Подземные карстовые озера
Поверхность озер породила ряд поэтических сравнений: зеркальная, гладкая, спокойная, вечная... Ни один из этих эпитетов не применим к карстовым озерам.
Много интересного можно рассказать об исчезающих озерах севера России или о польях Словении, днища которых за несколько часов затапливаются водой и столь же быстро осушаются.
Но вернемся под землю... Капель и струйки гравитационной воды, стекая по стенам, образуют на дне пещер подземные озера. Согласно классификации Г. А. Максимовича они могут иметь коррозионно-котловинное, аккумулятивно-котловинное, плотинное или сифонное происхождение. Котловинные озера в основном "подвешенные", располагающиеся выше уровня подземных вод. Образуются они за счет растворяющей деятельности воды или в результате накопления на дне пещеры песчано-глинистых отложений. Пополняются они во время паводков и, так как под землей почти нет испарения, имеют слабо меняющиеся уровни, которые иногда фиксируются красивыми оторочками кальцита. Они могут терять воду, которая уходит в трещины, открывающиеся после землетрясений (пещера Домбровского в Крыму), или прорывают пробку глины на дне (шахта Эмине-Баир-Хосар). Тогда только по остаткам оторочек на стенах залов можно сказать, что здесь некогда была вода. Объем таких озер невелик и редко превышает первые сотни кубических метров.
Подвешенные озера часто являются существенным препятствием для спелеологов. Яркое описание борьбы с таким озером в шахте В. Пантюхина на Бзыбском массиве дал И. Вольский: "Ход расширяется и заканчивается небольшим озерком на дне. В него втекает тонкая струйка воды. Ага! Значит, она должна вытекать где-то там, за стеной. Сажусь в озеро, которое мгновенно мутнеет, так как чистой воды в нем тонкий слой - ниже мягкая глина. Толкаю ноги под стену. Получается засунуть только до колен. Пробую прокопать для себя канаву в этом месиве. Понемногу выходит. Свод, под который я пытаюсь проникнуть, примерно на полметра ниже уровня озера. Через четверть часа подобной возни я уже почти весь залез ногами вперед под свод. Жижа подступила к лицу, набираю воздуха, закрыл рот и снова вперед, вперед... Решающий рывок - и я отфыркиваюсь на той стороне глиняного сифона". Отважное прохождение Игоря Вольского позволило преодолеть рубеж 600 м, а затем выйти на максимальную в бывшем СССР отметку - 1508 м.
Плотинные озера возникают в руслах подземных рек у скоплений обрушившихся со сводов камней или у натечных плотин, вырастающих в потоке при ритмичном отложении карбоната кальция. С серией из нескольких десятков таких озер, разделенных двухметровыми плотинами, в 60-е гг. мы столкнулись при исследовании Красной пещеры. Такие озера обычно существуют довольно долго и исчезают, только если река пропиливает или прорывает плотину. Их объемы также невелики (100-500 м3).
Самые удивительные и опасные для спелеолога - сифонные озера, заполняющие U-образные каналы неизвестной глубины и протяженности. Встретив сифонное озеро, спелеолог решает нелегкую задачу: что за ним? Вариантов здесь два: или это "подвешенный" сифон, преодолев который можно вести исследование дальше (именно так были открыты продолжения в сотнях пещер и шахт мира); или это "люк", ведущий в подвальные этажи карстовой системы, полностью заполненные водой и никогда от нее не освобождающиеся (тогда единственный шанс продолжить работу - использовать акваланг, о чем мы рассказывали в гл. 4).
