Спелео

С аквалангом под землей

Точки над «и»

Красная пещера уже не умещается в рабочей комнате. Если надо разобраться в ее сводном плане, выполненном в принятом у нас масштабе 1 : 500, приходится выходить в коридор, разматывать десятиметровый рулон и долго ползать по нему в поисках нужного участка.

Что же можно сказать о Красной пещере на основании комплексных исследований 1958-1966 годов, в которых не последнюю роль играли спортсмены? Прежде всего удалось решить давний спор между представителями двух различных гидрогеологических школ: сторонниками теории единого уровня карстовых вод и сторонниками теории изолированных водотоков.

Теория единого уровня карстовых вод предложена в конце прошлого столетия австрийским геологом А. Грундом. В чем суть этой теории? Заполним жестяной ящик песком и проделаем в его стенках на разной высоте несколько отверстий. Легко представить, что произойдет, если подвести к нему воду из крана. Она сперва заполнит все пустоты между песчинками, а затем начнет постепенно подниматься, изливаясь наружу сначала через нижние, а затем через верхние отверстия-источники. В принципе эта схема не нарушится, если поместить в ящик не песок, а пористый или трещиноватый известняк. Вода в его трещинах и полостях также должна образовать единый уровень, от сезонных колебаний которого зависят особенности работы источников. Если принять точку зрения Грунда, то гидрогеологу не обязательно знать, что происходит с водой в глубине горного массива. Ему достаточно обследовать все источники района и составить по высотным отметкам их выходов карту гидроизогипс (то - есть линий равного высотного положения подземных вод). И сразу станет ясно, куда направлен главный поток карстовых вод и где можно встретить их крупные запасы. Именно так представляла себе гидрогеологию Долгоруковского массива Е.А. Зуброва, которая исследовала эту часть Горного Крыма в 1954-1957 годах: его подземные воды скапливаются на водоупорных конгломератах и песчаниках, насыщают нижнюю часть известняковой толщи, образуя в ней единый уровень карстовых вод и растекаются к склонам массива, выходя на поверхность в виде источников.

Но не все гидрогеологи разделяли точку зрения Грунда. Ведь известняковый массив по своим водопроводящим свойствам очень неоднороден. Может быть, вода не образует под землей единого уровня, а движется отдельными, не связанными между собой струями, располагающимися на разной высоте и питающими разные группы источников? Именно в этом смысл теории изолированных водотоков, разработанной в начале XX века директором геологической службы Боснии и Герцеговины Ф. Кацером. Поиски и разведка таких изолированных водотоков - куда более трудная задача, чем исследование карстовых вод имеющих единый уровень. В 1913 году русский карстовед А. А. Крубер в обзорной работе Гидрография карста объективно изложил сильные и слабые стороны этих теорий. Он пришел к выводу, что даже в такой сравнительно небольшой карстовой области, как Крым, можно выделить участки с нормальными грунтовыми водами, имеющими единый уровень, и участки, где по соседству могут существовать независимые друг от друга изолированные карстовые водотоки.

И вот сейчас, завершая первый этап исследований Красной пещеры, мы смогли подойти к решению этого спора. Оказалось, что Красная пещера - это классический карстовый водоток, как бы "подвешенный" в трехсотметровой толще верхнеюрских известняков. Некарстующиеся водоупорные породы залегают намного глубже, чем галереи пещеры. А небольшие прослои песчаника, встреченные нами в шахте Провал и в Пятом обвальном зале Красной пещеры, не только не мешают развитию закарстования, но даже способствуют ему, поставляя в подземную мельницу Краснопещерной реки крохотные песчинки-жернова.

