А.Б.Климчук
Украинский Институт спелеологии и карстологии, Украинская спелеологическая Ассоциация

Глубочайшая пещера на Арабике и эволюция Черного моря

Опубликовано:
"Свет", №2(31), 2006, с. 33-36.

Когда в 79м - 80м годах я подбирал район на Западном Кавказе для последующей активности киевских спелеологов ("уставших" к тому времени от почти десятилетних поездок в Среднюю Азию), основной выбор стоял между уже тогда популярным и широко известным Бзыбским массивом и еще малоизвестным и совсем не популярным массивом Арабика.

Была выбрана Арабика. Соображения в пользу этого были разные, но решающим (в оценке перспектив разведывания глубоких пещер) было то, что Арабика имеет прямой выход к морю. По работам грузинских карстологов и гидрогеологов было известно о наличии тут субмаринной разгрузки - карстовых источников ниже уровня моря. Впрочем, по господствовавшим тогда представлениям тех же грузинских карстологов, гидрогеологическая связь центральной части массива с источниками на побережье не допускалась. Для Арабики было принято гидрогеологическое районирование, основанное на концепции контроля подземного стока складчатыми структурами (имевшими общекавказское простирание - примерно параллельно побережью). По этой схеме подземный сток центральной части массива направлялся в сторону Адлера под некарстующийся покров, либо к долине Бзыби - источнику Голубое Озеро. Более того, в тогдашних представлениях о гидрогеологии Арабики неким "некарстующимся" слоям в толще карбонатных пород приписывалась роль водоупоров, разделяющих массив на этажные подземные бассейны - всего на Арабике выделялось 10 таких бассейнов (Кикнадзе, 1972, 1979). Областью питания прибрежных и субмаринных источников считались только передовые низкогорные хребты Арабики. То есть, особые перспективы для развития глубоких пещер этой схемой не предусматривались.

У меня, уже тогда хорошо знакомого с ролью разрывных нарушений в контроле подземного стока и развитии пещер, такая модель подземного стока вызывала большие сомнения, как и водоупорная роль незначительных слабокарстующихся слоев. Но предполагаемую связь пещер центральной части массива с морем нужно было проверять и доказывать. Возможность для этого появилась тогда, когда были разведаны первые глубокие пещеры со значительными водотоками - Куйбышевская в Ортобалагане и Илюхина в верховьях Жоэквары. В 1984 и 1985 годах, при поддержке спелеологов Киева и Москвы, карстолого-спелеологическим отрядом ИГН АН Украины были проведены уникальные по масштабам эксперименты по трассированию подземных вод Арабики. Оба эксперимента показали связь пещер Ортобалагана и верховьев Жоэквары с источниками Репроа и Холодная Речка на побережье (Рис. 1). Более того, - красители были также "пойманы" в скважине, расположенной вблизи устья Холодной Речки и изливавшей воду с глубины свыше 200 м ниже уровня моря. Эти результаты кардинально изменили представления о гидрогеологии Арабики и выявили истинную глубинную спелеологическую перспективность массива (Климчук, 1990). Ими было установлено наличие тут глубочайшей подземной гидросистемы с амплитудой свыше 2300 м. Резко возрастала стимуляция усилий по разведыванию на массиве глубочайшей пещеры мира.

Рис. 1. Рельеф массива Арабика и подводная топография прилегающей акватории Черного моря.

В этих результатах особенно интересным оказались данные по скважине у Холодной Речки. Мы их интерпретировали как свидетельство того, что часть стока с центральной части массива участвует в субмаринной разгрузке. Поэтому амплитуда гидросистемы получалась больше 2300 м, определяемых по разнице высот входа в систему Илюхина и источника Репроа. Насколько больше, сказать было трудно.

Известно несколько очагов субмаринной разгрузки на участке Цандрипш-Гагра. Небольшие очаги можно достигнуть простым нырянием на глубине 5-7 м на восточной оконечности Цандрипша, а также западнее Репроа - они хорошо маркируются донной растительностью и ощущаются по низкой температуре всплывающей со дна колонны пресных вод. В тихую погоду они заметны по "котлам вскипания" на поверхности моря. В начале 60-х годов грузинские гидрогеологи осуществили гидрохимическое опробование в акватории в районе Цандрипш-Гагра, по профилям поперечным берегу. По снижению солености воды тут было отмечено несколько глубокорасположенных (указывалась глубина до 400 м) мест субмаринной разгрузки (Буачидзе и Мелива, 1967).