Решить эту проблему иногда помогают наблюдения за поведением сифонного озера. В ближней части Красной пещеры, в каких-то 50 м от входа, есть удивительный канал, резко выделяющийся чистотой своих стенок от покрытых глиной каналов в стенах второго этажа пещеры. Было ясно, что в паводок из этого канала вытекает вода. Но действительность оказалась более загадочной: вода заполняет канал только в первый (не обязательно самый большой) паводок... Разливаясь по полу галереи, она образует временное озеро, которое частью стекает на первый этаж, частью с бульканьем уходит обратно. Разгадка оказалась простой: метрах в пяти ниже, зажатый между двумя водяными пробками, находится небольшой зал. В начале первого в этом году паводка воздух в нем сжимается и "выстреливает" водой, как стреляет пробкой детский пистолет-пугач. Вторично воздух попадает в зал только в летнюю межень. Такое периодическое подтопление - довольно редкий и сравнительно безопасный случай.
Значительно опаснее подъем уровня карстовых вод, при котором затапливаются все (или почти все) ходы пещер. Исследования Скельской пещеры (Крым) показали, что при наложении дождей на снеготаяние уровень подземных озер в ней поднимается на 45 м и из входа в пещеру вырывается бурный поток. Классическим стал пример подтопления карстовой системы Шкоциан-Тимаво в Словении. Река Нотранська поглощается провальными воронками и поступает в Шкоцианску пещеру. Пройдя по ней 2,5 км, она уходит в сифон, а затем прослеживается во вскрытой пещере Качна Яма и в шахте Лабодница, выходя через 50 км в подводном источнике Тимаво близ Триеста. Вследствие ограниченной пропускной способности сифонов уровень воды во всех трех полостях испытывает резкие колебания: в Шкоциане до 94 м (1826 г.), в Качной Яме и Лабоднице - до 117 м (1965 г.). Паводок 1965 года прошел во время IV Международного спелеологического конгресса, и его участники, посетив Шкоциан через 10 дней, могли оценить последствия - размытые и занесенные илом пешеходные дорожки, бревна, застрявшие в 30-40 метрах над ними, разбитые прожектора... Горе тем, кто находится в это время под землей.
Именно в такой ситуации оказалась в августе 1988 г. группа крымских спелеологов в шахте Пантюхина. Спустившись до дна, они при подъеме оказались запертыми водой в тупиковом Крымском ходе. Подъем воды продолжался 12 часов, тремя волнами со скоростью от 0,22 м/мин (в начале) до 0,02 м/мин (в конце паводка); затем ее уровень на протяжении 23 часов оставался практически постоянным (колебания 1-2 см). Все это время спелеологи провели в куполе последнего, самого верхнего зала... Это был как бы водолазный колокол, избыточное давление в котором, по ощущениям Е. Сандрова, работавшего водолазом, достигало 5 атмосфер. Позднее это подтвердилось и данными основной группы: пещера была затоплена на 50 м выше кровли зала... В эти тяжелые часы характер каждого проявлялся по-разному. Евгений Очкин как руководитель группы подбадривал ребят, а как врач - контролировал их состояние; флегматичный Евгений Сандров дремал; обычно жизнерадостная Галина Шемонаева грустила, думая о своей маленькой дочери; Василий Ерастов вел наблюдения, фиксируя время и высоту подъема воды, а также все сопутствующие ему явления ("вжимание" небольшого сифонного озера, звуки переливающейся где-то в недрах гигантской системы воды, свист воздуха, уходящего в немедленно заделанные глиной щели...). К счастью, воздуха им хватило. Еще около суток спелеологи спускались до развилки вслед за отступающей водой, пока не вырвались из заключения. Быстро поднявшись по главному ходу, они успели отменить по телефону (а с поверхности - по радио) вылет спасательного отряда, сформированного из лучших спелеологов Крыма. Этот уникальный случай свидетельствует, как опасны исследования сложных карстовых систем и какой непомерно высокой может быть цена спортивных достижений и научных открытий...
Еще более удивительная пещера известна во Франции. Это знаменитая Луир на массиве Веркор, сложенном меловыми известняками, смятыми в пологую синклинальную складку. Вход в пещеру расположен в борту долины, выработанной по оси складки. Она начинается стометровой галереей, в конце которой располагается каскад колодцев общей глубиной 200 м. Из них можно попасть в два объемных лабиринта.
