Конспект лекций Геоморфология и геология.doc со... Конспект лекций для студентов специальности 156 02 01 Геодезия В. И. Михайлов Минск 2011 содержание
 Скачать 26.51 Mb.
|
|
4.8. Криогенные процессы Состояние горных пород, при котором они длительное время сохраняют отрицательную температуру, называется вечной (многолетней) мерзлотой. В отличие от вечной мерзлоты сезонная мерзлота замораживает горные породы только зимой. По распространению на поверхности Земли выделяют: – островную мерзлоту в виде отдельных участков мерзлоты с температурой около 0°С среди талых грунтов; – мерзлоту с таликами, где среди общей массы многолетней мерзлоты с температурой +5-1,5°С встречаются талые участки; – сплошную мерзлоту, где грунты находятся в состоянии многолетней мерзлоты с температурой -5°С (до -8°С). Основной причиной возникновения многолетней мерзлоты следует считать реликтовые явления эпох оледенения. По вертикали вечную мерзлоту разделяют на следующие зоны: 1). деятельный слой; 2). собственно вечная мерзлота; 3). подмерзлотный слой. Деятельный слой мощностью от 0,2 до 4,0 м может быть охарактеризован как сезонная мерзлота. Глубина воздействия температур зависит от климата, состава и состояния пород, характера ориентации и наклона местности, растительного покрова и т.д. Собственно вечную мерзлоту по характеру зимнего промерзания подразделяют на слившуюся вечную мерзлоту и неслившуюся. По мощности собственно вечная мерзлота изменяется от нескольких до сотен метров. Толщи вечной мерзлоты бывают непрерывные – когда горные породы по всей глубине находятся в мерзлом состоянии и слоистые – чередование вечномерзлотных и талых пород. Горные породы вечной мерзлоты по химическому составу делятся на твердомерзлые (пылеватые породы сцементированы льдом), пластичномерзлые (породы заполнены не только льдом, но и водою с температурой около 0°С и сыпучемерзлые (при недостатке влаги у песчаных и гравелистых пород). Подземные воды вечной мерзлоты образуют три горизонта: – надмерзлотные воды – не напорные воды деятельного слоя; – межмерзлотные воды – напорные воды, связанные с талыми прослойками слоистой вечной мерзлоты; – подмерзлотные воды – напорные воды, связанные с подмерзлотным слоем. Подземные воды связаны между собой и имеют сложный режим. В режиме действия вечной мерзлоты наблюдается ряд явлений, связанных с изменением режима подземных вод, температуры воздуха и горных пород. Эти явления называются криогенными. К ним относятся: пучение – увеличение объема глинистых и пылеватых частиц; гидролакколиты – вспучивание и образование земляных бугров на земной поверхности в результате напора в сечении талого слоя и прорыва воды на поверхность; термокарсты – образование провалов и осадок вследствие вытаивания льда; солифлюкция – стекание оттаивавшего грунта на склонах по кровле льдистого слоя под действием силы тяжести с образованием земляных потоков; мари – заболачивание пониженных участков рельефа вследствие поднятия уровня грунтовых вод. 4.9. Техногенные процессы Добыча любого вида полезных ископаемых, строительных материалов, подземных вод, нефти приводит к деформациям земной поверхности и, как следствие, к изменению рельефа. Оказалось, что многие геологические события завершаются в пределах отрезков времени, измеряемых годами или даже днями, а замедленность геологических изменений относится не к самим событиям, а к длительным временным промежуткам, разделяющим эти события. Из сопоставления геологических событий, явлений и процессов, происходящих вследствие хозяйственно-промышленной деятельности человека видно что, например частота катастрофических землетрясений, вулканических извержений и наводнений соответствует частоте таких событий, как шахтные катастрофы (обвалы и взрывы метана), прорывы плотин. Ход природных процессов нарушается техногенной деятельностью человека. Совокупность воздействия человеческого общества на геологическую среду называют техногенезом. Он не только изменяет свойства и структуру геологических объектов, но и создает техногенные объекты. Выступая как внешний элемент геодинамики, он влияет на процессы выветривания, денудации и аккумуляции, на дислокационные движения и землетрясения. Доказано, что большие водохранилища гидростанций, расположенных в сейсмоактивных зонах, повышают сейсмичность района на 2-3 балла. Горнотехническая деятельность носит глобальный характер и связана с обеспечением человечества полезными ископаемыми. При всех способах выемки минерального сырья из земных недр, в последних образуются зоны беспорядочного обрушения горных пород, зоны трещин и прогибов, нарушающих целостность горного массива. В результате выемки твердых полезных ископаемых, откачки нефти, газа и воды, на земной поверхности возникают проседания, провалы и карьеры, глубиной до десятков метров. Отбор руды, угля, сильвинита, строительного камня из недр сопровождается образованием высоких холмов отработанного материала называемых терриконами, солеотвалами и т.