НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОГРАФІЇ

ВАХРУШЕВ| Борис Олександрович

УДК| 551.44

КАРСТОВИЙ| ГЕОМОРФОГЕНЕЗ| КРИМСЬКО-КАВКАЗЬКОГО

ГІРСЬКО-КАРСТОВОГО РЕГІОНУ

Спеціальність 11.00.04 – геоморфологія| та палеогеографія

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора географічних наук

Київ - 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі фізичної географії і океанології географічного факультету Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського

Науковий консультант | доктор географічних наук, професор ПАЛІЄНКО|

Валентина Петрівна, заступник директора Інституту географії НАН України, завідувач відділу геоморфології

Офіційні опоненти: |

доктор географічних наук, доктор геологічних наук, професор Рудько Георгій Ілліч, Інститут геологічних наук НАН України, головний науковий співробітник;

доктор географічних наук, професор Хільчевський Валентин Кирилович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, завідувач кафедри;

доктор геолого-мінералогічних наук, старший науковий співробітник Лущик Анатолій Васильович, Кримський відділ Українського державного геологорозвідувального Інституту, провідний науковий співробітник.

Провідна установа |

Львівський національний університет імені Івана Франка Міністерства освіти і науки України, географічний факультет, м. Львів

Захист відбудеться 17.06.2004 р. о 10 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.163.02 Інституту географії НАН України за адресою: 01034, м. Київ, вул. Володимирська, 44.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту географії НАН України за адресою: 01034, м. Київ, вул. Володимирська, 44.

Автореферат розісланий 11.05. 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

кандидат географічних наук,

старший науковий співробітник В.І. Передерій

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Широкий розвиток карстових процесів породжує цілу низку наукових і практичних проблем, вирішення яких неодмінно пов'язано з необхідністю послідовного поглиблення й удосконалення фундаментальних теоретико-методичних положень, систематизації регіональних уявлень, а також практичної реалізації наукових розробок при обґрунтуванні заходів використання закарстованих територій Криму і Кавказу. Друга половина ХХ ст. ознаменувалася бурхливим розвитком досліджень, що стосуються вивчення геологічних, гідрогеологічних і інженерно-геологічних аспектів прояву карсту. Геоморфологічні дослідження гірсько-карстових областей, що переважали на ранніх етапах розвитку карстознавства, дещо втратили своє значення. Поняття “карстовий рельєф” і визначення карсту як геоморфологічного явища практично зникли зі сторінок наукових публікацій, не були висвітлені генетичні і морфодинамічні аспекти карстового процесу і багато інших положень, що мають геоморфологічний зміст. Як наслідок – згладжено межі і цільові настанови між геологічними, інженерно-геологічними, гідрогеологічними вишукуваннями та геоморфологічними дослідженнями. У зв'язку з цим розробка наукової концепції вчення про карстовий геоморфогенез (геоморфологію карсту) є актуальною проблемою, вирішення якої підсилить дослідницьку базу геоморфології, спрямовану на виявлення закономірностей розвитку карсту гірських територій, і забезпечить науково обґрунтовані підходи до вирішення практичних завдань їхнього використання й охорони.

Карстові області Гірського Криму і Кавказу - це регіони інтенсивної господарської діяльності з багатими природними ресурсами, використання яких утруднене або, принаймні, специфічне у зв'язку з широким розвитком карсту. Карстова провінція Гірського Криму розташована на території України. Всебічне вивчення природних ресурсів і умов цього унікального району, у тому числі й карсту, тісно пов’язане з необхідністю вирішення низки економічних, екологічних, природоохоронних завдань тощо.

Особливо слід зазначити, що Крим є одним із основних рекреаційних регіонів України. Інтенсивна туристична діяльність, розвиток індустрії відпочинку, що активізуються в останні роки, справляють могутній антропогенний тиск на досить вразливі екосистеми гірсько-карстових ландшафтів і унікальних карстових печер.

Дисертаційне дослідження виконувалося в контексті загальноєвропейської програми сталого розвитку гірських територій Західної, Центральної, Східної Європи і 3-ої Європейської гірської конвенції, де обговорювалися питання ефективнішого співробітництва гірських країн напередодні безпрецедентного розширення Євросоюзу в 2006 р. і вироблялися рекомендації з підтримки сталого розвитку гірських районів. У зв'язку з цим дослідження карсту, що сприяє розробці науково обґрунтованих підходів до господарського, рекреаційного та ін. видів освоєння й охорони карстових районів Гірського Криму, є не лише актуальним, але й пріоритетним напрямком вивчення гірських закарстованих територій.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася у 1983-1990 рр. відповідно до плану Карстової комісії Наукової Ради з гідрогеології й інженерної геології АН УРСР. З 1979 по 2002 рр. - у рамках науково-дослідних держбюджетних і госпдоговірних тем Лабораторії карсту і спелеології (ЛКС) Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського: “Розробка програми робіт із впливу глибинного карсту на формування мінеральних вод КМВ”; “Карстолого-гідрогеологічне обстеження зовнішньої і внутрішньої областей живлення мінеральних вод Сочинського артезіанського басейну”; “Провести дослідження і розробити рекомендації з оцінки інженерно-геологічних умов закарстованих територій Сочинського курортного району” (№ держреєстрації 01.84.0040831); “Узагальнення матеріалів й удосконалення методики стаціонарних спостережень у Червоній печері” (№ держреєстрації 01.82.0086940); “Карстолого-спелеологічні дослідження для виявлення зон палеосейсмічності й уточнення палеогеографічних реконструкцій” (№ держреєстрації 01.88.0079588); у 1980-1987 рр., - згідно з договором про співробітництво з Інститутом географії ім. Вахушті Багратіоні АН Грузії, за темою “Дослідження карстових печер Західного Кавказу”; у 1997 р. - за договором з Республіканським комітетом екології й охорони природних ресурсів АРК за темою “Наукове обґрунтування введення нової категорії природно-заповідного фонду України – карстово-спелеологічного національного парку”. У 1993-1995 рр. автор взяв участь у роботах з проблеми “Конденсація в карстових регіонах” по лінії Комісії з гідрогеології карсту і спелеогенезу Міжнародного спелеологічного Союзу.

