ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ. элементы (благородные металлы). Минералы -

ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ.
Минералы - это природное химические соединения приблизительно однородные
по химическому составу и физическим свойствам, к ним так же относятся самородные
элементы (благородные металлы).
Минералы встречаются:
1.-в твердом состоянии;
2.-в жидком состоянии (ртуть; вода)
3.-в газообразном состоянии (углекислый газ, водород, метан);
Минералы могут образоваться в глубине земли (эндогенные) и на поверхности
земли (экзогенные).
Минералы бывают:
-магматического;
-метаморфического;
-осадочного происхождения.
Эндогенные минералы магматического происхождения, образуются в результате
физико-химических процессов, происходящей из верхней мантии или Земной коре.
Магма - это расплав-раствор горных пород, которое содержит большое
количество элементов (кислород, кремний, алюминий, кальций, магний, натрий,
калий, углерод, водород) и находятся в Земной коре и верхней мантии.
Магма, излившаяся на поверхность называется, лава.
Поднимаясь на поверхность, магма начинает застывать на различных глубине,
т.е. происходит дифференциация магмы (её разделение) на составные части по
плотности с образованием минералов.
Стадии образования минералов:
1.магматическая (минералы кристаллизуются при t 700 C°)
2.пегматитовая (t ниже 700 C° образуются крупно кристаллические минералы).
В основном это SiO.
3.пневматолито-гидротермальная (сначала минералы образуются из газов, а при
понижении t и переходе газов в жидкое состояние из водного раствора t 500С°)
4.гидротермальная – (минералы образуются из водного раствора t 400-100С°)
Экзогенные минералы образуются в результате выветривания, т.е. под
воздействием солнца, воздуха, воды, ветра, смены температуры, деятельность живых
организмов и химических процессов. Часть продуктов выветривания остается на
месте образования, а часть переносится текучими водами в крупных водоёмах. Там
происходит отложение новых (горных) пород и их отложения.
Метаморфические минералы
эндогенного происхождения образуются
в
результате глубокого преобразования раннее сформировавшихся минералов и горных
пород из-за изменения физико-химических условий (высоких температур, давления и
химических активных реагентов.) Эти преобразования могут происходить во время
движения Земной коры землетрясения и изливания магмы
Классификация минералов.
Минералы из которых состоят горные породы называется породообразующие
минералы которые входят в состав руд и являются полезными ископаемыми называются рудообразующие.
По химическому составу минералы делятся на классы:1)самородные;
2)сульфиды;
3)окислы;
4)галоиды;
5)карбонаты;
6)фосфаты;
7)апатиты;
8)силикаты (андезит, лабрадор)
9)минералы биопроисхождения.
Строение минералов в большинстве случаев кристаллическое, однако, среди них
встречаются аморфные. Кристаллические минералы отличаются заметно габитусом определёнными очертаниями (вытянутые пластинки, иголки), реже встречаются
кристаллы с четко выраженными геометрическими формами в виде многогранников:
тетраидов, гексайдоров, октайдоров, призм, пирамиды и др.
Диагностическими
признаками
минералов
являются
внешние
признаки
минералов, видимые невооруженным глазом. Наиболее существенными являются
такие признаки минералов, как строение, спайность, излом, твердость, блеск, цвет,
прозрачность и др.
Морфологические признаки
Габитус, один из признаков определяющие их строения и позволяющие
распознать многие из них.
Например:
у галита кристаллы в форме куба (гексайдоры),
у кальцита – ромбоэдра. Некоторые минералы можно определить только по
габитосу, горный кристалл образующие шестигранник, завещающие пирамиды.
Большинство
кристаллических
минералов обладают анизотропностью,
что
объясняется
кристаллических
решётки,
строением
в
которой
существует разница в расстояниях между
его узлами по различным направлениям.
Аморфные минералы всегда сложного
строения.
Характер строения.
В природе минералы могут встречаться в виде одиночных кристаллов и их
отростков.
Механические признаки минералов.
Спайность - способность минералов расщепляться или раскалываться при ударе
с образованием, чётко выраженных и ориентированных поверхностей (плоскостей
спайности), обусловлена их внутренней кристаллической решеткой, химической
структурой, силой сцепления в кристаллической решётке.
У минералов различаются следующие виды спайности :
1)весьма совершенная - минералы легко расщепляются с образованием одной
плоскости спайности (биотип);
2)совершенная - при легких ударах минералы раскалываясь, образуя три
плоскости спайности, и как правило дает правильное (иксайдоры);
3)средняя - минерал раскалывается на обломки, на которых обнаруживается 2
плоскости спайности (роговая обманка);
4)несовершенная - плоскости спайности обнаруживается с трудом, обломки в
основном ограничены поверхностями излома (апатит);
5)весьма несовершенная - спайность отсутствует все обломки минералов не
правильной формы (кварц-корунд)
Излом в отличие от спайности не имеет правильных ориентированных
блестящих поверхностей. При раскладывании или разламывании образуются
следующие виды излома: ступенчатый (полевые шпаты),
раковистый (кремний),
занозистый (роговая обманка),
волокнистый (асбест),
землистый (каолинит).
Твердость - способность минералов сопротивляться истиранию, каким- либо
предметом. Это свойство связано со строением кристаллической решётки минерала.
Анизотропные минералы направлению имеют разную твердость, изотропные
одинаковую.
Для оценки относительности твердости минералов используется Шкала Мосса.
Минеральные
Твердо
эталоны твердости
сть
Тальк
1.
Царапается мягким карандашом и легко чертиться ногтём
Гипс
2.
Чертиться ногтём
Кальцит
3.
Царапается латунной монетой
Флюорит
4.
Чертиться ножом
Апатит
5.
Полевой шпат
6.
Нож оставляет едва заметную царапину
Кварц
7.
Не царапается ножом
Топаз
8.
Режет стекло, но не царапает кварца
Корунд
9.
Царапает кварц
Алмаз
10.
Царапает кварц
Упрощенное испытание твердости минерала
Нож оставляет ясную царапину на минерале, а минерал
оставляет не ясную царапину на ноже
Физические и оптические свойства минералов:
Плотность - это физическое свойство минералов, которое определяется
отношение массы твёрдой составляющей к занимаемому его объему при полном его
заполнении. Выделяют:1.тяжелые минералы (ρ> 4 г/см³)
2.средние (ρ-от 2,5 до 4 г/см³)
3. легкие минералы (ρ<2,5 г/см³)
Цвет минерала - зависит от структурных особенностей и наличия красящих
элементов.
Цвет черты - определяется примесями, которые содержаться в минералах и
может отличаться от цвета минерал (минерал царапают по белой фарфоровой
пластинке).
Блеск - бывает металлический и неметаллический блеск.
Неметаллический блеск подразделяется на:
-стеклянный;
-жирный;
-перламутровый;
-шелковый;
-матовый;
-алмазный;
-восковый;
Прозрачность - это способность минерала поглощать, отражать или пропускать
световые лучи. Минералы бывают: 1.прозрачные
2.полупрозрачные (пропускают свет)
3.непрозрачные
Химические признаки
Растворимость в воде: 1) легкорастворимые;
2) среднерастворимые;
3) слаборастворимые;
4) нерастворимые;
5) при взаимодействии с водой корригируют.
Взаимодействие с соляной кислотой(HCL). Интенсивность реакции при
взаимодействии с кислотой проверяют при различных температурах и степени
измельчения минералов.
Магнитность.
Существует
очень
немного
минералов, которые обладают явно выраженными
магнитными
свойствами.
Минералы
со
слабыми
парамагнитными свойствами легко притягиваются
магнитом (бедные серой разности пирротина). Но
имеются
и
представляют
такие
минералы,
собой
магнит,
которые
т.
е.
сами
являются
ферромагнитными и притягивают к себе железные
опилки, булавки, гвозди. Таким свойством обладают магнетит, никелистое железо,
некоторые разности ферроплатины. Наконец, известны диамагнитные минералы,
отталкивающиеся магнитом (самородный висмут). Испытание на магнитность
производится при помощи свободно вращающейся магнитной стрелки, к концам
которой подносится испытуемый образец
Вкус - признак, характерный для легкорастворимых минералов.
Дегидратация (обезвоживание)
Запах - это свойство проявляется при трении, ударе или горении.
Люминесценция (свечение) - минералов может происходить под влиянием
различных факторов: при нагревании (например, у флюорита), под влиянием
давления, изредка при растворении (а также при кристаллизации некоторых
соединений), наконец, при облучении ультрафиолетовыми, катодными и другими
коротковолновыми лучами.
Явление люминесценции наблюдается в темноте. Минералы, обладающие этим
свойством, под влиянием облучения начинают светиться и кажутся окрашенными в те
или иные цвета. Этим путем чрезвычайно легко удается установить в породе
вкрапления таких минералов, которые не так легко бывает уловить на глаз; например,
таких важных, как шеелит (CaWO4), сильно светящийся под лучами ртутной
кварцевой лампы красивыми голубыми (реже зеленоватыми) тонами, легко
отличающими его от других минералов, затем алмаз, флюоресцирующий бледноголубым или желтовато-зеленым цветом, флюорит (CaF2) - яркими синими тонами и
др. Очень эффектны свечения минералов, содержащих уран, битумов различного
состава и пр.
Интересно также, что один и тот же минерал, но из разных месторождений, дает
не одинаковые окраски свечения (например, карбонат кальция). Причины этого
явления с достоверностью пока не установлены.
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ.
Горные породы – это природные агрегаты (совокупность) более или менее
однородного состава, образовавшихся в результате геологических процессов и
слагающие Земной коры.
По происхождению делятся на: - магматические;
- осадочные;
- метаморфические;
Основными характеристиками горных пород являются:
1)структура (это особенности внутреннего строения горных пород)
2)текстура (внешнее строение, т.е. размер и размещение зерен)
3)цвет
4)минеральный состав - породообразующие и второстепенные минералы
(акцессорные менее 5%)
Магматические горные породы.
По условиям образования подразделяются:
1)интрузивные (глубинные)
2)эффузивные (вулканические и излившиеся)
Интрузивные горные породы застывают на большой глубине в условиях
больших t ° и давления и поэтому имеют равнозернистую текстуру.
Эффузивные породы из-за быстрого остывания не успевают полностью
кристаллизироваться по этому имеют:1)Стекловатую текстуру
2)Неполнокристалическую текстуру
3)Мелкозернистую текстуру
4)Тонкокозернистую
текстуру
(афонитовая)
(скрытозернистая)
5)Неравномернозернистую текстуру
Эффузивные горные породы, проходя 2-е стадии кристаллизации.
1.Во время подъёма силикатного расплава
2.На поверхности (т.е. после изливания)
Текстура магматических пород:1)массивная
2)пятнистые
3)пузырчатые
4)миндалекаменная
5)флюидальная
6)полосчатую текстуру
Магматические горные породы делаться:1)Кислые горные породы(Sio=65-75%)
2)средние горные породы(Sio=52-65%)
3)основные (от 40-52%)
4)ультраосновные (менее 40%).
Кислые породы - характеризуются светлой окраской, наличием видимых
минералов кварца (дацит, липарит, гранит, гранит-парфир).
Средние породы - характеризуются серой окраской отсутствием или малым
содержанием кварца (сиениты, диориты, андезиты).
Основные породы - характеризуются темным цветом, отсутствием кварца
(базальты, диабазы, габбро).
Ультраосновные – всегда интрузивны, цвет черный или темно зеленый (дуниты,
пероксиниты, кимберлиты).
Формы залегания горных пород
интрузивные
эффузивные
1.баталиты
покровные
2. лакколиты
вулканические конусы
3.штоки
потоки
4.дайка
некки
соммы
С
связаны
магматическими
породами
место
полезных
рождения
ископаемых.
1.самородные минералы
2.черные и цветные металлы
3.редкие и радиоактивные элементы
4.нерудные полезные ископаемые
Осадочные горные породы
Процесс образования.
1.разрушение
2.перенос
3.отложение (совокупность процессов накопления рыхлых материалов в
понижениях).
4.диаганез
Классификация осадочных горных пород.
1.обломочные
2.глинистые
3.породы химического происхождения
4. породы органического происхождения
Структура осадочных пород:1.крупнозернистые
2.среднезернистые
3.мелкозернистые
4.алевритовая
5.ровнозернистая
6.разнозернистая
7.оолитовая
8.слоистая
9.беспорядочная
10.волокнистая
11.игольчатая
Формы залегания осадочных пород:1.пласт
2.линза
3.клиневание.
По месту диагенеза осадочные горные породы могут быть
1.морскими
2.континентальными
Обломочные
горные
породы
образуются
в
результате
механического
разрушения первичных горных пород. Могут быть:
1.окатанными
1. сцементированные
2.неокатанными.
2. несцементированные (рыхлые)
Порода химического и органического происхождения
По химическому и органическому происхождению породы распределяются на
группы:
1)карбонатные (известняк, мел, мергель).
2)кремнистые (опока, диадомин).
3)сернокислые (гипс, ангедрит).
4)галиты (соль, сальвенит).
5)фосфаты
6)углеродистые (торф, угли, антрацит)
7)железистые (рудные минералы).
Метаморфические горные породы.
Эти горные породы образуются из осадочных и магматических горных пород,
которые попали в глубокие зоны Земной коры, либо под влияние горячих водных
растворов и магмы.
В зависимости от характера и масштаба разделяются на 3 вида метаморфизма:
1.региональный - (большая площадь изменения горных пород) - происходит в
результате масштабного изливания большого количества вулканов, и приводят к
образованию кварцита, глинистых и кристаллических сланцев.
2.динамометаморфизм - (породы образуются в результате высокого давления,
при погружении пород из-за землетрясений и движений Земной коры). Образуется
метаморфические миломорфиты.
3.контактный метаморфизм - (не большой по площади), связан с изливанием
магмы из одиноко стоящих вулканов. Образуются роговики, мраморы, скарны.
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД И
ГРУНТОВ
Горные породы обличаются исключительным разнообразием. Число лишь
наиболее важных разновидностей горных пород превышает несколько тысяч. Вместе с
тем во многих случаях различные горные породы с инженерно-геологической точки
зрения обладают более или менее сходными или общими свойствами. В самом деле, в
инженерно-геологическом смысле нет существенной разницы между, например,
гранитом и диоритом. В здоровом невыветренном состоянии обе эти породы могут
служить прекрасным основанием под самые тяжелые сооружения. Это обстоятельство
исключает необходимость детального здесь рассмотрения всего многообразия горных
пород и грунтов.
Указанные положения позволяют сгруппировать горные породы и грунты по их
основным инженерно-геологическим признакам в некоторые определенные категории,
т. е., иначе говоря, классифицировать их.
При. первом даже визуальном ознакомлении с горными породами становится
очевидным, что эти породы во многих случаях резко различаются по прочности,
обусловленной характером и силой связи между слагающими их минералами и
частицами. В песках, например, эти внутренние связи отсутствуют, что позволяет
выделить целый класс сыпучих (зернистых) пород (песок, гравий, щебень и др.).
Внутренние связи между частицами пород резко различаются по своей природе
и проявлению. Скальные породы характеризуются жесткими связями структурного
сцепления сс необратимого характера, придающими породам свойства твердых тел и
в большинстве случаев повышенную прочность. В отличие от скальных пород
прочность глинистых грунтов обусловливается молекулярными связями водноколлоидной природы. По интенсивности своего проявления эти связи в большей
степени зависят от влажности и плотности грунтов и носят обратимый характер. Как
мы знаем, этот вид внутренних связей, столь характерный для глинистых грунтов,
именуется
связностью.
Кроме
того
имеется
значительный
ряд
пород,
характеризующихся особыми свойствами.
Все эти обстоятельства позволяют при составлении инженерно-геологической
классификации выделить четыре основных класса горных пород и грунтов:
I— породы с превалирующей ролью ж е с т к и х с т р у к т у р н ы х с в я з е й
(скальные);
II— породы с внутренними связями в о д н о - к о л л о и д н о й п р и р о д ы
(глинистые грунты);
III— породы без внутренних связей (сыпучие или зернистые грунты);
IV— породы, отличающиеся по своим связям о с о б ы м и с в о й с т в а м и
(класс особых пород).
Детализация горных пород в пределах каждого класса осуществляется по
принципу их отношения к воде. Таким образом, в классификациях возникают
категории в о д о с т о й к и х и в о д о н е с т о й к и х п о р о д .
Водостойкость скальных и сыпучих (I и III класса) пород определяется их
стойкостью против растворения (выщелачивания).
Степень гидростойкости глинистых пород (II класс) определяется их большей
или меньшей способностью размягчаться в воде.
Породы I, II и III класса в пределах своих двух категорий (водостойких и
водонестойких) подразделяются на соответствующие группы.
Породы I класса подразделяются на группы по генетическому признаку, т. е. по
происхождению,
обусловливающему
особые
формы
их
выветривания
(для
водоустойчивых пород) и выщелачивания (для водонестойких пород).
Отнесение ко II классу таких пород, как аргиллиты, алевролиты и т. д.,
оправдывается их глинистой природой, некоторой способностью уплотняться под
нагрузкой, увеличивая при этом сопротивляемость сдвигу, и отчасти размягчаться в
воде.
Целесообразность подразделения на группы сыпучих (зернистых) пород (III
класса) по крупности определяется различной устойчивостью таких пород в
водонасыщенном состоянии под гидродинамическим и динамическим воздействием.
Принадлежность определенной породы к тому или иному классу в общих
чертах определяет ее инженерно-геологические свойства.
П о р о д ы I к л а с с а (скальные) отличаются повышенной прочностью и
практически нулевой сжимаемостью, способны держать высокие вертикальные
откосы. В общем случае устойчивость их в откосах определяется в первую очередь
степенью выветрелости породы и характером ее трещиноватости. В массиве они
практически водонепроницаемы. Их фильтрационная способность и водоносность
определяется степенью расчленения толщи трещинами и наличием в ней всякого рода
пустот, каверн и т. д.
П о р о д ы II к л а с с а (глинистые) по своей прочности зависят от влажности,
причем породы I категории (водостойкие, сцементированные) в меньшей степени, а
породы II категории (водонестойкие) самым прямым образом. Сжимаемость пород II
категории возрастает по мере ослабления консистенции и при пластичной
консистенции оказывается достаточно высокой.
Устойчивость в откосах пород I категории, а также твердых и полутвердых
пород
II
категории
в
большей
степени
зависит
от
их
трещиноватости.
Водопроницаемость и водоносность пород I категории, а также пород твердой и
полутвердой
консистенции
II
категории
также
определяется
степенью
их
трещиноватости. Прочие породы II класса практически водонепроницаемы.
Породы
III
класса
(сыпучие
или
зернистые)
характеризуются
отсутствием сколько-нибудь прочных связей между зернами. Их устойчивость
определяется силами внутреннего трения, т. е. при прочих равных условиях
величиной нормальной нагрузки. Уплотняемость под статической нагрузкой
ничтожна, а под динамической может быть весьма значительной и определяться
в первую очередь начальной плотностью породы и интенсивностью сотрясений.
При
определенных
тонкозернистые
условиях
разности
взвешивания
песков
способны
водой,
терять
мелкозернистые
свою
и
устойчивость,
разжижаться и оплывать в откосах.
П о р о д ы IV к л а с с а (особые породы) характеризуются специальными
свойствами, подлежащими рассмотрению в каждом частном случае с учетом
условий их работы, назначения и типа проектируемых сооружений. К этому
классу мы относим вечномерзлые породы. При этом следует учесть, что их надо
рассматривать
лишь
как
породы,
находящиеся
в
особом
(мерзлотном)
состоянии.
Само собой разумеется, что дальнейшее развитие классификации пород,
которое в принципе не должно иметь предела, может выполня ться каждый раз в
особом, отвечающем задаче направлении. Так, детализация глинистых пород по
их сопротивляемости сдвигу могла бы потребовать их дальнейшего членения на
известные
уже
разновидности:
жесткие
глины
—
скрытопластичные
(псевдопластичные) и пластичные. Однако подобная детализация в стремлении
создать единую классификацию, способную оказаться исчерпывающей для всех
случаев нашего анализа, привела бы к излишней ее громоздкости.
ГИДРОГЕОЛОГИЯ
Все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности Земли в горных породах
в газообразном, жидком и твёрдом состояниях, называются подземными водами.
Подземные воды составляют часть гидросферы – водной оболочки земного
шара. Они встречаются а буровых скважинах на глубине до нескольких километров.
Подземные воды могут существовать до глубины 60 км.
Приблизительные подсчёты запасов пресной воды в недрах Земли до глубины
16 километров дают величину 400 миллионов кубических километров, т.е. около 1/3
вод Мирового океана.
Общая гидрогеология изучает происхождение подземных вод, их физические и
химические свойства, взаимодействие с вмещающими горными породами.
Динамика подземных вод изучает движение подземных вод под влиянием
естественных и искусственных факторов, разрабатывает методы количественной
оценки производительности эксплуатационных скважин и запасов подземных вод.
Учение
о
режиме и балансе
подземных
вод
рассматривает
изменения
в
подземных водах (их
уровне, температуре,
химическом составе,
условиях питания и
движения), которые
происходят под воздействием различных природных факторов (атмосферных осадков,
и условиях их инфильтрации, испарения, температуры и влажности воздуха и
почвенного слоя, влияния режимов поверхностных водоемов, рек, техногенной
деятельности человека).
Таблица 1
Наименование показателя
1.
Испарения с океана
2.
Испарения с суши
Объем
447,9 тыс. км3
70,7 тыс. км3
3.
