Карст, карстообразуване и карстови форми

 

 Същност на карста

Понятието карст е въведено от Йован Цвиич. Произлиза от името на варовитото плато Карст (Краст, Крас, Кряж Кръст), източно от град Триест (Словения). Представлява съвкупност от всички земеформи, образувани в лесно разтворими и сравнително бързо излужващи се скали като варовици, доломити, гипс, анхидрид, каменна сол, калиеви соли, някои сулфатни скали и пр. Около 80% от карстовите терени на земната суша се падат на варовиковия карст.  В по-широк смисъл понятието карст включва както карстовите земеформи, така и карстообразувателния процес и условията за неговото протичане. Затова карстът и карстификацията са обект на геоморфоложки, геохимични, хидроложки, хидрогеоложки и други изследвания.

Карстов процес (карстификация)

Карстификацията представлява превръщането на карбонатите в бикарбонати (кисели карбонати). За осъществяването й в природни условия са необходими карбонатни скали (варовици, доломити), течаща вода (ювенилна - изворна, вадозна - от дъждовете и топящите се снегове) и въглероден диоксид (от въздуха или от дишането на растенията). Химичната реакция на карстификацията се свежда до: 

CaCO3+ CO2+ H2O= Ca(HCO3)или CaMgCO3 +H2O + CO2 = CaMg(HCO3)2.

 Доломитът (CaMgCO3) съдържа 30,41% СаО, 21,86% МgО и 47% СО2, а доломитите съдържат над 50% доломит. Увеличаването на количеството на въглеродния диоксид във водата над предела на необходимата за химическата реакция норма води до увеличаване на количеството на въглената киселина (Н2СО3). 

 

 

Излишекът от нея реагира с карбонатните скали и ги превръща в хидрокарбонати. Процесът е обратим. Съдържанието на въглеродния диоксид, определящ количеството на въглената киселина във водата при което тя се намира в равновесие с твърдите карбонати  се нарича въгледиоксидно равновесие. При неговото надвишаване започва разтварянето на карбонатните скали или агресивната фаза на карстификацията. Активният водообмен засилва притока на въглероден диоксид и от там - карстификационния процес. Той зависи още от:
Климата. Влажният и тропичен климат засилва водообмена, а тропичната растителност и високите температури обогатяват водите с въглероден диоксид и ги правят по-агресивни. Образуваните бикарбонати биват отнасяни от водите, а на терена остават да стърчат остатъчни възвишения от излужени варовити скали. Сухият климат с малко валежи и голямо изпарение забавя и отслабва карстификацията. Образуват се солени почви. Пустинният карст може да се разглежда като остатък от плиоценските хумидни епохи - важен климатичен палеорепер. 
Релефа. Водата от дъждовете и топящите се снегове в планините инфилтрира по често оголените сравнително стръмни планински склонове, увеличава водообмена и интензифицира карстификацията. В равниния релеф долините са малко, а основните скали са покрити от други наслаги или почви. Хоризонталните структури затрудняват водообмена, а разломните и гънковите го улесняват.  Пещерите и другите карстови земеформи са развити в планинските и хълмистите терени. 
Петрографските особенности. Карстовите процеси са по-слабо развити в плътните дребнозърнести варовици.
Напукаността на скалата интензифицира многократно карстификацията. Пукнатинната и разломната мрежа предопределят посоките на основните карстови галерии и на вертикалния карст като цяло, а напластеността играе определяща роля при развитието на хоризонталния карст. 
Колебателните движения. В издигащите се земекорни участъци водната подземна циркулация се улеснява, а възниква и по-нисък корозионен базис. Разтварянето и излужването на карбонатните скали се налича карстова корозия. 
Разтворимост на карбонатните скали. Тя зависи от разтворимостта на минералните компоненти, разтворителните способности на водата и термодинамичните условия на природната среда. Лесно разтворими (320 г/л) са калиевият и натриевият хлорид - съставните части на каменната сол. Средно разтворим (2,1-2,6 г/л) е калциевият сулфат - гипса и анхидрита. По-трудно разтворими (0,01-0,08 г/л) са калциевият и магнезиевият карбонат - варовикът и доломитът. В дестилирана вода разтварянето на варовиците и доломитите е минимално (за 1 година 1 част калцит се разтваря в 30000 части прясна вода, 1 част гипс в 480 части прясна вода и 1 част каменна сол в 3 части прясна вода). Енергията на минералното съпротивление при разтваряне на каменната сол достига 183 ккал/мол, на гипса - 650 ккал/мол, на калцита 700 - ккал/мол. Повишаването на температурата и налягането по принцип повишава разтворимостта на карбонатите и сулфатите. При наличие на въглероден диоксид във водата енергията на минерално съпротивление при разтварянето рязко намалява, а разтворимостта се увеличава (при варовиците в чиста вода - 11,5 мг/л, а в наситена с въглероден диоксид вода - 50-60 мг/л.
Карстовият процес се развива от земната повърхност към скалната вътрешност. Различаваме повърхностен карст (епикарст), междинен карст (мезокарст) - развит в самите карбонатни скали и дълбочинен карст (хипокарст). При него карбонатните скали са вече почти изнесени от карстовата област и от тях са останали само отделни варовикови форми - свидетелски или остатъчни възвишения.  Според Дейвис хипокарстът е старчески стадий в развитието на карстовата местност.

