Чудеса и загадки подземного мира

1. Приключения капли воды под землей

 Что тверже камня? 
 Что мягче воды? 
 Кто оставляет на твердом 
 Камне глубокие следы?

Овидий

Все мы в детстве слышали классический рассказ о путешествии капли воды. Умный учитель не преминет совершить это увлекательное путешествие вместе со своими юными учениками, рассказав им на уроке естествознания о вечном круговороте воды в природе: испарение, облака, дождь, просачивание воды под землю, родник, ручей, река, море... Рассказ яркий, наглядный и убедительный, способный поразить воображение ребенка и запомниться на всю жизнь.

В книге, посвященной исследованию подземных пещер, нам кажется необходимым подробнее и обстоятельнее сказать о любопытнейшей фазе этого цикла, которую мало кто знает, хотя эта часть путешествия капли воды, пожалуй, самая увлекательная, таинственная и чудесная. Речь пойдет о путешествии капли воды в земных недрах с момента ее проникновения под землю и до выхода на поверхность родником, ключом или источником.

Спустившись вместе с капелькой воды в таинственный подземный мир, мы будем несказанно удивлены теми необычайными явлениями, которые здесь происходят, и чудесной работой водяной капли на протяжении ее долгого пути в недрах земли.

Идет дождь. Водяные капли падают на поверхность земли, сливаются в мелкие струйки и бегут по разным направлениям. Часть водяных струй, сбегая по уклону, образует ручейки, которые в конце концов включаются в гидрологическую систему данной местности и впадают в пруд, реку или озеро. Другая часть дождевой воды, примерно треть ее, испаряется с поверхности земли и возвращается в атмосферу в виде водяных паров, которые образуют новые облака. И, наконец, третья часть дождевых вод просачивается под землю и исчезает в ее недрах.

В местностях, где почва сложена известковыми породами, дождевые воды уходят под землю в очень значительном объеме, иногда почти целиком. Целые ручьи и даже небольшие речки исчезают в расселинах почвы, в устьях пещер или в глубине вертикальных подземных колодцев, встречающихся на их пути. Такие исчезновения водных потоков с поверхности земли, обязанные своим происхождением карстовым явлениям, наблюдаются в горных местностях довольно часто и во все времена поражали воображение людей.

Трудности и опасности, подстерегающие того, кто вознамерится проследить под землей течение этих исчезнувших с поверхности водных потоков, настолько велики, что в ряде случаев делают подобное исследование невозможным. Препятствия, встающие на пути исследователя, иной раз непреодолимы (бурное течение, подземные водопады, сифоны и т. п.).

Но водные потоки, исчезнувшие с поверхности земли, в конце концов почти всегда появляются снова на свет. И при благоприятных обстоятельствах исследователю, проникшему в русло подземной реки со стороны входа или, наоборот, выхода ее из недр горы, удается, преодолев трудности, пройти вместе с водой весь ее путь под землей (по течению или против течения) и выбраться на поверхность.

Благодаря многочисленным исследованиям исчезающих под землей водных потоков мы теперь достаточно ясно представляем себе, какими путями проникает вода в земную толщу, как она циркулирует там, пробивая и промывая себе русло в известковой породе, углубляя и расширяя подземные коридоры и галереи. И поскольку все существующие пещеры и пропасти либо целиком обязаны своим происхождением подземным водам, либо расширены и углублены ими, мы можем наблюдать и изучать в этих пещерах поистине титаническую работу воды под землей.

Название настоящей главы обязывает нас, однако, сосредоточить свое внимание не на мощных потоках, стремительно несущих свои буйные воды по мрачным подземным коридорам, то низвергаясь в пропасти водопадами, то разливаясь глубокими озерами. Мы хотим рассказать лишь о той воде, которая капля за каплей просачивается под землю. Сначала она проникает в верхний слой почвы и дает жизнь растениям, жадно пьющим живительную влагу. Затем по мельчайшим трещинам и пустотам спускается ниже, минует верхние слои рыхлой почвы и добирается до подстилающего эти слои фундамента твердых пород. Отсюда, собственно говоря, и начинается ее подземное путешествие, которое мы совершим вместе с нею, и те удивительные превращения, которые она во время этого путешествия претерпевает.

