Сесёлкин И.В. Основы геологии и гидрогеологии

Подождите немного. Документ загружается.

Химическое выветривание - процесс химического разрушения и

изменения горных пород с образованием новых минералов, устойчи-

вых в условиях земной поверхности. Наиболее активными агентами

химического выветривания являются вода, кислород, углекислота. Ос-

новные процессы химического выветривания - растворение, гидрата-

ция, гидролиз, окисление.

Взаимодействие воды с минералами приводит к гидролизу. Про-

сачиваясь сквозь трещины горных пород

, вода растворяет и выносит из

них хлориды, карбонаты, сульфаты. Это явление называется выщела-

чиванием. Аналогичный процесс разрушения карбонатных пород на-

зывается карстом. С деятельностью воды также связана и гидратация -

присоединение воды к некоторым минералам, например, ангидрит

(СаSО

) превращается в гипс (СаSО

·2Н

О). Гидролиз – разложение

минералов при их взаимодействии с водой и образование в результате

этого взаимодействия новых минералов. Из полевых шпатов, напри-

мер, образуются гидрослюды, каолинит, и другие минералы. Окисле-

ние происходит при взаимодействии минералов с кислородом, напри-

мер, в железных рудах Курской магнитной аномалии магнетит (Fе

)

превращается в химически более устойчивую форму – гематит (Fе

При химическом выветривании изверженных пород образуются глины;

магматических и метаморфических пород – коалиновые глины. Вывет-

ривание основных и ультраосновных пород приводит к образованию

гидрослюд, монтмориллонита, гидрооксидов железа, алюминия и др.

Биохимическое выветривание - механическое разрушение и хи-

мическое изменение горных пород и минералов под влиянием орга-

низмов и продуктов их жизнедеятельности.

При

биологическом выветривании организмы извлекают из гор-

ной породы необходимые для построения своего тела минеральные

вещества. С поселением организмов на горной породе её выветривание

значительно усиливается. Корни растений и микроорганизмы выделя-

ют во внешнюю среду углекислый газ и различные кислоты (щавель-

ную, яблочную, янтарную др.), которые оказывают разрушающее

влияние на минералы. Кроме

того, бактерии, которые распространены

повсеместно, образуют азотную, серную кислоты, аммиак, сероводо-

род и другие вещества, способствующие быстрому разрушению мине-

ралов горных пород. Животные, как и растения, разрыхляют горные

породы, своими выделениями способствуют их измельчению.

Остаточные продукты разрушения, которые накапливаются на

месте разрушения первичных пород, получили название элювиаль-

ных (элювий).

Длительное накопление остаточных продуктов выветривания

приводит к образованию на поверхности Земли так называемой коры

выветривания. Особенно хорошо коры выветривания выражены в

тропических областях, где почти везде присутствует мощный, до не-

скольких десятков метров толщиной слой изменённых

горных пород,

обычно красного цвета. Он представляет собой сложное сочетание

разнообразных минералов, в основном – глинистых, содержащих ок-

сиды и гидрооксиды алюминия и железа. Такая кора выветривания

получила названия латеритной.

С процессами выветривания верхнего слоя земной коры связано

почвообразование. Почва – природное образование, состоящие из ге-

нетически связанных почвенных горизонтов, формирующихся в

ре-

зультате преобразования поверхностных слоёв литосферы под воздей-

ствием воздуха, воды и живых организмов.

3.2.2 Геологическая деятельность ветра

В числе процессов внешней динамики Земли существенная роль

принадлежит деятельности ветра. Ветер производит огромную геоло-

гическую работу по переносу и отложению мелких песчаных частиц,

образовавшихся в результате разрушения горных пород под действием

выветривания и других процессов. Кроме того, ветер вызывает процес-

сы дефляции (выдувания) и корразии (обтачивания).

Деятельность ветра проявляется во

всех климатических зонах, но

наибольшую активность она приобретает в пустынях и на низких по-

бережьях морей. Процессы, обусловленные деятельностью ветра, на-

зываются эоловыми.

