Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 . Природные условия района Кунгурской Ледяной пещеры 9
1.1. Рельеф 9
1.2. Климат 14
1.3. Гидрология 15
1.4. Почвы и растительность 19
1.5. Геология 21
1.6. Гидрогеология 29
Глава 2. Характеристика природных компонентов и условий Кунгурской Ледяной пещеры 35
2.1. Заложение пещеры 35
2.2. Морфология пещеры 39
2.3. Морфометрия пещеры 50
2.4. Наличие подземных озер 57
2.5. Микроклимат пещеры 5 9
2.6. Наличие оледенения 75
Глава 3 . Характеристика факторов, воздействующих на природные компоненты Кунгурской Ледяной пещеры 85
3.1. Внешние факторы воздействия 86
3.1.1. Природные факторы 86
3.1.2. Антропогенные факторы 92
3.2. Внутренние факторы воздействия 103
3.2.1, Природные факторы 103
3.2.2, Антропогенные факторы 107
Глава 4. Изменение природных компонентов Кунгурской Ледяной пещеры и ее экологическое состояние 118
4.1. Изменение морфологии 119
4.2. Изменение микроклимата пещеры и оледенения в ней 122
4.3. Изменение подземной гидросферы 133
Глава 5. Обоснование охраны и рационального использования Кунгурской Ледяной пещеры 140
5.1. Охрана Кунгурской Ледяной пещеры 140
5.2. Разработка мониторинга 149
5.3. Управление и мероприятия по восстановлению оледенения 160
Заключение 168
Приложение 1 Перечень искусственных сооружений и время их устройства 173
Приложение 2 Состояние электрического освещения в Кунгурской
Ледяной пещере на 01.01.2004 г. 178
Список использованных источников 181
Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы внимание все более заостряется на процессах взаимодействия хозяйственной деятельности человека и компонентов природной среды. Идеально требование сохранения всех естественных биоценозов на осваиваемых территориях, но определение допустимого уровня изменений, в том числе геологических компонентов природной среды при условии минимального экологического ущерба — задача весьма актуальная.
Для оценки и прогноза изменений, произошедших в окружающей среде, их предотвращения и принятия решений по управлению процессами необходима разработка научно обоснованной методики исследований, создание принципиальной схемы и реализация ее на основе анализа информации о строении системы, техногенных нагрузках на нее, изменениях, проблемных геоэкологических ситуациях.
Объект исследований. В центре внимания данной работы находится Кунгурская Ледяная пещера как сложная система, антропогенно-природное образование. С 2001 г. она включена в историко-природный комплекс «Ледяная гора и Кунгурская Ледяная пещера».
Кунгурская Ледяная пещера используется человеком на протяжении 300 лет, а с начала XX века является объектом туризма. Требования к оптимизации эксплуатации экскурсионного объекта вызвали многочисленные изменения (пробиты тоннели, проведено электроосвещение). Последствия подобных воздействий до сих пор не нашли исчерпывающих описаний и объяснений. Пещера интересна еще и тем, что параллельно с хозяйственным использованием здесь, начиная с 1948 г., велись регулярные наблюдения. Несмотря на это, до сих пор проведенные исследования не были объединены и рассмотрены с позиций геоэкологии. На сегодняшний день накопленный материал позволяет подойти к выявлению общих закономерностей антропогенно-природной системы, которые могут быть в дальнейшем спроецированы и на другие подобные спелеообъекты.
Предмет исследований; динамика природных процессов и влияние внешних и внутренних факторов на природные компоненты.
Цель исследований; разработка научно-технических мероприятий по охране и рациональному использованию Кунгурской Ледяной пещеры и прилегающей территории.
Для достижения цели решены следующие задачи:
1. Сбор, анализ и систематизация опубликованных и фондовых материалов, характеризующих природные условия района Кунгурской Ледяной пещеры.
2. Проведение полевых и лабораторных исследований по уточнению и изучению природных компонентов Кунгурской Ледяной пещеры и прилегающей территории.
3. Оценка и характеристика природных компонентов Кунгурской Ледяной пещеры.
4. Выявление основных природных и антропогенных факторов, определяющих изменение природных компонентов и их состояние.
5. Оценка динамики изменений природных компонентов Кунгурской Ледяной пещеры и прилегающей территории за период стационарных наблюдений.
6. Разработка мониторинга и охрана Кунгурской Ледяной пещеры.
Использовались методы: физико-географических, геологических, гидрогеологических, гляциологических, карстово-спелеологических исследований, а также статистической обработки материалов и геоинформационные технологии.