Мета й основні завдання досліджень. Мета роботи – обґрунтувати концепцію вчення про карстовий геоморфогенез, розкрити основні механізми карстового рельєфоутворення і виявити генетичні, морфологічні, геохронологічні і морфодинамічні особливості формування і розвитку карстового рельєфу Кримсько-Кавказького гірсько-карстового регіону.

Основні завдання дослідження:

-

-

-

-

-

-

-

-

Об'єкт, предмет дослідження. Об'єктом дисертаційного дослідження є карстовий геоморфогенез Кримсько-Кавказького гірсько-карстового регіону, предметом – закономірності його просторової, морфогенетичної, вікової організації, а також парагенетичні взаємодії, морфодинаміка та еволюція процесів карстового геоморфогенезу.

Наукова новизна роботи. 1. Обґрунтовано положення вчення про карстовий геоморфогенез з позицій системного аналізу і принципів синергетики. Визначено понятійний апарат, зміст і напрями досліджень карстового геоморфогенезу.

2. Розроблено комплексну методику досліджень карстового геоморфогенезу, адаптовану до умов гірсько-карстових областей, у т.ч. методику виділення типових геохімічних обстановок на основі термо-динамічних розрахунків з використанням ізобарно-ізотермічного потенціалу; комплексну типову методику робіт у басейнах малих карстових річок. Запатентовано метод (винахід) кількісного визначення інженерно-геологічних параметрів стійкості карстових порожнин до обвалювання і провалів склепінь, що базується на вимірі ентропії зразків гірських порід як інформаційного критерію. Розроблено і використано палеосейсмокарстологічний метод для виявлення сейсмоактивних зон, проведення мікро- і сейсморайонування і палеогеографічних реконструкцій. Встановлено два рівні реакції карстових явищ на сейсмічні події – рівень карстових масивів і рівень карстових форм. Виявлено комплекси карстових форм і відкладів, що несуть палеосейсмічну інформацію. Вперше для визначення віку карстових форм рельєфу використано ліхенометричний метод і метод “вікових реперів”. Для більшості карстових масивів регіону розраховано карстову денудацію, встановлено особливості формування різних типів вод (iнфлюаційних, інфільтраційних і конденсаційних), введено новий розрахунковий показник – об’ємний модуль конденсаційного стоку (л/с·км3).

3. Розроблено уніфіковану класифікацію форм і типів карстового рельєфу, а також континентальних відкладів, що включають поверхневі і підземні ланки карстового геоморфогенезу. На основі фаціального аналізу виявлено закономірності континентального карстового седиментогенезу.

4. Вперше виділені основні парагенетичні комплекси карстового геоморфогенезу: карстово-абразійний, карстово-ерозійний; карстово-гравітаційний; карстово-гляціально-нівальний і карстово-сейсмічний. Визначено кількісні параметри їхньої взаємодії. Відкриття на поверхні кримських яйл структурних ґрунтів (у діапазоні висот 900-1545 м), а також результати 10-річних експериментів з виморожування уламків вапняку (кріотермічні рухи 1,5–0,5 см/рік) дали підстави для “зниження” меж перигляціальних явищ у горах помірного поясу півдня Європи і віднесення Кримських гір до областей активного кріолітоморфогенезу.

5. З використанням комплексу методів абсолютної і відносної геохронології і кореляційного аналізу визначено етапи палео- та неокарстогенезу, в межах яких виділено періоди зі специфічними умовами розвитку карсту. Виявлення карстово-гляціально-нівальних форм рельєфу та реконструкція динаміки сучасної снігової межі дозволили оцінити вплив давніх зледенінь на процеси карстогенезу в Гірському Криму.

6. За єдиними принципами і критеріями виконано карстолого-геоморфологічне районування Кримсько-Кавказької карстової країни, де виділено дві провінції, п'ять областей і тридцять чотири райони. При виділенні таксонів різних рангів використано генетичні (карстова гідрохімія), морфологічні (морфографія і морфометрія форм рельєфу), типологічні (парагенетичні комплекси і типи рельєфу) і морфодинамічні (спрямованість і інтенсивність екзо- і ендодинаміки) відміни карстового рельєфу.

8. Розроблено Типове положення про карстово-спелеологічні національні природні парки як вищу форму природно-заповідного фонду карстових областей, що оптимально поєднує в собі природоохоронні, культурно-освітні і туристично-рекреаційні цілі та завдання.

