Кунгурская ледяная пещера

Кунгурская ледяная пещера объединяет обширную систему подземных карстовых пустот и расположенный над ними участок с провальными воронками и реликтовой растительностью.

Она находится на окраине старинного уральского города Кунгура, в юго-восточной части платообразной возвышенности, называемой Ледяная гора. Ледяная гора вытянулась с северо-востока на юго-запад между Сылвой и ее притоком Шаквой, возвышаясь до 90 м над уровнем рек и вклиниваясь в городскую территорию.

У подножия крутого южного склона, на берегу Сылвы, скрытый зеленью парка. располагается вход в пещеру – бетонированный тоннель. К востоку от тоннеля, в обрыве над заброшенным естественным входом в пещеру обнажаются гипсы и ангидриты верхнего (иренского) горизонта кунгурского яруса, переслаивающиеся с пачками известняков и доломитов. Эти породы, слагающие в основном Ледяную гору, имеют мощность до 60 м. Гипсы перекрыты слоем рыхлых отложений, состоящих из обломков известняка и доломита с глинистым заполнителем. Еще выше встречаются песчано-глинистые отложения древней террасы.

Известные ходы и гроты Кунгурской пещеры вытянулись по трещинам северо-западного, а также северо-восточного направлений и образуют решетчатую систему. Каждой ответвление представляет вереницу расширений-гротов, связанных тесными коридорами. Общее протяжение обследованных ходов составляет 5,6 км. Гроты Великан, Географов и другие достигают 40 м в ширину при высоте обвальных сводов до 10 м. Суммарный объем пустот около 100 тыс. м³ Еще такой же объем занят упавшими глыбами, глиной, подземными водоемами и льдом.

В глубине пещеры насчитывается 60 подземных озер. Самое крупное из них имеет площадь 1300 м² и глубину до 3 м. В ближней к выходу части пещеры круглый год сохраняются ледяной покров на полу и ледяные кристаллы на сводах.

В кровле пещеры известно более 130 цилиндрических каналов – «органных труб» с поперечником до 3-9 м и высотой до 20 м. Под устьями труб часто можно видеть конусообразные глинистоглыбовые осыпи.

Надпещерный участок Ледяной горы является памятником природы и экскурсионным объектом. В рельефе этого участка ярко выражено разрушительное действие подземных вод на легкорастворимые гипсы и ангидриты.

Поверхность Ледяной горы усеяна карстовыми впадинами конусообразной и блюдцеобразной формы. Величина их в плане доходит до 100 м, глубина – 15 м. На склонах карстовых впадин встречаются выходы гипсов, а на дне – поноры, через которые снеговые и ливневые воды проникают в толщу сульфатных пород. Часть впадин залилась и превратилась в карстовые озера и болота. В границах Ледяной горы на участке с площадью 10 м² насчитывается приблизительно 3000 впадин. Ежегодно обнаруживается свежие провальные углубления, которые чаще возникают на дне и склонах старых карстовых впадин.

Неровный рельеф Ледяной горы объясняет крайнюю пестроту почвенного покрова и растительности. На южном склоне горы распространены виды, приспособившиеся к обилию в почве гипса. Здесь же нашла убежище реликтовая степная и горно-степная растительность. На ветру колышутся, расстилаясь по склону, серебристые нити ковыля. Во второй половине лета расцветают голубые шары «адамовой головы» (мордовника), встречаются овсец пустынный, шалфей степной, котовник голый, качим высокий, василек сибирский, полынь холодная и шелковистая, астрагал датский и много других степных растений. Ледяная гора с ее березовыми перелесками среди полей входит в пределы островной кунгурской лесостепи.

История Кунгурской пещеры тесно связана с появлением и развитием г. Кунгура. Город первоначально был основан в 1648 году при впадении р. Кунгур в р. Ирень, а в 1663 году, после башкирского восстания, перенесен к устью последней. По преданиям, первые русские поселенцы спасались в пещере от набегов татар и башкир.

С. Ремезов, составивший в 1703 году первый план пещеры, нашел в ней столбы, подпиравшие своды, кресты, установленные на камнях, икону. Перед входом имелись печи для обжига гипса.

В XIX веке экскурсии любознательных из Кунгура, Перми и отдаленных городов не были редким событием. При этом обычно нанимались проводники из крестьян с. Филипповское .