Карстови форми

 

Повърхностни карстови форми при епикарста

Кари или шкрапи. Тесни и остри скални ребра, разделени с улеи (междуребрия) с различни размери. Междуребрията са изпълнени с изветрели глинести маси или terra rossa. Скалните ребра са ориентирани най-често по посоката на разпространението на карбонатните скали. На места карстовата повърхност има характер на скални клетки, чиито дъна (с площ от порядъка на 40-60 м2) са изпълнени с глини (Черногорският карст). На места височината на скалните ребра над почвения слой е около 80 см. Карите са развити групово на обширни площи - карови полета. Те са трудно проходими, обезлесени и покриват най-често склоновете на сухите карстови долини (Софийска Мала планина, Понор, Чепан, Врачанска планина и пр.). 
Въртопи. Негативни кръгли или елипсовидни блюдоподобни земеформи с диаметър средно 5-50 м. и дълбочина 1-20 м. Срещат се единично, групово или са свързани помежду си. Разпространени са главно по заравнените повърхнини или седловините. На дъната им е натрупана глина, върху която се образуват почви. Най-често възникват върху хоризонтални или субхоризонтални пластове. При наклонените структури и стръмните терени се образуват единични фуниеобразни форми. Въртопите се образуват по интензивно напукани или разломени зони. По разломна линия те са разположени линейно и често са свързани помежду си. Те могът да бъдат отделени с ниска преграда или да имат общо дъно. 
Ували. Няколко свързани помежду си въртопа. Увалите имат формата на неправилна елипса при която може да личат първичните граници на въртопите. В дъното на увала обикновенно има дебела почва. В някои ували възникват и малки карстови езера. Те почти пресъхват през сухите сезони.
Карстови езера. Образуват се в увалите, когато карстификацията достигне подстилащия некарбонатен хоризонт. Те могът да бъдат постоянни и пресноводни.
Слепи долини. Тесни и сравнително къси долини с много стръмни склонове. Оформени са по пукнатинен сноп или разломни повърхности. Възможно е по тях да са текли постоянни води. Най-често се срещат в в хълмистите места и в подножието на хълмовете, а по-рядко - в равнините и по планинските седловини.
Скални мостове. Части от излужени сводове на карстови каверни (Ер Кюприя при Чепеларе, често срещани в Моравския и Динарския карст).
Карстови кладенци. Естествени вертикални цилиндрични шахти (с дълбочина 8 до 100 м. и диаметър 5-10 м.) по платата и билата на възвишенията. Дъната им са или сухи и каменисти или изпълнени с вода. Дължат се на вертикалната водна циркулация по пукнатини и разломи, особенно при интензивни позитивни вертикални движения (вертикален карст). Карстовите кладеници биват наричани още пропасти, бездънни ями и пр.
Понори или губилища. Дълбоки въртопи със стръмни склонове в които водите се губят (понират). На земната повърхност имат фуниеобразна форма. Най-стръмната част на дупката на понора е изпълнена с едри скални блокове в които водата се губи към подземните карстови лабиринти. В губилището може да понира река. Тогава скалите на дъното са огладени като типични валуни. При пониране на времено течащ поток срутените в понора скали са ръбести.
Карстови извори. Буйни карстови извори с постоянен или променлив дебит В карстовите долини или в подножията на карстовите възвишения. Много от тях дават началото на бистри реки. Изворите може да са свързани с карстови пещери  карстови тунели или със струпани каменни блокове от които реката извира (у нас - Девенските извори, Глава Панега, Клептуза, Безденските извори край София).
Прекъсващи карстови извори. Свързани са с образуването на карстови сифони в периферните части на карстовите плата или в долините, където карстовата изворна вода се излива периодично (Живата вода при с. Боснек, Софийско).
Подводни извори. Срещат се в карстовите райони по бреговата линия. Те са пресноводни и навълняват морската повърхност.
Морски мелници. Подводни извори със солени води. Те се образуват в кръгово свързаните галерии под и над морското ниво. Характерни са за адриатическото и егейското крайбрежие.

