Техногенные спелеотемы // Минералогия техногенеза. – 2005. – Миасс, 2005. – С. 12-22. — Лаборатория геологии техногенных процессов

Examples of speleothems in various technogenic conditions are resulted and the information on their mineral composition is given.

Под спелеотемами (speleothems) в западной литературе понимаются вторичные минеральные отложения, образующиеся в пещерах в результате капежа воды, что в отечественных публикациях называют собирательным нестрогим термином «натечные образования», к которым относятся, сталактиты, сталагмиты, колонны, драпировки и т. д. Изучением классических пещерных сталактитов ^[*] (рис. 1) в середине 50-х гг. XX в. занимался профессор ПГУ П. Н. Чирвинский. Десятком лет позже генетическую классификацию натечных пещерных образований [4] разработал другой профессор ПГУ, основатель кафедры динамической геологии и гидрогеологии, выдающийся российский карстовед Г. А. Максимович [2]. Возможно, что сталактиты учебной коллекции кафедры динамической геологии и гидрогеологии ПГУ (рис. 2) добыты не без участия Г. А. Максимовича.

Как отмечал в свое время Н. Г. Максимович [6], карбонатные сталактиты и сталагмиты образуются не только в пещерах. Сталактиты известны и в искусственных сооружениях из бетона или сцементированных строительных материалов. Это потерны плотин, мосты, стены сооружений. В 1888 г. Н. Карножицкий описал сталактиты на своде Рюриковской крепости в Старой Ладоге. А. Е. Ферсман сообщал, что в дворцовых подвалах Петродворца за 10 лет выросли белоснежные сталактиты длиной до 1 м. Под Кировским мостом в Ленинграде ежегодно вырастали нежные сосульки известковых натеков [9]. Сталактиты обнаружены в подвале Парижского вокзала, а сталактитоподобные образования — в Вене на крыше парламента, на памятнике Моцарту и на других объектах (табл. 1). Таким образом, можно говорить о техногенных сталактитах, или, в общем случае, — о техногенных спелеотемах.

Рис. 1. Классические пещерные кальцитовые сталактиты [9]

Одно из детальных описаний техногенных натечных образований на примере сталактитов, сталагмитов и натечных кор в подвале Московского государственного университета выполнено в 1976 г. Н. Г. Максимовичем [6]. В дополнение приведем краткие данные о сталактитах в двух подвалах Чешской Липы (ЧССР), вырытых в верхнемеловых песчаниках. В первом подвале, находящемся под домом на глубине 7 м, в 1967 г. на потолке обнаружено около 200 сталактитов, многие из которых имели длину 30 см. В другом подвале найден сталактит, длина которого в 1945 г. была 70 см, а в 1966 г. достигла 150 см. Скорость его роста около 40 мм в год. Сталактиты в виде брчек и брчек с утолщениями гулек состоят, главным образом, из лимонита и частично кальцита. Диаметр брчек 3-5 мм, а толщина стенок 0.5 мм. Со сталактитов капает вода — от 3 до 12 капель в минуту. На полу под сталактитами образовалась тонкая корка натечного лимонита [13]. Отсутствие сталагмитов в указанных подвалах подтверждает уникальность находки их в подвале МГУ.

Рис. 2. Пещерные сталактиты из коллекции кафедры динамической геологии и гидрогеологии ПГУ: а — трубчатые сталактиты, б — массивный сталактит, обрастающий агрегатом скаленоэдрических кристаллов кальцита.

Таблица 1 Натечные техногенные образования (спелеотемы) в различных сооружениях

Нами [7] обнаружены и описаны сталактиты, образовавшиеся при просачивании воды на сводчатой кровле Крестовоздвиженского храма. Известны сталактиты с полым центральным каналом и с заполненным. В образцах сталактитов Крестовоздвиженского собора центральные каналы хоть и сквозные, но в различной степени заросшие минеральным веществом, причем отчетливо наблюдается тенденция уменьшения сечения канала книзу сталактита. В некоторых местах средней части сталактитов канал бывает почти полностью заросшим, но ниже места зарастания канал снова становится зияющим. На стенках каналов образуются белоснежные ажурные агрегаты скелетных кристаллов кальцита. Нередко центром кристаллизации внутри канала в сталактите являются ворсинки, ниточки, которые, обрастая кальцитом, превращаются в причудливые минеральные гирлянды.

Рис. 3. Натечные коры на стыках облицовки серпентинитовой плиткой главных ворот Центрального ботанического сада в Екатеринбурге:
а — общий вид декора ворот, б — фрагмент облицовки с белыми кальцитовыми корами.

