Основы геологии. Учебное пособие. Плякин А.М.. Основы геологии
 Скачать 7.69 Mb.
|
|
Рис. 9. Дюнные пески на побережье Северного Ледовитого океана. Фото Д. Темнова Эоловые отложения являются рыхлыми образованиями, часто с четко вы- раженной косой слоистостью, которая образуется в результате изменения ско- рости и направления ветра в процессе его геологической деятельности. 2.1.3. Ледники Ледниками называют естественные скопления кристаллического льда, имеющие значительные размеры и образованные из атмосферных осадков, пре- имущественно твёрдых, на поверхности Земли. Для образования ледников не- обходимы определённые обязательные условия, а именно: 1) низкая среднегодовая температура, составляющая менее 0 0 С, т.е. область отрицательных среднегодовых температур; именно преобладание отрицательных температур является главной помехой для таяния накопленного за холодный пе- риод снега. Лучше всего это условие реализуется в странах с холодным климатом: в полярных областях и высокогорных районах. При этом высота образования лед- ников зависит от географической широты. В тропических и умеренных широтах они образуются в высокогорных районах, при этом чем ближе к экватору, тем на 54 больших высотах происходит образование ледников. В достаточно влажных по- лярных областях они образуются в мелководном море и на высоте от 0 до 50-70 м, на Аляске – на высоте 1500 м, в Гималаях – на высоте 5100-6000 м. Уровень, вы- ше которого образуется ледник, называется снеговой линией; 2) большое количество осадков в виде снега. Понятно, что для образова- ния крупного ледника необходимо, чтобы в районе накопилось достаточно много первичного материала, из которого впоследствии образуется тело ледни- ка, а таким материалом является, прежде всего, снег. В зависимости от количе- ства выпадающего снега может изменяться и положение снеговой линии. Так, на Западном Кавказе, где выпадает значительно больше снега, снеговая линия располагается на высоте 2700 м, а на Восточном Кавказе со значительно мень- шим количеством выпадающего снега она находится на высоте 3800 м; 3) благоприятные условия для сохранения выпавшего снега. Такие усло- вия существуют на пологих склонах с затруднённым скатыванием снежных масс, во впадинах, защищённых от ветра и солнечных лучей. Наиболее благо- приятны в этом отношении горные долины, кары и прочие понижения рельефа в высокогорных районах. Механизм образования ледников таков: снег накапливается в течение зимнего сезона в благоприятных условиях (в понижениях рельефа) в таких ко- личествах, которые не успевают растаять за летний сезон. Это происходит в те- чение многих десятков и сотен лет, в результате чего скапливается огромная масса снега. По мере накопления снега под действием собственной массы (силы тяжести), а также под влиянием суточных колебаний температур происходит частичное таяние снега и замерзание в порах просачивающейся воды. Снег уп- лотняется и превращается в своеобразную зернистую массу, которую называют фирном. Фирн состоит из прозрачных зёрен льда, содержащих включения пу- зырьков воздуха. В высокогорных районах фирн встречается довольно редко, так как там почти не происходит таяния снега. Площади, сложенные фирном, называются фирновыми полями. Поверхность этих полей чаще всего плоская, но может быть и выпуклой или вогнутой. Образовавшийся фирн покрывается новым, свежим слоем снега и продолжает уплотняться под действием все но- вых и новых масс снега и постоянно образующегося нового фирна. Постепенно зёрна фирна в результате постоянного уплотнения сливаются в сплошной про- зрачный лёд, носящий название глетчерного льда и представляющего собой на- стоящий ледниковый лёд, который состоит из кристаллических зёрен, плотно прижатых друг к другу. Размер зёрен льда изменяется от размера небольшого ореха до куриного яйца. 55 Глетчерный лёд отличается от речного тем, что образуется он из снега в результате уплотнения, имеет зернистую структуру и неслоистое сложение. Он прозрачен и имеет характерную голубую окраску. Для образования фирна и ледникового глетчерного льда из снега необхо- дима очень высокая степень уплотнения снега. Установлено, что для образова- ния 1 м 3 глетчерного льда необходимо 11 м 3 свежевыпавшего снега. В ледниках различают области питания и стока. Область питания – это область накопления снега и превращения его через фирн в глетчерный лёд. Область стока представляет собой область, по которой происходит движение (течение) ледника. Важной особенностью глетчерного льда является его спо- собность передвигаться, т.