Как образуются пещеры и что в них находят

Как подземные воды вымывают лабиринты в камне

Почти все крупные пещеры мира называют карстовыми. Этот термин появился от названия известнякового плато Карст в Словении, где геологи впервые подробно изучили такое явление. Вода обладает уникальной разрушительной силой, когда взаимодействует с легкорастворимыми минералами вроде известняка, мела, гипса или каменной соли.

Обычная дождевая вода сама по себе растворяет камень медленно. Проходя сквозь атмосферу и слой почвы, она насыщается углекислым газом и превращается в слабый раствор угольной кислоты. Попадая в мельчайшие трещины известняка, этот кислый раствор вступает в химическую реакцию с карбонатом кальция. Нерастворимый минерал превращается в растворимый гидрокарбонат кальция и выносится потоком дальше. Год за годом микроскопическая трещина расширяется, превращаясь сначала в узкую промоину, затем в колодец, а через сотни тысяч лет — в огромный подземный зал высотой с многоэтажный дом.

Пещеры возникают и другими путями, хотя карстовые остаются самыми распространенными на суше.

• Вулканические лавовые трубки возникают при извержении, когда остывающая корка лавового потока твердеет снаружи, а жидкая сердцевина вытекает наружу, оставляя пустой тоннель.
• Морские гроты формируются механической силой прибоя, когда волны с песком и галькой веками бьют в основание скалистого обрыва и пробивают бреши.
• Ледниковые пещеры промываются талой водой внутри толщи ледников, поэтому их форма может кардинально меняться за несколько теплых недель.

Химия минеральных сосулек: сталактиты и сталагмиты

Когда карстовая полость уже сформировалась и частично освободилась от бурных потоков воды, запускается обратный химический процесс. Насыщенная растворенной известью вода медленно сочится сквозь свод пещеры и зависает на потолке в виде капли. Попадая в открытое пещерное пространство, вода теряет часть углекислого газа. Химическое равновесие сдвигается, и растворенный гидрокарбонат кальция снова выпадает в твердый осадок в виде минерала кальцита.

Каждая капля оставляет на потолке микроскопическое колечко извести толщиной в доли миллиметра. Постепенно эти кольца срастаются в тонкую полую трубочку, которая со временем утолщается. Так растет сталактит, спускающийся с потолка вниз. В среднем сталактит вырастает всего на несколько миллиметров за столетие, хотя при быстром капеже и высокой концентрации солей темп доходит до сантиметра за десяток лет.

Упавшая с потолка капля разбивается о каменный пол пещеры. Из брызг тоже улетучивается газ, и осадок кальцита начинает накапливаться снизу вверх. Так формируется сталагмит. Со временем растущие навстречу друг другу выросты соединяются в единую каменную колонну, которую геологи называют сталагнатом.

Следы древнего человека и наскальное искусство

Пещеры служили естественными убежищами для людей каменного века. Внутри царит постоянный микроклимат. Сюда не проникают ветер, дождь и солнечные лучи, а температура держится на одном уровне круглый год. Благодаря этим условиям органика, дерево, кость и краски сохраняются тысячелетиями, тогда как на открытом воздухе они быстро разрушаются.

В глубине пещерных галерей археологи находят древнейшие святилища и следы стоянок. Люди эпохи палеолита освещали своды факелами или каменными плошками с животным жиром и рисовали фигуры животных, сцены охоты и отпечатки собственных ладоней. Краску делали из природных минералов, смешивая охру, древесный уголь, глину и оксиды марганца с кровью или жиром.

• Капова пещера на Южном Урале сохранила около двух сотен древних рисунков охрой, среди которых изображены мамонты, шерстистые носороги и дикие лошади возрастом более 15 тысяч лет.
• Пещера Шове во Франции содержит галереи с реалистичными изображениями пещерных львов, медведей и бизонов, нанесенными около 36 тысяч лет назад.
• Пещера Альтамира в Испании поразила ученых многоцветными объемными росписями на естественных выступах известняка, создающими эффект живого стада бизонов.

Останки вымерших животных и подземная фауна

В пещерах скопились огромные кладбища древней фауны эпохи плейстоцена. Крупные хищники вроде пещерных медведей и гиен использовали сухие залы для спячки или логова, где умирали от старости и травм. Травоядные животные нередко срывались в вертикальные карстовые провалы и колодцы, которые действовали как природные ловушки. Толстый слой глины и падающий со сводов щебень герметично консервировали кости, защищая их от выветривания.

В вечной темноте сформировалась изолированная экосистема. Обитателей пещер, которые всю жизнь проводят под землей и не способны жить на поверхности, называют троглобионтами. Их среда обитания отличается постоянной влажностью, отсутствием фотосинтеза и стабильной прохладой.

• Европейский протей представляет собой слепую саламандру со светлой кожей и наружными жабрами, способную годами обходиться без еды благодаря крайне медленному метаболизму.
• Пещерные рыбы полностью утрачивают глаза за ненадобностью, ориентируясь в ручьях исключительно с помощью развитой боковой линии и органов осязания.
• Летучие мыши используют пещеры как дневное убежище и место для зимней спячки, а по ночам вылетают на охоту наружу, принося в подземный мир питательные вещества.