Протяженность пещеры 20,6 км, амплитуда 547 м (+25... -451 м). Ее питание осуществляется с бортов синклинали, представляющих собой горные хребты высотой 800-1800 м. В межень в пещере известны только отдельные, не связанные между собой потоки с расходами до 3 м3/с. В паводок вся система постепенно затапливается (темп подъема воды 12-22 м/час); нижняя часть (-200...-451 м от входа) - ежегодно, верхняя (-40...-200 м) - один раз в два-три года. Во время весеннего или зимнего снеготаяния происходит излияние воды из входа. За 100 лет оно наблюдалось 18 раз: в 1887, 1892, 1896, 1902, 1935, 1951, 1956, 1959, 1968, 1969 (три раза!), 1973, 1982, 1983, 1984, 1986 и 1990 гг. Продолжительность излияния составляла 2-6, реже - 20-48 часов. Разгрузка подземных вод происходит в 15 км от входа, на склоне массива, через пещеры-источники Бурнийон и Арбуа. Между пещерой и источниками имеются связи, доказанные опытами с окрашиванием воды. Об очень хорошей проницаемости массива свидетельствует высокая скорость движения красителя (до 9,5 км/сут) и быстрое увеличение расхода источников (от 0 до 50 м3/с за 15 минут!).
Исследования системы Луир-Бурнийон - это своеобразная "спелеологическая рулетка". Чтобы хоть немного обезопасить работы в объемных лабиринтах, входные колодцы пещеры оборудованы постоянными лестницами. Но надо еще успеть добраться до них... Особенно опасны спелеоподводные исследования источников на склонах. Несмотря на это, и здесь пройдены довольно крупные сифоны (в Бурнийоне 200/-40 и 270/-17, в Арбуа - 605/-10). Емкость системы в паводок превышает 12 миллионов м3. На основании ее исследований А. Манжен предложил новый расчетный метод определения расхода турбулентного потока в закарстованных известняках.
Пещерные озера, возникающие на уровне карстовых вод, иногда имеют огромные размеры, достигая 1-2 гектаров.
Много интересного можно рассказать об исчезающих озерах севера России или о польях Словении, днища которых за несколько часов затапливаются водой и столь же быстро осушаются.
Но вернемся под землю... Капель и струйки гравитационной воды, стекая по стенам, образуют на дне пещер подземные озера. Согласно классификации Г. А. Максимовича они могут иметь коррозионно-котловинное, аккумулятивно-котловинное, плотинное или сифонное происхождение. Котловинные озера в основном "подвешенные", располагающиеся выше уровня подземных вод. Образуются они за счет растворяющей деятельности воды или в результате накопления на дне пещеры песчано-глинистых отложений. Пополняются они во время паводков и, так как под землей почти нет испарения, имеют слабо меняющиеся уровни, которые иногда фиксируются красивыми оторочками кальцита. Они могут терять воду, которая уходит в трещины, открывающиеся после землетрясений (пещера Домбровского в Крыму), или прорывают пробку глины на дне (шахта Эмине-Баир-Хосар). Тогда только по остаткам оторочек на стенах залов можно сказать, что здесь некогда была вода. Объем таких озер невелик и редко превышает первые сотни кубических метров.
Подвешенные озера часто являются существенным препятствием для спелеологов. Яркое описание борьбы с таким озером в шахте В. Пантюхина на Бзыбском массиве дал И. Вольский: "Ход расширяется и заканчивается небольшим озерком на дне. В него втекает тонкая струйка воды. Ага! Значит, она должна вытекать где-то там, за стеной. Сажусь в озеро, которое мгновенно мутнеет, так как чистой воды в нем тонкий слой - ниже мягкая глина. Толкаю ноги под стену. Получается засунуть только до колен. Пробую прокопать для себя канаву в этом месиве. Понемногу выходит. Свод, под который я пытаюсь проникнуть, примерно на полметра ниже уровня озера. Через четверть часа подобной возни я уже почти весь залез ногами вперед под свод. Жижа подступила к лицу, набираю воздуха, закрыл рот и снова вперед, вперед... Решающий рывок - и я отфыркиваюсь на той стороне глиняного сифона". Отважное прохождение Игоря Вольского позволило преодолеть рубеж 600 м, а затем выйти на максимальную в бывшем СССР отметку - 1508 м.
