности и подземный карст неотделимы друг от друга, и природа их может быть понятна только одновременно и совместно. Основой основ для понимания карста любого района является геологическое строение местности — её стратиграфия, литология, тектоника, в сочетании с рельефом земной поверхности.
Карст — порождение химически растворяющей, механически разрушающей и переносящей растворённый и разрушенный минеральный материал деятельности воды. Соответственно, если карстообразованию подвержены в основном известняки — столь распространённые по всему земному шару, то карст возникает и в других растворимых горных породах (гипсах, ангидритах, каменной и калийной солях). Строго говоря, даже формы льда в ледниках, обязанные своим возникновением растворяющему действию текучей воды, должны быть отнесены к карстовым образованиям — эфемерным по длительности существования.
В СССР карстовые явления наблюдаются всюду, где в геологическом строении местности принимают участие известняки или гипсы, а в виде исключения и другие растворимые горные породы. Особенно широко карст распространён на Урале, на Кавказе, в Крыму, в Средней Азии и во многих других районах.
Характер распространения и развития карста обусловливается сочетанием форм залегания растворимых горных пород и движения и химизма поверхностных и подземных вод в зависимости от климатических, геоморфологических, орографических и гидрогеологических факторов.
Но современная картина карста — это только мгновенный и как бы статически фиксирующий снимок объекта, который в течение геологических времён живёт полной жизнью, развиваясь и видоизменяясь. Современный карст несёт в себе, как наследие прошлого, влияние всей предшествующей геологической истории района. «Ископаемый» карст, «древний» карст, иногда «глубинный» карст данной местности некогда возникали в совершенно иной, чем ныне, физико-географической и геологической обстановке, в частности, при иных базисах карстовой эрозии. Палеогеография и палеогеоморфология должны сказать своё слово при изучении карста.
Безграничные по разнообразию форм, размеров и взаимного расположения карстовые полости часто являются вместилищами воды или трактами водотоков. Текущая вода, действуя химически и механически, расширяет их при надлежащих условиях, вплоть до обширных пещер. В течение геологических времён карстовые полости, вследствие изменений геологической и гидрогеологической обстановки, очень часто не остаются зияющими, а полностью или частично заполняются минеральными отложениями. С изменением физико-химических условий (температуры, скорости течения и состава вод) в карстовых полостях нередко наблюдается определённая последовательность образования минералов, иногда возникают натёчные отложения необычайной красоты (например так называемые сталактиты и сталагмиты).
Подземные воды, протекающие в земной коре на большие расстояния и опускающиеся на значительные глубины, иногда выходят на земную поверхность в виде источников минеральных вод с повышенной температурой и обогащённых растворёнными в них минеральными веществами. Например, знаменитые минеральные источники — кисловодский нарзан, сочи-мацестинские сероводородные воды и другие — приурочены к закарстованным известнякам.
Полные своеобразия ландшафты и геоморфологические особенности карстовых областей создают предпосылки для возникновения особенных проявлений растительной и животной жизни.
Когда жизнь проникает в подземный мир пещер, то в течение неисчислимых веков живые существа эволюционируют в этих необычайных условиях также своеобразно, возникают особые виды растений и животных, изучение которых для биолога полно исключительного научного интереса, в частности тем, что помогает выяснить законы видообразрвания и вообще эволюционного развития органического мира. «В пещерах встречается довольно богатая и разнообразная фауна, представители которой имеют очень большое сходство с обыкновенными животными, населяющими землю, но претерпели большие изменения вследствие приспособления к жизни в темноте. Эта фауна поэтому носит название потёмочной. Внешние покровы этих обитателей обесцвечены, глаза обыкновенно утрачены почти совершенно, наоборот, другие органы чувств чрезвычайно развиты. Пещеры ещё более, чем пресные воды, являются как бы убежищем для архаических форм. Многие из пещерных обитателей имеют замечательное сходство с древними, ныне исчезнувшими типами. Таким образом, приспособление к жизни в темноте относится к очень отдалённой эпохе, но оно продолжается и теперь, так как для многих пещерных животных путь их постепенных изменений ещё не закончен» (Э. Ог. Геология, т. I).