Карстови форми в мезокарста (форми на дълбокия карст)

Тук спадат земеформите на различните скални каверни, образувани от подземната циркулация на водата в карбонатните скали ( пещери, пропасти, стени, водопади, карстови галерии и вторични образувания - сталактити, сталагмити, сталактони, драперии, срутища и пр.).
Пещери. Сложно устроени системи от различно общирни, свързани помежду си скални каверни (най-дългата от тях Мамонтовата пещера - 250 км). Някои по-голями уширения носят името зали (у нас - в Магурата, Леденика, Съева Дупка, Духлата и пр.). Вертикалната циркулация на водата образува, чрез продължително капене в една и съща точка (или точки), сталагтити и сталагмити, които след съединяването се образуват сталактони. Образуват се още драперии. Чести са и срутищата на скален материал, части или цели сталагтити и сталактони от пещерните сводове. В галерийните пещери някои по-големи каверни може да съответствуват по височина на речните тераси на повърхността. Те бележат ерозионния базис на реката и корозионния базис на подземните води (галерийните зали в пещерата Духлата съответствуват на речните тераси на Струма).
В някои пещери през зимата се натрупва голямо количество лед, което се стопява в края на лятото. Тези "студени" пещери се наричат леденици (Леденика във Врачанската планина). Те имат висок изход (отвор) и студените въздушни маси остават "непродухвани" в дъното на пещерата. Ако пещерният свод е развит над изхода на пещерата тя е топла. Ако пещерата е сляпа и е разположена под нивото на входа в нея може да се натрупа въглероден диоксид - "кучешки пещери".

Карстови форми в хипокарста

Според Дейвис през младенческия и зрелия стадий на карстовия корозионен цикъл се развиват земеформите на епикарста и мезокарста. Харктерният за старческия стадий на цикъла хипокарст намира израз вд огромните карстови полета и стръчащите сред тях остатъчни карстови възвишения - хум. На дъното на карстовото поле са образувани обикновенно глинести почви с преобрадаващо тревиста и по-рядко дървесна растителност.

Покрит карст

Касае се за покрит със еолични наслаги и почви карстов район - покрит или погребан карст. Такъв е у нас покритият карст в Лудогорието и Добруджа. Голяма част от тази област през плиоцена е била открит карст. Той е погребан от плейстоценското льосонатрупване. Днес покритият карст продължава да се развива благодарениена грунтовите води. Върху него са образувани дебели плодородни черноземни почви. При покрития карст няма постоянно течащи води - през сухите сезони голяма част от речните легала са безводни. Но подземната водна циркулация не прекъсва - карстовите води в дълбочина имат постоянен дебит.

Типове карст

Средиземноморски (динарски) карст

Развит е най-добре в Динаро-Пиндската планинска система по източното адриатическо крайбрежие. В класическия си вид е представен в платото Карст, Динарските, Албанските и Гръцките планини. Характеризира се с обширни карстови полета, въртопи, понори и карови полета. Отделните, изградени от варовици и мрамори планински ридове имат остри била, конусообразни върхове (приличащи на вулкански конуси) и тесни трудно проходими била-стени. Растителната покривка е бедна и се локализина в карстовите улеи и въртопите. Голяма чост от нея изсъхва през горещите летни месеци. Голите карстови полета имат вид на камениста пустиня. У нас този тип карст е развит като петна във всички високи планини.