В процессе дефляции мелкие частицы, главным образом продук-

ты выветривания выдуваются из трещин и углублений поверхности

твёрдых пород. Другим объектом дефляции служат песчаные и алеври-

товые горные

породы при нарушении их дернового покрова во время

строительства, вспашке целины, осушения торфяников и т.д. Дефляция

в этом случае нередко принимает форму пыльных бурь (ветровая эро-

зия). Ветровая эрозия приносит большой ущерб сельскому хозяйству.

Защитные мероприятия для предохранения почвенного слоя от

дефляции - посадка деревьев и кустарников, правильная распашка зе-

мель и т. п.

Корразией называется обтачивание, высверливание и шли-

фование твёрдых горных пород переносимыми ветром частицами.

Наибольшее количество частиц ветер переносит в близи поверхности

земли (до высоты 1-2 м), поэтому больше всего обтачиваются нижние

части скал

. В результате этого образуются скалы причудливой формы -

грибообразные, в виде башен и т. д. Если порода сложена различными

минералами, то при совместном действии физического выветривания и

ветра поверхность становится ячеистой, возникают пещеры выдува-

ния.

Ветер переносит твёрдые частицы, как во взвешенном состоянии,

так и волочением, при этом размер переносимых частиц

зависит от его

скорости. При скорости ветра около 10 м/с он переносит песчинки

размером до 1 мм, а при скорости 20 м/с - до 4 - 5 мм. Дальность пере-

носа достигает сотен, а мелких пылеватых частиц - нескольких тысяч

километров. Например, пыль пустынь Африки распространяется на

расстояние более 2500 км. Одновременно с переносом частиц песка и

пыли

происходит их отложение - образуются эоловые континенталь-

ные отложения - пески и лёссы.

Эоловые пески характеризуются хорошей окатанностью и отсор-

тированностью зёрен по размеру. В их составе преобладают устойчи-

вые к выветриванию минералы - такие, как кварц, иногда встречаются

полевошпатовые пески. Мощность эоловых песков в пустынях дости-

гает десятков метров. Эти отложения песков

имеют своеобразную

форму рельефа пустынь: кучевые пески, барханы, грядовые пески и т.

п.

Кучевые пески накапливаются у различных препятствий, чаще у

кустов и растений и могут достигать высоты более 10 м.

Барханы - серповидной формы холмы с концами, заострёнными

в направлении движения ветра. Высота барханов 2 - 15 м, иногда дос-

тигает 30 м. Самые большие барханы

поражают своими колоссальны-

ми размерами: их ширина достигает 1,5 км; длина 3 км, а высота 200 м

и более. Сливаясь вместе, барханы образуют барханные цепи, напоми-

нающие застывшие морские волны.

Грядовые пески - длинные, параллельные гряды симметричного

очертания, вытянутые в направлении господствующего ветра. Высота

гряд доходит до 20 м, в Сахаре - до 60 м. Гряды разделяются пониже-

ниями, днища которых покрыты глинистыми породами.

Бугристые пески – песчаные холмы высотой до 5 м, реже – до 8

м, неправильной формы, закреплённые растительностью.

На песчаных побережьях морей и озёр господствующие ветра,

дующие в направлении берега, часто переносят пески, выбрасываемые

на берег волнением. Задерживаясь

растительностью, пески образуют

сначала небольшие холмики, а затем холмы и гряды, называемые дю-

нами. Дюны постепенно перемещаются ветром вглубь побережья и

образуют несколько параллельных цепей. Дюны широко распростра-

нены на побережье Балтийского моря, где достигают высоты 25 м.

При передвижении эоловые пески могут засыпать оросительные

каналы, культурные земли, населённые пункты (наступление

пустыни).

Наиболее эффективные мероприятия - посадка кустарников, лесных

полос; в настоящее время для прекращения движения песков стали

применять синтетические пленки. Тем не менее, в последние десятиле-

тия пустыни расширяют свои границы.

К рыхлым породам, переносимым ветром относятся и лёссы. Лёс-

сы представляют собой отложения толщиной от 1 до 150 м. Эта порода

состоит из

частичек пыли размером менее 0,05 мм и обычно имеет

светло-жёлтую окраску, что объясняется наличием кварца, различных

силикатов и карбонатов.

Кроме настоящих, или типичных лёссов, широко распространены

породы, которые называют лёссовидными суглинками, так как в них

содержатся ещё более мелкие глинистые частицы размером 0,001 мм.

