Фетт В. Атмосферная пыль

Подождите немного. Документ загружается.

254-2 Часть II. Значение атмосферной пыли

272. Dorffel К-, Lett a u Н, Rotschke М., Lurtkorper-

Alterung als Austauschproblem auf Grund von Staub-und

Kerngehaltsmessungen. Meteor. Z., 54, 16—23 (1937).

273. Miyake Y., Radioactivity in Rain Water and the Air Obser-

ved in Japan, 1954—1955; Proc. Internat. Conf. on the Peace-

ful Uses of Atomic Energy, Geneva, 8, P/1055, New York, 1956.

274. Haxel O., Schumann G., Selbstreiningung der Atmo-

sphare. Z. Phys., 142, 127—132 (1955).

275. Chr ото w S. P., Einfiihrung in die synoptische Wettera-

nalyse, 224—226, Wien, 1942.

276. Richardson E. G. u. a., The Use of Smoke in the Study

of Atmocpheric Movements, Weather, 4, 334—336 (1949).

277. Winter F., Schornsteinrauch veranschaulicht das abendliche

Einsetzen des Hangabwindes. Meteor. Rdsch., 9, 224 (6 Abb.!)

(1956).

278. Frenkiel F. N.. Katz I., Experimental Studies of Turbu-

lent Diffusion in the Atmosphere. Bull. Amer. Meteor. Soc.,

35, 278 (1954).

279. Kellogg W. W., Diffusion of Smoke in the Stratosphere.

J. Meteor., 13, 241—250 (1956).

Глава 2

ЗНАЧЕНИЕ ПЫЛИ В ГЕОЛОГИИ

ОБЩЕЕ ЛИТОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПЫЛИ

Экзогенные геологические процессы происходят под

разрушающим или созидающим действием воздуха,

воды и живых организмов. Эти факторы разрушают

горные породы и переносят полученный обломочный ма-

териал на другие площади, где они образуют новые

почвы или породы.

Характер выветривания зависит от климата. Во

влажном (гумидном) климате преобладает химическое

выветривание, а в сухом (аридном) — физическое. Ко-

нечным продуктом являются обломочные частицы, раз-

мер которых зависит от интенсивности и продолжитель-

ности выветривания. Это прежде всего пылинки кварца

и слюды, которые могут уноситься ветром и запылять

атмосферу.

Таким путем возникают пыльные ветры и бури, ко-

торые наблюдаются главным образом в аридных райо-

нах (пустынях, степях), а в засушливый период — и

в гумидных. При аридной абляции сильный ветер, уно-

сящий сравнительно крупные частицы, действует подобно

пескоструйному аппарату и истирает горные породы,

встречающиеся на его пути. Разрушающее дейст-

вие эрозии, вызываемой пыльным ветром, мало по срав-

нению с разрушающим воздействием тех сил денудации,

которые раздробляют горные породы и уносят обломки

[1]. Истирание пород переносимыми ветром песчинками

имеет меньшее значение, чем производимое ветром сду-

вание с поверхности и перенос мелких частиц. Горные

породы разрушаются быстрее, если поверхность их

имеет крутой наклон, обнажена и подвергается дефля-

ции [2]Количество и размер уносимых частиц

Пыльные лавины, возникающие иногда на склонах гор, вызы-

вают воздушные потоки, уносящие пыль, подобно ветру.

256-2

Часть II. Значение атмосферной пыли

возрастают с увеличением скорости ветра. Большое зна-

чение дефляции в пустыне объясняется именно значитель-

ной скоростью ветра вблизи поверхности, не имеющей ра-

стительного покрова [1]. По данным Флиндерс-Петри,

ветер развеял в Египте, около Дафне, холм высотой

10—12 м в течение 2000 лет, а около Тель-Некешех —

слой почвы толщиной 2,5 м в течение 2600 лет. У Суэц-

кого канала вблизи Эль-Кантары один из фундаментов

обнажился за историческое время на 12 м [3, 4].

Переносимая ветром пыль вновь оседает, когда ско-

рость ветра уменьшается или когда он встречает пре-

пятствие на своем пути. Особенно большое количество

пыли оседает на подветренных склонах гор. Поэтому

в умеренных широтах пласты глины встречаются глав-

ным образом на восточных склонах возвышенностей.

У границы наветренного склона пыль также оседает,

но в гораздо меньшем количестве (на лесных опушках,

фиг. 34). Растительный покров вызывает уменьшение

скорости ветра и оседание пыли, а также препятствует

новому подъему ее в воздух. В воздухе находятся час-

тицы разных размеров; мелкие частицы оседают дальше

от начала пути, крупные — ближе. Лишь в горной мест-

ности встречаются холмы, состоящие из смеси песчинок,

частиц глины и пластинок слюды. В эоловых отложе-

ниях пустынь и степей обычно находятся частицы оди-

накового размера и только при переменном ветре обра-

зуются слои осадков, различающиеся по размеру час-

тиц [1, 5].