е. его текучесть. В зависимости от особенностей и места образования ледников среди них выделяют три главных типа: горные или альпийские, покровные или материковые и шельфовые. Иногда в качестве самостоятельного типа рассматривают ледники промежуточного типа, которые называют ледниками скандинавского типа. Горные ледники развиваются при оледенении высокогорных районов и располагаются чаще всего в горных долинах и межгорных впадинах. Это срав- нительно маломощные ледники, как правило, приуроченные к глубоким впади- нам рельефа, долинам крупных рек, ущельям и т.д. Развиты они в крупных горных системах: Альпах, Гималаях, Памире, Тянь-Шане, Кавказе и др. Об- ласть питания в горных ледниках выражена исключительно четко и находится выше снеговой линии. Часто области питания бывают окружены высокими горными вершинами. Стекание льда происходит по горным долинам с крутыми склонами или по склонам гор с образованием одного или нескольких языков – притоков. Среди горных ледников различают несколько разновидностей в зави- симости от их местоположения. Наиболее распространены долинные, каровые и висячие ледники. Долинные ледники (рис. 10) приурочены к межгорным долинам и повто- ряют их форму и размеры. Они бывают вытянуты на значительные расстояния при относительно небольшой ширине. Каровые ледники располагаются в отно- сительно небольших углублениях – карах, находящихся вблизи горных вершин, и практически не имеют стока. Висячие ледники находятся на крутых высоких склонах гор, заканчивающихся крутым обрывом (пропастью), по которому лед- ник периодически, по мере накопления массы льда и стекания по склону, сры- вается вниз в виде лавины. Менее распространёнными являются предгорные, сетчатые и некоторые другие разновидности ледников. 56 Рис. 10. Язык небольшого ледника на Полярном Урале. Фото Е. Кнутова Самым крупным горным ледником является ледник Беринга на Аляске. Он имеет длину 170 км. Ледник Федченко на Памире при длине 77 км имеет ширину 4 км и толщину льда до 1 км. Горные ледники занимают около 1,3% площади ледового покрова Земли. Покровные (материковые) ледники представляют собой обширные кара- ваеобразные ледовые тела, занимающие часто несколько возвышенный район. Располагаются они в полярных областях Земли почти на уровне моря и харак- теризуются очень большими площадями и толщиной льда. В отличие от горных они не имеют четко выраженных областей питания из-за относительной ровно- сти рельефа. Форма этих ледников контролируется рельефом ложа, так как большая масса этих ледников в значительной мере выравнивает доледниковый рельеф. Наиболее крупными покровными ледниками являются ледники Грен- ландии, Арктики и Антарктики. Гренландский ледник имеет толщину ледового тела до 3300 м и занимает площадь около 2 млн. км 2 . Ледник Арктики достига- ет по площади 14 млн. км 2 при толщине льда в нём до 4300 м. В Антарктиде ежегодно формируется слой льда толщиной 24 мм при уровне осадков 150 мм в год. Материковые ледники занимают около 90% площади всего ледового по- крова планеты. Шельфовые ледники образуются в зоне шельфа, это плавучие ледники или частично опирающиеся на дно морей и океанов. Эти ледники текут от бере- га в морской бассейн и являются главными источниками айсбергов. Скорость течения этих ледников очень большая и достигает 1800 м в год. По сути дела шельфовые ледники представляют собой продолжение материковых ледников в 57 приморских районах с постепенным уменьшением толщины льда от материка к морю, т.