На защиту выносятся 4 научных положения:
1. Кунгурская Ледяная пещера - это уникальный природный объект по условиям заложения, особенностям морфологии, морфометрии и микроклимата, наличию постоянных подземных озер и многолетнего оледенения, эндемичной биоты, выделяющим её среди 34 крупных гипсовых пещер России.
2. Влияние на уникальные природные компоненты Кунгурской Ледяной пещеры связано с воздействием внешних и внутренних факторов, которые имеют природное и антропогенное происхождение.
3. Изменения всех природных компонентов Кунгурской Ледяной пещеры носят устойчивый негативный характер, что снижает ее рекреационную ценность и ухудшает состояние как объекта, входящего в охраняемый историко-природный комплекс.
4. Обеспечение охраны и рационального использования Кунгурской Ледяной пещеры как уникального природного объекта при ее дальнейшей эксплуатации возможно на основе создания и ведения (в ней и на прилегающей территории) постоянно действующего комплексного мониторинга.
Научная новизна результатов исследований:
1. Выявлены и оценены уникальные природные компоненты Кунгурской Ледяной пещеры, требующие особой охраны.
2. Выявлены и оценены факторы, определяющие состояние пещеры, что позволяет в дальнейшем оперативно управлять протекающими в пещере процессами в целях сохранения ее как целостного природного комплекса.
3. Установлены закономерности изменений, произошедших в морфологии, микроклимате, оледенении и гидрологии пещеры.
4. Внедрена система мероприятий по восстановлению и поддержанию естественного микроклимата и оледенения пещеры.
5. Разработаны принципы и обоснована система комплексного постоянно действующего мониторинга за микроклиматическими параметрами пещеры.
Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждается:
- соответствием результатов работы общепризнанным теоретическим положениям и представлениям о карстовых процессах;
- большим объемом обработанных данных (50-летних исследований);
- положительным опытом практического использования разработанных автором мероприятий при восстановлении естественного вида пещеры, микроклимата и ледяного покрова.
Практическое значение результатов исследований связано с выявлением природных компонентов Кунгурской Ледяной пещеры, основных внешних и внутренних факторов, негативно влияющих на их состояние, обоснованием системы комплексного мониторинга, выдачей рекомендаций по охране и рациональному использованию пещеры и прилегающей территории как экскурсионных объектов.
Реализация результатов исследований. Результаты выполненных исследований используются в ЗАО «Сталагмит» и ОАО «Пермтурист» для безопасной эксплуатации Кунгурской Ледяной пещеры. Созданный под руководством автора гидрологический пост на р. Сылва в районе Кунгурской Ледяной пещеры включен в Единую государственную гидрологическую сеть России. Данные наблюдений по нему используются Пермским Гидрометеоцентром для прогнозирования паводковых ситуаций и Управой г. Кунгура для разработки противопаводковых мероприятий. Автором организована наблюдательная сеть из 22 пунктов за многолетними льдами в пещере, которая является частью гляциологического мониторинга. Материалы наблюдений за природными компонентами пещеры и прилегающей территории включены в электронный банк данных по Кунгурской Ледяной пещере. Данные многолетних наблюдений за отдельными параметрами микроклимата и особенностями гидрогеологии пещеры используются для продления рядов наблюдений на поверхности, что существенно повышает точность прогнозов. Разработанные автором мероприятия позволяют, несмотря на неблагоприятные тенденции развития оледенения пещеры, сохранить ее как экскурсионный объект. Под руководством автора в здании Кунгурской лаборатории-стационара был организован музей карста и спелеологии на основе коллекций пещерных минералов и фондов лаборатории.
Исходные материалы и личный вклад автора. Основой диссертации послужили результаты личных пятилетних исследований Кунгурской Ледяной пещеры и прилегающей территории. С 1999 по 2001 гг. работы выполнялись в порядке инициативы совместно с Институтом Географии РАН; с 2001 по 2003 гг. - в рамках госбюджетной темы Горного института УрО РАН «Изучение закономерностей развития карста при разных видах хозяйственного освоения закарстованных территорий» и договорным темам «Создание Банка данных режимных наблюдений по Кунгурской Ледяной пещере» с Комитетом природных ресурсов по Пермской области и «Мониторинг Кунгурской Ледяной пещеры» с ОАО «Пермтурист».
Личный вклад автора заключается в постановке целей и задач, в обработке и анализе материалов за 50-летний период, проведении полевых и лабораторных исследований; составлении графических и картографических материалов, подготовке публикаций.