Падая с облаков на землю, а затем просачиваясь сквозь верхний слой почвы, дождевая капля насыщается углекислым газом. Придя в соприкосновение с известковыми породами, среди которых она теперь циркулирует, насыщенная углекислотой капля растворяет бесконечно малую частицу этой породы и уносит ее с собой. Водяная капелька скользит вниз по мельчайшим пазам и трещинам в камне и через много дней, месяцев или даже лет добирается до потолка подземной пещеры и просачивается сквозь него. Здесь, соприкоснувшись с воздухом, часть воды испаряется, известковый раствор концентрируется. Затем капля падает с потолка, оставив на каменном своде микроскопическую частицу насыщающей ее извести, которая со временем кристаллизуется. Упав на пол, капля разбивается на мельчайшие брызги и также оставляет на полу пещеры микроскопические частицы извести.

Водяные капли просачиваются сквозь толщу известковых пород по трещинам и расселинам, которые играют роль водосточных труб, собирающих и направляющих капли в определенное место на потолке пещеры. Падение капель, продолжаясь в течение веков и тысячелетий, образует на полу и потолке пещеры кристаллические известковые формации, называемые сталактитами и сталагмитами. Сталактиты растут на потолке пещеры и по форме напоминают длинные и тонкие ледяные сосульки, свисающие ранней весной с края крыш. Сталагмиты, растущие на полу пещеры, куда падают с потолка водяные капли, обычно шире, толще и имеют менее правильную форму, чем сталактиты.

Если пол в пещере каменный, водяные капли, падая, разбиваются и увлажняют камень, оставляя на нем свои частицы извести. Постепенно на этом месте образуется известковый нарост или натек. Со временем он послужит фундаментом для широкого и плотного сталагмита.

Если же, наоборот, пол в пещере земляной, водяные капли выдалбливают в глине круглую ямку. Достигнув определенной глубины, водяная капля теряет свою пробивную силу: скапливающаяся в ямке вода играет роль амортизатора. Мало-помалу внутренность такой ямки выстилается тонким слоем непрерывно отлагающейся извести, а затем закупоривается. Тогда на этом месте, навстречу сталактиту, начинает расти сталагмит. Проходит время - века, а быть может, тысячелетия, - сталактит и сталагмит непрерывно растут и наконец сливаются в стройную колонну, соединяющую пол с потолком пещеры. Теперь водяные капельки уже не падают с потолка или с кончика сталактита, а струятся по всей поверхности колонны, постепенно наращивая и утолщая ее все новыми и новыми отложениями извести.

Возраст сталактитов и сталактитовых колонн нельзя определять, как думали раньше, по их размерам и толщине. Рост таких известковых образований весьма не регулярен и зависит от самых разнообразных факторов. Поэтому всякая попытка установить какие-то единые, средние показатели роста сталактитов и сталагмитов за определенный отрезок времени заранее обречена на неудачу. В разных пещерах, даже в разных залах одной и той же пещеры условия образования и роста сталактитов могут быть совершенно разные. Такие факторы, как, например, сила и продолжительность дождей на поверхности земли, оказывают заметное влияние на их рост. В местностях, где выпадают обильные дожди, растворение известковых пород идет интенсивнее, чем в районах сухих и безводных. Толщина породы, сквозь которую фильтруется вода, тоже играет немалую роль: чем тоньше слой известняка, тем слабее водяные капли, проходя сквозь него, насыщаются известью и тем меньше несут строительного материала для образования сталактитов. Перемена климата или режима дождей на протяжении тысячелетий тоже имеет значение, равно как изменения растительного покрова, происшедшие на поверхности (если, скажем, над местом образования сталактитов рос лес, а затем его срубили или наоборот).