суммарное испарение
4.
Осадки на поверхность океана
411,6 тыс. км3
5.
Осадки на поверхность суши
107,0 тыс. км3
6.
Суммарные осадки
7.
Сток рек и подземных вод
518,6 тыс. км3
518,6 тыс. км3
36,3 тыс. км3
Замкнутый процесс обмена между атмосферой и земной поверхностью
называется круговоротом воды в природе.
Таким образом, водность рек, используемых в народном хозяйстве в качестве
источников воды, связана с влагооборотом Земли и зависит от распределения воды
между отдельными элементами круговорота воды в природе.
Происхождение подземных вод Подземные воды формируются в основном из
вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся
вод (инфильтрующих) в землю на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и
водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, прогоняемой
таким образом в почву, составляет 15-20 % общего количества атмосферных осадков.
Проникновение вод в грунты (водопроницаемость), слагающих земную кору,
зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости
грунты делятся на три основные группы:
водопроницаемые,
полупроницаемые
водонепроницаемые или водоупорные.
К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник,
гравий, пески, трещиноватые породы и т.д. К водонепроницаемым породам –
массивно - кристаллические породы (гранит, мрамор), имеющие минимальную
впитывать в себя влагу, и глины. Последние, пропитавшись водой, в дальнейшем ее не
пропускают. К породам полупроницаемым относятся глинистые пески, рыхлые
песчаники, рыхловатые мергели и т.п.
Подземные воды в земной коре распределены в двух этажах. Нижний этаж,
сложенный плотными магматическими и метаморфическими породами, содержит
ограниченное количество воды. Основная масса воды находится в верхнем слое
осадочных пород. В нем по характеру водообмена с поверхностными водами
выделяют три зоны: зону свободного водообмена (верхнюю), зону замедленного
водообмена (среднюю) и зону весьма замедленного водообмена (нижнюю). Воды
верхней зоны обычно пресные и служат для питьевого, хозяйственного и
технического водоснабжения. В средней зоне располагаются минеральные воды
различного
состава.
Это
–
древние
воды.
В
нижней
зоне
находятся
высокоминерализованные рассолы. Из них добывают бром, йод и другие вещества.
Подземные воды образуются различными способами. Один из основных
способов образования подземной воды – просачивание, или инфильтрация,
атмосферных осадков и поверхностных вод (озёр, рек, морей и т.д.). По этой теории,
просачивающаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается на нём,
насыщая породы пористого и пористо-трещинноватого характера. Таким образом
возникают водоносные слои, или горизонты подземных вод. Поверхность грунтовых
вод, называется зеркалом грунтовых вод. Расстояние от зеркала грунтовых вод до
водоупора называют мощностью водоупорного слоя.
Количество воды, просочившийся в грунт, зависит не только от его физических
свойств, но и от количества атмосферных осадков, наклона местности к горизонту,
растительного покрова и др. При этом длительный моросящий дождь создает лучшие
условия для просачивания, чем обильный ливень, так как чем интенсивнее осадки, тем
с большей скоростью выпавшая вода стекает по поверхности почвы.
Крутые склоны местности увеличивают поверхностный сток и уменьшают
просачивание атмосферных осадков в грунт; пологие, наоборот, увеличивают их
просачивание. Растительный покров (лес) увеличивает испарение выпавшей влаги и в
то же время усиливает выпадение осадков. Задерживая поверхностный сток, он
способствует просачиванию влаги в грунт.
Другой путь образования подземных вод – за счёт конденсации водяных паров
в горных породах. В тёплое время года упругость водяного пара в воздухе больше,
чем в почвенном слое и нижележащих горных породах. Поэтому водяные пары
атмосферы непрерывно поступают в почву и опускаются до слоя постоянных
температур, расположенного на разных глубинах – от одного до нескольких десятков
метров от поверхности земли. В этом слое движение паров воздуха прекращается в
связи с увеличением упругости водяных паров при повышении температуры в глубине
Земли. Вследствие этого возникает встречный поток водяных паров из глубины Земли
вверх – к слою постоянных температур. А в зоне постоянных температур в результате
столкновения
двух
потоков
водяных
паров
происходит
их
конденсация
с
образованием подземной воды. Такая конденсационная вода имеет большое значение в
пустынях, полупустынях и сухих степях. В знойные периоды года она является
единственным источником влаги для растительности. Таким же способом возникли
основные запасы подземной воды в горных районах Западной Сибири.
Оба способа образования подземных вод – путём инфильтрации и за счёт
конденсации водяных паров атмосферы в породах – главные пути накопления
подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды иногда называются
вандозными водами (от лат. "vadare" – идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги
атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.
Седиментационные
воды
формируются
в
процессе
геологического
осадкообразования и обычно представляют собой измененные захороненные воды
морского происхождения — хлоридно-натриевые, хлоридно-кальциево-натриевые и
др. К ним же относятся погребённые рассолы солеродных бассейнов, а также
ультрапресные воды песчаных линз в моренных отложениях.
Воды, образующиеся из магмы при её кристаллизации и вулканическом
метаморфизме горных пород, называются магматогенными, или ювенильными.
Многие выходы этих вод в районах современной или недавней вулканической
активности
характеризуются
повышенной
температурой
и
значительной
концентрацией солей и летучих компонентов. Они образовались из газообразных
продуктов,
в
изобилии
выделяющихся
при
вулканической
активности
и
дифференциации магматической лавы.
Классификация подземных вод. По условиям движения в водоносных слоях
различают подземные воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и
галечниковых) слоях и в трещиноватых скальных породах.
Подземные воды, перемещающиеся под влиянием силы тяжести, называются
гравитационными, или свободными, в отличие от вод, связанных, удерживаемых
молекулярными
силами,
—
гигроскопических,
плёночных,
капиллярных
и
кристаллизационных.
В зависимости от характера пустот водовмещающих пород подземные воды
делятся на:

поровые — в песках, галечниках и др. обломочных породах;

трещинные (жильные) — в скальных породах (гранитах, песчаниках);

карстовые (трещинно-карстовые) — в растворимых породах (известняках,
доломитах, гипсах и др.).
По условиям залегания выделяют три типа подземных вод: верховодку,
грунтовые и напорные (артезианские).
Верховодкой называются подземные воды, залегающие вблизи поверхности
земли и отличающиеся непостоянством распространения. Обычно верховодка
приурочена к линзам водоупорных или слабо проницаемых горных пород,
перекрываемых водопроницаемыми толщами.
Верховодка занимает ограниченные территории, это явление – временное, и
происходит оно в период достаточного увлажнения; в засушливое время года
верховодка исчезает. Верховодка относится к первому от поверхности земли
водоупорному пласту. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи
поверхности
или
выходит
на
поверхность, в дождливые сезоны
развивается заболачивание.
К
верховодке
нередко
относят почвенные воды, или
воды
почвенного
слоя.
Почвенные воды представлены
почти
связанной
водой.
Капельно-жидкая вода в почвах
присутствует только в период
избыточного увлажнения.
Грунтовыми
называются
воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. Обычно они
относятся к водонепроницаемому пласту и характеризуются более или менее
постоянным притоком воды. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых
пористых породах, так и в твёрдых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых
вод представляет собой неровную поверхность, повторяющую, как правило,
неровности рельефа в сглаженной форме: на возвышенностях он ниже, в пониженных
местах – выше.
Грунтовые воды перемещаются в сторону понижения рельефа. Уровень
грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям - на него влияют различные
факторы: количество и качество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие
растительного покрова, хозяйственная деятельность человека и многое другое.
Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям. Так, во время
весеннего половодья и паводков уровень воды в реке, поднимаясь выше уровня
речного потока, направленного к реке, вызывает отток воды из нее и подъем уровня
грунтовых вод. Это снижает высоту уровня весенних половодий. На спаде грунтовые
воды начинают питать реку, и уровень грунтовых вод понижается.
Грунтовые воды, накапливающиеся в аллювиальных отложениях – один из
источников водоснабжения. Они используются как питьевая вода, для полива.
Выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.
Напорными называют такие воды, которые находятся в водоносном слое,
заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое
давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на
поверхность. Область питания у артезианских вод обычно лежит выше области стока
воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Если в центре такой чаши
заложить артезианскую скважину, то вода из нее будет вытекать в виде фонтана по
закону сообщающихся сосудов.
Размеры артезианских бассейнов бывают весьма значительными – до сотен и
даже тысячи километров. Области питания таких бассейнов зачастую значительно
удалены от мест извлечения воды. Так, воду, выпавшую в виде осадков на территории
Германии и Польши, получают в артезианских скважинах, пробуренных в Москве; в
некоторых оазисах Сахары получают воду, выпавшую в виде осадков над Европой.
Артезианские воды характеризуются постоянством воды и хорошим качеством,
что немаловажно для её практического использования.
Питание рек подземными водами. Подземные воды служат надежным
источником питания рек. Они действуют круглый год и обеспечивают питание рек в
зимнюю и летнюю межень (низкие уровни стояния горизонта воды), когда
поверхностный
сток
отсутствует.
При
сильно
замедленных скоростях
движения
грунтовых
вод, по сравнению с
поверхностными,
подземные
воды
речном
выступают
в
стоке
как
регулирующий фактор.
Также, при сильно замедленных или небольших скоростях движения грунтовых
вод, на реках Крайнего Севера при низких температурах воздуха, наблюдается
перемерзание (полное или частичное) реки, и тогда вода заходит с подпорной части
того водоема, в которую впадает река ( р. Яна: в период полного перемерзания реки в
русло заходит соленая вода из Северного Ледовитого океана).
Четыре типа питания рек подземными водами:
1.
Питание грунтовыми водами, гидравлически не связанными с рекой;
2.
Питание грунтовыми водами, гидравлически связанными с рекой;
3.
Смешанное грунтовое питание (1+2);
4.
Смешанное грунтовое и артезианское питание
Расчёты подземного стока
обычно обобщаются в виде карт
подземного
питания,
коэффициентов
и
модулей
подземного стока, отражающих
естественные ресурсы различных
видов подземных вод, развитых в
пределах
малых
и
средних
речных бассейнов и их отдельных районов и участков.
Основные проблемы использования и защиты подземных вод. В силу своего
местонахождения подземные воды лучше защищены от внешних воздействий, чем
поверхностные, однако имеются серьёзные симптомы неблагоприятного изменения
режима подземных вод на больших площадях и в широком диапазоне глубин. К ним
относятся: истощение и понижение уровня подземных вод из-за чрезмерного отбора;
внедрение на побережье морских солёных вод; образование депрессионных воронок и
другие.
Большую
опасность
представляет
подземных
загрязнение
вод.
Можно
выделить два типа загрязнений
–бактериальное и химическое.
В определённых условиях
в водоносные горизонты могут
проникать
сточные
и
техногенные
промышленные
воды.
При
водохранилищ
создании
в
результате
подпора происходит повышение
уровня грунтовых вод. Положительным следствием такого изменения режима
является увеличение их ресурсов в прибрежной зоне водохранилища; отрицательными
– подтопление прибрежной зоны, что вызывает заболачивание территории, а так же
засоление почв и грунтовых вод вследствие повышенного их испарения при
неглубоком залегании.
Ввиду небольших паводковых явлений (или вообще их отсутствия) на
зарегулированных реках паводочное питание подземных вод значительно уменьшено.
Скорости течения на таких реках снижаются, что способствует заилению русла;
поэтому взаимосвязь речных и подземных вод затруднена.
В определённых условиях отбор подземных вод может оказать существенное
влияние на качество поверхностных вод. В первую очередь это относится к
промышленной эксплуатации и сбросу минерализованных вод, сбросу шахтных и
попутных
нефтяных
вод.
Поэтому
должно
предусматриваться
комплексное
использование и регулирование ресурсов поверхностных и подземных вод.
Примерами такого подхода могут служить использование подземных вод для
орошения в маловодные годы, а так же искусственное восполнение запасов
подземных вод и сооружение подземных водохранилищ.
ГЕЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Геологический процесс - это процессы, которые происходят на поверхности и в
недрах Земли, изменяют ее состав, структуру, рельеф и глубинное строение.
Процессы бывают:
1) эндогенные
2) экзогенные
Эндогенные – связаны с внутренним теплом Земли, вращением Земли,
радиоактивным распадом элементов и приводят к образованию главных элементов
рельефа Земли.
Экзогенные – процессы связаны с силой тяжести, солнечной радиацией,
жизнедеятельностью организмов и проявляются в разрушении горных пород под
воздействием температуры, растворения, окисления.
Процесс разрушения, переноса и перемещения называется - денудацией.
Процесс накопления перенесенных остатков называется - аккумуляцией
Эоловый процесс
Эол (греч.) – бог ветра.
Эоловый процесс связан
с деятельностью ветра.
Процесс
обтачивания,
шлифования
горных
переносимыми
частицами
пород
ветром
называется
-
корразией.
Дефляция (выдувание)это процесс переноски ветром
разрушенных горных пород с
образованием углублений и
ниш.
Породы образующиеся
благодаря
ветру
-
пески,
лёссы.
Выветривание
Экзогенные
процессы
начинаются с подготовки горных пород к переносу, с их разрушения. Горные породы,
залегающие на поверхности или близ нее, подвергаются воздействию солнечных
лучей, воды, воздуха, организмов. Из-за неравномерного нагревания порода
растрескивается; особенно способствует этому замерзание воды, попавшей в
трещины. Вода — хороший растворитель для многих веществ, и в верхних слоях
горных пород, особенно при высокой температуре, происходят, обычно с участием
атмосферного воздуха, химические реакции окисления, замещения, реже —
восстановления. Корни растений способствуют расширению щелей между частицами
породы и проникновению туда воды и воздуха, а вещества, выделяемые животными и
растениями, участвуют в химических реакциях. Все эти процессы разрушения и
изменения приповерхностных пород называются выветриванием. Выветривание
можно охарактеризовать двумя способами:
1) выветривание — это совокупность сложных процессов качественного и
количественного преобразования горных пород и слагающих их минералов,
приводящий к образованию почвы;
2) выветривание — это разрушение пород на земной поверхности и их
превращение в продукты, которые являются более устойчивыми в новых физикохимических условиях.
Горные породы, слагающие земную кору, подвергаются денудации в результате
их предварительного выветривания. Этот процесс приводит к появлению рыхлых
(дисперсных) новообразований зоны гипергенеза, существенно отличных по своим
физическим свойствам от исходных коренных пород.
Многие породы первоначально образовывались при высоких давлениях и
температурах и при отсутствии воды и воздуха. Продукты выветривания могут сильно
различаться по составу, и даже те из них, которые при одних условиях являются
устойчивыми, при изменении условий могут стать неустойчивыми.
Ученые выделили четыре стадии выветривания, характеризующие единый
протекающий во времени непрерывный процесс гипергенеза. Гипергенез — это
процесс химического и физического преобразования минерального вещества в
верхней части земной коры и на ее поверхности под воздействием атмосферы,
гидросферы и живых организмов при низких температурах.
Первая
физических
стадия
выветривания
характеризуется
факторов
выветривания
с
образованием
преобладающей
ролью
крупнообломочных
и
мелкозернистых продуктов механического распада массивных горных пород. В
условиях сурового климата и активной денудации современное выветривание нередко
ограничивается этой первой стадией.
Вторая стадия характеризуется щелочной реакцией среды за счет извлечения в
раствор оснований при гидролизе минералов. На этой стадии образуются вторичные
минералы в результате окисления, гидратации, гидролиза и карбонатизации
первичных
минералов.
Среди
вторичных
алюмосиликатов
на
этой
стадии
преобладают минералы группы монтмориллонита и нонтронита. При относительном
избытке в породах кальция в продуктах выветривания происходит накопление
карбоната кальция, нередко образующего корку на обломках массивных пород.
Ученые именует эту стадию “обызвесткованной” или насыщенной сиаллитной корой
выветривания”. Наибольшее распространение она имеет в условиях умеренного
климата при выветривании изверженных и метаморфических пород. В горных
районах современные рыхлые образования на склонах часто относятся именно к этому
типу.
Третья стадия остаточной ненасыщенной сиаллитной коры выветривания. Она
характеризуется дальнейшим выносом из продуктов выветривания щелочных и
щелочноземельных элементов, вследствие чего реакция среды становится кислой. В
этой обстановке среди вторичных алюмосиликатов преобладают галлуазит и
каолинит. Развитие этой стадии выветривания имеет место в условиях замедленной
денудации и относительно более обильного увлажнения.
В четвертой стадии образуется остаточная аллитная кора выветривания,
характеризуемая накоплением окислов кремния, железа и алюминия. Развитие ее
определяется сочетанием активного химического выветривания с замедленной
денудацией в условиях жаркого и влажного климата.
Термин “выветривание” не отражает всей сложности процесса, тем более что
ветер в данном процессе не играет вообще никакой роли. Но при этом, данное
определение широко распространено в геологической, географической, почвенной
литературе. «Выветривание» — неудачно трансформированное на русский язык
немецкое слово die Verwitterung, которое в свою очередь происходит от слова das
Wetter. В переводе на русский язык это слово означает погода, а вовсе не ветер. В
качестве синонима употребляется термин “гипергенез”, введенный в 1922г. А.Е.
Ферсманом. Многие ученые так и считают, что термин «гипергенез» более
правильный и в своих работах используют именно его.
В едином и сложном процессе выветривания условно выделяются две основные
взаимосвязанные формы:
1)
физическое
выветривание;
В
результате
образуется
коллювий
(
щебень,песок).
2) химическое выветривание, приводит к образованию почвы.
Иногда выделяют еще органическое выветривание или биогенное выветривание.
Однако роль организмов и их воздействие на горные породы сводятся или к
механическому
разрушению,
или
химическому
разложению.
Следовательно,
органическое выветривание включается в условно выделенные две формы единого
процесса.
1. Физическое выветривание
Физическое выветривание — это механическое измельчение горных пород без
изменения их химического строения и состава. Оно начинается на поверхности
горных пород, в местах контакта с внешней средой, и его действие проявляется в
механическом разрушении коренных горных пород под воздействием солнечной
энергии, атмосферы и воды.
Физическое
выветривание
вызывается
разнообразными
факторами.
В
зависимости от природы воздействующего фактора характер разрушения горных
пород при физическом выветривании различен. В одних случаях процесс разрушения
происходит внутри самой горной породы без участия внешнего механически
действующего агента. Сюда относится изменение объема составных частей породы,
вызываемое
колебанием
температуры.
Такое
явление
может
быть
названо
температурным выветриванием. В других случаях горные породы разрушаются под
механическим воздействием посторонних агентов. Такой процесс может быть условно
назван механическим выветриванием. [2, стр.21-35]
Температурное выветривание происходит под воздействием суточных и
сезонных колебаний температуры, вызывающих неравномерное нагревание и
охлаждение горных пород. При этом минеральные зерна, слагающие горные породы,
испытывают то расширение, при повышении температуры, то сжатие, при ее
понижении. Таким образом, в горных породах попеременно возникают сжимающие и
растягивающие усилия. Расширение и сжатие пород более интенсивно сказываются в
самой приповерхностной части пород. Наибольшему разрушению в результате
температурного выветривания подвержены полиминеральные горные породы, такие,
как граниты, габбро, гнейсы и др. Различные минералы, из которых состоят такие
породы, обладают неодинаковым коэффициентом объемного расширения, поэтому
при изменении температуры они испытывают деформации в различной степени. К
тому же коэффициент линейного расширения даже у одного и того же минерала
меняется в зависимости от направления в кристалле (проявление анизотропии).
В результате длительного воздействия колебаний температуры и различных
коэффициентов расширения минералов взаимное сцепление отдельных минеральных
зерен в горной породе нарушается, она растрескивается и распадается на отдельные
обломки. На интенсивность температурного выветривания влияют также окраска
горной породы и размеры слагающих ее минеральных зерен. Известно, что под
влиянием
солнечных
лучей
(инсоляции)
значительно
сильней
нагреваются
темноцветные минералы. Вследствие этого быстрее разрушаются темноокрашенные, а
также, крупнозернистые горные породы.
Температурное выветривание наиболее интенсивно протекает в областях,
характеризующихся резкими контрастами температур, особенно суточных, сухостью
воздуха и отсутствием или слабым развитием растительного покрова, смягчающего
температурное воздействие на почвы и горные породы. Особенно интенсивно
температурное выветривание в пустынях, где количество выпадающих атмосферных
осадков не превышает 200—250 мм/год, малая облачность, суточные колебания
температуры нередко достигают 40—50С, очень большой дефицит влажности.
Относительная влажность летом может снижаться до 10%, а иногда и ниже. В этих
условиях горные породы под действием солнечных лучей сильно нагреваются до
температур,
значительно
превышающих
температуру
воздуха
(особенно
темноцветные минералы), ночью же сильно охлаждаются. Именно в пустынях
особенно ярко выражен процесс шелушения, или десквамации, при котором от
поверхности горных пород отслаиваются чешуи или толстые пластины, параллельные
поверхности породы.
Температурное выветривание интенсивно протекает также на вершинах и
склонах гор, не покрытых снегом и льдом, где воздух прозрачнее и инсоляция
значительно сильнее, чем в прилежащих низменностях. В ряде случаев температура
воздуха днем здесь может достигать +20 - +30°С, а ночью падает почти до точки
замерзания.
