Район расположения Кунгурской Ледяной пещеры занимает бассейн нижнего течения реки Сылва. Пещера располагается в нижнесылвенском районе гипсового и карбонатно-гипсового карста. Район находится на восточной окраине Восточно-европейской платформы, на границе с Предуральским прогибом.
Зона активного водообмена и карстообразования слагается нижним (кунгурский ярус) и верхним (уфимский ярус) отделами пермской системы.
Пещерные отложения представлены обломочными, глинистыми, хемогенными, в меньшей степени — биохемогенными и антропогенными осадками, в основном аутигенными, в меньшей степени — аллотигенными, накапливающимися на механических, физико-химических, термодинамических барьерах, в различной степени загипсованными.
По данным рентгеноструктурного анализа, проведенного в лаборатории Московского университета В. Г. Шлыковым, в пещере были обнаружены следующие минералы:
1. ангидрит — CaSO4
2. гипс — CaSO4·2H2O
3. целестин — SrSO4
4. кальцит — CaCO3
5. доломит — Ca,Mg(CO3)
6. кварц — SiO2
7. плагиоклаз — (Na,Ca)Al(Al,Si)Si2O8
8. микроклин — K,Al Si3O8
9. хлорит — водный метаалюмосиликат Mg и Fe слоистой структуры
10. смектит — глинистый минерал группы монтмориллонита
11. иллит — глинистый минерал, водный алюмосиликат калия, группа гидрослюды
12. каолинит — Al2SiO2O5(OH)4
13. гетит — FeO(OH)
14. аллофан — аморфный водный силикат Al
15. флюорит — CaF2
16. корренсит.
В марте 1998 года автору статьи удалось привезти образцы волокнистых кристаллов, в хорошей сохранности, в герметично закрытом сосуде. Ранее эти образования описывались исследователями как «гипсовый мох» или «гипсовый пух». Эти сезонные кристаллические образования появлялись ежегодно в марте — апреле, на потолке и стенах грота Полярный.
При исследовании волокон в иммерсионной жидкости с показателем преломления 1,541 было установлено: показатель преломления кристаллов значительно ниже, в скрещенных николях минерал изотропен. Для гипса характерны другие показатели.
Волокна минерала были отправлены на рентгеноструктурный анализ в МГУ В. П. Шлыкову. Результаты исследований показали наличие в составе тенардита (Na2SO4), минерала, ранее в отложениях пещеры не описываемого.
Тенардит типичное осадочное образование, возникающее в процессе кристаллизации из чистых водных растворов при температуре выше 32,4 градусов Цельсия, при более низких температурах выпадает мирабилит. В самосадочных озерах тенардиту всегда сопутствует мирабилит. (Лазаренко, 1963)
Тенардит образуется в форме кристаллов ромбической сингонии, хрупкий, твердость 2,5—3, плотность — 2,66. Оптические свойства: двухосный, положительный: Ng = 1.485, Nm = 1.474, Np = 1.46, Ng-Nm = 0.021. Минерал растворяется в воде.
Если бы первоначально в составе волокон находился тенардит, его легко можно было бы определить в иммерсии по интерференционной окраске (голубовато — синей 2-го порядка), соответствующей силе двупреломления Ng — Np = 0.021 и по прямому угасанию. Кроме того, тенардит не мог сформироваться в условиях Кунгурской пещеры, где в указанный промежуток времени в гроте Полярный температура не превышала 0°С. Поэтому естественно предположить, что первоначальный состав волокнистых новообразований был мирабилитовый.
Мирабилит Na2SO4·10H2O образуется в виде призматических кристаллов моноклинной сингонии, вытянутых по [010] или [001], бесцветный, прозрачный или мутно — белый. Твердость 1,5 — 2, очень хрупкий. Плотность — 1,48.
Оптические свойства: двухосный, отрицательный; Ng = 1.398, Nm = 1.396, Np = 1.394, Ng — Nm = 0.002. Хорошо растворяется в воде, соленый на вкус. По происхождению — типичное осадочное образование, возникающее в результате отложения из водных растворов при температуре ниже 32°С.
Вследствие того, что рассол, из которого выделяется мирабилит наиболее насыщен при низкой температуре, в некоторых местах в зимний период образуется большое количество мирабилита, который с повышением температуры растворяется вновь, а часть его, теряя воду, переходит в тенардит. Таким образом, по оптическим свойствам (сила двупреломления мирабилита Ng — Np = 0.004 соответствует темно — серым, почти черным цветам интерференции с отрицательным удлинением) первоначально из поровых растворов доломитовой породы под давлением вышележащих пород мог выделяться мирабилит. В течение некоторого времени он, теряя воду на воздухе, частично преобразовался в тенардит, при этом волокнистые кристаллы превратились в мучнистую пыль, отдельные индивиды которых под микроскопом имеют игольчатую форму и оптические константы, характерные для тенардита.
Находки мирабилита и тенардита в гроте Полярный являются показателем присутствия в пещере высоко насыщенных сульфатно-натриевых растворов.
Можно предполагать, что на отдельных полуизолированных участках эпиконтинентального моря Русской платформы соленость морской воды достигала больших значений: от 15 — 20 % и более, как это установили для Кара-Богаз-Гола, где в настоящее время отлагаются мирабилит и тенардит.
Выделения мирабилита установлены в пещерах Соляная (Кентукки, США), Фиттон (Арканзасс, США) и др., а тенардит, как продукт дегидратации мирабилита, был обнаружен в пещере Винд Кейв (Южная Дакота, США).
В заключении следует отметить, что минеральные образования Кунгурской Ледяной пещеры и пещер вообще представляют большую научную и эстетическую ценность, являются наиболее уязвимым компонентом подземного ландшафта, и поэтому нуждаются в особой охране.