Публикации. Автором опубликовано 30 научных статей, из них 18 - по теме диссертации.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на 14 международных, всероссийских и региональных семинарах, конференциях, симпозиумах и совещаниях, в том числе на международном симпозиуме инженер-геологов «Инженерно-геологические проблемы урбанизирован-ных территорий» (Екатеринбург, 2001); II Российско-Украинском симпозиуме «Новые информационные технологии в решении проблем производства, строительства, коммунального хозяйства, экологии, образования, управления и права» (Пенза, 2002); международном симпозиуме «Гипсовый карст мира. Его охрана и туристическое развитие» (Италия, 2003); международной научно-практической конференции «Кунгурская Ледяная пещера. 300 лет научной и туристической деятельности»; I интернациональном симпозиуме «Пещеры с ледяными образованиями» (Румыния, 2004); Международном симпозиуме «Карстоведение - XXI век: теоретическое и практическое значение» (Пермь, 2004); региональной научно-практической конференции «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 2001); совещании «Оценка карстоопасности территории г. Кунгура» (Кунгур, 2002); научных чтениях памяти П.Н. Чирвинского «Проблемы минералогии, петрографии и металлогении» (Пермь, 2002); V Всероссийской конференции «Оценка и управление природными рисками (Риск-2003)» (Москва, 2003); научных сессиях Горного института УрО РАН (Пермь, 2002-2004); научных чтениях памяти академика Е.М. Сергеева (Москва, 2001).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературных источников (197 наименований) и содержит 40 рисунков, 29 таблиц, 2 приложения.
Автор приносит глубокую благодарность научному руководителю д.г-м. н., профессору В.Н. Дублянскому за постоянное внимание и помощь при написании диссертации. Особую признательность автор выражает д.г-м. н. Г.Н. Дублянской за ее содействие в подборе материалов и предложение общей концепции диссертации. Полезный опыт приобретен в процессе сотрудничества с институтом географии РАН (г. Москва), а именно с к.г.н. Б.Р. Мавлюдовым. Работе над диссертацией способствовали творческая и доброжелательная атмосфера в коллективе и поддержка коллег по Кунгурской лаборатории-стационару Горного института УрО РАН, особенно Ю.В. Кадебского, М.С. Пятунина, Н.В. Лавровой, И.А. Никифоровой.
Рельеф
Район исследований находится на северо-восточной окраине г. Кунгура Пермской области, на правом берегу р. Сылва (рис. 1.1). Кунгурская Ледяная пещера (КЛП) расположена на западном крыле Уфимского вала и входит в состав денудационной равнины Среднего Предуралья (Лукин, Ежов, 1975). Район исследований занимает площадь 22 км2 и ограничен с севера и запада устьевой частью р. Шаквы, с юга р. Сылва, с востока - водораздельной площадью между крупными логами в 3-4 км от пещеры. Согласно схеме физико-географического районирования Пермской области (Назаров, 1988), исследуемая территория располагается в пределах ландшафтной страны -Русская равнина, области - Высокое Заволжье.
В геоморфологическом отношении район КЛП относится к северной суженной оконечности Уфимского плато (Введенская, Голубева, 1964), представляющего собой платообразную возвышенность. В районе г. Кунгура Уфимское плато глубоко расчленено долинами рек Сылва, Ирень и Шаква (рис. 1.1). В долинах рек прослеживается комплекс речных террас. Наиболее древние террасы возвышаются над меженным уровнем рек на 70-120 м и охватывают внутренние части водораздельных пространств. Высота четвертой надпой,менной террасы 55-60 м, ширина 2 км. Эти древние поверхности имеют плиоценовый возраст. На третьей цокольной террасе высотой 30-40 м расположены часть г. Кунгура и пригородные поселки. Ширина третьей террасы в районе города достигает 1,5 км. Уступы крутые, со скальными обнажениями гипсов, ангидритов, известняков и доломитов. Вторая аккумулятивная терраса высотой 15-20 м обычно слабо выражена в рельефе. Первая терраса высотой 4-12 м вместе с поймой образует широкие (до 2-2,5 км) днища речных долин, где разместилась нижняя часть г. Кунгура. На поверхности ее сохранились заболоченные понижения и старичные озера (Лукин, 1968). і г. Кунгура 1 - граница города, 2 - район исследований
Плиоценовые террасы, занимающие междуречье, прорезаны глубокими логами-суходолами. На дне суходолов встречаются эрозионно-провальные воронки с наибольшим поперечником 5-5,5 м и глубиной до 2-4 м. Вдоль бортов долин и на продолжении некоторых логов расположена цепь карстовых впадин, указывающих направление стока подземных водотоков.
