В пещерах Пинежья развиты ледяные отложения всех генетических классов (2,3) в широком спектре их видового разнообразия и морфометрических проявлений. Развитие подземных льдов определяется расположением карстующегося массива в северной зоне (64° с.ш.), пространственно-временное распределение подчинено динамическим параметрам карстово-спелеогидрогеологических систем.

Низкие среднегодовые температуры воздуха на поверхности (-0.5°С) и в полостях, поступление в пещеры значительных объемов воды, чаще всего в жидкой и парообразной фазе, приводит к широкому развитию сезонных и многолетних ледяных образований. Формирование льда происходит, преимущественно за счет конжеляционных вод, поступающих из зон вертикальной нисходящей (ВНЦ) и горизонтальной (ГЦ) циркуляции. Роль метаморфических и сублимационных (атмогенной циркуляции-АЦ) льдов в массиве подчиненная.

Пещерные льды имеют большую эстетическую ценность, являются индикаторами изменения как микроклимата подземной среды, так и длительных (глобальных) климатических колебаний, индицируют гидродинамику и экзодинамику подземной среды, повышают устойчивость карстового массива, продляют время существования пещер.

Наиболее значительные объемы подземных льдов образуются в привходовых участках пещер, в зонах отрицательных температур, имеющих протяженность до 100 - 200 м. В более удаленных частях полостей фрагментарное развитие ледяных образований обусловлено локальными подтоками холодных воздушных масс, что связано с вертикальными органными проработками либо с близостью участка полости к прибортовой зоне (рис.1).

Рис.1. Распределение ледяных образований в подземном ландшафте. 1 - сталактит; 2 - сталагмит; 3 - сталагнат; 4 - кристаллы; 5 - покровный лед; 6 - ледопад; 7 - ледяной экран; 8 - ледник; 9 - ледяная пробка; 10 - ледяные коры, гребни; 11 - лед-цемент.

Для зоны ГЦ типично образование ледовых форм в зимнее время на различных водопроявлениях. Помимо обычных ледяных покровов на озерах и ручьях, встречаются ледяные пробки на участках транзита или разгрузки потока. Развитие пробок наблюдается в условиях малодебитных подтоков вод зон ГЦ. Их протяженность достигает 10 - 20 м, после паводка остатки пробок могут сохраняться в подвешенном состоянии выше паводкового уровня, либо обрушиваются при повышении температуры в полости. Развитие ледяных пробок ежегодно отмечается в пещерах Пехоровской и им.Высоцкого. Реликты ледяных пробок длительное время сохраняются в виде ледяных жил в прибортовых зонах ряда пещер.

В зоне ГЦ в послепаводковый период отмечается развитие льда на контакте с переохлажденными коренными породами или вторичным заполнителем. Наиболее распространены ледяные коры, покровы, потоки и ледники. В образовании ледников значительную роль играет приток талых снеговых вод, в меньшей степени, дождевых вод с прибортовых зон пещер. В пещере Ледниковая Волна, где имеется движущийся ледник, рост льда происходит, преимущественно, в весенне-летний период. В прочее время года наблюдается таяние, испарение и передислокация ледникового тела. Подобным образом развиваются и ледяные коры-потоки на наклонных входных спусках (пещера Г-1), как правило, сохраняющиеся в течение всего лета. В случае вертикального входа при притоке талых снеговых вод могут образовываться ледники-занавесы (пещера Голубинский Провал).

Интересное явление, подобное описанному Филлиповым (5), отмечалось при подпорном зимнем подтоплении пещеры Г-1, когда под верхней коркой льда образовалась разноориентированная масса кристаллов. Более обычно для этой пещеры развитие после осеннего паводка висячих часто с различной послойной минерализацией льдов.

При промерзании переувлажненного рыхлого заполнителя происходит либо образование сегрегационных полигонов, субвертикально пронизывающих массу заполнителя, либо кристаллы выдавливаются на его поверхность в виде спиралей, нитей и гребешков. Такие формы типичны для пещеры Г-1 и Голубинского Провала после весеннего или дождевого паводка.

Интенсивное формирование льдов зоны ВНЦ происходит в предзимний и в предвесенний периоды, когда наиболее массированно идет поступление дождевых и талых снеговых вод из подвешенных водотоков. Возможно влияние отепляющего эффекта на контакте снега с породами, особенно в карстовых воронках. В полостях с мощностью кровли менее 10-15 метров льды зоны ВНЦ не развиваются.

