Лаборатория геоморфологии

Раздел: Тематика исследований

вернуться в раздел

2.6. Карстовый морфолитогенез

Карст относится к числу опасных геоморфологических процессов, получивших широкое распространение в равнинно-платформенных и горно-складчатых районах Сибири и Дальнего Востока. В период с 2004 по 2010 на рассматриваемой территории проводилось уточнение ареалов распространения карстующихся пород, а также впервые методами Дж. Корбеля и М.Пулины была проведена оценка активности современного карстогенеза с использованием материалов многолетних гидрохимических наблюдений в 556 речных бассейнах, 127 из которых находятся в пределах закарстованных районов. Как показали исследования: 1. – интенсивность развития карста в пределах исследуемого региона варьирует от 1.1 до 62.0 мм/ 1000 лет, причем карст имеет развитие как в условиях многолетней мерзлоты, так и вне ее распространения; 2. - установлено значительное различие в интенсивности проявления карстовых процессов в речных долинах с многолетнемерзлыми породами и вне мерзлоты: мерзлота способствует удержанию влаги, являющимся ведущим фактором карстообразования. Так, при увеличении годовых осадков на 100 мм интенсивность карстогенеза в условиях мерзлоты возрастает всего на 6.9 мм /1000 лет, в то время как вне мерзлоты – на 15.1 мм /1000лет; 3. по уточненным данным, различными по возрасту карстующими породами сложено около 20 % территории Сибири и Дальнего Востока.
Полученные результаты были использованы при составлении карты «Опасность карстовых процессов. Карта масштаба 1:16 млн. и сопроводительный текст» в Атласе природно-техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций Российской федерации.