п. При этом преобладает рассеивание элементов. Человек, извлекая из недр полезные ископаемые: нефть, газ, воду – подземным и открытым способом не только изменяет ландшафты, но и усиливает деградацию почв, ускоряет многие процессы и, в частности, осуществляет миграцию химических элементов в географическую среду. Природа в течение более 4,5 млрд. лет существования Земли образовывала и конструировала минеральные соединения в недрах в виде месторождений, а человек гидротехнической деятельностью рассеивает или наоборот концентрирует элементы. Таким образом, возникают некоторые сочетания, взаимодействия человека и природы. Производственно-хозяйственная деятельность человека приводит к изменениям не только в гидросфере и атмосфере, но и литосфере. Эти изменения заключаются в следующем: уплотнение грунтов, подтопление, карстово-суффозионные процессы, понижение уровня грунтовых вод, оседание поверхности, сдвижение горных пород в массиве, развитие эоловых процессов, чрезмерное осушение почв. Общее направление техногенного преобразования земной поверхности – его нивелирование, исчезновение микрорельефа, развитие положительных и отрицательных форм рельефа с преобладанием тенденции повышения отметок за счет складирования добытых из недр горных масс. Значительное количество вскрытых пород, отработанные шлаки, зола и отходы галитовые и строительной индустрии представляют основу искусственных грунтов. На территории Беларуси мощность искусственных грунтов доходит до 10 метров. Вопросы для самопроверки 1. Какие процессы называют экзогенными? 2. Что такое выветривание и какие виды его Вы знаете? 3. Расскажите об эоловых процессах. 4. Какие процессы называются флювиальными? 5. Какие геологические процессы вызываются стоком постоянных потоков? 6. Какие формы рельефа образуются на земной поверхности при воздействии на нее временных потоков? 7. Расскажите об эрозионных фазах в работе рек. 8. Какие формы рельефа образуются при воздействии ледников на земную поверхность? 9. В чем заключается геологическая деятельность морей, озер и болот? 10. Какие виды морских берегов Вы знаете и в чем их особенность? 11. Какие элементы дна океана Вы знаете? 12. Что такое гипсометрическая кривая и как распределяются высоты и глубины на поверхности Земли? 13. Какие стадии переноса данных отложений Вы знаете? 14. Расскажите о классификации подземных вод по условиям залегания. 15. Что такое суффозионный процесс и в чем он заключается? 16. Что такое карстовый процесс и в чем он заключается? 17. Какие типы ледников Вы знаете и почему они образуются? 18. Сколько эпох древних материковых оледенений было на территории Беларуси? 19. Какие эрозионные и аккумулятивные формы рельефа образуют ледники? 20. Перечислите основные элементы дна океана. 21. Какие морские коренные берега Вы знаете? Опишите их. 22. Какие аккумулятивные берега Вы знаете? Опишите их. 23. В чем заключается геологическая деятельность озер? 24. Каково происхождение озер? 25. Какие виды болот Вы знаете и в чем их различие? 26. Дайте понятие склона и перечислите их классификацию? 27. Перечислите типы склонов. 28. Что такое пенеплены, педименты, педиплены и поверхности выравнивания? 29. Какие виды вечной мерзлоты Вы знаете? 30. На какие зоны делится вечная мерзлота по вертикали? 31. Опишите водный режим подземных вод зоны вечной мерзлоты. 32. Какие явления и формы рельефа возникают в зоне вечной мерзлоты? 33. Какие формы рельефа возникают при техногенных преобразованиях? 