Основной динамической составляющей процесса образования пещер является вода. Интенсивность растворения породы водой, помимо характеристик самой породы, определяется растворяющей способностью воды, которая складывается из величин минерализации, скорости движущегося потока, в меньшей степени – температурных и некоторых других условий. Наибольшей растворяющей способностью обладают воды со слабой минерализацией. Это воды атмосферных осадков и поверхностных водоемов, талые и паводковые воды. Поверхностная вода поступает в каналы и трещины путем инфильтрационного просачивания и инфлюационного (очагового) поглощения. Область поступления воды в пещеру или спелеосистему является областью питания, а участки выхода карстовых вод в зону поверхностного стока относятся к области разгрузки. Путь воды в системе карстовых пустот между областью питания и областью разгрузки является участком транзита карстовых вод. Наглядным примером, иллюстрирующим эту схему, могут являться пещеры системы карстовых логов Железные Ворота. Текущие с верховьев южной ветви лога ручьи перехватываются системой карстовых пустот и переводятся в подземный сток. Проходя по системам карстовых пещер Олимпийская, Ломоносовская, ЖВ-52 и сливаясь с мелкими подземными водотоками, воды выходят на поверхность в устьевой части лога в виде карстового источника Носониха, дающего начало одноименному ручью.

Вода в пещере присутствует в газообразной (пар), твердой (лед) и жидкой фазах, входит в состав породы с помощью физических и химических связей. Пещера характеризует систему вода-порода как нельзя более наглядно.

Водяной пар присутствует в атмосфере пещер всегда – влажность подземного воздуха составляет практически 100%. Насыщение воздуха пещер парами воды происходит за счет испарения с поверхности подземных водоемов, а также "испарения" или "высыхания" ледяных образований холодной зоны. При осаждении водяного пара на холодных поверхностях свода и стен пещер образуется конденсат воды, который, скапливаясь, устремляется вниз под действием гравитации, образуя капель или капельные источники. Сублимация водяного пара (непосредственный переход водяного пара в твердое состояние, минуя жидкую фазу (Чеботарев, 1978) образует кристаллические формы воды в виде сублимационного льда.

Подземные льды чрезвычайно широко представлены в пинежских пещерах и являются одной из главных достопримечательностей подземного мира. Многообразие северных пещерных льдов подробно освещено в главе 2.6 "Ледяные образования".

Вода образует в пещерах три гидродинамические зоны: вертикальной нисходящей циркуляции, горизонтальной циркуляции и сифонной циркуляции. Гидродинамические зоны рассматриваются в пределах пещерного блока – массива породы, вмещающего в себя пещеру.

К зоне вертикальной нисходящей циркуляции (ВНЦ относятся воды, просачивающиеся с поверхности через толщу пород верхней части пещерного блока (инфильтрация), а также участки инфлюационного (очагового) поглощения поверхностного стока, часто с водопадами, например пещера Пехоровский Провал с водопадом на входе. Воды зоны ВНЦ представлены в пещере в виде капельных и струйных источников. Капельные источники развиты преимущественно в зонах нарушенного строения кровли пещеры, на участках развития органных труб, каминов – там, где есть условия для вертикальной циркуляции и восходящего движения пещерного воздуха. Источники малодебитны, активность их измеряется интенсивностью капели в единицу времени.