Практичне значення. Результати геоморфологічних, гідрогеологічних і спеціальних карстологічних досліджень автора є складовою частиною науково-виробничих звітів, що виконувалися в ЛКС ТНУ ім. В.І. Вернадського за замовленнями ІМР Мінгео УРСР, НВО “Північкавгеологія”, Управління “Сочімінвод”, Адлерської комплексної лабораторії ВНДІВС Держбуду РФ, Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України, Республіканського комітету з екології та природних ресурсів АРК та ін. Ці матеріали покладено в основу нових підходів до вирішення проблем цивільного, промислового будівництва, використання високоякісних прісних і мінеральних вод, охорони навколишнього середовища закарстованих територій. Вони використані також при складанні Кадастру великих печер колишнього СРСР відповідно до плану робіт Наукової Ради АН СРСР з інженерної геології і гідрогеології, а також Кадастру спелеоресурсів України в рамках робіт Комісії з обліку й опису печер Української спелеологічної асоціації (УСА), Кадастру печер Західного Кавказу (більше 600 печер) згідно з договором про співробітництво з Інститутом географії ім. Вахушті Багратіоні АН Грузії; у розробках “Методичних рекомендацій комплексних карстолого-спелеологічних досліджень і охорони геологічного середовища Західного Кавказу”, що використовуються у системі ВНДІВС Держбуду РФ та ін. Розроблено “Спосіб визначення стійкості відслонень гірських порід” (співавтори: О.М. Зорін – Інститут геотехнічної механіки НАН України, І.В. Ульянов - ТНУ), що є ефективним в умовах розвитку крутих схилів, карстових форм і склепінь карстових порожнин, а також має велике практичне значення при господарському та рекреаційному освоєнні закарстованих територій (патент України 49313 А, (51) 7 Е21 С39/00, G01 N29/04 16.09.2002. Бюл.№ 9).

Фактичний матеріал і методика досліджень. Дисертаційна робота є результатом двадцятирічних досліджень автора в гірсько-карстових областях Криму і Кавказу. Основним методом одержання фактичного матеріалу були експедиційні літні і зимові дослідження. У районах, де дослідження здійснювалися від 3 до 5 років, створювалася режимна мережа спостережень, що разом з використанням розроблених методик, наближало ці спостереження до напівстаціонарних. До фактологічної бази дисертації покладено дані більше, ніж 500 хімічних аналізів порід, що карстуються, понад 1000 аналізів карстових вод (починаючи з 1978 р. більшість проб води на хімічні аналізи було відібрано за особистою участю автора), понад 2000 мікрокліматичних спостережень за атмосферою печер (крім того, близько 500 діб вимірів барографом, 1200 – термографом, 1040 – гігрографом); понад 100 розрахункових гідрометричних створів поверхневих і підземних водотоків, більше, ніж 40 експериментів на конденсаційних джерелах, близько 500 спостережень за витратами карстових джерел, кілька сотень погонних кілометрів геолого-знімальних робіт. Особисто автор виконав великомасштабні знімальні та картоукладальні роботи в масштабах 1:200, 1:500 – плани і розрізи карстових порожнин; 1:2000, 1:5000 – геологічні і геоморфологічні карти ключових ділянок; 1:25 000; 1:50 000 – морфоструктурні та морфометричні карти. Окремі ключові ділянки карстових масивів, на яких проводилася геоморфологічна зйомка масштабу 1:2000, досягали площі понад 40 км2. Автор, крім того, використав фондові матеріали ЛКС ТНУ, Комплексної карстової експедиції АН України, ІМР МінгеоУРСР, АКЛ ВНДІВС Держбуду РФ та особисті архівні матеріали професора В.М. Дублянського, люб'язно надані дисертантові.

Особистий внесок автора. Дисертація виконана на підставі власних результатів, отриманих за період 1985-2003 рр., під час проведення науково-дослідних робіт ЛКС ТНУ ім. В.І. Вернадського, в яких автор брав участь як відповідальний виконавець, а з 1996 р. - науковий керівник. Концептуальні засади роботи, її структура, постановка проблем, обґрунтування шляхів їхнього вирішення, інтерпретація отриманих результатів, наукова і практична новизна, методичні, наукові і практичні висновки є авторськими. Разом з тим, оскільки карстологічні дослідження важкодоступних гірських територій, проникнення в найскладніші категорійні карстові порожнини можуть бути виконані тільки колективами, монографії та ряд наукових статей написані автором спільно зі своїм другом і вчителем, Заслуженим діячем науки і техніки України, професором В.М. Дублянським та постійним учасником усіх Кавказьких експедицій, починаючи з 1986 р., керівником Кримського регіонального центру УСА з обліку та документації печер, доцентом Г.М. Амелічевим, яким автор щиро вдячний. При використанні спільних робіт у дисертації наведені всі необхідні посилання, зазначені джерела фактичних матеріалів, виконавці розрахунково-аналітичних робіт.