Результат морозного выветривания
Механическое выветривание происходит под механическим воздействием
посторонних агентов. Особенно большое разрушительное действие оказывает
замерзание воды. Когда вода попадает в трещины и поры горных пород, а потом
замерзает, она увеличивается в объеме на 9—10%, производя при этом огромное
давление. Такая сила преодолевает сопротивление горных пород на разрыв, и они
раскалываются на отдельные обломки. Наиболее интенсивное расклинивающее
действие производит замерзающая вода в трещинах горных пород. Но под влиянием
замерзающей воды легко дробятся и породы с высокой пористостью, в которых
поровое пространство занимает около 10—30% объема (песчаники и другие
осадочные породы). Процессы, связанные с воздействием периодически замерзающей
воды, часто называют морозным выветриванием. Оно наблюдается в высоких
полярных и субполярных широтах, а также в горных районах выше снеговой линии,
где в ряде случаев проявляется и температурное выветривание.
Такое же механическое воздействие на горные породы оказывают корневая
система деревьев и роющие животные. По мере разрастания деревьев увеличиваются в
размерах их корни. Они давят с большой силой на стенки трещин и раздвигают их как
клинья и тем самым вызывают раскалывание породы на отдельные глыбы и обломки.
Часть таких глыб выталкивается вверх. Механическое воздействие оказывают и
различные роющие животные, такие, как земляные черви, муравьи, грызуны и др.
Дезинтеграцию пород вызывает также рост кристаллов в капиллярных трещинах
и порах. Это хорошо проявляется в условиях сухого климата, где днем при сильном
нагревании капиллярная вода подтягивается к поверхности и испаряется, а соли,
содержащиеся в ней, кристаллизуются. Под давлением растущих кристаллов
капиллярные трещины расширяются, что и приводит к нарушению монолитности
горной породы и ее разрушению.
Химическое выветривание
Химическое выветривание — это совокупность различных химических
процессов, в результате которых происходит дальнейшее разрушение горных пород и
качественного изменения их химического состава с образованием новых минералов и
соединений.
Разрушению горных пород под влиянием физического выветривания всегда в
той или иной степени сопутствует химическое выветривание, а в ряде случаев
последнее играет решающую роль. Это отражает тесную взаимосвязь различных форм
единого процесса выветривания. Физическая дезинтеграция резко увеличивает
реакционную
поверхность
выветривающихся
пород.
Главными
факторами
химического выветривания являются вода, кислород, углекислота и органические
кислоты, под влиянием которых существенно изменяются структура и состав
минералов и образуются новые минералы, соответствующие определенным физикохимическим условиям. Важнейший фактор химического выветривания — вода,
которая в той или иной степени диссоциирована на положительно заряженные
водородные ионы (Н+) и отрицательно заряженные гидроксильные ионы (ОН-). Это
определяет ее возможность вступать в реакцию с кристаллическим веществом.
Высокая концентрация водородных ионов в растворах способствует ускорению
процессов выветривания.
Особенно возрастает интенсивность химического выветривания, когда в водном
растворе присутствуют кислород, углекислота и органические кислоты, которые
обладают большой активностью и во много раз повышают диссоциацию воды. В
зависимости от реакции среды в процессе выветривания возникают те или иные
характерные
ассоциации
минералов.
Наиболее
благоприятные
условия
для
химического выветривания существуют в гумидных областях и особенно в
тропических и субтропических зонах, где имеет место сочетание большой влажности,
высокой температуры, пышной растительности и огромного ежегодного отпада
органической массы (в тропических лесах), в результате чего значительно возрастает
концентрация углекислоты и органических кислот, а следовательно, возрастает и
концентрация водородных ионов. Химическое воздействие на горные породы
оказывают находящиеся в воде растворенные ионы, такие, как НСО3—. SO-4, С1-,
Са+, Mg+, Na+, К+. Эти ионы также могут замещать заряженные атомы в кристаллах
или взаимодействовать с ними, что может приводить к нарушению первичной
кристаллической структуры минералов. Процессы, протекающие при химическом
выветривании,
заключаются
в
следующих
основных
химических
реакциях:
окислении, гидратации, растворении, гидролизе.
Окисление. Процессы окисления наиболее интенсивно протекают в минералах,
содержащих закисные соединения железа, марганца и других элементов. На
поверхности ряда месторождений сульфидных руд и других железосодержащих
минералов наблюдается “бурожелезняковая шляпа”, возникшая в результате
одновременных окисления и гидратации.
Гидратация — это процесс, заключающийся в присоединении воды к
первичным минералам горных пород и образовании новых минералов. Можно
привести следующие примеры гидратации: Переход ангидрита в гипс по реакции
СаSO4+2H2O=CaSO4*2H2O (реакция обратима при изменении условий)
При гидратации объем породы увеличивается и покрывающие отложения
деформируются.
Растворение. Под влиянием воды, содержащей углекислоту, происходит
растворение горных пород. Растворение особенно интенсивно проявляется в
осадочных горных породах — хлоридных, сульфатных и карбонатных. Наибольшей
растворимостью отличаются хлориды: соли натрия, калия и др. За хлоридами по
степени растворимости стоят сульфаты, в частности гипс, за которыми следуют
карбонатные породы: известняки, доломиты, мергели. В результате растворяющей
деятельности поверхностных и подземных вод на поверхности растворимых пород
образуются карстовые формы рельефа.
Гидролиз. Сложный процесс гидролиза особенно большое значение имеет при
выветривании силикатов и алюмосиликатов. Он заключается
в разложении
минералов, выносе отдельных элементов, а также в присоединении гидроксильных
ионов и гидратации. В ходе гидролиза первичная кристаллическая структура минерала
нарушается и перестраивается и может оказаться полностью разрушенной и заменена
новой, существенно отличной от первоначальной и соответствующей вновь
образованным гипергенным минералам. В ряде случаев гипергенное преобразование
силикатов и алюмосиликатов под влиянием воды, углекислоты и органических кислот
протекает стадийно с образованием различных глинистых минералов.
Биогенное выветривание
Биогенное выветривание, или биологическое связано с активным воздействием
на горные породы растительных и животных организмов. В сложных процессах
химического разложения минералов и горных пород велика роль биосферы.
Биогеохимическое воздействие на горные породы начинается уже с первых
поселенцев на скальных поверхностях горных пород — различных микроорганизмов,
лишайников и мхов. В результате такого воздействия на скальной поверхности
породы
после
их
отмирания
появляются
углубления,
заполненные
сухим
органическим веществом (биомасса микробных и других тел). Все это подготавливает
условия для последующего заселения скал высшими растениями и сопутствующей им
фауной. Роль организмов в химическом выветривании определяется тем, что они
поглощают из разрушаемой породы химические элементы в соответствии со своими
биологическими потребностями (как питательные вещества). К числу таких элементов
относятся Р, S, С1, К, Са, Mg, Na, Sr, В, в меньшей степени Si и Al, Fe и др.
Даже на самой гладкой скале селятся лишайники. Ветер заносит их мельчайшие
споры в самые тонкие трещины или прилепляет к мокрой от дождя поверхности, и
они прорастают, плотно прикрепляясь к камню, вытягивают из него вместе с влагой
соли, нужные им для жизни, и постепенно разъедают поверхность камня и расширяют
трещины. К разъеденному камню легче пристают, а в расширенные трещины больше
набиваются мелкие песчинки и пылинки, которые приносит ветер или смывает вода с
вышележащего склона. Эти песчинки и пылинки мало-помалу образуют почву для
высших растений (трав, цветов). Их семена приносятся ветром, попадают в трещины и
в пыль, набившуюся между слоевищами лишайников и прилипшую к разъеденному
им утёсу, и прорастают. Корни растений углубляются в трещины, расталкивают в
стороны куски породы. Трещины расширяются, в них набивается ещё больше пыли и
перегноя от отживших трав и их корней, - и вот подготовлено место для больших
кустов и деревьев, семена которых тоже заносятся ветром, водой или насекомыми. У
кустов и деревьев корни многолетние и толстые; проникая в трещины и утолщаясь с
годами, по мере роста, действуют словно клинья, расширяя трещину всё больше и
больше.
Разрушению пород способствуют разнообразные животные. Грызуны роют
огромное количество нор, рогатый скот вытаптывает растительность; даже черви и
муравьи разрушают поверхностный слой почвы.
Выделяющиеся при разложении органических остатков углекислый газ и
гуминовые кислоты попадают в воду, которая в результате этого резко увеличивает
свою разрушающую способность. Растительный покров способствует накоплению
влаги и органических веществ в почве, благодаря чему увеличивается время
воздействия химического выветривания. Под покровом почвы выветривание
происходит интенсивнее, т.к. горную породу растворяют также и органические
кислоты, содержащиеся в почве. Бактерии, которые распространены повсеместно,
образуют такие вещества как азотная кислота, углекислый газ, аммиак и другие,
способствующие скорейшему растворению минералов, содержащихся в горных
породах.
Продукты выветривания
Таким образом, процессы физического, химического, биогенного выветривания
идут постоянно и повсеместно. Под их влиянием медленно, но неотвратимо
разрушаются даже самые прочные горные породы, постепенно превращаясь в дресву,
песок и глину, которые водными потоками переносятся на огромные расстояния и, в
конце концов, вновь отлагаются в озёрах, океанах и морях.
В процессе выветривания возникают две группы продуктов выветривания:
подвижные, которые уносятся на то или иное расстояние, и остаточные, которые
остаются на месте своего образования. Остаточные, несмещенные продукты
выветривания представляют собой один из важнейших генетических типов
континентальных образований и называются элювий.
Совокупность продуктов выветривания различных по составу элювиальных
образований
верхней
части
литосферы
называется
корой
выветривания.
Формирование коры выветривания, состав слагающих её образований и мощность
изменяются в зависимости от климатических условий – сочетания температуры и
влажности, поступления органического вещества, а также от рельефа. Наиболее
благоприятным для формирования мощных кор выветривания является относительно
выровненный рельеф и сочетание высокой температуры, большой влажности и обилие
органических веществ.
Элювий может состоять из крупных обломков и из мелких, образующихся при
дальнейшем разрушении, в котором главную роль играют химические агенты. Под
действием воды, содержащей кислород и углекислый газ, все породы, в конце концов,
превращаются в песок, или в супесь, или в суглинок, или в глину; в зависимости от
своего состава кварцит превратится в чистый песок, белый или желтоватый, песчаник
даст глинистый песок, гранит – сначала дресву из отдельных зёрен, а затем суглинок,
глинистый сланец – глину. Известняк, обычно нечистый, теряет известь, которую
растворяет и уносит вода, оставляя примеси в виде глины, чистой или песчаной. Эти
конечные продукты выветривания в элювии смешаны с большим или меньшим
количеством щебня и обломков, находящихся в разных стадиях своего изменения.
С элювием связаны месторождения бокситов, из которых получают алюминий,
каолинов, бурого железняка и других полезных ископаемых. При разрушении
коренных горных пород высвобождаются содержащиеся в них стойкие минералы.
Они могут образовывать ценные минеральные скопления – россыпи. Например,
элювиальные россыпи алмазов над кимберлитовыми трубками, россыпи золота над
золотоносными жилами.
У
подножия
разрушающихся
утёсов,
отвалившиеся
от
них
обломки
накапливаются, образуя на склонах обширные осыпи, часто легко подвижные и
трудно проходимые, состоящие из крупных глыб или из щебня, ползущего под ногами
вниз. На плоской поверхности горных вершин выходы твёрдых пород распадаются
при выветривании на отдельные части, превращаясь в сплошную россыпь глыб,
торчащих в разные стороны. Эти россыпи особенно часты в Сибири и Арктике, где
они образуются при совместной работе сильных морозов и влаги туманов, дождей и
тающего снега. Но и в тёплом климате вершины гор, поднимающиеся над линией
постоянного снега, где климат почти арктический, разрушаются быстро и дают
обильные осыпи и россыпи.
Собственно выветривание не создает форм рельефа, оно только подготавливает
материал к переносу. Поэтому широко распространенное название «формы
выветривания» применительно к причудливым скалам, встречающимся в горах, не
совсем правильно. Характер выветривания различен, он зависит от пород, которыми
сложены эти скалы, от их трещиноватости; но сама форма скал создается только
вследствие того, что частицы, отделившиеся в результате выветривания от основного
массива, падают, выдуваются ветром, смываются водой, словом, смещаются, а это уже
в процесс выветривания не входит.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ РАБОТА РЕК
Каждая из рек имеет основную водную артерию и систему притоков,
вместе с которыми образует речную систему (самыми крупными речными
системами мира являются речные системы Оби 3,35 млн. км2 и Миссисипи. 3,25
млн. км 2 )
Протяженность
километров.
водных
Наиболее
артерий
длинными
измеряется
являются реки
сотнями
и
тысячами
Миссисипи —6600 км,
Амазонка — 5500 км,
Площадь суши, с которой вся вода собирается в русла ручейков, ручьев,
речек, рек составляющих, питающую систему главной реки называется
водосборным бассейном.
Линии возвышений, разграничивающие водосборные бассейны речных
систем или отдельных рек, называют водораздельными.
Питание рек осуществляется за счет дождевых вод, таяния снега и льда и
подземных вод. (Амударья, Сырдарья питаются водами, образующимися при
таянии горных ледников, реки Дальнего Востока на 80%' пополняют свой запас
дождевыми водами и на 20% талыми водам). Подземные воды в различной
степени участвуют в питании почти всех рек.
Характер питания оказывает большое влияние на режим реки. В понятие
«режим реки» входит количество и расход воды, изменение уровня, скорость
течения.
Расход—это количество воды, протекающее через данное поперечное
сечение потока в единицу времени.
Расход реки в течение года называют годовым стоком. Самый большой
годовой сток имеет река Амазонка — 3160 км3.
Расход воды меняется по сезонам года. В весенний период времени при
таянии снега количество воды в реке увеличивается, и уровень воды
повышается настолько, что река выходит из берегов и разливается на большой
площади. В этот период времени расход воды максимальный.
Весенние разливы называют половодьем, разливы, связанные с выпадением
длительных
(часто
ливневых)
дождей,
—
паводками.
Половодья
по
продолжительности обычно более длительны, нежели паводки, и лишь в
тропической зоне, где выпадают многодневные ливневые дожди, паводки
бывают затяжными (Амазонка, Брахмапутра, Ганг).
Во время разлива уровень воды в реках повышается (на 5—10 м у
равнинных рек и до 30 м у горных) и река выходит из берегов, разли ваясь в
ширину до 30—40 км (Волга, Енисей).
В отдельные годы паводки и половодья принимают катастрофические
размеры и превращаются в наводнения.
В засушливое время года уровень воды в реках понижается. Наиболее
низкое его положение называют меженью.
Скорость течения реки зависит от уклона дна и количества воды,
поступающей в реку. Скорость воды в реке в межень в 2-4 раза меньше
скорости в половодье (у равнинных рек в засушливый период времени скорость
течения составляет 0,1—0,7 м/сек. В период половодья она повышается до 1,5—
1,6 м/сек, у горных рек наименьшая скорость 3—5 м/сек, наибольшая — до 8
м/сек). Скорость течения у берегов меньше, чем в наиболее глубокой части потока (на
стрежне).
Геологическая работа рек состоит в
1. размыве дна и берегов,
2. переносе
3. отложении обломков пород.
Все эти стороны деятельности проявляются нередко одновременно в
одних и тех же участках долины. Однако
в
верховьях,
где
долина
реки,
растущая
по
закону
пятящейся
(регрессивной) эрозии, самая молодая, преобладает эрозионная деятельность,
в среднем течении реки наблюдается сочетание размыва, переноса и
отложения (аккумуляции),
а в низовье — переноса и отложения.
Нанесенные рекой осадки называются аллювием (аллювио, лат. — намыв)/
Размыв, перенос и отложение в любом участке реки могут со временем
изменяться в зависимости от скорости течения и количества воды в реке. Чем
больше скорость и воды в реке, тем больше размыв.
При скорости течения 0,8 м/сек, вода может переносить во взвешенном
состоянии мелкий песок (размером до 0,05 м м ) , а волоком по дну — крупный
песок;
при скорости 1,5—2 м/сек — перекатывать гальку(до 10 м м ) переносить
средне- и крупнозернистый песок и мелкий гравий;
при 3 м/сек — перекатывать мелкие валуны, переносить мелкую гальку(до
10 с м ) .
Переносимые и перекатываемые рекой обломки называют твердым
стоком реки.
Перенос вещества может так же осуществляется:
1.
в растворенном
2.
взвешенном состоянии.
Растворенное вещество поступает в реки в виде:
1.
коллоидных (соединения железа, алюминия, марганца,
кремния)
2.
истинных
растворов
(хлоридные,
сульфатные
и
карбонатные соединения натрия, калия, кальция и магния)
Коллоиды переносят незначительную часть вещества, истинные —
основную его массу.
Взвешенный материал поступает в реки в виде мути и суспензий.
Особенно ими богаты воды в период паводков и половодий.
Количество обломочного материала, переносимого рекой, зависит
от количества воды,
от скорости водного потока.
При увеличении скорости потока в 2 раза переносная способность воды
увеличивается в 64 раза, а так же увеличивается размер переносимых обломков
Большая часть переносимого реками материала поступает в моря и озера,
а часть вещества осаждается в долинах рек (Инд и Ганг - 300 м ) .
Изменение скорости водного потока ведет к сортировке обломочного
материала по крупности и удельному весу или его механической дифференциации.
Сортировка обломочного материала отмечается как у горных, так и у
равнинных рек. Наиболее ярко она выражена в период спада паводко вых вод. В
связи с тем, что масштабы паводков и половодий в разные годы неодинаковы,
то на одном и том же участке реки в разное время отлагаются слои осадков с
разной крупностью частиц, благодаря чему речные осадки приобретают
слоистость. Слоистость может быть как горизонтальной, так и наклонной
(косой).
Нарушение слоистости вызывают донные течения, которые в период
половодья приводят в движение донные осадки и перемещают их вниз по
течению реки. В результате нередко на дне возникают песчаные волны. Высота
их колеблется от нескольких сантиметров до нескольких метров, а длина до
нескольких десятков метров.
При наличии какого-либо препятствия в русле реки (камень, затонувшие
стволы деревьев) происходит намыв высокой песчаной волны, которая со
временем начинает выступать над уровнем воды и образует песчаный остров.
Каждая река имеет исток и устье. Истоком называют начало реки, устьем
— место впадения ее в море (озеро). Устья бывают двух типов:
дельты Дельта Миссисипи — 150 000 км2.
эстуарии.
В районе дельт суша постепенно наступает на море. Скорость наступления
составляет десятки и сотни метров в год. Река Сыр-Дарья наращивает сушу со
скоростью 108 м в год, Волга — 170 м в год. Интересна судьба города Адрия,
построенного 1800 лет назад в устье реки По. Этот город когда-то был морским
портом, а в настоящее время в связи с наступлением дельты на море он отстоит
от берега на расстоянии 22,5 км. Наносы рек По и Адидже, между устьями
которых был расположен город, превратили морской залив в сушу.
Эстуарии
(губы)
(«эстуариум»
—
берег,
заливаемый
приливом)
представляют собой расширенные, углубленные и сильно вытянутые (на
несколько сотен километров) устья рек. Образуются они в тех случаях, когда
реки, несущие сравнительно небольшое количество продуктов разрушения,
впадают в моря в местах, где активно развиты приливно-отливные течения.
Приливы, заходя в устья, захватывают приносимый реками обломочный
материал и во время отлива выносят его в открытое море. Одновременно
приливные воды размывают берега, расширяя и углубляя русло. Примером
эстуариев является Обская губа, устья рек Енисея, Амазонки, Сены и др.
Одной из разновидностей эстуариев являются лиманы. Это расширенные
устья рек, превращенные в широкие заливы, распространяющиеся в сторону
реки. Обусловлены впадением в области больших глубин или быстрым
погружением береговой части моря.
Реки
в
процессе
своего
развития
вырабатывают
речные
долины,
представляющие собой линейно-вытянутые понижения местности. Глубина сотни метров. Ширина - единицы или десятки километров.
Форма речных долин бывает
В строении речной долины выделяют следующие элементы:
склоны
террасы
пойму
русло.
Русло занимает самую низкую часть дна долины. Это линейно-вытянутое
понижение, постоянно заполненное водой.
Над руслом возвышается пойма, или часть дна долины, затапливаемая
водой только в период весенних разливов или выпадения сильных дождей.
Пойма возвышается над руслом на высоту нескольких метров и отгораживается
от него возвышением — прирусловым валом. Он является одной из причин
отклонения течения равнинных рек от прежнего направления. Имеет пологий
склон, обращенный к реке, и крутой — к берегу. Они возникают в половодье,
когда уровень воды в русле повышается и вода разливается по пойме, заросшей
травой и кустарником. Последние замедляют течение воды, и несомый водой
минеральный
груз
отлагается,
образуя
валы
вдоль
края
русла
(валы
прерываются на выпрямленных участках русла). Часть воды через них
переливается, закрывает всю пойму тонким слоем и, процеживаясь через
травянистый покров, оставляет взвешенный в воде материал. С каждым новым
разливом вал повышается. У некоторых рек прирусловой вал возвышается над
остальной частью поймы на несколько метров. С наступлением последующего
половодья вода стремится перелиться через вал в более пониженную часть
поймы и там разработать себе новое русло или вернуться в прежнее — в
старицу. В местах перелива воды береговой вал размывается, размыв
продолжается и дальше по пойме, где возникает новое русло.
Поверхность поймы обычно ровная и сложена речными отложениями. В
поймах рек встречаются протоки — старые отмершие русла рек. Пойму
окаймляют склоны долины.
