"Доклады АН"
Москва 29 октября 1980.

УДК 551.442 ГЕОЛОГИЯ

Г.В. ЛЮДКОВСКИЙ, Б.Р. МАВЛЮДОВ, А.И. МОРОЗОВ, Т.А. НЕМЧЕНКО, Д.А. УСИКОВ
ОБ ИССЛЕДОВАНИИ СНЕЖНОЙ - ГЛУБОЧАЙШЕЙ КАРСТОВОЙ ПЕЩЕРЫ СССР (ЗАПАДНЫЙ КАВКАЗ)
(Представлено академиком А.В. Сидоренко 1 IX 1980)

Пещера (рис. 1) сформирована в южном пологом крыле антиклинали Арабика в пределах Абхазской подзоны Гагрско-Джавской зоны южного склона Большого Кавказа. Вход в пещеру находится в южной части Хипстинского высокогорного массива на высоте около 2000 м над уровнем моря. В геологическом строении массива принимают участие комплексы карбонатных отложений - известняков, конгломератов и доломитов (1-3). Мощность непрерывной толщи карстующихся пород превышает 1600 м. Элементы полости, приуроченные к известнякам, имеют более крутой уклон, чем соответствующие элементы в конгломератах. Коэффициент пустотности в местах, где подземная река протекает в конгломератах, значительно больше, чем на участках известняков. К этим же местам приурочено и большинство притоков подземной реки.

Рис. 1. Разрез-развертка пропасти Снежная, а - нагромождения глыб известняка (завалы); б - снег, фирн и лед; в - подземные лагери; 1 -входной колодец; 2 - зал Н.А. Гвоздецкого; 3 - Большой зал с ледяным конусом; 4 - Малый зал; 5 - ход Пятнистого оленя; 6 - вертикальный лабиринт; 7 - галерея; 8 - Большой колодец; 9 - Университетский зал; 10 - ручей Водопадный; 11 - пятый завал; 12 - зал Надежды; 13 - зал Победы; 14 - Цветочный ход; 15 - анфилада; 16 - Глубокая река; 17 - зал Дольмен; 18 - Мелкая река; 19 - седьмой завал; 20 - Гремящий зал; 21 - водопад Рекордный; 22 - Глиняный завал; 23 - водопад Озерный, озеро Алого паруса; 24 - Ревущий каскад; 25 - зал Института географии АН СССР; 26 - водопад Олимпийский