Тропичен карст

Разпространен е в Югоизточна Азия, Малайския архипелаг, Големите и Малките Антилски острови, Южно Мексико и пр. Той е тясно привързан към тропическия климат (валежи 1000-1500 мм/год и постоянно висока годишна температура на въздуха). Това благоприятствува развитието на тропичните гори. Водата е наситена с въглероден диоксид и хумусни киселини. Това облагоприятствува интензивната карстификация. Карстовите форми са развити обикновенно в дебели плътни варовити масиви, които, поради големия водообмен, се разчленяват на отделни блокове със стръмни склонове. Така възникват карстовите плата. Около тях се разполагат равнини в които на места стърчат различно излужени сводообразни възвишения - останки от карстовия масив с най-причутливи форми - Tower karst, dentile de perro и пр. Тези възвишения достигат в Мексико височини от 25 до 100 м. и диаметър от няколко десетки метри до първите километри. Срещат се на групи. Тяхна разновидност са конусообразните възвишения  - Cone karst с плоски върхове - останки от някогашната първична равнина. Карстовите котловини са с по-полегати оградни склонове и добре развити подножия. В Ямайка се наричат Cockpit karst. Дълбочината им достига 100-150 м. Вододелните била между тях са тесни и остри. Гледана в план система от такива котловини прилича на система от ледникови циркуси.
Разновидност на тропичния карст е погребаният тропичен карст. Той е характерен за умерения климатичен пояс. Установен е в Източните Алпи, Южна полша (Краков) и Североизточна България (с каолинови находища). 

Разпространение на карста

Въз основа на съвкупността от различните фактори, които определят специфичните регионални особенности на карстовия процес в различните части на земната суша P. Birot (1954) отдела пет различни зони на карстификация:
Зона с периглациален климат и вечно замръзнала почва. Там през топлия сезон се развива повърхностен карст. На дълбочина земята е замръзнала, липсва водообмен и карстификацията затихва бързо на дълбочина 30-40 м.. Размръзващата се част е заравнена, а карбонатните скали - силно надробени.
Зона с прохладен океански и приледников климат без вечнозамръзнали почви. Карстовият процес протича ускорено, като е най-активен в зоната на топящия се сняг и фирн. Там водите са богати на въглероден диоксид. Поради големия водообмен подземната циркулация е също активна. Скоростта и интензитета на карстификацията намалява през студената част на годината. Междукаровите бразди в каровите полета са широки. Каровите бразди са ниски и силно излужени.
Зона с мек океански климат. Забавяне на карстификацията на самата земна повърхност, поради високите температури на въздуха и почти неутралното pH на повърхностните води. Обратно - подземните карстови води са много агресивни. Под земната повърхност температурата е по-ниска, налягането е по-високо и изпарението - съвсем слабо. Ето защо мезокарстът се развита по- бързо и по-интензивно от епикарста. В подножието на карстовите плата склоновете отстъпват, а в образуваната равнина остават тесни и стръмни възвишения.
Зона с полуариден климат. Повърхностната карстификация е забавена и екстензивна поради оскъдната растителност и високите температури на въздуха. Мезокарстът се развива по-интензивно поради по-ниските температури и по-високото налягане в карбонатните скали. Улеснената подземна водна циркулация
бързо транспортира водата от повърхностния карбонатен слой и той, както и каверните в него остават сухи. При недостатъчни валежи подземната водна циркулация е слаба и карстификацията не е интензивна. В типчните аридни области варовиците се оказват устойчиви скали, защото в пустините повърхностният карст няма условия за развитие.
Зона с топъл и влажен климат. Повърхностният воден оток е голям, а по-високата температура на въздуха намалява съдържанието на въглероден диоксид в дъждовната вода.Буйната растителност обогатява водите с въглена киселина.Интензитета на карстификацията се подсилва и от действието на органичните киселини и физическия натиск на корените на растенията. Вертикалната циркулация в окарстения терен се засилва от големия водообмен и от по-ниската температура в мезокарста. Обилното водно подхранване на епи и мезокарста създава условия за възникване на суха зона. Карстификацията е интензивна в двата слоя, карстовата корозия е също интензивна. Склоновете на карстовите плата отстъпват бързо и паралелно на първичния наклон и образуват своеобразни остатъчни земеформи.
Понеже някои карстови форми от различните климатични зони си приличат, те не могът да бъдат климатичен репер при палеокарста.

Псевдокарст

Понякога в безкарбонатните слабо споени конгломерати или пясъци се установяват каверни. Тези псевдокарстови земеформи са продукт на:
Химична суфозия. Разтваряне и изнасяне на лесно разтворими минерали от скалите, заедно с някои по-ситни скални частици.
Механична суфозия. Грунтовите води изнасят и преотлагат по механичен път дребните скални частици.
Затрупаните големи снежни или ледени блокове от пролувиалните глини и чакъли в пролувиалния конус след разтопяването си образуват каверни. Те са често явление за последното вюрмско заледяване.
Автор: дгмн проф. Цанко Цанков
 

Условия за ползване За нас Подкрепете ни! Карта на сайта Приятели За реклама Контакт с нас Каузи