В табл. 34 приведены данные о размере некоторых

пылеватых отложений, образовавшихся при массовом

выпадении пыли.

Уитчел [17] также отмечает большое влияние, оказы-

ваемое песчаными и пыльными бурями на морфологию

земной поверхности. Зюсс [18] вычислил, что если бы

каждые 5 лет происходило массовое выпадение пыли,

подобное наблюдавшемуся 9—12 марта 1901 г., то в те-

чение 3000 лет поверхность Европы поднялась бы на

15 см.

Подробные данные об извержении Катмая в 1912 г.,

вызвавшем огромное отложение вулканической пыли,

приведены Григгсом [11].

Гл. 2. Значение пыли в геологии

25?

Отложения пыли, образовавшиеся в прошлые геоло-

гические эпохи, труднее охарактеризовать, чем совре-

менные. Определение способа образования древних

слоев пыли затрудняется тем, что перенесенные ветром,

т. е. эоловые, массы могли быть впоследствии переме-

щены текучей водой. Оба вида отложений иногда со-

стоят из смеси очень мелких частиц различных минера-

лов. Пылинки с острыми краями характерны для эоло-

вых осадков. Пласты, образованные более крупными

минеральными частицами и иногда содержащие вклю-

чения обломков горных пород, относятся к флювиаль-

ным. Отложения, состоящие из мелких частиц, не имею-

щих характерных острых краев, могут быть как эоло-

выми, так и флювиальными. Знание их физических и

химических свойств недостаточно для того, чтобы окон-

чательно решить вопрос, перемещались ли они от места

образования до места залегания под действием ветра

или под действием текучей воды. В 1942 г. Кайе

(см. [19]) установил, что частицы эоловых отложений от-

личаются от частиц флювиальных отложений своей мато-

вой поверхностью (шлифование ветром). Частые и ино-

гда весьма значительные изменения содержания раз-

личных минералов в пласте не могут служить доказа-

тельством того, что данный пласт относится к эоловым.

На перенос пыли ветром указывают следующие при-

знаки: спорадическое резкое уменьшение мощности от-

ложения; залегание в виде полос и плоских линз; непо-

стоянство свойств по горизонтали; петрографическое от-

личие части осадка от его основной массы [14].

К типичным эоловым осадкам относятся лёсс и лёс-

совидные осадочные породы. Вулканы также являются

источниками «геологической пыли». Как в древности,

так и на протяжении последних столетий дождь, со-

стоящий из вулканического пепла, вызывал образование

слоистых и неслоистых туфов в области Катмая и во-

круг Помпеи. Примером подобных отложений могут

также служить пористые туфы, являющиеся продуктом

извержений вулканов Эйфеля. Они встречаются в обла-

сти Эйфеля и в Нейвидской котловине, распространяясь

до Фогельсберга и Гёттингена. Мощность отложений

составляет 10—30 м. Последние извержения этих

17 В. Фетт

Характеристика некоторых

Дата Место выпадения пыли

Продолжитель-

ность выпадения

пыли

Поверхность,

покрытая

пылью,

км*

6.III.1889

3.V.1892

25-26. 11.1896

9—12.III.1901

11.1903

VI.1912

8.111.1917

9.111.1918

19.111.1920

26—28.11.1928

Александрия

Швеция и прилегаю-

щие страны

Штирия, юго-запад-

ная Венгрия

Европа

Европа, южнее Альп

Африка

Море

Южная Англия

Окрестность вулкана

Катмай

Восточная Галиция

Висконсин (США)

Польша

Несколько ча-

сов

Несколько дней

660 000

470 000

270 000

330 000

450 000

50 000

Несколько

сот

97 000

6—10.Х.1928 Новая Зеландия

—

17 000

22. V. 1933 Гарден-Сити (Канзас)

Часть Южной Европы

3000 лет

Более 3300

—

Лимож (Франция) За год

—

Юта и Вайоминг

(США)

—

Таблица 34

массовых выпадений пыли

Количество выпавшей

Общее количество

Характеристика пыли

Источ-

пыли

выпавшей пыли,

Характеристика пыли

ник

пыли

данных

Максимум 11 г/м

Несколько ты- Пыль Сахары

[6]

в час

сяч

0,2—2 г/м

До 500 000 То же

[7]

Примерно 30 г/м

—

Пыль Сахары

[8]

Снег

Максимум 11,23 г/м

1 800 000 Пыль Сахары

[9]