е. в направлении их течения: у материкового края она составляет до 1300 м, а у морского края – от 50 до 400 м в зависимости от размера материко- вого ледника. Существуют также так называемые ледники скандинавского типа, отли- чающиеся расположением на плосковершинных горах столового типа. Они ши- роко развиты в Скандинавии и отличаются от ледников других типов ещё и тем, что, имея одну область питания, растекаются в разных направлениях по склонам плосковершинных гор. По размерам эти ледники небольшие: площадь всех ледников Скандинавии составляет всего около 5000 км 2 Геологическая деятельность ледников складывается из трёх последова- тельных стадий: разрушительной, транспортировочной и накопительной (акку- мулятивной). Разрушительная работа совершается ледником механическим (физиче- ским) способом, в результате воздействия массы льда с включенными в него обломками горных пород на подстилающие горные породы, по которым он движется. Ледник представляет собой тело, сложенное не только льдом, но и разными по размерам, главным образом, остроугольными обломками горных пород. Накопление снега происходит одновременно с накоплением обломочно- го материала, образующегося при разрушении горных сооружений и других не- ровностей рельефа, прежде всего, при процессах физического выветривания. Разрушительная работа ледника осуществляется, начиная с начала движения (течения) ледника. При перемещении по поверхности Земли остроугольные об- ломки (глыбы) горных пород действуют как резцы, делая разной глубины бо- розды в горных породах поверхности и пропахивая долины по ходу своего продвижения. Движение ледника облегчается вследствие образования в его по- дошве микрослоя воды в результате понижения температуры таяния льда при высоком давлении, создаваемом телом ледника. Этот микрослой воды выпол- няет роль смазки для ледника. Скорость течения ледника зависит от массы его тела и угла наклона поверхности Земли: чем больше масса и угол наклона, тем больше скорость течения. Оказывают влияние на скорость течения также изме- нения климата, условия питания ледника, характер долины, по которой движет- ся ледник (прямолинейность или извилистость). При этом центральная часть ледника течёт быстрее, чем боковые его части из-за трения ледника о борта до- лин. Различная скорость течения разных частей ледника приводит к его разру- шению в процессе перемещения. 58 Разрушительная работа ледника называется ледниковой эрозией. При движении ледника на поверхности Земли на горных породах образуются разной глубины борозды, показывающие направление его перемещения. Валуны и блоки твёрдых горных пород, по которым прошёл ледник, покрываются также бороздами, штрихами, царапинами, иногда шлифуются и полируются. Такие валуны со следами ледниковой эрозии называются бараньими лбами, а их скоп- ления на больших площадях представляют собой так называемый рельеф кур- чавых скал. Транспортировочная работа заключается в переносе обломочного мате- риала ледником в процессе его течения. Поскольку при образовании ледника в его тело попадают обломки разных размеров в зависимости от характера облас- ти разрушения, и эти обломки как бы консервируются образовавшимся льдом в том состоянии и положении, в котором они туда попали, они в таком же со- стоянии и переносятся без взаимодействия друг с другом. Поэтому форма и размер обломков при транспортировке не изменяются, а горные породы, обра- зованные в результате деятельности ледника, отличаются от других горных по- род осадочного происхождения тем, что они не окатаны и не отсортированы. Аккумулятивная работа ледника заключается в накоплении осадочного материала в результате таяния льда. Как и разрушительная работа, аккумуляция ледником совершается механически. Обломочные продукты, накопившиеся в ре- зультате таяния ледника, называются моренными или мореной. Одновременно моренными называются все обломочные продукты, которые находятся в теле ледника. Морена, движущаяся вместе с ледником, называется движущейся мо- реной, а накопившиеся в результате таяния ледника отложения – неподвижной мореной. Неподвижные морены разделяются на конечные и основные. Конечная морена образуется у нижней границы ледникового языка. При прерывистом от- ступании ледника может быть образовано несколько морен, обозначающих по- этапный отход ледника. Основная морена представляет собой отложения ледника, оставшиеся после его таяния на всём протяжении троговой долины. Образуется основная морена при постепенном отступании ледника, если его гра- ница не фиксируется на продолжительное время в определённом положении. Среди движущихся морен различают поверхностные, внутренние и дон- ные по положению обломков в теле ледника: соответственно поверхностные располагаются на поверхности ледника и являются наиболее молодыми; внут- ренние образуются в результате