САМООРГАНІЗАЦІЯ СТРУКТУРИ ВОДООБМІНУ ЯК СИСТЕМОУТВОРЮЮЧА ВЛАСТИВІСТЬ КАРСТУ
DOI:
https://doi.org/10.30836/igs.1025-6814.2011.1.139206Ключові слова:
Водообмін, карст, самоорганізація, карстова геосистемаАнотація
Показано, що присутність у гірськопородному середовищі розчинних порід обумовлює явище самоорганізації структури водообміну, що приводить систему "вода-порода" в новий стан - карстовий. Властивість самоорганізації цієї геосистеми реалізується через специфічний (спелеогенний) механізм розвитку проникності, дія якого кардинально змінює (особливим чином організує) структуру і функціонування водообмінної системи.
Механізм самоорганізації водообміну та формування карстової геосистеми (спелеогенез) включає зворотний зв'язок між водообміном і розширенням первинних шляхів фільтрації (виявлення протоканалів), каскадний прорив протоканалів до умов швидкого росту (дестабілізацію системи), гідродинамічну конкуренцію каналів, реорганізацію стоку і зміну граничних умов водообміну, подальший ріст каналів в умовах стабілізації системи в стані рухливої рівноваги за рахунок зростання обміну енергією із середовищем. У результаті цієї специфічної еволюції геосистема набуває нової, "карстової", якості і більш складної організації з відокремленням у структурі проникності ще одного, найбільш контрастного рівня.
Поняття про карст визначається, виходячи із сутності прогресивної еволюції геосистеми з проникними розчинними породами, спричиненої водообміном і спелеогенним механізмом самоорганізації структури проникності. Регресивна еволюція карстової геосистеми включає процеси гравітаційної деструкції та різноманітної акумуляції, що ведуть до фрагментації і руйнування реліктових структур карстової проникності. На основі нового підходу до визначення поняття про карст обговорюються критерії розмежування карсту і подібних, але не тотожних явищ (мерокарсту, псевдокарсту).
Посилання
Andreichuk V. N. O podkhodakh k yzuchenyiu karsta // Speleolohyia y karstolohyia. - 2010. - # 4. -S. 5-10.
Andreichuk V. N. Opredelenye antropohennoho karsta. - Kunhur, 1991. - 88 s.
Barenblatt H. Y., Zheltov Yu. P. Ob osnovnykh uravnenyiakh fyltratsyy odnorodnykh zhydkostei v treshchynovatykh porodakh// Dokl. AN SSSR. - 1960.-T. 132, #3.-S. 545-548.
Vakhrushev B. A. O henetycheskom soderzhanyy karstovoho relefoobrazuiushcheho protsessa // Speleolohyia y karstolohyia. - 2009. - # 2. -S. 30-34.
Vodoobmen v heolohycheskykh strukturakh Ukrayny. Metody yzuchenyia vodoobmena/ Shestopalov V.M., Sytnykov A.B., Lialko V.Y. y dr. -Kyev: Nauk, dumka, 1988. - 272 s.
Hvozdetskyi N. A. Problemy yzuchenyia karsta y praktyka. - M.: Mysl, 1972. -391 s.
Heolohycheskaia evoliutsyia y samoorhanyzatsyia systemy voda-poroda. T. 1. Systema voda-poroda v zemnoi kore: vzaymodeistvye, kynetyka, ravnovesye, modelyrovanye / Alekseev B. A., Ryzhenko B. N., Shvartsev S. L. y dr. - Novosybyrsk: Yzd-vo SO RAN, 2005. - 244 s.
Devdaryany A. S. O sosredotochenyy stoka v karstovykh massyvakh // Spetsyalnye voprosy karstovedenyia. - M.: Yzd-vo AN SSSR, 1962.-S. 85-91.
Dublianskyi Yu. V. Zakonomernosty formyrovanyia y modelyrovanye hydrotermokarsta. - Novosybyrsk: Nauka, 1990. - 151 s.
Ezhov Yu. A., Lysenyn H. P., Andreichuk V. N., Dublianskyi Yu. V. Karst v zemnoi kore: rasprostranenye y osnovnye typy. - Novosybyrsk: Yzd-vo SO RAN, 1992. - 76 s.
Kartsev A. A. Hydroheolohyia neftianykh y hazovykh mestorozhdenyi. - M.: Nedra, 1972. -280 s.
