Карстовый рельеф

Почти на всей территории Брянской области под относительно маломощными четвертичными отложениями залегают карбонатные породы меловой системы. Поэтому карстовый процесс и связанные с ним поверхностные и глубинные формы рельефа распространены почти повсеместно (Миллер, 1955).

Распространение карстовых форм в Брянской области обусловлено главным образом структурными особенностями территории, положением древних и современных долин, мощностью и составом покровных пород.

Основные районы карстопроявления приурочены к средним или нижним крыльям Среднерусской и Брянской моноклиналей. Особенно активно карстовый процесс протекал на тех участках моноклиналей, где заметно выражены тектонические перегибы пластов мела (флексуры) и линейные структуры. Так в пределах Среднерусской моноклинали распространение карстовых воронок контролируется Севской флексурой и секущими её древними долинами рек. На Дятьковско-Жиздринской моноклинали максимальная закарстованность отмечается по южной периферии, вдоль древних долин Десны и Болвы, и контролируется субширотным Жуковским прогибом и Деснинско-Болвинским субмеридиональным разломом.

На Брянской моноклинали карстопроявление усиливается по падению моноклинали, но особенно заметно в зоне Выгоничи – Клетня – Ворга, Трубчевск – Сураж – Красная Гора, Новгород-Северский – Семёновка – Злынка. В пределах этих зон хорошо выражены отдельные участки, где особенно много карстовых воронок. Все «пятна» сильной закарстованности, где количество воронок нередко достигает 80 на 1 км², совпадают с пересечением субширотных и субмеридиональных линейных структур. Установлена большая степень подобия между розами ориентировок карстовых, воронок и трещин в меловых породах на территории Новозыбковского района. Не вызывает сомнения связь карстовых форм с древними и современными долинами, а также с террасами и зандровыми равнинами с маломощным песчаным чехлом. Однако такая связь может быть кажущейся, поскольку под более мощными четвертичными отложениями возникающие карстовые воронки плохо отражены в видимом рельефе. Зато единичные воронки имеют здесь крупные размеры.

Среди поверхностных карстовых форм встречаются поноры, воронки (выщелачивания, провальные, просасывания, сложные), западины, карстово-суффозионные рвы и ложбины (желоба). Среди подземных форм, очевидно, широко развиты карстовые полости и небольшие пещеры, о чем свидетельствуют провалы бурового инструмента, довольно частые обрушивания покровных пород и образование колодцев и воронок, полости в мелу по береговым обрывам и в руслах рек. Однако в мягких меловых и мергельных породах крупные пустоты не могут существовать, поэтому подземные карстовые формы имеют небольшие размеры. До настоящего времени в пределах области были обнаружены только две карстовые пещеры, имевшие выходы на поверхность: Кудеярова пещера на р. Салынь и Севская пещера на р. Сев. Входы в пещеры сейчас завалены, но в недавнем прошлом пещеры были открытыми и представляли собой довольно крупные пустоты.

Чаще всего в рельефе выражены небольшие сухие воронки диаметром в несколько метров и глубиной до 2–4 м. Особенно часто встречаются они на террасах и маломощных зандрах в Красногорском, Суражском, Новозыбковском, Клинцовском, Навлинском, Суземском, Севском, Дятьковском районах. Многие старые воронки имеют заиленное дно, нередко с осоковым торфом. Образование этих форм очевидно связано как с поверхностным выщелачиванием мергелей и мела под маломощными песками и супесями, так и с просасыванием покровных пород в трещины. Нередко можно наблюдать цепочки воронок, выходящие к склонам балок, речных долин и карстовых оврагов. В таких местах налицо связь поверхностных воронок с подземными потоками вод. Прекрасным примером такой действующей в настоящее время системы является «Белая речка» в Дятьковском районе. Хорошо выражена цепочка воронок у с. Ключевое Навлинского района, заканчивающаяся карстовой ложбиной на краю второй террасы р. Навли. В основании второй террасы из-под мелового обрыва здесь выходят мощные ключи с дебитом около 15 л/с. Все воронки сухие, их глубина примерно равна мощности покровных песков, и только расположенные на дне поноры слабо врезаны в толщу мела (Шевченков, Шевченкова, 1987).

