Рис. 18. Развитие трещин в эпикарстовой зоне (А) и модель развития плювиально-коррозионной полости в ней (Б) (по Р.Вильямсу, 1985,и А.Климчуку, 1995)

Теперь проделаем мысленный эксперимент. Пусть имеется площадка 50 на 20 м (1000 м²). На ее поверхности, разбитой густой сетью пересекающихся тектонических трещин, расширенных выветриванием, образовалось карровое поле. Прошел ливневый дождь средней интенсивности, давший за один час 20 мм осадков. Вода в объеме 20 м³ (1000 м² на 0,02 м) полностью поглотилась в пределах площадки. Но как она распределилась? Сперва вода заполнила 20 трещин (по 1 м³ в каждой), затем стеклась в 10 (по 2 м³), затем сосредоточилась в одной (20 м³). Именно здесь, не на поверхности, а под ней, зарождаются полости, которые можно назвать плювиально-коррозионными (лат. pluvialis дождевой). Постепенно они растут, чему способствуют также талые снеговые воды и конденсация влаги. Затем, при провале свода, на поверхности появляется "готовая" карстовая шахта. Пройдет несколько лет, дождь и снег оближут острые выступы известняков, на их гранях появятся лишайники, и никто не скажет, что она сформировалась вследствие подземной деятельности капли воды...

Концепция А. Б. Климчука хорошо объясняет особенности заложения многих шахт массива Арабика (Грузия), где в 80-е гг. проводился активный спелеологический поиск. Оставалось проверить ее в Крыму, настоящей Мекке спелеологов бывшего СССР. Все известные карстовые полости были распределены по глубине по трем подзонам: 0-20, 0-40 и 0 - более 40 м. Статистическая обработка данных и их сравнение с помощью критерия Колмогорова-Смирнова подтвердили значимость различий между ними. Полости отличаются друг от друга не только по плотности распределения глубин, но и по направлению заложения. В подзоне дробления представлены все направления (любая трещина может вырасти в пещеру), в глыбовой - выделяется несколько взаимно перпендикулярных направлений, а в блоковой - сохраняется одно из них. Преобладающие для Крыма направления 40-220° и 130-310°.

Предположения о распределении воды в эпикарстовой зоне подтвердились при проведении изотопного анализа. Оказалось, что дождевая вода задерживается в ее пределах довольно значительное время (до 2-3 месяцев), а при увеличении расхода источников из горного массива сперва "выжимается" содержавшаяся в нем вода иного химического и изотопного состава.

Спелеологические исследования показали, что необходимы дальнейшие, более детальные работы по изучению строения эпикарстовой зоны и ее роли в гидрогеологии и инженерной геологии карстовых массивов. Проводить эти исследования должны специалисты, но с обязательным участием спелеологов.

3.3. В руслах подземных рек

Жители карстовых районов всего мира давно обратили внимание на то, что поверхностные водотоки часто пропадают, или, как образно говорят на Руси, "поныряют" под землю. Отсюда название исчезающей реки и пещеры на Валдайской возвышенности - Поныретка. Такой же смысл имеют термины губилище (болг.), богодол (хорв.), пониква (слов.), катавотра (rp.), shake, slyggy, swallow (англ.), ponore, betoir, ragage, perte (фр.), Ponore, Saugloch, Schluchloch, Schlinger, Schwinde (нем.). Основная гидрологическая функция всех этих карстовых форм - перевод поверхностного стока в подземный. Обилие терминов отражает особенности процесса: что поглощается (постоянный или периодический водоток), как это происходит (инфильтрация или инфлюация, свободное движение или напорное, ламинарное или турбулентное) и пр.

Что происходит с водой под землей? Первые исследования поноров Западной Европы показали, что нередко они расширяются, превращаясь в галереи пещер или каскады колодцев. Особенно большие полости образуются в том случае, когда под землю уходят водотоки, формирующиеся на водоупорных породах. Именно так образовались галереи Адельсбергской (Постойной) пещеры в Словении, входная часть которой известна человеку с XVIII в. Ее образовали воды реки Пивка, водосбор которой выше пещеры сложен эоценовым флишем.

Проникновение в русла подземных рек иногда дает блестящие спелеологические результаты. Переведенные на русский язык книги француза Н. Кастере /13/ и венгра Л. Якуча /32/ живописуют романтику поиска и горечь неудач, опасности внезапных паводков и радости первооткрывателей. Но каждый, наверное, сравнивает прочитанное с пережитым. Для меня одним из самых ярких впечатлений спелеологической юности была шахта Провал на Долгоруковском массиве в Крыму.