проникновения обломков внутрь тела ледника по трещинам или в результате перекрытия этих обломков новыми порциями снега; донные морены образованы обломками, вмёрзшими в нижнюю часть 59 ледникового тела и накопившимися до образования ледника или при подледни- ковом физическом выветривании. Донная морена является мощной разруши- тельной силой, использующей остроугольные обломки горных пород в качестве естественных резцов «по камню». Механизм образования моренных отложений заключается, таким обра- зом, в следующем: передвигающийся ледник тает, а обломки остаются на мес- те, проецируются на поверхность Земли и образуют скопления, называемые мореной. В геологической деятельности ледника следует различать ещё одну осо- бенность, связанную с геологической работой вод, образованных при таянии льда. Эти воды образуют временные потоки, протекающие под телом ледника и по поверхности Земли за его пределы. Они переносят значительную часть мел- кого обломочного материала во взвешенном состоянии или волоком в зависи- мости от размеров обломков, скорости течения потока и угла наклона поверхности стока (рельефа местности). Отложения, накапливающиеся в ре- зультате деятельности этих временных потоков, называются флювиогляциаль- ными. В отличие от моренных значительная часть флювиогляциальных отложений выносится за пределы тела ледника, сортируется по размерам об- ломков, хотя и не до высокой степени, и в некоторой степени окатывается от взаимодействия их друг с другом и с поверхностью Земли в процессе переноса водными потоками волоком. Результатом геологической деятельности ледника являются своеобразные формы рельефа на поверхности Земли, образованные моренными и флювиогляци- альными отложениями. К таким формам рельефа относятся зандры, камы и озы. Зандры – это пологоволнистые равнины, расположенные перед внешним краем конечных морен и принадлежащие внешней зоне ледникового комплек- са. Сложены они галечниками, гравием, песками. Они представляют собой слившиеся воедино конусы выноса тающего ледника. Камы также образованы временными потоками тающего ледника и являют- ся аккумулятивными ледниковыми формами рельефа в виде беспорядочно раз- бросанных холмов с плоскими вершинами. Сложены камы отсортированным гравием, песками и супесями с горизонтальной и диагональной слоистостью. Ме- стом их расположения является внутренний край ледника при его таянии. Озы – это валообразные гряды, представляющие собой русловые отложе- ния в трещинах ледника и под его телом. В их сложении принимают участие галечники и пески, среди которых встречаются довольно крупные валуны. Озы ориентированы по направлению движения ледника и течению временных пото- 60 ков или перпендикулярно этим направлениям. Часто отложения озов смешаны или наложены на донную морену, по которой протекали временные потоки та- лых вод. В Швеции и Финляндии они имеют протяжённость до сотен метров, но бывают случаи, когда они протягиваются и на десятки километров. 2.2. ГИДРОСФЕРА И СВЯЗАННЫЕ С НЕЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ Гидросфера представляет собой прерывистую водную оболочку планеты, расположенную между атмосферой и литосферой. Она включает в себя все по- верхностные текучие и стоячие воды: реки, моря, океаны, озёра и болота, а также и подземные воды. Некоторые учёные включают в состав гидросферы льды и снега Арктики, Антарктики и высокогорных районов, атмосферную во- ду и воду, содержащуюся в живых организмах. Мы в составе гидросферы как особой совокупности экзогенных геологических процессов рассматриваем только воду в жидком состоянии, производящую видимую геологическую ра- боту. К геологической деятельности гидросферы, работающей на поверхности Земли, применимы те же стадии и виды работы, которые ранее рассмотрены при изучении деятельности ветра, выветривания и ледников, т.е. разрушитель- ная, транспортировочная и аккумулятивная (накопительная). Наиболее характерным для экзогенных геологических процессов, связан- ных с гидросферой, являются большая химическая активность вод (растворов), способность их в процессе транспортировки огромных масс обломочного мате- риала дифференцировать этот материал по размерам обломков и удельным ве- сам минералов, максимально сглаживать острые края обломков и аккумулировать многокилометровые толщи осадков. Некоторыми специфиче- скими особенностями при этом обладают подземные воды, в большинстве слу- чаев, в отличие от поверхностных вод, не обладающие свободной поверхностью и отличающиеся высокой химической активностью. Рассмотрим основные особенности главных гидросферных геологических процессов в естественной последовательности их проявления. 