Суммарная расчлененность рельефа района г. Кунгура составляет 0,08 (Алексеева, 1992). Ледяная гора расположена на водораздельном пространстве между реками Сылвой и Шаквой и представляет собой платообразную закарстованную возвышенность, поднимающуюся над днищами речных долин на 90-96 м. Сухие лога на склонах Ледяной горы и долины рек Сылвы и Шаквы в ее окрестностях заложены по преобладающим направлениям СВ 30-60 (48% по длине) и СЗ 310-340 (29%). Наиболее крупные лога на северном склоне Ледяной горы имеют простирание СВ 20, на южном (лога Князий, Медвежий) СВ 50-60 (лог Коржунихин).
Карстовый рельеф Ледяной горы отличается разнообразием форм. Здесь располагаются карстовые озера, воронки и провалы (рис 1.2). Наиболее распространенной формой рельефа Ледяной горы являются карстовые впадины различных размеров и формы в количестве свыше 3000 шт. (Дорофеев, 1979). Большинство из них составляют карстовые воронки (60%), чашеобразные впадины (24%) и блюдца (10%). Реже встречаются рвы и колодцы в трещинах отседания (5%), котловины (1%) и прочие формы. Наиболее распространены полигенетичные формы, в образовании которых участвовали карстовые, гравитационные и суффозионные процессы.
Плотность распределения поверхностных форм на Ледяной горе различна: в террасово-водораздельной зоне их менее 200, в склоновой - 200-300, в прибровочной - более 500 шт./км . Наиболее закарстован участок урочища Байдарашки на северо-западной окраине горы (количество карстовых воронок здесь достигает 1000 шт./км). К северу от КЛП плотность поверхностных карстовых форм невелика. Карстовые воронки продолжают активно развиваться и в настоящее время. По данным наблюдений стационара, прирост их объемов составляет от 1-2 (воронки на террасах и склонах Ледяной горы) до 30 м3/год (дно суходолов). Аккумулятивный рельеф: 1 - современная аллювиальная слабонаклонная равнина (Qiv) низкой и высокой поймы рек Сылва и Шаква (4-12 м над меженным уровнем вод), 2 верхнечетвертичная аллювиальная пологонаклонная 1-я надпойменная терраса (IQin), сильноденудированная со слабовыраженной бровкой (15-25 м), 3 - верхнечетвертичная аллювиальная пологонаклонная, Н-я надпойменная терраса (IIQin, 30-40 м); Денудационный рельеф: 4 - плиоцен-четвертичная платообразная возвышенность северо-западной оконечности Уфимского плато (до 100 м); Склоны с уклоном: 5 - от 5 до 15 градусов, 6 - от 15 до 25 градусов, 7 - более 25 градусов; Карстовые проявления: 8 - карстовые воронки, 9 -карстовые провалы (размер значка зависит от величины провала), 10 — контур Кунгурской Ледяной пещеры; 11 - тальвег суходола, 12 - реки и озера, 13 - скважины и их номера, 14 -геологические разрезы, 15 - прирусловые дамбы, 16 - дороги, 17 - насыпи, отвалы, карьеры, 18 - свалка В террасово-еодоразделъной зоне преобладают мелкие впадины, часто с признаками периодической активизации. Формы встречаются чаще группами. Нередки здесь старые, блюдцеобразные, заболоченные впадины. В склоновой зоне впадины отличаются сравнительно крупными размерами. Над пещерой преобладают воронки с поперечниками 10-30 м и глубиной 4-Ю м, самые крупные достигают 60 м в диаметре и 13 м в глубину. Большинство воронок обособлено, их расположение беспорядочное. В приброеочной зоне отмечена концентрация карстовых впадин, обусловленная широким развитием трещин разгрузки, значительной раздробленностью пород трещинами выветривания, сносом покровных образований и обнажением сульфатных пород; здесь преобладают небольшие, обычно хаотично расположенные формы. Второй по частоте встречаемости формой рельефа на Ледяной горе являются провалы. С 1940 г. их зафиксировано 164. Наиболее крупный провал произошел в 1943 г. Он имел поперечник 10 м, глубину не менее 6-8 м. Внезапное обрушение земли вызвало небольшое землетрясение, по озерку соседней карстовой воронки пошли волны. В результате осыпания рыхлых грунтов впадина расширилась до 26 м, а глубина уменьшилась до 5 м. Наиболее молодой провал произошел в марте 2002 года над Кунгурской Ледяной пещерой (грот Крестовый), в 5 м от края большой карстовой впадины. Провал имел размеры 4 х 6 м и глубину 7 м. Остальные провалы имели значительно меньшие размеры, имея поперечники преимущественно от 1 до 6 м и глубину от 0,3 до 4 м (табл. 1.1). Большинство провалов (54%) произошло на дне и в бортах старых карстовых впадин или на удалении от них до 20 м (25%). На поверхности V террасы провалы концентрируются в линейных зонах с простиранием СВ 40-50 и ЮВ 130-140. Между годовым количеством осадков (в мм) и числом провалов (в шт.) имеется достаточно хорошая корреляционная связь (г = 0,78 ±0,14).
