Основы геологии. Учебное пособие. Плякин А.М.. Основы геологии
 Скачать 7.69 Mb.
|
|
Рис. 11. Прорезание рекой Тене протерозойских пород. Западная Африка. Гвинея. Фото автора Естественный предел углубления реки называется базисом эрозии: ниже базиса эрозии русло углубиться не может, поэтому оно постоянно стремится достичь его и производит при этом разрушительную работу. Кривая изменения высотных отметок дна реки на всём протяжении русла называется продольным профилем, форма которого определяется рельефом земной поверхности, чис- 63 лом и характером притоков, геологическим строением русла и другими причи- нами. Продольный профиль реки постоянно углубляется. Когда донная эрозия прекращается, энергия реки не в состоянии разрушать горные породы и углуб- лять русло. При однородном составе горных пород, слагающих русло, продоль- ный профиль равновесия плавный, при неоднородном составе и разной их прочности образуются пороги и водопады на некоторых отрезках русла. Кроме механического разрушения горных пород, реки производят значительную разрушительную работу химическим способом, который заключается в химическом воздействии воды и содержащихся в ней в раство- рённом состоянии химических элементов на горные породы. В тех случаях, ко- гда русло сложено легкорастворимыми солями, гипсами, ангидритами, карбонатными породами, химическое разрушение может даже преобладать над механическим и играть основную роль. Транспортировочная работа при геологической деятельности реки при- водит к формированию некоторых признаков образующихся осадочных горных пород, имеющих большое значение для определения условий их образования. Осуществляется транспортировка материала, как и эрозия, механическим и хи- мическим способами. При химическом способе транспортировки растворённые химические элементы в растворённом же состоянии переносятся речными водами до тех пор, пока на пути их перемещения не возникнут препятствия в виде геохимиче- ского барьера, заставляющего эти химические элементы выпадать из раствора в виде нерастворимого осадка. Кроме солей, гипсов, ангидритов и карбонатных пород, речными водами могут переноситься соединения железа, фосфора, мар- ганца и других химических элементов. Видимо, многие видели у берегов рек бурые плёнки и сгустки, представляющие собой гелеморфные или коллоидные растворы окислов железа, которые хорошо выделяются благодаря своей жёлто- бурой или ржаво-бурой окраске. Такие явления можно наблюдать по берегам многих рек, в том числе и по берегам рек Республики Коми, например, по р. Ижме близ г. Сосногорска. Большая часть материала переносится реками механическим способом в виде обломков разных размеров и разной формы. Механическая транспортиров- ка осуществляется во взвешенном состоянии (очень мелкие обломки) и волоком (крупные обломки). Обломки, переносимые во взвешенном состоянии, в процес- се переноса не изменяют своей формы и размеров, так как во время транспорти- ровки они не соприкасаются ни друг с другом, ни с дном и берегами реки. Расстояние переноса таких обломков составляет сотни и тысячи километров. 64 При переносе обломков волоком происходит очень интересная и важная геологическая работа, заключающаяся в окатывании обломков, т.е. сглажива- нии острых краев (рёбер) обломков и придании им более округлой или полно- стью округлой формы. Эта работа происходит в результате взаимодействия переносимых обломков друг с другом, породами дна и берегов реки. В итоге острые края сглаживаются и обломки приобретают окатанную форму, иногда – шарообразную или овальную с ровной отшлифованной поверхностью и следа- ми полировки. Форма обломков зависит от состава и строения горной породы: однородные массивные породы при разрушении дают изометрические обломки, которые при окатывании превращаются в шарообразные; полосчатые, сланце- ватые породы дают при разрушении удлинённые пластинчатые обломки, кото- рые при окатывании превращаются в уплощенные или овально-удлинённые. Степень окатанности обломков позволяет восстанавливать условия образования обломочной горной породы: в какой среде, на какие расстояния происходил пе- ренос обломочного материала, послужившего исходным материалом для обра- зования этой горной породы. По степени окатанности обломочные горные