А.А.Семиколенных
ОАО "Стройтрансгаз", филиал в Финляндии

Подземные сооружения и пещеры Финляндии: географический обзор, псевдокарст в гранитах, микробиологические исследования.

A.Semikolennykh
OAO STROYTRANSGAZ, Finland Branch

Underground constructions and caves of Finland: geographical review, pseudo karst in granites, microbiological finds.

Доклад на заседании комиссии Спелеологии и Карстоведения МЦ РГО 13.06.2007

Этот доклад составлен по результатам моего годового пребывания в Финляндии в 2005/2006 годах в связи с работами по строительству газопровода. Будучи в душе спелеологом, я попутно интересовался возможными спелеологическими объектами и довольно быстро выяснил, что "пещер в Финляндии - нет". Однако, мне удалось составить нечто на подобие сводки спелео- и спелеоподобных объектов в Финляндии. Некоторые подземные объекты удалось посетить лично и даже предпринять некоторые небольшие изыскания в них. Доклад об этом был представлен на Комиссии карстоведения и спелеологии Московского отделения Русского Географического Общества 13 июня 2007. Основные тезисы доклада предлагается Вашему вниманию в данном тексте.

Финляндия расположена в Восточной Фенноскандии в пределах древнейших тектонических структур Европы: каледонид (на западе) и архейско-протерозойского Балтийского кристаллического щита (на востоке). Несмотря на возрастные и литологические различия, история формирования рельефа Фенноскандии более или менее едина. Основная особенность ее развития длительная интенсивная денудация поверхности, сложенной преимущественно плотными кристаллическими и метаморфическими породами. Денудация протекала на фоне продолжительных поднятий суши, что привело к образованию серии разновозрастных и разновысотных пенепленов, дробно расчлененных на горстовые и сводовые поднятия, разделенные зонами погружений. Древние денудационные поверхности составляют наиболее характерную морфоструктурную особенность как равнинной, так и горной Фенноскандии.

В четвертичное время Фенноскандия неоднократно покрывалась ледниками и являлась центром их формирования. Ледники и их талые воды создали классически выраженные комплексы ледникового рельефа. Длительное пребывание ледников и сравнительно недавнее освобождение от них Фенноскандии (около 12-14 тыс. лет назад от ледников освободились южные районы, а 8-10 тыс. лет северные) объясняют молодость ее ландшафтов, выражающуюся в обилии озер, слабой врезанности рек и невыработанности профилей их русел, в свежести ледниковых наносов.

В соответствии с геологической картой в Финляндии существует несколько небольших районов, где потенциально распространены содержащие карбонаты породы (карбонатиты), соседствующие обычно с интрузивными основными породами. Все они по большей части встречаются в Лапландии и крайне фрагментарно. Например, по границе со Швецией и Норвегией, а также в центральной и восточной Лапландии примерно в 200 км к северо-востоку от Рованиеми. Ни один из этих районов мне посетить не удалось, несмотря на то, что к некоторым мы были необычайно близки (но в момент, когда мы там находились, у нас не было необходимой информации). Поэтому, среди спелеообъектов, которые мне известны, - ни один не расположен в пределах территорий с карбонатными породами, а находятся в районах распространения плотных кристаллических силикатных горных пород (преимущественно магматических кислого и нейтрального состава), наиболее распространенными из которых являются граниты.

Условно, для систематизации изложения - известные в Финляндии подземные объекты можно подразделить на пять категорий:

1. Искусственные современные (ХХ век) подземные сооружения,
2. Поверхностные формы в силикатных породах.
3. Естественные полости в силикатных породах, образовавшиеся за счет гравитационных процессов или вымывания рыхлых отложений, заполняющих полости между глыбами силикатных пород, под воздействием водных потоков,
4. Естественные полости в силикатных породах, образовавшиеся за счет растворения или эрозии этих пород под воздействием водных потоков.
5. Прочие интересные факты.

1. ИСКУССТВЕННЫЕ ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

Таких сооружений довольно много и некоторые хорошо известны, например, подземные оборонительные сооружения линии Маннергейма (20-30е годы XX века).

Среди прочих хотелось бы отметить подземный центр искусства Ретретти (Retretti), расположенный не далеко от города Савонлина в округе Пунканхарью в Восточной Финляндии [1]. Центр представляет собой выставочные и концертные подземные помещения созданные в 80х годах на глубине около 30 метров общей площадью 3700 квадратных метров. Центр имеет уникальную акустику для организации концертов, часто сопровождающейся световым шоу. Мне лично показалось, что таким образом финны создали себе аналог полярной ночи, чтобы насладиться световыми эффектами в том числе в летнее время.

