Условия образования карстовых озер

Главным условием образования карстовых озер служат: наличие легкорастворимых горных пород, протекание карстовых процессов в благоприятных гидрологических и климатических условиях: достаточная влажность, наличие подземных вод, предрасположенность рельефа. Образование карстовых озер связано с постоянным или временным затоплением крупных отрицательных карстовых форм рельефа поверхностными или подземными водами. Такие формы могут располагаться как непосредственно в растворимых породах, так и в покрывающих их (а иногда и прилегающих к ним) толщах нерастворимых пород. По условиям питания можно выделить три основные группы карстовых озер: 1) питающиеся поверхностными водами; 2) питающиеся подземными водами и 3) смешанного питания.

Образование карстовых озер поверхностного питания связано с закупориванием поглощающих отверстий, располагающихся на дне карстовых воронок, карстовых долин, карстово-эрозионных оврагов и т. п. Это закупоривание обычно происходит в результате отложения материала, сносимого поверхностными водами. Закупоривание может быть связано и с явлениями обрушения кровли карстовых полостей. Закупоривание иногда бывает настолько совершенным, что инфильтрация через дно озера практически отсутствует. В таких случаях режим уровня озера определяется соотношением между поступающими в него поверхностными водами (талые, дождевые) испарением и стоком (если он имеется). Нередко же через наносы, выстилающие дно озера, происходит фильтрация; такие озера обычно быстро пересыхают.

Озеро карстового происхождения Морской глаз (Марий Эл, Россия
Рис.1. Озеро карстового происхождения Морской глаз (Марий Эл, Россия)

Известно много примеров и внезапного, быстрого осушения карстовых озер, что связано с раскрытием (посредством суффозии) ранее закупоренных каналов или образованием на дне озера новых поглощающих отверстий (в результате обрушения или суффозии). Наконец, достаточно часто встречаются периодические карстовые озера, в которых вода удерживается лишь в периоды интенсивного снеготаяния или сильных ливней, когда поступающие в озеро поверхностные воды не успевают отводиться на глубину из-за недостаточных размеров расположенных на дне поноров. Карстовые озера поверхностного (и смешанного) питания широко распространены в СССР, главным образом в районах покрытого карста. Они имеют разнообразные размеры и различную глубину, иногда достигающую первых десятков метров. В зависимости от конфигурации той поверхностной карстовой формы, которая заполнена водой, карстовые озера имеют то округлую, то прихотливую форму. Некоторые карстовые озера этой группы образовались на глазах человека.

К карстовым озерам подземного питания прежде всего относятся озера, питающиеся водами крупных карстовых источников, располагающихся на дне самих озер. Типичными примерами озер этого типа на территории СССР являются: «Жерло Оконское» в Полесье, озеро Церик-Кель на Северном Кавказе, озеро Сарвинское, озеро в месте расположения источника Красный Ключ на Уфимском плато и др. Характерно, что озера этого типа имеют поверхностный сток, давая начало постоянным ручьям и рекам; в некоторых случаях эти воды используются для получения электроэнергии (ГЭС у источника Красный Ключ). Еще более широко распространены у нас карстовые озера с подземным питанием, приуроченные к глубоким карстово-суффозионным и карстовым провальным воронкам и шахтам, дно которых располагается ниже уровня подземных вод. В таких озерах уровень воды обычно совпадает с уровнем подземных вод и, таким образом, они представляют как бы вскрытые участки зоны насыщения. Онежско-Двинский водораздел, Центральные районы Европейской части СССР, Поволжье, Приангарье и целый ряд других областей характеризуются наличием озер этой группы; в частности, к ним относится и озеро, образовавшееся на месте упомянутого выше Акташского провала.