5. Морфография и морфометрия Современная геоморфология делится на ряд дисциплин: морфография – занимается описанием характерных форм рельефа; морфометрия – рассматривает его количественные характеристики; динамическая геоморфология – изучает рельефообразующие процессы; структурная геоморфология – рассматривает связи рельефа с геологическим строением и тектоническими структурами. При изучении природных процессов используются теоретические знания, полевые наблюдения с применением моделирования на местности, лабораторное и математическое моделирование. При этом в геоморфологии широко используют топографические карты. При анализе древних отложений и форм рельефа в геологии и геоморфологии часто применяется принцип актуализма, допускающий сходство ныне наблюдаемых процессов с теми, которые протекали в минувшие геологические эпохи. Изучение современных геологических процессов (русловых, оползневых, оврагообразования и т.д.) имеет поэтому большой интерес для восстановления геологической истории. 5.1. Элементы, формы и типы рельефа земной поверхности Простейшими составными частями форм рельефа земной поверхности являются элементы. С геометрической точки зрения они могут быть представлены поверхностями, линиями и точками. Каждая форма рельефа, прежде всего, ограничена поверхностями (гранями), образующими с плоскостью горизонта те или иные углы наклона. По величине наклона их можно разделить на субгоризонтальные поверхности (с углами наклона <2º) и склоны (углы наклона >2º). Поверхности (грани) могут быть горизонтальными, наклонными, выпуклыми и вогнутыми. Чаще всего поверхности, ограничивающие формы рельефа, представляют собой сочетание участков разной крутизны (ступенчатые поверхности). Различные поверхности, ограничивающие формы рельефа, пересекаются между собой, образуют линии. Эти линии называют каркасными (орографическими). В рельефе выделяют следующие каркасные линии: водоразделы, тальвеги (водосборы), подошвы и бровки. Водораздел – линия (полоса) на земной поверхности, разделяющая поверхностный сток противоположных смежных водостоков или их систем. Водоразделы – это ребра (линии пересечения плоскостей) положительных форм рельефа. В горах водоразделы выражены резко и обычно совпадают с гребнем хребта, но и в горах часты случаи, когда водораздельная линия проходит не по высоким горным цепям, а по более низким местам. На равнинах положение водораздела часто неопределенно и установить его не всегда возможно. Различают водоразделы первого порядка (между смежными речными системами) и водоразделы второго порядка (между смежными протоками главной реки). Иногда водоразделом называют полосу земной поверхности, разделяющую смежные речные системы. В таком случае правильней говорить о водораздельном пространстве. Водоразделы, проходящие по гребню, по профилю поперечного сечения подразделяются на острые, округлые и плоские, а по форме продольного профиля – на ровные, волнистые и зубчатые. Тальвег (водосбор) – линия, соединяющая наиболее низкие точки долины, балки, овраги и совпадающая с дном русла реки (водотока). В плане тальвег обычно представляет собой извилистую линию, в продольном профиле – вогнутую, реже выпуклую или ступенчатую форму. Участки ступенчатой формы профиля совпадают с порогами и водопадами. Подошва (тыловой шов) – линия перегиба склона ниже которой он становится более пологим. Термин «подошва» применяется для обозначения подножий гор, холмов, обрывов и т.д. В случае террасового рельефа, линию перехода уступа к площадке называют тыловым швом террасы. Бровка – линия перегиба склона, ниже которой он становится более крутым (перегибы склонов, край террасы, плато, оврагов и т.д.). К числу элементов рельефа относят и точки, которые обычно характеризуют места пересечения тех или иных каркасных линий. Известно десять видов наземных узловых точек: – вершинные – точки, имеющие наибольшие абсолютные отметки; – узловые – точки пересечения нескольких водораздельных линий (водоразделов); – перевальные (седловидные) – низшие точки водоразделов, пересекающие тальвеги; – устьевые – точки впадения ручьев, рек в водные пространства; – развилочные – точки деления тальвегов; – плечевые – точки пересечения водоразделов (тальвегов) с бровками; – локтевые – точки пересечения водоразделов (тальвегов) с подошвой; – поворотные – точки изменения водоразделов; – глубинные – наинизшие точки, расположенные в замкнутых впадинах; – мысовые – точки пересечения с подошвами возвышенностей, резко и глубоко вдающиеся в водное пространство. Таким образом, рельеф земной поверхности следует понимать как взаимное расположение линий, точек и плоскостей земной поверхности в пространстве, рассматриваемое по отношению к уровенной поверхности. Формы рельефа представляют собой изолированные неровности суши, дна океанов и морей. Они характеризуются теми или иными особенностями внешнего вида, размерами и происхождением (генезисом). По внешним (морфологическим) особенностям и взаимному сочетанию все формы рельефа можно подразделить на следующие группы: положительные и отрицательные, замкнутые и незамкнутые, простые и сложные. Образование форм рельефа в различных природных условиях, на различных стадиях развития приводит к большому разнообразию их, поэтому для изучения этих форм необходима их классификация. 