Пещера Большая Голубинская отличается большим разнообразием натечных ледяных форм: наледи, ледопады, драпировки, сталактиты, конические, "палочные" и булавовидные сталагмиты, мощные ледяные колонны-сталагнаты. А толщина покровного льда на небольшом подземном озере может превышать 1 метр. Фото Н.Франца

Типичные формы: сталактиты, сталагмиты, сталагнаты и ледяные занавесы, для зон струйного течения и водопадов - ледопады и ледяные экраны. Ледяные экраны развиваются в фронтальной зоне разбрызгивания водопадов и капельных источноков, причем развитие форм ряда: экран-наледь зависят от скорости течения воды, а не от температуры воздуха. При многолетнем существовании льдов в зоне ВНЦ в остальное время года обычны метаморфизм, таяние и испарение льда.

В пещере Китеж (140) и Малая Голубинская развиваются ледяные пробки, образующиеся водами зоны ВНЦ при сращивании сталагнатов, их протяженность достигает 3 - 5 метров, обычно ледяные пробки вскрываются весенним паводком. При искусственном вскрытии пробки в декабре пещера остается доступной весь зимний сезон. Наиболее интенсивное развитие льдов в зоне ВНЦ отмечено в пещерах Большая Голубинская и Юбилейная (С-26). Зимой 1995-96 годов произошло смещение зоны инфильтрации в пещере Певческая эстрада (Г-1), вызвавшее значительное развитие льда, в последующие годы не повторившееся.

Приводимые в статье (1) схемы развития сталактитов - сталагмитов в зависимости от вертикальной температурной стратификации воздуха несколько идеализированы. В реальных условиях действует тот же механизм образования ледяных натечных форм, что и при развитии водно-хемогенных аналогов. Это напоминает о том немаловажном факте, что лед является минералом! При большей скорости поступления воды образуется сталагмит, при замедлении скорости - сталактит, причем по сечению пещеры их одновременное развитие может происходить на различной высоте и в различных сочетаниях форм. При сохранении достаточного питания, длинна сталактитов в пещере Большой Голубинской достигает 2 - 2.5 метров, причем это не препятствует интенсивному росту сталагмитов в непосредственной близости, либо прямо под сталактитом.

Ледяные образования сублимационного класса (зона АЦ) отличаются меньшим видовым разнообразием и объемом, но развиты достаточно широко. Представлены ледяными кристаллами и сростками кристаллических форм различной конфигурации, образуются на входных сколах, сводах, стенах пещер, гравитационных блоках, на поверхности ледяных образований и на переувлажненном заполнителе пещер.

Интересной региональной особенностью является наличие трех сезонных циклов развития ледяных кристаллов: раннезимнего - преимущественно в привходовых участках, классического позднезимнего - при поступлении в полости теплого воздуха с поверхности и летнего, послепаводкового, обусловленного контактом переохлажденных пород и переувлажненных рыхлых заполнителей с теплым воздухом, поступающим с поверхности. Образование сублимационных ледяных кор отличается высокой избирательностью и происходит на доломите, что связано, вероятно, с различной теплоемкостью гипса и доломита.

Осадочно-метаморфические льды образуются в привходовых зонах пещер, они имеют, как правило, незначительные объемы и сугубо подчиненное значение. Могут сохраняться в виде перелетков, обычно в случае погребения колювием.

Особенности химического состава подземных льдов обусловлены высокой скоростью растворения сульфатных пород, активностью циркуляции вод в пределах рассматриваемого района и значительной насыщенностью карстовых вод сульфатом кальция. Данные опробования химического состава ледяных образований в различных гидродинамических зонах приводятся на рис.2.

По данным многолетних наблюдений, наиболее активное воздействие на подземные льды оказывают паводковые потоки. Большая часть пещер является фрагментами транзита (или транзита - разгрузки) постоянных или сезонных подземных потоков. Ледяные образования разрушаются как от механического, так и от температурного воздействия потоков. В пещерах, имеющих значительный перепад между паводковым и меженным уровнем вод, происходит практически полное разрушение ледяных образований до уровня максимального подъема или подпора воды. Вполне вероятно, что при снятии этого воздействия, часть пещер с активным зимним ростом льда быстро заполнилась бы ледовыми массами. Пример подобного заполнения наблюдался при смещении разгрузки подземной реки из системы Кумичевской. Паводковые воды вскрыли фрагмент полости, которой выше максимального уровня подъема воды был выполнен льдом. Множественные автохтонные валуны, вмерзшие в лед, дают основание предполагать длительное промерзание пещеры. Возможности определить возраст льда, к сожалению, не было. Последнее, верхневалдайское оледенение закончилось на данной территории около 9 тыс.лет назад, гипотетически возможна консервация пещер при замерзании в них транзитных флювиогляциальных потоков.