Сказанное оправдывает большое внимание, издавна проявляемое к карсту представителями научной мысли самых различных специальностей.
Но в наше время, особенно в последние десятилетия, приходится считаться со всё возрастающим народнохозяйственным значением карста.
С карстом связаны многие месторождения полезных ископаемых. Достаточно назвать месторождения бокситов (например восточного склона Урала), прочих полезных ископаемых. Даже ряд интересных неправильностей в элементах залегания, вообще говоря, спокойно лежащих угольных залежей Подмосковного бассейна находит своё объяснение в наличии карстовых полостей в подстилающих залежи известняках. Поэтому исследователь карста должен обращать пристальное внимание на состав минеральных заполнений карстовых полостей, особенно в древнем карсте. Здесь могут быть неожиданные и важные открытия. Геологическое строение и генезис этих месторождений, знание которых необходимо для надлежащего направления разведочных работ и для рациональной эксплоатации, могут быть поняты только в свете выяснения закономерностей в строении карста горных пород.
В период разработки месторождений полезных ископаемых, непосредственно генетически связанных с карстом (как только что упомянутые месторождения бокситов) или, по крайней мере, находящихся вблизи закарстованных массивов горных пород (например каменноугольных отложений Кизеловского и других районов Урала), возникают большие затруднения, если карстовые полости заполнены водой. По самой сущности своего происхождения карстовые полости являются системами сообщающихся сосудов. До начала горных работ в каждой местности, где залегают закарстованные водоносные породы, существует природный гидрогеологический режим, как результат сочетания влияний геологических, гидрогеологических и климатических факторов. Здесь устанавливается некоторое подвижное равновесие между количеством вод, так или иначе пополняющих запасы воды в карстовых полостях и карстовыми водами, теряемыми через источники и подземные водотоки. Как правило, в карстовых областях этот природный гидрогеологический режим бывает, если говорить о конкретных деталях, очень сложным.
Но всякие горные выработки, проводимые с откачкой воды, реализуют дренаж карстовых вод, и этот дренаж в крупных шахтах достигает огромных размеров. Вследствие длительной откачки больших количеств воды в данной местности возникает, на смену природному, иной, вызванный деятельностью человека, искусственный гидрогеологический режим карстовых вод. Уровень подземных вод понижается, но не равномерно в пространстве и времени, возникают сложной формы депрессионные поверхности, изменяются, иногда очень резко, направления и скорости движения подземных вод. В корне может измениться картина распределения и динамики вод на земной поверхности. Необходимо ещё добавить, что в соответствии с постепенным развитием сети подземных выработок в глубину и по площади, все эти изменения режима вод развиваются и видоизменяются в течение не только лет, но и десятилетий.
Прогноз, характер и величины притоков воды в шахту при проектировании и строительстве имеет огромное производственное значение. Но ясно, что для обснованного прогноза будущих притоков необходимо иметь определённое представление о всех тех сложных изменениях, которые произведёт развитие подземных работ в когда-то существовавшем природном гидрогеологическом режиме.
Иллюстрацией трудностей борьбы с карстовыми водами в горном деле может служить хотя бы практика некоторых уральских шахт. Проходка стволов некоторых шахт в Кизеле (Северный Урал) потребовала затрат огромных средств и нескольких лет технически сложных работ. В одной шахте с глубины в 300 м (частично с глубины в 400 м) приходится ежечасно откачивать 700—800 м3 воды.