Роза тектонической трещиноватости на поверхности и простирание ходов пещеры уверенно совпадают только в субширотном направлении (113°). Несовпадение остальных направлений может быть объяснено большими размерами и глубиной полости, заложенной в разных блоках.
Входной колодец (глубина 40 м) коррозионно-эрозионного происхождения. Его стенки после вскрытия подверглись нивально-гляциальной обработке и морозному выветриванию.
В Снежной обнаружены почти все генетические типы отложений (по модифицированной классификации Д.С. Соколова и Г.А. Максимовича (4)) : остаточные обвальные, автохтонные продукты выветривания, аэрозольные, водные механические и хемогенные, пещерный снег и лед, органогенные.
Мощные обвальные отложения развиты широко. Многие из них, возможно, являются сейсмогравитационными, так как пещерные системы Западного Кавказа сформированы в области высокой сейсмической активности. В основании подземных пустот накоплен большой объем обломочного материала, мощность которого достигает 60 м. Типичный объем залов 105 м3. Размеры обломочного материала - от ще-бенки до 10 м3.
Уникальные автохтонные продукты выветривания встречаются на глубине 550 м, где десятки квадратных метров пола в Цветочном ходе покрыты слоем белого порошка толщиной до 20 см, состоящего из продуктов разрушения экссудативных образований. Анализ пылеватых частиц в местах отсутствия притока воды показал, что их состав близок к составу материнских пород, т.е. их появление связано с внутрипещерным выветриванием.
Аэрозольные глинистые отложения слоем до 1 см покрывают сверху камни на многих завалах. Они приурочены к временным водотокам со сводов и выпадают во время паводков, когда с водой поступает глинистый материал. Сравнительный химический анализ грунтов на поверхности и глин на глубинах 180 и 630 м показал, что они имеют общее происхождение: во всех образцах окислы Al, Fe, Mn находятся в одинаковых пропорциях. Глина с глубины 180 м имеет состав, почти идентичный грунтам поверхности, а с глубины 630 м обогащена СаО и МgO, но обеднена SiO2.
Пещера уникальна по богатству форм экссудативных образований. Для некоторых из них не удалось найти аналогов, описанных в литературе. Экссудаты развиваются только в относительно сухих ходах или залах над завалами и обязательно при наличии интенсивного тока воздуха. В Цветочном ходе дендриты достигают 20 см высоты с шириной кроны до 10 см. Каждое "деревце" стоит на ножке толщиной ~ 2 мм. Выше она делится на две и более части. Здесь же обнаружены хрупкие скорлуповатые или чешуйчатые образования размером от 1 мм до 3 см с выраженным перламутровым блеском. Спектральный анализ показал, что они содержат в большом количестве (до 57%) окись магния, что нехарактерно для пещерных образований района (5). Особенно широко распространены кораллиты. По реке они образуются выше зоны затопления. Иногда они группируются в своеобразные пряди, стелющиеся по стене в направлении ветра летней циркуляции. Кустики кораллитов никогда не превышают 10 см в высоту. Сталактиты и сталагмиты - длиной до 1 м и толщиной 10-15 см - встречаются не часто, но систематически на всех глубинах. Обстановка, при которой они образуются, всегда одна и та же: небольшая ниша (1,5 - 2 м) в стене (или пояс ниш) на высоте 5-60 м над рекой, с потолка которой свисают сталактиты; навстречу им поднимаются сталагмиты. Иногда они срастаются в колонны. На дне таких ниш обычно образуются ванночки, глубиной 10 - 15 см, заполненные водой или сухие. Ванночки оторочены кальцитовыми корочками субаквального происхождения. Плавающие кристаллы кальцита встречаются на глубине 96 м в ванночках на ледяном каскаде зала Гвоздецкого.
Снежно-ледяные накопления развиты до глубины 200 м от входа. Они образуются в основном из микролавин, сходящих через входной колодец. До глубины 146 м снег и фирн заполняют вертикальные трещины и входной колодец (мощность снега более 30 м), а на глубине 200 м в Большом зале образуются снежно-ледяной конус высотой 20 м. Его площадь 5000 м2, объем 50 000 м3 (рис. 2). Предполагается, что это образование является уникальным подземным ледником, испытывает деформации и движется. В пользу этого говорит наличие уплощенных кристаллов льда, пустот и расслоений. В эпоху оледенения ледник заполнял весь объем зала, в настоящее время он отступает. В южной части зала он оставил за собой высокий мореноподобный вал из неотсортированного обломочного материала. В строении снежно-ледяного тела отмечается чередование темных и светлых прослоев, отвечающих накоплению (светлые) и таянию (темные). По наблюдениям авторов, они соответствуют периодам более продолжительным, чем годовые циклы. За 9 лет наблюдений свежий снег падал на конус лишь дважды. Образование гидрогенного льда (каскады, сталактиты, сталагмиты) происходит в периоды смены направления циркуляции воздуха в пещере.
Органогенные отложения представлены гумусом в ледяных прослоях.
Среднегодовое количество осадков на поверхности 2100-2300 мм, испарение ~ 500 мм. Жидкие осадки, выпадающие в виде ливней, образуют пики расходов подземной реки (паводки) (6 ). Поступление талых вод происходит круглогодично с минимумами осенью и зимой. Доля конденсационного питания в общем водном балансе полости незначительна, что согласуется с данными по Горному Крыму (7). Меженный расход подземной реки 300 л/с, среднегодовой ~ 500 л/с, расход в паводки > 2000 л/с. Метеонаблюдения на поверхности и наблюдения за режимом подземной реки и ручьев позволяют оценить площадь области питания верхней части полости в 6,7 км2, что близко к подсчитанной другим методом (8). Модуль стока подземной реки 70 л/с o км2. Годовой сток 0,015 км3. Средняя скорость течения подземной реки 0,2 м/с. Расходы мелких подземных ручьев (до 1 л/с) в паводок увеличиваются в сотни раз, подземной реки - в 5-10 раз. Ее уровень перед завалами в паводок поднимается на 5-20 м. Передний фронт годографа паводка определяется градиентом интенсивности осадков и расходом в межень. При ливнях с интенсивностью более 10 мм/ч наводнение на ручьях носит ударный характер. Вертикальная составляющая скорости течения воды в паводок в верхней части пропасти (3-9 м/мин) установлена по времени добегания фронта паводковой волны. На крутых поворотах русла реки за счет боковой эрозии образуются ниши глубиной до 10 м; на дне русла встречаются эрозионные котлы до 1 м глубиной. В ходе исследований было обнаружено 6 крупных (10-25 л/с) и более 20 мелких (6-10 л/с) притоков подземной реки.