У озер со смешанным питанием условия питания в каждом конкретном случае могут быть достаточно своеобразными. Следует, в частности, иметь в виду, что озера подземного питания с ростом водосборной площади данной карстовой формы (образование карстовой долины или карстово-эрозионного оврага) могут превращаться в озера смешанного питания. Естественные водоемы, располагающиеся в пределах карстовых и карстово-эрозионных польев, также обычно относятся к этому типу. Среди них выделяются постоянно затопленные и периодически затопляемые полья. Небезынтересно, что на Балканском полуострове площадь периодически затопляемых польев, по сравнению с площадью сухих польев, закономерно возрастает по мере снижения абсолютных отметок. Об этом свидетельствуют приведенные в табл. 6 результаты обследования 49 польев Боснии и Герцеговины, проведенного Ф. Баллифом еще в конце прошлого столетия. Особую разновидность карстовых озер представляют пещерные озера, широко распространенные в целом ряде карстовых областей. Пещерные озера получают питание либо за счет поглощаемых понорами сосредоточенных постоянных или временных поверхностных потоков, либо за счет более или менее рассредоточенных инфильтрационных вод. В значительной мере от условий питания зависит и режим пещерных озер.

Виды карстовых озер

Выделяют следующие виды карстовых озер. Озеро коррозионное. Тип поверхностного карстового озера. Располагается в области поглощения или разгрузки карстовых вод, заполняя коррозионную впадину. Озеро подземно-карстовое. Тип подземного карстового озера, занимающего коррозионные углубления в русле потока. Озеро котловинно-аккумулятивное. Тип подземного карстового озера, заполняющего углубления на дне пещер и колодцев, выстланные глинистыми отложениями. Озеро пещерное. Самостоятельный водный бассейн или местный разлив подземной карстовой реки. Скопление воды в карстовой полости. Озеро плотинно-проточное. Подземное карстовое озеро, вода которого заполняет углубления между аллювиальными наносами или натечными плотинами. Озеро подземное . Озеро, образующееся в подземной полости (оно же озеро пещерное). Озеро подземно-проточное. Вода озера заполняет углубления в коренных породах на дне пещеры или колодца. Имеется подземный переток воды между двумя озерами. Озеро полья. Занимает часть полья или всю впадину. Озеро провальное. Озеро, образовавшееся при оседании поверхностных горных пород в подземные полости. Формируется в области подземного стока или разгрузки карстовых вод. Озеро сифонное остаточное. Подземное озеро у самой нижней части карстового сифона, сохраняющееся при максимальном понижении уровня воды. Озеро тектоно-карстовое. Поверхностное карстовое озеро в области подземного стока карстовых вод. Заполняет тектоно-карстовую впадину или ее часть. Озеро соляное. Карстовое озеро, заполненное рассолом. Озеро термоминеральное. Подземное карстовое озеро в области разгрузки карстовых вод. Заполняет углубления на дне пещеры, питается восходящими минеральными водами.

Подземное карстовое озеро (Деменовская пещера Свободы, Словакия)
Рис.2. Подземное карстовое озеро (Деменовская пещера Свободы, Словакия)

Существуют озера гумидного (влажного) и аридного (засушливого и пустынного) климата. Среди озер гумидного климата выделяют проточные, периодически проточные и непроточные озера, имеющие, однако, всегда подземный сток через грунтовые воды. Озера аридного типа делятся на периодически сточные и бессточные. Благодаря наличию поверхностного или подземного стока, большому количеству притекающей пресной воды и малой величине испарения, озера гумидного типа почти все без исключения пресные. В противоположность им большинство озер аридного типа в той или иной степени соленые, иногда вода в них представляет настоящий рассол. Это связано с тем, что в условиях засушливого климата вода в озере интенсивно испаряется и концентрация растворенных в ней солей постепенно увеличивается.

Значительна группа карстовых озер, классификация которых довольно сложна, и поэтому здесь мы ограничимся указанием двух их разновидностей: собственно карстовых и преобразованных карстом. Большинство озер первой группы занимают карстовые воронки и котловины, размеры которых 20100 м 2 и реже 150 м 2 и более, а глубина от 0,5 до 15м. В эту же группу входят водоемы, возникшие на месте глубоких колодцев (шахт), провальные озера.

Вместилищами карстовых озер служат разного размера и характера отрицательные поверхностные формы карста. Это могут быть одиночные достаточно крупные карстовые воронки. В таком случае карстовое озеро имеет типичную округлую или овальную форму. Озера в провальных воронках часто отличаются крутизной берегов. Нередко встречаются карстовые озера сложной, лопастной формы. В этих случаях водой заполнены сложные, составные карстовые ванны, образовавшиеся при слиянии краями нескольких соседних воронок.

