Пещерами называются естественные подземные полости, доступные для человека. На территории Пинежья практически все пещеры имеют карстовое происхождение и заложены в формациях с сульфатной основой. В карбонатных породах известны мелкие полости, ниши, иногда гроты длиной до 10 м.

Рис. 2.1.1. Напорный канал в своде туннеля, заложенный по спелеоинициирующей трещине. В конце трещины видны первичные каналы. (п. Олимпийская).

Фото Ю.И. Николаева

Карстовые пещеры образуются в результате растворяющего и размывающего воздействия подземных вод на растворимые породы. Определённый вклад в формирование пещер вносят обвально-гравитационные процессы и раскрытие тектонических трещин. Пещеры имеют длительный период развития (от тысяч до сотен тысяч лет) и неразрывно связаны с историей развития карста.

Вопросами формирования этапов развития пещер в разное время занимались: У.М. Девис (1930), Дж. Бретц (1942), А. Бёгли (1964, 1969), Г.А. Максимович (1963, 1969), Л.И. Маруашвили (1967, 1969), В.Н. Дублянский (1977а,б), А.Б. Климчук (1990, 1992) и другие. В соответствии с теоретическими разработками, в эволюции подземных полостей выделяются три периода: фреатический (напорный), вадозный (безнапорный), денудационный (сухой), в пределах которых выделяются шесть стадий развития пещер: раннефреатическая, позднефреатическая, ранневадозная, поздневадозная, раннеденудационная, позднеденудационная.

За начало глубинного карстового процесса можно принять момент создания первичной системы карстовых пустот, отражающих структуру глубинной циркуляции, когда гидрогеохимический процесс растворения получил некоторое геоморфологическое выражение. Развитие глубинного процесса выражалось в изменениях характера циркуляции, в перераспределении путей активного растворения, в процессах гидродинамической и гидрохимической дифференциации карстовых вод.

Предполагается, что в характере циркуляции имели место две тенденции: первая – вела к интегрированию путей движения карстовых вод в определенные пространственно выдержанные зоны, вторая – вызывала общую дифференциацию этих путей в пределах обособленных блоков.

При формировании глубинной сети микроканалов с их расширением меняется характер течения потока: с ламинарного на турбулентный. Теоретические расчеты и математическое моделирование показали, что максимальный критический диаметр ламинарных каналов составляет 15-16 мм (Иванов, Шутов, Зенгина, 1974). Д. Форд (1977) каналы диаметром 17-20 мм относит к спелеогенерирующим. Рост микроканалов приводит к образованию фреатической системы каналов, развитых вдоль субгоризонтальных ослабленных зон, либо вдоль вертикальных и крутонаклонных трещин. Сечение каналов эллипсовидное диаметром до 20 см, реже до 30 см. Эти каналы получили название анастомозы. Анастомозы служат основой для проработки собственно полостей пещер, сохраняются под землей крайне редко в виде небольших фрагментов (ранняя фреатика) (рис. 2.1.1-2.1.3).

Рис. 2.1.2. Фрагменты первичных каналов в своде пещеры.

Фото В.Н. Малкова

Рис. 2.1.3. Система напорных первичных каналов по вертикальной трещине в своде фреатико-вадозного туннеля.

Фото В.Н. Малкова

В процессе медленного поднятия массива горных пород, увеличения водообильности, водопроводимости, а также вследствие взаимодействия между различными водоносными зонами и внутренними элементами этих зон, происходит дальнейший рост ранних каналов, их слияние друг с другом. В зоне напорных вод формируются зрелые каналы доступные для человека (поздняя фреатика). Они имеют четкие овальные либо уплощенно-овальные очертания. Эти фреатические каналы наблюдаются и в настоящее время, но в несколько измененном виде (рис. 2.1.4-2.1.5).

При поднятии карстового массива и расчленении его эрозионными врезами происходит сложная перестройка фреатической пещерной системы в вадозную (безнапорную), где вода движется свободно, а в верхней части ходов появляется воздушное пространство. Вслед за увеличением масштабов преобразования и ростом новых полостей в фреатико-вадозных и вадозных системах усиливается роль сопутствующих эрозионных и гравитационных процессов. Развивается процесс проникновения, транспортировки и аккумуляции терригенного материала, поступающего с поверхности массива в водных потоках и провально-делювиальным путём.

