Wiaczesław Andrejczuk Вячеслав Андрейчук

soluble forms of iron, Eh and pH), hydrochemical stratification of lacustrine cave water, 

intensity of their sulphate aggressiveness are discussed. Hydrogeochemical evolution of 

cave water reservoirs on the background of permanent human impact (water pumping) is 

described. 

In the seventh chapter the problems of cave roof collapse and development of 

sinkholes above the cave are presented. The stage character of this process is 

underlined. The mechanism of sinkholes development in natural conditions and under 

human impact is described, and factors influencing roof and surface collapse are 

discussed. The regularities of distribution of roof collapse points within the cave are 

presented, anthropogenic activation of the process of roof collapse is underlined, the 

hazard of sinkhole and subsidence development over the cave is estimated. 

The eighth chapter concerns cave sediments. Taking into account their origin they 

are divided into four types: residual, destructional (breaking of coulisses), water 

mechanical (deposited clayey suspended matter), water chemical (deposited chemical 

compounds) and collapse deposits. The lithology of sediments, their chemical composition 

and microelement content, grain-size specification, physic-mechanical features, conditions 

of origin and factors of distribution within the cave are described. While presenting 

mechanical water sediments a special attention was paid to cave clay (unique plasticity 

and large water capacity), which is a result of disintegration, displacement and diagenesis 

of upper Badenian scree material. 

Special attention in the chapter is paid to chemigenic iron-manganese sediments, 

which, taking into account their large number and diversity, represent one of the most 

interesting features of the cave - they are its "label". Iron-manganese hydroxides of the 

Zoloushka Cave are a clear sedimentological consequence of hydrogeochemical 

transformations induced by human impact. The fact that the cave became uncovered by 

the excavation and groundwaters were pumped out caused changes in chemical 

composition of karst waters, geochemical properties (Eh, pH) of the environment, and -

as a result - conditions of migration and accumulation of chemical elements. The 

following forms of Fe and Mn hydroxides occurrence in the cave are described: aureolas, 

individual layers, layer interbedding, powder accumulations and covers, grape-like 

aggregates, liver-like aggregates, stalactite-like and stalagmite-like forms; their 

mineralogical and chemical composition, peculiarity (similarity to oceanic forms) and 

development are discussed. The Fe and Mn hydroxides of the Zoloushka Cave represent 

very young forms (anthropogenic stage). The active phase of their deposition lasted from 

several months to several years. The discharge of iron and manganese forms by karst 

waters was mainly connected with oxygen penetration to the cave (uncovering by 

excavation) and rapid change of reducing geochemical conditions into oxygenic. 

The phenomena which occurred in Zoloushka Cave may be treated as 

anthropogenically accelerated chemical experiment, which, in a magnitude form, 

demonstrates the character and mechanism of geochemical transformations, which 

accompanied the transfer of karst aquifer from a phreatic state to a new hydrodynamic 

state (drained water-bearing horizon). This situation makes it possible to assume that 

layers of iron-manganese sediments, which are found in the cross-sections of other 

labyrinth caves not only in this area may be treated as a hydrogeochemical 

(hydrodynamic) marker. They evidence the stage of the transition from a karst aquifer with 

typical closed confined-phreatic regime with reducing anaerobic conditions to a new 

hydrodynamically open state with a free ground water surface and free oxygen access. 

At the end of this chapter, the sediments of a problematic genesis are also 

described - loose carbonate skeleton sediments at the roofs of cave corridors, which 

origin is associated with decrease of karst water pressure and the aquifer degasification in 

393 

the moment of its hydraulic opening (this phenomenon took place a long before 

anthropogenic impact on to aquifer). 

The chapter is finalised with the description of morphological changes and 

deformation of cave sediments as a result of their drainage and drying in new subsurface 

conditions. 

The ninth chapter concerns microclimatic conditions of the cave. In the first part, 

the processes of air circulation with the surface are described and microclimatic division of 

the cave is shown. The features of thermal-moisture regime of the underground 

atmosphere are discussed. In the second part a special attention is paid to gas 

composition of the cave air including its features, changeability in space, vertical 

stratification, as well as reasons and mechanisms of CO

2

 accumulation. 

The tenth chapter is dedicated to signs of life in the cave. Ecological specificity of 

the Zoloushka Cave environment is discussed. Special attention is paid to 

microorganisms. Main types and generations of bacteria present in the cave are 

discussed including their relation to different elements of cave environment, functional 

specificity and physiological activity. The role of microorganisms are discussed in details 

including their share in accumulation of sulphur hydrogen, development of sulphate and 

sulphide compounds, production of CO

2

 and nitrogen, development of iron-manganese 

sediments. Main types and cycles of biochemical reactions which occurred in the 

underground environment of the cave during its anthropogenic stage of development are 

presented. 