В деле популяризации пещеры большая заслуга принадлежит уроженцу Кунгура А. Хлебникову. В 1914 году он арендовал участок с пещерой, поселится у входа, распространял рекламные альбомы, афиши и водил экскурсии. В 1933 году экскурсионная база при пещере уже располагала помещением для ночлега. Выделялись средства для благоустройства подземных ходов. В 1937 году, незадолго до посещения пещеры экскурсией XVII Международного геологического конгресса, был пробит тоннель длиной 40 м в грот Бриллиантовый. Постепенно росло количество экскурсантов. В числе посетителей пещеры были маршалы В. К. Блюхер, Г. К. Жуков, известные ученые А. Е. Ферсман, Д. В. Наливкин.

В следующие годы к пещере была построена асфальтированная дорога, пробит тоннельный выход длиной 109 м из грота Вышка.

Возглавляет изучение Кунгурской пещеры стационар Уральского научного центра Российской Академии наук. Длительные наблюдения на подземных метеорологических и гидрометрических постах позволил рассчитать теплообмен пещеры, величину испарения и конденсации влаги при зимней и летней циркуляции воздуха, обнаружить взаимосвязь уровней Сылвы и подземных озер. Составлен новый инструментальный план пещеры, общая протяженность ее достигла 5,6 км.

С развитием геофизических исследований пещера стала полигоном для испытаний новых приборов и методов. Чтобы обнаружить подземные ходы с поверхности, геофизики отделения дальних передач института Теплоэлектропроект, Московского и Пермского университетов применили электроразведку, площадное электропрофилирование, вертикальное и круговое электрозондироваание, измерение естественного электрического поля. Институт геофизики Уральского научного центра АН СССР оборудовал под землей наклономерную станцию «Кунгур» для изучения движений земной коры и отдельных блоков пород с помощью высокочувствительных горизонтальных маятников. В течение 10 лет велась непрерывная запись на фотобумаге наклонов и сотрясений земной коры.

В гротах установлены самопишущие регистраторы уровня подземных вод, температуры, влажности, атмосферного давления, с помощью дистанционных счетчиков учитывается количество просачивающейся воды воды.

Рассматривая геологическую карту Кунгура, можно увидеть, что пещера располагается на контакте нижнего (филипповского) горизонта кунгурского яруса. сложенного известняками и доломитами, и верхнего (иренского) горизонта, сложенного в основ гипсами и ангидритами. Граница между горизонтами у входа в Кунгурскую пещеру проходит на глубине около 6 м ниже уровня Сылва.

Из наблюдений в Кунгурском и других районах Предуралья известно, что закарстованность сульфатных пород в плане и на поперечных профилях резко возрастает на границе с карбонатными толщами. Усиление закарстованности объясняется поступлением слабоминерализованных гидрокарбонатно-кальциевых вод из карбонатных толщ в легкорастворимые сульфатные породы.

Закарстованность усиливается также в зоне периодических колебаний подземных вод. Амплитуда этих колебаний в Кунгурской ледяной пещере достигает во время весенних паводков 3-4 м. Слабоминерализованные речные воды, вторгаясь в прибрежные массивы, растворяют, а затем выносят в реки до 2 г/л сернокислого кальция. Значит, расширение пещерных галерей в настоящее время происходит в основном в периоды паводков.

Сосредоточение карста на пересечении уровня реки с плоскостью раздела карбонатной и сульфатной толщ кунгурского яруса помогает нам восстановить историю формирования Кунгурской пещеры.

Горизонтальные площадки на сводах, фиксирующие высокие уровни воды, встречаются до абсолютных отметок 119-120 м. На той же высоте располагаются потолки центрального, Кораллового и других гротов пещеры, не затронутые обрушениями. Следовательно, подземные галереи начали формироваться в то время, когда р. Сылва в паводки поднималась на 0,5-1 м над поверхностью первой надпойменной террасы. Во время наводнений речные, а также подземные воды и теперь приближаются к этому уровню, на что указывают листья и стебли трав, оставленные водой в трещинах и нишах пещерных стен.

По археологическим данным, первая надпойменная терраса образовалась в 8-9-м тысячелетиях до н. э., возраст известных нам галерей Кунгурской пещеры также не превышает 10 тыс. лет. Более древние этажи, соответствующие 2-4-й террасам, неизвестны. По-видимому, они не имели значительного развития и были погребены в результате обвалов кровли. В периоды формирования этих террас контакт иренским и филипповским горизонтами на уровне реки располагался в нескольких сотнях метров в востоку. Поэтому подземные галереи, сравнимые по величине с известными галереями Кунгурской пещеры, располагались здесь же и были позднее уничтожены вместе с вмещающими их гипсами.

В пределах Ледяной горы, видимо, существовал еще один древний ярус подземных полостей, расположенный ниже современного уровня Сылвы.