Провальные воронки встречаются реже, но их размеры значительно больше. Диаметр некоторых провалов достигает 80–90 м, а глубина до 40–45 м. Некоторые провалы возникли совсем недавно и продолжают периодически появляться, особенно на юго-западе области в бассейнах рек Ипути, Снова и их притоков. Некоторые провальные воронки, время образования которых можно лишь определить предположительно как четвертичное, заполнены водой. К ним относят, например, озёра Круглое, Бездонное, Святое. Но большинство даже глубоких провалов остаются сухими, особенно на поднятиях. Возникновение провалов указывает на наличие довольно крупных пустот в карстующемся мергельно-меловом массиве, расположенных нередко ниже межени современных рек. В Новозыбковском районе под дном провальных воронок обнаружены «многоярусные» системы пустот, заполненные водой. Следовательно, карстовый процесс развивается по вертикали на десятки метров. Причиной этому является значительная мощность карстующихся пород (130–150 м на юго-западе области) и глубокое залегание основного водоносного горизонта. В районе ст. Злынка, например, на относительно приподнятых водоразделах с отметками 180–190 м главный водоносный горизонт находится на глубине 65–75 м (110–115 м абс.). Зона активного водообмена захватывает больше половины толщи карбонатных пород верхнего мела, и её нижняя граница лежит на 20–40 м ниже современных русел рек. На дне более древних крупных сухих воронок встречаются молодые провалы с понорами. Следовательно, карстообразование идет интенсивно и в настоящее время. Иногда встречаются очень крупные карстовые котловины, достигающие в диаметре 200–300 м и даже 500 м и глубины 20–30 м. Они приурочены к террасам, склонам долин или водораздельным зандровым равнинам с маломощным чехлом четвертичных отложений. Их дно обычно сухое, осложнено более мелкими воронками, склоны сильно выположены. Примером могут служить котловины в Клинцовском и Навлинском районах. Особенно много крупных карстовых котловин на правобережье р. Ипути в Суражском, Клинцовском и Красногорском районах. Возраст карстового рельефа изучен в пределах области недостаточно. Обычно карстовые формы подразделяют на древние, особенно интенсивно формировавшиеся в послеледниковое время, и современные. Многие карстовые формы в границах днепровского ледника в рельефе выражены хорошо и не заполнены ледниковыми осадками. Формирование их следует относить к последнепровскому времени.

Выделяются три периода наиболее активного карстопроявления: 1) верхнемеловой (до палеогеновых трансгрессий); 2) неогеновый; 3) послеледниковый. Очевидно, выделенные этапы принципиально не отличаются между собой. Любое четвертичное оледенение играло роль климатического рубежа в карстообразовании. Роль днепровского ледника состоит лишь в том, что на значительной территории доднепровские карстовые формы оказались погребенными под мореной и флювиогляциальньми песками, а возникающие после отступания ледника формы легко датировать как последнепровские. Такими же возрастными рубежами могут быть уровни террас, аллювиальные и лёссовые горизонты.

Карстовые процессы на территории области стали проявляться после регрессии морей. До неогена в связи с низким положением территории, очевидно, преобладали поверхностные процессы. В неогене, когда произошло некоторое поднятие территории и реки врезались на 30–40 м в олигоценовую поверхность, активность и глубина карстопроявления должны были возрастать. Однако формы, относящиеся к этому времени, не изучены. В обнажениях по берегам рек вскрываются небольшие карстовые полости объёмом в несколько кубических метров, заполненные глинами пестрой окраски.

Благоприятные условия для развития глубинного карста существовали в конце раннего и начале среднего плейстоцена, когда произошел глубокий врез долин, и зона активного водообмена захватывала более чем стометровую толщу меловых отложений. Очевидно, с этим временем связано формирование карстовых полостей на большой глубине, на 30–50 м ниже современных русел рек. На севере и востоке области палеореки прорезали всю карстующуюся толщу меловых пород. Здесь карстовые формы встречаются до нижних горизонтов туронского мела. На юго-западе области нижнеплейстоценовые врезы лежат на отметках 70–80 м, а скважина у п. Смелый (пойма р. Ипути) вскрыла подошву нижнеплейстоценовых отложений на отметке 36 м, что на 100 м ниже межени современной Ипути. Древние долины врезаны здесь на 100–150 м и вскрывают верхние горизонты туронского мела. Следовательно, в нижнем плейстоцене карстовый процесс активно проявлялся в меловых и мергельных породах кампанского, сантонского, коньякского и туронского ярусов на общую глубину более 100 м. В дальнейшем палеодолины были заполнены преимущественно аллювиальными и флювиогляциальными песками, по которым, при значительном юго-западном уклоне поверхности и пластов мела, идет активный отток подземных вод. К этим зонам «разгрузки» направлены потоки вод мелового водоносного горизонта, и карстовый процесс в настоящее время идёт значительно ниже современных русел рек. Поскольку двигающиеся по моноклинали подземные воды создают напорные горизонты, в ряде мест наблюдаются восходящие потоки подземных вод.