Склоны речных долин обычно сложены коренными породами осадочного,
реже магматического или метаморфического происхождения. Крутизна склонов
зависит от состава слагающих их пород. Склоны, сложенные рыхлыми
осадочными
образованиями
(песками,
глинами),
обычно
пологие, более
плотными и крепкими породами (песчаниками, известняками) — крутые.
Террасы
представляют
собой
остатки
древних
пойм
реки
–
это
ступенеобразные уступы на склонах
У каждой террасы различают поверхность террасы, бровку ~ перегиб ее к
уступу, уступ ее к более молодой террасе и тыловой шов — линия сочленения
поверхности с уступом выше расположенной террасы. Повер хность террасы
всегда древнее уступа, указывающего на то, что после формирования поймы
возникли определенные условия для нового вреза реки.
В зависимости от положения террас относительно современной поймы их
именуют в следующем порядке:
самая нижняя — первая надпойменная,
более высокая — вторая надпойменная терраса и т. д.
Самая высокая из них по возрасту является наиболее древней, а терраса,
ближе других расположенная к современной пойме, является наиболее
молодой. У равнинных рек выделяют до 5, а иногда и более террас (10-15 у
горных).
В одних случаях террасы бывают, сложены наносами,
в других — коренными породами,
в третьих — и теми и другими.
В связи с этим выделяют три типа террас:
эрозионные — сложенные коренными породами,
аккумулятивные — сложенные наносами,
цокольные — смешанные террасы, нижняя часть которых
сложена коренными породами, а верхняя наносами.
Образование
террас
связано
с
движениями
земной
коры,
с
периодическими поднятиями и погружениями суши. В результате поднятия
суши базис эрозии понижается, так как уровень моря оказывается ниже устья
реки. В связи с этим скорость течения реки увеличивается, сила воды
становится больше, и река вновь начинает углублять свое русло. При этом она
размывает старую пойму и вырабатывает новую. От старой пой мы сохраняются
лишь отдельные не размытые участки, или террасы. При многократных
изменениях положения базиса эрозии образуется несколько террас. При
понижении суши или подъеме уровня воды ранее образованные террасы могут
быть покрыты более молодыми наносами. Такие террасы получили название
погребенных.
Течение воды в русле бывает:
1. ламинарным (струйчатым)
2. турбулентным (вихревым).
Ламинарное течение характерно для равнинных рек с малой (0,1 —0,7
м/сек) скоростью течения, турбулентное — для горных и равнинных рек с
повышенной скоростью течения воды.
Вихревые течения вызывают размыв дна (глубинная эрозия) и берегов
(боковая эрозия). У молодых рек русла более глубокие и прямолинейные, у рек
старых в связи с более интенсивно проявляющейся боковой эрозией они
обычно смещены и искривлены.
В искривлении русла значительную роль играют вихревые движения
воды, усиливающие боковую эрозию берегов. Водный поток, встречая на своем
пути какое-либо препятствие, отражается от него и, устремляясь под
некоторым углом к противоположному берегу, размывает его. Неоднократное
отражение потока от одного берега к другому вызывает образование
извилистого русла, а затем и излучин, или меандр (название «меандр» дано
излучине
по
имени
малоазиатской
р.
Меандр,
отличающейся
своей
чрезвычайной извилистостью). Струи воды, подмывая вогнутые берега реки,
способствуют перемещению меандр не только в стороны, но и вниз по течению.
При разливе, когда воды руслового потока выходят из берегов, течение
воды становится более прямолинейным и стремится выровнять русло реки,
прорезая перемычку между петлями. В результате часть меандр остается
отделенной от общего русла и превращается в старицы (части старого русла
реки).
У выпуклого берега, где располагаются мелководные участки русла,
скорость течения медленнее, здесь отлагается аллювий — у выпуклого берега
формируется прирусловая отмель.
В связи со смещением руслового потока в сторону одного из берегов,
происходит подмыв одного берега и заиливание противоположного. Наиболее
ярко этот процесс выражен на изгибах русла. Движущаяся струя руслового
потока, устремляясь к одному из берегов, размывает его и делает крутым и
обрывистым. В таких случаях в участках размываемого берега нередко
образуются промоины, или плесы. На противоположной стороне берега течение,
как правило, замедлено, что способствует накоплению осадков. Результатом
такого накопления является наращение берега в сторону отступающего русла и
образование пляжей. На месте пляжных участков со временем начинает
формироваться пойма. Формирование пойменных осадков происходит главным
образом в период половодий, во время которых из паводковых вод на русловые
отложения осаждается тонкопесчаный и илистый материал, из года в год
наращивающий высоту поймы (рис. ). Чем выше уровень воды в половодье, тем
выше становится пойма. Пойменные отложения имеют горизонтальную
слоистость, не согласующуюся со слоистостью русловых отложений.
Уступы в русле реки, образующиеся вследствие неоднородности горных
пород, слагающих дно, называют порогами и перекатами. Уступы в долинах рек
могут быть связаны не только с выходом на отдельных участках твердых
пород, но и с опусканием лежащих ниже участков долин по отношению
вышележащих по разрывам в земной коре.
Пороги встречаются как у горных, так и у равнинных рек. Широко
известны
пороги
Днепра
и
Ангары,
на
которых
построены
гидроэлектростанции (Днепровская и Братская).
Водопады возникают на крутых или обрывистых уклонах русла. В этих
участках происходит почти отвесный сброс воды (рис. ). Ширина и высота
водопадов колеблются от единиц до сотен метров. Самый широкий водопад
Ингасу расположен в Южной Америке, ширина его 2700 м.
При
падении
воды
с
высоты
образуются
сложные
водовороты,
обладающие большой размывающей силой, способствующей образованию у
подножья водопада эверзионной ниши, а на дне долины — глубокой ямы —
исполинового, или эверзионного (эверзио, лат. — разрушение), котла (глубиной
до 30 и 50 м.), ослабляющих основание уступа, с которого падает вода.
Скорость отступания уступа зависит
от высоты
массы падающей воды,
состава пород, слагающих уступ.
Энергично
работающая
река
может
«перепилить»
водораздел
и
перехватить часть водосборного бассейна речной системы противоположного
склона хребта.
Реки рождаются, развиваются и умирают. Время их жизни длится от
нескольких тысячелетий до миллионов лет. При своей жизни они проходят
несколько стадий развития:
юности,
зрелости
старости
Стадии выделяются по характеру проявления эрозионных процессов,
режиму реки и ряду других признаков.
В раннюю стадию развития, или стадию юности, за счет интенсивно
проявляющейся глубинной эрозии река вырабатывает глубоковрезанную Vобразной формы речную долину. Такие формы долин называют ущельями,
каньонами. Русла рек в эту стадию полноводны, скорость течения достаточно
высока и водный поток обладает большой разрушительной силой.
Глубинная эрозия продолжается до тех пор, пока река, достигнув базиса
эрозии, не выработает продольный профиль равновесия. Начиная с этого
момента, река вступает во вторую стадию своего развития — стадию зрелости.
Последняя характеризуется интенсивным проявлением боковой эрозии, в
процессе которой речная долина расширяется и приобретает U-образную или
ящикообразную форму.
Водораздельные пространства, или междуречья, при расширении речных
долин
сокращаются
и
постепенно
снижаются,
а
скальные
долины
выполаживаются. Русла в стадии зрелости становятся извилистыми. В процессе
старения
эрозионная
деятельность
постепенно
затухает,
усиливается
осадконакопление, русла рек мелеют, заиливаются, в русле появляются
песчаные острова, а на берегах — широкие пляжи.
Стадии развития на всем протяжении реки выражены неравномерно:
в нижнем течении обычно уже проявляется стадия старости,
а в верхнем — только юности.
На ход развития речных систем большое влияние оказывают движения
земной коры.
Опускание суши, например, может привести к преждевременному
старению реки. Это объясняется тем, что при опускании суши море наступает
на нее, базис эрозии повышается. В результате дно старого русла заиливается и
эрозионные процессы на всем протяжении реки затухают.
При поднятии суши
происходит омоложение рек. Поднимающееся
относительно моря устье реки начинает углубляться и на всем протяжении реки
возобновляются процессы глубинной эрозии вплоть до того момента, пока река
не выработает новый продольный профиль равновесия.
О количестве повторяющихся омоложений или опусканий суши можно
судить по количеству и типу надпойменных террас.
Каждый эрозионный цикл начинается с врезания реки и заканчивается
формированием нового широкого дна долины. По взаимным превышениям
террас вдоль продольного профиля долины можно судить и о том, поднималось
ли верховье или опускался базис эрозии. Если опустился базис эрозии, то
относительная высота надпойменной террасы уменьшается вверх по течению
реки, если поднималось верховье, то высота надпойменной террасы над поймой
будет вверх возрастать. Если поднятие испытывает участок, расположенный
где-нибудь в среднем отрезке долины, то в пределах этого участка ранее
образованные террасы будут испытывать деформацию — изгибаться, а терраса,
которую формирует река в период этого поднятия в пределах указанного
участка, будет расщепляться на несколько террас (в случае пульсационного
подъема этого участка) или прерываться (в случае равномерного подъема его) и
тогда долина будет иметь ущелевидный характер.
Оба указанных случая
говорят о том, что скорость поднятия участка не превышала скорости эрозии,
почему река и успевала пропиливать растущее на ее пути.
Аллювиальные отложения накапливаются в руслах рек, поймах, старицах,
дельтах, слагают террасы. Интенсивность накопления осадков зависит от
стадии развития реки и количества поступающего в нее обломочного
материала. Чем старше река, тем ярче выражен процесс осадконакопления.
Состав осадков горных и равнинных рек неодинаков. Русловой аллювий
горных
рек
представлен
главным
образом
валунно-галечниковыми
отложениями, среди которых встречаются мелкие обломки тяжелых минералов.
Иная картина наблюдается на равнинах. Широкие ящикообразные долины
равнинных рек заполнены гравийными, песчаными и илистыми осадками.
Осадки горных и равнинных рек отличаются не только крупностью
обломков, их составом, но и количеством обломочного материала.
Крупность отлагаемых обломков меняется и в различных участках русла.
Это объясняется изменчивостью динамики руслового потока. Например, при
выходе горной реки на равнину, резко снижается скорость руслового потока и
тогда обломки, способные перемещаться при высокой скорости течения,
начинают
выпадать
в
осадок.
У
руслового
аллювия
она
бывает
и
горизонтальной и косой. Песчаные волны на дне русла Волги имеют высоту от
нескольких сантиметров до 1,5 м при длине 30— 50 м.
Сила руслового потока перемещает песчаные волны по течению реки со
скоростью от 40 до 1500 м/год. Ускоряется это движение в период разлива реки.
Изучая аллювиальные отложения в различных участках речных долин, мы
нередко сталкиваемся с отложениями иного происхождения. Так, например, в
поймах и руслах рек нередко встречаются оползшие или обвалившиеся со
склонов долины коренные породы, скопления делювия, старичные отложения,
которые как бы вклиниваются в нормальные пойменные и русловые отложения.
Старицы пойм имеют режим озер. В стоячей воде, заполняющей их,
развивается пышная растительность, при отмирании которой происходит
накопление органического вещества, ведущее к постепенному заболачиванию
стариц. В дельтах, где встречаются воды с разной динамикой среды (речные и
морские), происходит осаждение очень большого количества обломочного
материала, покрывающего площади в десятки и сотни тысяч квадратных
километров. Отложения дельт очень разнообразны. Наряду с отложением
обломочного материала, в дельтах накапливаются осадки, выпавшие из
коллоидных растворов, озерно-болотные и другие отложения. Мощность
дельтовых отложений составляет десятки и сотни метров, а в отдельных
случаях (при погружении морского дна) достигает тысячи и более метров.
Несколько иной характер имеет геологическая работа временных горных
потоков. Временные горные потоки появляются только в период выпадения
сильных
дождей
или
интенсивного
таяния
снега
и
льда,
вызванного
неожиданным потеплением. В период длительного отсутствия воды в долинах
временных горных потоков накапливается огромное количество обломков
горных пород размером от пылеватых частиц до глыб в несколько метров в
поперечнике. Обломки накапливаются в результате осыпания со склонов
продуктов выветривания, площадного смыва, обвалов, оползней. Поступающие
в долину кратковременные, но мощные водные потоки, насыщая всю массу
обломков водой, разжижают ее, превращают в грязь и приводя т в движение.
Образующиеся грязевые потоки называют селями или мурами. Селевые потоки
несут с собой сотни и тысячи кубических метров породы (только 25% объема
селя приходится на воду, остальные составляют обломки). Выходя к подножию
склонов или в долины рек, селевые потоки разливаются по равнине, несомый
ими
обломочный
материал
осаждается,
образуя
веерообразные
формы
отложений — конуса выноса (рис. 49). Отложения конусов называют пролювием
(от латинского слова «пролюо» — промываю).
Селевые потоки возникают в горных районах Кавказа, Крыма и др.
областях. Они нередко приносят большой ущерб, покрывая камнями пастбища,
сады, разрушая населенные пункты и различного рода строительные объекты. В
июле 1921 г. селевой поток ворвался в Алма-Ату и запрудил улицы потоками
грязи и камней. В 1963 г. селевой поток уничтожил красивейшее озеро Иссык.
У
рек,
текущих
в
направлении
экватора
Северного
полушария
подмывается правый (западный) берег, у рек Южного полушария — левый
(тоже западный) берег. Что же касается рек, текущих от экватора в
направлении полюсов, то их воды, переходя из низких широт в более высокие,
в силу инерции опережают вращение Земли и подмывают уже не западные
берега, а восточные.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ РАБОТА МОРЯ
Разрушительная
Процесс
работа
разрушения
моря.
берегов,
связанный с деятельностью моря,
получил название абразии (латинское
«абрадо»
—
брею,
сбриваю).
Скорость разрушения берега зависит
от
его морфологии,
состава береговых пород
силы морского прибоя.
В формировании берегов принимают участие
ветровые волны,
внутренние волны (вертикальное движение слоев воды из-за различной
плотности и температуры),
морские течения,
приливы
отливы.
Морские берега подразделяются на приглубые и отмелые.
Приглубые берега — берега с круто падающим дном и крутыми обрывистыми
склонами (рис. 74).
Волны беспрерывно, бьют о крутой берег, подтачивая и разрушая его. Во
время шторма сила удара волны достигает нескольких тонн на 1 м2, высота
всплеска — 50 и более метров.
В морях нашей страны наибольшая сила прибоя отмечена в Черном море. В
частности, в районе Сочи сила удара волны, измеренная в сильный шторм,
составила 14—18 т/м2. В Шотландии (Дэна-бер) удары волн достигали 37 т/м2, а
на берегах Франции (Дьепп) —60 т/м2. На берегу Ла-Манша волны однажды
перебросили через 6-метровую стену камни до 3,5 м в поперечнике.
Отмелые
берега
-
имеют
постепенный переход в область
шельфа.
Волны,
попадая
на
отмелый берег, постепенно теряют
свою
силу
сушу,
и,
углубившись
скатываются
обратно
на
в
море. Работа их сводится к тому,
что
в
штормовую
погоду
они
смывают с берега обломки пород,
а
в
спокойную,
намывают берега, создавая аккумулятивные формы рельефа.
наоборот,
Интенсивность
разрушения
берегов
возрастает,
если
в
работе
волн
принимают участие обломки горных пород (гравий, галька, мелкие глыбы).
Вода, перемешанная с камнями, выбивает из монолитных пород мелкие
обломки и постепенно подтачивает основание обрыва, образуя волноприбойные
ниши (рис. 75). Проникая в трещины, волны вымывают из них обломки, чем
способствуют их расширению и дроблению монолитных береговых пород на
части. По мере углубления трещин и волноприбойных ниш нависающие над
морем скалы рушатся. Постепенно на месте обвалившейся части берега
образуется площадка, которая из года в год расширяется и превращается в
абразионную (волноприбойную) террасу. Эта терраса окаймляется береговым
уступом
—
клифом (нем.
«клифф»
—
обрыв),
у
подножья
которого
накапливаются груды обломков. С течением времени клиф отступает и между
ним и террасой возникает полоса (бенч), покрытая обломочным материалом, так
создается валунно-галечный пляж.
Разрушение берега завершается тем, что он отступает в сторону суши на
расстояние, не досягаемое для морских волн. Возобновление абразионной
работы наступает лишь тогда, когда внутренние силы Земли изменяют высотное
положение берега (понижение суши или наступление моря).
Берега, сложенные рыхлыми породами, разрушаются значительно быстрее,
чем
скальные.
Подмыв
такого
берега
заканчивается
обрушением
или
оползанием склонов. Громадные оползни, спускаясь в море, доставляют на дно
большое количество обломочного материала.
Обломки
пород,
отлагаясь
на
внутреннем
крае
шельфа,
постепенно
выполаживают берег и превращают приглубые берега в отмелые. Часть
обломочного материала нередко расходуется на образование пляжей, песчаных
кос и других аккумулятивных форм рельефа. Формирующиеся в процессе
разрушения береговых пород террасы покрываются песчано -гравийными и
галечниковыми
отложениями
и
называются
аккумулятивными.
Ширина
аккумулятивных террас колеблется от нескольких сотен метров до десятков
километров.
Береговая линия редко бывает прямолинейной. На ее характер влияют
1. неоднородность
состава
береговых пород,
2. выходы к морю устьев рек,
3. направление
прибрежных
течений.
Участки моря, вдающиеся в сушу,
называют заливами, бухтами, лиманами, а
участки суши, вдающиеся в море,—
мысами
и
полуостровами.
Мысы,
сложенные скальными породами, далеко
выступают в море. Волны, направленные под углом к берегу, ударяясь о
боковые склоны мыса, разрушают его и отделяют от суши. Вначале боковые
удары волн выдалбливают в склонах мыса углубления, или гроты. Пробивая
склоны насквозь, они превращают гроты в арки. Своды арок со временем
обрушаются, перемычки, соединяющие выступ с сушей, исчезают и мыс
превращается в отдельные, выступающие над поверхностью моря скалы —
останцы (рис. 76). Цепи останцов обычно указывают на прежнее положение
береговой линии.
Созидательная работа моря. Непрерывный поток обломков и растворенного
вещества, поступающий с суши и морских берегов, рассеивается в морских
водах и отлагается на дне. Часть обломочного материала остается на побережье
или выбрасывается на берег морским прибоем. Накопление обломков в
береговой полосе приводит к появлению аккумулятивных форм рельефа:
береговых валов, пляжей, мысов, кос, пересыпей, баров.
Береговые валы состоят из песка, гравия, гальки, битой ракушки. Они имеют
вид невысоких гряд, простирающихся вдоль береговой линии, высотой 1 —2м,
реже 5м и шириной 12—15 м. Наиболее распространенными аккумулятивными
формами рельефа являются пляжи (рис. 77). Они намываются на отмелых
берегах из тех же осадков, что и береговые валы. Исходным материалом для их
роста служат обломки, приносимые реками, сдуваемый с морских дюн песо к,
продукты разрушения коралловых рифов и берегов. Пляжи формируются на
берегах, не подвергающихся частому и сильному воздействию штормовых волн,
так как последние нередко размывают ранее накопленные наносы. Для
отложений пляжа характерна слоистость, обусловленная изменением силы
волнения. Слабые волны намывают на берег песок, более сильные - гравий.
Чередование песка и гравия (или других осадков) и обусловливает слоистость
отложений. Пляжи со временем расширяются в сторону моря, откуда идет
приток обломочного материала. Если приток осуществляется в направлении,
перпендикулярном линии берега, то пляж равномерно нарастает на всем его
протяжении. Если волны прибоя и прибрежные течения направлены к береговой
линии под углом, пляж растет в сторону
притока продуктов разрушения или в
направлении
течения
воды,
образуя
аккумулятивный мыс.
Небольшие мысы, протяженностью в
несколько
десятков
фестонами,
метров
более
называют
вытянутые
и
серповидные — косами. Косы появляются
обычно в краевых частях заливов, бухт, в
устьях
рек.
Косы,
растущие
с
противоположных сторон залива навстречу друг другу, могут соединяться в
сплошной песчаный вал, или пересыпь.а
Пересыпи, намываемые придонными течениями на некотором удалении от
берега, называют барами. Бары простираются вдоль берегов на сотни
километров. На берегу Мексиканского залива известен бар длиной 1800 км.
Мелководные участки, моря, отделенные от открытого морского бассейна
пересыпью, или баром, называют лагунами (Сиваш, Кара-Богаз-Гол и др.).
Лагуны занимают около 13% всей протяженности морских берегов.
Пересыпи томболо, растут от берегов, загороженных от открытого моря
островами. У берега, в условиях относительного затишья, морской прибой
намывает вначале пляж, который по мере роста вытягивается и переходит в
мыс. Мыс со временем превращается в длинный песчаный вал, соединяющий
подобно дамбе материк с островом (томболо Кап-Верде на западном берегу
Африки).
Береговые рифы нарастают на подводном продолжении береговых склонов,
как бы надстраивая их подводное продолжение. Барьерные рифы, отделенные от
берега проливами, простираются параллельно берегу в мелководной части
шельфа. Атоллы — кольцеобразной формы коралловые сооружения, имеющие
глубокое подводное продолжение. Атоллы распространены преимущественно в
районе островов Тихого океана. Всего их на земном шаре насчитывается около
330.
По происхождению морские осадки подразделяют на
1. терригенные (от лат. «терра» — земля),
2. химические
3. органогенные (органического происхождения).