В плиоцене, когда территория Предуралья испытала эпейрогенические движения значительной амплитуды, русло Сылвы в районе Кунгура углубилось ниже современного уровня. Ко времени формирования этой переуглубленной долины относятся наиболее древние галереи Кунгурской пещеры. На контакте иренского и филипповского горизонтов эти галереи имели крупные размеры. Они были заполнены обломками гипсов, а также доломитов, залегающих в 20-25 м выше уровня Сылвы, что свидетельствует о значительное высоте обвальных сводов. Однако песчано-гравийный материал из отложений плиоценовых террас не найден. Следовательно, сквозные каналы в кровле пещеры отсутствовали.

Последующие опускание местности сопровождалось заполнением долины Сылвы песчано-глинистыми и гравийными отложениями. Пласты гипсов и ангидритов в сводах галерей, а также в целиках между ними испытали складчатые и сбросовые деформации. Крупнообломочные отложения в древних полостях в результате уплотнения и пластического течения гипсов превратились в скальную породу – карстовую брекчию. Такие брекчии, причудливо изъеденные водой, можно видеть в сводах Скульптурного и других гротов Кунгурской пещеры. Древняя галерея прослеживается от грота Руины до грота Кораллового.

Крутой и высокий склон Ледяной горы, подработанный в основании карстовыми водами, испытывает медленное смещение в сторону эрозионного вреза. Одновременно происходит раскрытие тектонических трещин двух направлений, по которым и образовалась решетчатая система карстовых полостей.

Формированию и длительному сохранению крупных пустот с высокими обвальными сводами благоприятствует значительная высота Ледяной горы и ее гипсового цоколя.

Подземные озера – одно из замечательных явлений Кунгурской пещеры. Можно без конца рассматривать причудливые очертания каменных берегов и отражение сводов в прозрачной, неподвижной воде. Из 60 озер пещеры самое крупное – Большое подземное – имеет длину 38 м и глубину до 3 м. Запас воды в нем 1950 м³. Буровые скважины под илистыми отложениями на дне озера вскрывают доломиты филипповского горизонта. Слабо растворимые в воде пласты доломита ограничивают рост полостей. Этим и объясняется приблизительно одинаковая предельная глубина разных озер.

В некоторые периоды уровень озер на 0,1-0,4 м превышает уровень воды в Сылве. Однако в известных галереях пещеры уклон подземных вод направлен не к реке, как следовало бы ожидать, а в глубь Ледяной горы, к гроту Географов имеет сообщение с неизвестными галереями, которые к реке ниже по течению.

Во время паводков на р. Сылве наблюдается подъем уровня воды в пещерных озерах на 0,8-1,6 м и более. Пик паводка в пещере запаздывает на 5-11 суток по сравнению с рекой. При средней высоте паводка озера остаются прозрачными.

Наводнение 1979 года надолго останется в памяти жителей Кунгура. Уровень Сылвы поднялся почти на 8 м, до отметки 120,74 м у пещеры. Вода прорвала некоторые дамбы, и часть города была затоплена.

Вход в пещеру удалось своевременно завалить глиной. Однако вода нашла обходной путь там, где река подходит вплотную к гипсовым кручам. Фильтруясь через глыбовые завалы, речные воды проникли в грот Вышка и затопили низкие участки пола.

От принесенного тепла на глазах таяли, осыпались до сводов ледяные кристаллы. Поток мутной воды устремился в гроты Великан, Длинный и далее в глубь пещеры. Озера сливались, появились новые там, где их не было. Гроты оказались наполовину затопленными. Уровень подземных вод поднялся на 4 м. Под водой оказался экскурсионный маршрут от грота Крестового до Большого озера и обратный путь. Через глинистый завал вода проникла также во входной тоннель и образовала наледь на полу.

Спад уровня подземных вод растянулся на месяц. Пещера была закрыта для экскурсантов. После ухода воды на полу остался слой илистого осадка, не просыхающего во влажной пещерной атмосфере, сползли некоторые осыпи, завалив тропу.

Температура воды пещерных озер изменяется вместе с температурой воздуха. В 1980 году в Большом озере она менялась от +5° зимой до +5,2° летом, в гроте Длинном – от +3,7° до +4°. На озерах грота Великан зимой появляется лед, а озера в гроте Вышка зимой 1973 года промерзли до дна, и лишь паводковые воды во время наводнения 1979 года растопили лед.

Почти весь год вода подземных озер имеет минерализацию, близкую к полному насыщению гипсом, - 2,1-2,2 г/л. При испарении, а также вследствие подтока вод иного состава из перенасыщенного раствора выпадают кристаллы кальцита и гипса. На поверхности озер образуются пятна из сросшихся кристаллов, а в некоторых озерах нарастает сплошная корочка, похожая на мутный лед.