2.2.1. Поверхностные текучие воды Поверхностные текучие воды составляют лишь доли процента от общего объема вод гидросферы Земли. Однако они играют очень важную роль в геоло- гической истории Земли, разрушая и унося в моря и океаны массу обломочного 61 материала, производя интенсивную химическую разрушительную работу, фор- мируя в значительной мере рельеф поверхности и создавая сложную систему террасированных речных долин. В природе происходит постоянное противо- борство экзогенных и эндогенных процессов: эндогенные образуют горные системы, вулканические постройки, поднятия блоков земной коры, а экзоген- ные, в том числе и реки, нивелируют поверхность Земли. В этом и заключается постоянное взаимодействие внутренних и внешних геологических сил. Глав- ную работу поверхностных текучих вод выполняют реки. Они образуют так на- зываемый русловой сток, работая в относительно узкой речной долине, и имеют разные области питания: 1) поверхностную – за счёт выпадения атмо- сферных осадков; 2) подземную – за счёт источников подземных вод. У разных водотоков соотношение областей питания бывает разным, при этом любой тип стока может быть основным. Тип источника питания часто до- вольно легко устанавливается в результате наблюдения за характером изменения водообильности реки на протяжении некоторого промежутка времени. Напри- мер, в районах Северного Кавказа большинство горных рек имеют главным ис- точником питания поверхностные воды, и количество воды в реках зависит от количества выпадающих атмосферных осадков: в дождливые периоды происхо- дит быстрое наполнение рек водой, в засушливое время реки становятся очень маловодными. В районах с подземными источниками питания полноводность рек не имеет строгой зависимости от количества выпадающих осадков. Бассейн реки представляет собой совокупность углублений рельефа, сли- вающихся в единую водную систему, осуществляющую поверхностный сток. Естественными границами бассейнов служат водоразделы, т.е. повышения рельефа, препятствующие водотоку. В пределах бассейна реки выделяют исток, русло, устье и притоки. Исток реки – это место, где начинается река. Если у реки областью пита- ния является родник, то он и будет истоком этой реки; если река начинается из болота, то истоком её является это болото. Русло реки – это место, по которому протекает река, а устье – место, где река заканчивается и впадает в другой водоток, озеро или море. По типу устьев различают дельты и эстуарии. Дельта реки – это участок суши, отвоёванный рекой в результате её геологической деятельности у моря. Дельта образована аллювиальными отложениями и представляет собой равнину, наклоненную в сторону моря и прорезанную многочисленными протоками, которые называют рукавами реки. Эстуарий представляет собой тип устья реки, образованного в результате затопления морем поверхности Земли. Он выглядит как узкий залив, 62 далеко вдающийся в пределы суши. Он образуется при наступлении моря на сушу при тектоническом опускании территории. Разрушительная работа реки называется речной эрозией. Реки произво- дят два типа разрушительной работы: механическую и химическую с резким преобладанием, в большинстве случаев химической. Заключается она в размы- ве дна, русла и берегов реки. Эрозия может быть донной или глубинной и боко- вой. Она приводит к разрушению дна и берегов (рис. 11). Обе формы эрозии проявляются в каждой реке, хотя на разных стадиях развития речной долины значение и роль глубинной и боковой эрозии изменяются. Эрозионная деятель- ность реки значительно усиливается за счёт переносимого водным потоком об- ломочного материала, так как в берег реки ударяется уже не только масса воды, но ещё и масса переносимого материала, а дно подвергается истиранию пере- двигаемыми рекой остроугольными обломками. Чем больше скорость реки и масса текучей воды, тем крупнее обломки река может переносить и тем выше интенсивность эрозионной её деятельности. |