С 2010 г. и по настоящее время осуществляется обоснование критериев по внесению в Список всемирного наследия ЮНЕСКО геоморфологических объектов, расположенных на территории РФ. Выявление, а также разработка мер по защите и сохранению геоморфологического наследия, имеющего выдающуюся ценность для всего человечества, является одной из приоритетных задач современной антропогенной геоморфологии. 2 июля 2012 г. и 6 июля 2015 г. Список ЮНЕСКО (ВПН) пополнился двумя российскими объектами: соответственно Ботомским и Синским кластерами природного парка «Ленские Столбы». Само название парка происходит от названия каменных великанов, уникального памятника природы и геологической истории Сибирской платформы, величественно протянувшихся как виде массивных зубчатых гряд, так и виде отдельных останцов вдоль рек Лена, Ботома и Синяя. Однако решающая роль в номинациях, поддержанных на 36-й и 39-й сессиях ЮНЕСКО, принадлежит обоснованию развития в пределах ПП Ленские Столбы специфического типа мерзлотного карста, развивающегося в условиях резко континентального климата: средняя величина годовых осадков здесь составляет 250-300 мм в год при средней годовой температуре -8.8 – -9.8°С и ее годовой амплитуде в 98°С; в области сплошного распространения многолетнемерзлых пород мощностью до 500 м при отсутствии зоны вертикальной циркуляции карстовых подземных вод внутри карстующихся массивов. Интенсивность современного карстогенеза здесь оценивается в 10.3 мм /1000 лет.
По результатам многолетних (2004-2014 гг.) полевых эколого-геоморфологических исследований в различных частях карстовой геосистемы Земли была установлена значительная деградация в XXI веке ее подземной составляющей. На основании проведенных работ впервые в мировой практике был разработана уникальная комплексная характеристика изменений состояния подземной среды под воздействием антропогенной нагрузки – Индекс Нарушенности Пещер (ИНП), позволяющая провести как качественную, так и количественную оценку таких изменений. Индекс Нарушенности Пещер включает нарушения в состоянии основных природных компонентов: рельефе, водных объектах, атмосфере, растительном покрове и животном мире, а также культурные аспекты использования пещер человеком.
Рельеф
Эта категория отражает изменения в состоянии пещерного рельефа и включает следующие показатели.
1. изменения размеров подземной полости: а) создание искусственного входа в пещеру; б) переоборудование естественного входа; в) проведение горнопроходческих работ с целью расширения размеров подземной полости либо создания дополнительных входов в подземную полость через искусственные туннели;
2. деформации отложений пещер: а) остаточных: заложение геологических шурфов в элювиальной глине, наличие участков с вытоптанными отложениями глины на полу пещер, а также измазанных глиной стен и сводов подземных полостей; б) обвальных: искусственные перемещения глыб и других продуктов обрушения сводов и стен; в) водных механических: деформации отложений рек, озер, а также отложений, привнесенных в пещеру сверху через трещины и карстовые воронки; г) водных хемогенных: повреждение либо полное уничтожение натечных образований - сталактитов, сталагмитов, колонн и т.д. на стенах и на полу подземных полостей, кальцитовых образований в пещерных озерах, а также кристаллов автохтонных минералов; д) пещерного льда: повреждение либо полное уничтожение многолетних ледяных образований различного генезиса: ледяных кристаллов, ледяных сталактитов, ледяных сталагмитов, наледей-покровов и т.д.; е) органогенных отложений: сбор в пещерах гуано, отбор остеологического материала; ж) антропогенных отложений культурного слоя: заложение археологических шурфов, а также мусорных ям;
3. наличие искусственных сооружений: лестниц, обзорных площадок, систем освещения, туристических дорожек, и т.д.
Водные объекты
Эту категорию характеризуют изменения в состоянии водных объектов, которыми являются:
1. загрязнения пещерных водотоков, озер, а также инфильтрационных вод: а) химическими загрязнителями (кислотами, щелочами, солями, нефтепродуктами, тяжелыми металлами, фенолами); б) биологическими загрязнителями (патогенными бактериями /бактериями группы кишечной палочки/, вирусами); в) физическими загрязнителями (радиоактивными элементами /стронций-90, уран, радий-226, цезий и др./), взвешенными твердыми частицами /песок, ил/).
Перечисленные выше виды загрязнений водных объектов в пещерах выявляются по данным анализов в научных лабораториях.
2. присутствие под землей гидротехнических сооружений: дамб, небольших гидроэлектростанций, подводящих (отводящих) воду каналов.
Воздух
Нарушения состояния воздуха пещеры обнаруживается по двум основным показателям:
1. наличию ярко выраженного запаха гниения или испарения нефтепродуктов;
2. по резкому росту содержания углекислого газа в воздухе подземной полости, отмечающейся после посещений ее большими туристическими группами.
Растительный покров и животный мир
В эту категорию вошли:
1. нарушения естественного биологического равновесия в пещерах, включающие: а) развитие фототрофов (зеленых водорослей, цианобактерий, протонемы мхов и заростков папоротников); б) появление плесневых грибов – представителей родов Trichoderma, Alternaria, Stachybotris, Aspergillus;
2. нарушения состава пещерной фауны: изменения количества (уменьшение либо полное исчезновение) колоний рукокрылых и/ или троглобионтов.
Культурный аспект
Эта категория выделяется по следующим показателям:
1. наличие пищевых отходов, продуктовой тары, стекла от разбитых бутылок, использованного спортивного снаряжения, батареек и т.д.;
2. присутствие надписей краской на стенах и потолках пещер, а также современные граффити.
Все показатели нарушений состояния подземной карстосферы оцениваются по системе баллов: 1 балл – слабая, 2 – средней интенсивности, 3 – значительная. Сумма баллов суммируется.
Общий Индекс Нарушенности Пещер до 10 баллов отражает слабую нарушенность пещерной среды, от 11 до 25 баллов – средней интенсивности, 26 – 50 – значительную, более 50 – очень значительную: существование подземной полости находится под угрозой.
В настоящее время возможности практического применения ИНП рассмотрены на примере 40 подземных полостей природного парка «Мурадымовское ущелье», расположенного на Южном Урале в 300 км на юго-восток от г. Уфа. Подземные системы подверглись значительным нарушениям вследствие использования человеком, и свалки мусора – их главная проблема. Но особую тревогу вызывает состояние четырех пещер (Старомурадымоской, Новомурадымовской, Голубиного грота и Ледовой).
Пещеры природного парка «Мурадымовское ущелье» и их ИНП:
ИНП: 1 – рельеф, 2 – водные объекты, 3 – воздух, 4 – растительные покров и животный мир, 5 – культурный аспект; Геологические условия: 6 – аллювиальные отложения долины р. Бол. Ик, 7 – терригенные отложения карбона, 8 – карбонатные породы (известняки) девона; 9 – стратиграфические границы, 10 – подземные водотоки, 11 – эрозионные уступы, 12 – карстовые воронки, 13 – провалы, 14 – пещеры

Разработанный подход позволяет объективно представлять степень нарушенности подземных систем и принимать меры по сохранению подземного природного наследия.