Интересные результаты были получены при наблюдениях за интенсивностью капели зимой 1980 г. в пещере Кулогорская-4 (Малков, Франц, 1980). Режим капели изучался в период потепления, когда перепад температур на поверхности составил от -42°С до -7°С, т.е. "потеплело" почти в 6 раз. В течение 11 суток производилась регистрация интенсивности капели в пещере через каждые 8 часов по шести сдвоенным капельным источникам. В результате наблюдений отмечена одновременная реакция всех источников на повышение температуры наружного воздуха – интенсивность капели и ее дебит уменьшились. Анализ построенных затем графиков режима капели и изменения температур на поверхности (по данным гидрометеостанции пос. Пинега в 5 км от пещеры) показал наличие тесной прямой связи между пиками отрицательной температуры и максимумами интенсивности капели. Такая синхронность изменений свидетельствует об исключительной чувствительности механизма капели на колебания наружной температуры. Поскольку восходящее движение воздуха постоянно, то непрерывно и насыщение его парами воды и последующая его конденсация, т.е. имеет место малый круговорот конденсационной влаги в пещере. Как известно, образующийся конденсат представляет собой воду практически лишенную растворенных солей. В свою очередь, химический анализ воды капели показывает почти полную насыщенность ее растворенным гипсом: минерализация вод капельного источника в пещере Кулогорская-4 составляет 2,0 г/л, в пещере Конституционная 1,95-2,0 г/л, т.е. близка к насыщению по гипсу. Это значит, что конденсационная вода производит огромную коррозионную работу, подтверждая выражение "капля камень точит". На стенах пещер под органными трубами, на поверхности наклонных выступов (щек) можно встретить бороздки, желобки шириной и глубиной около сантиметра, образованные стекающей конденсационной водой. На коренном полу пещер на участках развития капели образуются лунки, каверны, зубчатые и трубковидные углубления, аккуратно сформированные падающими каплями воды. Капельные источники различной интенсивности свойственны большинству северных пещер. В холодных частях пещер, на привходовых участках капельными источниками образуются натечные формы льда – сталактиты, сталагмиты, колонны. При промерзании пещеры капель прекращается.

В крупных пещерах встречаются струйные источники из зоны вертикальной нисходящей циркуляции, образующиеся водотоками незначительного расхода на подвешенном водоупорном ложе. В образовании струйных источников есть также доля конденсационных вод. Расходы струйных источников не превышают 0,3-0,9 л/с. Они отмечались в пещерах Юбилейная, Высоцкого, Большая Пехоровская и др.

Пещерные воды зоны сифонной циркуляции вскрываются ниже уровня карстовых вод: в переуглублённых частях подземных озер, в руслах водотоков в виде подводных колодцев, провалов – так называемых гидрогеологических окон (рис. 2.4.1), ведущих в нижний подводный ярус. Из зоны сифонной циркуляции выходят и в нее же поглощаются магистральные водотоки многих пещер. Полости сифонной зоны представлены постоянно заполненными водой туннелями, каналами, ходами.

Рис. 2.4.1. Сифонные окна в пещере Музейная (спелеомассив Железные Ворота).

Фото Ю.И. Николаева

О масштабах проработки в зоне сифонной циркуляции можно судить, отчасти, на примере пещер системы карстовых логов Железные Ворота. Спелеоподводные исследования московских и архангельских спелеологов (В. Э. Киселев, А.Ф. Шумейко, М.В. Некрасов) в сифонах системы пещер Олимпийская-Ломоносовская, ЖВ-52 показывают, что ширина подводных туннелей варьирует от первых метров до 8-10 м, а высота может достигать от 1,5-2 до 4 метров. Характерные сечения по форме близкие к овальным с уплощенным и вогнутым сводом, а также имеющим сложные очертания со следами уровневой проработки. Проводившиеся погружения спелеоподводников (В.В. Свистунов, М.В. Некрасов) в пещере Большая Голубинская показали: что ширина подводного туннеля пещеры составляет 5-10 м, высота 2-2,5 м, а канал, ведущий вглубь, замыт песчано-глинистым материалом и непроходим.

Прохождение подводных участков пинежских пещер с аквалангом имеет ряд осложняющих факторов, основные из которых – это предельно низкая температура воды (1-3°С), преимущественно небольшие поперечные размеры пещерных ходов. Серьезным препятствием являются выступы сильно корродированных – источенных водой – участков стен и свода. Характерно присутствие в донных отложениях большого количества глинистого материала, быстро образующего устойчивую взвесь, что снижает видимость и затрудняет ориентирование под водой.