Другой объект который мы посетили - аметистовая шахта в Ланпландии, расположенная в пределах национального парка Пухи-Луосто [2]. Аметист добывается там в небольших количествах исключительно для поделочных целей, кроме того, шахта является сейчас туристическим объектом. Разработка велась полузакрытым, а сейчас и открытым способом. Интересно, что для диспергирования вмещающих аметисты пород в зимнее время применяется вода. Вода заливается в трещины породы или специально-просверленных отверстия. После замерзания в лед, порода трескается, что позволяет более легко ее разрабатывать.

2. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ФОРМЫ В СИЛИКАТНЫХ ПОРОДАХ

Различного рада округлые и овальные глубокие колодцы, шириной до 10-20 метров и глубиной до 15-20 метров, часто встречаются вдоль реки Кеми. Местные жители называют их "маслобойками дьявола", а ученые pot holes ("горлышко горшка") или "ледяными мельницами".

Маслобойки дьявола (или демона) в Sukutanrakka были известны местным жителям в течение многих столетий. Много фольклорных историй существовало об таинственных выбоинах и о демоне, который жил в этих частях давно. В частности имелась такая легенда: "Когда демон услышал, что шведский епископ и его окружение приезжают, чтобы крестить местных жителей язычников, живущих вдоль реке Кеми, он решил избавиться от этих неприятных посетителей раз и навсегда. Он собрал огромную груду скал и камней, чтобы закидать ими пришельцев, и ждал в засаде в глубоком отверстии, которое он вырыл самостоятельно в голой скале. Как можно еще видеть по массивным валунам раскиданным вокруг, тоже известным как "валуны дьявола", - это была очень серьезная битва. Но несмотря на все его оружие и злые намерения, демон был побежден, и убежал на запад по реке Кеми. Он унес остальную часть валунов к месту Rajakirakka, где каменная пирамида из камней и сегодня отмечает границу его владений". Маслобойки были исследованы подробно в 1966 и 1967 с участием местных жителей под руководством профессора Veikko Okko из Хельсинского Университета.

Считается, что обсуждаемые вертикальные колодцы были созданы приблизительно 10000 лет назад в результате эрозии породы мощными водными потоками, которые имели место в краевой зоне отступающего и тающего континентального ледника. Талые воды в основании ледника сформировали мощный водоворот в который попадали отдельные камни. Кружась вокруг камни разбивали породу и углубляли отверстия вширь и вглубь. Круглые перемалывающие камни могут все еще находиться на дне выбоин.

3. ГРАВИТАЦИОННЫЕ И ИНЫЕ ПЕЩЕРЫ В СИЛИКАТНЫХ ПОРОДАХ

Пещеры этого типа довольно распространены в глыбовых навалах, а также могут образоваться за счет размывания рыхлых отложений между более плотными породами. Мы осмотрели два таких объекта.

Первый - это довольно известная в Финляндии - Susiluola (или Пещера Волка), которая считается крупнейшей пещерой Финляндии по Hirvas [3], площадью как минимум 400 квадратных метров, 18 метров глубиной и 25 метров длиной. Пещера расположена в округе Kristiinankaupunki в Западной Финляндии.

Пещера Волка (Susiluola) - широкая горизонтальная щель в первичной скале и названа по имени ее местоположения на Горе Волка (Susivuori). Пещера была сформирована в результате эрозии, и по некоторым оценка ей может быть больше чем 2.6 миллиона лет. В межледниковый период, когда уровень моря был выше входа, пещера была частично заполнена слоями осадка. В настоящее время пещера - на 116.5 метров выше уровня моря, и потолок пещеры имеет 2.2 метра высотой в самом высоком пункте. Довольно трудно точно определить полный размер Пещеры Волка, потому что полость частично заполнена слоями осадка, однако, по оценкам она должна быть больше чем 400 m2.

Раскопки летом 1997 года в этой пещере обнаружили большое количество каменных инструментов, сделанных преимущественно из песчаника. Инструменты относятся к неандертальскому периоду и в основном представляют орудия, сделанные путем раскалывания гальки [4]. В пещере выполнялись также палинологические и палеозоологические работы, которые выявили несколько культурных слоев, позволили определить возраст отложений около и провести определенные параллели с аналогичными стоянками неандертальцев в Центральной Европе. В настоящее время считается, что возраст антропогенного культурного слоя пещеры относится к большому межледниковью 120.000 - 130.000 лет назад. Не берусь судить профессионально, однако, мне кажется это очень важные находки, показывающие как далеко к северу жили неандертальцы.

Сайт пещеры в Интернете находится по адресу - [5].

Второй объект - Djupvic Cave (Или второе название Пещера-Церковь), расположенная на острове Гета, самом северном острове Аландского архипелага в Балтийском море. Как и все в Финляндии - пещера имеет собственную легенду. Я довольно плохо понял полустертый текст на табличке, поэтому возможно немного приукрашу эту легенду. Однако, примерно она сводится к следующему: "Когда русские впервые захватили Аландские острова в 1714 году (Примечание: окончательно Российская империя оккупировала архипелаг в 1809), то местные жители убежали в горы и хотели попытаться потом уплыть в Швецию. Однако, русские солдаты отправились в горы, чтобы найти людей, а главное скот, который был им нужен для питания. Местные жители во главе со священником спрятались в пещере и стали молиться о спасении, однако, было слышно, что русские идут все ближе и ближе. Когда они подошли к пещере, то священник взял собаку, и завязал ей морду, чтобы она не лаяла. Русские посветили в пещеру и увидели, что там в тишине светятся глаза какого-то страшного животного. Они испугались и ушли, а священник закончил молитву и все спаслись" (Чисто по-фински: "вроде и Бог помог, но и сами молодцы!!!").

На самом деле пещера имеет небольшой размер, длину максимум 20 метров и заложена примерно в 5-10 метров от уровня поверхности в борту ступенчатого сброса пластов гранита. Нас заинтересовало, главным образом то, что верхние части стен и потолок пещеры были покрыты белыми пленками, образованными плотным грибным мицелием. Взятые в пещере образцы были изучены на кафедре биологии почв факультета почвоведения МГУ (Ивановой А.Е.). Из образцов удалось выделить 3 вида микромицетов: Geomyces pannorum (доминирующий вид), Acremonium strictum и не идентифицированный темноокрашенный мицелий. Наиболее интересно, что все эти виды оказались способны к росту при нуле градусов и даже небольшом минусе. В принципе такие результаты не сенсационны, например, рост при -5 градусах был выявлен для вида Geomyces pannorum и некоторых других видов грибов [6]. Однако, наша находка представляет интерес в контексте, во-первых, описания северного пещерного местообитания, а во-вторых, в связи с тем, что пещера массово заселена грибами, имеющими не высокое видовое разнообразие, но крайне высокие показатели обилия, т.е. массовая колонизация одним видом одного субстрата и отсутствие межвидовой конкуренции. Нечто похожее было выявлено также в ряде пещер Пинеги (Архангельская область) [7]. Мы предположили, что источником органики для роста грибов в пещере являются воднорастворимые органические соединения, просачивающиеся по трещинам на потолке. Это косвенно подтверждается результатами электронно-микроскопических исследований (выполнено Андреевой С.Е., лаборатория радиобиологии МГУ), где на снимках видно, что поверхность гранита покрыта какими-то аморфными тонкими пленками, которые с высокой долей вероятности могут быть осадком органических коллоидов. Чуть позже более детальная работа по этой теме будет подготовлена для Бюллетеня Шведского Спелеологического Общества.

4. КОРОЗИОННЫЕ И ЭРОЗИОННО-КОРОЗИОННЫЕ ПЕЩЕРЫ В СИЛИКАТНЫХ ПОРОДАХ

Выветривание и растворение гранита водой - давно и широко обсуждается [8, 9, 10]. Кроме "классического" растворения кислых силикатных пород щелочными морскими водами, обсуждается и возможность растворения гранитов под воздействием нейтральных и слабо-кислых вод. Вне всякого сомнения, гранит подвергается постепенному выветриванию, в первую очередь через разрушение наименее устойчивых минералов в его составе (например, слюды биотита), что может быть многократно усилено высоким гидродинамическим потенциалом воды и присутствием в воде дополнительных активных компонентов. А частности, усиливать выветривание гранитов способны воднорастворимые органические кислоты, обычно присутствующие в почвенных растворах. Кроме того, вынос непосредственно кремнезема возможен в виде комплексных соединений с органическими лигандами (так называемый, коллоидный перенос). На мой взгляд, наиболее интересен (и при этом наименее изучен) вопрос о скоростях этих процессов, т.е. каково необходимое время для образования полости в известняке за счет углекислого растворения, по сравнению с аналогичным временем для "коллоидного" растворения гранита. Разумеется, региональные особенности (климат, гидродинамика, химизм вод) должны быть крайне важны. Также возможно, что скорость образования полостей в гранитах может быть увеличена сочетанием коррозии (химического разрушения породы или ее компонентов) и эрозии. То есть: при выветривании гранита коррозии подвергается, например, только биотит, а оставшиеся зерна полевых шпатов увлекаются потоком и создают эрозионный фон для проработки полости.