Плотинные озера возникают в руслах подземных рек у скоплений обрушившихся со сводов камней или у натечных плотин, вырастающих в потоке при ритмичном отложении карбоната кальция. С серией из нескольких десятков таких озер, разделенных двухметровыми плотинами, в 60-е гг. мы столкнулись при исследовании Красной пещеры. Такие озера обычно существуют довольно долго и исчезают, только если река пропиливает или прорывает плотину. Их объемы также невелики (100-500 м3).
Самые удивительные и опасные для спелеолога - сифонные озера, заполняющие U-образные каналы неизвестной глубины и протяженности. Встретив сифонное озеро, спелеолог решает нелегкую задачу: что за ним? Вариантов здесь два: или это "подвешенный" сифон, преодолев который можно вести исследование дальше (именно так были открыты продолжения в сотнях пещер и шахт мира); или это "люк", ведущий в подвальные этажи карстовой системы, полностью заполненные водой и никогда от нее не освобождающиеся (тогда единственный шанс продолжить работу - использовать акваланг, о чем мы рассказывали в гл. 4).
Решить эту проблему иногда помогают наблюдения за поведением сифонного озера. В ближней части Красной пещеры, в каких-то 50 м от входа, есть удивительный канал, резко выделяющийся чистотой своих стенок от покрытых глиной каналов в стенах второго этажа пещеры. Было ясно, что в паводок из этого канала вытекает вода. Но действительность оказалась более загадочной: вода заполняет канал только в первый (не обязательно самый большой) паводок... Разливаясь по полу галереи, она образует временное озеро, которое частью стекает на первый этаж, частью с бульканьем уходит обратно. Разгадка оказалась простой: метрах в пяти ниже, зажатый между двумя водяными пробками, находится небольшой зал. В начале первого в этом году паводка воздух в нем сжимается и "выстреливает" водой, как стреляет пробкой детский пистолет-пугач. Вторично воздух попадает в зал только в летнюю межень. Такое периодическое подтопление - довольно редкий и сравнительно безопасный случай.
Значительно опаснее подъем уровня карстовых вод, при котором затапливаются все (или почти все) ходы пещер. Исследования Скельской пещеры (Крым) показали, что при наложении дождей на снеготаяние уровень подземных озер в ней поднимается на 45 м и из входа в пещеру вырывается бурный поток. Классическим стал пример подтопления карстовой системы Шкоциан-Тимаво в Словении. Река Нотранська поглощается провальными воронками и поступает в Шкоцианску пещеру. Пройдя по ней 2,5 км, она уходит в сифон, а затем прослеживается во вскрытой пещере Качна Яма и в шахте Лабодница, выходя через 50 км в подводном источнике Тимаво близ Триеста. Вследствие ограниченной пропускной способности сифонов уровень воды во всех трех полостях испытывает резкие колебания: в Шкоциане до 94 м (1826 г.), в Качной Яме и Лабоднице - до 117 м (1965 г.). Паводок 1965 года прошел во время IV Международного спелеологического конгресса, и его участники, посетив Шкоциан через 10 дней, могли оценить последствия - размытые и занесенные илом пешеходные дорожки, бревна, застрявшие в 30-40 метрах над ними, разбитые прожектора... Горе тем, кто находится в это время под землей.