Морфология пещеры
При изучении пещер на основании топосъемки и описания обычно отдельно характеризуют их морфологию, морфометрию и морфогенезис (Проблемы..., 1983). Морфология пещеры. КЛП состоит из гротов и соединяющих их более узких галерей. Наиболее крупные гроты имеют собственные имена. По Г.А. Максимовичу (1963), пещера представляет собой лабиринтовую систему с многочисленными источниками питания; по Ю.Е. Лобанову (1979) - периодически подтопляемую полость озерного типа с множественными равноценными путями фильтрации подземных вод. Особенность Кунгурской пещеры - преобладание крупных гротов; менее распространены мелкие гроты, совсем мало - узких ходов. Крупные гроты возникают в узлах пересечения галерей (Данте, Дружбы Народов, Центральный и др.) и при расчленении завалами единых галерей (Колизей-Смелых, Крестовый-Руины, Великан-Ночь Осенняя-Длинный-Заозерный). В присклоновой части галереи завалены обвальными отложениями. Дальние части галерей также закрыты навалами. Геофизические исследования выявили их неразведанные продолжения (рис. 2.2). КЛП имеет один этаж, располагающийся на отметках, близких к уровням воды в р. Сылва. На стенах гротов до отметок 119-121 м (6-8 м над меженным уровнем р. Сылвы) имеются следы коррозионной переработки (горизонтальные своды и площадки; Лукин, 1968). В 1947 и 1989 гг. произведена нивелировка следов коррозии на них (табл. 2.2). Средний для пещеры коррозионный уровень располагается на отметке 120,62 м, средний за 37 лет наблюдений максимальный паводковый уровень Сылвы - 120,34 (1987 г.). Таким образом, уровень коррозионной проработки пещеры соответствует многолетнему уровню подъема воды в р. Сылва, а максимальный уровень (121,49 м) продлевает многолетний ряд наблюдений за ее уровнями. Колебания уровней характеризуются низким коэффициентом вариации (0,006) и статистически значимых различий по пещере не имеют. Верх коррозионных уровней располагается на 0,5-1,0 м выше уровня 1-й и в 5-8 м ниже уровня 2-й напойменной террасы р. Сылва. Выше отметок, отвечающих высоте I надпойменной террасы р. Сылвы, располагаются только своды гротов, сформированные гравитационными процессами, и органные трубы, имеющие коррозионно-эрозионный генезис. На контакте ледянопещерской и неволинской пачек, а также в органных трубах фрагменты горизонтальных ходов отсутствуют. Таким образом, предположение Г.А. Максимовича (1947), Г.А. Максимовича и К.А. Горбуновой (1958), РОССИЙСКАЯ А.Г. Чикишева (1964) и других исследователей о наличии в Кунгурской пещере 4-х этажей, коррелирующихся с террасами р. Сылва, не подтверждается. 2 ""ч-г " 3 О 5 6 Рис. 2.2. Кунгурская Ледяная пещера и ее возможные продолжения (по Е.П. Дорофееву, 1967) 1 - контур полости; Ледяная гора: 2 - подошва склона; 3 - бровка склона; 4 - воронки на склонах Ледяной горы; 5 - конусы осыпания в пещере; 6 - реконструкция галерей, входы в которые перекрыты гравитационными отложениями Об отсутствии полостей в вышележащей шалашнинской пачке гипсов свидетельствуют и гравиметрические исследования, проведенные в 1966 г. институтом геофизики УФ АН СССР с помощью высокоточного кварцевого гравиметра. Породы, слагающие Ледяную гору, имеют плотность 1,9 г/см3 (четвертичные суглинки, глины, глыбы); 2,3 - гипсы шалашнинской пачки; 2,5 - гип-со-ангидриты ледянопещерской пачки; 2,7 - известняки и доломиты неволин-ской и филипповской пачек; 3,0 - ангидриты ледянопещерской пачки. Наблю- -дения поводились трехкратно, ошибка не превышала 0,06 мгл. Для расчета приращений силы