Распространение карстовых озер по территории мира

Наибольшее распространение получили карстовые озера на территории юга и юго–востока Балканского полуострова. К югу от Белграда имеется участок покрытого карста в неогеновых ракушечных известняках с множеством карстовых воронок. Помимо воронок в селении Сремчица, в центре этого участка расположена крупная котловина размерами в плане 600 на 500 м, состоящая из восьми больших слившихся воронок. Ее называют Провалия. Есть на этой территории озера, занимающие пониженные участки днищ польев, например оз. Церкнишко в одноименном полье в Словении (Югославия) сейчас с искусственно зарегулированным оттоком воды. Другие югославские полья, а также котловина Городно на Валдайской возвышенности периодически затапливались водой и превращались во временные озера.

На территории Балкан есть озера с проточной речной водой. Это, например, озера с травертиновыми плотинами, расположенные каскадами в долинах рек Кораны (Плитвицкие озера) и Крка в Хорватии. Распространены карстовые озера мира на Кавказе. Цериккёль, Голубое озеро в долине Бзыби, Хариствали в Шаорской котловине, сейчас затопленное. К ним относится общеизвестное Цериккель (глубина 368 м), Шамхурей в Кабардино-Балкарии и Провал в Пятигорске, Голубое на реке Бзыбь. В пределах Бокового и Главного хребтов и известняковой полосы Западной Грузии и Дагестана, в районах древнего оледенения с карбонатными карстующимися породами, встречаются озера ледникового происхождения, но преобразованные карстом. Такие озера располагаются на горном массиве Фишт-Оштен, хребтах Абишир-Ахуба, Гагринском и др.

Плитвицкие озера (Хорватия)
Рис.3. Плитвицкие озера (Хорватия)

Наиболее характерным среди них является озеро Псенодах, расположенное на плато Лагонаки в верховьях реки Белой. Много карстовых озер на Восточно–европейской равнине. Иногда они достигают значительных размеров. Типичными примерами таких озер являются: оз. Святое в долине низовья р. Теши (правого притока Оки, впадающего в нее ниже Мурома), достигающее 2 км длиной и 1 км шириной; оз. Чарское и ряд других крупных озер на междуречье Теши и Сережи. Котловины этих озер образовались слиянием многих карстовых котловин и воронок. Сухим аналогом котловин этих озер служит котловина у селения Болотникова (на правобережье Оки севернее р. Большой Кутры) размерами 1300 на 400 м в плане и до 2030 м глубиной, состоящая из двух больших слившихся котловин, каждая из которых в свою очередь сложная.

Обилие небольших по площади и неглубоких соляных озер на юге Западной Сибири и на севере Казахстана вызвано соляным карстом - своеобразным выкарстовыванием мощной толщи коренных соленосных отложений палеозойского возраста. В Северной Америке карстовые озера расположены в Кордильерах, во Флориде и Юкатане. В Южной Америке основная часть карстовых озер расположена в Андах, чему способствует благоприятное залегание горных пород. В Австралии небольшие озера располагаются на карстовой равнине Нарралбор.

Термокарстовые озера

В мерзлом грунте очень распространен ископаемый лед в виде линз и жил. При таянии ископаемого льда грунт проседает, образуются котловины, которые заполняются водой. Такие озера называются термокарстовым и. Есть основания считать, что термокарстовые озера самые распространенные на Земле. На приморских равнинах Арктики и Канады озера занимают около половины поверхности, при этом на долю термокарстовых приходится 95 % всех озер. В большинстве своем термокарстовые озера небольшие: площадь их обычно меньше 1 км. кв., глубина 24 м. Одно из крупнейших термокарстовых озер Якутии Недлсели, имея площадь свыше 300 км 2 , очень мелкое обычная глубина 2 м, наибольшая 6 м. На приморских равнинах термокарстовые озера имеют резко угловатые, нередко прямоугольные очертания. Там, где залегают мощные толщи ископаемого льда, образуются глубокие термокарстовые озера. Они имеют округлую форму и большей частью высокие, обрывистые берега. Глубина озер достигает 3040 м.