Собственно, сначала это была не шахта, а небольшая пещера. Еще швейцарский естествоиспытатель Дюбуа де Монпере, посетивший Крым в 30-е гг. XIX в., и основоположник российской карстологии А. Крубер, работавший здесь на 80 лет позже, утверждали, что именно отсюда берет начало Кизил-Коба - знаменитая Красная пещера, вход в которую находится в 6 километрах к северу, на склоне массива. В шахте Провал поглощается сток р. Суботхан (исчезающая вода, тюрк.). Ее водосбор сложен слабокарстующимися породами, поэтому после сильных дождей и снеготаяния она имеет довольно значительный для Крыма расход - 3-4 м³/с.

Первое знакомство с Провалом не впечатлило: протиснувшись в щель между глыбами, мы попали под наклонный свод небольшого зала, куда уходила вода, лишь в одном месте образуя небольшое озерко. Ложиться в жидкую грязь, заполняющую его, не было ни желания, ни смысла - в метре от его края начиналась глухая известняковая стена, отвесно уходящая под воду. Героями дня стали десятиклассники Борис Волков и Евгений Чикалкин. Вняв нашим наставлениям "покопаться в Провале" и не найдя нигде ничего путного, они все же решили залезть в озерко. Желанный проход начинался узкой вертикальной щелью над озером, невидимой ниоткуда, кроме его дальнего конца, да и то - если перевернуться на спину... Пещера сразу превратилась в шахту: за щелью начался каскад мелких колодцев, соединяющихся закрученным в спираль наклонным ходом. В его конце, на глубине около 70 м, располагались два вытянутых озера, все попытки найти продолжение успеха не имели. Мы уже сворачивали свой полевой лагерь, когда на плато поднялся наш бывший коллектор, большой любитель пещер Юра Шаповалов. Огорченный опозданием, он попросил разрешения "сбегать" до дна. Техника безопасности, прежде всего: найдешь двух желающих - пожалуйста! Желающие нашлись, нашлось и рабочее задание - отобрать пробы воды на анализ. Но каково же было наше удивление, когда вечером, ставя в ящик бутылки с пробами, Юра спросил: "А сифон вы как проходили?" - "Какой сифон?!"

В одном из боковых "заливов" левого озера на дне шахты Юра нашел то, что мы тщетно искали в его конце,- короткий, всего полтора метра, сифон. Чтобы преодолеть его, не надо нырять - следует только присесть и, наклонив голову, сделать три шага... За сифоном Шестопалова нас ждал почти километр наклонного хода, по дну которого весело шумел ручей. Шахта кончалась узкой щелью, куда уходила вода.

Именно так, щелью, затопленной галереей с неизвестно где находящимся сифоном, глыбовым навалом, замывом глины, галечниковой россыпью, натеком кальцита или льда - заканчивается абсолютное большинство пещер и шахт-поноров с уходящими под землю поверхностными водотоками. Они порождают большие надежды, которые улетучиваются с очередным препятствием, непреодолимым из-за слабой технической оснащенности, отсутствия времени, настойчивости или просто спортивной удачи...

Но если нельзя спуститься вниз по подземной реке, может быть, удастся подняться вверх по подземным потокам, питающим источники на склонах карстовых массивов? Правда, это значительно сложнее технически. История спелеологии сохранила много описаний прохождения таких пещер. Одно из самых ярких в книге Ж. Ван ден Абеля /43/, которая описывает штурм пещеры Сигалер (Франция).

Пещера Сигалер была случайно обнаружена Н. Кастере в Пиренеях в начале 30-х гг. Войдя через узкий вход в горизонтальную галерею, Кастере через 60 м спустился к подземной реке. Только в 1955 г. окончились исследования этой удивительной по красоте и трудности пещеры. Продвигаясь вверх по подземной реке, спелеологам пришлось преодолеть 26 каскадов высотой до 20 м, отступать и вновь возвращаться, терять друзей (в 1954 г., спасая напарника, здесь погиб спелеолог Мишель Донеа...) и приобретать новых. Пещера закончилась большим залом с сифоном, названным залом Элизабет в честь жены и постоянной спутницы Норбера Кастере.

Не удавалось пробиться вверх по подземной реке и в Красной пещере в Крыму: шесть экспедиций 1958-1965 гг. увеличили ее протяженность на 10 км, преодолели 5 сифонов, пробились через завалы 4 обвальных залов. Но и их менее чем в двух км от конечного сифона шахты Провал остановил грандиозный V Обвальный зал /11/. Экспедиции 1966-1996 гг. немного увеличили длину пещеры (13,7 км), но также не смогли пробиться дальше. И только зимой 1997 г. московские спелеологи вошли в главную галерею Красной пещеры через боковой приток, берущий начало на дне одной из шахт на плато. Пещера "подросла" сразу на 3,4 км...