тяжести за расчетный уровень принят средний меженный уровень р. Сылва. Подземные наблюдения показали, что крупные гроты образуют аномалии до 0,5 мгл, которые при съемке на поверхностности Ледяной горы не фиксируются. Ее пустотность была вычислена между двумя уровням наблюдений (1 -на поверхности, 2 - под землей). Использовалась формула (Солуха, 1970): a = (Ag,.2 + 0,3086 h) / 0,0836 h, (2.1) где а - средняя плотность между уровнями 1-2; Agi-2 - разность ускорений силы тяжести на уровнях 1-2; h — разность высот между уровнями 1-2, м. Весь исследуемый участок характеризуется средней плотностью 2,01 г/см . Средняя расчетная плотность 2,09 г/см , что несколько меньше минералогической плотности пород (это указывает на огипсованность ангидритов Ледяной горы); разность между расчетной и фактической плотностями -0,21 г/см3, что обусловлено наличием пустот в разрезе (степень пустотности 9%). Мощность разреза составляет 67 м. Если считать, что пустоты заполнены только воздухом (плотность 0,001 г/см ), то их высота не должна превышать 6 м, что соответствует средним размерам известных гротов. Таким образом, по геофизическим данным, крупных полостей над КЛП нет. Формы мезо- и микрорельефа КЛП имеют фреатическое и вадозное происхождение. На стенах и сводах разных элементов пещеры сформированы различные по генезису (эрозионные, коррозионные, гравитационные) формы. Наиболее полно их изучил Н.К. Тихомиров (30-е гг. XX в.), который выделил «мак рогубку», «лунковидные» и «бороздчатые карры», «гусиные лапы», и B.C. Лукин (50-60 гг. XX в.), описавший «наклонные» и «перевернутые коррозионные площадки». Эти исследователи в значительной мере предвосхитили более поздние работы отечественных (Шипунова, 1985) и зарубежных исследователей (Ford, Williams, 1998). B.A. Шипунова подобрала 16 пар альтернативных признаков, наиболее четко характеризующих карстовые полости, сформированные во фреатических или вадозных условиях (см. табл. 2.2).
Природные факторы
Изменение климата. Наряду с глобальным изменением климата наблюдается значительное региональное разнообразие изменений климатического режима. В одних районах отмечается совпадение региональных тенденций с глобальными, в других - картина обратная (Переведенцев и др., 2002).
Для выявления изменений и климатических закономерностей на прилегающей территории к КЛП были проанализированы материалы наблюдений по температуре и осадкам метеостанции г. Кунгур. Остальные метеоэлементы в работе не рассматриваются, т.к их влияние на микроклимат КЛП несущественно.
Наблюдения за метеоэлементами были начаты в 1926 году и ведутся по сегодняшний день, но с 1951 по 1960 год данные отсутствуют. На основании анализа выявлены различия между ранее опубликованными (Агроклиматический справочник ,1959; Климат Пермской области, 1963) и рассчитанными ав тором данными. Результаты обработки материалов по атмосферным осадкам и температуре воздуха по данным метеостанции Кунгур, рассчитанные за период 1926-2002 гг., приведены в табл. 3.1.
Средняя многолетняя температура, рассчитанная по среднесуточным температурам метеостанции Кунгур за период с 1926 по 2002 гг. (1,8С), выше приведенной в опубликованных материалах с 1936 по 1959 гг. (1,3С, см. табл. 1.2). Ее распределение по периодам также различается: на 0,8С повысилась средняя температура холодного (-6,9С расчетные данные; - 7,7С - опубликованные данные ) и на 0,1 С повысилась средняя температура теплого (май -сентябрь) периода (14,0С - расчетные данные; 13,9С - опубликованные данные).