Термокарстовые озёра на полуострове Ямал (Россия)
Рис.4. Термокарстовые озёра на полуострове Ямал (Россия)

Подобные термокарстовые озера встречаются в условиях холмисто-моренных и аллювиальных, т. е. созданных речными наносами, равнин. На территории приполярных районов ископаемый лед имеет значительное распространение и залегает отдельными линзами площадью иногда до нескольких квадратных километров. Мощность его колеблется от нескольких метров до 20-30 м, а глубина залегания от 2 до 5 м и более от поверхности. Начало термокарстового процесса бывает связано с более глубоким проникновением тепла вглубь почвы - до поверхности погребенного льда. При этих условиях лед начинает таять, а слой находящейся на нем почвы - опускаться. Образующая провальная котловина в дальнейшем заполняется водой. Что касается причин, которые могут вызвать изменение глубины прогревания почвы, то они могут быть различными: потепление климата, пожары, и др. Термокарстовые озера возникают и формируются в короткое время - в течение нескольких десятков лет. Но, возникнув, они также быстро иногда исчезают.

Известный мерзлотовед М. И. Сумгин различает следующие семь стадий в жизни термокарстовых озер:

Первая стадия - начальная форма деформации земной поверхности без признаков воды. Большей частью она начинается в местах, по каким-либо причинам обнаженным от леса. Оседание почвы идет неравномерно; в результате поверхность через некоторое время после начала таяния льда приобретает характерный блюдцеобразно-бугорковый рельеф. Иногда при интенсивном процессе таяния льда образуются провальные ямы.

Вторая стадия - деформация земной поверхности с наличием небольшого количества воды. Вся толща вышележащего слоя грунта насыщается водой, и на поверхности в блюдцеобразных понижениях появляются небольшие лужицы.

Третья стадия - начало образования провального озера. Озеро имеет довольно большую водную поверхность с причудливыми очертаниями берегов, часто с многочисленными островками округлой формы (не успевшая погрузиться почва). Из воды торчат пни, древесные стволы. Прибрежная часть озера имеет блюдцеобразно-бугорковый рельеф.

Четвертая стадия - увеличивающееся в размерах провальное озеро. Для этой стадии характерны берега, изрезанные трещинами, по которым происходит сползание почвы; деревья, окружающие озеро, круто наклонены к нему, из воды торчат свалившиеся деревья.

Пятая стадия - сложившееся провальное озеро, т. е. водоем с достаточно большой водной поверхностью, с пологими устойчивыми берегами, часто покрытыми травой.

Шестая стадия - высыхающее провальное озеро. Процесс термокарста замирает, разрушение берега совершенно прекращается (в пятой стадии оно еще происходит в некоторых местах), водная поверхность уменьшается вследствие истощения залежи ископаемого льда.

Седьмая стадия - высохшее провальное озеро. На месте озера образуется лишенная воды впадина с плоским дном, поросшим луговой растительностью. Это так называемый по-местному "алас".

Как показывают многие факты, в последнее время происходит значительное усыхание и исчезновение термокарстовых озер. Существует мнение, что усыхание - это естественный процесс развития термокарстовых озер, неизбежно приводящий к исчезновению образовавшегося водоема в результате последующего прекращения его питания. Последнее может происходить как вследствие истощения запасов ископаемого льда, так и в результате заиливания котловины и прекращения таяния льда. Другие ищут причины массового усыхания термокарстовых озер в потеплении климата, которое имело место в последние десятилетия. Исчезновение озер связывают с повышением испарения и относительно малым количеством осадков, выпавших в последние 10-15 лет.

Карстовые озера являются уникальным созданием природы, появившимся при сочетании определенных факторов за различные промежутки времени. Они неповторимы, изменчивы по многим показателям, следовательно, их изучение должно вестись значительно тщательнее, изменения должны фиксироваться гораздо чаще по времени с указанием причин и максимальной точностью. Карстовые озера необходимо изучать не только как прямое следствие карстовых процессов, но и как объекты, имеющие дальнейший путь в существовании и развитии.