KlymchukA. B. Karstoobrazovanye v artezyanskykh uslovyiakh: kontseptsyia "poperechnoho" speleoheneza // Heol. zhurn. - 2006. - # 2-3. -C. 181-191.
KlymchukA. B. Osobennosty y problemy hyd¬roheolohyy karsta: speleohenetycheskyi podkhod// Speleolohyia y karstolohyia. - 2008a. -#1.-S. 23-46.
KlymchukA. B. Sostoianye y tendentsyy speleolohyy v nachale XXI veka: stanovlenye y rol teoryy speleoheneza// Heol. zhurn. - 20086. -#3.-S. 65-73.
KlymchukA. B. Evoliutsyonnaia typolohyia karsta // Speleolohyia y karstolohyia. - 2010. -# 4. - S. 23-32.
Kosyhyn Yu. A., Solovev V. A. Statycheskye, dynamycheskye y retrospektyvnye systemy v heolohycheskykh yssledovanyiakh // Yzv. AN SSSR. Ser. heol. - 1969. - # 6. - S. 25-32.
Krut Y. V. Vvedenye v obshchuiu teoryiu Zemly. - M.: Mysl, 1978. -367 s.
Letnykov F. A. Protsessy samoorhanyzatsyy pry formyrovanyy mahmatohennykh y hydrotermalnykh rudnykh mestorozhdenyi // Heolohyia rud. mestorozhdenyi. - 1997. - # 4. -S. 307-322.
Letnykov F. A. Synerhetyka heolohycheskykh system. - Novosybyrsk: Nauka, 1992. - 230 s.
Lukyn V. S. O sosredotochenyy karsta // Voprosy yzuchenyia karsta Russkoi ravnyny. - M., 1966.-S. 92-94.
Maksymovych H. A. Osnovy karstovedenyia. - Perm, 1963. - T. 1. -445 s.
Nykolys H., Pryhozhyi Y. Samoorhanyzatsyia v neravnovesnykh systemakh. - M.: Myr, 1979. -512s.
Osnovy hydroheolohyy: Heolohycheskaia deiatelnost y ystoryia vody v zemnykh nedrakh / Pynneker E. V., Pysarskyi B. Y., Shvartsev S. L. y dr. - Novosybyrsk: Nauka, 1982. -239 s.
PozdniakovA. V., ChervanevY. H. Samoorhanyzatsyia v razvytyy form relefa. - M.: Nauka, 1990.-204 s.
Pryhozhyi Y. Vvedenye v termodynamyku neobratymykh protsessov. - M.: Yzd-vo ynostr. lyter., 1960. -232 s.
Pryhozhyi Y., Stenhers Y. Ot bytyia k stanovlenyiu. - M.: Myr, 1987. - 307 s.
Pryhozhyi Y., Stenhers Y. Poriadok yz khaosa. Novyi dyaloh cheloveka s pryrodoi. - M.: Prohress, 1986. -431 s.
RudenkoA. P. Samoorhanyzatsyia y synerhety¬ka//Synerhetyka: Tr. semynara. - M.: Yzd-vo MHU, 2000. - Vyp. 3. - S. 61-99.
Ryzhykov D. V. Pryroda karsta y osnovnye zakonomernosty eho razvytyia. - M.: Yzd-vo AN SSSR, 1954.-253 s.
Sokolov D. S. Osnovnye uslovyia razvytyia karsta. - M.: Hosheoltekhyzdat, 1962. -321 s.
Tymofeev D. A., Dublianskyi V. N., Kyknadze T. 3. Termynolohyia karsta. - M.: Nauka, 1991. -259 s.
Khaken H. Synerhetyka. - M.: Myr, 1980. -406 s.
Tsykyn R. A. Otlozhenyia y poleznye yskopaemye karsta. - Novosybyrsk: Nauka, 1985. - 166s.
Shvartsev S. L. Heolohycheskaia systema "voda-poroda" // Vestn. RAN. - 1997. - # 6. -S. 518-524.
Shvartsev S. L. Prohressyvno samoorhanyzuiushchyesia abyohennye dyssypatyvnye struktury v heolohycheskoi ystoryy Zemly // Lytosfera. - 2007. - # 1. - S. 65-89.
Shvartsev S. L. Fundamentalnye mekhanyzmy vzaymodeistvyia v systeme voda-hornaia poroda y ee vnutrenniaia heolohycheskaia evoliutsyia // Tam zhe. - 2008. - # 6. - S. 3-24.