—

1 400 000

То же

—

150 000 000

» »

10 000000 » ъ [10]

Высота слоя неско-

28 700 000 000

Вулканическая пыль

[П]

лько дециметров

0,45 г на 1 л дожде-

—

Шлаковая и цемент-

[12]

вой воды

ная пыль

—

1 000 000

—

[13]

—

2 000 000

— [13]

Высота слоя обычно 1 140 000

—

[14]

0,1 см, максимум

0,3 см

100 000

Одновременно с вы-

[14]

падением пыли два

торнадо

ЗУ г/м

131 000 —

[14]

Около 8 см (расчет-

— Пыль Сахары

[14]

ные данные)

100 г/м

—

Пыль из прилегаю-

[15]

щих областей с по-

тухшими вулканами

1,2 г/м

Соль (соляной дождь)

[16]

17*

260-2

Часть II. Значение атмосферной пыли

вулканов наблюдались 10—12 тысяч лет тому назад [20].

Значение подобных пластов для палеоклиматологии за-

ключается в том, что их расположение и мощность дают

возможность определить характер господствовавших

тогда ветров. Оказывается, что в ту эпоху в области

Эйфеля преобладали юго-западные ветры [19]. Значение

отложений пыли для изучения далекого прошлого Земли

иллюстрируется двумя следующими примерами. Пыль

в ледяном покрове Гренландии указывает на вулканиче-

ские извержения и большие лесные пожары, происхо-

дившие там в отдаленную эпоху. Согласно гипотезе

Швиннера, 20 000 лет назад наша солнечная система

попала в большое облако космической пыли, которая

явилась источником вторжения метеоров в земную ат-

мосферу и падения метеоритов на Землю. Эта гипотеза

основывалась на первых данных об обнаружении не-

большого количества ископаемых метеоритов, упавших

на Землю сравнительно недавно, и была опровергнута

более поздними исследованиями глубоководных морских

осадков '. Шведская экспедиция на «Альбатросе» ото-

брала пробы глубоководных морских осадков и устано-

вила присутствие магнитных шариков на глубине 3 м

от поверхности донных отложений. Таким образом

было доказано, что метеорная пыль выпадала уже

1,5—3 млн. лет назад. Существует также обратная воз-

можность (в которой метеориты играют роль связую-

щего звена) — использовать космохронологию для вы-

явления геохронологии глубоководных морских осадков

[21].

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Лёсс

По мнению Кейльхека (см. [22]), трудность решения

проблемы происхождения лёсса состоит в том, что еще

Об исследовании глубоководных морских осадков см. обзор-

ную статью Аррениуса «Осадконакопление на океаническом дне»

в сборнике «Геохимические исследования», перевод с английского,

М., ИЛ, 1961.

Гл. 2. Значение пыли в геологии

25?

не решены вопросы, касающиеся: 1) географического

распространения лёсса; 2) причин чрезвычайно боль-

шой мощности его толщин и образования их на протя-

жении относительно короткого периода истории Земли,

а также равномерности и специфичности их состава;

3) его происхождения и характера материнских горных

пород.

Типичный лёсс, встречающийся, например, в юго-

восточной Азии, представляет собой неслоистую, тонко-

зернистую осадочную породу, 90% которой состоит из

минеральных частиц [23]. Он не содержит крупных об-

ломков и иногда залегает отдельными террасами. Раз-

меры частиц колеблются от 0,001 до 0,1 мм, причем

50—65% частиц имеют размер 0,01—0,05 мм [22, 24].

Лёсс очень порист даже на большой глубине. Его поры

обычно имеют форму тонких вертикальных трубочек,

внутренняя поверхность которых покрыта коркой угле-

кислого кальция. Он легко размывается и в склонах ов-

рагов образует вертикальные обрывы и глубокие рыт-

вины. В типичном лёссе встречаются раковины назем-

ных моллюсков (Helix, Pupa, Sucainea). Он богат эле-

ментами минерального питания растений, легко впиты-

вает влагу вследствие высокой пористости и обладает

большой водопоглотительной способностью. Благодаря

этим свойствам на лёссе быстро развивается почва [25].

Существуют две теории образования лёсса: эоловая

и флювиальная.

В 1877 г. Рихтгофен [26] разработал эоловую теорию,

согласно которой лёсс образуется в результате накопле-

ния пыли, принесенной ветром из пустынь. Вторая тео-

рия основана на наблюдениях Гюнкеля и Зандбергера,

исследовавших отложения лёсса в низинах Рейна и

Майна. Советский ученый Берг [27] также считает, что

лёсс может образоваться из мелкозернистых осадков

водного происхождения и что южнорусский лёсс или

по крайней мере часть его состоит из продуктов вывет-

ривания горных пород, принесенных текучими водами.