Чаще встречаются полости, в которых поддерживается баланс между привносом и переотложением наносов в соответствии с динамикой водных потоков. При значительном инфлюационном питании и раскрытии понорных каналов молодые полости могут существенно или полностью заполняться наносами. Такие полости не имеют дальнейшего развития до момента перестройки условий карстообразования и возможного размыва заполнителя.

В вадозный период развития пещеры каналы и туннели растут вширь и углубляются. Этапы роста ходов отражаются на стенах в виде скульптур проработки, или уровней проработки: эрозионных врезов, уступов, полок, щёк. На отдельных участках магистральных ходов ручьи уходят под стену, образуя низкие нитеобразные врезы. Несколько позже происходит частичное обрушение сводов туннелей и образуются галереи, залы.

В ходе поднятия массива магистральный водный поток уходит на более низкий уровень, где начинают разрабатываться новые ходы в вадозных условиях, а магистральный ход осушается. В магистральном ходе участками образуются остаточные озёра. При неоднократных неотектонических поднятиях пещерных блоков образуются несколько ярусов. На верхних ярусах развиваются гравитационные процессы и натечные образования. В пещерах Пинежья отмечается до 5 ярусов. Ярусы выражены как в виде самостоятельной системы ходов, так и сопряжённо (в пределах магистрального хода проработаны врезы на более низком уровне, что отражено в сечении ходов).

Рис. 2.1.4. Средние фреатические каналы по тектонической трещине в пещере Северная Венеция.

Фото Ю.И. Николаева

Рис. 2.1.5. Сложный фреатический канал с сечением в виде восьмерки, заложенный по тектонической трещине.

Фото Ю.И. Николаева

Длительная денудация и расширение эрозионных долин приводит к гравитационному вскрытию пещер и выводу отдельных их частей на дневную поверхность в виде провально-каньонных участков. Иногда вскрытые участки пещер не разрушаются полностью, а длительное время сохраняются в виде мостов, арок, гротов, ниш.

Рис. 2.1.6. Корродированный останцовый выступ с остатками полостей в правом борту озерно-ледниковой долины у дер. Кулой.

Фото Ю.И. Николаева

Современное состояние геодинамики пещер определяется предшествующей эволюцией, характером водоносности, проницаемостью кровли, а также развитием гравитационно-обвальных процессов. Эти моменты хорошо отражает схема развития пещер Г.А. Максимовича (1969). Применительно для северных пещер выделяются следующие стадии: воклюзовая, коридорно-речная, коридорно-озёрная, коридорно-гротовая осыпная, коридорно-гротовая обвальная, пещерно-провальная. В названия последних стадий нами внесена корректировка в связи с отсутствием в северных пещерах процессов литогенеза натёчного и цементационного характера.

В сложной истории развития карста Пинежья помимо поднятий территории существовали и периоды относительного опускания и затопления. На ранних этапах истории поверхность рельефа занимала гипсометрически более высокое положение над уровнем моря за счёт эвстатического снижения уровня мирового океана. Об этом свидетельствуют погребённые древние долины рек Пинеги и Кулоя глубиной до 20-30 м ниже современного уреза воды. Во время формирования этих палеодолин образовались пещерные системы или ярусы, проработанные до глубины вреза долин, которые в настоящее время затоплены. Это подтверждают многочисленные гидрогеологические окна, сифонные ходы, сифонные озёра. Такие подводные (сифонные) ярусы характерны для Чугского, Березниковского, Кулогорского и других спелеомассивов.

Особенностью развития северных пещер является напорное воздействие вод материковых ледников на уже сформировавшиеся вадозные пещерные системы и интенсивная их переработка с образованием напорного облика ходов и больших объёмов проработки (наведённая фреатика).

Помимо пещер глубинного развития существуют несколько типов пещер другого генезиса. Так, в береговых обнажениях рек и озер существуют небольшие приповерхностные полости, образованные смешанным воздействием как поверхностных, так и подземных вод, процессами выветривания и раскрытия трещин (рис. 2.1.6). Своеобразна система мелких пещер шелопнякового уровня (на глубине 2-3 м от поверхности), которые сформировалась под ледником, а в настоящее время осушены и в значительной мере разрушены. В отдельных случаях в прибортовых зонах встречаются мелкие гравитационные пещеры и полости, образовавшиеся над карстовыми полостями в результате обрушения их сводов.

Районирование карста

Общие сведения о пещерах Пинежья