Лёссовые породы широко распространены в Китае, США,

Украи-

не, на Северном Кавказе.

3.2.3 Геологическая деятельность поверхностных

текучих вод

Выпадающие на поверхность Земли атмосферные осадки стекают

по поверхности, частично просачиваются вглубь по порам и трещинам,

пополняя запасы подземных вод, частично испаряются, частично сте-

кают по поверхности, производя при этом огромную геологическую

работу по размыву, разрушению горных пород, сносу, перемещению и

отложению продуктов разрушения.

Выпавшие атмосферные осадки вначале стекают по поверхности

склона в виде многочисленных струек, смывая при этом мелкие части-

цы продуктов выветривания. По мере выравнивания склонов скорость

движения воды уменьшается, и частицы начинают оседать. В результа-

те в нижних частях склонов накапливаются отложения, которые назы-

ваются делювиальными (делювием). Схема образования делювия

приведена на рис.6.

Наи6олее распространены делювиальные отложения из суглин-

ков, однако делювий может состоять также из более крупнообломоч-

ных пород - песков щебня и др. Процесс образования делювия носит

название плоскостного смыва. Отдельные струйки, сливаясь, образуют

более мощные струи – ручьи, при этом появляются углубления, посте-

пенно разрастающиеся в овраги.

Рис. 6. Схема образования делювия:

1 – первоначальная поверхность склона; 2 – сниженная в резуль-

тате плоскостного смыва поверхность склона; 3 - делювий

Так происходит процесс размыва и разрушения пород текучими

водами, который называется эрозией.

Различают эрозию донную или глубинную, заключающуюся в

углублении водным потоком своего русла, и боковую, ведущую к

подмыву берегов русла. Благодаря этим двум

видам эрозии, водные

потоки формируют глубокие и широкие речные долины - вытянутые

длинные ложбины, имеющие уклон в соответствии с течением рек от

верховьев к низовьям.

Рис. 7. Элементы речной долины

Элементами речной долины (рис. 7) являются её склоны 1, дно 2,

русло 3, пойма 4, террасы 5.

Русло - часть дна долины, по которой осуществляется сток воды.

Дно (ложе) долины - относительно ровная пониженная её часть,

имеющая уклон от истока к устью.

Бровка - линия сопряжения склонов долин с поверхностью при-

легающей местности. Пойма - часть

дна долины по одну или обе сто-

роны, сложенная наносами и заполняемая водой во время половодий и

паводков. Террасы - горизонтальные или слегка наклонные площадки

на склонах речной долины, представляющие собой остатки её прежне-

го дна.

Горным рекам свойственны большие уклоны и скорости течения,

у них наблюдается интенсивная глубинная эрозия, определяющая

зна-

чительную глубину и незначительную ширину речных долин. Перено-

симый материал – валуны, галечник, гравий, крупные пески.

Равнинные реки отличаются меньшими уклонами и скоростью

течения, протекают в широких и неглубоких речных долинах, боковая

эрозия преобладает над глубиной; переносимый и откладываемый ма-

териал - песок, глины, супеси, суглинки.

От верховьев к низовьям, в связи

с уменьшением уклонов и ско-

рости течения, эрозионная энергия реки и крупность переносимого

материала уменьшается. В процессе эрозионной деятельности река,

врезаясь в горные породы, стремится выработать профиль равновесия

(рис. 8), по достижении которого эрозия значительно ослабевает и

уравновешивается аккумуляцией.

В зависимости от стадии развития речной долины меняется и

форма её поперечного сечения. На ранних стадиях развития (в моло-

дых горных странах) долины имеют вид узких теснин (щелей) и каньо-

нов с отвесными стенами. Последующее развитие долины меняет её

форму на V-образную. По мере выработки рекой профиля равновесия

и усиления боковой

эрозии, долина приобретает плоскодонную форму.

В последней стадии долина имеет неясно выраженную форму и очень

пологие склоны, незаметно переходящие в водораздельные простран-

ства.

Реки переносят огромное количество продуктов разрушения гор-

ных пород, образовавшихся как в результате выветривания, так и эро-

зии горных пород.

Переносимый рекой материал в свою очередь, способствует раз-

рушению встречающихся на пути реки горных пород. Реки ежегодно

выносят в моря и океаны около 20 млр. т взвешенных веществ и 3 млр.