Сталактиты Крестовоздвиженского соборного храма являются классическими трубчатыми мономинеральными кальцитовыми сталактитами, которые, несмотря на, видимо, слабую минерализацию просачивающихся вод, росли довольно быстро со скоростью 1.6-2.0 мм/год, хотя такая скорость роста на порядок ниже скорости образования сталактитов в подвале МГУ.

Рис. 4. Кальцитовые покровы (коры) на теле плотины на р. Б. Сатка (Челябинская область); а — общий вид, б — фрагмент сплошной коры на боковой стене плотины.

Как отмечает А. А. Каздым с соавторами [3], интерес вызывает решение вопроса генезиса натечных форм карбоната кальция (сталактитов и сталагмитов), которые образуются при выщелачивании, растворении различных искусственных или природных строительных материалов — цемента, бетона, известняка. В техногенных сталактитах, изученных А. А. Каздымом с соавторами внутренний канал сталактитовых трубок не имеет идеально гладкой поверхности — отмечены великолепно выраженные дендритовидные микрокристаллы размером до 1-2 мм, подобные отмечаемым нами ранее в сталактитах Крестовоздвиженского храма [7]. В отдельных образцах внутренняя полость нацело заполнена микрокристаллами. Кроме того, для отдельных образцов отмечены нитевидные и волокнистые («волосовидные») образования. Если мы предполагали, что центром кристаллизации внутри канала в сталактите являлись ворсинки, ниточки, обрастание которых кальцитом приводило к образованию причудливых кальцитовых гирлянд, то А. А. Каздым в сталактитах с моста через р. Нерль допускает обрастание кальцитом гифа гриба или водоросли. При изучении техногенных сталактитов сфеновой и ловчорритовой обогатительных фабрик на Кольском полуострове Ю. Л. Войтеховским с соавторами [1] на внутренних поверхностях сталактитов обнаружены тончайшие нитевидные образования, диагностировать которые пока не удалось.

В изломе сталактитов с моста на р. Нерль хорошо заметно концентрически-слоистое сложение. Отмечено до 5 слоев, разделенных между собой полостями, или (в ряде случаев) до 10 слоев, достаточно плотно прилегающих друг к другу. Вероятно, посчитав концентры, можно приблизительно вычислить возраст сталактитов, учитывая тот факт, что в зимнее время их образование маловероятно, — в большинстве случаев можно отметить от 4 до 5 слойков кальцита, т. е. возраст сталактитов составляет около 5 лет.

Ю. Л. Войтеховский считает, что оценка скорости роста кристаллов кальцита в техногенных сталактитах (как впрочем и в природных натечных образованиях, да и вообще в генетической минералогии — СП) — нетривиальная задача. Он пишет: «Очевидно, следует различать скорости их радиального роста в плотных слоях и свободного друзового — во внутреннем пространстве. Общая длина сталактитов не имеет отношения к интересующим нас скоростям роста, так как в большей мере характеризует интенсивность подачи карбоната Ca в систему просачивающимися растворами. Принимая максимальную толщину стенки сталактита 4 мм и время его образования 40 лет (исходя из истории ловчорритовой и сфеновой обогатительных фабрик), получаем приблизительную скорость роста кристаллов кальцита 0.1 мм/год».

Рис 5 Натечные техногенные образования в потерне Камской ГЭС: а — сталактиты и их фрагменты, б — обломки натечных кор.

В. А. Наумовым в 2003 г. во время экскурсии обнаружены и отобраны сталактиты, коры и наросты (рис. 5), образовавшиеся близ трещин в секциях Д-9 и В-4 дренажной потерны ^[**] со стороны верхнего бьефа Камской ГЭС. Сталактиты трубчатые с несколько смещенным от центра каналом диаметром 1-2 мм, удлиненные длиной 7-10 см при средней ширине (диаметре) 0.5-0.7 мм. Сталактиты светловато-серого и желтовато-белого цвета, коры и наросты — белые на свежем сколе и сероватые (запыленные) с поверхности. И сталактиты, и коры, и наросты Камской ГЭС мономинеральны и состоят из кальцита, как и большинство природных натечных образований в пещерах (табл. 2).

В предыдущем изложении речь шла о мономинеральных кальцитовых натечных образованиях. Г. А. Максимович называл процесс из образования карбонатным спелеолитогенезом [4]. Вместе с тем, сталактиты, как и другие натечные образования пещер, могут быть сложены другими минеральными видами, например, гипсом, галитом и другими минералами.