Вопрос о происхождении лёсса широко обсуждался

в советской литературе.

Различают лёсс двух видов: современный, еще не

превратившийся в породу, и ископаемый. Первый вид

262-2

Часть II. Значение атмосферной пыли

лёсса находится в Китае

и местами в долинах рек

Центральной Европы и Северной Америки. Материал,

из которого состоит ископаемый лёсс, представляет со-

бой дилювиальные или ледниковые отложения, образо-

вавшиеся, по данным Пенка, Зергеля и некоторых дру-

гих исследователей, во время максимального оледене-

ния, а не между ледниковыми эпохами и не после

них [28].

По вопросу о первоисточниках поступления лёссового

материала существует две точки зрения: по одной из

них, лёссовый материал поступал из аридных зон, по

другой — в результате переноса разрушенных моренных

отложений.

Первая теория правильно объясняет образование

лёсса степей, граничащих с пустынями (Китай, Месопо-

тамия). Это типичный лёсс эолового происхождения,

который образовался из пыли пустынь, изменившейся

под воздействием иных климатических условий. Уноси-

мая ветром пыль выветрившихся горных пород состоит

из песка, глины и других компонент. Песок быстро осе-

дает (песчаные дюны пустыни), а остальная пыль от-

лагается там, где скорость ветра мала или где встре-

чается растительный покров. Часть осадка, выпавшего

в степи, переносится поверхностными водами в другие

места суши или в бессточные соленые озера. Пыль, осев-

шая в пустыне или на скалах, снова уносится ветром и

попадает, наконец, в степные пространства или бессточ-

ные соленые озера, где и отлагается. Благодаря этому

процессу пыль степей — лёсс — отличается по составу

от пыли пустынь — отложений песка, хотя оба вида

пыли родственны по географическому и литогенетнче-

скому признакам. Таким образом, атмосферная пыль

образует в степях, граничащих с пустынями, мощную

независимую геологическую формацию и в этом заклю-

чается ее геологическое значение [1]. Предпосылкой об-

разования лёсса является наличие обширной бессточной

области. Примером такой территории, покрытой осо-

По последним исследованиям китайских геологов, на обшир-

ной территории Китая наблюдается до четырех типов лёсса (эоло-

вый, водный, смешанного происхождения и переотложенный). -

Прим. ред.

Гл. 2. Значение пыли в геологии

25?

бенно обширными отложениями лёсса, могут служить

районы Внутренней Азии. Лёссовые отложения степей

не всегда связаны с пустынями. Встречаются как пус-

тыни, не окруженные лёссом, так и отложения лёсса

вдали от пустынь [17].

Пользуясь данными Рихтгофена, Пампелли пытался

доказать, что лёсс представляет собой отложения, обра-

зовавшиеся на дне больших пресноводных озер. Однако

в этих отложениях мелкозернистый глинистый песок за-

легает вместе с крупнозернистым, и поэтому озерная

гипотеза образования лёсса несостоятельна. Горизон-

тальные слои так называемого озерного лёсса, малопо-

ристого и насыщенного солями, заполняют бессточные

углубления солончаковых степей. Рихтгофен считает,

что этот лёсс отлагался в наиболее глубоких впадинах,

где скапливалось небольшое количество воды. Он водо-

непроницаем, и на его границах иногда встречается

вода. (Только чисто эоловые области совершенно ли-

шены родников.) Когда впадины заполнились и раствор

солей получил выход к морю, свойства солончаковых

степей изменились и появилась возможность возделы-

вания их.

Редко попадающиеся в лёссе обломки горных пород

всегда имеют острые края. Это подтверждает, что они

не переносились текучими водами на большое расстоя-

ние. Кости степных грызунов и раковины наземных мол-

люсков распределены в лёссе равномерно, и это пока-

зывает, что когда-то они были засыпаны массами пыли.

В лёссе часто встречаются известковые конкреции вели-

чиной 0,5—30 см, образовавшиеся вследствие скопления

извести [29].

Рихтгофен сообщал, что в Китае находятся пласты

лёсса длиной свыше 1600 км и мощностью до 2450 м.

По данным Вальтера [2], мощность отложений лёсса

в Китае превышает 400 м. Через эти области протекают

желтые воды реки Хуанхэ («Желтой реки») [23]. Валь-

тер отмечает, что «в Китае лёсс обычно залегает в от-

дельных котловинах, по окраинам которых видны вы-

клинивающиеся по направлению к центру впадины слои,

состоящие из гальки и щебня. Вертикальное распро-

странение лёсса не зависит от высоты местности над