Разгрузка вод зоны сифонной циркуляции происходит в виде родников и источников, а также грифонов – восходящих субаквальных источников. Так, в пещере Большая Пехоровская в паводковый период воды сифонной зоны, изливаясь из грифонного источника, поднимаются в зону горизонтальной циркуляции, а затем выходят из пещеры в виде ручья, переходя, таким образом, из области подземного стока в поверхностный. Ручей из пещеры Пехоровская, пройдя устьем карстового лога, впадает в р. Пинегу. Известен грифон в окрестностях п. Голубино, расположенный близ пещеры Большая Голубинская непосредственно в русле р. Пинеги, являющийся ничем иным, как выходом вод зоны сифонной циркуляции.

В зависимости от морфологических особенностей строения пещеры встречаются несколько типов сифонов. Это сифоны на потоках (краевые и внутренние), сифонные (или гидрогеологические) окна, озерные сифоны. Они могут быть подводящими – в таком случае через сифон вода поступает в пещеру, и поглощающими – отводящими пещерные воды вглубь массива. Сифоны на потоках имеются в большинстве обводненных пещер (Голубинский Провал, Китеж, Олимпийская, Ломоносовская и других). Гидрогеологические окна вскрывают нижний обводненный ярус пещеры. Они встречаются в пещерах Голубинского, Березниковского спелеомассивов, лога Железные Ворота, на р. Сотке (пещеры Хрустальная, Пехоровская и др.). Озерные сифоны представляют собой систему подводных каналов, вскрывающихся в днищах озер, и по сути являются разновидностью гидрогеологических окон. Озерные сифоны наиболее широко представлены в пещерах Кулогорского и Чугского спелеомассивов, пещере Большая Голубинская и др.

Нужно отметить, что сифонными ходами или полусифонами в спелеологии еще называют частично или полностью затопленные пещерные ходы в зоне горизонтальной циркуляции подземных вод, образованные на участках углубления пола и перегиба пещерного профиля. Такие ходы широко распространены в пещерах Пинежья и часто являются серьезным препятствием для спелеологов. Они ограничивают доступ в пещеры, открываясь только в меженный период. Иногда они недоступны в течение нескольких лет из-за значительного обводнения сифонных ходов в основной или привходовой части.

Наибольшее разнообразие присуще водопроявлениям зоны горизонтальной циркуляции. Подземные реки, ручьи и озера являются основной движущей силой формирования и современной моделировки подземного рельефа. Они являются наиболее распространенными водопроявлениями пещер.

Основоположниками карстоведения разработаны несколько моделей стадий развития пещер. Стадии выделяются по комплексу признаков, в том числе и по характеру и режиму обводнения. Так, согласно классификации Г.А. Максимовича (1961, 1963), после частичного осушения пещерного блока и перехода в вадозную (безнапорную эпоху развития), пещера, в зависимости от характера обводненности, может находиться на коридорно-речной, коридорно-озерной или коридорно-гротовой стадии своего развития.

На коридорно-речной стадии развития для пещеры характерно наличие значительного магистрального водотока – подземной реки.

Самый протяженный подземный поток, известный на Пинежье, находится в пещере Кумичевка. В главный вход пещеры втекает река Кумичевка с расходом в летнюю межень 110-130 л/с и температурой воды 9-12°С. Проделав под землей путь более чем в 3 км, приняв в себя ряд крупных и мелких подземных притоков, к поглощающему сифону подходит поток с расходом 160-210 л/с и температурой воды 4-7 градусов по Цельсию. Практически на всем своем протяжении подземный водоток активно растворяет гипсовые породы – приращение минерализации воды по потоку составляет 0,35-0,54 г/л. Минерализация воды в поглощающем сифоне на окончании проходимой части пещеры составляет 1,54-1,90 г/л. Перейдя в зону сифонной циркуляции и двигаясь к области разгрузки в бассейн р. Сотки, поток из пещеры Кумичевка продолжает активную коррозионную и эрозионную деятельность. Указанные выше величины расхода потока и минерализации воды отмечались в период летней межени. В паводковый период расходы потока существенно увеличиваются, а величина минерализации воды уменьшается. Соответственно, во много раз увеличивается агрессивность потока и скорость отвода растворенных веществ, что способствует дальнейшему активному процессу закарстования.

