Пещера мечты. Пещера судьбы - Владимир Мальцев

После ухода больших озер пещера вступает в эпоху подземных рек и ручьев. В струях которых механизмы кристаллизации, связанные с потерей углекислого газа, становятся предельно наглядны.

Хотя камни преткновения и не входят в компетенцию минералогии, поговорим немного и о них. Если такой камень оказывается в ручье, около него создаются турбулентные завихрения. Впрочем, тот же эффект возникает и от любых других препятствий, даже просто уступа дна. А что такое турбулентность? В частности — быстрое создание маленьких зон повышенного давления, и таких же — разрежения. А разрежение ведет к сильной разбалансировке раствора по углекислоте. И — выделение углекислого газа происходит взрывным порядком, с образованием пузырьков, вызывая столь же взрывную кристаллизацию. А обратное растворение в соседних зонах повышенного давления отстает — обратная диффузия из пузырька происходит гораздо медленнее. Разумеется, кристаллизация происходит на препятствии, вызвавшем турбулентность, и — увеличивает его. Возникает положительная обратная связь. Так вырастает каменная плотина — гур. Гур растет вширь и вверх, дорастает до поверхности воды и подпруживает ручей. Течение в образовавшемся озерке становится совсем спокойным, и натеки в нем расти перестают, а на самом гуре рост в зоне перелива идет очень быстро, поднимая и поднимая его. Опять же, для Кап-Кутана гуры не характерны за недостатком рек, но, тем не менее, несколько внушительных каскадов имеется. В некоторых же пещерах каскады гуров достигают многосотметровой длины с отдельными плотинами высотой в десятки метров. И — подчас создают труднопреодолимые препятствия, поднимая воду до потолка. Образованные таким образом цепочки сифонов проходятся единственным разумным способом — переливанием воды между озерами посредством системы клистирных трубочек. С многочасовым ожиданием (сидя в луже) на каждом этапе.

Вооружимся опять лупой и посмотрим, как устроен гур внутри. А ведь совсем не похоже на озерные агрегаты. Никакой упорядоченности мы не обнаружим — все кристаллы будут очень мелкие, скелетные, и — хаотически расположенные. Это — так называемый известковый туф, возникающий при кристаллизации не только на поверхности роста, но и в объеме раствора. Верный признак механических причин — либо турбулентности, либо вызванных иными причинами резких скачков давления.

* * *

Так. Подводные пещеры позади, озера позади, ручьи позади. Что еще у нас осталось из возможных водоемов? Правильно. Лужи. Заглянем. Если повезет — увидим редчайшие образования — пещерный жемчуг, он же пизолиты. Это — иногда правильной, а иногда неправильной формы кальцитовые шарики, свободно лежащие в маленьких озерках и имеющие точно такое же строение, как обычный жемчуг — песчинку или маленький камешек посередине, на которые правильными тонкими слоями нарастает кальцит. Правда, в отличие от настоящего жемчуга, в пещерном практически отсутствует органика, а потому — перламутрового блеска он не имеет.

Пещерный жемчуг является одним из лучших примеров многолетних заблуждений в науке, порожденных чрезмерной специализацией и неумением мыслить системно. А заодно — нашим первым достижением в минералогии пещер. Известный еще в прошлом веке, пещерный жемчуг всегда считался классикой — что в раковине жемчужницы, что в пещерной лужице, вертится случайно попавшая песчинка — и законы обрастания ее кальцитом одни и те же. В раковине ее вертят и не дают прирасти к стенке движения моллюска, а в пещерной ванночке — ручеек, через эту ванночку текущий.

Еще не чувствуете, что что-то не так? Правильно. Источников, откладывающих разные минералы, и на поверхности земли полно, ванночек в них много, песчинки тоже есть, а вот жемчуг-то именно пещерный. Не встречается он в этих источниках. Потому что ручеек-то здесь как раз и ни при чем.

На самом деле, когда теорию его образования стали переосмыслять, соображения были совсем другие. Главное из них — то, что ручеек, достаточно сильный для того, чтобы вращать жемчужины в сантиметр ростом, имеет очень высокую турбулентность, то есть движение воды в ванночке должно быть не спокойным, а вихревым. Иначе жемчужина очень быстро найдет себе устойчивую точку и прирастет. А турбулентность Вот именно. Уже проходили. Вызывает рост не структурированных агрегатов, а известкового туфа. И другое соображение — что в тех ванночках, где жемчуга много, при вращении он должен стачиваться друг об друга быстрее, чем расти.

То, что жемчуг часто находили там, где ручья нет, а только капель, было известно давно, но в расчет практически не принималось. Просто вместо слова «ручеек» стали употреблять «ручеек или капель». А именно капель и оказалась единственным фактором.

Когда мы заинтересовались этой проблемой, то концепцию ручейка исключили из вышеизложенных соображений сразу. Остались падающие капли, которые падают как в изолированные ванночки, так и в ванночки на ручьях. Капли в пещерах падают практически везде. Элементарный расчет энергии показал, что падения капли с высоты всего двух-трех метров вполне достаточно, чтобы произвести в такой несжимаемой среде как вода, сотрясение, достаточное для отрыва от субстрата начавшей прирастать жемчужины размером даже более сантиметра.

Несколько сложнее было с механизмом передачи энергии. Энергия капли делится на пять составляющих — энергию брызг, акустической волны (продольной), поверхностной волны (поперечной), ламинарных потоков и турбулентных потоков. То, что только волны, причем только акустические, могли донести энергию на требуемое расстояние и глубину и передать ее жемчужине без создания излишней турбулентности, было совершенно очевидно. Но — очевидность еще не означает истинности. Нужно было доказать, что они получают достаточную часть общей энергии. Смешно, но общего решения сей тривиальной задачи в современной физике не обнаружилось. Зато — в одной из книг по фотографии обнаружилась реклама новой аппаратуры скоростной съемки, на которой в качестве иллюстрации возможностей приводилась серия фотографий этапов падения капли красной воды в стакан с синей водой. И просто замерив хорошо видимые на фотографиях высоты разлета брызг и фронты течений и волн, мы получили все нужные соотношения даже не прибегая к высшей математике.

* * *

Вот мы и добрались до того состояния пещеры, при котором вода уже только капает и струится по стенам — состояния, образующего «классическую пещеру» со сталактитами и сталагмитами, столь любимыми в большинстве классификаций и популярной литературы. На первый взгляд разнообразие форм здесь грандиозно — это и покровные коры, и разнообразные сталактиты подчас многометровой длины, и сталагмиты, и всевозможные драпировки и занавеси. И в то же время структурно все это практически одно и то же — сферолитовая корка, загнанная геометрией потоков в разные формы. И главное отличие от форм подводной кристаллизации состоит в том, что там толщина коры постоянная, а здесь — переменная. Каждая струйка воды имеет свою специфику стекания, образуя совершенно индивидуальной формы сталактит или драпировку.