породы разделяют на сло- женные окатанными, полуокатанными и неокатанными (остроугольными) об- ломками. Кроме окатывания, при транспортировке обломочного материала происхо- дит ещё один важный вид геологической деятельности реки: распределение об- ломков по размерам и удельным весам минералов на всём протяжении русла. Такая работа также зависит от скорости течения реки. Чем больше скорость реки, тем крупнее она может переносить обломки и тем дальше от места их образова- ния. Если бы течение реки было постоянным, то из одного источника разрушения она все обломки «разложила» бы строго по размерам: крупные переместила бы на самые короткие расстояния, средние – на значительно большие, а самые мелкие – на самые дальние расстояния вплоть до самого устья реки. Но так как река произ- водит разрушительную работу на всём протяжении русла, а скорость течения час- то изменяется, эта закономерность нарушается и усложняется, в результате чего речные отложения представляют собой обломки, перемешанные по размерам и по форме. Однако в целом для них всё-таки характерно общее распределение по раз- мерам и удельным весам минералов. Поэтому характерным для речных отложе- ний является окатанность обломков в слагаемых ими породах и отсортированность обломочного материала. Распределение же разных по разме- рам обломков отложений приводит к образованию слоистости, т.е. обособлению во времени и пространстве отложений с определённым размером обломков. 65 Совокупность процессов разрушения горных пород и переноса продуктов разрушения, осуществляемая внешними – экзогенными геологическим процес- сами, называется денудацией. Аккумулятивная работа рек. Перенос материала в растворённом или ме- ханическом виде завершается встречей на пути перемещения этого материала непреодолимого препятствия и осаждением его. Поэтому горные породы, обра- зованные в результате осаждения, называются осадочными. Отложения, образованные в результате деятельности реки, называются аллювиальными или аллювием. Накапливаются они в речных долинах. Отложе- ние материала происходит одновременно с разрушением и переносом, но на разных стадиях развития речной долины преобладает один из видов геологиче- ской работы реки. В развитии речной долины выделяют три стадии, для каждой из которых характерны определённые особенности. Эти стадии называются юностью, зре- лостью и старостью. В стадию юности профиль реки ещё не выработан и русло только закла- дывается. Река течёт по неровностям рельефа. Уклон реки обычно крутой, а скорость течения очень большая. В эту стадию очень интенсивна глубинная эрозия при слабой или полностью отсутствующей боковой. Образуется V-образная долина прямолинейного направления. Такой период переживают горные реки. Главная сила реки направлена на разрушение дна и перенос про- дуктов разрушения, аккумуляция практически отсутствует. По мере выработки профиля равновесия река переходит в стадию зрело- сти. Наступает она при приближении рельефа дна к продольному профилю равновесия. Углубление дна происходит только в верхнем течении, а в среднем и нижнем работает боковая эрозия, вследствие чего долина реки расширяется с подмывом береговых участков и приобретает U-образную форму. На отдель- ных участках, кроме верховьев, начинают образовываться излучины – сказыва- ется вращение Земли вокруг своей оси. Такие излучины реки называются меандрами (рис. 12, 13). Скорость течения в нижней части речной долины за- метно уменьшается. В стадию старости в среднем и нижнем течении реки усиливаются процес- сы боковой эрозии, что приводит к быстрому отложению осадков механическим способом, усложняются и увеличиваются многочисленные меандры вплоть до об- разования стариц. В этот период образуется пойма реки (рис. 14) – часть долины, заливаемая в паводок и возвышающаяся над руслом в меженный период. 