Апробація результатів роботи. Результати досліджень пройшли апробацію на V з'їзді Українського географічного товариства (Сімферополь, 1985), всесоюзних нарадах і конференціях “Методика вивчення карсту” (Перм, 1985), “Картографування та районування карсту в зв'язку з освоєнням території” (Владивосток, 1986), “VIII Пленумі Геоморфологічної комісії АН СРСР” (Тбілісі, 1986), “Досвід картографування карсту” (Владивосток, 1987), “Проблеми вивчення, екології й охорони печер” (Київ, 1987), “Карстово-спелеологічні дослідження й охорона печер Західного Кавказу” (Сочі, 1988), “XIX Пленумі Геоморфологічної комісії АН СРСР” (Казань, 1988), “Моделювання для раціонального природокористування” (Кишинів, 1988), “Природно-ресурсний потенціал гірських районів Кавказу” (Грозний, 1989), “Карст Алтайсько-Саянської гірської області і суміжних гірських країн” (Барнаул, 1989), II Щукінських читаннях “Екзогенний морфогенез у різних типах природного середовища” (Москва, 1990), “Проблеми моделювання в геоморфології” (Новосибірськ, 1990), Міжнародних та Всеукраїнських конференціях: “Інженерна геологія карсту” (Перм, 1993), “Проблеми комплексного вивчення карсту гірських країн” (Тбілісі, 1987), “Наукові читання до 90-річчя проф. Г.О. Максимовича” (Перм, 1994), “Актуальні питання охорони водних екосистем і суміжних територій” (Краснодар, 1995), “Геодинаміка Кримсько-Чорноморського регіону” (Сімферополь, 1997), “Ландшафт як iнтегруюча концепцiя XXI століття” (Київ, 1999), “Проблеми рiзноманiття ландшафтних комплексiв Украiни” (Київ, 2000), VIII з’їзд Украiнського географiчного товариства” (Луцьк, 2000), II Міжнародна конференція “Тектоніка і нафтогазоносність Азово-Чорноморського регіону” (Сімферополь, 2000), “Геоморфологічні дослідження на Україні: минуле, сучасне, майбутнє” (Львів, 2000), III Міжнародна конференція “Геодинаміка та нафтогазоносні системи Чорноморсько-Каспійського регіону” (Сімферополь, 2001), “New Apprоaches characterizing graund water” (Мюнхен, 2001), I Всеукраїнська конференція “Гiдрологiя, гiдрохiмiя, гiдроекологiя” (Київ, 2001), “Регiональнi екологiчнi проблеми” (Київ, 2002), Наукова конференція з антропогенної географії та ландшафтознавства (Вінниця, 2003) та ін.

Публікації. За темою дисертації автором опубліковано 79 робіт, у тому числі 4 монографії, 2 депоновані рукописи в УкрНДІЕІ і ВІНІТІ, отриманий патент України на винахід.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається з вступу, 11 розділів, висновків, списку літератури (731 найменування, у т.ч. 85 англомовних) і додатків. Загальний обсяг роботи складає 494 сторінки, з них текст 297, рис. 63, табл. 27.

Основний зміст роботи

Теоретико-методологічні основи вчення про карстовий геоморфогенез| висвітлено у 1, 2 та 3 розділах. У концептуальну основу вчення про карстовий геоморфогенез включено поняття об’єкта дослідження (карстовий рельєф), предмета (що визначається сучасним станом наукового знання про карст як геоморфологiчне явище, розглянуте в iсторичному аспектi його вивчення); відповідну методологiчну базу (систему наукових поглядів про пiзнання карсту, що конкретизована спеціальними методиками та методами), які в сукупності визначають місце цього наукового розділу в системі наук і роль у пiзнанні навколишнього світу та людськiй практиці.

У першому розділі “Становлення вчення про карстовий геоморфогенез| в системі геолого-географічних наук” розглядається предмет в історичному аспекті вивчення карсту Криму і В. Кавказу, а також місце геоморфології| карсту серед розділів геолого-геоморфологічних| наук.

Розвиток загальних та регіональних досліджувань карстового геоморфогенезу гірського Криму та Кавказу тісно переплітається з історією географічних відкриттів, геологічними, гідрогеологічними|, палеонтологічними, археологічними, етнографічними, ботанічними, зоологічними, краєзнавчими дослідженнями і спортивними досягненнями в заслузі спелеології та альпінізму. Основні етапи вивчення карсту і печер колишнього Радянського Союзу, включаючи Крим і В. Кавказ, розглянуті у ряді публікацій (Рижиков, 1954; Щербакова, 1956; Іванов, Устінова, 1957; Максимович, 1963; Маруашвілі, Таташидзе (Тінтілозов) 1963; Кипіані, 1965, 1966; Гвоздецький, Чикишев, 1967; Гвоздецький, 1972; Таташидзе, 1976; Ломаєв, 1980; Горбунова, Дублянський, 1999; Дублянський, 1999; Дублянський, Ільїн та ін., 2001; Дублянський, Вахрушев і ін., 2002 та ін.). Разом з тим масштабні спелеологічні відкриття останнього десятиріччя українських, російських і грузинських дослідників карсту вимагають їх осмислення і внесення в історію вивчення карсту регіону. Слід зазначити, що пріоритетні розробки в галузі карсто-| і спелеогенезу|, класифікації підземних просторів, гідрогеології карсту, мікроклімату печер, сейсмокарстологїї|, геоморфологічних| кореляцій, вивчення високогірного карсту, дослідження найглибших в світі карстових порожнин, підготовки підручників і методичних засад карстологічних| досліджень, виконаних багато в чому за матеріалами вивчення карсту Гірського Криму і Кавказу, дозволили українській спелеолого-карстологічній| школі посісти гідне місце серед подібних шкіл СНД і далекого зарубіжжя (Б.М. Іванов, В.М. Дублянський, О.Б. Климчук, В.М. Андрейчук, А.В Лущик, Г.I Рудько, В.М. Шестопалов, Ю.І. Шутов Г.М. Дублянська, С.М. Зенгіна, О.О. Ломаєв, Л.І. Воропай, В.П. Коржик, В.К. Хільчевський, С.Д. Аксем, В.Я.Рогожніков, В.П. Душевський, Е.С. Штенгелов, Г.М. Амелічев, В.І.Лялько, Л.М.Соцкова і ін.).

Нами виділено шість періодів дослідження карсту регіону: античний (уривчасті відомості та містичні погляди), середньовічний (примітивні відомості про карстовий рельєф), нової історії (перші наукові підходи, методики та методи, що здійснюються здебільшого у рамках географічних, гідрогеологічних або краєзнавчих досліджень), довоєнний (організація перших спеціальних карстолого-спелеологічних досліджень), післявоєнний (з 1945 р. - розширення вивчення карстових явищ і поглиблення розуміння їх суті, становлення карстознавства як самостійного наукового напряму та початок його диференціаціі) і сучасний (починається з 1991 р. – інвентаризація наукових матеріалів і планування досліджень в умовах незалежних держав).