Таблица 2 Рентгенограммы вещества сталактитов и эталонного кальцита

Примечание: * — сталактит из дренажной потерны Камской ГЭС. Дифрактометр ДРОН-2.0, CuK_α — излучение. Оператор Т. М. Рябухина. ** — сталактит с моста через р. Нерль. Дифрактометр ДРОН-3.0, CuK_α — излучение, монохроматор, шаг 1 /мин., 35 кV, 25 mA.

В техногенных условиях также, как и в природных, реализуются условия и для формирования разнообразных по минеральному составу натечных образований. Г. А. Максимович и Г. В. Бельтюков [5] описали соляные натечные образования горных выработок. Во время экспедиционных работ на Верхнекамском месторождении калийных солей в 1990 г. нами в одной из горных выработок рудника были обнаружены метровые соляные сталактиты, которые сейчас экспонируются в зале минеральных месторождений Ильменского государственного заповедника (ИГЗ) вместе с другими соляными и натечными образованиями (рис. 6). В 1996 г. на 2-й Восточной панели Березниковского калийного рудника № 1 того же месторождения С. Н. Шанина наблюдала многочисленные соляные сталактиты (рис. 7). Часть образцов ею была отобрана, и в настоящее время они экспонируются в Институте геологии Коми НЦ УрО РАН в г. Сыктывкар (рис. 8).

Рис. 6. Крупный метровый соляной (галитовый) сталактит одного из рудников Верхнекамского месторождения калийных солей в музее Ильменского заповедника.

Рис. 7. Галитовые сталактиты в горных выработках Березниковского калийного рудника.

Особой редкостью являются гидратированные сульфатно-железистые сталактиты. В феврале 2004 г. А. Белоусова — выпускница геологического факультета Миасского филиала ЮУрГУ, передала в музей ИГЗ мономинеральный голубовато-зеленый длиной 70 см и диаметром 8-9 см мелантеритовый сталактит из Тайского медно-колчеданного рудника на Южном Урале (рис. 9). К сожалению, эта красота невечна, — даже при бережном хранении мелантерит дегидратируется и замещается сначала четырехводным сульфатом железа — роценитом, а затем — одноводным — ссомольнокитом. И на сталактите появляются рыжие потеки и белесые новообразования. Следует обратить внимание на то, что соляные (галитовые) и медантеритовые сталактиты не имеют центрального канала. По-видимому, механизм их роста принципиально другой, нежели кальцитовых (в общем случае — карбонатных) сталактитов.

Допустимо, что в техногенных условиях, например, на горелых угольных отвалах, при подземных пожарах на угольных шахтах могут образовываться совсем редкие натечные образования, сложенные, например, аммониевыми минералами — нашатырем и/или масканьитом. А при подземном серноколчеданном пожаре, например, на Красногвардейском руднике по данным Г. Н. Вертушкова (1940) сталактиты и сталагмиты представлены ?-серой, образовавшейся за счет обжига и переотложения продуктов разложения пиритной массы [12]. И хотя морфологически серные образования похожи на сталактиты или сосульки, в генетическом смысле они не являются спелеотемами, т. е. продуктами отложения минерального вещества из капелек воды, как это наглядно демонстрируют искусно выполненные Владимиром Мальцевым фотографии (рис. 10), а образовались из газовой фазы.

Рис. 8. Галитовые натечные образования.

Рис. 9. Сталактит из семиводного сульфата железа — мелантерита.

Перечисленными и описанными примерами техногенных сталактитов не исчерпываются все условия и объекты, где они могут образовываться. Так, А. А. Каздым наблюдал кальцитовые новообразования в виде каплевидных натеков и сталактитов в подвалах старых зданий (постройки XVIII-XIX вв.) и др. В районе Самары известны четыре искусственных подземных оборонных сооружений 30-60-х гг. (http://www.ssu.samara.ru/~samsc/spl_sam/spl_sam_2-4.shtml). Один из них оборудован под Музей гражданской обороны, известный под названием «Бункер Сталина». Остальные находятся в заброшенном состоянии. Наиболее интересный объект заложен на глубине 40 м, его плошадь (в доступной части) составляет 2400 м2. Здесь имеются полностью затопленные галереи. В данном сооружении встречены редкие для искусственных полостей натечные кальцитовые образования. Нередки «макароны» длиной в 1.5 м, имеется один сталактит до 2 м, также отмечены другие формы сталактитов, сталагмиты, занавеси, микрогуры. Такие образования для искусственных полостей очень редки, и в литературе описано всего лишь несколько случаев. Бункер представляет огромный интерес не только в историческом плане, но и для геологов-карстоведов.

Рис. 10. Отложение минерального вещества сталактита из капли воды. Фото В Мальцева.