Shcherbakov A. S. Samoorhanyzatsyia materyy v nezhyvoi pryrode: fylosofskye aspekty synerhetyky. - M.: Yzd-vo MHU, 1990. - 111 s.
Eshby U. R. Pryntsypy samoorhanyzatsyy // Pryntsypy samoorhanyzatsyy. - M.: Myr, 1966.-S. 314-343.
Andre V. J., Rajaram H. Dissolution of limestone fractures by cooling waters: Early development of hypogene karst systems // Water Resour. Res. - 2005. - Vol. 41. - doi:10.1029/ 2004WR003331.
Berner R. A., Morse J. N. Dissolution kinetics of calcium carbonate in sea water. IV. Theory of calcite dissolution // Amer. J. Sci. - 1974. - Vol. 274 (2). - P. 108-134.
Dreybrodt N. The role of dissolution kinetics in the development of karst aquifers in limestone: A model simulationot karst evolution // Journal of Geology. - 1990. - Vol. 98 (5). - P. 639-655.
Dreybrodt N. Principles of early development of karst conduits under natural and man-made conditions revealed by mathematical analysis of numerical models // Water Resour. Res. - 1996. - Vol. 32. - R 2923-2935.
Dreybrodt N., Eisenlohr L. Limestone dissolution rates in karst environments // Speleo- genesis: Evolution of karst aquifers (Ed. Klimchouk A. B., Ford D. C., Palmer A. N., Dreybrodt W.). - Huntsville: National Speleological Society, 2000. - R 136-148.
Dreybrodt N., Gabrovsek F., Romanov D. Processes of speleogenesis: A modeling approach. - Postojna; Ljubljana: Karst Research Institute ZRC SAZU, 2005. - 373 p.
Dubljansky Ju. V. Hydrothermal speleogenesis: its settings and peculiar features // Speleogenesis: Evolution of karst aquifers (Ed. Klimchouk A. B., Ford D. C., Palmer A. N., Dreybrodt W.). - Huntsville: National Speleological Society, 2000. - R 292-297.
Ford D. C. Karst geomorphology, caves and cave deposits: A review of North American contributions during the past half century // Perspectives on Karst Geomorphology, Hydrology and Geochemistry, GSA Special Paper 404 (Ed. Harmon R.S.,Wicks, C.W.). - Boulder, Colorado, 2006. - R 1-14.
Ford D. C., Nilliams P. N. Karst Geomorphology and Hydrology. - London: Unwin Hyman, 1989. - 601 p.
Huntoon P. N. Is it appropriate to apply porous media groundwater circulation models to karstic aquifers? // Groundwater models for resources analysis and management (Ed. Aly I. E.-K.). - Boca Raton: Lewis Publishers, 1995. - P. 339-358.
Jeschke A., Vosbeck K., Dreybrodt N. Surface controlled dissolution rates of gypsum in aqueous solutions exhibit nonlinear dissolution kimetics // Geochim. et cosmochim. acta. - 2001. - Vol. 65 (1). - R 27-34.
Klimchouk A. B. Conceptualisation of speleogenesis in multi-storey artesian systems: A model of transverse speleogenesis // Speleogenesis and Evolution of Karst Aquifers. - 2003. - # 2. - R 1-18. - www.speleogenesis.info.
Klimchouk A. B. Evolution of karst in evaporites // Evolution of karst: from prekarst to cessasion (Ed. Gabrovsek F.). - Postojna; Ljubljana: Zalozba ZRC, 2002. - R 61-96.
Klimchouk A. B. Hypogene speleogenesis: Hydrogeological and morphogenetic perspective. - Carlsbad: National Cave and Karst Research Institute, 2007. - 106 c.
. Klimchouk A. B. Hypogene speleogenesis // Treatise on Geomorphology. Vol. 12: Karst Geomorphology (Ed. Frumkin, A.). - Elsevier, 2011a. (Accepted for publication).
Klimchouk A. B. Intrastratal gypsum karst // Treatise on Geomorphology. Vol. 12: Karst Geomorphology (Ed. Frumkin, A.). - Elsevier, 2011b. - (Accepted for publication).
Klimchouk A. B. Speleogenesis under deep-seated and confined settings // Speleogenesis: Evolution of karst aquifers (Ed. Klimchouk A. B., Ford D. C., Palmer A. N., Dreybrodt W). - Huntsville: National Speleological Society, 2000a. - R 312-336.