The eleventh chapter discusses the problems of the cave genesis and age. 

Zoloushka is a "child" of pressure-ascending transition of groundwater through the 

gypsum layer to a local erosional base - the bed of Prut valley. The groundwater 

stagnated in fissures and being under a large pressure became activated in the moment 

when the Prut uncovered screen cover of clays. This caused relatively rapid corrosional 

enlargement of fissure spaces (main phase of speleogenesis), development of structural 

nets in the gypsum and development of columnar chambers. 

Basing on the basic principles of speleogenetical analysis (geological-historical rule, 

succeeding development rule and rule of local conditions) the history of karst development 

in this area is presented and several stages of its development are distinguished (middle 

Badenian, upper Badenian - lower Sarmatian, Sarmatian - Mesopleistocene, 

Neopleistocene - Holocene, modern). The most important events in term of speleogenetic 

development are presented in details. The main phase of speleogenesis occurred in the 

mid Neopleistocene. 

At the end of this chapter the problems of potential dimensions of the cave 

labyrinth are discussed, and its different character as compared to other huge cave 

labyrinths of Western Ukraine (conditions and mechanism of speleogenesis, age, etc.) is 

shown. 

The final twelfth chapter discusses the scientific and practical importance of 

the cave. Some theoretical problems are presented (palaeogeography of the region, origin 

of deposits, sedimentogenesis of gypsum), which solutions may be found basing on 

information from Zoloushka investigations. The aspects of cave protection are discussed 

and perspectives of its multi-direction use are proposed (nature monument, object of 

stationary investigations, tourism, recreation-balneotherapy complex, economic object, 

etc.). 

394 

Figure captions 

Chapter 1 

Fig. 1.1. Map of the cave in individual stages of the mapping. 

Fig. 1.2. Dynamics of cave mapping in the period 1977-1999. 

Fig. 1.3. Dynamics of papers concerning geological-karst investigation problems of the 

cave (vertical - number of papers). 

Fig. 1.4. Dynamics of papers concerning speleomedical investigation problems of the 

cave (vertical - number of papers) (basing on the specification prepared by A. Bobylev). 

Chapter 2 

Fig. 2.1. Location of the cave. 

Fig. 2.2. Location of the cave on the background of main administrative units of the 

region. 

Fig. 2.3. Distribution of Badenian lithological facial complexes within external foreland of 

Carpathian arch: 

1 - areas without Badenian sediments, 2 - probable limit of sea basin. Lithological facial 

complexes: 3 - terrigenic, 4 - carbonate, 5 - sulphate, 6 - chloride, 7-8 - Internal and 

External zones of Sub-Carpathian Graben, 9 - Carpathian mountainous area, 10 -

Western-European Platform, 11 - Misian Plate, 12 - Eastern-European Platform 

(according to Gajdin, Rudko, 1998). 

Fig. 2.4. Distribution of sulphate rocks in the Western-Ukrainian region (Fig. of A. 

Klimchouk). 

Fig. 2.5. Location of the Zoloushka Cave at the background of main tectonic units of 

Carpathian region (A) and the Prut-Dniestr interfluve (Б): 

1 - gypsum series, 2 - series of Badenian-Sarmatian, mainly clayey deposits overlying 

gypsum layer, 3 - sub-gypsum Mesozoic and Cainozoic rocks. 

Fig. 2.6. Geology and karst of the Zoloushka Cave area (geological-karst profile): 

1 - Upper Badenian clay, 2 - gypsum, 3 - marls and sandy-carbonate sediments of 

Lower Badenian and Cenomanian, 4 - karst cavities in gypsum, 5 - karstified surface of 

gypsum with filling sediments, 6 - faults (certain and probable), 7 - horizon of karst waters 

within the hydraulic depression caused by pumping. 

Fig. 2.7. Thickness of over-gypsum sediments in the Zoloushka Cave area: 

1 - isolines of the thickness of over-gypsum sediments (in meters), 2 - river, 3 - probably 

limit of Upper Badenian clayey-carbonate sediments in the Prut valley, 4 - Krivski quarry, 

5 - Zoloushka Cave. 

Fig. 2.8. Geomorphological location of the cave area at the background of main 

morphostructural elements of the region (A) and the Prut-Dniestr interfluve (Б). 

Fig. 2.9. Geomorphological map of the cave area: 

1 - the Prut floodplain, 2 - 1st terrace, 3 - 2nd terrace, 4 - 3rd terrace, 5 - escarpment of 

the 3rd terrace, 6 - 4th terrace, 7 - escarpment of the 2nd terrace, 8 - escarpment of the 

1st terrace, 9 - floodplain scrolls, 10 - inselberg hillocks within terraces, 11 - karst dolines 

and hollows, 12 - landslides, 13 - Krivski quarry, 14 - spoil-heaps, 15 - springs, 16 -

cave. 