Однако при всех условиях, как благоприятных, так и неблагоприятных, образование и рост сталактитов и сталагмитов - дело веков и тысячелетий. Уточнять количество веков, прошедших со времени возникновения того или иного сталактита, - занятие пустое и тщетное. Но в некоторых случаях плотность известковых отложений может служить гарантией древности для других находок, сделанных под землей. Так, если археологи находят в пещере кости ископаемых животных или стоянку первобытного человека, скрытые под толстым слоем сталагмитовых отложений, это, несомненно, свидетельствует о древности находки, во всяком случае исключает возможность обмана или фальсификации.

Сталактиты, сталагмиты и другие известковые образования принимают порой самые разнообразные формы, весьма причудливые и живописные. Они придают некоторым пещерам совершенно фантастический вид. Человека во все времена поражало великолепие убранства обширных подземных залов. Воображение подсказывало ему, что в таких пышных подземных дворцах должны жить какие-то сказочные существа. Сталактитовые образования в этих залах действительно напоминают то минареты, то саркофаги, то балдахины, то драпировки, то колокола, то статуи. Каждый посетитель пещер волен толковать по-своему эту затейливую игру природы. Поэтому, не навязывая читателю никаких готовых сравнений со знакомыми ему предметами, мы ограничимся рассказом о некоторых вариантах известковых формаций, возникающих от совместной работы воды и воздуха под землей.

Кроме сталактитов, сталагмитов и их разновидностей, как-то: колонн, занавесей, решеток, окаменевших водопадов, натеков и сталагмитовых полов, в пещерах существуют другие, очень любопытные известковые образования, происхождение которых в ряде случаев остается загадкой.

Одно из таких удивительных явлений - это плавучий кальцит, который мы иногда наблюдаем на поверхности подземных водоемов и озер, нечто вроде беловатой пыли, густо покрывающей зеркало спокойных вод. При ближайшем рассмотрении оказывается, однако, что это не пыль, а тонкая пленка, образовавшаяся в результате перенасыщения воды известью в стоячих водоемах без стока. Если под влиянием испарения насыщенность воды известью увеличивается, пленка делается плотней и в конце концов, отяжелев, погружается по частям на дно водоема, где известь кристаллизуется в форме очаровательных букетиков белого или нежно-желтого цвета, напоминающих ветви кораллов.

Плавучий кальцит отлагается также на берегах подземных водоемов, образуя на них валики, напоминающие извилистую береговую линию морей и океанов. В результате изменения уровня воды в водоеме эти валики постепенно превращаются в твердые закраины, а затем в настоящие известковые барьеры, прихотливо изогнутые и усеянные множеством выпуклостей и углублений между ними. В каждом углублении скапливается немного кристально чистой воды, такой прозрачной, что ее сразу не заметишь.

"Лунное молоко" - это особое состояние кальцита, когда сталагмитовая масса перенасыщена водой и не может затвердеть и кристаллизоваться. Она остается бесформенной, тягучей и вязкой, чисто белым цветом и консистенцией напоминая свинцовые белила. "Лунное молоко" встречается только в тех пещерах, где воздух до того насыщен водяными парами, что всякая возможность испарения исключается; известковый раствор не затвердевает, закупоривает все трещины и сочится из всех расселин в камне.

Еще одна любопытная формация, обязанная своим происхождением подземной воде, где она образуется, - это пизолит, или пещерный жемчуг, который когда-то считался величайшей ценностью и редкостью, а теперь стал просто интересным природным явлением, не часто встречающимся, но вполне объяснимым.