т растворённых веществ. Это означает, что каждый год суша теряет 10

– 12 км

горной породы и почвы. Основные разрушители - реки Ху-

анхэ, Ганг, Инд, Янцзы, Миссисипи, Амазонка.

Рис. 8. Продольный профиль речной долины

1 – базис эрозии (уровень озера, моря); 2, 3, 4 – последовательные

стадии выработки профиля долины; 5 – профиль равновесия

Продукты разрушения переносятся рекой в растворённом, взве-

шенном и влекомом состоянии. При уменьшении, в каком - либо месте

скорости

течения реки, происходит аккумуляция влекомого и взве-

шенного материала. Этот материал может вновь частично размывать-

ся и переносится вниз по течению. Однако по мере выработки рекой

профиля равновесия накапливается всё более устойчивые, не размы-

ваемые отложения. Эти отложения называются аллювиальными (ал-

лювием). Они обычно состоят из обломочных пород различной степе-

ни окатанности и крупности; для горных рек характерны валунно-

галечниковые отложения; для равнинных - песчаные, суглинистые и

глинистые.

В горных районах распространены временные и селевые потоки.

Временные потоки образуются только в периоды сильных дождей или

таяния снега на крутых склонах гор, где вырабатывают себе ложбины

стока. Они увлекают с собой огромное количество

обломочного мате-

риала (пыль, песок, щебень, глыбы), образовавшегося в результате вы-

ветривания горных пород. При выходе потоков на предгорную равни-

ну скорость движения воды резко уменьшается и переносимый пото-

ком материал откладывается у подножия склонов в виде конусов вы-

носа, которые называются пролювием. Пролювий - это плохо отсор-

тированные глыбы, валуны, щебень, галечник и песчано-глинистые

отложения, крупность которых уменьшается с удалением от горных

хребтов. Постепенно эти наносы сменяются тонкообломочными отло-

жениями

(преимущественно лёссовидными), которые слагают пред-

горные пролювиальные равнины и прослеживаются на десятки кило-

метров от горной местности.

Селевые потоки или сели - бурные грязекаменные потоки, пере-

двигающиеся по руслам рек с большой скоростью и обладающие ог-

ромной разрушительной силой. В наибольшей мере разрушительная

работа селевых потоков проявляется в горных областях Средней

Азии,

Казахстане, Северного Кавказа на юге Восточной Сибири.

В горных районах Средней Азии с 1870 по 1960 г. отмечено бо-

лее 2000 крупных селевых потоков. Например, по долине реки Малая

Алмаатинка в 1921 году сель принёс на улицы Алма-Аты (Казахстан)

поток грязи объёмом более 4 млн. кубометров. Сейчас город защищен

от подобных катастроф плотиной “

Медео”.

Явления, связанные с деятельностью поверхностных вод - эрозия,

селевые потоки - приносят огромный ущерб народному хозяйству

страны. Дождевые и талые воды при плоскостном смыве разрушают

почвенный покров, глубинная эрозия приводит к образованию оврагов,

уменьшает полезную площадь сельскохозяйственных культур и за-

трудняет их обработку. Для борьбы с оврагообразованием необходимо

проводить лесопосадки, регулировать поверхностный

сток, укреплять

дно оврагов, засевать склоны оврагов многолетними травами.

Селевые потоки обладают огромной разрушительной силой и

представляют опасность не только для дорог, отдельных домов, но и

для больших населённых пунктов, расположенных на их пути. Борьба

с селями - строительство плотин для задерживания селей, также важны

предупреждающие меры - запрещение вырубки лесов и

кустарников,

организация лесопосадок на склонах гор, регулирование стока талых и

дождевых вод в верховьях рек, сооружение в долинах селеопасных рек

наносоуловителей (глубоких бассейнов и каменных набросных плотин,

которые задерживают твердые частицы, но пропускают воду).

3.2.4 Геологическая деятельность подземных вод

Воды, находящиеся в породах и трещинах горных пород, назы-

ваются подземными. Подземные воды являются одним из важнейших

агентов экзогенных геологических процессов. Они проводят разруши-

тельную и созидательную работу. Разрушительная деятельность под-

земных вод проявляется главным образом в растворении водораство-

римых минералов горных пород, чему способствует содержание в воде

растворённых солей и

газов.