Fig. 2.10. Bukovinka Cave (A - according to Ridush et al., 2000) and its location within 

Mamalyzski tectonic block (Б): 

A: 1 - galleries of main horizon, 2 - galleries of upper horizon, 3 - flooded galleries. 

395 

В: area of surface karst, 2 - Zoloushka Cave, 3 - Bukovinka Cave. B: 1 - alluvial and 

deluvial sediments of the Matka (Stalnivka) valley, 2 - Cenomanian carbonate 

sandstones, 3 - gypsum, 4 - Upper Badenian clayey sediments and layer of Ratynian 

limestones, 5 - sediments of river terraces. 

Fig. 2.11. Karstification of gypsum basing on geophysical investigations in the area 

between the Matka valley and Mamalyga-Chotin road (materials of Lvov Geological 

Company): 

1 - karst cavities filled with deposits, 2 - deposit free karst cavities, 3 - isolines of the 

thickness over-gypsum deposits, 4 - road. 

Fig. 2.12. Change of the character and karst intensification of gypsum in Manalyzski 

tectonic block together with the distance increase from the Prut river: 

1 - loess-like terrace deposits, 2 - alluvial (gravel) terrace deposits, 3 - Upper Badenian 

clay, 4 - layer of Ratynian limestones, 5 - clayey sediments deformed as a result of 

subsidence, 6 - deposits of underground cavities, 7 - marls, 8 - sub-gypsum carbonate-

sandstone sediments. 

Fig. 2.13. Change of gypsum thickness and its surface in the area located south-east of 

the Krivski quarry (data from exploratory drillings). 

Fig. 2.14. Topographic map of the fragment of the Prut valley between the river and the 

quarry (geological profile is marked along the railway А-Б). 

Fig. 2.15. Simplified geological profile along the railway located on the area of the Prut's 

second terrace, at the foot of the third terrace (see Fig. 2.14-2.16): 

1 - loess-like terrace deposits, 2 - clayey sediments of the floodplain scroll, 3 - motley 

clay, silt, loess and gravels of terrace fades and floodplain scrolls of the second terrace, 4 

- alluvial gravels of channel and karst facies of the second terrace, 5 - Upper Badenian 

clay (from subsidence) in the places of corrosional impact of confined ascending waters, 6 

- sub-gypsum carbonate-sandstone sediments, 7 - gypsum. 

Fig. 2.16. Probable tectonic faults in the cave area: 

1 - large fault along the foot of the Prut third terrace (downthrow range from 3 to 6 m), 2 -

probable smaller faults, 3 - the zone of graben-like fault in the Pacak valley. 

Chapter 3 

Fig. 3.1. Geological profile of Krivski quarry: 

1 - Holocene (Q

IV

). Forest dark-grey soil, 2-3: Middle Pleistocene. Sediments of the 3

rd 

(Q

1-2lial

) and 4

th

 (Q

3-4

) terrace of the Prut: loess (2), gravels (3), 4-5: Neogene. Upper 

Badenian (N

1

bd

3

): silty clay (4) with interbeddings of limestones and sandstones (in the 

lower part of the profile) (5), 6-7: Middle Badenian (N

1

bd

2

): grey, platy, aphanitic 

limestones (6), grey and grey-brown coarse-, medium-, fine- and aphanitic gypsum (7), 8 

- Lower Badenian (N

1

bd

1

): compact greenish grey marls, 9-10 Cretaceous. Cenomanian: 

bluish grey, afanitic, clayey limestones (K

2

s

2

) (9), bluish grey, quartz-glauconite 

sandstones (K

2

s

1

) (10), 11 - karst waters, 12 - karst cavities with filling deposits. 

Fig. 3.2. Changes of chemical composition of gypsum and their admixtures along vertical 

profile of gypsum layer (according to Maklashin, 1988). 

Fig. 3.3. Vertical changeability of chemical composition of gypsum in Mamalyzski quarry 

(basing on data included in Tab. 3.1.). 

Fig. 3.4. Change of textural-structural features of gypsum in vertical profile of gypsum 

layer (generalisation based on observations in the quarry and in the cave near Filipcovo 

Lake). 

396 

Fig. 3.5. The middle part of the gypsum layer cut by the quarry's escarpment. Undulated-

stratified character of the middle part of the gypsum profile is underlined by selective 

dissolution (with different speed) of medium- and fined-grained gypsum (Photo B. Ridush). 

Fig. 3.6. Cave corridor developed in the middle (stratified) part of the gypsum profile (area 

of Colorado Cave) (Photo B. Ridush). Uneven, ribbon-like profile of walls indicates 

selective (different speed) character of dissolution of medium-crystalline (convex parts) 

and fine-crystalline (concave parts) types of gypsum. 

