ГЕОЛОГИЯ ПОДВОДНЫХ ПЕЩЕР

Термин «Карстовая местность» относится к своеобразному типу ландшафта, сформированного за счет растворения горных пород поверхностными или грунтовыми водами. Около 10% поверхности земли состоит из карстовых ландшафтов, и предполагается, что более одной четверти населения мира зависит от воды, находящейся в карстовых полостях (USGS[1]). Неровные холмы, узкие ущелья, башенки, карстовые воронки (также известный как провалы), исчезающие потоки, подземные дренажные системы и пещеры характеризуют карстовый рельеф.

По данным Геологической службы США, пещеры это «естественные отверстия в земле, простирающееся за пределы зоны света и достаточно большие, чтобы позволить войти человеку”. На протяжении всей истории, каверны и пещеры обеспечили безопасные убежища, защищая наших предков от тяжелых условий окружающей среды. Как это ни парадоксально, они также были источником очарования и страха, и подпитывали наш исследовательский дух. С помощью современных технологий, самые дольние уголки становятся в пределах нашей досягаемости, и мы можем продолжать исследования, отодвигая границы все дальше.

Классификация пещер

Пещеры являются результатом вытачивания твердой поверхности, камня или льда, процесс, который может растянуться на тысячи и сотни тысяч лет. Это зависит от характеристики того и другого: и воды и твердой поверхности. Пещеры могут быть классифицированы по различным категориям, включая карстовые пещеры, лавовые пещеры, ледниковые пещеры и морские пещеры.

Карстовые пещеры

Наиболее обширные и сложные пещерные системы мира — это карстовые пещеры. Они образуются за счет растворения горных пород, в основном известняка, а также доломита и гипса. При поглощении дождевой воды почвой, он вступает в реакцию с окружающим диоксидом углерода и образовывает угольную кислоту, эта слабая кислота в конечном итоге попадает в трещины и пустоты и растворяет коренные породы. Помимо этого постоянного процесса растворения, тектоническая активность, эрозия, обвалы и оползни также участвуют в формировании карстовых пещер с течением времени. В результате карстовые пещеры чрезвычайно разнообразны по своей морфологии, с конфигурациями из туннелей и сложных проходов в горизонтальных или вертикальных плоскостях. Штат Флорида находится на большом известняковом плато, образованном 50-60 миллионов лет назад, что объясняет, почему этот географический регион настолько богат карстовыми пещерами.

Фреатическая зона это участки пещеры, расположенные ниже уровня грунтовых вод, где проходы заполнены (затоплены) водой. В противоположность этому, к вадозоной зоне относятся проходы, расположенные над уровнем грунтовых вод. С течением времени, изменение климатических условий может привести к колебаниям уровня воды, повышению или понижению уровня грунтовых вод. Например, затопленные пещеры полуострова Юкатан были когда-то сухими пещерами до последнего ледникового периода более 10 000 лет назад.

1 Геологи́ческая слу́жба США (англ. United StatesGeological Survey, сокращённо USGS) — американская научно-исследовательская правительственная организация, специализирующаяся в науках о Земле.

В карстовых пещерах, реакция химического растворения между капающей водой и минеральными веществами почвы приводит к образованию разнообразных украшений, известных как натечные образования (спелеотемы). Некоторые примеры спелеотемов включают в себя сталактиты, сталагмиты, колонны, драпировки и слёзники (таблица 1). Некоторые из этих образований, таких как сталактиты и сталагмиты также можно наблюдать в лавовых пещерах (смотри раздел лавовых пещер ниже). Хотя такие пещерные образования не формируются в затопленных пещерах, их можно наблюдать под водой во время погружения в пещерах, которые когда-то были сухими и впоследствии оказались затопленными в результате изменения уровня воды в конце Ледникового Периода.

Спелеотемы не только красивое украшение многих пещер; они также являются ценным источником информации для ученых. Например, поперечное сечение сталактита или сталагмита напоминает ствол дерева, состоящий из нескольких слоев или колец, которые накопились в течение долгого времени, более старые слои находятся в центре. Слои могут быть датированы путем измерения степени распада радиоактивных элементов, таких как степень распада урана до тория. Темп роста сталактитов и сталагмитов зависит от количества воды, капающей в пещере, которая в свою очередь зависит от количества атмосферных осадков. В результате тонкие слои будет указывать периоды засухи, а более толстый слой определит время обильных осадков. Таким образом, наблюдение и анализ натечных образований может содержать информацию о климатических условиях в прошлом и климатических изменениях в течение нескольких сотен лет.

Другие пещерные образования включают завалы, которые сложены из блоков породы, появившихся в результате обрушения потолка. В зависимости от химического состава пород, из которых состоит карстовая пещера, некоторые участки могут быть более растворимыми, чем другие. Капли и проточная вода вытачивают скалы с различной скоростью в зависимости от растворимости породы, что приводит к образованию неправильных форм, называемых спелеогены.

Lava (volcanic) caves

Лавовые пещеры образуются в результате вулканической активности. Когда потоки лавы протекают в каналах, внешний слой имеет тенденцию затвердевать, изолируя середину канала. Расплавленная лава проходит через полое отверстие в центре, и жидкая лава стекает в конце. Другой способ образования лавовых пещер, когда лава накапливается по краям существующего открытого канала, пока в конце концов не соединяется, чтобы сформировать крышу. Первый из них будет представлять собой проход круглой формы, в то время как последний будет показывать остроконечную крышу, похожую на готическую арку. В обоих случаях, крыша затем утолщается следующими потоками лавы. образования лавовых пещер незначительно отличаться от других пещер, и являются результатом движения лавы в процессе формирования пещеры. К ним относятся приливообразованные образования, взрыв пузырей, скамейки и полки. Лавовые руки образуются, когда расплавленная лава капает из затвердевшей коры. Одним из примеров лавовых пещер, которые хорошо знают о спелеоподводники является Атлантида — туннель сформированный в извержение вулкана Corona, на острове Лансароте побережья Южной Африки. Это самый длинная затопленная труба лавы в мире, и первоначально была исследован Scheck Эксли в 1980-х годах. Затопленные лавовые трубы также распространены вокруг Гавайских островов.

Морские пещеры

Морские пещеры образуются путем эрозии морских скал под действием волн. Морские пещеры не столь обширны, как карстовые пещеры. Дайвинг в некоторых морских пещерах может быть опасен, поскольку течения могут сильно меняться под влиянием приливных и отливов.

Ледниковые пещеры

Ледниковые пещеры высечены внизу ледника, водами, которые циркулируют в трещинах. Помимо экстремальной температуры воды, ледниковые пещеры, являются сложными для погружений, так как они, как правило, очень нестабильны. Ледниковые пещеры не надо путать с ледяными пещерами. Карстовые пещеры или лавовые трубы, содержащий лед обычно называют ледяными пещеры.