Мелкая субмаринная разгрузка интерпретировалась (Кикнадзе, 1972, 1979) как затопленная в результате современной трансгрессии (повышения уровня моря) зона разгрузки, сформированная на 25-30 м ниже современного уровня во время последнего оледенения (новоэвксинский этап). Однако данные по более глубокой субмаринной разгрузке в эти рамки не укладывались. Дублянский и Кикнадзе (1984) обсуждали влияние более ранних и существенных (раннечетвертичных) черноморских регрессий на формирование субмаринной разгрузки, во время которых уровень моря снижался до -110 м. Но и с этих позиций трудно объяснить разгрузку на глубинах около 400 м. Нужны были дополнительные "ключевые наблюдения" и исследования для решения этой проблемы.

Я долгое время пытался найти батиметрические данные по прилегающему участку Черного моря, по которым можно было бы судить о подводном рельефе. Наконец, год назад такие материалы обнаружились, - как часть глобального комбинированного (суша-море) пакета глубин-высот SRTM30_Plus (NASA), в котором рельеф суши представлен по данным радарной топографии (SRTM), а морского дна - по комбинированным данным, полученным как прямыми измерениями глубин, так и и обработкой данных гравитационных спутниковых съемок (Smith and Sandwell, 1997). По этим материалам я построил модель морского дна Черного моря, на которой сгенерировал изолинии для интересующих участков. Топография морского дна на участке Арабики показана на Рис. 1 изолиниями, а рельеф суши - по данным значительно более подробного радарного пакета SRTM1 (плотность точек 1 арксек по широте и долготе).

И тут обнаружилось важнейшее для наших интересов открытие - на шельфе у подножья Арабики расположена огромная замкнутая субмаринная котловина! Ее ширина составляет около 5 км, длина около 9 км, а максимальная глубина - около 380-400м. Внутренний рельеф (замкнутого контура) котловины составляет 120 м, - она отделена от континентального склона перемычкой на глубине около 260 м (Рис.2). Подводная котловина Арабики имеет крутые северный и восточный склоны (прилегающие к массиву) и пологие южный и юго-западный склоны. Источник Репроа, близлежащие мелкие очаги субмаринной разгрузки и глубокие очаги, зафиксированные грузинскими гидрогеологами - располагаются в бортах котловины. Происхождение такой котловины может быть только карстовым.

А теперь обратимся к пещере Крубера. Достигнутая тут глубина 2158м - абсолютная отметка около 100 м над уровнем моря, при удалении от очагов разгрузки на 13-16 км, дает удивительно малый, особенно для горноскладчатых условий, гидравлический градиент - 0,006-0,008. Это можно объяснить только высокой каналовой проницаемостью в нынешней фреатической зоне на всем протяжении от долины Ортобалаган до побережья - малым гидравлическим сопротивлением нижних зон массива (Рис.2). Что, в свою очередь, трудно объяснить, если предполагать базис карстования на нынешнем уровне моря или даже на несколько десятков метров ниже.

Добавим в "букет" выдающихся обстоятельств сведения о маломинерализованных карстовых вод с больших глубин, полученные в разное время по скважинам в районе Гагр (с глубины около 2250 м; Буачидзе и Мелива, 1967) и Цандрипш-Хашупсе (с глубин около 500 м и 1750 м), что может объясняться только хорошо разработанной каналовой проницаемостью и интенсивной циркуляцией подземных вод. Это указывает на субмаринную разгрузку и ставит вопрос о положении базиса дренирования в прошлом на многие сотни метров ниже современного уровня моря.

Рис.2. Профиль массива Арабика и прилегающей субмаринной котловины.

Возможно ли это? Л.И.Маруашвили в свое время (1970), основываясь на фактах глубинной циркуляции карстовых вод по данным бурения, высказывал предположение, что субмаринная циркуляция охватывает всю котловину Черного моря. Такое предположение, однако, не подкреплялось конкретными геологическими и гидрогеологическими данными.