5.2. Классификация форм рельефа В геоморфологии наибольшее значение имеет генетическая классификация, разработанная на основе общности происхождения. К числу основных факторов, управляющих процессами рельефообразования, следует отнести тектонические движения земной коры и климат. Первые создают первичные неровности земной поверхности (эндогенные факторы), второй – выравнивают земную поверхность. Поэтому в генетической классификации форм рельефа их, прежде всего, подразделяют на группы в зависимости от преобладающего эндогенного или экзогенного фактора. Формы рельефа, преимущественно обусловленные эндогенными факторами. 1. Формы рельефа, обусловленные молодыми тектоническими движениями. 2. Структурные формы рельефа. 3. Вулканические формы рельефа. 4. Грязевулканические формы рельефа. Формы рельефа, преимущественно обусловленные экзогенными процессами: деятельностью поверхностных текучих вод (флювиальные); силами гравитации; деятельностью снега (нивальные) и льда; деятельностью талых ледниковых вод; развитием вечной мерзлоты; образованные совместным действием нивальных, солифлюкционных и гравитационных процессов; деятельностью морских и озерных вод; совокупным действием эоловых, флювиальных и гравитационных процессов в условиях засушливого климата; деятельностью ветра; деятельностью подземных вод; деятельностью растений и животных; деятельностью человека. Для геодезии большое значение имеет классификация форм рельефа по их количественным характеристикам (размерам, высоте и др.), т.е. морфометрическая классификация. Она включает в себе семь групп. 1. Величайшие (планетарные формы). Характеризуются площадью в сотни тысяч и млн. км2. Разница в абсолютных отметках 2500-6500 и более метров. Положительные формы – материки, отрицательные – впадины океанов. Формы могут быть отражены полностью или крупными частями на глобусе или картах мелкого масштаба. 2. Крупнейшие (мега) формы. Площади форм в десятки и сотни тысяч км2. Разница в абсолютных отметках – 5-4 тыс. метров. Положительные формы – горные страны, срединно-океанические хребты; отрицательные – обширные равнины и впадины материков. Полностью формы отображаются на картах масштаба 1:10 000 000, а части на листах масштаба 1:1000 000. 3. Крупные (макро) формы. Определяются площадями в сотни тысяч км2. Разница в абсолютных отметках достигает 2000 м. Положительные формы – горные хребты, отдельные крупные плато; отрицательные – крупные речные долины и впадины, глубоководные желоба. Формы рельефа этой группы достаточно наглядно отображаются на картах масштаба 1:1000 000, а передача отдельных деталей производится на карте масштаба 1:200 000 – 1:50 000. 4. Средние (мезо) формы. Занимают площади, исчисляемые сотнями и тысячами км2. Разница абсолютных отметок – 200-300 м (чаще метры и десятки метров). Положительные формы: террасы долин, озы, друмлины; отрицательные – крупные балки, овраги, карстовые воронки. Формы рельефа составляют основное содержание карт масштабов 1:50 000-1:25 000. 5. Мелкие (микро) формы. Характеризуются площадями, составляющими единицы, десятки, реже сотни км2. Разность высот измеряется метрами, реже десятками метров. Положительные формы – прирусловые валы, конусы выноса оврагов и балок, мелкие барханы; отрицательные – промоины, суффозионные впадины, карстовые воронки. Эти формы рельефа составляют основное содержание топографических карт масштаба 1:10 000. 6. Очень мелкие (нано) формы. Занимают площади, исчисляемые квадратными метрами и дециметрами. Относительные высоты от дециметров до двух метров. Положительные формы – болотные кочки; отрицательные – водороины. Большинство форм отображается на картах крупных масштабов и планах. 7. Мельчайшие формы (топографическая шероховатость), – квадратные сантиметры и дециметры. Превышения – дециметры и сантиметры. На картах не изображаются и учитываются только при производстве точных геодезических работ. |