Введение

Природное подземное пространство, достаточно большое для входа человека.

Пещера или карстовая полость – это естественная пустота в земле, а именно пространство, достаточно большое для того, чтобы человек мог в него войти. Пещеры часто образуются в результате выветривания горных пород и обычно простираются глубоко под землей. Термин "пещера" может относиться и к небольшим углублениям, таким как морские пещеры, скальные навесы и гроты, которые простираются вглубь скалы на относительно небольшое расстояние и называются экзогенными пещерами. Пещеры, которые простираются вглубь земли дальше, чем ширина их входа, называются эндогенными пещерами. Спелеология – это наука об исследовании и изучении всех аспектов пещер и пещерной среды. Посещение или исследование пещер в рекреационных целях может называться спелеологией, дайвингом в пещерах или просто исследованием пещер.

Типы образования

Образование и развитие пещер известно как спелеогенез; этот процесс может занимать миллионы лет. Пещеры могут значительно различаться по размеру и формируются под воздействием различных геологических процессов. Эти процессы могут включать комбинацию химических реакций, эрозию, вызванную водой, тектонические силы, деятельность микроорганизмов, давление и атмосферное влияние. Методы изотопного датирования могут применяться к отложениям в пещерах для определения временной шкалы геологических событий, которые сформировали и создали современные пещеры. Большинство пещер образуется в известняке в результате растворения. Пещеры также могут классифицироваться по другим признакам, в частности, по контрасту между активными и реликтовыми: в активных пещерах протекает вода, а в реликтовых – нет, хотя в них может сохраняться вода. К типам активных пещер относятся пещеры поглощения (в которые уходит поток), пещеры выноса (из которых выходит поток) и сквозные пещеры (прорезаемые потоком).

Решение

Растворительные пещеры или карстовые пещеры – наиболее распространенный тип пещер. Такие пещеры формируются в породах, растворимых в воде; большинство из них образуются в известняке, но они также могут возникать в других породах, таких как мел, доломит, мрамор, соль и гипс. За исключением соляных пещер, растворительные пещеры образуются, когда порода растворяется природной кислотой в грунтовых водах, просачивающихся через слои, разломы, трещины и подобные структуры. Со временем трещины расширяются, превращаясь в пещеры и пещерные системы. Крупнейшие и наиболее многочисленные растворительные пещеры расположены в известняке. Известняк растворяется под воздействием дождевой и грунтовой воды, насыщенной H2CO3 (углекислотой) и природными органическими кислотами. Процесс растворения приводит к формированию характерного рельефа, известного как карст, для которого типичны воронки и подземный дренаж. Пещеры в известняке часто украшены образованиями из карбоната кальция, образующимися в результате медленного осаждения. К ним относятся натечные образования, сталактиты, сталагмиты, геликтиты, содовые трубки и колонны. Эти вторичные минеральные отложения в пещерах называются спелеотемами. Участки растворительной пещеры, расположенные ниже уровня грунтовых вод, будут затоплены. Пещера Лечугилья в Нью-Мексико и расположенная поблизости пещера Карлсбад в настоящее время считаются примерами другого типа растворительных пещер. Они образовались в результате подъема газа H2S (сульфида водорода) из глубины, где нефтяные залежи выделяют сернистые пары. Этот газ смешивается с грунтовыми водами и образует H2SO4 (серную кислоту). Затем кислота растворяет известняк снизу вверх, а не сверху вниз, посредством просачивания кислой воды с поверхности.

Первичный

Пещеры, образовавшиеся одновременно с окружающей породой, называются первичными пещерами. Лавовые трубки формируются в результате вулканической активности и являются наиболее распространенными первичными пещерами. Когда лава течет вниз, её поверхность остывает и затвердевает. Под этой коркой продолжает течь горячая жидкая лава, и если большая её часть вытекает, остается полый туннель. Такие пещеры можно найти на Канарских островах, на острове Чеджудо, на базальтовых равнинах восточного Айдахо и в других местах. Пещера Казумура, расположенная недалеко от Хило на Гавайях, – это исключительно длинная и глубокая лавовая трубка. Лавовые пещеры включают в себя, но не ограничиваются лавовыми трубками. Другие пещеры, образовавшиеся в результате вулканической активности, включают разломы, лавовые отпечатки, открытые вертикальные каналы, надувные образования и пузыри, среди прочих.

Морская или прибрежная

Морские пещеры встречаются вдоль побережья по всему миру. Особый случай представляют прибрежные пещеры, которые формируются под воздействием волн в зонах ослабления морских скал. Чаще всего эти ослабления – это разломы, но ими также могут быть жилы или плоскости слоистости. Некоторые пещеры, образованные волновым вымыванием, сейчас находятся выше уровня моря из-за последующего поднятия суши. В других местах, например, в заливе Пханг-Нга в Таиланде, карстовые пещеры были затоплены морем и теперь подвергаются береговой эрозии. Морские пещеры обычно имеют длину около 100 метров, но могут превышать этот размер.