Взаємозв'язок вчення про карстовий геоморфогенез| з іншими дисциплінами в системі геолого-географічних наук.

У підрозділі обгрунтовується виділення геоморфології| карсту як наукового напряму, в рамках якого карстовий рельєф досліджується з позиції класичної геоморфологічної| тріади (генезис, морфологія і вік) на засадах морфодинамічної| та історико-еволюційної парадигм. Вчення про карстовий геоморфогенез|, розглядається на рівні розділів геоморфології|, карстології|, гідрогеології та ін., з якими тісно взаємодіє.

Другий розділ “Зміст карстового геоморфогенезу|” присвячений розгляду об'єкта дослідження вчення про карстовий геоморфогенез та його генетичного змісту|. В аспекті визначення об'єкта вивчення (карстовий рельєф) існують дві головні проблеми без вирішення яких неможливо окреслити та чітко структурувати науковий напрям, що розглядається; перша - правомірність включення до поняття “карстовий рельєф” підземних карстових форм, які простягаються на багато кілометрів вглиб Землі, що формально розходиться з визначенням рельєфу як сукупності нерівностей земної поверхні; друга – встановлення генетичного змісту поняття “карстовий рельєфоутворювальний процес”, а отже й “карстовий геоморфогенез”.

Якщо на початку свого становлення карстознавство| можна було відносити, за класифікацією О.М. Маринича (1993), до галузевих наук, то вже з 70-х років ХХ століття воно розглядається як інтегральна наукова дисципліна, що вивчає карстові геокомплекси|, які складаються з геологічних, геоморфологічних|, гідрогеологічних|, мікрокліматичних, біологічних і антропогенних підсистем. Це спричинило виникнення однієї з основних проблем геоморфології| карсту – проблеми визначення цього наукового напряму як розділу загальної геоморфології|. Викладене можна проілюструвати таким прикладом: з позиції геології і гідрогеології карст займає 34% площі суходолу Землі, 63% території України, 84% - Криму. Проте, з позиції фізичної географії (карстовий ландшафт) і геоморфології| (карстовий рельєф) карст займає 5,3 млн.км2 (4%) суходолу, виключаючи Антарктиду, 29,1 тис.км2 (4,8%) – на території України і 5,4 тис.км2 (20%) – Криму.

Поняття “карстовий рельєф” розглядається в контексті теорії геопотенціалів.| Нами введено поняття “геоморфологічний| гравітаційний градієнт”, за допомогою якого розкривається важлива роль підземних карстових форм в енергетиці карстового рельєфу взагалі. У карсті існують вертикальні та горизонтальні просторові параметри, що структурують літодинамічний| потік. Їх| конфігурація визначається “робочим інтервалом висот” рельєфу (Флоренсов, 1978). У карсті – це висотний діапазон між поверхнею плато та базисом карстування|. Топологічна структура рельєфу земної поверхні визначається наявністю мереж 3-х типів: 1 - ліній перегинів скатів, 2 - долинної, 3 - вододільної. Мережа перегинів скатів не зв'язана, в ній відсутня природна ієрархія (Черваньов, 1979). Зовнішня структура рельєфу визначається, головним чином, лініями вододілів і тальвегів|. Класичний карстовий рельєф складається із замкнутих депресій, лійок, улоговин, карстових долин, які створюють ваннову| структуру безстічних| територій карстових плато, де переважають мережі першого типу, але відсутні мережі другого і третього типів. Підземні ж карстові форми (мережа дрен| підземного стоку) перебирають на себе функції тальвегів| флювіального типу рельєфу. Отже, загальна структура карстового рельєфу, що визначає динаміку речовини та енергії й організовує літодинамічні| потоки, не може бути зконструйована без урахування підземних карстових форм. Мережі підземних дрен| детермінують карстовий процес, забезпечуючи функціонування карстового рельєфу і його зв'язків з іншими геоморфологічними| комплексами, підтримуючи континуальність| рельєфу в його внутрішній і зовнішній формах. Наявність карстових порожнин| значно підсилює енергію карстового рельєфу. Одним із наслідків цього є його висока здатність до саморозвитку й авторегуляції.

Поняття “карстовий геоморфогенез” (“карстовий процес”) розглядається з позиції класичної геоморфології| серед інших геоморфологічних| процесів і явищ. Кожному з них властивий свій вид деструкції і акумуляції речовини, характер масо-| і енергопереносу, а також певні генетичні особливості рельєфоутворення|.

У літературі трапляється біля 30 визначень карстового процесу. Більшість вчених (54%) визнають комплексний характер карстового процесу (корозія, гравітація, ерозія та ін.) і лише 19% (у тому числі й автор) вважають головним чинником карстогенезу| корозію і хемогенну| акумуляцію. Ми виходили з уявлень про класичний карстовий рельєф, який сформований у потужних тріщинуватих| чистих масивних і грубошаруватих| вапняках, в умовах достатньої кількості агресивних природних вод. Усі прояви процесів в карстових геоморфосистемах, які пов’язані з іншими умовами, ми відносимо до області парагенетичних| взаємодій.