Терригенные осадки состоят из обломков, поступающих в море с суши.
Накопление их происходит на всем морском дне, но резко преобладает в
прибрежно-морской зоне и в области шельфа.
Химические осадки накапливаются, преимущественно, в области шельфа Реки
приносят в море истинные и коллоидные растворы различных солей; при
смешении
пресных
и
соленых
морских
вод
происходит
свертывание
(коагуляция) коллоидов и выпадение вещества в осадок.
Осадки органического происхождения распространены во всех областях
морского дна. Кроме того, на морском дне накапливаются продукты извержения
вулканов, в небольших количествах ледниковые осадки, занесенные в море
айсбергами, космическая пыль.
Для укрепления берегов используют берегоукрепительные сооружения:
- пассивные (волноотбойные стенки вертикального типа);
- активные (буны и волноломы, которые необходимы для создания,
сохранения и увеличения пляжей).
Буны строят перпендикулярно или под углом к линии берега, а волноломы
параллельно берегу на расстоянии 30-40 м и на глубине 3-4 м.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОЗЕР И БОЛОТ
Озера и их геологическая деятельность. Впадины на поверхности Земли,
заполненные водой и не сообщающиеся с океаном, называют озерами.
Самое высокое в мире озеро Арпорт-Цо расположено в Тибете на высоте 5465
м. Наиболее низкие отметки имеет Мертвое озеро — 392 м ниже уровня моря. озеро
Эльтон имеет глубину всего 80 см, а глубина глубочайшего в мире озера Байкал—
1741 м.
Общая площадь, занимаемая озерами, составляет около 2% площади суши, или
2,7 млн. км2. Наиболее крупные озера, деятельность которых напоминает внутренние
моря, называют морями (Каспийское, Аральское, Мертвое). Большинство из них
отличается (за некоторыми исключениями) от морей отсутствием приливов, сильных
волнений, подводных течений и другими особенностями.
По
происхождению
выделяют
следующие
типы
озерных
котловин:
тектонические, вулканические, ледниковые, пойменные (старичные), дельтовые,
прибрежно-морские, карстовые, обвальные (плотинные) и эоловые.
Тектонические озера возникают на месте понижений в рельефе, образующихся
при движениях земной коры. Озера Байкал, Телецкое (Алтай), Танганьика (Восточная
Африка). Ладожское и Онежское озера своим рождением обязаны местным поднятиям
земной коры и последующей деятельности ледников.
Вулканические
озера
находятся
в
области
распространения
вулканов.
Формирование их происходит в кратерах потухших вулканов и понижениях на
поверхности лавовых потоков. Вулканические озера известны на Камчатке, в
Исландии, Италии и других районах.
Ледниковые озера образуются в понижениях, созданных ледником. Такими
понижениями бывают ванны выпахивания, котловины, возникающие в результате
запруды мореной водных потоков в ледниковых долинах. Ледниковые озера
встречаются на равнинах, в предгорьях, горных районах. Особенно много таких озер в
областях распространения древнего четвертичного оледенения: в Финляндии, на
Кольском полуострове, в Карелии и Белоруссии.
Пойменные, или старинные, озера представляют собой отмершие части русел
рек, заполненные водой. В плане они имеют вытянутую или петлеобразную форму.
Многочисленные старичные озера развиты в поймах Волги, Днепра, Дона и других
рек.
Дельтовые озера (ильмени) располагаются в пределах дельт рек на месте
отмерших рукавов. По условиям образования сходны с пойменными озерами, если
они питаются водами притоков реки, то называются ериками, если водами моря –
култучными.
Прибрежно-морские озера формируются в пределах прибрежно-морской зоны
на месте отделенных от открытого моря заливов, бухт, лиманов (затопленных морем
устьев рек). Озера Сасык и Саки у Евпатории в Крыму.
Дюнные озера приурочены к междюнным впадинам (встречаются на берегах
Балтийского, Северного и Средиземного морей.)
Карстовые озера развиты в районах распространения карста. Беспорядочно
разбросанные на закарстованных площадях воронки, провалы со временем
превращаются в озера (Мичиган, Онтарио). Большинство из них возникло на месте
соляного карста. Известны случаи, когда карстовые озера неожиданно исчезают.
Объясняется это тем, что воды озера, размыв перемычку дна, устремляются вниз в
более
глубокие
карстовые
полости.
При
закупорке
промоин
озера
вновь
возрождаются. Уходящие на глубину воды в пещерах образуют подземные озера. В
знаменитой Кунгурской пещере их насчитывается 36. В зоне вечной мерзлоты
образование озер связано с термокарстовыми понижениями.
Обвальные (плотинные) озера встречаются в горах или предгорьях (рис. 80).
Причиной их появления являются обвалы, вызываемые землетрясениями или
обрушениями выветрелых пород. Огромные массы обломков, загромождая долины
горных рек, создают запруды, выше которых начинает скапливаться вода. Так, в 1911
г. на Памире в долине реки Мургаб образовалось известное Сарезское озеро. Обвал,
вызванный землетрясением, похоронил под собой селение Усой вместе с его
жителями и создал плотину, протяженностью 5 и высотой около 600 м. Выше
плотины скопились воды, образовавшие озеро длиной 70 км, шириной 400 м и
глубиной 505 м. К этому же типу относится ряд других озер Памира, некоторые озера
Тянь-Шаня, красивейшее на Кавказе голубое озеро Рида.
Эоловые озера появляются на месте котловин выдувания.
К числу искусственных озер
относят пруды и водохранилища
(Каховское,
Куйбышевское,
Цимлянское и др.).
В
зависимости
местоположения
озера
от
и
его
высотных отметок реки могут
впадать в озера или вытекать из
них (р. Ангара берет свое начало в
озере Байкал, а Селенга впадает в
него).
Озера, питающие реки, называют сточными. Если одновременно они и
расходуют воду и получают ее из других рек, их именуют проточными. Озера, не
имеющие стока, называют бессточными (Аральское, Балхаш, Иссык-Куль).
Движение воды у большинства озер отсутствует. Исключение составляют лишь
проточные озера и крупные внутриконтинентальные бассейны. В последних
наблюдаются слабые приливы, небольшие ветровые волны и подводные течения.
Вода озер может быть пресной и соленой. Существенное влияние на
минерализацию озерных вод оказывает климат (Каспийское море, омывающее берега
суши с различным климатическим режимом: бассейн в целом имеет минерализацию
около 1,4%, а его залив Кара-Богаз-Гол, окруженный пустыней,— 28,5%.). Озера,
расположенные в условиях сухого и жаркого климата, имеют, как правило, соленые
или солоноватые воды. Озера гумидного (влажного) климата пресноводные. Даже
соленые воды озер морского происхождения в условиях влажного климата со
временем опресняются. Когда-то были солеными воды Онежского и Ладожского озер;
Воды озер по степени минерализации делят на
пресные с содержанием солей до 1 г/л,
солоноватые — от 1 до 25 г/л
соленые — свыше 25 г/л.
Солоноватые и соленые озера подразделяются на озера: осаждающие СаС03
(озера морского происхождения), солегипсовые, отлагающие гипс (CaS04 • 2Н20),
горько-соленые, обогащенные MgS04, хлормагниевые, содержащие CaS04, MgCl2,
NaCl, хлоркальциевые, насыщенные CaS04, NaCl, СаС12, глауберовые, осаждающие
Na2S04, MgS04, NaCl, содовые, насыщенные Mg[HC03]2.
Разрушительная и созидательная деятельность озер. Продолжительность
жизни озер намного короче жизни морских бассейнов и колеблется от десятилетий до
многих тысяч лет. Некоторые озера появляются или исчезают на глазах человека,
уменьшаются в размерах (усыхают), заполняются речными осадками, опускаются,
заболачиваются и т. д. Геологическая деятельность озер начинается с постепенного
разрушения и выполаживания берегов. Ветровые волны, размывая берега, расширяют
пределы озер, реки, принося осадки, уменьшают их площадь и глубину.
Выделяют осадки пресных и осадки соленых озер. Среди них в свою очередь
различают механические (обломочные), химические и органические осадки.
На берегах больших озер (Каспийском, Аральском, Онежском, Байкале,
Верхнем) развиваются процессы, аналогичные абразионной деятельности моря. В
прибрежной зоне сосредоточиваются грубые обломки: галька (иногда валуны),
гравий, песок. С глубиной они сменяются алевритовыми и глинистыми илами.
Мощные толщи обломочного материала накапливаются в озерах, принимающих
воды горных рек (Балхаш, Иссык-Куль, Алаколь).
Наряду с терригенными осадками существенную роль в отложениях озер играют
химические осадки, представленные различного рода солями, соединениями железа,
марганца, иногда алюминия.
Животные и растения, обитающие в озерах, также служат источником
образования отложений, состоящих из известковых и кремнистых раковин диатомей,
фораминифер,
моллюсков
и
т.
д.
Органические
накопления
представлены
разложившейся илоподобной массой. При заболачивании озер сапропелевые илы
захороняются под толщей растительных остатков (торфа) и переходят в ископаемое
состояние.
Осадки соленых озер отличаются от осадков пресных озер. Основную их массу
составляют соли (рис. 81), а пески, глинистые, известковые, доломитовые и другие
илы имеют подчиненное значение. Переслаивание солей с другими осадками
наблюдается во многих соляных
месторождениях
и
обычно
свидетельствует об изменении
режима озер в различные этапы
их развития.
Основными
причинами
высокой концентрации солей в
озерах являются приток в озера
минеральных растворов, сухой климат, отсутствие постоянного притока пресных вод.
Исключительно важную роль в химизме озерных вод играет химический состав
горных пород, питающих минеральными солями поверхностные и подземные воды.
Некоторые соляные озера (Эльтон, Баскунчак, озера реки Кемпендяй и др.)
непосредственно расположены на соляных куполах, за счет которых их воды
насыщаются минеральными солями.
Болота и их геологическая деятельность. Избыточно-увлажненные участки
поверхности суши, в пределах которых развивается болотная растительность с
последующим накоплением торфа, называются болотами.
Болота образуются преимущественно в низинах, на месте континентальных и
прибрежно-морских озер. Развитие их может происходить и в более высоких, но
сильно увлажненных участках (местах выхода подземных вод; и др.). Площадь всех
болот мира составляет 1,75 млн. км2. Болота различают низинные, верховые и
переходные.
Низинные болота зарождаются в речных долинах, на месте стариц, в дельтах
рек, при обмелении ледниковых, прибрежно-морских и других типов озер. Первым
признаком заболачивания озер является появление в прибрежной зоне болотных
растений: осоки тростника, камышей, мхов и др. Со временем болотные растения
завоевывают мелководные участки дна, постепенно распространяясь к центру озера
(рис. 82). В центральной части озер в это время интенсивно развиваются водоросли.
По мере развития болота на смену тростниковой и камышовой растительности
приходят мхи кустарники, береза, осока.
Отмирающие
растения
накапливаются
на
дне,
слеживаются,
частично
разлагаются и превращаются в бурую (иногда черного цвета) растительную массу,
называемую торфом. Вместе с торфом в ряде болот образуются руды железа и
марганца. В зависимости от среды, в которой идет осаждение железа, в осадок могут
выпадать карбонатные (сидерит) или гидроокисные (лимонит) соединения железа.
Лимонит образуется также при окислении сидерита. Мощность болотных железных
руд измеряется единицами и десятками метров. На территории Белоруссии и Карелии
выявлено несколько десятков рудоносных озер.
Низинные торфяные болота наиболее широко распространены в Карелии, на
Кольском полуострове, в Белоруссии, на Западно-сибирской низменности, Дальнем
Востоке и ряде других районов.
Низинные болота находятся на разных стадиях развития. Одни из них уже
превратились в луга, другие используются для разработки торфа, третьи находятся в
начальной или завершающей стадии развития.
Прибрежно-морские болота известны на Камчатке, на побережье Охотского
моря, у берегов Черного моря в ряде мест тропической и субтропической зон. В этих
болотах, так же как и континентальных, накапливается торф и в ряде случаев
железные руды. Наибольшее значение имеют торфяные отложения прибрежноморских болот тропической и субтропической зон, состоящие не из мелких растений и
мхов, а из стволов деревьев, их ветвей и корней (на месте мангровых зарослей).
Верховые
болота
пользуются
меньшим
распространением.
встречаются
водораздельных
Они
на
участках
тундровой зоны, в местах
выхода
на
поверхность
грунтовых вод и обильного
выпадения атмосферных осадков. Растительность верховых болот представлена
главным образом зелеными — гипновыми и белыми — сфагновыми мхами. Среди
мхов изредка встречаются кустарники и болотная карликовая сосна. Интенсивное
развитие мхов в центральной части болот способствует формированию выпуклой
формы их поверхности. Торф верховых болот обладает более высокой калорийностью
и небольшой зольностью.
Переходные болота занимают промежуточное положение между верховыми и
низинными болотами.
Полезные ископаемые озерно-болотных отложений. Процесс формирования
озерно-болотных отложений происходит непрерывно на протяжении многих
миллионов лет. На смену одних озер и болот приходят другие. Этому способствуют
главным образом тектонические движения земной коры, периодически вызывающие
обновление рельефа суши.
Отложения древних озер давно перешли в ископаемое состояние. В разрезе
земной коры их можно встретить на глубинах в десятки и сотни метров. Жидкие илы
ранее существовавших болот и озер изменили свой первоначальный облик. Под
давлением вышележащих толщ они уплотнились и превратились в осадочные горные
породы. Известковые илы, например, стали известняками, диатомовые и доломитовые
— диатомитами и доломитами, глинистые и глинисто-известковые — глинами и
мергелями.
Значительным изменениям подвергаются торфяные залежи, превращающиеся в
угли. Полное разложение растительного вещества и его углефикация в условиях
высоких температур и давления сначала приводит к превращению торфа в темнобурую или черную, с матовым блеском породу — бурый уголь. Внешние изменения
вещества вызывались перестройкой структуры и увеличением содержания углерода
(от 60 до 75%). Бурые угли имеют различный возраст, измеряемый десятками и
сотнями миллионов лет. В Иркутском угольном бассейне время их образования
относят к юре, в Подмосковном бассейне — к карбону.
При дальнейшей углефикации, происходящей при более высокой температуре
недр (300—325°), бурый уголь преобразовывался в каменный уголь. Последний имеет
более высокое содержание углерода— до 95%, стеклянный блеск и более высокую
твердость. Завершающим моментом углефикации является образование антрацита—
породы с раковистым изломом, металловидным или стеклянным блеском и
содержанием углерода от 93 до 98%.
Геологическая деятельность подземных вод.
С деятельностью подземных вод связаны такие физико-геологические явления,
как карст, суффозия, плывуны, оползни.
Геологическая деятельность подземных вод заключается также в образовании
многих вторичных минералов, заполняющих трещины в горных породах. Подземная
вода представляет собой сложный химический раствор; в определенных условиях из
такого раствора в осадок выпадают различные соли (карбонатные, сульфатные и др.),
которые заполняют трещины и другие пустоты в горных породах. Наиболее часто в
трещинах откладываются кальцит, гипс, окислы железа.
Способность воды растворять минералы и горные породы (каменную соль, гипс,
ангидрит, известняк, доломит и др.) приводит к образованию карста.
Под карстом понимают явления, связанные с деятельностью подземных вод и
выражающиеся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также в
создании характерных форм рельефа местности. Иногда карстом называют сами
пустоты, возникшие в результате растворения пород подземными водами, хотя в этом
случае правильнее употреблять термины «карстовые формы», «карстовые пустоты».
Многие районы суши с поверхности сложены растворимыми породами. Здесь
развиваются поверхностные формы карста, к которым относятся карры, поноры,
карстовые воронки, карстовые котловины и полья, карстовые колодцы и шахты.
Карры
представляют
собой
бороздообразные
углубления
глубиной
от
нескольких сантиметров до 1 - 2 м, тянущиеся в направлении уклона поверхности.
Образуются они при растворении и размыве пород вдоль трещин. Развитие карров на
больших площадях приводит к образованию карровых полей.
Поноры
Закарстованные
трещины
вертикальные
наклонные
-
это
или
отверстия,
поглощающие
Карстовые каналы
поверхностные
воды.
Развитие поноров приводит
к образованию карстовых
воронок. Глубина воронок может достигать 20 м, диаметр - 50 м и даже более. На дне
воронок обычно имеются отверстия, через которые вода уходит в глубину. Воронки
часто образуются из-за обрушения сводов подземных карстовых полостей.
Дальнейшее развитие карста приводит к образованию карстовых котловин и
польев - вытянутых впадин с крутыми, часто отвесными стенками. Некоторые полья,
вероятно, образовались в результате обрушения кровли над вытянутыми карстовыми
пустотами (пещерами).
Карстовые колодцы и шахты представляют собой крупные отверстия,
уходящие вглубь на десятки и сотни метров.
Из подземных карстовых форм можно выделить закарстованные трещины, т.е.
трещины, расширенные из-за растворения пород водой, а также карстовые пещеры и
каналы. Пещеры представляют собой вытянутые почти горизонтально пустоты, то
расширяющиеся до огромных залов и гротов, то сужающиеся до узких каналов.
Пещеры иногда достигают в длину десятков и даже сотен километров (Мамонтова
пещера в США имеет длину около 240 км). В России большие пещеры известны в
Пермской области (Кунгурская пещера), в Крыму, на Кавказе (карстовые пещеры в
верховьях р. Хосты и др.). Пещеры часто имеют несколько этажей, что объясняется
изменением базиса эрозии.
В карстовых пещерах в связи с выпадением из воды карбонатных солей
(кальцита) образуются натечные формы - сталактиты и сталагмиты. Из капель
воды, просачивающейся из потолка пещеры, на нем образуются сталактиты, имеющие
вид свисающих вниз сосулек. Упавшие на пол капли воды, выделяя карбонатные
соединения, образуют сталагмиты.
гмиты
Развитие
карстовых
форм
рельефа
неблагоприятно
влияет
на
сельскохозяйственное освоение территорий, затрудняет строительство плотин и
каналов, железных и шоссейных дорог, промышленных предприятий и населенных
пунктов. Карст затрудняет также разработку месторождений полезных ископаемых
из-за
сталактиты
больших
выработки
притоков
из
воды
в
карстовых
горные
полостей.
Наблюдаемые при бурении провалы бурового
инструмента,
поглощение
промывочной
жидкости, малый выход керна указывают на
наличие карстовых пустот.
С
глубиной
закарстованность
пород
уменьшается, что связано со снижением степени
трещиноватостн пород, а следовательно, их
проницаемости,
с
движения
растворяющей
и
уменьшением
скорости
способности
подземных вод.
Мерами борьбы с карстом являются:
1) отвод поверхностных вод от карстующихся массивов пород;
2) искусственное обрушение кровли карстовых пустот или заполнение их глинистыми
породами (например, при строительстве дорог);
3) цементация, битумизация, силикатизация карстующихся пород в основаниях
плотин и других инженерных сооружений;
4) осушение участков разрабатываемых месторождений полезных ископаемых путем
устройства дренажа подземных вод (откачка воды из скважин, шахтных стволов и
других горных выработок).
Суффозией называют процесс выноса мелких частиц породы движущейся
подземной водой. Различают механическую и химическую суффозию. Под
механической суффозией понимают разрыхление песчаных пород (обычно не
содержащих растворимых веществ) и вынос из них мелких частиц движущейся водой.
При химической суффозии происходит растворение и выщелачивание из породы
водорастворимых солей (каменной соли, гипса и др.) и вынос их током движущейся
воды.
Механическая суффозия наиболее часто происходит в мелкозернистых песках
по берегам рек, оврагов при наличии так называемого гидродинамического давления.
Это давление создается при крутых уклонах поверхности подземных вод; оно
обусловливает большие скорости движения подземных вод, «взвешивание» и вынос
песчаных частиц. Суффозия приводит к осадке поверхности Земли и образованию
суффозионных воронок. Суффозия может наблюдаться также в основаниях плотин, в
откосах и дне котлованов, стенках тоннелей, в горных выработках и т.д. Суффозия в
основании сооружений может привести к неравномерной осадке и даже разрушению
сооружений, в горных выработках - к их обрушению. С суффозией связано
образование пустот (пещер, ходов) в глинах и лессах в условиях засушливого климата
(Средняя Азия, Азербайджан); это явление получило название глиняного, или
лёссового, карста.
Мероприятия по предупреждению суффозии следующие:
1) предотвращение поступления воды в породы, подверженные суффозии, путем
отвода поверхностных вод или устройства дренажа подземных вод;
2) уменьшение скорости движения подземных вод путем изменения конструкций
сооружений
(например,
перед
плотинами
дно
водохранилища
покрывают
водонепроницаемым слоем для уменьшения скорости фильтрации воды под
плотинами);
3) искусственное улучшение свойств пород в основании сооружения путем
цементации, силикатизации и т.д.
Плывун — насыщенный водой грунт (обычно пески или супеси), который
способен разжижаться под механическим воздействием на него, при вскрытии их
котлованами и другими выработками.
Способность рыхлых пород при насыщении их водой приходить в текучее
состояние называют плывунностью, а сами такие породы в насыщенном водой
состоянии - плывунами.
Наиболее часто в плывунное состояние приходят тонкозернистые пески с
пылеватыми илистыми частицами. В естественном состоянии плывуны неподвижны.
Они начинают двигаться под воздействием динамических нагрузок или вибрации.
