Под карстовым геоморфологическим комплексом понимается совокупность специфических форм рельефа, созданных деятельностью поверхностных и подвесных вод в растворимых (карстующихся) породах. В классической стране карста — Словении его называют kras.
Наибольшее значение на Земле получил известняковый карст, свойственный широко распространенным карбонатным (СаСО3 + МgСО3) отложениям. Другие растворимые породы — каменная соль, гипс — встречаются намного реже или растворяются слишком быстро. Сущность растворения заключается в насыщении циркулирующих в карстующихся породах вод углекислотой, которая служит основным растворителем. При перенасыщении воды СО2 растворение прекращается начинается выпадение карбоната кальция из воды и появление в карстовых пустотах вторичных натечных образований.
Изучением геоморфологии карста, в научном и практическом плане, занимается наука спелеология. Развитие карстовых процессов зависит от ряда условий. В наиболее типичном виде карстовые формы выражены в открытом (голом) карсте, когда известняковые породы обнажаются на поверхности. Условно открытый карст принято называть средиземноморским (Балканский полуостров, Крым, Кавказ, Альпы, Пиренеи и т.д.). Рельефообразующие процессы интенсивно проявляются в чистых, но трещиноватых известняках, мелах, мергелях при сравнительно пологих склонах, способствующих замедленному стоку и химическому выветриванию. Большое значение имеет высота карстового массива над уровнем моря и местный базис карстовой денудации, от которых зависит глубина вертикальной циркуляции воды в трещинах горной породы. По признаку рельефа выделяют горный и равнинный карст.
Карст — не только азональное явление, он имеет свои особенности в различных климатических зонах. Для развития карста наиболее благоприятен климат средиземноморского типа с ограниченным и неравномерным количеством осадков и высокими температурами в течение года. В условиях холодного климата вода теряет свою химическую активность, а наличие вечной мерзлоты ограничивает ее вертикальную циркуляцию.
Влажный климат умеренных широт способствует быстрому накоплению почвенного и дернового покрова, кроме того, в умеренной зоне карстующиеся породы, как правило, лежат под рыхлыми континентальными осадками. Такой карст называют покрытым, он характерен для обширных территорий Восточно-Европейской равнины, центральной части бассейна реки Миссисипи и др. Однако и на равнинах встречается типичный голый карст, например в Пермской и Псковской областях. Изучение тропического карста также выявило ряд его особенностей, связанных с интенсивностью процессов растворения и денудации в жарком влажном климате.
Важнейшее значение для развития карста имеют гидрологические условия. В карстовом массиве различают три этажа (зоны), различные в гидрогеологическом отношении. Верхняя, называемая зоной аэрации, располагается от поверхности до уровня грунтовых вод и характеризуется вертикальной циркуляцией. Свободное гравитационное движение воды, свойственное верхней зоне, наблюдается в периоды выпадения дождей и таяния снега. В верхней зоне возникают основные поверхностные формы. Средняя зона периодически полного насыщения отличается горизонтальными или слабо наклонными движениями воды в границах самого высокого и наиболее низкого уровня зеркала грунтовых вод. Это зона активного формирования карстовых пещер. Нижняя зона — постоянного полного насыщения — распространяется вплоть до водоупорного горизонта и отличается горизонтальной циркуляцией. Она питает карстовые реки и крупные постоянные источники.
Эволюция карстовых форм
На молодом массиве известковых пород, недавно обнажившихся из-под уровня моря, под влиянием разъедающей деятельности проникающих в трещины в зоне аэрации дождевых и талых вод возникает сочетание специфических открытых мезо- и микроформ. В чистых известняках появляются карры, или шратты. Они представлены лабиринтом узких острых гребней и разделяющих их таких же узких борозд глубиной до 0,5 - 1 метра. Карровые поля характеризуют молодую стадию развития карстового процесса, когда выпадающие осадки проникают сквозь трещины и поверхностные водотоки отсутствуют (рис. 51).
На начальной стадии развития карста средиземноморского типа большое распространение получают поноры, т.е. более или менее широкие щели, служащие водоотводящими каналами для поверхностных вод. Почти одновременно с ними развиваются разнообразные округлые понижения и провалы, объединенные под общим названием долины. К ним относятся широкие плоские блюдцеобразные западины, возникающие в процессе просадки грунта. Наиболее типичны карстовые воронки, достигающие в диаметре 20 - 50 метров, а по глубине — от нескольких до первых десятков метров. Развиваются они в результате активного, но ограниченного по площади проникновения поверхностных вод по крупным трещинам, а иногда за счет расширения стенок понора. Склоны воронок обычно крутые, обнаженные, дно сухое.
Распространенной разновидностью карстовых форм являются глубокие (до нескольких десятков метров) вертикальные впадины типа колодцев. Они образуются над подземной пустотой в результате обвала верхнего слоя (потолка). На этой стадии развития карстовые формы не соединены друг с другом и поверхностными водотоками. Каждая форма развивается за счет вертикальной циркуляции (рис. 51) и в целом формируется типичный ванновый ландшафт.
Дальнейшее развитие карстового геоморфологического комплекса направлено по линии поверхностной денудации и образования поверхностных водотоков путем вскрытия подземных вод. В карровых полях борозды постепенно становятся шире, мелкие гребни "съедаются" за счет химического выветривания, устойчивые гребни превращаются в останцы. В понижениях накапливается нерастворимый осадок известняков — красная глина (terra rossa), которая закупоривает трещины и создает условия для застаивания на поверхности атмосферных вод.
