ОСНОВНЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ

Для описания классификации минеральных агрегатов мы используем основу классификации, разработанной В.И.Степановым (опубликована только частично) с некоторыми собственными дополнениями. Общепринятая международная классификация, полностью приведенная в классическом труде C.Hill & P.Forti "Cave Minerals Of The World", равно как и популярная у нас классификация Максимовича с ее несколькими вариациями, имеют ряд серьезных погрешностей с точки зрения системности их построения, не позволяющих эффективно применять их к Кап-Кутану.

Термины, относящиеся к конкретным агрегатам, в классификации Степанова не стандартизованы. Применяемые ниже термины этого уровня выбирались следующим образом по убыванию приоритета:

Наиболее типичные для пещер натеки - сталактиты, сталагмиты, драпировки и т.д., контролируемые движением вод в толстых пленках и каплях под воздействием гравитации, попадают в один класс - класс гравитационных кор. По структуре они все также одинаковы, представляя собой сферолитовые коры непостоянной толщины, в некоторых случаях имеющие огранку выступающих кристаллов. Имеется некоторая разница в морфологии карбонатных и некарбонатных кор, так как карбонаты в растворе держатся в виде бикарбонатов и кристаллизуются при потере раствором углекислого газа, а, скажем, сульфаты кристаллизуются при испарении.

Также обычные субаквальные коры образуются в толще воды и по морфологии отличаются от предыдущих тем, что имеют постоянную толщину (из-за отсутствия флуктуаций в подаче раствора). Ограненные головки кристаллов встречаются чаще и иногда переходят в друзы и даже дендриты с кристаллографически обоснованным ветвлением. Субаквальные коры, в частности, включают в себя все агрегаты гидротермального генезиса, которые просто по определению гидротермального процесса не могут быть другими. Собственно, это положение и было отправным у Степанова для создания данной классификации, на чем он наконец смог расставить по местам совершенно беспорядочные публикациии по пещерам Хайдаркана (Киргизия, Алайский хребет), славящихся смешением термальных и холодных натеков. Тривиальная, но блестящая идея, что коры переменной толщины просто не могут быть термальными просто потому что в недрах земли кроме каналов фумарол гравитационно текущая вода термальной быть не может, есть один из немногих имеющихся примеров безупречной логики в геологии.

Между этими двумя классами имеется ряд переходных форм, как, например, гуры - травертиновые плотинки вдоль ручьев, образующиеся начально засчет интенсификации дегазации на стремнинках и далее растущие с одной стороны как субаквальная кора, а с другой - как гравитационная.

В субаквальных условиях кроме кор формируется несколько агрегатов, контролируемых особыми физическими условиями. Поверхностные пленки (например, плавучий кальцит) держатся на поверхности за счет поверхностного натяжения и тонут когда масса кристаллов на единицу площади и удаленность от берега превысят критические для данного состава воды. Капель с потолка заставляет пленки тонуть в конкретных точках, формируя на дне "конусы", широко известные кроме Кап-Кутана в пещерах США. Вторым продуктом ударного воздействия капель является пещерный жемчуг или пизолиты. Ранее было принято считать, что вода в текущем ручье вращает песчинки и они обрастают кальцитом не прирастая к дну. В реальности это совсем не так. В ручье, имеющем достаточную турбулентность чтобы сантиметровый пизолит не нашел себе устойчивой точки, плотный кальцит кристаллизоваться просто не может - образуется травертин. К тому же если перебрать литературу, ссылок на нахождение пизолитов в ручьях просто нет - только в мелких озерах с капелью. Если же рассмотреть воздействия капли на объем воды в озере, становится очевидным (хотя строго доказывается и не легко), что из всех способов переноса кинетической энергии от капли к пизолиту только акустическая волна обладает нужными свойствами.