Fig. 3.7. Textures on flat roof of cave corridors which are shown in transversal cross-

section of stratified-undulated structures of the middle part of gypsum layer. 

Fig. 3.8. Changes of x-ray-structural characteristics (А, Б, B) of gypsum deposits and their 

dissolution (Г, Д) at different speeds of water movement in a vertical profile of a gypsum 

layer (according to Makłashin, 1988): 

A - degree of deformation of crystal lattice, Б - importance of microtensions, В - degree 

of rock "texturing", Г - rock dissolution at zero speed of water movement (0 m/min), Д -

rock dissolution at speed of water movement of 8.5 m/min. 

Fig. 3.9. Aggregates of large crystals of gypsum located in the mass of grain-crystalline 

gypsum: A - corroded aggregate with round edges (Chernovitskich Speleologov 

Chamber), Б - crystalline-block aggregate in a gypsum wall of the quarry. 

Fog. 3.10. Monocrystalline aggregate of gypsum in the roof of a cave corridor uncovered 

by corrosion as a result of slower (as compared to the adjacent rock) dissolution (Photo V. 

Kiselov). 

Fig. 3.11. Corroded surface of a monocrystalline gypsum patch in the roof of a cave 

corridor (Stometrovka). 

Fig. 3.12. A typical stratified rhythmite in a gypsum mass. Kobylanskaya Prospekt. 

Fig. 3.13. Uncovered by corrosion gypsum-carbonate rhythmite in the wall of a the cave 

corridor (Photo B. Ridush). 

Fig. 3.14. Layer of Ratynian limestone covering gypsum. 

Fig. 3.15. Lithological changeability of sediments at the contact of gypsum and overlying 

them Ratynian limestones basing on observations in different parts of the cave. 

Fig. 3.16. Profile of over-gypsum sediments in the north-eastern wall of the quarry. 

Fig. 3.17. Part of the profile of over-gypsum sediments visible in a dome of a collapsing 

floor (Lunny Grotto). 

Fig. 3.18. Alluvia of the 3

rd

 terrace of the Prut valley uncovered in the quarry. 

Fig. 3.19. Landslide at the slope of the Pacak valley flowing over the cave (Photo B. 

Ridush). 

Fig. 3.20. Deformations of clayey over-gypsum sediments influenced by karst. 

Chapter 4 

Fig. 4.1. Map of Zoloushka Cave (Chernovcy Speleological Club). 

Fig. 4.2. Corridor in Centralny area (photo V. Kiselov). 

Fig. 4.3. Examples of corridors of Zoloushka Cave: A - corridor in the area of 

Chernovitskich Speleologov Chamber, Б - corridor in Metropoliten area (photo V. 

Kiselov). 

Fig. 4.4. Corridor in Perspectiv area (System D) (photo V. Kiselov). 

Fig. 4.5. Characteristic transversal cross-sections of the cave conditioned by the intensity 

of their corrosional opening and degree of filling by cave deposits. 

Fig. 4.6. Vystavochny Chamber adjacent to Chernovitskich Speleologov Chamber. In the 

cross-sections of corridors a cross-section of a "key hole" type is visible (photo S. 

Volkov). 

397 

Fig. 4.7. Examples of chambers developed at the crossings of cave corridors in Centralny 

and Zachodni-Anakonda areas. 

Fig. 4.8. Junction of corridors of cave upper horizon and development of canyon-like 

chamber in Colorado area. 

Fig. 4.9. Relation of corrosional forms of different size in the cave with 

speleomorphogenetic factors. 

Fig. 4.10. Example on imposed dome forms (kettles) of confined genesis in the cave roof 

(Photo S. Volkov). 

Fig. 4.11. A confined form - corrosional pipe below the floor of Ratynian limestone, 

uncovered during excavation works in the quarry (Photo S. Volkov). 

Fig. 4.12. Poligenetic fracturing of gypsum in the wall of Krivski quarry. 

Fig. 4.13. Isoline map of a length (A) and number of fissures cutting (Б) at 225 m

2

 of the 

surface of a cave area (according to A. Piechorkin, 1986). 

Fig. 4.14. Relation of the direction of tectonic fissures in Krivski quarry (A) and directions 

of cave corridors in Zoloushka Cave (Б). 

Fig. 4.15. Tectono-deriative geomethsation of primary polygonal system: 

1 - polygonal system of primary contraction fissures, 2 - "animation" by planetary-

rotational tectonic tensions of NW and NE elements of polygonal system and development 

of new tensions on these directions, jointing of elements of the same direction into larger 

fissures, development of new elements conditions by tectonics in tension areas, 3 - part 

of cave labyrinth developed along fissure system on Fig. 2, 4-5 possible methods of 

interpretation (basing on map 3) of initial fissuring: 4 - lithogenetic, 5 - tectonogenetic. 

жүктеу/скачать 15,58 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: