В средней части Уфимского амфитеатра в палеозойских карбонатных породах, широко распространены карстовые явления. Среди последних особенно интересна Шемахинская пещера, которая находится в Нязепетровском районе Челябинской области на правом берегу р. Шемахи. Последняя впадает справа в р. Уфу ниже пещеры. Пещера приурочена к массивным рифовым девонским известнякам, разбитым редкими, но крупными трещинами меридионального простирания. Вход в пещеру представляет вертикальную клинообразную трещину шириной до 15 м, разработанную выщелачиванием, эрозией и обрушениями. Вход располагается на уровне поверхности трехметровой террасы, от него к реке тянется русло, усеянное слабоокатанной щебенкой известняка Большую часть времени русло сухое, но весной по нему протекает изливающийся из пещеры поток. Пещера имеет форму трубчатой галереи, которая распадается на ряд коленообразно сопрягающихся друг с другом участков. Эти участки совпадают с тектоническими трещинами. Длина галереи около 500 м, а высота и ширина её колеблется от одного до нескольких метров. Дно галереи ровное и покрыто слоем красновато-желтой глины Число гротов и боковых ответвлений совершенно незначительно, и они приурочены почти исключительно к приустьевой части. На потолке небольших гротов зимой наблюдаются щетки ледяных кристаллов, а в одном из боковых ответвлений имеются известковые сталактиты и сталагмиты. В пещере имеется два озерка. Первое, глубиной до 7 м, расположено в 50 м от входа, в зимнее время оно покрыто льдом, в теплое же время лед растаивает, и озерко преграждает проход в глубь пещеры. Другое озерко расположено в конце галереи. Морфология галереи указывает, что если первоначально в ее образовании главную роль играли процессы выщелачивания, то дальнейшее расширение ее происходило за счет подземной эрозии, которая продолжается и сейчас. Характерно, что явления обрушения кровли и стенок наблюдаются только вблизи входа, где активно действуют процессы физического выветривания. Двухлетние стационарные наблюдения показали, что в гидрологическом отношении Шемахинская пещера представляет своеобразный периодически действующий источник. Зимой вода в пещере имеется только в озерках, причем в ближайшем озерке уровень льда располагается на 1—2 м ниже подошвы устья пещеры. Весной имеет место постепенное наполнение этого озерка водой, покрывающей лед, и последовательное распространение ее к устью пещеры. Достигнув последнего, вода начинает изливаться из пещеры по руслу в виде потока. Расход потока достигал 3000 л в секунду, через год 3500—4000. Такой сдвиг начала излива во времени и больший расход потока объясняется исключительно поздней весной и бурным снеготаянием. Через несколько дней после начала излива расход потока быстро снижался, и в конце мая излив воды из пещеры совершенно прекратился. Картина повторилась с той лишь разницей, что излив продолжался до середины июня. Питание этого периодически действующего источника происходит весной, главным образом, за счет поглощения поверхностных вод понором карстовой воронки. Эта воронка располагается в 350 м выше (по течению) устья пещеры у подошвы правого коренного склона долины р. Шемахи, и в нее с шумом уходит вода одного из рукавов р. Шемахи. После спада паводка рукав пересыхает. Максимальный расход потока, поглощаемого воронкой, достигал 1200—1500 л в секунду и постепенно снижался. Полное прекращение поглощения речной воды воронкой отмечено в конце июня, а в первой половине июля. Таким образом, оба года излив воды из пещеры закончился до прекращения поглощения речной воды воронкой. После окончания излива вода в пещере постепенно отступала в глубь галереи и к началу зимы достигла первого озерка. Вполне закономерно изменялась и температура пещерных вод. Перед началом излива она не превышала 0,5° С, а в период максимального излива повышалась до 1° С. Далее температура нарастала, достигнув в середине августа 3—3,5°. После этого наблюдалось её снижение, и, наконец, в середине ноября> озерко покрывается льдом. Температура воды, поступающей из реки в воронку, во время максимального поглощения превышала температуру пещерной воды лишь на десятые доли градуса, а затем быстро нарастала и к июню месяцу она достигала 8—12°. Пещерные воды являются типичными гидрокарбонатно-кальциевыми, и содержание других ионов в них ничтожное. В зимнее время содержание иона в пещерной воде составляло 240—265 мг/л. Весной минерализация быстро снижалась содержание иона составляло 50—60 мг/л Летом и осенью наблюдалось постепенное возрастание минерализации летом 120—130 мг/л иона, а осенью 140—160 мг/л. Следует отметить, что минерализация речных весенних вод, поглощаемых воронкой, совершенно незначительная — содержание иона не более 30—50 мг/л. Вполне закономерно изменялась и агрессивность пещерных вод. Зимой агрессивная углекислота в них или отсутствовала, или не превышала 1—2 мг/л. Весной агрессивность резко возрастала, и содержание агрессивной углекислоты достигало 20—40 мг/л. Летом и осенью агрессивность постепенно снижалась. Одновременно с изучением режима пещерных вод проводились стационарные наблюдения за имеющимися в районе многочисленными источниками, питающимися трещинно-карстовыми водами, и гидрогеологические наблюдения за режимом речных вод. Сопоставление полученных данных с режимом пещерных вод показывает:
1) весенний пик речного паводка, примерно, совпадал с пиком расхода потока, изливавшегося из пещеры;
2) наступление пиков весенних расходов источников запаздывало в сравнении с пиками речных и пещерных вод на 2—3 недели;
3) амплитуда сезонных изменений минерализации и агрессивности пещерных вод была в 2— 3 раза большей по сравнению с изменением этих свойств у воды источников.
Трещинно-карстовые воды, питающие остальные источники района, относятся к водам зоны полного насыщения. Воды же Шемахинской пещеры являются водами карстового потока, приуроченного к зоне аэрации. Местным и несовершенным водоупором для этих вод являются массивные рифовые известняк» и покрытое глиной дно пещеры. Так как излив воды из пещеры заканчивается до прекращения поглощения речных вод, то можно предполагать, что, помимо излива через устье пещеры, имеются и другие пути, по которым пещерные воды проникают вглубь к зоне полного насыщения. Такими путями могут быть отдельные трещины. Процессы выщелачивания приведут в дальнейшем к расширению этих трещин и осушению пещеры
Д.С. Соколов