Кораллитовые коры. При подаче раствора тонкими пленками, движение которых по субстрату контролируется более капиллярными силами, чем гравитационными, возникает класс агрегатов принципиально отличных от описанных выше. Это - дендриты, состоящие из кристаллов (кристалликтиты) или из сферолитов (кораллиты), имеющие морфологию, резко отличную от субаквальных дендритов. Первое отличие заключается в том, что ветви никогда не срастаются, образуя строго иерархические кусты, второе - в том, что у кристалликтитов ветвление никогда не происходит по кристаллографическим законам. Причина отличий именно в том, что кораллиты и кристалликтиты имеют рост, контролируемый исключительно физикой испарения, которое всегда активнее на поверхностях с малым радиусом кривизны (на концах, остриях и гранях). Разница условий в образовании собственно кораллитов и кристалликтитов проста - скорость роста. При малой растут кристалликтиты, при большой - кристаллы расщепляются и растут кораллиты. Есть и всевозможные промежуточные формы типа дендритов из кривогранных кристаллов. Часты переходные формы от гравитационных кор к кораллитовым. Обычно это сталагмитоподобные кусты, поступления капели на которые недостаточно для роста нормальных сталагмитов, но достаточно для образования пятна тонкой пленки, обеспечивающей локальный рост кораллитов именно под точкой капели.

Кораллитовые коры имеют ряд важных частных случаев. Если в коре образуется более одного минерала, возникают совершенно другие агрегаты. Так, при наличии в карбонатном растворе строго определенной пропорции магния и достаточно интенсивном испарении происходит одновременный рост кальцита и арагонита. Согласно вышеизложенной модели арагонит растет на самых остриях тонкими игольчатыми кристаллами. На малом удалении от острия магния уже не хватает и идет рост облегающей кальцитовой коры, которая из-за скорости протягивания пленки вдоль кристалла имеет скорее морфологию гравитационных кор и блокирует ветвление. В результате получаются псевдогеликтиты - мало похожие на дендриты изредка ветвящиеся "карандаши" различных направлений, имеющих по центру тонкий арагонитовый кристалл.

Второй частный случай возникает когда кора состоит из некарбонатного минерала. В карбонатном случае собственно испарение идет практически только на острие, а постепенная дегазация - по всей поверхности. Это ограничивает число точек ветвления и форсирует поверхностный рост. В некарбонатном случае работает только испарение и число точек ветвления не ограничивается, давая агрегат, имеющий иерархически дендритную структуру только на микроуровне, выглядя на макроуровне как большие, но рыхлые почки. Тем же самым допускается и более быстрый рост - в карбонатном случае нужно "ждать" полного испарения после дегазации, а в, скажем, гипсовом - нет. Поэтому при более низкой влажности допустимы гораздо более скоростные потоки, даже с элементом гравитационного контроля. Так возникают знаменитые гипсовые "люстры", с которых и началась известность пещер системы Кап-Кутан. В порядке анекдота - за рубежом о них почему - то не слышали несмотря на многочисленные публикации и подняли всемирный фурор при находке пять лет назад нескольких таких же люстр в пещере Lechuguilla, объявив их абсолютно уникальным явлением. После чего возник изрядный конфуз на международном спелеологическом конгрессе в Будапеште в 1989 г., где более или менее впервые присутствовала реально представительная советская делегация.