Klimchouk A. B. Speleogenesis in gypsum // Ibid. - 2000b. - P 431-442.
Klimchouk A. B. The typology of gypsum karst according to its geological and geomorphological evolution / Gypsum karst of the world (Ed. Klimchouk A. B, Lowe D., Cooper A., Sauro U.) // Intern. J. Speleology. Theme Issue. 1996. - Vol. 25 (3-4).-307 p.
Klimchouk A. B., Ford D. Types of karst and evolution of hydrogeologic setting // Speleogenesis: Evolution of karstaquifers (Ed. Klimchouk A. B., Ford D. C., Palmer A. N., Dreybrodt W.). - Huntsville: National Speleological Society, 2000. - P. 45-53.
La Fleur R. G. (Ed.). Groundwater as a Geomorphic Agent. - Boston: Allen and Unwin, 1984. - 390 p.
Palmer A. N. Cave geology. - Cave Books, 2007. - 454 p.
Palmer A. N. Origin and morphology of limestone caves // Geol. Soc. Am. Bull. - 1991. - Vol. 103. - P 1-21.
Plummer L. N., Nigley T. M. L. The dissolution of calcite in CO2-saturated solutions at 25°C and 1 atmosphere total pressure // Geochim. et cosmochim. acta. - 1976. - Vol. 40 (2). - R 191-202.
PlummerL. N., Wigley T. M. L., ParkhurstD. L. The kinetics of calcife dissolution in C02-water systems at 5° to 60° C and 0.0 to 1.0 atm C02 // Amer. J. Science. - 1978. - Vol. 278. - P. 179-216.
Rajaram H., Cheung W., Chaudhuri A. Natural analogs tor improved understanding of coupled processes in engineered earth systems: examples from karst system evolution // Current Science. - 2009. - Vol. 97 (8). - P. 1162-1176.
RehrlC., BirkS., KlimchoukA. B. Conduit evolution in deep-seated settings: conceptual and numerical models based on field observations // Water Resour. Res. - 2008. - Vol. 44. - W11425. - doi:10.1029/2008WR006905.
Sanz Perez E. Springs in Spain: Classification according to their flows and lithologies and their hydraulic contributions // Ground Water. - 1996. - Vol. 34, # 6. - R 1033-1041.
Sharp J. M., Kyle J. R. The role of ground-water processes in the formation of ore deposits // The geology of North America, Hydrogeology (Ed. W. Back J.S.R., R R. Seaber). - Boulder, 1988. - P 0-2.
Speleogenesis: Evolution of Karst Aquifers / Ed. Klimchouk A. B., Ford D. C., Palmer A. N., Dreybrodt W. - Huntsville: National Speleological Society, 2000. - 527 c.
Toth J. Groundwater as a geologic agent: An overview of the causes, processes, and manifestations // Hydrogeology Journal, 1999. - Vol. 7. - P. 1-14.
Toth J. Hydraulic continuity in large sedimentary basins // Ibid. - 1995. - # 3 (4). - R 4-15.
White W. B. Role of solution kinetics in the development of karst aquifers // Karst Hydrogeology (Ed. Tolson J. S., Doyle F. L.). - Huntsville, Alabama: UAH Press, 1977. - R 503-517.
White W. B. Geomorphology and hydrology of karst terrains. - New York: Oxford University Press, 1988. - 464 p.
White W. B. Karst hydrology: recent developments and open questions // Engineering Geology. - 2002. - Vol. 65. - P. 85-105.
Worthington S. R. H. A comprehensive strategy for understanding flow in carbonate aquifers // Karst modeling, Special Publication No. 5 (Ed. Palmer A. N., Palmer M. V., Sasowsky I. D.). - Charles Town; Karst Waters Institute, 1999. - P. 30-37.
Worthington S. R. H., Ford D. C. Self-organized permeability in carbonate aquifers // Ground Water. - 2009. - Vol. 47 (3). - P. 326-336.
Worthington S. R. H., Ford D. C., Beddows P. Porosity and permeability enhancement in unconfined carbonate aquifers as a result of solution // // Speleogenesis: Evolution of karst aquifers (Ed. Klimchouk A. B., Ford D. C., Palmer A. N., Dreybrodt W.). - Huntsville: National Speleological Society, 2000.-R 423-432.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та безоплатно передають журналу невиключне право публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License (CC BY-NC 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з некомерційними цілями, з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