Мы время наших поездок мы наблюдали интересные явления, которые могут быть связаны с растворением гранитов в Национальном парке Пухи-Луосто (Лапландия). В частности, двигаясь вдоль направления стока из горных озер, заполняющих щелевидные долины, в некоторых местах можно наблюдать исчезновение поверхностного водотока полностью под землей в глыбовом навале. Спустя 100-300 метров он появляется снова, причем вода выходит в выраженных источниках, расположенных в борту долины, некоторые из которых в момент наблюдения были сухие (вероятно, заполняющиеся в паводок). Такой концентрированный сток не позволяет объяснить гидрологию исключительно просачиванием воды по зонам трещинноватости. Без специальных наблюдений сложно судить о характере подземного стока, однако, на мой взгляд, коррозионные процессы (т.е. растворения гранита по зонам просачивания) имеют место.

5. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ

Финляндия - бывшая часть Шведского королевства, могущество которого пришлось на позднерыцарскую эпоху (XIV-XVI века). Это отразилось и в том, что в Финляндии сохранилось несколько крупных крепостей, построенных частично во время шведско-польских войн, а частично для обороны швейского царства от славян. Среди наиболее известных замков: 1. Олавонлина (гор. Савонлина) в Карелии, 2. Крепость Хаменайлина к северу от Хельсинки, 3. Замок Кастелхолм в Турку и 4 Замок на Аландских островах. Для нас интересно тут то, что замки построены из плотных силикатных пород местной разработки (гранит, диорит, диабаз), но цементированы известковым раствором, для изготовления которого требуется высококарбонатный известняк. В значительной степени весь известняк привозной из-за рубежа. В частности, логично предположить импорт извести со шведского острова Готланд с использованием корабельного транспорта по Балтийскому морю. Несколько более интересен вопрос с источником карбонатов для приготовления цемента в крепости Олавонлина. Хотя возможно использовался также и речной транспорт. Однако, во время посещения замка на Аландских островах, в музее замка обнаружилась следующая трактовка строительства, несколько запутывающая ситуацию. В комментариях музея к экспозиции сказано: "Среди местных материалов был также использован известняк, возможно, из Reval (Примечание, имеется одноименный поселок на Аландских островах) и профильные блоки из Або (Турку) оставшиеся от реконструкции замка". Возможно это ошибка администрации музея (автора мне найти не удалось), потому что ничего подобного мы не обнаружили в окрестностях, несмотря на расспросы жителей и сотрудников музея; однако, было бы интересным дополнительно изучить этот вопрос.

ССЫЛКИ:
1. - http://www.retretti.fi
2. - http://www.amethystmine.fi/indEN.htm
3. - http://sydaby.eget.net/eng/wolf/wolf_ralf.htm
4. Schulz, Hans-Peter: "De tog skydd I Varggrottan: De forsta sparen av manniskor i Norden ar mer an hundratusen ar gamla." ("They took shelter in the Wolf Cave. The first traceof humans in the North is more than 100,000 years old."). Popular Arkeologi (Nr. 3 1998, 3-7) (на финском)
5. - http://www.susiluola.com/Wolf/eng.htm
6. Onofri S., Selbmann S., Zuconni L., Pagano S. (2004). Antarctic microfungi as models for exobiology. Planetary and Space Science, 52, pp 229-237.
7. Semikolennykh A., Ivanova A., and Dobrovol'skaya T. (2004). Microbial Communities in Gypsum Caves and Soils of Karst Landscapes in Arkhangelsk Oblast. Eurasian Soil Science, Vol. 37, No. 2, pp. 191-198.
8. Brady P. V. and Walther, J. V. 1990. Kinetics of quartz dissolution at low temperatures. Chemical Geology 82, 253-264.
9. Yariv S and Cross H. 1979. Geochemistry of Colloid Systems for Earth Scientists. Berlin: Springer-Verlag, 450 p.
10. Wray R A. L. 2003. Quartzite dissolution: karst or pseudokarst? / Speleogenesis and Evolution of Karst Aquifers 1 (2), http://www.speleogenesis.info , 9 pages, re-published from: Cave and Karst Science 24 (2), 1997, 81-86.