Абалаков А.Д. Экологическая геология

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 4. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОДИНАМИКА

4.1. Объект и предмет экологической геодинамики.

Геологические процессы и их классификация

Экологическая геодинамика изучает эндогенные и экзогенные

процессы во взаимодействии с биотой и человеком, занимается

разработкой научных основ и методов управления геологическими

процессами и явлениями. Таким образом, объектом исследования

являются геодинамические движения – эндогенные и экзогенные

геологические процессы, как часть эколого-геологической

системы. Предметом является изучение геодинамических

экологических функций литосферы; анализируются прямые и

обратные связи геологических процессов с биотой и человеком.

Процессы, происходящие внутри Земли за счет энергии,

выделяющейся в результате развития материи в глубоких недрах,

называются внутренними или эндогенными, а процессы

взаимодействия земной коры с наружными оболочками планеты

называются внешними или экзогенными

Эндогенные процессы проявляются в форме магматизма,

метаморфизма и деформации земной коры и сводятся к

движению и перераспределению материи, слагающей Землю, к

переходу ее из одного состояния в другое, из одних форм в

другие. Судить о характере и интенсивности этих процессов

можно, непосредственно наблюдая их проявление в виде

вулканических извержений, землетрясений,

образования трещин

и других деформаций земной поверхности, а также изучая

результаты их проявления в геологическом прошлом,

выраженные в образовании основных форм рельефа, в различных

дислокациях и деформациях земной коры и в наличии

характерного комплекса изверженных пород, возникших при

застывании поступившего из недр силикатного расплава (магмы),

или из продуктов, выброшенных при вулканических

извержениях

(вулканического пепла). Перераспределение материи при

эндогенных процессах сопровождается образованием полезных

ископаемых, а также стихийными явлениями (землетрясениями,

извержениями вулканов).

Экзогенные процессы возникают в результате

взаимодействия земной коры с атмосферой, гидросферой и

биосферой.

Эндогенные процессы меняют состав земной коры и форму

Земли за счет магмы и формирования возвышенностей и впадин.

Породы, образовавшиеся в недрах и устойчивые в

господствующих там условиях, на поверхности быстро

разрушаются под действием экзогенных процессов – суточных и

сезонных колебаний температуры, механического и химического

воздействия воды, воздуха и живых организмов. В результате

образуется другое, новое вещество, устойчивое в поверхностных

условиях. Возникают новые формы материи, новые горные

породы, которые называются вторичными.

Рельеф также сглаживается под действием экзогенных

процессов. Возвышенности непрестанно разрушаются, а

продукты их разрушения заполняют низины: сползают по

склонам под действием силы тяжести, переносятся ветром,

стекающими с возвышенностей ручьями и реками, морскими

течениями. Таким образом, внешние процессы стремятся выров-

нять рельеф, привести Землю к форме идеального эллипсоида

вращения.

Под действием экзогенных процессов продукты разрушения

горных пород перерабатываются и перемешиваются,

накапливаются («оседают») в

новых местах в виде осадков и

осадочных горных пород. В формировании этих пород

принимают участие те же физические, химические и

биологические факторы, которые одновременно разрушают

магматические горные породы. Например, гранит на поверхности

Земли разрушается и превращается, в конечном счете, в песок и

глину. В дальнейшем из песка может образоваться песчаник,

из

глины – глинистый сланец.

Перераспределение вещества при образовании осадочных

горных пород также может привести к возникновению

месторождений рудных и нерудных полезных ископаемых,

которые называют экзогенными. В соответствии с характером

природных процессов они образуются разными путями: меха-

ническим (россыпи золота, платины, олова, алмазов и др.),

химическим (месторождения бокситов, минеральных солей и др.)

и органическим (месторождения углей, горючих сланцев, нефти и

др.).

Наблюдения показывают, что разрушаются и изменяются не

только породы, попавшие из недр на поверхность. Аналогичные

преобразования происходят и тогда, когда образовавшиеся на

поверхности породы попадают в условия

, характерные для более

глубоких зон: например, когда осадочные породы соприкасаются

с поступающей из недр магмой, т. е. попадают в условия высоких

температур и давлений, или когда под действием эндогенных

процессов деформируется земная кора (образуются складки,

разрывы, перемещаются блоки и пр.) и в связи с этим резко

повышается давление и температура.

В подобных случаях

поверхностные образования (осадочные, а часто и магматические

породы) оказываются неустойчивыми. Происходит новое

перераспределение материи, в результате которого появляются

породы, совершенно не похожие на исходные. Эти породы

называют метаморфическими, а процесс их изменения –

метаморфизмом. При метаморфизме также могут образоваться

месторождения полезных ископаемых, например месторождения

асбеста, талька, многих металлов и

др.