Если водоупорная толща не оказывает влияния на направление стока подземных вод массива, то каким образом они концентрируются в виде изолированных водотоков? Геофизические исследования Бориса Михайловича Смольникова и геологическая съемка дипломанта-геолога Геннадия Серафимовича Пантюхина помогли ответить и на этот вопрос. Верхнеюрские известняки Долгоруковского массива разбиты тектоническими нарушениями на отдельные блоки, смещенные по отношению друг к другу. При формировании таких нарушений в известняках образуются многочисленные трещины разных направлений. Вот именно здесь, в наиболее ослабленных, трещиноватых зонах опущенных блоков, и концентрируются карстовые воды, прорабатывая со временем огромные галереи пещер. А источники на поверхности? Они чаще всего также образуются там, где речные долины вскрывают трещиноватые зоны. Дальнейшее расширение и промыв этих зон карстовыми водами - длительный геологический процесс, запечатленный в шести этажах Красной пещеры. Как показали геоморфологические исследования пещеры и изучение костей ископаемых позвоночных, найденных в отложениях подземной реки, верхний, шестой этаж Кизил-Кобы начал формироваться более чем два миллиона лет назад, в позднем плиоцене.

Нельзя сказать, чтобы наши взгляды, подкрепленные десятками примеров из спелеологической практики, сразу получили общее признание. Из тьмы подземелий споры перешли на "высший" уровень, на свет кабинетов и научных совещаний.

- Это еще ничего не доказывает, - говорили наши оппоненты, не отвергая, но и не принимая ползучие спелеологические методы исследований, при помощи которых были получены эти результаты. - Краснопещерная река - это так называемый висячий водоток, который образуется в высокую воду на менее водопроницаемых известняках. Ведь массивные, слаботрещиноватые известняки - это тоже водоупор! А главная зона обводнения со значительными запасами подземных вод, все-таки образующих единый уровень, располагается гораздо ниже, на водоупоре...

Что ж... Если не нравятся спелеологические методы, надо бороться классическим оружием гидрогеологии. Один из лучших методов гидрогеологических исследований - воднобалансовый. Гидрогеолог определяет отдельно приходные (атмосферные осадки, конденсация, приток из других районов) и расходные (испарение, подземный и поверхностный сток, отток в другие районы) части уравнения водного баланса и сравнивает их между собой. Но для этого нужны фактические данные длительных, так называемых режимных наблюдений, которые до последнего времени в Горном Крыму не проводились.

Вот тут-то и стали сливаться воедино все те наблюдения, которые мы вели на гидрогеологической станции Ай-Петри и в Скельской пещере, на выжженной солнцем Караби и в сифонах Аяна. Восьмилетние работы нашей гидрогеологической станции на Ай-Петри дали очень много важных сведений о распределении атмосферных осадков на разных элементах карстового рельефа, о влиянии ветра на формирование снежного покрова, об испарении с поверхности грунта и снега в Горном Крыму. Расчеты, сделанные еще на Караби, показали, что конденсация составляет около семи процентов годового объема выпадающих I осадков. Сведения о расходе Краснопещерной реки дал гидрологический пост, организованный по нашей просьбе Крымской гидрометобсерваторией. Многочисленные опыты с окрашиванием и геологическая съемка позволили довольно точно определить область питания системы Красной пещеры.

Упрощенное уравнение водного баланса Краснопещерного гидрогеологического района можно записать так:

осадки + конденсация = испарение + сток + отток на питание глубоких горизонтов.

Проставим цифры:
100% + 7,1 % = 49,6% + 57,5% + 0,0%.
Итак, судя по району Красной пещеры, в горных массивах Крыма ниже уровня изолированных водотоков нет сплошного обводнения и крупных запасов подземных вод. Этот теоретический вывод полностью подтвердился и при строительстве Ялтинского гидротоннеля, который, пройдя над самой поверхностью водоупорной толщи, в 700-1000 метрах ниже уровня плато, встретил только небольшие изолированные струи подземных вод в трещиноватых зонах.

Но сторонники единого уровня и тут не примирились с поражением.

- Как же, - возражали они, - ведь на водоупорной толще в глубине Крымских гор обязательно должны существовать "резервуары", заполняющиеся водой в паводок и постепенно "срабатывающиеся" в межень. А ваша Красная пещера?! Разве ее озера смогут вместить весь огромный объем талых снеговых вод?