3.4. Недостающее звено

Итак, спелеологические исследования строения карстовых массивов привели к открытию двух звеньев гидрогеологических систем - верхнего (пещер- и шахт-поноров) и нижнего (пещер-источников). Что же происходит с водой между ними? Еще в XVIII в. наблюдения за появлением в пещерах-источниках Англии мутной после ливней воды навели на мысль, что вода проходит под землей довольно большой путь. В XIX в. для подтверждения этой гипотезы впервые были применены индикаторы: в 1801 г.- органический краситель (опыт результата не дал), в 1860 г.- 140 кг окиси железа, в 1866 г.- несколько десятков литров нефти, в 1899 г.- три тонны соли. Первый успешный опыт с использованием ярко-зеленого красителя - флюоресцеина - был осуществлен в 1887 г. в Бадене (Германия).

Индикаторные опыты продолжались и в XX в. Чего не придумано в этой узкой области гидрогеологии! В качестве индикаторов применялись плавучие вещества (споры папоротника-ликоподиума, окрашенные в разные цвета, полистироловые шарики, шары-зонды с радиопередатчиком, плавающие "мины" с зарядом взрывчатки, который в заданное время подрывался радиосигналом, а возбужденные им волны фиксировались сейсмографами на поверхности); растворимые вещества (NaCl, KCl, NH₄Br и др.); различные красители (флюоресцеин, уранин, эозин, родамин, конго красная, метиленовая синька и пр.); изотопы (дейтерия, трития, йода, брома, кобальта); масла, пенообразующие вещества и даже живые существа - меченые угри... В 1972-1975 гг. в пещерах Словении был проведен широкомасштабный международный эксперимент с одновременным использованием различных красителей. Он дал неожиданный результат: индикаторы движутся в потоке с разными скоростями, а иногда используют и разные пути... Известны и курьезные случаи "индикации". При пожаре на винном заводе в Бургундии пришлось выпустить в р. Ду, приток Соны, несколько тысяч декалитров абсента. Местные жители, "эксперты" по части полынной водки, по запаху обнаружили ее наличие в р. Лу, притоке Соны, расположенном ниже по течению...

Индикаторные опыты XX в. доказали наличие гидрогеологических систем, дренирующих целые карстовые массивы, имеющих максимальную протяженность 75 км (Хомат Борю - Йеди-Миярлар, Турция), 46 км (Белетт - ист. Воклюз, Франция), "размах" по вертикали 3 км (шахта Назаровская - скважины с минеральной водой в пос. Мацеста, Россия) и 2038 м (шахта Илюхина - ист. Репроа, Грузия). Одновременно были установлены очень интересные и важные для практики факты - несовпадение поверхностных и подземных водосборов рек, впадающих в Северное и Черное моря (Рейн и Дунай), Атлантический океан и Средиземное море (Гаронна и Эбро), Тихий и Северный Ледовитый океаны (Колумбия и Саскачеван).

Но если есть гидрогеологические системы, то должны быть и карстовые системы! Автор еще в 60-е гг. предложил выделить тип коррозионно-эрозионных полостей. Это был скрытый вызов корифеям: профессор Г. А. Максимович в своем определении карстового процесса особо подчеркивал внерусловой характер формирующих его вод /19/. Но факты, полученные непосредственно "ползучими" спелеологическими методами, были настолько убедительны, что с коррозионно-эрозионными полостями пришлось примириться... Состоят они из трех элементов: два - уже известные нам полости-поноры и полости-источники, а среднее, недостающее звено - вскрытые пещеры.

Вскрытые пещеры - это галереи, в которые невозможно проникнуть по течению подземных рек. Они становятся доступными только тогда, когда их сообщают с поверхностью (вскрывают) какие-то деструктивные процессы: денудация (тогда это узкая щель на любом элементе поверхностного карстового рельефа), коррозия (вход в систему открывается на дне или на склоне карстовой воронки либо колодца), эрозия (в систему ведет узкий ход, промытый текучими водами), гравитация (провал купола зала). Возникающие при этом полости полигенетичны и поэтому имеют очень сложную морфологию. Классический пример - шахта Бездонная (Крым, рис. 19), состоящая из четырех элементов разного генезиса и возраста: подземной галереи, купола над нею, карстовой воронки и провальной "пробки".