С деятельностью подземных вод связаны такие геологические

явления, как карст, суффозия, плывуны, оползни.

Карстом называется процесс растворения горных пород передви-

гающимися в них подземными и просачивающимися поверхностными

водами. Карсту подвержены соленосные породы, гипсы, ангидриты и

карбонатные породы. Соответственно различают карст: соляной, гип-

совый, карбонатный. Карст обуславливает специфические поверхност-

ные

формы рельефа, которым относятся карры, карстовые воронки,

поноры, карстовые котловины и полья, карстовые колодцы и шахты.

Карры представляют собой бороздообразные углубления, глуби-

ной от нескольких сантиметров до 1 – 2 метров, тянущиеся в направ-

лении уклона поверхности. Образуются при растворении и размыве

пород вдоль трещин, развитие карров на большой площади приводит к

образованию карровых

полей.

Поноры – вертикальные или наклонные отверстия, поглощаю-

щие поверхностные воды. Развитие поноров приводит к образованию

карстовых воронок. Глубина воронок может достигать 20 м, диаметр

– 50 м и более. На дне воронок обычно имеются отверстия, через кото-

рые вода уходит в глубину. Воронки часто образуются в результате

обрушения сводов подземных карстовых полостей. Наибольшая

плот-

ность воронок наблюдается на Кавказе, где их число достигает двух

тысяч на 1 км

Дальнейшее развитие карста приводит к образованию карстовых

котловин, которые похожи на воронки, только гораздо крупнее – до

30 – 400 м в диаметре.

Польями называются гигантские котловины, стены которых

сложены известняком, а дно – нерастворимой породой.

Карстовые колодцы представляют собой углубления в породе с

вертикальными или крутыми наклонными стенами. Глубина колодцев

сравнима с шириной или

превышает её. Самые глубокие в мире

сплошные колодцы находятся в Словении (501 м) и Австрии (480 м).

Серия колодцев, соединённых вместе небольшими горизонтальными

или наклонными галереями образуют шахты.

Из подземных карстовых форм выделяют закарстованные трещи-

ны, т.е. трещины, расширенные из-за растворения пород водой, а так-

же карстовые пещеры и каналы. Пещеры представляют собой вытя-

нутые почти горизонтально пустоты, то расширяющиеся до огромных

залов и гротов, то

сужающиеся до узких каналов. Нередко пещеры

достигают в длину десятков или даже сотен километров. По данным

1998 года, самая протяжённая пещера - Мамонтова, находится в США,

близ города Луисвилла. Общая длина полостей этой пещеры достигает

571 км. Мамонтова пещера представляет собой лабиринт с крутыми,

почти горизонтальными магистральными тоннелями, протянувшимися

на многие километры.

Здесь можно увидеть пробитые напорными во-

дами трубообразные галереи высотой до 10 м и шириной до 30 м.

Каньонные галереи, возникшие при вертикальном врезании водного

потока в породу, достигают 15 м в ширину и 30 м в высоту.

В карстовых пещерах наблюдаются натечные образования пре-

имущественно карбонатного состава – сталактиты (нарастающие вниз)

и сталагмиты (растущие снизу

Сейчас на Земле известно 53 пещеры, длина ходов которых пре-

вышает 35 км. В России крупные пещеры находятся в Пермской об-

ласти (Кунгурская пещера), на Кавказе, Красноярском крае.

Изучением пещер, их происхождением, морфологией, микрокли-

матом занимается наука спелеология.

Развитие карстовых форм рельефа затрудняет сельскохозяйствен-

ное освоение территорий, строительство промышленных предприятий,

каналов, плотин,

дорог. С глубиной закарстованность пород уменьша-

ется, что связано со снижением степени трещиноватости пород, а зна-

чит и проницаемости, с уменьшением скорости движения и раство-

ряющей способности подземных вод.

Меры борьбы с карстом:

- отвод поверхностных вод от карстующих пород;

- искусственное обрушение кровли карстовых пустот или запол-

нение их глинистыми породами

;

- цементация, битумизация карстующихся пород в основаниях

различных сооружений;

- осушение участков путем устройства дренажа подземных вод

(при разработке месторождений полезных ископаемых).