Пока у нас в руках не было данных наблюдений Краснопещерного гидрологического поста, спорить было трудно. Но вот обработаны ленты самописца, регистрирующего уровень воды; расходы Краснопещерной реки рассчитаны и сопоставлены с объемами нижних этажей пещеры, затопляемых во время паводка. И последние возражения отпадают: после снеготаяния и сильных дождей уровень воды в пещере быстро (за одни-двое суток) повышается на несколько метров, затем на протяжении пяти-восьми дней постепенно спадает, что отмечается на графике расхода Краснопещерной реки плавной кривой. Новые осадки на поверхности - и снова уровень воды в пещере повышается. Объем подтапливаемой части пещеры точно соответствует суммарному объему стока за время прохождения паводка!

А как же летний меженный сток? Почему Краснопещерная река не пересыхает полностью даже после двух сухих месяцев, когда на поверхность Долгоруковского массива не выпадает ни капли дождя? Меженный расход реки Краснопещерной из года в год устанавливается на уровне семь-восемь литров в секунду, что соответствует сезонному объему стока, составляющему 6,9 процента годовой нормы осадков. Но конденсация за теплый период, по микроклиматическим данным, составляет 7,1 процента. Значит, наше предположение, что летний сток реки Краснопещерной формируется за счет конденсационных вод, подтвердилось!

Много интересного узнали мы и о том, как поверхностные и подземные воды растворяют известняки. Как и большинство гидрогеологов, мы сперва полагали, что вода растворяет горную породу на всем пути своего движения, от поверхности плато до источников на склонах. Работы в вертикальных полостях заставили изменить это мнение. Минерализация инфильтрационных вод, отобранных из трещин и ванночек на глубине 50-100 метров от поверхности, оказалась близкой к минерализации воды источников. Значит ли это, что, уходя в толщу горного массива на глубину 300-500 метров, вода уже почти не растворяет известняки?

Экспедиция "Кизил-Коба-1966" дала ответ и на этот вопрос. Оказалось, что между температурой подземных вод и их минерализацией существует четкая обратная связь. Температура непрерывно возрастает вниз по потоку, а минерализация... уменьшается! Значит, в межень под землей идет отложение бикарбоната кальция, растут сложные узоры каменных ковров и оторочки ванночек...

Этот процесс происходит неравномерно: на участках со спокойным рельефом водный поток ритмично откладывает карбонатный материал (вот откуда взялись наши натечные плотины в верхней части пещеры!), а на участках с крупными каскадами, в разломных зонах, где повышается содержание углекислого газа в воздухе, преобладает растворение. Когда вода выходит на поверхность, ее температура и рН резко возрастают, начинается бурное выделение углекислоты и формирование известковых туфов. В летнюю межень минерализация реки Краснопещерной в пределах туфовой площадки уменьшается в среднем на восемь - десять миллиграммов. Легко рассчитать, что на формирование туфовой площадки в таких условиях потребовалось не менее 110 тысяч лет.

В паводок подземные воды производят в Красной пещере огромную разрушительную эрозионную работу. Они ворочают громадные глыбы известняка, выносят из ванночек песок и гальку, шлифуют ими стены галерей. Но эрозии неотступно сопутствует растворение. Вот почему пещеры-источники на склонах горных массивов можно с полным правом отнести к коррозионно-эрозионному классу карстовых полостей. Пещеры и шахты-поноры на плато представляют собой начальные, а вскрытые пещеры на плато и склонах - средние звенья древних гидрогеологических систем. Пещеры-источники на склонах горных массивов - это их конечные звенья!

Но почему нет отложений туфа у входа в Иель-Кобу - средний этаж Красной пещеры? Как происходит растворение известняков при смешении подземных вод разной минерализации? Как...

Впрочем, поставим точку. Для ответов на эти и многие другие вопросы пока еще нет данных. Ведь работы Комплексной карстовой экспедиции - это только первая, маршрутная часть более широких исследований карста Украины. Многие вопросы динамики развития карстовых полостей можно решить только при организации подземной лаборатории. И лучший объект для нее - Красная пещера.

Поэтому, расставаясь с ее залами и галереями, мы всегда говорим до свидания, а не прощай. Мы еще вернемся в этот удивительный мир!