Доведено, що геохімічні перетворення, що виконують головну роль у карстовому геоморфогенезі,|іі відбуваються при переважанні іонного стоку, а механічні мають підпорядковане значення (3-5%). Показано, що змішана піщано-глиниста фракція, що видаляється з карстової геосистеми|, практично безкарбонатна|, оскільки дрібні фракції інтенсивно розчиняються (доведено експериментально, Ярг і ін., 1988), а локальні зміни гранулометричного складу підземного алювію залежать від морфології ходів і трапляються там, де потік наносів неодноразово переривається морфологічними пастками, на виході підземних карстових річок домінують корелятні| хемогенні| відклади вапнякових туфів та ін|. У результаті експериментальних досліджень встановлено, що для вапняків розмиваючі (критичні) швидкості водотоків лежать в межах 3,5 м/с (слабозв’язані| неогенові вапняки), 4-9 м/с (середньозв’язані| крейдові і юрські шаруваті вапняки), 7-8 м/с і навіть 9-12 м/с (міцні грубошаруваті| і масивні юрські і крейдові вапняки) (Бастраков, 1972; Єсін і ін., 1980). Натурні вимірювання підземних водотоків| показали, що розмиваючі швидкості для карстових| порід у досліджуваному регіоні практично відсутні. У карстології| велике значення надається абразійній| дії наносів, механізми стирання та ударів яких вивчено ще недостатньо. За даними (Сафьянов, 1965; Rose, Twenchofel, 1963; Кайе, 1959), максимальний розмір фракцій кварцового піску, що не має абразійного впливу,| дорівнює (при існуючій гідродинаміці карстових потоків) 0,3 - 1,2 мм. Крупна фракція нерозчинного залишку вапняків, що карстуються, в досліджуваному регіоні в основному відповідає 0,1<0,01 мм, тобто далеко за вказаними межами. Проте, ми не заперечуватимемо можливість прояву на деяких ділянках карстових печер ерозії. Як чинники карстогенезу| ерозія, гравітація та ін., безумовно, мають бути врахованими, але надавати їм визначального генетичного значення у карстовому процесі навряд чи варто. Головною в роботі руслових вод в карстових річках є транспортуюча здатність потоків при внутрішньопечерному переміщенні наносів, промивання карстових порожнин, заповнених на певних етапах свого розвитку уламковими відкладами, і винесення розчинених речовин і деякої частки механічних наносів з карстових систем.

З метою з’ясування ролі геохімічних процесів розчинення та акумуляції в карстовому геоморфогенезі| проведено термодинамічні розрахунки рівноваги| у системі „вода – вапняк”. Як міра хімічної спорідненості речовин використовувався ізобарно-ізотермічний потенціал. Все різноманіття карстово-геохімічних ситуацій відображене в п'ятьох типових обстановках| розчинності ідеально чистого кальциту як функції інших змінних. Перша обстановка відображає першу фазу розчинення вапняку (у холодному карсті має слабкий геоморфологічний| прояв, а в закритих гідрохімічних| системах гідротермокарсту| - більш значний|); друга – термодинамічні рівноваги, що існують в річках, озерах і інших розбавлених водах поверхневого карсту; третя – розкриває корозійну здатність вод на різних ділянках печерних систем; четверта – найбільше відповідає активності й моляльності| іона кальцію, що за будь-яких умов дає можливість визначити корозійну або хемоседиментаційну| здатність водотоку| під час його входження до печерної зали, при падінні з каскадів колодязів і шахт, під час виходу з карстової порожнини; п’ята – ілюструє приклад надходження дощової води у вапнякові масиви і дає можливість визначити інтенсивність карстогенезу| та напрям, в якому він розвиватиметься. Для всіх п'яти типових обстановок| встановлюється до семи змінних величин при постійній температурі, незмінному загальному тиску та відомих коефіцієнтах активності компонентів. До цих змінних належать р(СО2), а(H2CO3), а(HCO3-), a(CO3 2- ), a(H+), a(OH- )|, a(Ca2+), (p – парціальний тиск, a – активність певної частки). Для кожного випадку використовується добуток розчинності СаСО3, перша і друга константи дисоціації вугільної кислоти і іонний добуток води. Застосовано п'ять розрахункових рівнянь, які складають основу для розрахунків будь-яких умов в межах п'яти обстановок| карстового геоморфогенезу, що розглянуті вище.| У роботі наведено конкретні термодинамічні розрахунки для окремих карстових водоносних систем, крім того, здійснено термодинамічні розрахунки при різних витратах підземної р. Червонопечерної. Вони виявили, що збільшення витрат в два рази спричинює різке збільшення хімічної денудації| вапняків (у 5-10 разів). Під час водопілля ця здатність різко зростає і, якщо для розмиву (ерозії) вапняку це значення більшою мірою потенційне, то для корозії – це реальна цифра, оскільки будь-яка фізична швидкість потоку значно менша від швидкостей хімічних реакцій молекулярних взаємодій речовин, що знаходяться в рівноважних системах. Розроблена єдина система розрахункових термодинамічних методів рекомендується для аналізу різних типів природних реакцій, що відбуваються в карбонатному карсті, добре узгоджується зі спостережуваними фактами. Так, найбільші карстові акумулятивні та деструктивні форми Червонопечерної системи відповідають найбільшим значенням термодинамічних потенціалів пов'язаних з ними концентрацій речовин на всьому протязі підземного водотоку|.

У третьому розділі “Методологія і методи вивчення карстового геоморфогенезу| Кримсько-Кавказького гірсько-карстового регіону” розглядаються основні методичні підходи і методи, що застосовувалися автором під час досліджень гірського карсту Криму і В. Кавказу і показали високу інформативність при дослідженні карстового геоморфогенезу|. Основу методології геоморфологічного вивчення карсту складають загальнонаукові та галузеві принципи і методи, які адекватні природним особливостям карстового геоморфогенезу і відзеркалюють генетичні, морфологічні, геохронологічні| і морфодинамічні| риси цього явища.| Тим самим забезпечується єдність його досліджень на всіх рівнях і територіях.

