Л. И. Маруашвили (1970 г.) указал на необходимость резко отграничивать эволюционные ступени от случайно обусловленных отклонений и различать первостепенные и второстепенные явления в жизни пещеры, Примем поэтому, что смена стадий развития пещеры происходит тогда, когда кардинально меняются ее внутренние условия, характер и направление протекающих в ней основных процессов. К определяющим факторам отнесем следующие: изменение соотношения между расходом воды поверхностного водотока Qр и пропускной способности полости Qп(QP
Qп), смена типа питания пещерных потоков (инфлюационный, инфильтрационный) изменение характера и направления переноса с поверхности в полость и из полости на поверхность любого компонента, участвующего в обратимой реакции карбоната с углекислотой.
Наши предшественники исходили из трещинной концепции спелеогенеза [27], по которой в полость при движении воды превращаются трещины. Поэтому первая стадия названа ими трещинной и соответствует, по Г. А. Максимовичу [15], раскрытию первичных трещин до 2 см. Вторая стадия щелевая, при раскрытии трещин до 50 см. Как показано выше, трещинную концепцию нельзя признать удовлетворительной, ведь она объясняет морфологию лишь узкого класса полостей — коррозионно-гравитационных, у бровки массива [9]. Если принять канальную концепцию спелеогенеза, то нужно отказаться от трещинной и щелевой стадий, которые чаще всего реально не существуют.
Первой стадией формирования пещеры является каналовая (таблица). Ей предшествует период, в течение которого в глубине массива образуется сеть каналов на пересечении трещин, вероятнее всего за счет коррозии смешивания. Это фаза первичного закарстования массива — от его поверхности до уровня удаленной дрены. Каналовая стадия начинается тогда, когда каналы достигают критических размеров (порядка 1 мм) и движущиеся по ним воды приобретают "инфлюационный" характер. Другим важным моментом является появление врезанных в массив речных долин, обеспечивающих активную циркуляцию вод от поноров к источникам. Верхний предел размера каналов в этой стадии ограничен условно десятками сантиметров, т. е. полость пока не доступна для человека. Ведущими процессами этой стадии являются коррозия и эрозия вмещающих пород агрессивными инфлюационными водами. Карстовый массоперенос направлен из глубины массива на поверхность к дрене. Гидрологическое условие развития полости на этой стадии Qp > Qп. Поэтому на участке донор — дрена происходит развитие "пучка" фильтрационных каналов с приблизительно одинаковым гидродинамическим сопротивлением. При малом значении h: l (например, в равнинных условиях) этот пучок распределен горизонтально, при большом h: l (в горах) — преимущественне вертикально. Все каналы полностью заполнены водой (фреатические, напорные условия).
Если расход воды в поверхностном водотоке значителен, фреатические условия сохраняются и после того, как полость увеличится до размеров, допускающих проникновение в нее человека. Это соответствует II стадии спелеогенеза — инфлюационно-фреатической. Теперь объем полости возрастает уже не только за счет коррозии и эрозии, но и вследствие обрушения сводов с образованием гротов в местах пересечения трех и более трещин. Объем обрушенных пород больше, чем монолитных, поэтому свободные объемы гротов образуются лишь тогда, когда упавшие глыбы растворяются в потоке. В противном случае обрушение прекращается вследствие подпора свода глыбовым навалом, как это было в пещере Шумиха. Во II стадии в пещере могут начать формироваться речные отложения из гальки, песка и глины, иногда значительной мощности.
Какие стадии проходит в своем развитии карстовая полость в карбонатных породах
Oбозначения: 1 — поверхность массива; 2 — полость; 3 — поверхность у дрены; — направление массопереноса; В и В — вода инфлюационная и инфильтрационная соответственно; УГ — углекислота; К — карбонат; ΔV>0 — объем полости увеличивается, ΔV< 0 — уменьшается; запись К(В)г 1–2, 1–3 означает: перенос карбоната и к фильтрационной водой с поверхности массива в полость, где он частично откладывается в виде натеков, остаток выносится на поверхность к дрене; +*обрушение за счет сейсмичности.
Смена условия Qp>Qп на Qp<Qп для полости речного типа означает переход к III стадии, ннфлюационно-вадозной, когда только часть поперечного сечения подземных полостей заполнена водой. Во время такого перехода из "пучка" равноправных каналов выделяется один, перехватывающий весь сток. В лабиринтных пещерах озерного типа переход к вадозному режиму и появление свободного зеркала вод связаны не с изменением отношения Qр: Qп, а с врезанием магистральной реки в долину (пещеры Кунгурская, Максимовича [12]).