Приток карстовых вод в горные выработки наблюдается не только при непосредственном пересечении выработками толщ водоносных карстов, но и при пересечении тех же толщ трещинами, возникающими в горных породах вследствие их сдвижения над выработанными пространствами шахты. Если трещины достигают земной поверхности, то по ним могут проникать в подземные выработки и воды с земной поверхности, что, в свою очередь, изменяет режим питания водою закарстованных пород. По всем этим причинам, для качественного и количественного прогноза шахтных притоков необходимо: во-первых, детально изучить природный режим вод, существовавший до проведения горных выработок; во-вторых, уметь предвидеть воздействия, которые окажут на подземные водоносные горизонты и на поверхностные воды сдвижения горных пород при разработке месторождения; в-третьих, уметь предвидеть картину вновь возникающего искусственного режима.
Таким образом, перед исследователем столь сложного комплекса явлений возникает ряд интереснейших и полных производственного значения задач.
Откачка больших количеств воды требует затраты громадных средств, вот почему задача инженера не должна ограничиваться проектированием, сооружением и эксплоатацией средств водоотлива. Должны быть также приняты меры к возможному сокращению величины притоков применением систем разработок, устраняющих сдвижение горных пород или сводящих их к минимуму, а также возводить инженерные сооружения для отвода и преграждения вод как на земной поверхности (канавы, дамбы, «сплотки» и проч.), так и в подземных выработках (водонепроницаемые крепи и перемычки).
Практическое осуществление идеи проходки горных выработок с водонепроницаемой крепью приводит к принятию проходки шахтных стволов так называемыми «специальными» способами, очень сложными в техническом отношении — с предварительным замораживанием горных пород; их цементацией или глинизацией, под сжатым воздухом (кессонный способ), с предварительным понижением депрессионного уровня. Все эти способы уже применялись.
Большие притоки воды в шахту, помимо необходимости расхода на водоотлив громадных количеств электроэнергии, тягостны и технически неудобны для работы в забоях. Поэтому возникает идея о предварительном, до ведения горных работ в данном пункте, осушении месторождения, хотя бы частичном. Например, для Уральского бокситового района запроектировано предварительное осушение сжатым воздухом (эрлифтами) и глубинными электронасосами.
Как бы ни была сложна совокупность всех перечисленных технических мероприятий в каждом конкретном случае, бесспорно, что для их правильного проектирования необходимой и основной предпосылкой должны быть знания о природе карста, о динамике и химизме карстовых вод в условиях как природного, так и упомянутого искусственного их режима.
Другой, кроме горного дела, важнейшей областью инженерной деятельности, где при наличии закарстованных горных пород приходится с ними считаться серьёзнейшим образом, является сооружение обширных водохранилищ, в особенности для гидроэлектростанций. Как только в районе, желательном для строительства, обнаруживаются толщи известняков (или гипсов), становится необходимой детальная разведка, так как устранение фильтрации воды под плотинами, возведёнными на закарстованных горных породах, требует очень сложных, дорогих и не всегда надёжных технических мер. Подъём уровня воды по мере заполнения водохранилища приводит к нарушению природного равновесия вод и может сопровождаться увеличением фильтрации или даже проникновением воды в карстовые полости, ранее сухие.
Едва ли следует повторять, что достаточные и разносторонние знания природы карста решительно необходимы для выбора места проектирования и строительства водохранилищ.
В равной мере карстовые явления должны учитываться при строительстве каналов и разрешении вопросов водоснабжения и водоиспользования.
Ясные представления о природе карста могут предохранить и от ошибки переоценки вредного влияния карста для инженерных сооружений. Так, опасения относительно возможности «оживления» карста до размеров, опасных для сооружений, являются обыкновенно необоснованными. Например, карст в крепчайших известняках Кизеловского района совсем не опасен для проведения железных дорог, за исключением отдельных воронок, которые легко в инженерном отношении обезвредить. Другое дело строительство в области механически малоустойчивых гипсов или особенно «соляного» карста, «оживление» которого, вследствие инженерной деятельности, может протекать на наших глазах (например, Соль-илецкий рудник на Ю. Урале).
Некоторый хозяйственный интерес могут представлять карстовые пещеры для устройства складов.