Если в пещере имеется небольшой и неглубокий водоем, куда с умеренной высоты падает струйка воды или даже маленький водопадик, вода в водоеме все время кружится и словно кипит, вздымая своим движением со дна песчинки, соринки и крохотные обломки камня. Песчинки танцуют и вертятся в водовороте, и если вода в бассейне достаточно насыщена известью, а танец песчинок не слишком стремителен, мельчайшие частицы извести осаждаются на песчинках, обволакивают каждую из них тонкой пленкой. Со временем пленка становится все плотней и тверже, и песчинки, непрерывно кружась и перекатываясь в водоеме, понемногу превращаются в ровные, круглые и очень твердые шарики. Такой шарик, постепенно увеличиваясь, может достигнуть размера голубиного яйца. Затем тяжесть становится препятствием для дальнейшего пребывания шарика во взвешенном состоянии, и он опускается на дно, где прирастает к стенкам водоема и скоро теряет свою форму.

При более мощной струе падающей в водоем воды и, следовательно, более интенсивном движении ее в бассейне пещерный жемчуг уже не образуется: слишком бурное "кипение" воды не дает кальцитовой пленке осаждаться и обволакивать песчинки.

Если распилить пополам такую пещерную жемчужинку, в центре ее можно увидеть песчинку, обломочек камня или соринку, послужившую причиной образования жемчужины. (Кстати: точно так же образуется внутри раковины морской жемчужницы настоящий жемчуг.) На распиле видны также концентрические круги, показывающие, что кальцит отлагается вокруг песчинки ровными слоями, напоминающими годичные кольца на стволах деревьев.

Большинство пещерных жемчужин окрашено в тусклый, матовожелтый цвет, но иногда попадаются белые и блестящие, словно фарфоровые.

В некоторых пещерах встречаются - правда, довольно редко - причудливо искривленные или изогнутые сталактиты, словно не подчиняющиеся закону тяготения, благодаря чему они получили название эксцентрических. Форма у них самая неожиданная и невероятная. Наиболее красивые можно видеть в пещере Гран-Рок (департамент Дордонь) и Курниу (департамент Эро).

Химический состав и строение этих сталактитов не отличаются от обычных, но законы, управляющие их ростом, нам неизвестны. Очень тонкие, почти нитевидные, они свисают вертикально с потолка и вдруг по непонятной причине изгибаются под острым углом, закручиваются спиралью или выбрасывают во все стороны воздушные щупальца, обхватывая ими соседние сталактиты, с которыми они срастаются, чтобы снова оторваться от них и продолжить свой рост, порой в обратном направлении - к потолку пещеры.

Своим образованием и ростом эксцентрические сталактиты обязаны тем же насыщенным известью водяным каплям, которые формируют обычные сталактиты и сталагмиты. Но почему они вырастают такими необычными, мы, повторяю, не знаем. Возможно, какую-то роль здесь играют мощные воздушные потоки и сквозняки, существующие в некоторых пещерах, которые вызывают эти отклонения, подобно тому как деревья, подвергающиеся действию сильных ветров, постоянно дующих в определенном направлении, бывают искривлены в ту или другую сторону.

Однако самой правдоподобной кажется гипотеза, объясняющая такие отклонения явлениями осмоса. Но до сих пор явления осмоса ученые наблюдали лишь в растительном и животном мире. Следует ли распространять их на царство минералов и законы, управляющие образованием и ростом живых клеток, - на клетки неживые?

Решение этой проблемы еще впереди. И оно обещает быть столь же сложным, сколь увлекательным.

Случается, что водяные капли, насыщенные известью, не успевают освободиться от своей ноши, отложив известковые частицы на потолке или на полу пещеры в виде сталактитов и сталагмитов. Водные потоки поглощают их и увлекают за собой так стремительно, что капли не имеют возможности оставить свой груз под землей и выносят его на вольный воздух, где испарение идет более интенсивно. Тогда в месте выхода подземных вод на поверхность образуется туф - пористая известковая порода, залежи которой встречаются по всему свету.

Туф можно видеть во всех родниках и источниках, вода которых обильно насыщена известью. В знаменитый источник Сент-Алир в Клермон-Ферране туристы погружают разные мелкие предметы, которые в скором времени покрываются тоненькой кальцитовой пленкой.