Таким образом, внешние агенты постоянно разрушают то,

что создается эндогенными процессами, и одновременно создают

новое вещество, новые формы материи, устойчивые в новой

среде, а материя, образованная на поверхности, становится

неустойчивой в недрах и, если попадает туда, преобразуется. В

этом наглядно проявлен величайший диалектический закон

борьбы и единства противоположностей, на

котором зиждется

все развитие нашей планеты со времени ее зарождения.

Благодаря этому происходит непрерывное перераспределение

материи с образованием новых ее форм и разновидностей,

заставляющее течь реки, двигающее горы и моря,

поддерживающее жизнь за счет поступления из недр все новых и

новых материалов. В результате взаимодействия эндогенных и

экзогенных геологических процессов формируется

рельеф,

характерными формами которого являются хребты и впадины,

относящиеся к категории морфоструктур.

Темп и характер развития экзогенных геологических

процессов в пределах той или иной местности в значительной

степени зависят от климата и тектонического режима,

действующего через рельеф. В этом проявляются взаимодействие

и противоречие внешних и внутренних сил в развитии

геологических процессов и явлений, они являются причинно

обусловленными. Однако эти противоречия не единственная

движущая

сила их развития. Многие эндогенные и экзогенные

процессы получают развитие независимо друг от друга, хотя

проявляются в одной и той же области – на поверхности земли

или в приповерхностных горизонтах земной коры, например

морозное пучение и сейсмические явления.

Геологические процессы возникают при наличии

определенных несоответствий (противоречий), например:

минерального состава горных пород –

геохимическим условиям

окружающей их среды; напряженного состояния горных пород –

их предельному равновесию; плотности и пористости горных

пород – величине действующих нагрузок; степени литификации

горных пород – величине действующих гравитационных и

геохимических сил; размягчаемости и размываемости горных

пород – скоростями водного потока и др. Эти несоответствия

(противоречия) и предполагают естественную неизбежность

возникновения геологических процессов

и явлений, они служат

движущей силой их развития.

Важнейшей особенностью геологических процессов

является неравномерность их проявления по земной поверхности

в пределах различных регионов, областей и районов.

Геологические процессы тесно связаны и с особенностями

рельефа. Геологические процессы парагенетически связаны

также с определенными комплексами горных пород, слагающими

приповерхностные горизонты земной коры. В соответствии

этим их распространение предопределяется геологической

историей той или иной территории. Как видно из приведенного

материала, распространение различных геологических процессов,

действительно, контролируется климатическими,

геоморфологическими, петрографическими и тектоническими

факторами. Проявление каждого из геологических процессов на

той или иной территории зависит от преобладающего действия

какой-либо одной или нескольких основных причин. Эти

процессы приводят к необратимым изменениям рельефа

поверхности Земли, имеют направленный, непрерывно-

прерывистый характер развития во времени (этапы, стадии,

фазы), и их распространение подчиняется некоторым общим

закономерностям.

В таблице 4.1.1 дана общая классификация геологических

процессов и явлений, как природных, так и вызванных

человеком. Классификация включает

как эндогенные, так и

экзогенные

Процессы

эндогенные экзогенные

климатического характера

Типы горных

массивов

природные

вызванные

деятельностью

человека

выветривани

криогенные и

посткриогенные

Высокопрочные

массивы.

Преобладают

базальты, кварциты и

другие породы,

имеющие σ

сж

> 140

МПа,

< α ≈ 90

Прочные массивы.

Преобладают граниты,

гнейсы, крепкие

песчаники и

алевролиты и другие

породы, имеющие σ

сж

70-140 МПа, < α 60-

Сейсмические

явления, вызванные

взрывами

Обычно развиты

слабо;

преобладают

морозобойное

растрескивание

и образование

криогенной

трещиноватости

, наследующей и

усиливающей

первичную

трещиноватость

породы

Недостаточно

прочные массивы.

Кристаллические

сланцы,

конгломераты,

известняки, опоки,

слабые песчаники,

алевролиты и

аргиллиты, филлиты и

другие породы, имею-

щие σ

сж

10-70 МПа, <

α 30-60°

Орогенные и

эпейроге

нические

движения земной

коры;

сейсмические

явления;

вулканизм

Сейсмические

явления, вызванные

взрывами; опускание

поверхности

при добыче

полезных ископаемых

Выветривани

подвержены

все породы.

Интенсивнос

ть и

характер

выветривани

определяютс

я главным

образом

климатом и

особенность

ю состава и

строения

пород.