Водоток в пещере Ленинградская имеет протяженность 2100 м. На нижнем входе пещеры он впадает в р. Сотку. Расход потока, в межень составляющий 34-37 л/с, в паводковый период может достигать 155-160 л/с (осень 1983 г.).

Но, пожалуй, наиболее водообильным, из известных на Пинежье, является магистральный поток пещеры Ломоносовская. Расход магистрального потока даже в межень составляет около 180-200 л/с. Это небольшая речка со скоростью течения около 0,2 м/с. в межень и глубиной 0,4 до 1,0 м. Передвижение по пещере навстречу течению на отдельных участках затруднено. В паводковый период расход потока возрастает более чем в 5 раз и достигает почти 1000 л/с. Уровень воды повышается на 1,3-1,4 м.

Подземные реки характерны для крупных пещер (Юбилейная, Сабуровская (рис. 2.4.2), Северный Сифон и др.). Основная же часть пинежских пещер относится к средним, протяженностью 100-500м. Поэтому большинство русловых подземных водотоков представлены ручьями с расходом 1-50 л/с и небольшими скоростями течения (рис. 2.4.3). Средние скорости течения пещерных ручьев изменяются от 0,07 до 0,55 м/с. Значительные увеличения скорости потока возможны на участках пережимов хода и больших продольных уклонов русла.

Рис. 2.4.2. Подземная река в пещере Сабуровская.

Фото А.А. Семиколенных

Сезонные изменения уровней пещерных вод на высоту до 1,3-2,5 м характерны для большинства пещер. Кроме того, в паводок значительно снижается минерализация карстовых вод от 1,8-2,0 г/л до 1,3-1,5 г/л за счет разбавления подземных вод поверхностными талыми водами, при этом увеличивается их агрессивность по отношению к карстующимся породам. Коррозионно-эрозионное действие карстовых вод возрастает в паводковый период.

Изменение температуры воды карстовых потоков имеет четко выраженный сезонный характер: к весеннему паводку она уменьшается, осеннему – увеличивается. Средние температуры вод подземных рек и ручьев варьируют от +1°С до +5,5°С. Некоторое исключение могут представлять пещеры активного инфлюационного питания. Так, в пещере Кумичевка к поглощающему сифону летом подходит поток с относительно "теплой" водой – до +7,9°С.

Рис. 2.4.3. Выход подземной реки из пещеры Ключевая.

Фото Е.И. Гуркало

Рис. 2.4.4. Водопад в пещере Юбилейная высотой 5м.

Фото Ю.И. Николаева

Уникальными элементами подземного мира являются водопады (рис. 2.4.4). Они встречаются как на участках входов (пещера Пехоровский Провал с водопадом 18 м), когда поток с поверхности низвергается в пещеру, так и внутри самой пещеры. Водопады известны во многих пинежских пещерах: Водопадная – 6 м, Малая Пехоровская – 4,5 м, Голубинская-1 – 1,9 м, Северный Сифон – 4,5 и 3,2 м, Олимпийская – 3,6 и 6 м, Юбилейная – 5 и 6,5 м и др. Среди них можно выделить водопады на магистральных потоках и водопады «подвешенных» притоков. Водопады на магистральных водотоках образованы на участках перегибов пещерного ложа. Высоты их составляют в основном 1,5-6,5 м. Водопады подвешенных притоков образуются, когда к магистральному потоку подводится боковой приток, ложе которого поднято над основным дном пещеры.

Так, в пещеру Северный Сифон в субширотной части поступает подвешенный западный приток в виде водопада высотой 3,2 м. На участке основного входа магистральный поток пещеры образует, в свою очередь, водопад высотой 4,5 м (расход потока в межень около 160 л/с) и уходит на нижний ярус проработки (рис. 2.4.6).

Водопады в пещерах могут образовывать уникальные формы подземного рельефа – каньоны, котлы, колодцы. В пещере Малая Пехоровская процессами врезания и отступления ложа водопада образована небольшая камера.