"Жесткая" вода многих родчиков и колодцев - это вода, богато насыщенная известью после своего путешествия под землей. Это она время от времени выводит из строя водопроводные трубы, закупоривая их пробками известковых отложений, образует накипь внутри наших кастрюль и чайников, водяных котлов и радиаторов автомашин. В "жесткой" воде плохо растворяется и мылится мыло, плохо промываются волосы, а овощи и другие продукты долго не хотят развариваться.

Рассказывая о туфе и "жесткой" воде, мы не заметили, как выбрались из-под земли и снова очутились на ее поверхности. Значит, долгий путь, который мы проделали в недрах земли вместе с капелькой воды, закончен. Но закончен он лишь в отношении тех подземных вод, которые, проходя сквозь известковые породы, растворяют известь и уносят ее с собой, создавая затем в пещерах сталактиты и сталагмиты. Между тем у водяной капли находится под землей много других дел.

Кроме извести, подземные воды на своем пути растворяют, увлекают за собой, а затем отлагают разные другие вещества, например нитраты почвы (продукты разложения органических веществ), которые они уносят в недра земли, чтобы отложить на дне пещер и пропастей, где нитраты кристаллизуются и образуют залежи сложного вещества - селитры.

Подземные воды рождают множество разнообразных кристаллов, таких, как, например, арагонит. Перечислить и описать их все в настоящей главе не представляется возможным, поскольку это выходит за рамки поставленной нами задачи. Упомянем лишь о некоторых удивительных кристаллизациях, изумляющих как своей красотой и редкостью, так и загадкой своего происхождения. Мы говорим о тех великолепных кристаллах гипса, имеющих форму цветов, шпилей и гибких нитей, которые были найдены нами во время исследования пропасти Мартель в Арьеже, на глубине свыше четырехсот метров. В нижнем этаже ее (пещера Сигалер) мы обнаружили огромное скопление кристаллов гипса разных цветов и оттенков, весьма причудливой формы и необычайного изящества. Процесс образования этих подземных драгоценностей известен нам еще меньше, чем происхождение эксцентрических сталактитов, о которых мы говорили выше. Стройные деревца, хрупкие кустики, веточки, цветы, шпили, иглы, гибкие ленты и нити - вот далеко не полный перечень форм, которые принимают кристаллы гипса, то белоснежные, то окрашенные в разные оттенки окисями металлов.

Пещера Сигалер расположена на глубине около трехсот метров, как раз под шахтой, где добывают цинк и свинец. Она, видимо, образовалась на месте глубокой вертикальной трещины, по которой устремилась когда-то наверх из раскаленных недр земли рудная жила. Этой-то рудной жиле и обязаны гипсовые кристаллы пещеры Сигалер своими волшебными расцветками.

Легенды и сказки о тайнах и чудесах подземного мира, сложенные человечеством на протяжении веков, кажутся наивными и бедными выдумками тому, кто побывал в пещерах и видел своими глазами их реальное, а не воображаемое природное убранство. Никакая человеческая фантазия, самая яркая и изобретательная, не в силах соперничать с подлинными подземными чудесами и диковинами, созданными волшебницей-природой в вечном мраке и тишине глубоких пещер. Как таинственны, как полны обаяния эти замечательные произведения природы, которые мы в этой главе лишь бегло перечислили, потому что красоту и совершенство их невозможно передать словами. Поэзия науки - не парадокс и не противоречие: она так же возвышенна и прекрасна, как и чистая поэзия. И трижды счастлив тот, кто способен ее почувствовать и воспринять!

Круговорот воды в природе, непрерывно происходящий на поверхности нашей планеты с тех отдаленнейших времен, когда воды Мирового океана покрывали ее всю целиком, сыграл решающую роль в геологическом развитии Земли. Путешествие воды под землей и ее неустанная работа в земных недрах - эта малоизвестная история капельки воды - только часть грандиозного цикла, только страница великой книги Природы. Но разве она не удивительна, не чудесна, не увлекательна?