Инженерная

деятельность

большинстве

случаев

усиливает

выветривани

При

определенных

климатических

условиях

приобретают

интенсивное

развитие крио-

Классификация геологических процессов

Слабопрочные

массивы. Глинистые

сланцы, глины, лёссы,

почвы, пески, торфа и

другие породы,

имеющие σ

сж

< 10

МПа, < α <30°

Сейсмические явления,

вызванные взрывами;

опускание поверхности

при добыче полезных

ископаемых и откачке

воды; уплотнение и

набухание отдельных

участков при

строительстве

Таблица 4.1.1

в инженерной геологии (по Е. М. Сергееву, 1978)

Процессы

природные и вызванные деятельностью человека

ветрового характера водного характера

обусловленные

характером

рельефа

эоловые

растворение размывание заболачивание склоновые

Развито слабо

Абразия, речная

и линейная

эрозия развиты

слабо

Преобладают

обвалы

Перевевание

коренных пород,

слагающих массивы,

отсутствует.

Выпадающие

эоловые осадки

могут чехлом

покрывать

поверхность

массивов

У карбонатных,

сульфатных

и галоидных

пород

растворимость

соответственно

увеличивается

Образование болот

и торфяников

возможно при

отсутствии

расчлененного

рельефа

на толще

элювия коренных

пород

Преобладают

обвалы и

осыпи;

при определенных

условиях курумы.

Широко развиты

осыпи, сплывы,

срывы, осовы;

реже – обвалы и

курумы

При определенных

условиях

перевевание пород

происходит

интенсивно и

создаются

типичные формы

эолового рельефа

Суффозионные

процессы могут

усиливаться и

прекращаться

под влиянием

деятельности

человека

Абразия, речная

и линейная

эрозия развиты

интенсивно.

При

определенных

условиях

развиты

делювиальный

смыв, почвенная

и водная ветро-

вая эрозия.

Оврагообразован

ие

При определенных

тектонических и

климатических

условиях идет

заболачивание

самих пород

Склоновые

процессы

протекают

интенсивно,

широко развиты

оползни-блоки.

При определенных

условиях

солифлюкция

процессы; все процессы рассматриваются без отрыва от массивов

горных пород, с выделением факторов, являющихся условием

возникновения данного процесса.

В наибольшей степени для решения задач экологической

геодинамики соответствует классификация природных и

техногенно обусловленных геологических процессов,

предложенная

Н. С. Красиловой под руководством В. Т. Трофимова (2002). Она

построена с учетом экологических последствий, а также

временных и пространственных характеристик того или иного

процесса (рис. 4.1.1).

Рис. 4.1.1. Систематика геологических и других природных процессов

по интенсивности негативных воздействий на биоту, включая человека

(по Трофимову, Зилингу, 2002)

ДД – длительнодействующие (вековые);

KB – кратковременные (эпизодические);

БД – быстродействующие (катастрофические)

4.2. Геодинамические экологические

функции литосферы

Геодинамические экологические функции литосферы

раскрываются через взаимодействие биоты и геологических

процессов.

Под геодинамической экологической функцией литосферы

понимается функция, отражающая способность литосферы

влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность

проживания человека через природные и антропогенные

(техногенные) геологические процессы и явления. Их проявление

и развитие в природных

условиях связано как с внешними

космическими факторами, так и со сбросом (разрядкой)

напряжений в геофизических полях Земли, а воздействие

геологических процессов на биоту – с перемещением вещества

земной коры и преобразованием рельефа. Следовательно,

геодинамические экологические свойства литосферы

обусловлены как энергетической составляющей литосферы, так и

динамикой ее вещественного состава, включая

рельефообразующие факторы. Становление

этих свойств

литосферы шло параллельно с эволюцией Земли и биосферы и

отличалось пульсационным развитием. Эпохи активизации

геологических процессов и катастроф сменялись этапами их

затухания и стабилизации. На современном этапе особое

значение в оценке влияния на биоту имеют антропогенные

геологические процессы – порождение эпохи техногенеза, резко

усилившей активность и динамику как природных

процессов, так

и вызвавших к жизни развитие так называемых антропогенных

геологических процессов.

Отличительной чертой геодинамической функции является

возможность ее реализации как непосредственно в виде

негативного по отношению к биоте явления, так и опосредованно

– через ресурсную, геофизическую или геохимическую функции.

Так, оценку площадной эрозии можно рассматривать через

интенсивность процесса и площадную

пораженность им

определенной территории (геодинамический критерий оценки),

либо через потерю или сокращение запасов гумуса, земельных

ресурсов (ресурсный критерий оценки).