Значительное воздействие может оказывать фактор блуждания инфильтрационных вод. По мере изменения характера питания водами ВНЦ, возможно либо смещение зоны развития ледяных образований, либо полное прекращение их формирования. Обычно при прекращении инфильтрации происходит метаморфизация, сухая возгонка льда, и полное его исчезновение с образованием остаточной гипсовой муки. Динамика воздушных масс также оказывает существенное воздействие на рост - таяние ледяных образований. При относительно невысоких скоростях движения воздуха (n × 0.01-0.1 м/сек), изменения направления воздушных потоков, связанные с гравитационными процессами внутри полостей, приводят к таянию многолетних льдов. Такая взаимосвязь в пещере С-26 привела к развитию событий по цепочке: гравитационное вскрытие - таяние многолетних льдов - дальнейшее усиление гравитационных процессов.

Многолетняя наледь-занавес на входе в пещеру Голубинский Провал. Лето 1991г. Фото Н.Франца

Максимальный возраст пещерных льдов района был установлен для ледника в пещере С-26 (Юбилейная). По данным экзогенного отряда ПГО "Архангельскгеология" он составляет 200 лет. Весьма вероятно, что существование льдов значительно древнее, но достоверной информации об этом нет. Тем не менее, для района, где отмечаются реликты многолетней мерзлоты (4), есть основания предполагать более длительное существование подземных льдов в полостях.

Таким образом, в образовании и развитии пещерных льдов определяющими факторами являются гидродинамические: зона питания, дебитность притока вод, минерализация исходных вод. Сохранность льдов определяется, в большей степени, амплитудой паводковых / меженных уровней карстовых вод, чем температурными сезонными изменениями, что объясняется температурной компенсацией в привходовых зонах пещер.

Роль ледяных образований в динамике карстовых процессов северной зоны, наряду с водой в жидкой фазе, можно считать определяющей. С ними связаны особенности микроклимата, устойчивость и сохранность пещер и зон повышенной трещиноватости. Основные закономерности развития подземных льдов обусловлены широтной зональностью, особенности их пространственно-временного распределения подчинены общей динамике процессов в карстово-спелео-гидрогеологических системах.

В целом, в 90-е годы, отмечена тенденция максимального сокращения объемов ледяных образований в большинстве известных и достаточно посещаемых пещер. С этим явлением связано полное или частичное обрушение ряда пещерных входов (С-26, Дворец Снежной королевы, Певческая Эстрада, ряд входов в систему Географического общества). К настоящему периоду происходит вскрытие длительно консервированных входов в полости (входы К-5, К-8, по свидетельству Н.Франца, вскрылись при таянии ледяных пробок). Зафиксированы маятниковые (эфемерные) вскрытия / закрытия пещерных входов в пещерах Дворец Снежной королевы, Сюрприз. В то же время, с средины 90-х годов наблюдаются явления, позволяющие прогнозировать начало нового этапа прироста подземных льдов. К ним относятся рост ледников в пещерах Г-1 и Ледниковая Волна, увеличение объемов сезонных ледяных отложений пещер, перераспределение участков дислокации льдов в пределах ряда полостей.

1. Голод В.М. Голод М.П. Микроклимат гипсовых пещер Пинежья // В сб.Пещеры Пинего-Северодвинской карстовой области. Л., 1974. - с.128-151.
2. Мавлюдов Б.Р. Причины и условия оледенения пещер // В сб. тез. докл. Минералы и отложения пещер и их практическое значение. Пермь, 1989. - с.25-27.
3. Максимович Г.А. Основы карстоведения // т.1. Пермь, 1963. - 444 с.
4. Попов А.И. Тушинский Г.Н. Мерзлотоведение // М.,1974. - 270 с.
5. Филиппов А.Г. "Подводный иней" - новый вид пещерных льдов // В сб. Научные чтения. 4 Всеуральское совещание по подземным водам Урала и сопредельных территорий. Пермь,1994. - с. 210-211.

Ледяной виноград

О повышении загазованности