В последние годы появилось много новых исследований, позволяющих говорить о том, что глубокое прокарстование прибрежных карстовых массивов в ряде регионов было связано с уровнями дренирования на многие сотни метров ниже современного. Прежде всего следует упомянуть целый ряд новейших публикаций французских исследователей (Mocochain, Audra, Clauzon, Bigot, Bakalowizc и др., 2003-2006), убедительно показывающих огромную роль Мессинского кризиса в формировании карста прибрежных участков Средиземноморья. Мессинский кризис в Средиземноморье, самый драматический пример изменений уровня моря в истории Земли, - это период между 5,96 и 5,33 млн. лет назад (конец миоцена), когда Средиземное море было изолировано от Океана, его уровень понизился до 1500-1600 м в оставшихся небольших эвапоритовых бассейнах и большая часть территории Средиземноморья была осушена. Это вызвало глубокое закарстование не только прибрежных, но и более удаленных массивов, так как реки выработывали глубокие врезы и на значительном удалении от моря. Последовавшее 5,33 млн. лет назад катастрофическое затопление Средиземноморской впадины вызвало затопление и блокирование осадками заложившихся в этот период карстовых систем. Но глубокая каналовая проработка Мессинского времени оказывала большое влияние на последующие развитие карста этих районов. Полноценный карстовый рельеф поверхностей плато в некоторых областях Средиземноморья выявлен на глубинах 150 м ниже современного уровня моря, а субмаринная разгрузка и карстовые полости - до глубин около 700 м.

Было ли что-то подобное Мессинскому осушению в Черном море (в Восточном Паратетисе - так называется тогдашний бассейн в палеогеографии)? Такая возможность впервые серьезно проявилась в результате глубоководного морского бурения в Черном море в 70-х годах, когда скважина 380 в западной части бассейна выявила, среди глубоководных осадков, толщу прибрежных мелководных отложений, указывающих на чрезвычайно низкое (до -1600 м по отношению к современному) положение уровня тогдашнего бассейна (Hsu and Giovanoli, 1979). До недавнего времени этот вопрос оставался в числе проблематичных ввиду нечеткости хроностратиграфических рамок этого периода. В последние два-три года появились серьезные новые исследования, убедительно доказывающие, что Мессинский Средиземноморский кризис аналогичным образом проявился в Восточном Паратетисе. Эти исследования включают новые данные по био- и магнитной стратиграфии ключевых осадочных толщ, сейсмическому профилированию (выявление Мессинской эрозионной поверхности в западной части Черного моря) , шельфовым терассам и структуре глубоководных дельтовых комплексов.

В итоге вырисовывается следующая картина. В период между 5,6 - 5,33 млн. лет назад, в заключительную стадию Мессинского кризиса, бассейн Черного моря был практически осушен. В его пределах оставались лишь небольшие мелководные озера. К этому времени уже произошло значительное воздымание прибрежных горных сооружений Кавказа, так что столь драматическое понижение базиса дренирования вызвало заложение и развитие карстовых систем в этом большом высотном интервале. При последующем повышении уровня моря нижние части карстовых систем того времени оказались затопленными. Впоследствии активное воздымание известняковых гор северо-западной Абхазии продолжалось дифференцированно по блокам-зонам, причем прибрежная зона испытывала его в значительно меньшей степени, чем более удаленные от моря зоны. За счет преимущественного воздымания центральной части Арабики создавался нынешняя огромная вертикальная амплитуда карстовой гидросистемы, но ее гидравлическая целостность - от высоких областей питания до прибрежной и субмаринной зон разгрузки - сохранялась все время. А Мессинская каналовая проработанность в низкой прибрежной и субмаринной зонах как бы "отодвигала" зону высокого гидравлического градиента (главной движущей силы спелеогенеза) в сторону центральной части массива - замечательное условие для быстрого развития там вертикальной и субвертикальной пустотности на всю мощность карбонатной толщи по мере ее воздымания.

Кроме того, в последующее плиоцен-четвертичное время происходили значительные колебания уровня Черного моря. Низкие положения базиса вызывали увеличение градиента в центральной части массива и постоянную активизацию-проработку нижних частей карстовой системы - тех, что находятся на уровне и ниже современного базиса дренирования. В периоды низкого положения базиса эти части массива оказывались в нижней части "углубившейся" вадозной зоны. Что, впрочем, последовательно вело к минимизации градиентов за счет все лучшей карстовой проработки - т.е. к понижению уровня подземных вод и столь важной для спелеологов возможности исследовать пещеру Крубера до столь фантастических глубин - устанавливать тут мировые рекорды. Современные исследования указывают на то, что в отдельные промежутки четвертичного времени уровень Черного моря понижался значительно больше, чем ранее предполагалось: до - 150 м в последний ледниковый максимум (что на 30 м ниже общеокеанического понижения этого времени), до -140 м в чаудинское время (около 900 тыс. лет назад) и многократно между ними - ниже отметки -100 м.