Еще более интересно становится когда мы начинаем рассматривать кораллитовую кору не просто некарбонатных минералов, а еще и высокорастворимых (гипс и особенно эпсомит). Высокая растворимость не предполагает стабильности (режим микроклимата в пещерах хоть и медленно, но меняется). Естественно, кораллитовая кора для таких минералов становится превалирующей, но этого недостаточно. Долгое существование агрегатов и, соответственно, их крупный размер все равно как бы не имеют права быть, но тем не менее они есть. Фокус заключается в длительности жизни агрегата за счет краткости жизни индивидов. Крупные гипсовые и все эпсомитовые выделения растут только в местах с интенсивными протяжками воздуха. Как известно, в пещерах существует "зимний ветер" - от нижних входов к верхним, и "летний ветер" - от верхних к нижним. Поэтому в близких к входам местах сезонность ветра вызывает и сезонность влажности. При ветре внутрь идет активное испарение, при ветре наружу - конденсация. Согласно той же физике испарения-конденсации испарение наиболее активно на остриях, а конденсация - во впадинах. Тем самым коры растворимых минералов находятся в процессе перманентной перекристаллизации, корродируя с одной стороны и нарастая с другой. Собственно коры при этом отходят от субстрата (стен и потолков), держась за его неровности, а подчас и падая с образованием иногда метровых "сугробов" из обломков. Сталагмиты быстро превращаются в полые внутри конструкции из кораллитовой коры. Так, знаменитые десятиметровые сталагмиты Хашм-Ойика имеют толщину до трех метров, а толщину стенок два-пять сантиметров. В особых случаях процесс может идти с такой интенсивностью, что кора, наросшая в сухой сезон, полностью опадает во влажный. Впервые такие "эфемеры" были описаны автором совместно с И.Турчиновым в пещерах Подолии и уже потом найдены в Кап-Кутане. Примечательно, что до их публикации такие агрегаты считались образующимися из газовой фазы и даже это было "доказано" тем, что в пещере Джуринская на стене, на которой ничего не росло, напротив прокопанного прохода за полгода выросли гипсовые кустики. На самом деле это, конечно, доказывает не перенос гипса по воздуху, а роль ветра/влажности в процессах кристаллизации. Заметим, что упоминавшиеся выше гипсовые люстры в Lechuguilla также расположены в точке приближения нижних влажных этажей системы к днищу каньона.

Любопытно, что как только концепция перманентной перекристаллизации под влиянием сезонного цикла была выдвинута, гипсовые массивы в пещере Кап-Кутан стали немедленно и продуктивно рассматриваться как один из важнейших поисковых критериев на существенные продолжения. При горных работах пещеры были вскрыты несколькими штольнями, полностью реорганизовавшими систему воздушной циркуляции, а гипсовые массивы позволяют проследить старые воздушные потоки, особенно в местах их концентрации ("горлышки" между слабосвязанными участками).

Антолитовые коры специфичны для некарбонатных высокорастворимых минералов и образуются при такой степени осушения, когда поверхностный приток воды прекращается полностью, уступая подпитке исключительно по порам изнутри субстрата. В случае плотных субстратов с мелкими порами образуются нитевидные кристаллы и их пучки ("шерсть", "бороды", антолиты), в случае глинистых субстратов, где поры микроскопические, зато есть открытые трещины усыхания, а сам субстрат не может противиться кристаллизационному давлению - иглы, пропластки селенита. Особенность роста всех такого рода агрегатов, полностью определяющая их структуру и морфологию, в том, что они растут не на концах, а в точке прикрепления, то есть растут только концы кристаллов, находящиеся в порах. Собственно, механизм расщепления и закручивания при неравномерности роста основанием и определяет термин "gypsum flowers".

Антолитовые коры, также как и некарбонатные кораллиты, контролируются сезонным циклом влажности, хотя могут контролироваться и циклом влажности, создаваемым паводками, в том числе нерегулярными. Дело в том, что постоянный приток сквозь поры субстрата - абсолютный нонсенс и физически мы, конечно, во всех случаях имеем дело с усыханием периодически увлажняемого субстрата, содержащего нужный минерал. При этом увлажнение может происходить весьма редко. Так, метровые гипсовые иглы на глинистых массивах нижних этажей системы Кап-Кутан мы связываем с катастрофическими паводками, возникающими не чаще двух раз в столетие.

Частым явлением для некарбонатных минералов является смешение кораллитовой и антолитовой коры. При резком сезонном цикле кораллитовая кора получается тонкокристаллической и пористой в достаточной степени, чтобы служить буферным субстратом для роста антолитов на ежегодном пике сухости. Так возникают несколько парадоксальные коры (отсоединенные от стены и с антолитами, проросшими насквозь), ранее весьма логично и органично интерпретировавшиеся как трехгенерационные - рост антолитов, рост коры и растворение коры с отслоением от стены. Тем не менее, все три генерации происходят одновременно (хотя и в разные фазы годичного цикла).