Исследование различных техногенных новообразований представляет определенный интерес не только с точки зрения их экзотичности но и в связи с возможностью определения скорости природных процессов минералообразования, а в ряде случаев и их физико-химических параметров и решения ряда генетических проблем. Сравнение техногенных минералов и минеральных новообразований с подобными природными формами может помочь в реконструкции и моделировании определенных природных процессов.

Авторы благодарны С. Н. Шаниной (Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар) за любезное предоставление фотографий и образцов кальцитовых и соляных сталактитов, А. В. Денисову (Естественнонаучный институт, г. Пермь) за информационное обеспечение, В. С. Любимовой (Естественнонаучный музей Ильменского государственного заповедника, г. Миасс) за возможность работать с образцами из музея и помощь в проведении фотосъемки их на цифровую камеру Nikon Coolpix 5400, а также Т. М. Рябухиной (Институт минералогии УрО РАН, г. Миасс) за съемку рентгенограмм сталактитов.
_____________

назад * Сталактит (от греч. stalaktos — натечный по капле) — натечно-капельные (чаще известковые) образования, свешивающиеся в виде сосулек, трубок, гребенок, бахромы и т. д. с потолков и верхних частей стен карстовых пещер. Возникают в результате выпадения в осадок углекислого кальция при удалении из насыщенной им воды углекислого газа. Иногда встречаются гипсовые и соляные сталактиты, образующиеся при участии испарения. (БСЭ, 3-е изд., т. 24, кн. 1. М.: Изд-во «Советская энциклопедия», 1976. 398 с).

назад ** Потерна — (франц. poterne, от лат. posterula — задняя дверь, боковой ход) — галерея (коридор) под землей или внутри массивного сооружения. Потерну прокладывают в виде подземного хода с каменным, бетонным или железобетонным усилением для сообщения между различными частями крепостных фортов или опорных пунктов укрепленных районов. В теле массивных плотин, преимущественно бетонных, потерны представляют собой продольные галереи для отвода воды, собираемой дренажем основания, и тела плотины, для наблюдения за состоянием внутренних частей плотины и за фильтрацией воды, для служебного сообщения между берегами и для других целей. В высоких плотинах устраиваются обычно две потерны, из которых одна располагается возможно ближе к основанию. (БСЭ. 2-е изд.. т. 34, 1955. С. 280).

Литература

1. Войтеховский Ю. Л., Красоткин И. С, Лесков А. Л. Техногенные сталактиты ловчорритовой и сфеновой обогатительных фабрик горно-химического треста «Апатит» // Минералогия во всем пространстве сего слова. Ч. I. Труды I Ферсмановской научной сессии Кольского отделения Российского минералогического общества, посвященной 120-летию со дня рождения А. Е. Ферсмана и А. Н. Лабунцова / Под ред. Ю. Л. Войтеховского. Апатиты: Изд-во «К & М», 2004. С. 95-98.

2. Георгий Алексеевич Максимович: [Научное издание] / Авт.-сост. Е. Г. Максимович, Н. Г. Максимович, В. Н. Катаев. Пермь: Изд-во «Курсив», 2004.512 с.

3. Каздым А. А., Чижова А. А., Астахов М. И. Техногенные карбонатные новообразования на бетонных покрытиях моста через р. Нерль (Ярославская область) // Минералогия техногенеза-2005 / Под ред. С. С. Потапова. Миасс: ИМин УрО РАН, 2005. С. 32-39.

4. Максимович Г. А. Генетический ряд натечных образований пещер (карбонатный спелеолитогенез)// Пещеры. Пермь: ПГУ, 1965. Вып. 5 (6).

5. Максимович Г. А., Бельтюков Г. В. Соляные натечные образования горных выработок// Пещеры. Пермь: ПГУ, 1966. Вып. 6 (7).

6. Максимович Н. Г. Карбонатные сталактиты и сталагмиты в подвале Московского университета//Пещеры. Пермь: ПГУ, 1976. Вып. 16. С. 24-35.

7. Потапов С. С, Паршина Н. В., Максимович Н. Г. Минеральные образования на кровле и стенах Крестовоздвиженского храма Белогорского Свято-Николаевского монастыря (Пермская область) // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П. Н. Чирвинского. Пермь: ПГУ, 2002. Вып. 4. С. 69-78.

8. Потапов С. С, Мороз Т. Н. Минералогия и спектроскопия ряда техногенных кальцитов // Минералогия техногенеза-2003 / Под ред. С. С. Потапова. Миасс: ИМин УрО РАН, 2003. С. 39-46.

9. Ферсман А. Е. Занимательная минералогия. Челябинск: Изд-во «Урал-LTD», 2000. 316 с.