Таким образом, эволюцию карста и пещер Западного Кавказа (как, впрочем, и других прибрежных карстовых районов Черноморского региона) необходимо рассматривать с позиций гораздо более низкого, чем современный, положения базиса дренирования во многих эпохах, и с учетом его колебаний в больших пределах. Л.И.Маруашвили (1969, 1970) указывал на то, что колебания уровня Черного моря должны существенно сказываться на формировании карста в приморской части, но "критическая масса" ключевых фактов и знаний для предметной расшифровки и демонстрации этого влияния созревает только сейчас.

Открытая "за письменным столом" (за компьютером) субмаринная котловина Арабики, повидимому, формировалась как главный фокус разгрузки карстовых вод массива Арабика. Этот фокус мог быть заложен на суше еще в Мессинское время, а развивался он в преимущественно субмаринных условиях, в условиях периодической активизации в периоды существенных понижений уровня Черного моря.

Приведенная трактовка ведет к очередному важному для практической спелеологии выводу: в Крубера не следует ожидать столь желанного и часто обсуждаемого спелеологами "коллектора" - некой крупной наклонной галереи, крупной подземной реки, которая якобы должна следовать за вертикальной частью системы (и вести прямо к морю и пивным ларькам на побережье). Такой коллектор на современном уровне подземных вод не мог сформироваться по той простой причине, что этот уровень не являлся "базовым" в формировании пещерной системы, а отражает нынешнее "подтопленное" состояние нижних ее частей. Возможно, такой коллектор есть где-то значительно ниже нынешнего уровня затопления, но скорее всего "колебательный" режим дренажа создавал 3-мерную систему относительно небольших, но хорошо интегрированных каналов в нынешней фреатической зоне.

Перспективы дальнейшего прохождения Крубера вглубь? Они невелики - предел "субаэрального" прохождения, если еще не достигнут, то уже очень близок. Если даже нынешний конечный сифон окажется подвешенным (а не действительно конечным), то можно предполагать продвижение в пределах максимум пары десятков вертикальных метров. Гидравлическое сопротивление массы пород на протяжении остающихся 12-16 км до разгрузки не может быть равным нулю даже при высокой закарстованности. Дальнейшее подводное прохождение с аквалангами? Возможно, но недалеко, так как это не будет плавание по галерее типа "метро", и скутера там не помогут (даже если их туда затащить). Решение задачи прямого выхода к морю прийдется оставить следующим поколениям спелеологов, оснащенных жабрами. А нынешним поколениям хватит увлекательных и содержательных задач по прохождению различных окон-ветвей в Крубера, ее соединению с Арабикской, обнаружению "пропавшей" зазавальной (-1110 м) части системы Арабикской, "углублению" пещеры Крубера за счет верхних входов и проч. - но это уже тема для других заметок.

Подведу краткий итог. Современные данные по массиву Арабика - "сверхглубокое" положение нижней границы вадозной зоны в пещере Крубера, субмаринная разгрузка массива Арабики на глубинах до -400 м, открытие субмаринной котловины Арабики, глубокая циркуляция маломинерализованных карстовых вод в этом районе - в своей совокупности составляют серьезное комплексное подтверждение (независимое от других видов данных) глубокого осушения Черного моря в Мессинское время. Это яркая и "системная" иллюстрация огромной роли истории Черного моря в формировании карста приморских районов. А также - иллюстрация роли спелеологических исследований в решении важной научной проблемы.

Ну и, наконец, разведывание на Арабике не просто глубочайшей, а "суперглубочайшей" пещеры мира далеко не случайно: для ее формирования именно тут существовали уникальные геолого-гидрогеологические и эволюционные предпосылки. Они невнятно просматривались еще 25-30 лет назад, но стали очевидными только сейчас.

В этой проблеме есть множество специальных аспектов, отмеченных тут "скороговоркой" или не затронутых вообще - это составляет предмет серии детальных научных публикаций, которые в настоящее время готовятся. Целью этих заметок было познакомить спелеологов с основными положениями интриги текущего научного поиска, тесным образом связанного с "горячим" направлением практической спелео-разведывательной активности. Этот пример также ярко иллюстрирует коренную двустороннюю связь научных и разведывательных сторон спелеологии - роль научного подхода в развитии спелеологических разведываний/прохождений и обратную роль спелеологических разведываний/открытий в развитии научного знания.