Рис. 2. План Большого зала пропасти Снежная. 1 - основные и вспомогательные горизонтали рельефа фирно-ледяного конуса, их относительная высота; 2 - обрывы фирна и льда, их высота; 3 - колодцы в конусе, их глубина; 4 - капежи; 5 - ледяные сталагмиты; 6 - направление течения временных водотоков; 7 - основные места поглощения воды; 8 - временные озера, возникающие после сильных дождей; 9 - обвальные накопления на конусе; 10 - обвальные накопления вне конуса; 11 - отдельные обломки известняка на конусе; 12 - обвально-осыпные накопления; 13 - краевая микрокотловина; 14 - глыбы известняка; 15 - пролювиальные отложения

На глубинах более 500 м отмечены сезонные изменения направления циркуляции воздуха, что, несомненно, говорит о наличии пока еще не обнаруженных нижних входов. При этом оказалось, что в верхней части пропасти зимой сохраняется характерное для летнего сезона нисходящее направление тока воздуха. Такая аномалия указывает, что помимо нижнего входа подземная система должна иметь и еще, по крайней мере, один вход, но уже лежащий выше известного, через который сбрасывается воздух, поступающий в два других входа.
Микроклимат полости оказывает влияние на процессы денудации, динамику ледника и формирование вторичных образований. Профиль температур воды подземной реки и воздуха в полости представлен на рис. 3. Он определяется энергетическим балансом следующих процессов: 1) приток атмосферного воздуха; 2) изменение плотности воздуха при движении в пещере; 3) конденсация и испарение влаги; 4) гравитационный разогрев воды и воздуха; 5) теплообмен с инфильтрационными и инфлюационными водами; 6) геотермический разогрев; 7) теплообмен через толщу массива с поверхностью. Расчеты показывают, что последним фактором вполне можно пренебречь. Геотермический разогрев может дать повышение температуры не более 1° на 1 км глубины, но, скорее, еще меньше; гравитационный разогрев воды составляет 2,3 °С на 1 км глубины. Скорость перемещения воздушных масс определяется различием профилей температур в полости и на поверхности, а также сопротивлением каналов и колебаниями атмосферного давления. На глубине 630 м зафиксирована скорость ветра до 5 м/с. Температура воздуха в полости с глубиной растет от 0 - 2°C в привходовой части до 6,2 °C на глубине 1280 м (около 700 м над уровнем моря).
По галерее подземной реки в летний период движется вниз в среднем ~ 50 м3 воздуха в 1 с. Сопоставление этой цифры с расходом реки (~ 300 л/с) показывает, что количества тепла, переносимые водой и воздухом, составляют соответственно 330 и 15,5 ккал/с o град, т.е. вклад подземной реки в тепловой баланс пещеры в 20 раз больше, чем воздуха.
Пропасть Снежная, открытая в 1971 г. (9), является уникальным и во многом еще не изученным природным объектом. Ее дальнейшее исследование, равно как и других полостей района, позволит выяснить закономерности формирования высокогорного карста. Изучение снежно-ледяного конуса даст дополнительные сведения о развитии ледников. Комплексное исследование полости продолжается.
Основные показатели полости: длина ходов изученной части 9400 м; глубина 1280м; объем ~ 1,4 млн. м3; объем снежно-ледяных накоплений > 60 000 м3; объем обвальных накоплений > 0,7 млн. м3; объем самого крупного зала (на глубине 1250 м) > 0,2 млн. м3; площадь водосбора 6,7 км2; годовой сток подземной реки > 15 млн. м3.
В мае 1980 г. одним из авторов был, наконец, обнаружен после ряда лет поисков мощный воклюз, который с некоторой вероятностью может быть выходом вод пропасти Снежной. Находится он в ущелье р. Хипста на отметке около 300 м над уровнем моря. Дебит воклюза по измерениям в мае ~ 5 м3/с. В мае имеет место годовой максимум стока, обусловленный интенсивным таянием снега, так что летний меженный дебит воклюза должен быть намного ниже и вполне может соответствовать дебиту реки пропасти Снежной. Окончательный вывод можно будет сделать на основании результатов эксперимента с окрашиванием флюоресцеином вод подземной реки.
В будущих исследованиях системы пропасти Снежной следует уделить больше внимания подземной фауне и флоре. Уже первые шаги в этой области дали интересные результаты; в частности, В.В. Ещенко на глубине 700 м был обнаружен ложноскорпион, который был определен доцентом МГУ С.И. Левушкиным как новый вид рода Neobiisiuv Blothrus.

ЛИТЕРАТУРА
1 Н.А. Гвоздецкий, Проблемы изучения карста и практика, М., 1972. 2 З.К. Тинтилозов, Карстовые пещеры Грузии, Тбилиси, 1976. 3 Ш.А. Кипиани, О геоморфологических типах карста Грузии, Пещеры Грузии, т. 3, Тбилиси, 1965. 4 Г.А. Максимович, Основы карстоведения, т. 1, Пермь, 1963. 5 Т.З. Кикнадзе, Карст массива Арабика, Тбилиси, 1972. 6 Г.Н. Гигинейшвили, Карстовые воды Большого Кавказа и основные проблемы гидрологии карста, Тбилиси, 1979. 7 В.Н. Дублянский, Карстовые пещеры и шахты Горного Крыма, Л., 1977. 8 ММ. Зверев и др., В кн. Состояние и задачи карстово-спелеологических исследований, М., 1975, стр. 94. 9 В.В. Галактионов и др., Землеведение, нов. сер., т. 10 (50), М., 1974, стр. 58.