Комплексный эколого-геоморфологический анализ, проведенный но материалам полевых исследований в 76 пещерах Иркутского амфитеатра, позволил картографировать экологическое состояние подземных полостей и выделить районы с различной степенью его нарушенности.
Эколого-геоморфологическое районирование пещер Иркутского амфитеатра: А – карстовая страна Сибирской платформы; Б – Саяно-Байкальская складчатая страна; 1 – местоположение пещеры; Типы пещер: 2 – колодцы, 3 – галереи, 4 – щели, 5 – гроты, 6 – колодезно-га
Ставя задачу не только оценки состояния, но и упорядочения мер по сохранению подземных систем, в пределах Иркутского амфитеатра были проведены работы по выделению категорий охраны пещер. Первая, режим строгой охраны (11 подземных полостей), где обнаружены объекты, имеющие коллекционную или товарную ценность (раритетные экземпляры палеонтологических остатков, либо мумие). Поэтому эти пещеры наиболее подвержены опасности расхищения вплоть до полного уничтожения, и здесь могут находиться только специалисты. Ограничивается публикация в открытой печати информации, включающей указания на местоположение этих пещер. Пещеры имеют сугубо научное значение. Вторая – режим ограниченной охраны без рекомендаций для массового туризма. Подземные полости имеют научную и, зачастую, эстетическую ценность: оригинальные формы рельефа стен и потолков, отложений и т.д. наблюдаются здесь (14 пещер). В эти подземные полости организуются научные экскурсии, в них проводятся студенческие практики. Третья – режим ограниченной охраны с рекомендациями для массового туризма (12 полостей). Пещеры имеют познавательное, спортивно-оздоровительное либо эстетическое назначение.
Основные публикации:
1. Трофимова Е.В. Пещеры Иркутского амфитеатра: проблемы использования и охраны // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2009, № 6. C. 1-11.
2. Трофимова Е.В. Эколого-геоморфологическое картографирование карстовых пещер (на примере Иркутского амфитеатра). // Геоморфология. 2012, № 2. С. 25-34.
3. Трофимова Е.В. Природные парки – часть антропосферы (рекреационно-геоморфологические системы природного парка «Ленские Столбы») // Антропогенная геоморфология. М.-Киев: Медиа-ПРЕСС, 2013. С. 399-405.
4. Трофимова Е.В. Морфология рельефа Ленских Столбов (долина р. Лена). // Изв. РГО. 2013. Т. 145. Вып. 5. C. 19-28.
5. Трофимова Е.В. Применение индекса нарушенности пещер для оценки состояния подземной среды // Изв. РГО, 2015. Т. 147. Вып. 3. С. 141-148.
6. Trofimova E. Gestion patrimoniale des grottes karstiques de la region d’Irkoutsk (Sibérie, Russie). // Karstologia Mémoires. 2009. N 17. P. 146-150.
7. Trofimova E. Les phénomènes karstiques de la vallée de Choulgan (Oural méridional, Russie). // Dix-huièmes rencontre d’octobre. Paris, Spéléoclub de Paris, 2009. P. 109-112.
8. Lena Pillars Nature Park. Potential World Heritage Property. Moscow: ANNIE, 2012. 56 p. (в соавторстве с Буториным А.А., Федоровым А.А. и др.).
9. Trofimova E. Cave Environmental Changes: The Possibilities of Assessment. // Journal of Environmental Science and Engineering. 2014. V. 2. N. 11. P. 640-642.
10. Trofimova E. V. A new approach to the assessment of cave environmental changes (as exemplified by caves in the Muradimovskoe Uschelie Natural Park) // Geographia Polonica, 2014. Vol. 87. Is 3. P. 471-476.
11. Трофимова Е.В. Опасность карстовых процессов. Карта масштаба 1 : 16 млн. и сопроводительный текст. // Атлас природно-техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций Российской федерации. М.: ИГЦ «Дизайн. Информация. Картография», 2010. С. 222-230. (в соавторстве с Разумовым В.В., Бронгулеевым В.В., Маккавеевым А.Н., Разумовой Н.В.).
12. Trofimova E.V. Particularités du développement recent du karst calcaire de Sibérie et d’Extrême-Orient (Russie). // Karst and Cryokarst. Sosnowiec-Wroclaw, 2007. P. 203-209.
13. Трофимова Е.В. Карстовая денудация на территории Сибири и Дальнего Востока: особенности современного развития. // Геоморфология, 2006. № 3. C. 78-84.