Вторжение речных вод с минерализацией 0,25 г/л сопровождается интенсивным растворением и выносом сульфатных пород. Особенно велика агрессивность воды в начале пути, где происходит фильтрация через глыбовые отложения. После наводнения 1979 года место поглощения речных вод обозначилось крупным оползнем, возникшим над вновь сформировавшейся полостью.

Прежде, во время наводнений доступ речных вод в пещеру был настолько свободным, что позволял заплывать крупным рыбам. Их скелеты неоднократно находили в углублениях глинистого пола. 

Удивителен климат пещеры. Во время экскурсии невозможно представить ту особенную тишину, которая охватывает одинокого человека в подземелье, когда ощущаешь лишь звон да бледные вспышки в глазах на черном экране тьмы. Кажется, что жизнь здесь остановилась. В действительности - это мнимый покой. Под обломками породы медленно пробиваются струйки воды, а выше перемещаются потоки воздуха, не воспринимаемые нашими органами чувств. Потоки воздуха разносят холод или тепло, испаряют или конденсируют влагу.

Многочисленные органные трубы и расщелины, пронизывающие кровлю пещеры толщиной 60-80 м, способствуют интенсивной сезонной тяге воздуха. В зимнее время она направлена от входа в глубь Ледяной горы, летом – движение обратное. Зимой стены первых гротов, Бриллиантового и Полярного, охлаждаются до –10˚, в сильные морозы температура воздуха снижается до -30˚. В глубине пещеры становится теплее. Леденящий ветер, дующий во входном тоннеле, обращается в ласковый освежающий ветерок. Согревшись от соприкосновений с каменными стенами гротов до температуры +5˚, воздух поднимается по расщелинам и органным трубам на поверхность. В некоторых воронках среди снега образуются проталины.

Всю зиму пещера копит холод, отдавая тепло в атмосферу с восходящими воздушными потоками. Подсчитано, что общий вынос тепла в зимний период достигает 2,14 млн. ккал/сутки. Закрывая двери тоннеля на лето, искусственно уменьшают тягу воздуха и сохраняют холод.

Относительная влажность воздуха в гротах пещеры составляет 90-100%. На пересечении подземных галерей и при входе в крупные гроты, где смешиваются потоки воздуха с разной температурой, происходит интенсивная конденсация влаги. В гроте Коралловом летом и зимой своды и будка метеорологического поста блестят от осевшей влаги. С выступов свода то и дело срываются крупные капли воды. Но самая интенсивная конденсация происходит не в пещере, а в трещинах и пустотах кровли. Смешиваясь с влагой, фильтрующейся через покровные суглинки, конденсационные воды просачиваются обратно в пещеру. Капель со сводов не прекращается и в морозы.

В гротах Бриллиантовом, Полярном, Вышка из боковых ходов в основную галерею поступает влажный пещерный воздух, который, охлаждаясь, оставляет иней на сводах. Ледяная кристаллы растут всю зиму, усложняясь, и в зависимости от температуры принимают форму лепестков, лотков, шестисекторных воронок, прямоугольных ячеек, игл.

Зимой в пещере обнаруживается резкое различие температуры воздуха у пола и потолка. В крестовом гроте разница составляет 4˚, в гроте Руины – 2,4˚. Капли воды, срываясь со свода, падают застывая на полу в виде ледяных столбиков – сталагмитов. Когда же и под сводами температура опускается ниже 0˚, начинают расти сосульки – сталактиты. Особенности интенсивно растут сталактиты и сталагмиты весной, в период таяния снега на Ледяной горе.

Многолетние льды покрывают пол гротов Бриллиантового, Полярного, Данте, Крестового слоем, достигающим мощности 2 м. Площадь распространения многолетних льдов около 500 м², а их объем 350 м³. Возникали они, главным образом, в периоды интенсивных потеплений, когда сверху просачивалась по трещинам вода, и в последние годы пополняются за счет падающих ледяных кристаллов. На одних участках многолетние льды испаряются потоком морозного воздуха, на других, наоборот, ледяной покров растет, уменьшая сечение подземных галерей, изменяя направление воздушных потоков. В ровной ледяной стене, вырубленной десятки лет тому назад между гротами Бриллиантовым и Полярным, экскурсанты видят теперь глубокие ниши – результат испарения льда. На дне этих ниш осел слой гипсовой «муки» – минерального остатка, некогда растворенного в просачивающейся воде.

Все известные в настоящее время галереи Кунгурской пещеры помещаются на площади в четверть квадратного километра, что составляет около 2,5% Ледяной горы. Из общего протяжения 5,6 км благоустроено и электрифицировано более одной трети подземных галерей.