Методи вивчення порід, що карстуються, та карстових відкладів застосовано з метою визначення ролі літологічного чинника у карстовому геоморфогенезі. При застосуванні методів цієї групи необхідним було висвітлення: ступеню розвитку процесу корозії| у різних породах, структурно-текстурних характеристик| порід, що карстуються та впливають на розчинність і проникність вапняків, структурно-тектонічних особливостей закарстованих| територій, стратиграфічного положення порід, що карстуються, в| розрізі, їх потужностей, взаємодії з| товщами порід, що не карстуються, планового і висотного положення порід, що карстуються, по відношенню до місцевих і віддалених базисів денудації| (або карстування|), контактів з породами, що не карстуються. При цьому використано стандартні лабораторні і польові методи хімічних аналізів, гранулометричний, термічний, рентгеноструктурний|, шліфовий| методи, геоморфологічна| та геологічна зйомки, вимірювання тріщинуватості| у відслоненнях, морфометричні|, морфоструктурні| та інші методи аналізу лінеаментів|, долинних і вододільних мереж, базисних поверхонь тощо.

Методи вивчення карстових вод застосовано з метою з'ясування умов їх формування, залягання, руху і розвантаження, а також гідрохімічних| властивостей. Найбільш інформативним підходом до з'ясування ролі природних вод у карстовому геоморфогенезі| є балансовий (басейновий) метод. Балансовий метод стосовно гірсько-карстових регіонів був розроблений і застосовувався під час напівстаціонарних і маршрутних досліджень карстових масивів Гірського Криму, Кавказьких Мінеральних вод, карстових масивів Сочінського артезіанського басейну, Фіштінського, Бзибського, Гагринського (Арабіка) карстових масивів, району озера Амткелі в Грузії та ін. Спостереження проводилися по точках режимної мережі, яка створювалась у перший рік досліджень, що забезпечило достатньо тривалий ряд спостережень та наближало їх до напівстаціонарних досліджень. Однак, тому що спостереження здійснювалися в різні сезони, обробка матеріалів виконувалась із застосуванням методів, вживаних до нерівноточних| вимірювань. Враховуючи важкодоступність| територій середньо-| та високогірних карстових масивів, наявність складних карстових порожнин, основним методом вивчення карстових вод були маршрутні дослідження.

Вивчення формування карстових вод Гірського Криму та В. Кавказу здійснено з урахуванням особливостей інфільтраційних, інфлюаційних| і конденсаційних вод, тісно пов'язаних з фізико-географічними умовами регіону. Інфільтраційне живлення визначається як різниця між кількістю атмосферних опадів і випаровуванням (ефективні опади). Однією з основних проблем є недостатність початкової гідрологічної та метеорологічної інформації. Для її вирішення рекомендуються такі показники як середня багаторічна температура повітря, радіаційний баланс, атмосферні опади, випаровування, відносна і абсолютна вологість та ін. визначати методом інтерполяції і побудови графіків зв'язку між даними найближчих метеостанцій, розташованих на різній висоті, та висотними зонами карстових масивів з урахуванням їх площ. Інфлюаційне живлення карстових вод має місце практично у всіх карстових районах регіону. В Криму втрати в руслах річок, що перетинають закарстовані| вапняки, досягають для р. Чорна - 40% загальних витрат (при витраті 1,9 м3/с), р. Бельбек - 37% (при витраті 1,9 м3/с), р. Альма - до 80% (при витраті 1,8 м3/с) (Шутов, 1969). Лінійна інфлюація|, яка встановлена на річках Кавказьких Мінеральних вод, досягає величин: р. Алікановка - 30% стоку (при витраті 0,46 м3/с), р. Ольховка - до 80% (при витраті 0,21 м3/с), областей живлення Мацестінського родовища мінеральних вод: р. Псоу - 7% (при витраті 6,3 м3/с), р. Мзимта – 17% (при витраті 15,9 м3/с), р. Псахо до 80% (при витраті 1,5 м3/с), р. Кудепста до 90% (при витраті 1,0 м3/с).

Вивчення конденсаційної складової. Виділяються чотири її рівні (В.Дублянський, Ю.Дублянський, 2000, 2002). Регіональний та локальний рівні добре узгоджуються з умовами маршрутних досліджень. Вони в основному й використовувалися автором при вивченні карсту Гірського Криму та В. Кавказу. Проведені за цією методикою розрахунки показали значну роль конденсації у формуванні карстових вод регіону і процесах карстового геоморфогенезу|. Традиційно для характеристики водозбірних басейнів використовуються площинні показники. Цей підхід перенесено й на характеристику конденсаційних процесів, кількісні параметри яких найчастіше виражаються шаром конденсаційного стоку (мм), коефіцієнтом стоку, річними та сезонними модулями конденсаційного стоку (л/с·км2). Не заперечуючи загальноприйняті підходи до гідрологічних характеристик карстових областей, ми ввели новий показник - об'ємний модуль конденсаційного стоку (л/с·км3). Введення цього розрахункового коефіцієнта дає змогу враховувати фізико-географічні, зокрема кліматичні чинники, що визначають інтенсивність дії природних конденсаторів, а також головну особливість гідрографії карстових областей, незбіг поверхневих і підземних водозборів карстових річок і джерел, що проілюстровано на прикладах більшості карстових районів Гірського Криму і В. Кавказу.