Именно в такой ситуации оказалась в августе 1988 г. группа крымских спелеологов в шахте Пантюхина. Спустившись до дна, они при подъеме оказались запертыми водой в тупиковом Крымском ходе. Подъем воды продолжался 12 часов, тремя волнами со скоростью от 0,22 м/мин (в начале) до 0,02 м/мин (в конце паводка); затем ее уровень на протяжении 23 часов оставался практически постоянным (колебания 1-2 см). Все это время спелеологи провели в куполе последнего, самого верхнего зала... Это был как бы водолазный колокол, избыточное давление в котором, по ощущениям Е. Сандрова, работавшего водолазом, достигало 5 атмосфер. Позднее это подтвердилось и данными основной группы: пещера была затоплена на 50 м выше кровли зала... В эти тяжелые часы характер каждого проявлялся по-разному. Евгений Очкин как руководитель группы подбадривал ребят, а как врач - контролировал их состояние; флегматичный Евгений Сандров дремал; обычно жизнерадостная Галина Шемонаева грустила, думая о своей маленькой дочери; Василий Ерастов вел наблюдения, фиксируя время и высоту подъема воды, а также все сопутствующие ему явления ("вжимание" небольшого сифонного озера, звуки переливающейся где-то в недрах гигантской системы воды, свист воздуха, уходящего в немедленно заделанные глиной щели...). К счастью, воздуха им хватило. Еще около суток спелеологи спускались до развилки вслед за отступающей водой, пока не вырвались из заключения. Быстро поднявшись по главному ходу, они успели отменить по телефону (а с поверхности - по радио) вылет спасательного отряда, сформированного из лучших спелеологов Крыма. Этот уникальный случай свидетельствует, как опасны исследования сложных карстовых систем и какой непомерно высокой может быть цена спортивных достижений и научных открытий...
Еще более удивительная пещера известна во Франции. Это знаменитая Луир на массиве Веркор, сложенном меловыми известняками, смятыми в пологую синклинальную складку. Вход в пещеру расположен в борту долины, выработанной по оси складки. Она начинается стометровой галереей, в конце которой располагается каскад колодцев общей глубиной 200 м. Из них можно попасть в два объемных лабиринта.
Протяженность пещеры 20,6 км, амплитуда 547 м (+25... -451 м). Ее питание осуществляется с бортов синклинали, представляющих собой горные хребты высотой 800-1800 м. В межень в пещере известны только отдельные, не связанные между собой потоки с расходами до 3 м3/с. В паводок вся система постепенно затапливается (темп подъема воды 12-22 м/час); нижняя часть (-200...-451 м от входа) - ежегодно, верхняя (-40...-200 м) - один раз в два-три года. Во время весеннего или зимнего снеготаяния происходит излияние воды из входа. За 100 лет оно наблюдалось 18 раз: в 1887, 1892, 1896, 1902, 1935, 1951, 1956, 1959, 1968, 1969 (три раза!), 1973, 1982, 1983, 1984, 1986 и 1990 гг. Продолжительность излияния составляла 2-6, реже - 20-48 часов. Разгрузка подземных вод происходит в 15 км от входа, на склоне массива, через пещеры-источники Бурнийон и Арбуа. Между пещерой и источниками имеются связи, доказанные опытами с окрашиванием воды. Об очень хорошей проницаемости массива свидетельствует высокая скорость движения красителя (до 9,5 км/сут) и быстрое увеличение расхода источников (от 0 до 50 м3/с за 15 минут!).
Исследования системы Луир-Бурнийон - это своеобразная "спелеологическая рулетка". Чтобы хоть немного обезопасить работы в объемных лабиринтах, входные колодцы пещеры оборудованы постоянными лестницами. Но надо еще успеть добраться до них... Особенно опасны спелеоподводные исследования источников на склонах. Несмотря на это, и здесь пройдены довольно крупные сифоны (в Бурнийоне 200/-40 и 270/-17, в Арбуа - 605/-10). Емкость системы в паводок превышает 12 миллионов м3. На основании ее исследований А. Манжен предложил новый расчетный метод определения расхода турбулентного потока в закарстованных известняках.
Пещерные озера, возникающие на уровне карстовых вод, иногда имеют огромные размеры, достигая 1-2 гектаров.
Дублянский В.Н.,
научно-популярная книга