Истинные плывуны. Часто плывунные свойства проявляют пылеватые пески и
супеси, насыщенные водой, содержащие в большом количестве очень мелкие частицы
(глинистые и коллоидные), которые начинают играть роль смазывающего вещества
между крупными частицами грунта. Вследствие наличия глинистых и более мелких
коллоидных частиц эти грунты обладают гидрофильными свойствами и слабо отдают
воду. Даже при небольшом гидравлическом градиенте они переходят в плывунное
состояние и перемещаются с водой в выработки.
При промерзании истинный плывун подвергается сильному пучению, слабо
фильтрует воду. При высыхании приобретает связность. В образовании истинных
плывунов большую роль играют микроорганизмы.
Ложный плывун — мелкий пористый песок, насыщенный водой. Поскольку
пласт находится на глубине, вода в порах плывуна находится под давлением больше
атмосферного. При вскрытии пласт обнажается, и вода под давлением попадает в
котлован и выносит с собой песок.
Плывунные свойства грунтов проявляются при наличии гидродинамического
давления в подземной воде, возникающего вследствие развития гидравлического
градиента. Гидравлический градиент возникает при вскрытии водоносных горизонтов.
Особенно опасен прорыв плывунов в подземные горные выработки. Он не
только осложняет их проходку, но и создает опасность для людей.
Основными мерами борьбы с плывунами являются:
1) искусственное осушение водонасыщенных пород с плывунными свойствами
(откачка воды из скважин, оборудованных специальными фильтрами для мелкотонкозернистых песков или иглофильтрами);
2) крепление стенок горных выработок при помощи шпунтовой или забивной крепи,
опускных колодцев;
3) замораживание плывунов на участке, где ведется проходка котлована или другой
горной выработки;
4) проходка плывунов кессонным способом (при помощи сжатого воздуха); 5)
силикатизация плывунов.
Оползни - это смещения масс горных пород по склону под действием силы
тяжести, часто связанные с деятельностью поверхностных и подземных вод. Оползни
распространены очень широко и происходят чаще всего на склонах долин рек,
оврагов, на берегах морей и озер, а также на откосах искусственных выемок
(котлованов и др.). Они приносят большой вред инженерным сооружениям (плотинам,
промышленным предприятиям, жилым зданиям, дорогам и др.) и требуют больших
затрат для борьбы с ними.
Оползанию подвержены преимущественно глинистые породы, особенно когда
они увлажнены. Образованию оползней способствуют подмыв оползневого склона
рекой или морем, подрезка нижней части склона при строительных работах, застройка
поверхности
оползневого
склона,
увлажнение
пород
поверхностными
или
подземными водами и некоторые другие факторы.
В каждом оползне различают поверхность скольжения, подошву оползня,
глубину захвата склона оползнем, оползневые цирки и тело оползня.
Поверхность, по которой отрывается и движется оползень, называется
поверхностью скольжения. Она может быть плоской (если движение происходит по
поверхности напластования), близкой по форме к цилиндрической (у однородных
глин), волнистой или ломаной (если поверхность скольжения пересекает несколько
Поверхность
скольжения
пластов
или
проходит
по
тектоническому
Глубина захвата выявления
склона оползнем
разлому).
положения
поверхности
Для
и
формы
скольжения
бурят
скважины или шурфы.
h
Подошва оползня (или базис
оползания) - это линия пересечения
поверхности скольжения со склоном
Подошва
оползня ниже
Тело
оползня
оползня. Подошва оползня
является его нижней границей; она
Линия отрыва
оползня
может
совпадать
с
подножием
склона, быть выше или ниже его. На
одном
склоне
могут
находиться
несколько оползней; такие оползни
называют многоярусными.
Глубина
оползнем
-
захвата
это
склона
кратчайшее
расстояние от верхней поверхности
оползня до поверхности скольжения (по нормали к поверхности оползня).
Оползневым цирком называют выемку, образовавшуюся на склоне в результате
оползания оторвавшегося от склона массива пород. Весь массив оползших пород
называют телом оползня.
Разновидностью оползней являются оплывины. Они представляют собой
относительно небольшие смещения делювиальных глинистых отложений на склонах
или
насыпных
глинистых
грунтов
на
искусственных
откосах,
вызванные
разжижением пород в периоды снеготаяния или дождей.
Меры борьбы с оползнями могут быть пассивными и активными. К пассивным
мерам относятся запрещение подрезок склонов, устройства на склонах выемок и
строительства сооружений, полива земельных участков на склонах, а также
сохранение на склонах травянистой и древесно-кустарниковой растительности.
Активными мерами являются отвод поверхностных (дождевых, талых снеговых)
и
подземных
вод от оползневого склона, устройство
берегоукрепительных
сооружений (каменная облицовка, бетонирование и пр.) для предотвращения подмыва
оползневых берегов рекой или морем, устройство сооружений, удерживающих
земляные массы (свай, забиваемых через все тело оползня в несмещающиеся породы,
подпорных стенок и др.), съем оползневых масс до устойчивых пород.
В России оползни особенно широко развиты в долинах рек Волги, Днепра, на
побережье Черного моря.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЛЕДНИКОВ
Немаловажную роль в экзогенных геологических процессах играет лед.
Огромные массы природного льда называют ледниками. Ледниками покрыто
около 11% (16,2 млн. км2) поверхности суши. 98,5% этой площади занимают
ледники Антарктиды и Гренландии и около 1,5% приходится на долю горных
ледников.
Ледники Кавказа за последние 100 лет сократились по площади на 200 км2.
Уменьшилась на 2,5 км за 50 лет и длина известного ледника им. Федченко
(Памир).
Около 27 млн. км3 влаги законсервировано в современных ледниках. Если
растопить их, то уровень Мирового океана повысится приблизительно на 66 м; если
растопить только ледниковый покров Антарктиды (равен 24 млн. км2 ), то полученной
воды хватило бы на питание всех рек земного шара в течение 830 лет.
О границах распространения ледников в геологическом прошлом судят по
ледниковым отложениям. Последние говорят о периодическом изменении
географического положения ледников
Оледенение в самом начале, середине и конце протерозойской эры охватывало
огромные площади в Северной Америке, а в верхнекаменноугольное время —на юге
Африки, юге Южной Америки и в Австралии. Позже были оледенения в перми и
триасе и последнее —в конце неогена — начале антропогена; это так называемое
великое четвертичное оледенение, имевшее место как в южном, так и особенно в
северном полушариях. Площадь четвертичного ледяного покрова составляла свыше
50 млн. км2, а объем их был свыше 100 млн. км3. После отступания ледников
(дегляциация, началась 19 тыс. лет назад) уровень мирового океана поднялся
примерно на 180 м. Во время максимального оледенения большие площади, занятые
теперь морями (Северное, Балтийское и т. д.), были сушей и материковой отмелью
Мирового океана.
Образование ледников
В условиях холодного климата и при обилии снега толщина снежного
покрова быстро увеличивается. Даже тогда, когда в короткое лето теплые
солнечные лучи пытаются растопить снег, в таких областях снежный покров
остается почти невредимым, это объясняется,
во-первых, высокой отражательной способностью снега (95% солнечной
радиации снег отражает в атмосферу),
во-вторых, тем, что количество выпадающих атмосферных осадков пре обладает над количеством растаявшего снега.
Граница, выше которой снег не стаивает, называется снеговой линией
(границей).
Выше снеговой границы снег даже летом сохраняется всюду, ниже может
сохраняться только отдельными небольшими пятнами в понижениях рельефа. Вечный
снег может накапливаться только выше снеговой линии: в криосфере (хионосфере), т.
е. в сфере, в которой наблюдается положительный баланс твердых осадков. Верхняя
граница хионосферы не пересекает ни одной точки на поверхности Земли.
Высота снеговой границы на поверхности Земли зависит от ряда причин:
широты и высоты местности над уровнем моря;
количества выпадающих осадков;
экспозиции склонов горного хребта и др.
У северного полюса (то же у южного) температура ниже нуля держится круглый
год на уровне океана. На уровне океана снеговая граница находится на широте северовостока Гренландии, в районе острова Рудольфа — на высоте 25 м, в Гималаях —
5500—6000 м, в горах экваториальной Африки — 5000—6000 м.
В пределах одних и тех же широт изменение высоты снеговой линии, особенно
в низких широтах, объясняется экспозицией склона: на склонах северной экспозиции
она ниже, на южных — выше (иногда на несколько сотен метров).
Изменение высоты снеговой линии зависит и от взаимного расположения
хребтов в одной горной системе. На внешних передовых хребтах, где влажные ветры
оставляют основную часть своих осадков, снеговая линия опускается ниже, чем в
центральных хребтах. При этом различие в положении снеговой линии достигает,
например, в Тянь-Шане 600 м. Некоторое изменение положения снеговой границы
наблюдается и в зависимости от крутизны склона (на пологих она ниже).
Положение снеговой линии изменяется во времени в связи с изменением
климатических условий, при похолодании и увеличении влажности климата снеговая
линия перемещается вниз, при потеплении и уменьшении влажности — вверх.
Положение снеговой линии меняется также в зависимости от времени
года. В зимний период времени она опускается ниже летних границ.
Выше снеговой линии снег не всегда накапливается равномерно. Так,
например, в горных районах склоны, обращенные навстречу господствующим
ветрам, почти лишены снега. На склонах, защищенных от ветра, снег
накапливается
в
больших
количествах.
Снежные
массы
под
весом
собственной тяжести иногда обрушиваются, образуя снежные лавины
Накапливающийся в понижениях снег из года в год наращивает свою
мощность. Массы молодого снега со временем уплотняются, под действием
солнечных лучей оплавляются, сливаются и превращаются в зерна льда — фирн.
Образованию фирна помогают процессы
абляции — таяние снега и уменьшение объема .
сублимации — возгон как с поверхности, так и в пределах снежного слоя, с
последующей кристаллизацией водяного пара. При сублимации высвобождается
тепло, способствующее сплавлению кристаллов в зерна. С течением времени под
действием процессов подтаивания, сублимации и давления (в полярных ледниках это
главный фактор) вышележащих толщ снега, мощность которого с каждым годом
растет, фирн постепенно превращается в белый фирновый лед, а последний в
голубоватый глетчерный лед.
Просачивающиеся в фирн снеговые воды заполняют промежутки между
ледяными зернами и, замерзая, цементируют их. Так среди фирнового льда
образуются
прослойки
сплошного
льда.
В
основании
фирнового
слоя
кристаллические зерна сливаются друг с другом и превращаются в сплошной
прозрачный лед, называемый глетчерным. так ежедневно и ежегодно.
В результате рыхлый снег превращается в фирн — зернистый снег (размер
зерен — 0,5—5 мм в верхних слоях фирна, 10—100 мм на глубине 6 м) Отдельные
зерна
достигают
10—30
см.
Мощность
фирнового
слоя
в
районах
распространения ледников может быть от нескольких сантиметров до 100 и
более метров. 1 м3 свежего снега весит 85 кг, фирнового — до 600 кг (плотность до
0,6).
На превращение слоя снега мощностью в 50 м в лед в условиях Антарктиды
требуется примерно 200 лет, для горных ледников эту цифру следует уменьшить в 3—
4 раза.
Глетчерный лед состоит из крупных зерен размером от горошины до куриного
яйца. Вес 1 м3 глетчерного льда 900—960 кг, плотность 0,909 (плотность речного —
0,917), следовательно, примерно из 11 м3 снега образуется 1 м3 глетчерного льда.
Область, где происходит преобразование снега в лед, называется областью
питания. Толща льда по мере увеличения ее массы приходит в движение. Лед
начинает растекаться по краям или в виде длинных вытянутых языков
спускаться с гор.
Движение
ледников.
Характерной
особенностью
льда
является
его
пластичность при свойственной ему хрупкости.
Степень пластичности возрастает при понижении температуры и при
увеличении давления, вследствие этого нижние слои льда как бы выползают из-под
вышележащих. Глетчерный лед, выползая из-под своего фирнового покрова, течёт,
подобно пластическому веществу (это активно движущаяся толща ледника,
вышерасположенная толща движется пассивно), при больших мощностях независимо
от рельефа местности (если мощность ледника значительно превышает амплитуду
неровностей рельефа). Для того чтобы обнаружилось движение на пологом (до 1°)
склоне, необходима, толщина льда порядка 60—65 м, но на склонах крутых (45° и
более) достаточно, если мощность ледника достигнет 1.5—2 м.
Скорость течения ледников в общем небольшая: от нескольких десятков
миллиметров до нескольких десятков сантиметров в сутки и редко достигает 3—7
м/сут (крупные Памирские и Гималайские ледники). Выводные ледники Гренландии
движутся со скоростью от 5 до 25,0 м/сут, а более крупные покровные ледники — до
40 м/сут.
Скорость изменяется с изменением климата, т. е. с изменением условий питания
ледника и его расходования. Поэтому для характеристики ледника важно знать его
режим. Под режимом ледников понимают соотношение между питанием ледника и
его расходом (на испарение и таяние) или абляцией во времени. Соотношение их
определяет и режим движений ледника.
По мере движения от области питания ледник спускается по понижениям в
рельефе ниже снеговой линии, где температура воздуха выше. Если скорость
стаивания ледника компенсируется скоростью его движения, то границы
ледника остаются более или менее стабильными. Такое положение ледника
считается стационарным.
Изменение соотношения между питанием и расходованием приводит к
удлинению или укорачиванию ледника.
Если же приток льда превышает скорость его таяния (увеличивается
питание), то говорят о наступании ледника.
Если приток льда меньше скорости таяния (при интенсивном расходовании и
уменьшении питания), границы
ледника сокращаются и
происходит его
отступание.
Движение будет продолжаться до высоты, на которой установится новое
стационарное положение, соответствующее новым условиям его режима.
Колебания нижней границы распространения могут быть
 сезонными
 периодическими
 вековыми.
Первые измеряются обычно единицами метров, вторые и третьи, обусловленные
колебаниями климата, выражаются километрами.
Наблюдением за ледниками установлено:
1) чем больше масса льда и чем больше уклон ложа, тем быстрее движется
ледник;
2) движение ледника к концу дня уменьшается, а к утренней заре ускоряется;
3) средняя часть ледника движется быстрее, чем краевые части (отстают
вследствие трения);
4) у фирновой границы скорость движения ледника выше и уменьшается с
приближением к концевой части языкам
Для определения скорости движения ледника пользуются специальным
прибором — криокинеметром.
Окончания ледяных потоков, называемые языками, достигая снеговой
границы, переступают ее и спускаются в область более высоких температур.
Здесь лед начинает постепенно таять; образующиеся ледниковые воды питают
горные реки.
Область, в пределах которой происходит движение ледника, называют
областью стока.
Многие горные ледники
в настоящее время отступают. Скорость
отступания составляет единицы и реже десятки метров в год. Ледник Федченко
отступает, стаивает каждое лето на 10 м, ледники Скандинавии и Гималаев
стаивают более чем на 15 м в год.
Неровности рельефа, изменение скорости движения и поперечного
сечения ледника вызывают образование на его поверхности трещин.
Трещины бывают
1. продольными
2. поперечными
Продольные трещины возникают при выходе ледника из долины на
равнину, где начинается растекание льда в стороны. Возникающие при этом
поперечные напряжения ведут к растрескиванию льда.
Поперечные трещины появляются при увеличении скорости движения
ледника, а также при преодолении им отдельных возвышений или резких спадов
в рельефе (рис.). Трещины бывают шириной в несколько метров и глубиной до
100 и более метров.
Трещины между собой соединяются, образуя, при последующих движениях по
ним воды, своеобразные пещеры с горизонтальными ходами и вертикальными
колодцами. На больших глубинах за счет высокой пластичности льда трещины не
развиваются. Ширина трещин под действием солнечных лучей и образующейся при
таянии льда воды, устремляющейся в трещины, увеличивается.
Иногда поверхность ледника из-за неровности дна бывает разбита на отдельные
глыбы (сераки).
Когда ледник, минуя крутой участок, выходит на участок долины с пологими
уклонами, поверхность его выравнивается, и трещины сходятся своими краями.
Типы ледников
Ледники классифицируют по форме, размерам, положению относительно
уровня моря. По этим признакам выделяют ледники:
покровные,
горные,
промежуточные.
Покровные
(материковые)
ледники
размещаются
на
островах
и
континентах. Они отличаются очень большими размерами (до миллионов
квадратных
километров),
выпуклой,
щитообразной
формой
поверхности,
большой мощностью (в среднем до 2000 м ) , совмещением области питания и
области стока, радиальным течением льда (от центра к краям материка).
К покровным ледникам относят ледники Антарктиды, Гренландии,
островов Северного Ледовитого океана (Шпицберген, Земля Франца-Иосифа,
Новая Земля, Северная Земля и др.)
При спуске в море от края ледника отделяются огромные ледяные поля
длиной до 100—167 км и высотой до 500 и более метров. Они дают начало
плавающим ледяным островам — айсбергам (рис. 61).• Большая часть айсберга
обычно погружена в воду. Высота надводной части айсберга достигает 87 м.
подводной — 500 и более метров. При таянии айсбергов в подводной их части
образуются выступы, подобные тарану, вытянутые на сотни метров. Они почти
не заметны с поверхности и с трудом обнаруживаются приборами. Поэтому
корабли, встречаясь с айсбергами в открытом море, обходят их на значительном
расстоянии.
Горные ледники. Понижения, расположенные выше снеговой линии,
заполнены снегом и фирном являются областью питания для различного типа
горных ледников. Горные ледники располагаются или непосредственно в таких
понижениях, или берут от них начало. В отличие от покровных горные ледники
разобщены между собой и занимают небольшие площади.
В зависимости от формы и режима различают два основных типа горных
ледников: ледники каровые и долинные.
Каровые ледники (пиренейский
тип)
формируются
в
чашеобразных
углублениях (карах) на склонах гор. Они отличаются малыми размерами,
небольшой мощностью и отсутствием стока льда. Большинство каровых
ледников сложено исключительно фирновым льдом.
Висячий ледник образуется при обилии снеговых осадков, когда кары
переполняются льдом, и он нависает ледяным карнизом над склоном. Висячие
ледники периодически обрываются и падают вниз, образуя ледяные лавины.
Каровые и висячие ледники известны в горах Забайкалья, СевероВосточной Сибири (хребты Верхоянский, Черского; Корякское нагорье), Алтая,
Урала.
Долинные ледники (альпийский тип) занимают долины гор.
Долины бывают как продольными, так и поперечными.
Первые простираются вдоль горных хребтов, вторые поперек них.
Питание ледников осуществляется в фирновых бассейнах, разбросанных на
склонах гор или на их вершинах. Фирновые бассейны размещаются в крупных
котловинах или впадинах. Из области питания лед потоками сползает в горные
долины (рис.).
Длина ледникового потока зависит от количества атмосферных осадков.
Чем обильнее питание, тем длиннее язык. Крупнейшими в мире считаются
долинные ледники Азии — Федченко (Памир) и Сиачен (Гималаи). Длина
ледника Федченко 77 км, ширина языка 2—5 км, площадь 1000 км2, мощность (в
средней части) 1000 м, скорость течения 1 м/сут. Длина ледника Сиачен 75 км,
площадь 1180 км2.
По строению долинные ледники бывают простыми и сложными.
Простой ледник состоит из одного обособленного ледяного потока
Сложные представляют собой систему ледников, сливающихся в один
поток. В плане сложные ледники имеют древовидную форму и напоминают
ледяную реку, в которую впадают притоки. Основное русло их проходит в
продольной долине, притоки выходят из поперечных долин (ледники Федченко,
Иныльчек (Тянь-Шань), ледники Альп, Гималаев). Кроме древовидных,
встречаются переметные и звездообразные ледники.
Переметные ледники имеют общий фирновый бассейн и два ледниковых
потока, спускающихся по обоим склонам горы.
Звездообразные ледники расходятся от фирнового бассейна несколькими
потоками. Такое расположение долинных ледников нередко наблюдается у
ледников промежуточного типа, таких как ледники Эльбруса, Казбека,
Килиманджаро (Африка). Высочайшая вершина Кавказа Эльбрус (высота 5642
м ) на площади 144 км2 покрыта ледниковой шапкой мощностью 60—110 м. От
нее в разные стороны сползают ледниковые потоки.
Промежуточные ледники. Во многих деталях строения они сходны с
покровными и горными ледниками. По месту положения их делят на ледники
плоскогорий и ледники предгорных областей
Плоскогорные
ледники
широко
известны
в
Скандинавских
горах.
Крупнейшим из них является ледник Южной Норвегии Юстедаль. Он состоит
из ледникового щита и ряда долинных ледников, спускающихся от него в
разные стороны. Общая площадь ледникового массива 943 км2. Небольшие
ледниковые шапки покрывают вершины вулканических конусов Кавказа,
Камчатки, Африки.
Обилие снега в горах ведет к широкому распространению ледников,
которые, спускаясь с гор, растекаются в области предгорий. Предгорные ледники
занимают большие площади. Они характерны для Анд (Южная Америка), где
общая площадь оледенения составляет 25 000 км2, и Аляски (52 000 км2). На
Аляске в силу благоприятных климатических условий (высокая влажность и
низкие температуры) развито мощное оледенение, покрывающее склоны гор и
предгорные равнины. Спускающиеся с гор ледниковые потоки у подножья
нередко сливаются в один сплошной ледяной массив, образуя ледниковые поля.
Крупнейший ледяной чехол — ледник Маляспина расположен в районе залива
Якутат.