Коррозионные или эрозионные

Корразионные или эрозионные пещеры – это пещеры, формирующиеся исключительно в результате эрозии, вызванной потоками воды, несущими камни и другие осадочные породы. Они могут образовываться в любом типе горных пород, включая твердые, такие как гранит. Как правило, для направления потока воды необходимо наличие зоны ослабления, например, разлома или трещины. Подтипом эрозионных пещер являются ветровые или эолические пещеры, образованные выветриванием под воздействием переносимых ветром отложений.

Талус

Пещеры талуса формируются за счет пустот между крупными глыбами и валунами, хаотично скопившимися, как правило, у подножия скал и обрывов. Эти неустойчивые отложения называются талусом или осыпью, и они могут быть подвержены частым камнепадам и оползням.

Анхиалиновый

Анхиалиновые пещеры – это пещеры, как правило прибрежные, содержащие смесь пресной и соленой воды (обычно морской). Они встречаются во многих регионах мира и часто населены высокоспециализированными и эндемичными животными.

Физические модели

Разветвленные пещеры напоминают поверхностные дендритные узоры ручьев; они состоят из проходов, которые объединяются вниз по течению как притоки. Разветвленные пещеры – наиболее распространенный тип пещерных систем и формируются вблизи воронок, где происходит пополнение грунтовых вод. Каждый проход или ветвь питается отдельным источником пополнения и сходится с другими ветвями более высокого порядка вниз по течению. Угловые пещеры формируются из пересекающихся трещин карбонатных пород, в которых трещины расширяются за счет химической эрозии. Эти трещины образуют высокие, узкие, прямые проходы, сохраняющиеся в обширных замкнутых петлях. Самая длинная исследованная подводная пещера, и вторая по длине в целом – Sistema Ox Bel Ha на Юкатане, Мексика. Самая глубокая известная пещера, измеренная от ее самого высокого входа до самой низкой точки – пещера Вераевкина в Абхазии, Грузия, с глубиной более 2212 метров. Это была первая пещера, исследованная на глубину более 2000 метров. (Первой пещерой, в которую спустились ниже 1000 метров, была Gouffre Berger во Франции.) Пещеры Сарма и Иллюзия Межонного Снежная в Грузии (1508 метров и 1508 метров соответственно) в настоящее время являются второй и третьей по глубине пещерами. Самая глубокая подводная пещера, исследованная дистанционно управляемым подводным аппаратом на глубине 404 метров – Hranice Abyss в Чешской Республике. Miao Room – крупнейшая известная пещера в мире по объему, с измеренным объемом 11 800 000 кубических метров. Крупнейшая известная пещера по площади – Sarawak Chamber в Национальном парке Гунун-Мулу (Мири, Саравак, Борнео, Малайзия), наклонная, усеянная валунами камера площадью 700 000 квадратных метров.

Пещеры и акустика

Важность звука в пещерах предшествует современному пониманию акустики. Археологи обнаружили взаимосвязь между изображениями точек и линий, в определенных областях резонанса, в пещерах Испании и Франции, а также инструменты, изображающие палеолитические мотивы – свидетельства музыкальных событий и ритуалов. Скопления изображений часто находили в местах с выраженной акустикой, иногда даже имитирующих звуки животных, изображенных на стенах. Также предполагается, что человеческий голос мог использоваться как средство эхолокации для навигации в тёмных участках пещер, где применение факелов было затруднено. Точки красной охры часто встречаются в местах с максимальным резонансом, где создание изображений было слишком сложным. Пещеры продолжают служить объектом изучения для современных исследователей акустики. Сегодня пещеры Камберленда представляют собой один из лучших примеров современного музыкального использования пещер. Пещеры используются не только для реверберации, но и благодаря звукопоглощающим свойствам их необычных поверхностей. Неровности стен пещер Камберленда рассеивают звуковые волны, отражающиеся от стен, придавая пространству качество, близкое к студии звукозаписи. В XX веке музыканты начали изучать возможность использования пещер в качестве площадок для клубов и концертных залов, среди них Дина Шор, Рой Акуфф и Бенни Гудман. В отличие от сегодняшней ситуации, эти ранние выступления обычно проводились у входов в пещеры, поскольку отсутствие технологий делало глубинные участки недоступными для музыкального оборудования. В пещерах Лурей, штат Вирджиния, был создан действующий орган, который извлекает звук ударами молоточков по сталактитам, каждый из которых имеет свою высоту тона.