Пожалуй, наиболее загадочными и не поддающимися классификации агрегатами являются геликтиты (они же эксцентрические сталактиты) - иногда ветвящиеся обычно кальцитовые или арагонитовые "червяки", не контролируемые никакими очевидными процессами. Для типичных пещер они являются редкостью и поэтому начиная с первых дней спелеологии как науки идет спор об их морфологии и генезисе. Одни исследователи наблюдали некоторые особенности, другие их не наблюдали, выдвигались десятки моделей - модель капиллярного канала, модель взаимного кристаллизационноко давления трех специальным образом ориентированных индивидов, модель роста из капиллярной пленки при особом химизме и многие другие. Самое смешное заключается в том, что по-видимому, правы были все или почти все. В данном случае мы имеем дело с неким минералогическим аналогом конвергентной эволюции - то есть с эффектом существенного внешнего сходства агрегатов, имеющих различную морфологию и различный генезис.

Капиллярно-канальные геликтиты встречаются достаточно широко, хотя физическая модель их генезиса убедительной не выглядит. Тем не менее оснований сомневаться в подаче раствора именно по капиллярному каналу нет. Наиболее часто этот тип геликтитов встречается совместно с трубчатыми сталактитами (они же "макароны", soda-straw). Сами по себе трубчатые сталактиты являются переходной формой от гравитационных к капиллярным, и представляют собой неограненные трубчатые монокристаллы (реже двойники), рост которых обусловлен очень медленной подачей раствора и происходит только по периметру висящей капли. На трещинах в таком сталактите и растут капиллярные геликтиты, иногда переходящие обратно в трубчатые сталактиты. Диаметр таких вторичных сталактитов всегда отличается от исходного, так как поверхностное натяжение раствора меняется по мере кристаллизации. В участках сезонных колебаний влажности капиллярные геликтиты не переходят обратно в сталактиты и вытягиваются навстречу сухому ветру (в этом случае их обычно называют анемолитами).

"Шпоры" также обычно связаны с трубчатыми сталактитами и представляют собой короткие ограненные и закрученные (иногда в идеальную спираль-геликоиду, и давшую название геликтитам) сростки трех кристаллов, взаимным кристаллизационным давлением которых и обусловлено закручивание. Они также имеют канал, но продольные трещины между индивидами выпускают часть раствора на поверхность, что и обеспечивает внешнюю огранку.

Еще один тип геликтитов - псевдогеликтиты, реально являющиеся двухминеральными кораллитами, мы уже рассмотрели выше.

Остальные типы геликтитов пещер Кап-Кутан детально не изучались, хотя достоверно известно, что среди них можно выделить еще десяток типов с принципиально различным генезисом. Так, весьма парадоксальны геликтиты с морфологией весьма близкой к канальным, но растущие только на натечном кальцитовом полу и достигающие высоты метра. Непонятны гравитационно - ориентированные "клумбы" геликтитов из ныне уничтоженного зала Великолепие в Промежуточной, где каждый геликтит есть вытянутый сферолит без канала, даже колющийся по скорлуповатости, а под каждой "клумбой" растет нормальный сталагмит. До сих пор не предложено разумной модели для прямых арагонитовых геликтитов ("соломы"), в которых центральный канал всегда дорастворен, а нерастворившаяся часть коры сложена кристаллами, всегда одинаково ориентированными относительно оси и образующими шерстистую поверхность. Некоторые кальцитовые геликтиты из района Глиняной Речки в Промежуточной имеют ориентированное обрастание гипсом, что вообще-то двойной нонсенс - эпитаксия гипса по кальциту неизвестна, а эпитаксия монокристаллов на поликристаллических агрегатах невозможна.

Имеется несколько классов агрегатов, специфических именно для пещер системы Кап-Кутан, генезис которых обусловлен настолько специфическими особенностями химического порядка, что трудно ожидать их появления в какой-либо иной пещере.

Естественно, в таком кратком обзоре поместилось далеко не все достойное внимания, но некоторое общее впечатление, вероятно, создать можно.

ПРОЦЕССЫ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ И МИНЕРАЛЬНЫЕ АНСАМБЛИ