Его
площадь
3800
км2.
Отдельные
долинные
языки
Аляски
непосредственно спускаются к морю и, погружаясь под воду, всплывают затем
на поверхность в виде айсбергов. В океанский залив спускается и крупнейший
ледник мира Хаббард, имеющий длину 145 км и ширину языка до 16 км.
Разрушительная деятельность ледников
Ледники сглаживают неровности рельефа местности или выпахивают на
поверхности суши котловины, ледниковые долины и другие понижения.
Сила разрушения зависит
- от давления, оказываемого льдом на каменное ложе,
- от физических свойств пород, слагающих его.
При мощности льда 100 м величина давления на 1м2 основания достигает
1т.
Разрушение
усиливается,
если
в
основание
ледника
оказываются
впаянными обломки твердых пород. Они истирают, царапают и полируют
встречающиеся на пути скальные породы. Глубина царапин измеряется
миллиметрами, ширина — сантиметрами, длина — метрами. По расположению
царапин и шрамов обычно определяют направление движения ледника.
Встречая на своем пути скалы и возвышения из твердых коренных пород,
ледники сглаживают их, придавая им округлую каравеобразную или вытянутую
форму. Одиночные сглаженные скалы называют бараньими лбами, а группы
таких же, но более мелких выступов, чередующихся с углублениями, —
курчавыми скалами.
Сглаживание
и
разрушение
горных
пород
называется
экзарация
(выпахивание). В неоднородных по составу породах ледник выпахивает
вытянутые по направлению своего движения углубления, называемые ваннами
выпахивания.
Наиболее ярко процессы экзарации выражены у горных ледников. За счет
выпахивания обломков горных пород со дна и стенок каровых понижений
происходит расширение и углубление каров. Более интенсивно этот процесс
происходит в фирновых бассейнах, питающих долинные ледники. На их месте
со временем образуются большие чашеобразные котловины, называемые
цирками.
Спускаясь по речным долинам, ледники углубляют их, скалывают со
стенок выступы коренных пород и придают им корытообразную форму. Такие
долины именуют трогом (от нем. «трог» — корыто). В разных участках долин
встречаются сглаженные и отполированные выступы скальных пород в виде
бараньих лбов и курчавых скал. Дно трогов изобилует понижениями — ваннами
выпахивания, сочетающимися с расположенными поперек долин сглаженными
каменными уступами — ригелями (каменными валами).
Морена
Обломки горных пород, впаянные в тело ледника, называют ледниковой
мореной.
Покровные ледники содержат морену внутри ледникового тела или у
самого
основания
(дна)
ледника. На
поверхности
она отсутствует,
за
исключением тех случаев, когда покровный ледник огибает выступающие надо
льдом скалы и вершины гор. В местах соприкосновения ледника со скальными
породами на лед падают обломки камней. Это или продукты физического
выветривания, или обломки, сорванные ледником.
Горные ледники переносят гораздо больше каменного материала. Обломки
камней могут находиться в любой части тела ледника. В зависимости от их
положения выделяют морены поверхностные, внутренние, донные и конечные
Поверхностные морены расположены на поверхности ледник; Среди них в
свою
очередь
выделяют
боковые и
срединные морены. Боковая
морена
располагается по бокам ледника и имеет вид каменных валов, вытянутых вдоль
края ледника. В составе боковой морены много продуктов выветривания горных
пород, обвалившихся на поверхность ледника с крутых склонов гор или
принесенных из поперечных долин водно-ледниковыми потоками. Боковые
морены двух или нескольких слившихся друг с другом ледников оказываются
посередине головного ледника. Так образуются вытянутые вдоль ледника
каменные валы срединных морен. Морена, впаянная внутри тела ледника,
называется внутренней. Материал этой морены ледник выносит частью из
фирнового бассейна, куда он попадает при разрушении склонов ледяных
цирков, и частично он проникает внутрь ледника с поверхности ледникового
тела через трещины. Немало обломков захватывает ледник и из каменного ложа,
по которому движется. Каменные массы, представляющие собой продукты
экзарации, впаявшиеся в основание ледника, образуют донную морену.
Все вышеперечисленные типы морен, встречающиеся в современных
ледниках, называют движущимися. Но есть и еще один тип морены, по которому
судят о границах распространения ледника как в настоящее время, так и в
геологическом прошлом. Это так называемая конечная морена. Она образуется в
конце ледникового языка или у края ледника.
Часть каменного материала, входящего в состав конечной морены, ледник
движет впереди себя, сгребая его на пути движения. Так происходит при
наступании ледника. При стационарном положении ледника, когда все новые и
новые массы льда приносят к краю языка все большее количество обломков
возникают каменные гряды высотой от нескольких метров до 30 — 40 м.
Каменные гряды располагаются вдоль края ледника, повторяя его очертания.
Если на пути движения бывшего ледника встречается несколько гряд
конечной морены, это значит, что ледник в этом месте отступал с остановками.
При новом наступании ледника ранее отложенная конечная морена может быть
сдвинута и вновь переотложена. В местах выхода подледниковых вод конечная
морена размывается, становится прерывистой.
При равномерном таянии ледника движущаяся морена постепенно
опускается на дно и отлагается в виде каменных гряд, вытянутых по
направлению его движения. При этом поверхностная морена смешивается с
внутренней и донной и среди них удается различить лишь боковую (или
береговую) и срединную морены. Отложенная морена в отличие от движущейся
называется
основной.
Основная
морена
обычно
состоит
из
тонко-
и
мелкообломочного материала (глины, суглинки, глинистые пески и др.), в
который включены более крупные обломки твердых, трудно истираемых
минералов и горных пород. Это в основном гравий, щебень, галька, валуны.
Разнородность каменного материала, отсутствие сортировки и слоистости —
все это отличительные признаки моренных отложений.
Отложенная морена образует положительные формы рельефа: извилистые,
нередко прерывающиеся каменные гряды и холмы. Одной из форм моренного
рельефа являются друмлины. Они встречаются в районах распространения
древних материковых ледников. По форме это овальные холмы, вытянутые в
направлении движения ледника, высотой 20—25 м, длиной до 2—3 км и
шириной 200— 300 м. Друмлины образуются вокруг выступов сглаженных
скальных пород типа бараньих лбов и курчавых скал. По всей вероятности они
формировались в процессе движения ледника за счет накопления моренного
материала у препятствий.
Моренные отложения более ранних геологических эпох — протерозоя и
палеозоя обычно метаморфизованы и имеют большую мощность (от десятков до
160—180 м ) . В отличие от более молодых моренных отложений их называют
тиллитами.
Вторым видом ледниковых обложений являются отложения ледниковых
вод, или флювиогляциальные отложения. При таянии снега и льда в области
распространения ледников появляются талые воды. Струйки и ручьи талых вод,
стекая в понижения, образуют настоящие реки, текущие среди ледяных берегов.
Водно-ледниковые
потоки
промывают
на
поверхности
ледников
русла.
Встречая на своем пути трещины, воды уходят вглубь ледника, промывают
внутри
него
каналы
в
виде
туннелей.
Подледные
русла
могут
быть
внутриледниковыми и придонными. Подходя к краю горного ледника, водноледниковые потоки устремляются в речную долину и дают начало горным
рекам. Воды покровных ледников выходят на равнину, где разделяются на
множество рукавов и теряются в складках местности. Захватывая из ледниковой
зоны обломки морен, талые воды уносят их и, действуя, как обычные реки,
сортируют и отлагают как в пределах ледниковой толщи, так и вне нее.
Продуктами отложения ледниковых вод являются глины, пески, гравий,
галечники. Большинство этих отложений хорошо отсортированы и слоисты.
Глины
накапливаются
Неравномерный
обусловливает
приток
преимущественно
в
воды
потепления
поступление
в
в
периоды
озеро
приледниковых
взвешенного
и
озерах.
похолодания
материала
различной
крупности. В зимний период времени на дно осаждаются тонко-взвешенные
глинистые частички, летом, когда приток воды усиливается, начинается
осаждение тонкого песчаного материала. Так, в течение одного года происходит
формирование одного глинистого и одного песчаного прослоев, которые в
сочетании образуют годовую ленту. Глины такого строения получили название
ленточных.
Формы рельефа, образуемые ледниками
В предледниковой зоне и на месте отступившего ледника водноледниковые
отложения
образуют
различные
формы
рельефа.
Наиболее
характерные из них — озы, камы и зандры.
Озы — вытянутые в направлении движения ледника гряды с волнистыми и
узкими гребнями. Ширина их неодинакова, местами они сужаются до такой
степени, что становятся прерывистыми и приобретают вид вытянутых в цепочку
продолговатых холмов. Длина гряд от нескольких сотен метров до десятков
километров, высота — от 5 до 50 и более метров. Озы состоят из хорошо
сортированных косослоистых песков, гравия и галечников. Озы образовались из
русловых осадков водно-ледниковых потоков на поверхности ледника или
внутри него. При таянии ледника эти отложения спроектировались на моренные
отложения в виде вытянутых гряд.
Камы — песчаные холмы высотой 10—12 м, беспорядочно разбросанные
вблизи конечных морен. Холмы сложены хорошо сортированным песком,
переслаивающимся с гравийным и глинистым материалом. Камы возникли на
месте
крупных
ледяных
глыб,
на
поверхности
которых
существовали
котловины, заполненные водой. В основании камы подстилаются валунами.
Зандры (латинское «зандур» — песок) — обширные песчаные поля,
простирающиеся перед, конечными моренами. Поверхность их слегка волниста.
Сложены они слившимися между собой конусами выноса ледниковых потоков,
выходящих из-под края ледника. При отступании ледника конусы выноса
наращиваются, превращая местность в слегка волнистую равнину. Зандры
сложены в основном песком, включающим небольшое количество гравия и
глины.
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В РАЙОНАХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ
Геологические процессы в районах вечной мерзлоты обладают рядом
особенностей, обусловленных наличием сезонномерзлых и многолетнемерзлых
пород.
Многолетнемерзлыми или мерзлотными называются такие горные породы,
которые залегают на некоторой глубине от земной поверхности и имеют
отрицательную температуру в течение длительного времени, измеряющегося
десятками тысяч лет, т. е. многими веками. Вода в трещинах и порах этих пород
находится в твердой фазе — в виде льда, выступающего в роли цемента. В
трещинах, развитых в породах с поверхности земли (часто это трещины
морозобойные, возникающие при замерзании пород), образуется жильный лед. Лед
встречается и в виде прослоев и линз.
Вечная мерзлота распространена в районах, в которых среднегодовая
температура ниже 0°С. Промерзающая зимой почва и подстилающие ее коренные
породы не успевают в летнее время оттаять; оттаивает лишь самая верхняя их часть,
получившая название деятельного слоя. Мощность этого слоя зависит от характера
слагающих пород, влажности, рельефа, растительности и др. и изменяется от
нескольких сантиметров до 3—3,5 м. Под деятельным слоем располагается толща
многолетнемерзлотных горных пород, нередко с таликами и трещинами, к которым
бывают приурочены подземные воды. Ниже толщи вечномерзлых пород следуют
талые горные породы.
Вечная мерзлота, возникшая много тысяч лет назад в условиях более
холодного климата, видимо, в пределах окололедниковой зоны (в перигляциальной
зоне), в последнее столетие деградирует. Так, сто лет назад в г. Мезене колодцы
копали в мерзлой породе. Теперь южная граница площади развития вечномерзлых
пород располагается на 50 км севернее указанного города. Однако и в наше время
вечная мерзлота широко развита на поверхности Она занимает до 25% площади
Земли.
Область развития многолетней мерзлоты по типам ее географического
распространения (с севера на юг):
1. Зона сплошной мерзлоты. В северной части этой зоны выделяется подзона
погребенного льда, мощность слоев и линз которого местами достигает нескольких
десятков метров. Мощность мерзлого слоя на севере зоны превышает 500—700 м,
на юге — 60—120 м (в области Якутского полюса холода ее мощность местами
превышает 250 м). Температура мерзлых грунтов в зоне изменяется от —2 до —10°
С.
2. Зона таликовой мерзлоты. В этой зоне среди вечномерзлых пород имеются
острова талых (под озерами, под руслами крупных рек и в прилегающих участках
поймы). Мощность таликов под руслами рек до 5—10, реже — 30 м. Талики также
приурочены к зонам разломов земной коры, являющихся проводниками термальных
вод. Мощность мерзлых грунтов здесь от 10 до 150 м, реже до 300 м и болееТемпература меняется от 0 до —2° С.
3. Зона островной мерзлоты (среди талых пород имеются острова вечной
мерзлоты).
Подземные воды в условиях вечной мерзлоты подчиняются другим
закономерностям, чем воды вне рассматриваемой зоны. В условиях вечной
мерзлоты распространение подземных вод зависит не только от состава горных
пород, но и от степени их промерзания. Слои вечномерзлых пород водоупорны,
поэтому они препятствуют просачиванию воды, способствуют заболачиваемости
местности.
Подземные воды в области вечной мерзлоты, подразделяются на
1. надмерзлотные,
2. межмерзлотные
3. подмерзлотные.
Надмерзлотные воды приурочены к деятельному слою и рассматриваются
как грунтовые, водоупором для них служат многолетнемерзлые породы. Питаются
они за счет атмосферных осадков и инфильтрации воды из поверхностных водоемов
и потоков, а также за счет подпитывания водами более глубоких водоносных
горизонтов. Последние в свою очередь на других участках сами питаются за счет
вод деятельного слоя. Воды эти пресные, богатые органическими веществами.
Надмерзлотные воды зимой промерзают. Так как промерзание начинается
сверху, то вновь образовавшийся верхний слой мерзлых грунтов вызывает в
оставшейся зажатой воде деятельного слоя напор (за счет увеличения объема воды
при переходе ее в твердую фазу). Развивается значительное давление на кровлю,
под влиянием которого податливые грунты ее выпучиваются. Образуются бугры
пучения, заключающие в себе лед. Такие бугры называют также гидролакколитами
или
по-якутски
«булгунняхами».
В
их
формировании
могут
участвовать
межмерзлотные и подмерзлотные воды. При разрыве бугра часть воды выливается,
образуя наледи — гидроэффузивы. Наледи могут быть сезонные и многолетние.
Цепочки бугров образуют гряды пучения. Длина гряд достигает десятков и сотен
метров. Бугры и наледи широко развиты в перигляциальной области Тянь-Шаня.
Наледи также могут быть наземными, речными и подземными.
Промерзание надмерзлотных вод может быть частичным и полным. При
частичном промерзании в деятельном слое образуются незамершие участки породы
– талики. Талики бывают сезонными и многолетними. Мощность 1-10 м. Талики
деятельного слоя способствуют просадке грунтов, приносящей вред при
строительстве наземных сооружений.
Своеобразные
бугры
в
условиях
вечной
мерзлоты
образуются
на
заболоченных участках - торфяные бугры и мари;- это группа мелких (высотой
0,5—1,0 м) бугров, разделенных заболоченными понижениями.
Деятельный слой с очень малым снежным покровом может промерзать на
большую глубину. В связи с этим в нем могут возникнуть морозобойные трещины,
разбивающие его на отдельные многоугольные призмы. Весной трещины
заполняются водой, которая в зимний период замерзает, образуя «жильный лед»
или так называемые «ледяные клинья». Следующей весной лед оттаивает, зимой
снова замерзает и т. д. В результате размеры жил растут, достигая, по вертикали 40
м, а в поперечнике 8 м. На поверхности земли в местах развития жильного льда
формируется полигонально-валиковый рельеф.
Там, где деятельный слой сложен тонкодисперсными породами, в нем при
растрескивании возникают полигональные формы: каменные венки, пятна —
медальоны, пятнистые тундры и др. (север Якутии). Внешне они представляют
собой сложенные глинами и разбитые на полигональные плитки поверхности,
разделенные
полосами
травянистой
или
кустарниковой
растительности.
Образование их, происходит в три этапа. Влажные грунты к началу холодов
разбиваются трещинами на отдельности. По трещинам глины промерзают быстрее.
В итоге образуются замкнутые участки с талым грунтом. При промерзании
последних начинает резко возрастать давление внутри участка, возникают разрывы,
через которые выползает глина, и, растекаясь в стороны, образует пятна.
Каменные кольца (венки) формируются аналогично глинистым пятнам, но в
отличие от последних они приурочены к тонкодисперсным породам с включением
крупнообломочного материала.
При вытаивании подземного льда, расположенного в зоне сезонного
протаивания, на поверхности земли появляются различные формы, условно
названные термокарстовыми понижениями — провалы, блюдца, котлованы, часто
занятые озерами. Котловинообразные понижения могут образоваться и при
оттаивании многолетнемерзлых грунтов, вызванном, например, рубкой леса.
При вытаивании жильных льдов возникает группа бугров, сложенных
вмещающей
жильные
льды
породой.
Эти
бугры
по-якутски
называются
«байджарахами». При большой «льдистости» вмещающих пород бугры не
образуются, так как оттаивающие грунты расплываются. Возникают котловины
(аласы по-якутски), покрытые часто лугами. Глубина котловин до 8—12 м.
С ледниковыми деформациями грунта приходится считаться при возведении
сооружений на вечномерзлых отложениях. Под зданием может образоваться талик,
в который устремится вода и превратит здание в наледь, или произойдет осадка
здания. При вторичных промерзаниях грунтов происходит «выпучивание» из них
фундаментов зданий, телеграфных столбов, глыб, валунов и т. п.
С деятельным слоем широко связаны солифлюкционные процессы, под
которыми понимается медленное течение рыхлых, сильно переувлажненных
(влажность их достигает полной влагоемкости), оттаявших масс тонкодисперсных
пылеватых горных пород по мерзлому слою на склонах возвышенностей и бортах
речных долин при уклонах выше 3—5°. Даже при указанных уклонах скорость течения материала достигает нескольких сантиметров в год, а в высокогорных областях
Тянь-Шаня до 2—5 м/год. Мощность солифлюкционных потоков 0,5—2,0 м, а в
горах и больше. При этом образуются солифлюкционные террасы, натечные языки,
валы и другие формы рельефа. С солифлюкционными течениями связано и
перемещение валунов, имеющих в поперечнике до 2,0 м и более.
К надмерзлотным водам относятся также воды многолетних надмерзлотных
таликов, залегающих под руслами рек и озер (под крупными реками районов
развития
вечной
мерзлоты
встречаются
сквозные
талики,
являющиеся
своеобразными областями питания и дренирования подземных вод других
водоносных горизонтов зоны). Грунтовые воды непромерзающих надмерзлотных
таликов используются в ряде случаев для водоснабжения.
Межмерзлотные воды в жидкой фазе связаны часто с надмерзлотными. Они
не промерзают вследствие непрерывности движения и повышенной минерализации,
но всегда имеют отрицательную температуру, как правило, обладают напором,
постоянным режимом и хорошими санитарными качествами, поэтому имеют
большое значение (в случае слабой минерализации) для целей водоснабжения. Для
целей водоснабжения используются ныне и межмерзлотные льды, встречающиеся
на севере Сибири среди мерзлых пород в виде линз, пластов, жил (мощность тел до
нескольких десятков метров).
Подмерзлотные воды, залегающие под толщей многолетнемерзлых пород,
имеют положительную температуру и обладают напором. Глубина их залегания
определяется в основном мощностью мерзлых пород.
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ВЫЗВАННЫЕ ИЗМЕНЕНИЕМ НАПРЯЖЕННОГО
СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
Собственно антропогенный рельеф
По происхождению антропогенные формы рельефа делятся на две основные
группы:
 техногенный рельеф, созданный в процессе промышленной деятельности
человека,
 агрогенный, созданный в результате сельскохозяйственной деятельности.
Техногенный рельеф включает разнообразные формы рельефа в районах
разработки полезных ископаемых, в местах гидротехнических сооружений, при
градостроительных работах, при прокладке железных и шоссейных дорог, при
постройке портовых сооружений и т. д.
В местах горных работ ведется добыча полезных ископаемых открытым и
закрытым способами.
Открытый способ добычи экономичнее, но при этом образуются карьеры (до
200-300 м глубиной) и отвалы пустой породы.
При шахтном способе добычи угля и других полезных ископаемых
неотъемлемой частью ландшафта становятся терриконы – конусообразные насыпи
пустой породы и подземные выработки – шахты, штольни, над которыми в
результате просадки грунта могут возникнуть и образоваться понижения и провалы
различной глубины и формы. Опускание поверхности наблюдается и при усиленной
откачке нефти или воды. Вследствие большого забора воды на территории Мехико и
его окрестностей началась просадка поверхности в отдельных районах до 3-4 см/год, и
северо-восточная часть города опустилась на 9 м.. В Татарстане из-за интенсивной
откачки нефти наблюдаются просадки грунтов и локальные землетрясения.
В связи с ростом открытых способов добычи полезных ископаемых (угля, руд,
торфа, песков и др.) образуется много бросовых земель, которые необходимо
рекультивировать. Выделяют:
техническую
рекультивацию
–
выравнивание
поверхности,
иногда
террасирование,
биологическую рекультивацию – посадку деревьев, садов. В местах богатых
почв, например, черноземов, необходимо предварительно (до начала горных работ)
убрать и сохранить гумусовый горизонт, чтобы потом после технической
рекультивации покрыть им поверхность.
Восстановленные земли используют для сельскохозяйственного производства –
полеводства, овощеводства, садоводства, под леса и парки, выработанные карьеры
превращают в пруды для рыборазведения, для водных спортивных мероприятий, для
организации рекреационных зон.