Накопление холода в КЛП происходит при температуре внешнего воздуха менее +5С, поэтому наиболее показательны изменения температуры, произошедшие за холодный период времени (октябрь - апрель). Были отобраны данные по средним температурам воздуха за период при t 5 С и средним температурам воздуха за период при t 0 С. По полученным результатам были выявлены линейные тренды (рис.3.2), по угловым коэфициентам которых видно нарастание показателя во времени. Угловой коэффициент в формуле для линейного тренда для средних температур воздуха при t 5 С равен 0,021; при t 0 С равен 0,036; для среднегодовых температур коэффициент линейного тренда равен 0,014. На рис. 3.3 четко прослеживается уменьшение длительности периода зимней циркуляции воздуха с течением времени. Колебания осадков во многом сходны с колебаниями температуры воздуха. Среднее многолетнее количество осадков за 1936-1993 гг. (499 мм) отличается от приведенного в опубликованных материалах за 1936 по 1955 гг. (473 мм). Годовая сумма осадков возросла на 26 мм (6%). Распределение по периодам различается: на 10% возросло количество осадков в холодный период (20 мм) и на 2% увеличилось в теплый период (6 мм Амплитуда 65 51 59 94 109 134 142 139 126 93 69 69 155 В целом за последние 60-70 лет изменение климата проявилось в повышении температуры и увеличении осадков. Суровость климата снижается в основном за счет повышения среднемесячной температуры в зимний период. Увеличение осадков происходит и в теплое, и в холодное время года. Этот фактор влияет на изменение микроклимата пещеры, т.к. в зимнее время за счет уменьшения разности температур между поверхностью и пещерой уменьшается естественная тяга воздуха, а также сокращается количество дней в которые пещера набирает холод. Влияние поверхностных водотоков. Из трех рек, протекающих в пределах исследуемой территории, существенное воздействие на Кунгурскую Ледяную пещеру оказывает р. Сылва. Характеристика водного режима приведена в первой главе. Наибольшее воздействие на пещеру р. Сылва оказывает во время весеннего паводка, когда происходит интенсивное поступление речных вод в карстовый массив. Во время межени наблюдается обратное движение грунтовых вод (в сторону реки).
Изменение климата и вырубка лесов в верховьях бассейна р. Сылва создали благоприятные условия для пополнения запасов почвенной влаги и подземных вод, увеличения их уровня и годового речного стока. В результате за последние 60 лет значительно возросла величина подъема паводковых вод, что в свою очередь привело к более частым наводнениям. Так, если в 1957-1978 гг. отмечены три высоких паводка (1957, 1965, 1966 гг.), то в последующие девять лет они произошли уже четырежды (1979, 1981, 1985 и 1987 гг.; Ежов и др., 1990). В первый промежуток уровень рек Сылвы и Ирени не повышался более 6,5-6,9 м над меженью, а во втором этот подъем превысил 7-7,5 м. Наиболее высокие половодья произошли в 1979, 1987 и 1998 гг., когда уровень рек поднимался на 7,86; 7,46 и 7,6 м соответственно. Во время наводнения в 1979 г. значительная часть пещеры была затоплена водой, которая поступала не только по трещинам, но и через входной тоннель (рис 3.4; Ежов и др., 1990).
Изменение морфологии
Под изменением морфологии автор понимает изменение морфометриче-ских показателей пещеры, таких как протяженность, амплитуда, площадь, объем под влиянием природных и антропогенных факторов. Изменение морфометрических показателей оценивается по геодинамической группе критериев. Критерии этой группы используются для оценки эко-лого-геологического состояния рельефа и подземного пространства литосферы, а также для оценки развития природных и антропогенных геологических процессов. Среди них выделяют: площадные критерии (% нарушенной площади к ненарушенной или общей площади); энергетические (скорости и объемы смещаемых пород) и динамические (скорости, темпы нарастания негативных нарушений поверхности и подземного пространства литосферы). Площадные критерии используются для оценки измененности (современного состояния) подземного пространства. Можно предложить два показателя: площадь и глубину нарушенности (Теория и методология ...., 1997). Ранжирование этих критериев по классам состояний приведено в табл. 4.1. 119 Все перечисленные критерии оценки являются договорными, часто не имеют строго научного обоснования и не подтверждены нормативными документами. Таблица 4.1 Классы состояния рельефа и подземного пространства по критериям оценки (Теория и методология ...., 1997) Критерии оценки Размерность Классы состояния нормы риска кризиса бедствия Плошадь техногенного рельефа к площади участка % до 10 10-25 25-50 более 50 Размах насушенного рельефа м до 10 10-20 20-50 Более 50 По своей сущности они близки к экспертным оценкам. Сказанное относится и к рекомендованным градациям указанных критериев оценки, что свидетельствует о их достаточной условности и возможной территориальной изменчивости. Площадь искусственных сооружений не превышает 10% от площади гротов (см. главу 3). Изменение морфологии пещеры связано прежде всего с туристским освоением пещеры. Освоение пещеры для туризма потребовало проведения ряда мероприятий, обеспечивающих безопасность туристов, более комфортное прохождение маршрута, его освещение и т.д. За истекшие почти 100 лет изменились представления об уровне необходимого и достаточного оборудования экскурсионных пещер. В частности, более жесткие требования к ним были введены в 1960-е гг. Международным Союзом Спелеологов.