Вивчення динаміки (напрямів і швидкостей) карстових вод проводиться за допомогою низки спеціальних методів дослідження. Найбільш значущі результати з виявлення гідрогеологічних| структур карстових масивів, зв'язків між окремими ланками великих печерних систем і з'ясування гідродинамічних параметрів підземних карстових вод, що мають велике значення для розуміння особливостей карстового геоморфогенезу, отримано із застосуванням індикаторних дослідів (трасирування підземних вод) в межах Ай-Петринського, Довгоруківського, Карабійського карстових районів Гірського Криму, а також карстових масивів Великого Сочі, Бзибського, Гагрінського, Амткелі й ін. на Західному Кавказі.

Визначення корозійної здатності карстових вод, що має велике значення для оцінки карстової денудації,| здійснено за результатами понад тисячі хімічних аналізів карстових вод у карстових печерах Гірського Криму та В. Кавказу, виконаних різними організаціями за період з 1956 по 1994 рр.| Значна частина проб води для хімічних аналізів, починаючи з 1978 р., була одержана безпосередньо за участю автора. Для обробки результатів хімічних аналізів використано статистичні та розрахунково-графічні методи (графіки Дурова, Бродського, Року (Тильманса-Тромбу)). Кінцевою частиною робіт є визначення інтегрального показника у розвитку карсту – карстової (хімічної) денудації|, значення якого наводяться при описуванні карстових районів Гірського Криму та В. Кавказу.

Методи вивчення карстових форм рельєфу зорієнтовані на дослідження їх морфології, генезису та віку із застосуванням в єдиній системі лінійних, площинних, об'ємних, а також безрозмірних показників, що забезпечує єдність дослідницьких підходів і порівнюваність одержаних результатів.

Методи визначення віку карстових форм рельєфу. Основою пояснення| часових, у тому числі еволюційних змін рельєфу, є побудова хронології подій. Для цієї мети використано положення про “віковий репер”, що має кількісні параметри і властивості, показники яких зіставлювані з “внутрішнім масштабом” часу (за Гродзинським, 2002) та хронологією подій, що вивчаються. З позиції “вікового репера” обгрунтовано застосування основних методів вікових датувань при вивченні карсту регіону.

Теоретично обгрунтовано створення “ГІС-КАРСТ|”, яка орієнтована на адекватне відображення карстових явищ і процесів і забезпечена певним набором тематичних баз даних основних, що відповідають цифровій проекції умов карстоутворення і мають| картографічне відображення, та супутніх, які дають уявлення про чинники, що зумовлюють карстогенез, а також функціональною частиною, яка| є машинною реалізацією моделі і процесу карстогенезу зі всіма алгоритмами і функціями.

Методи геоморфологічної| зйомки та картографування карстового рельєфу включають часткові методи дослідження та методи створення типологічних, аналітичних, синтетичних, спеціальних карт i карт районування. З урахуванням вітчизняного й міжнародного досвіду на основі багаторічних досліджень карсту Гірського Криму і В. Кавказу використовувалися картографічні зйомки при укладанні великомасштабних карстолого-геоморфологічних| карт, які виконувалися в спеціальних аналітичних легендах.

Методи моделювання і прогнозування розвитку карста згруповані в уявні і матеріальні. Серед перших найчастіше використовуються логічні, знакові і математичні моделі, серед других - моделювання на природних об'єктах (наприклад, натурне моделювання напрямів, швидкостей і гідрохімічних| перетворень карстових вод) або на матеріальних моделях (в лабораторних умовах). За допомогою багатьох карстологічних моделей можна здійснювати прогнозування.

Умови формування, механізми і просторово-часові закономірності карстового геоморфогенезу| Кримсько-Кавказького гірсько-карстового регіону розглянуто у 4-10 розділах дисертації.

У розділі четвертому “ Поверхневі і підземні карстові форми, умови та механізми їх формування” розглянуто особливості розвитку форм карстового рельєфу, найважливішою з яких є значна просторова мінливість умов карстоутворення навіть на малих за розміром територіях. Наведено опис механізмів формування, просторового розміщення: каррів, карстових ровів, лiйок, улоговин, карстово-ерозійних сліпих ярів, долин, туфових терас і підземних карстових форм, які було досліджено у карстових областях Криму та Кавказу. Вперше розглянуто виявлені у високогір’ї Західного Кавказу міжшарові карри, схилові нівально-карстові лiйки, які розвинуті на схилах з крутизною 15° і більше, та нівально-карстові арки. До розділу включено матеріали “Кадастру великих карстових порожнин СРСР” (довші за 500 м і глибші за 100 м), створеного в 1987 р., у підготовці і публікації яких брав участь автор. Ці матеріали поповнені новими відомостями, одержаними на 1 жовтня 2003 р. (зміст збільшено на 30% порівняно з 1987 р.); вони розміщені у додатку до дисертації. На планах і розрізах печер наведена нова геологічна і геоморфологічна| інформація.

П'ятий розділ “|Принципи класифікації поверхневих і підземних карстових форм і карстового рельєфу” присвячено обгрунтуванню загальної класифікації карстових форм, що сформувалися в умовах гірського рельєфу в широкому діапазоні висот - від 0 м до 2800 м у помірному та субтропічному кліматі. Наведена класифікація форм карстового рельєфу, в основу якої покладено генетичні, морфографічні| і морфометричні| принципи виділення карстових форм.| При класифікації підземних карстових форм розглянуто генетичний зміст таких понять як “нівально-корозійна форма”, “карстова порожнина”, дано визначення поняття “карстова печера” в широкому і вузькому його трактуванні; в