Так же изменяется рельеф при инженерно-строительных работах. Так, при
строительстве городов предварительно создают поверхность антропогенной планации
(выравнивания) – убирают речки в трубы, спрямляют русла и бетонируют берега рек,
засыпают балки. При строительстве железных и шоссейных дорог предварительно
выравнивают трассы: создают насыпи, делают выемки. В горах срезают склоны,
прокладывают тоннели.
Преображает ландшафты гидротехническое строительство. Водохранилища на
крупных реках затапливают огромные площади пойменных и террасовых земель
(Каховское водохранилище на Днепре, Рыбинское, Куйбышевское и другие на Волге и
т. д.). Дноуглубительные и русловыправительные работы на реках сопровождаются
образованием новых пляжей и осередков на отвалах грунта. Прокладке оросительных
каналов и дренажных траншей сопутствуют отвалы, то же возникает возле
искусственных прудов-ко'паней, при создании водохранилищ на малых реках
возводятся земляные плотины.
Большие изменения под влиянием хозяйственной деятельности человека
наблюдаются на побережьях. Создание пляжей, молов, защитных дамб и плотин
изменяет процессы абразии и аккумуляции наносов у побережий, образуются новые
косы, отмели, острова и пр. Поговорка, что «голландцы создали свою страну» близка
к истине, ибо около 40% ее территории лежит ниже уровня моря на осушенных
маршах-польдерах.
Необходимо отметить также следы военной эрозии: траншеи, рвы, землянки,
доты, оборонительные насыпные сооружения и многочисленные воронки от бомб. В
1952 г. взрывом термоядерного устройства был уничтожен остров Элгелаб в Тихом
океане. Вместо него образовалась воронка более 1 км диаметром.
К древним антропогенным формам рельефа относятся насыпные холмы,
окруженные рвами, на месте поселений людей, курганы – сторожевые и на месте
погребений.
Агрогенный рельеф наблюдается там, где под влиянием сельскохозяйственной
деятельности происходит рыхление почвогрунтов и выравнивание поверхности на
пашнях. На склонах широко применяется террасирование (создание искусственных
горизонтальных площадок с насыпным грунтом) и обвало'вывание (насыпка земляных
валов, препятствующих размыванию почв), строятся гидротехнические сооружения.
На болотах и заболоченных землях проводятся осушительные мероприятия
(дренажные траншеи) и впоследствии выравнивание зако'чкаренной (производное от
слова «кочка») поверхности под пашни и луга.
Создаваемые в процессе хозяйственной деятельности искусственные формы
рельефа становятся составной частью окружающего естественного ландшафта и, если
они специально не законсервированы, дальше развиваются по общим природным
законам.
Сдвижение горных пород на подрабатываемых территориях
Подрабатываемые территории — это участки земли с наличием крупных
подземных пустот, вызванных горнотехнической и строительной деятельностью.
Процесс
нарушения
равновесия
естественного
вышележащих
слоев
пород, их деформирование и смещение
в сторону выработанного пространства
называется сдвижением горных пород.
На
поверхности
процесс
часто
земли
этот
сопровождается
образованием чашеобразных впадин —
мульд, размеры которых в плане
превышают размеры выработанного
пространства. Сдвижение также характеризуется появлением крупных трещин на
Рис.1 Деформация здания на подрабатываемой
территории
поверхности земли, шириной до 2,0 м,
провальных
воронок
до
10
м
глубиной и других деформаций. Значительные деформации зданий и сооружений
фиксируются при образовании мульд вдоль трасс метрополитенов, а также при
подземной разработке угольных пластов (рис.1).
Размеры зоны опасного влияния подземных выработок, величина и характер
деформации, а также продолжительность процесса сдвижения горных пород и оседания
земной поверхности зависят от:
1) размеров выработанного пространства;
2) геологических условий — характер чередования состава, строения и свойств,
трещиноватость и выветрелость горных пород;
3) угла падения, мощности и глубины залегания разрабатываемых угольных
пластов
4) горнотехнических условий (скорости проходки подземной выработки и выемки
отработанного материала, способов крепления кровли) и др.
Величина прогиба поверхности земли неодинакова и колеблется от 0,1 до 0,9 т (где
т — мощность разрабатываемого пласта).
Продолжительность процесса сдвижения горных пород и земной поверхности
может быть весьма значительной — до многих лет. Процесс сдвижения считается
интенсивным, если его скорость превышает 30 мм в месяц (при крутом падении
пластов) и 50 мм в месяц при пологом и наклонном залегании. Сдвижение горных
пород может происходить не только в период эксплуатации шахты, но и после ее
окончания, так как с течением времени несущая способность крепи и пород заметно
снижается.
При процессе сдвижения горных пород вдоль подземных трасс метрополитенов,
тоннелей и других подземных линейных сооружений образуются линейно вытянутые
мульды оседания шириной от 50 до 300 м и глубиной до 1,0 м, в отдельных случаях до
нескольких метров. Все они повторяют контуры станций метрополитенов и тоннелей.
Строительство на подрабатываемых территориях.
Проектирование и строительство зданий, сооружений и прокладка инженерных
коммуникаций на подрабатываемых территориях должна проводиться с применением
строительно-конструктивных и горных мер защиты, обеспечивающих сохранение
объектов как при строительстве, так и при эксплуатации (СНиП 2.01.09-91 «Здания и
сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах»).
В качестве строительно-конструктивных мер защиты следует применять:
1) планировочные мероприятия;
2) устройство деформационных швов в фундаментах и стенах;
3) повышение прочности несущих конструкций и приспособление их к
неравномерным осадкам;
4) укладку трубопроводов на песчаное основание, повышение их податливости за
счет применения компенсаторов, вынос трубопроводов на поверхность и др.;
5) использование высококачественных строительных материалов.
В тех случаях, когда применение одних только строительно-конструктивных мер
недостаточно для обеспечения надежной эксплуатации подрабатываемых зданий и
сооружений, следует, согласно СНиП 2.01.09-91, назначать горные меры защиты. В
качестве горных мер защиты предусматривают:
1) полную или частичную закладку выработанного пространства;
2) разработку пластов с разрывом во времени;
3) неполную выемку полезных ископаемых по площади и мощности.
Оседание земной поверхности под влиянием длительных откачек воды и нефти
В определенных геологических условиях длительный интенсифицированный
отбор подземных вод из недр Земли может привести к значительным вертикальным
деформациям поверхности, а точнее, к ее оседанию.
Причина оседания заключается в том, что длительная и интенсивная откачка
воды приводит не только к значительному снижению уровня воды и снятию
гидростатического напора, но и к увеличению эффективного давления на скелет
дисперсного грунта, его уплотнению и, как следствие, к оседанию поверхности земли.
В связи с длительным извлечением больших масс воды в период откачки
изменяется не только внутрипластовое давление, но и напряженное состояние
массива пород. В некоторых случаях это может приводить не только к оседанию
земной поверхности, но и к образованию провально-суффозионных деформаций.
Оседание
земной
поверхности нередко сопровождается подтоплением и
заболачиванием территории, деформациями зданий и сооружений, инженерных
коммуникаций и др.
Обязательными условиями развития этого процесса являются:
1) длительный интенсивный отбор подземных вод
2) наличие
хорошо
водопроницаемых
слабоуплотненных
песчано-глинистых
отложений, илов, сапропелей и других рыхлых осадочных пород.
Мероприятия, предупреждающие появление и развитие в период откачек
подземных вод оседания земной поверхности:
 регулирование отбираемого количества воды.
 нагнетание в водоносные слои сжатого воздуха для поддержания и восстановления
пластового давления.
Второй по значению причиной оседания земной поверхности является
извлечение из недр земли нефти. Эти процессы получили распространение в некоторых
районах, расположенных вблизи нефтяных и газовых промыслов.
Виды последствий длительного освоения месторождений углеводородов:
1. загрязнение нефтепродуктами гидросферы и почв,
2. загрязнение атмосферы продуктами сгорания попутного газа
3. геодинамические последствия (аномальные деформации земной поверхности и
проявление сейсмичности в районах нефтегазодобычи).
Наиболее опасные формы этих последствий — сильные деформации наземных
сооружений, разрыв коммуникаций, слом обсадных колонн эксплуатационных
скважин, порывы промысловых трубопроводных систем.
Экологические и социально-экономические последствия могут быть, как
прямыми (загрязнение геологического разреза и подземных водных ресурсов
углеводородными составляющими и продуктами бурения), так и косвенными
(развитие оползневых процессов, меняющих ландшафт и флюидный режим
приповерхностных
отложений,
заболачивание
территорий
с
необратимыми
изменениями экосистем, перенос углеводородных компонентов по водоносным
горизонтам).
Интенсивное (более 1 м), обширное проседание земной поверхности территории
всего разрабатываемого месторождения нефти или газа возникает крайне редко, как
правило, только при сочетании следующих условий:
 значительная площадь разрабатываемого месторождения (порядка 100 км 2 и
более);
 значительная мощность продуктивных отложений (как правило, более 100
метров);
 относительно небольшая глубина разрабатываемых интервалов геологического
разреза (до 2000 метров);
 высокая пористость пород резервуара (порядка 25 — 30% и более);
 аномально высокое пластовое давление и его относительно быстрое снижение в
процессе освоения;
 превалирование литостатических напряжений в пределах месторождения над
тектоническими.
Ромашкинское нефтяное месторождение (Татарстан) — смятие и слом обсадных
колонн скважин в зонах разломов.
Морфология почвы и типы почвообразования. Почва по морфологическим
(внешним) признакам резко отличается от горных пород. Эти признаки являются
следствием физических и химических процессов, которые протекают в почве.
Морфологические признаки почв разнообразны. Они включают характеристику таких
показателей как цвет, структура почвы, новообразования.
Цвет является настолько важным признаком, что названия многих-почв
построены с учетом этого свойства: черноземы, буроземы, серые лесные почвы,
каштановые и др.
Окраска почвы зависит от ее химического состава. Так, гуминовые кислоты
окрашивают почву в темный цвет, содержащиеся в почве гидроокиси железа придают
ей красноватый оттенок, присутствие кремнезема или кальцита — белесую окраску.
Под структурой понимают способность почвы распадаться на отдельности
(комки определенной формы и размера). Установлено, что каждый почвенный тип
(черноземы, подзолы, болотные и др.) характеризуется определенной структурой не
только всего профиля, но и отдельных его горизонтов. Различаются следующие
основные виды структуры:
глыбистая — неправильной формы агрегаты, размеры более 50 мм;
столбчатая — с выраженными вертикальными гранями, размером от 30 мм и
более;
комковатая — с размерами от 5 до 50 мм;
ореховатая — с агрегатами, имеющими выраженные грани, с размерами от 5 до
10 мм;
зернистая — округлая форма с размерами от 0,5 до 5 мм;
плитчатая — с развитыми горизонтальными плоскостями, размеры от 1 и менее
до 3 мм и более (рис. 54).
Структура почвы определяется по
преобладающему в ней одному или
двум видам отдельностей и может быть
смешанного типа, например: комковатопылеватая, ореховато-призматическая и
др.
Новообразования
скоплением
представлены
минеральных
веществ,
выпадающих из почвенного раствора.
Химический состав новообразований различен и связан с той природной зоной, где
происходит развитие почвы. Для почв тундры, таежной и лесостепной зон характерно
накопление в почве кремнезема, закисных и окисных соединений железа и марганца.
В
степной
зоне
новообразования
представлены
карбонатами
кальция.
В
полупустынной — скоплением гипса.
Каждый вид новообразований имеет свою определенную форму накопления.
Например, окисные соединения железа в почве представлены в виде ярких ржавых
пятен, бурых зерен или плотных красно-бурых прослоек. Кремнезем в подзолистых
почвах накапливается в виде белесой присыпки. Особенно разнообразную форму
имеют новообразования карбонатов в черноземах: белые пятна в виде глазков
(«белоглазка»), лже-грибницы, округлые конкреции неправильной формы —
«журавчики» и т. д.
Почвенная
яма
К
числу
морфологических
признаков относят также сложение
почвы
(слитное,
трещиноватое),
пористое,
ее
различные
Морфологические
признаки
включения.
почвы изучаются в полевых условиях
в естественных обнажениях и на почвенных разрезах. Для получения разреза
закладывается почвенная яма глубиной до 1,5 — 2 м, на вертикальной стенке которой
венный
зрез
непосредственно определяются цвет, структура, новообразования и соответственно
берутся образцы для химических анализов почвы.
При рассмотрении почвенного разреза в целом выясняется,
что морфологические признаки почвы остаются однородными
только
в
пределах
определенного
слоя,
называемого
генетическим горизонтом.
Генетические
определенной
горизонты
в
последовательности
почве
и
располагаются
характеризуют
в
ее
строение. Для удобства сравнения свойств различных почв
генетические
обозначаются
индексами:
Последовательность
расположения
горизонты
А^В^.
почвенных
горизонтов можно видеть на обобщенной схеме
строения профиля (рис.).
Почвообразовательные
процессы
представляют проявление противоположных по
направленности
Выделены
элементарных
три
группы
процессов.
процессов
почвообразования.
I группа включает почвообразовательные
процессы, с которыми связаны преобразования
минеральной части. Наиболее распространённым процессом в природе является
оглинение (сиаллитизация). В развитых почвах накопление вторичных глин
происходит не только при распаде первичных минералов, но и биологическим путем
при участии низших и высших растений. Процесс латеритизации почвенной массы
отличается от оглинения большей интенсивностью распада как первичных, так и
вторичных минералов. Этот процесс наиболее активно протекает в экваториальных
областях земного шара в условиях жаркого и влажного климата.
II группу составляют процессы, ведущие к превращениям органической части
почвы. Основным следует считать процесс гумусонакопления. С ним связано
образование самого верхнего в почвенном разрезе аккумулятивного горизонта А 1.
Этот процесс сопровождается накоплением органических соединений. Наиболее
интенсивно этот процесс проявляется под травянистой растительностью степей и
лугов. В отличие от него процесс торфонакопления совершается при застойном
увлажнении почвы, когда гумусонакопление и минерализация органических веществ
протекает замедленно. В почве образуется торфяной горизонт (Ат), состоящий из
полуразложившихся растительных остатков.
III группу составляют элементарные почвообразовательные процессы, с которыми
связано перемещение по профилю минеральных и органических веществ.
Подзолистый процесс проявляется при интенсивном промывном режиме почвы и
выражается в глубоком разложении ее минеральной части и выносе на глубину
продуктов
выветривания.
Этот
процесс
под
хвойным
условиях
разложения
остатков
совершается
лесом
в
быстрого
растительных
плесневыми
грибками и сопровождается
накоплением фульвокислот.
В
отличие
от
подзолистого глеевый процесс проявляется в анаэробных (без доступа воздуха)
условиях при переувлажнении почв. Сущность глеевого процесса состоит в
восстановлении минеральных соединений, их переходе из окисных форм в закисные.
В почве формируется глеевый горизонт
Иллювиальный
(Вгл) сгоризонт
весьма
характерной сизо-голубоватой
окраской, которая обусловлена накоплением закиси железа. Процесс оглеения широко
проявляется в зоне тундры, где сочетается с другими процессами — торфонакопления,
дерновым и др.
Солончаковый процесс характеризуется миграцией в засоленной почвенной
толще водорастворимых солей. Этот процесс интенсивно протекает в условиях
засушливого климата полупустынь и пустынь при близком залегании от поверхности
засоленных грунтовых вод. При интенсивном испарении вследствие развитого
капиллярного поднятия в почве происходит накопление легкорастворимых солей в
поверхностном горизонте.
Классификация почв система, построенная по генетическому принципу, в
которой находит отображение не только большое разнообразие почв, но и черты их
сходства. При сравнении почв рассматриваются как условия почвообразования, так и
ведущие процессы, определяющие их внешние и химические свойства.
1. Почвенный тип включает большую группу почв, развивающихся в однородных
условиях и характеризующихся определенным строением генетического профиля.
Примером почвенных типов являются черноземные, подзолистые, каштановые
сероземы, латеритные почвы и др.
2. Почвенный вид используется для отображения степени интенсивности
проявления почвообразовательных процессов, например оподзоливания
— у
подзолистых почв, гумусонакопления — у черноземов. Поэтому в названиях
почвенных видов на почвенных картах прибегают к такой терминологии, как:
слабооподзоленные почвы, малогумусные черноземы, сильносолонцеватые почвы и т.
д.
Учитывая большое многообразие почв в природе и существующие переходные
образования между типами и видами почв, в современной систематике введены такие
основные категории, как подтип, род, разность почв.
В характеристике подтипа подчеркиваются особенности генетического профиля
почвы. Примером будут являться дерновоподзолистые почвы, глеево-подзолистые и
Естественное обнажение
др.
Понятие
группа)
род
(или
используется
выявления
для
местных
особенностей
почвообразования
в
зависимости от материнских
почвообразующих
пород
(осолоделые черноземы на
засоленных грунтах).
Большое значение при
классификации почв, а также при детальных почвенных съемках имеет выделение
почвенных разностей, которые представляют почвы одного вида, но различающиеся
по механическому составу (глинистые, суглинистые, песчаные). Например, название
почвенной разности будет составлено следующим образом: чернозем (тип),
обыкновенный (вид) на лёссе (род), суглинистый (разность).
Вопросы
классификации
почв
имеют
прямое
отношение
к
почвенной
картографии, так как составление легенд почвенных карт крупных, средних и мелких
масштабов производится с учетом названных таксономических единиц.
Основные
закономерности
географического
распространения
почв.
Размещение почв на поверхности земли обусловлено сложным взаимодействием всех
почвенных факторов, особенно растительности, климатических условий, рельефа.
Горизонтальная широтная почвенная зональность имеет сложное проявление. В
планетарном масштабе она выражается
в обособлении
мировых почвенно-
географических поясов. На мировой почвенной карте выявлены следующие пояса и
составляющие их зоны:
Полярный пояс подразделяется на две зоны: арктическую и тундровую.
Бореальный пояс включает зоны: подзолистых почв и серых лесных почв (Европа
и Северная Америка).
Суббореальный пояс подразделяется на зоны: бурых лесных почв (Европа, восток
Северной Америки), черноземовидных почв прерий (Северная Америка, восток Азии
и Австралии), черноземов (Восточная Европа, Западная Сибирь), каштановых и серобурых почв (пустыня Гоби и Северная Америка).
Субтропический пояс характеризуется распространением зон: желтоземов и
красноземов (юго-восточная Азия, юго-восточная Австралия, юг Северной Америки),
коричневых почв (северная и южная Африка). В аридных (засушливых) областях
выражена зона сероземов (пустыни Средней Азии, Мексиканского плоскогорья,
Южной Америки и Австралии).
Тропический пояс подразделяется на зоны: красно-желтых почв, красных
(латеритных),
коричнево-красных
и
красно-бурых
почв.
Зональность
четко
проявляется на материках Южная Америка и Африка.
Широтная
почвенная
зональность
в
ряде
случаев
может
сменяться
меридиональными зонами. Это явление обусловлено иссушением климата с востока на
запад.
Почвенные зоны наиболее полно выражены во внутриконтинентальных частях
главных широтных почвенных поясов
Вертикальная почвенная зональность. Эта зональность получает развитие в
горах. Закономерная смена почв от подножья в сторону вершины связана с
колебанием высот и обусловлена изменениями климатических и растительных
условий. Вертикальные почвенные зоны существенно отличаются от почвенных зон
на равнинах, и о полном их тождестве не может быть и речи. В горных странах
больше, чем на равнинах, из-за большого разнообразия условий почвообразования
распространены своеобразные почвенные типы, которые не встречаются на равнинах,
например горно-луговые, горно-дерновые, горнолесные бурые, горные коричневые
почвы. Наряду с «автономными» горными почвами распространены почвенные типы
равнин (тундровые, подзолистые, черноземные и др.).
Интразональность почв. Наряду с типами почв, образующихся под влиянием
общезональных факторов (климатических, биологических), в специфических условиях
происходит развитие особого типа почв, получивших название интразональных. Эти
почвы вкраплены среди зональных, определяя тем самым сложную комплексность
почвенного покрова в целом. Ведущим почвообразующим фактором в их образовании
являются литологические условия (распределение песков, карбонатных и засоленных
грунтов) или условия избыточного увлажнения. Например, для зоны черноземов
характерными
интразональными
почвами
являются
луговые
почвы
(13,4%),
аллювиальные почвы (4,5%), солонцы (4,5%). В зоне подзолистых почв к числу
интразональных относятся болотные почвы (13,9%), в зоне серо-бурых почв —
такыры, солончаки (22,9%).
В России с севера на юг распространены шесть почвенных поясов, более или
менее постепенно переходящих один в другой: 1) полярно-тундровая зона, 2) пояс
дерново-подзолистых почв, 3) пояс серых лесных земель, 4) черноземная зона, 5) зона
пустынно-степовых почв и 6) зона красноземно-латеритная.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Н.А. Платов «Основы инженерной геологии», М - 2007г.,
2. В.П. Ананьев, А.Д. Потапов «Инженерная геология», М – 2002
3. Н.В. Короновский, Н.А. Ясамонов «Геология», М - 2003г.
4. В.П. Бондарев «Геология. Практикум», М, Высшая школа -2002г.
5. С.Н. Чернышов, А.Н. Чумаченко, И.Л. Ревелис «Задачи и упражнения по
инженерной геологии» М Высшая школа, 2002г-254с
6. М.Ф. Иванова «Общая геология», М., Высшая школа,1974.-400с