В пещере Высоцкого находятся уникальные формы подземного рельефа, образование которых также связано с действовавшими ранее водопадами. Здесь в 180 м от входа в западном направлении в своде пещеры имеется серия из 7-ми колодцев диаметром от 1 до 2,5 м высотой 4,5 м, ведущих в верхний ярус. В самом северном колодце расположен небольшой водопад высотой 3,1 м (струйчатый источник).

Водотоки подчеркивают особенности строения рельефа пещеры и геологические условия развития пещерного блока в целом. Анализ работы водотоков в прошлом по морфоскульптурным формам позволяет в отдельных случаях делать очень интересные выводы. Так, в пещере Конституционная уклоны молодых и древних ярусов проработки направлены в противоположные стороны, что могло произойти при смене направлений движения карстовых вод под влиянием внешних условий.

Часть пещерных русловых водотоков существуют только в паводковый период (переходно-обводненные пещерные блоки). К ним можно отнести ручьи в дальней части пещеры Голубинский Провал, пещерах Китеж, Большая Пехоровская, Деликатная и в множестве других пещер. Гидрологические особенности пещерных водотоков определяются в первую очередь гидрологическими и гидрогеологическими условиями пещерного блока. Они различны для спелеомассивов и даже для пещер в пределах одного спелеомассива.

Рис. 2.4.5. Замерзшее озеро сифонного типа в пещере Гвардейская (бассейн р. Чуги).

Фото Ю.И. Николаева

Рис. 2.4.6. Водопад в пещере Северный Сифон.

Фото А.А. Семиколенных

Пещеры переходно-обводненного пещерного блока, как правило, находятся уже на другой стадии развития. По Г.А. Максимовичу это коридорно-озерная стадия. Помимо периодически пересыхающих русловых водотоков, для этой стадии характерными являются озера.

Разнообразие подземных озер Пинежья очень велико. В пещерах встречаются проточные, кольматационные, остаточные, сифонные, эворзионные озера, бассейновые емкости. Их размеры и глубины варьируют в зависимости от особенностей подземного рельефа (рис. 2.4.5).

Проточные озера образуются в руслах подземных потоков, когда вода заполняет естественные углубления пола. Встречаются они достаточно часто, размеры их варьируют. При больших занимаемых объемах они относятся к бассейновым емкостям.

Остаточные озера появляются при осушении пещерного блока, сохраняются в пещерах после паводкового обводнения. Размеры и глубина их различны и зависят от внутреннего строения рельефа пещер. Множество вариантов озер этого типа представлено в пещерах Кулогорского и Чугского спелеомассивов.

На участках развития сифонов при недостаточной пропускной способности сифонного канала может образоваться сифонное озеро, которое отличается значительными колебаниями уровня воды в зависимости от сезона и характера сработки. Также сифонные озера появляются в зоне глубокого вскрытия сифонных вод. Примером озер такого типа могут являться озера пещер Большая Голубинская, Капитан Немо, Кулогорская-Троя, Хрустальная, ЖВ-52.

При перекрытии сифонного канала или поглощающих поноров и трещин рыхлыми наносами (их кольматации) происходит появление кольматационных пещерных озер. Разновидности их широко представлены в пещерах Кулогорского спелеомассивов.

Эворзионные озера, как правило, небольших размеров, но значительной глубины, образуются под водопадами. Но чаще их не рассматривают как озера, а называют эворзионные ямы или котлы. Если же иметь в виду то, что озеро – это емкость с некоторым запасом воды, то эворзионные котлы также можно назвать озерами. Ярким примером тому может служить пещера Северный Сифон с эворзионным озером на входе глубиной до 1-1,3 м.

Наибольший карстологический интерес представляют спелео-водоносные системы, включающие в себя пещеры и участки пещер, находящиеся на разных стадиях развития и заложенные в нескольких сочлененных пещерных блоках. Здесь представлено все многообразие водопроявлений пещер.

Вода – творец множества чудес подземного мира, вопрос водоносности – один из наиболее интересных в процессе изучения северных гипсовых пещер.

Подземный рельеф

Вторичные образования пещер