Режимные наблюдения в пещере велись с 1905 года, поэтому сейчас мы можем восстановить картину изменения ее морфологии на протяжении последних 100 лет. В начале XX в. естественный режим пещеры был нарушен сооружением входной двери. Это сразу отразилось на микроклимате пещеры и накоплении холода. При сооружении в 1937 году входного тоннеля резко изменился круго 120 ворот воздуха в пещере. В 1972 г. был сооружен выходной тоннель и естественные условия циркуляции воздуха в ней еще больше нарушились (изменение микроклимата будет рассмотрено ниже). Сейчас в пещере имеется 4 тоннеля общей длиной 194 м. Кроме устройства тоннелей, в пещере осуществлен большой объем работ по расчистке днищ залов и проходов от камней, глины, по обрушению кровли ходов. Последнее в ряде случаев производилось с помощью взрывов. Взрывы сопровождались сотрясениями, вызывающими обрушения и в соседних, а также отдаленных гротах (гроты Длинный, Хлебниковых, Геологов, Центральный, Ночь Осенняя и Морское Дно). При обвалах происходит накопление обломочного материала в пещере и заполнение полостей. В результате обустройства подземных троп и расчистки, особенно при строительстве ограждений, подпорных стенок и колонн из обломков породы, подземные пейзажи теряют свой естественный вид. Во многих местах пещеры сооружены (не всегда обоснованно) массивные металлические подпорные конструкции, придающие пещере вид горной выработки. Строительство искусственных сооружений в пещере велось в основном после 1970 года. Касаясь нынешнего состояния пещеры, нельзя не отметить низкий качественный уровень конструктивных технических решений. Система энергоснабжения подземных конструкций - осветительных приборов, распределителей, трансформаторов, и т.д. - весьма энергоемка за счет использования давно устаревшего оборудования и спланированной под него сети. Громоздкие лампы, которые для получения цветового эффекта прикрывают целлулоидной пленкой, стоящие у тропы трансформаторы, большие, щелкающие при включении-выключении света ящики, тянущиеся вдоль всей тропы незамаскированные кабели не привлекательны для туристов и делают пещеру похожей на шахту. Под действием теплового излучения мощных ламп тает снежно-ледовая изморозь, а окрашенные в густые тона пленки придают залам неестественный вид. Негативное, таким образом, широкомасштабное "освоение" пещеры, в нарушение изначального принципа наименьшего влияния привело к снижению устойчивости и привлекательности подземного ландшафта. Это обесценивает дорогостоящие предшествующие мероприятия по благоустройству пещеры, так как число посетителей во многом определяется эстетическими свойствами пещеры. Изменение микроклимата пещеры и оледенения в ней Характер изменения масштабов оледенения пещер при изменении внешней температуры воздуха можно оценить по модельным расчетам (Мавлю-дов, 1985). Понижение средней январской и средней годовой температур воздуха на 1 С приведет к увеличению протяжения зоны отрицательной температурной аномалии в пещере на 140 м (расчеты выполнены для полости в известняках с фиксированными морфологией, теплофизическими свойствами породы и воздуха). То есть говорить о исчезновении полностью зоны оледенения в пещере только по естественным причинам еще рано. Повышение среднегодовой температуры воздуха на поверхности на 0,5С привело к уменьшению зоны отрицательной температурной аномалии на 60-70 м. В таблице 4.2 показаны максимальные значения средней январской температуры воздуха вне пещер (при заданной средней годовой температуре воздуха), при которых еще возможно оледенение пещер. Во время наводнений паводковые воды способствовали существенному уменьшению запаса холода в пещере. После строительства дамбы после 1985 года паводковые воды перестали напрямую через входной тоннель попадать в зону постоянного оледенения. Влияние растительности на микроклимат пещер изучено недостаточно. Растительность (прежде всего древесная) регулирует снегонакопление (ослабляет метелевое перераспределение снега) (Дублянский, 1963), делает весенний сход снега более постепенным, закрепляет почву, что препятствует заполнению верхних входов горизонтальных пещер рыхлым материалом. Густая древесная растительность способствует сохранению более низких температур воздуха под кронами деревьев в летнее время