Для горного карста в этой стадии характерно развитие глубоких вертикальных каналов — карстовых бездн, или шахт, глубина которых достигает нескольких сот метров. В период дождей сюда устремляются поверхностные воды, проходящие по вертикальным каналам до уровня грунтовых вод. В книгах французского спелеолога Н. Кастере карстовые бездны описаны в Пиренеях, где глубина их составляет сотни метров; в Италии к северу от Вероны глубина карстовой шахты достигает 637 метров. Крупнейшие карстовые бездны обнаружены советскими спелеологами на Западном Кавказе в районе Нового Афона и Гагр (гора Арабика).
Переход в стадию зрелости равнинного голого карста выражается в расширении воронок, соединении их друг с другом, превращении колодцев в воронкообразные впадины. В результате слияния образуются широкие понижения причудливых очертаний, получившие название увала. Днище увала еще не имеет постоянного водотока, но скопление terra rossa способствует образованию временных водоемов, питаемых дождевыми и снеговыми водами.
Наиболее типичными формами зрелого карста считаются полья. Это обширные, вытянутые на много километров понижения с крутыми склонами и плоскими днищами, с постоянными водотоками или цепочками озер, питаемых грунтовыми водами. В классических карстовых областях широкие днища польев, выстланные плодородной terra rossa, служат местами размещения сельскохозяйственных угодий.
Образование польев имеет несколько объяснений. Они являются результатом естественной эволюции карстового процесса, достигшего уровня карстовой денудации. В других случаях формирование польев связано с расположением тектонических линий, например, Попово поле в Словении. Иногда полья образуются на месте провала кровли подземной реки. При этом остатки обрушившегося свода остаются в виде естественных мостов. Н.А. Гвоздецким описаны полья в Грузии, которые возникли в результате размыва и выноса продуктов размыва нерастворимых пород, залегающих внутри известняков. Форма и размеры таких польев зависят от мощности и размещения нерастворимых пород среди растворимых.
Эволюция форм равнинного карста в умеренных широтах отличается своими особенностями. Они выражаются в завуалированности процессов благодаря слою рыхлых покровных пород и постоянно высокому уровню грунтовых вод. Характерны широкие пологие блюдцеобразные западины, на дне которых скапливается вода или образуется низинное болото; нередко встречаются глубокие карстовые воронки и даже провалы типа колодцев. Дно их выстилается продуктами выветривания и формируются озера, в питании которых заметную роль играют воды подземного карстового массива.
Во влажном жарком тропическом климате (Вьетнам) развитие карста отличается специфическими чертами. В молодой стадии характерно преобладание положительных форм рельефа в виде конусов, башен, которые высоко подняты над базисом эрозии, так называемой базальной поверхностью. Эта особенность связана с влиянием климатических условий; на карстовом массиве образуются широкие плоские понижения, среди которых как останцы прежней поверхности возвышаются поднятия в виде башен, куполов, иногда причудливых очертаний. Зрелость тропического карста выражается в расширении выровненных поверхностей и сокращении площади положительных форм.
На основе морфологических различий И. С. Щукин выделяет куполовидный, башенный, конический и котловинный тропический карст.
Куполовидный карст — наиболее молодая стадия процесса, когда куполообразные возвышенности высотой более 100 метров разделяются узкими сухими ущельями — "карстовыми переулками", связанными с расположением тектонических трещин.
Башенный карст развит на периферии куполообразного и характеризует более зрелую стадию. Для него типичны изолированные друг от друга башни или столбы с относительной высотой 100 - 300 метров. Развитие terra rossa способствует застаиванию воды на денудационной равнине, разделяющей отдельные башни. Склоны и вершины башни изъедены воронками, гротами, шахтами. Углубление понижений уже закончилось и развитие идет за счет "съедания" возвышенностей.
Конический карст отличается тем, что возвышенности становятся более пологими, а денудационная равнина занимает основное пространство.
В некоторых тропических областях (Ямайка) в условиях сильной трещиноватости известняков и низкого положения уровня грунтовых вод развивается котловинный карст. В целом тропическому карсту свойственна высокая интенсивность процессов. Этому способствует мощное развитие растительной массы, разложение которой служит источником добавочного поступления в воду углекислоты и увеличения растворимости карстующихся пород.
Таким образом, карстовый процесс носит характер денудации. Его развитие — это превращение густо и глубоко расчлененной поверхности в выровненную, осложненную денудационными останцами. Так выглядят в стадии дряхлости пологоволнистые карстовые поля, в равнинном карсте выполаживание связано со слиянием долин, образованием широких плоских польев, разделенных пологими гребнями. Стадия старого карста отличается также развитием поверхностной гидрографической сети.
Процесс образования карстовой выровненной поверхности особенно показателен в тропических широтах. Быстрое сокращение башенных и конических возвышенностей приводит к их полному нивелированию. Процесс продвигается от края карстового массива к центру и сформированная ровная поверхность, которая называется окраинной равниной карста, по своему генезису является педиментом карстового происхождения. Новый цикл развития карстового процесса — омоложение наступает при условии, если суша поднимается, а базис денудации (эрозии) понижается.