Подземные воды карстующихся мергельно-меловых горизонтов движутся в целом по падению пластов моноклиналей, т. е. преимущественно на юго-запад и запад, а также к зонам разгрузки по речным долинами и балкам. Скорости движения потоков заметно меняются. На водоразделах скорости горизонтального движения вод обычно не превышают 0,1 м/сут (нередко составляют 0,001 м/сут), на склонах возвышенностей возрастают до 3–4 м/сут, вдоль долин достигают 10–70 м/сут, а на флексурах 100–200 и даже 1200 м/сут. По приподнятым крыльям моноклиналей водоносные горизонты остаются ненапорными, по опущенным становятся напорными. На приподнятых структурах в зонах древних и современных карстовых форм идёт выветривание меловых пород с образованием меловой «муки». На плоских участках моноклиналей, ниже флексур, где скорости движения вод уменьшаются, продукты выветривания мела не успевают растворяться и выноситься подземными водами, в связи, с чем образуется «жидкий» мел. Мощность слоя пластичного мела достигает 8–20 м. «Жидкий» мел может «залечивать» трещины и заполнять глубинные карстовые полости. Одновременно он свидетельствует о значительном механическом выносе меловых пород. Поэтому при откачке вод с жидким мелом под скважинами нередко образуются воронки «оплывания». Образование карстовых ложбин может быть связано с выносом «жидкого» мела.

Таким образом, возраст карстовых форм и интенсивность карстопроявления определяются общим развитием морфоструктур и речных долин, а их расположение – особенностями движения вод по моноклиналям.

В видимом рельефе сохранились позднеплейстоценовые, голоценовые и современные карстовые формы. Более древние воронки имеют небольшую глубину, пологие задернованные склоны, а значительные глубины наблюдаются только у тех воронок, на дне которых заложились более молодые формы. Большинство таких воронок расположено на зандровых равнинах, вторых террасах рек, вдоль склонов долин и древних балок. Молодые воронки имеют большую глубину, крутые, нередко обнаженные склоны, сухое дно. Они расположены на вторых и первых террасах, однако встречаются и на других формах рельефа с маломощным четвертичным чехлом.

Карстовый рельеф оказывает заметное влияние на водный баланс бассейнов рек. Так, р. Судость имеет пониженный на 21 % модуль стока по отношению к среднезональному. У рек Неруссы и Шостки модули стока уменьшаются соответственно на 18 % и 46 %. У крупных рек с глубоко врезанными долинами величины модулей стока выше среднезональных из-за дополнительного притока подземных вод. Например, у р. Десны (г. Брянск) среднегодовая величина модуля стока равна 5,8 л/с/км² , тогда как у р. Судости (г. Погар) – 3,7 л/с/км², у р. Неруссы (д. Смелиж) – 3,1 л/с/км². Подсчеты показывают, что бассейн р. Судости теряет за счёт подземного стока за пределы бассейна примерно 1 л/с/км², а за год с площади бассейна около 160 млн. м³ воды. Годовые потери воды в бассейне Неруссы около 120 млн. м³.

В бассейне средней Десны инфильтрация поверхностных вод составляет около 2 л/с/км², а в пределах закарстованных бассейнов увеличивается на 20–40 %. Средняя минерализация вод меловых горизонтов равна 0,2–0,4 г/л, с колебаниями от 0,1 до 0,8 г/л и выше. Содержание карбонатов заметно колеблется, но в среднем составляет 0,2 г/л. Данные по величине инфильтрации и минерализации вод позволяют определить интенсивность карстовой денудации в 7–12 м³/км²/год.

Общий вынос карбонатов подземными водами с территории области можно ориентировочно оценить в 250–300 тыс. м³/год. Следовательно, за 1 млн. лет должен быть растворен (денудирован) слой около 10 м. Поскольку на большей части территории области карстовые процессы идут более продолжительное время, степень химической денудации массивов должна заметно сказаться на рельефе. В некоторых местах мел туронского яруса оказался полностью растворенным.

В настоящее время в связи с интенсивной эксплуатацией водоносных горизонтов увеличивается откачка подземных вод для хозяйственных нужд, следовательно, возрастает доля антропогенного фактора карстования.