66 Рис. 12. Система меандр в приустьевой части долины р. Печоры. Фото Д. Темнова Рис. 13. Пойма и долина р. Чути в нижнем течении. Южный Тиман. Фото автора Три названные стадии образуют полный цикл речной эрозии, который может повторяться и сменяться новым эрозионным циклом, начиная со стадии юности. Причинами наступления нового цикла эрозии может быть понижение базиса эрозии и возрастание скорости течения, а также повышение одного из участков речной долины или изменение климата с увеличением количества осадков и массы воды в реке. 67 Рис. 14. Пойменная терраса в устье дельтового типа р. Чути. Фото Д. Темнова Каждое омоложение речной долины вызывает новый цикл эрозии с вре- занием реки в ранее образованные пойменные отложения, неразмытые участки которых образуют надпойменные террасы. Речные террасы являются фрагмен- тарными образованиями, оставшимися от размыва древней поймы. В их теле различают площадку террасы, уступ, бровку и тыловой шов. Площадка террасы представляет собой выровненную поверхность, полого наклонённую к руслу реки. Уступ террасы – это поверхность склона, круто обрывающаяся к руслу. Бровка – линия, разделяющая площадку террасы от её уступа, а тыловой шов – линия, по которой соприкасается площадка более низкой террасы с уступом более высокой (смежной) террасы. Количество речных террас соответствует количеству полных циклов эро- зии, пережитых речной долиной. При образовании новых молодых террас древние террасы оказываются расположенными выше молодых. Террасы в реч- ных долинах нумеруют снизу вверх, от более молодых к более древним. Различают три типа речных террас: аккумулятивные, эрозионные и цо- кольные. Аккумулятивные террасы образуются в результате аккумулятивной, накопительной работы реки, поэтому они сложены аллювиальными отложе- ниями, что очень хорошо видно по уступу террасы. Террасы эрозионные обра- 68 зуются как результат эрозионной, т.е. разрушительной, работы реки. Поэтому такие террасы сложены так называемыми «коренными» породами – другими словами, не аллювиальными, практически почти всегда докайнозойскими. Цо- кольные террасы являются продуктом и эрозионной, и аккумулятивной дея- тельности реки. Сначала река вырабатывает себе русло в коренных породах, и они занимают нижнюю часть цокольной террасы; а затем она отлагает сверху собственные, аллювиальные отложения, которые слагают верхнюю часть разре- за цокольной террасы. Геологическая деятельность рек приводит в результате дифференциации обломков по размерам и удельным весам минералов к образованию россыпных месторождений аллювиального типа, так как само полезное ископаемое – ми- нерал накапливается в результате деятельности реки в аллювии. Принцип фор- мирования аллювиальной россыпи и механизм её образования заключается в разрушении рекой исходной горной породы, содержащей в небольших количе- ствах полезный минерал (золото, платину, алмазы, минералы титана и проч.), в переносе более лёгких частиц (мелких и с малым удельным весом) и за счёт этого в относительном накоплении более тяжёлых (по размерам и удельным ве- сам) минералов до концентраций, представляющих практический (промышлен- ный) интерес. Такие месторождения могут быть перемещёнными – переотложенными или остаточными – оставшимися, накопившимися на месте разрушения исходной горной породы. В последнем случае россыпь может быть элювиальной. 2.2.2. Океаны и моря Океаны представляют собой непрерывную водную оболочку Земли, ок- ружающую материки и острова. Моря являются частью Мирового океана, в разной степени отделёнными от открытого океана сушей или поднятиями дна. Вместе с морями океаны составляют 94% гидросферы и занимают около 71% земной поверхности. Моря и океаны находятся в постоянном взаимодействии с атмосферой и литосферой. Они являются аккумуляторами солнечного тепла и влаги на Земле, а поэтому способствуют сглаживанию резких колебаний температуры на поверх- ности планеты и увлажнению отдельных районов. Эта часть гидросферы являет- ся важнейшим источником различных минеральных ресурсов: нефти и газа, фосфоритов, железных и марганцевых руд, россыпных скоплений золота, олова 69 и редких металлов, других полезных ископаемых. В морях и океанах накаплива- ется огромная масса различных по составу осадков: обломочных, приносимых реками; хемогенных и органогенных. Все перечисленное выше показывает, на- сколько важно геологам понимать процессы, связанные с деятельностью морей и океанов, а следовательно, насколько важно изучать эти процессы. Наиболее крупным океаном на Земле является Тихий океан, который за- нимает площадь около 180 млн. км 2 , составляющую 50% площади Мирового океана. В Тихом океане расположена самая глубоководная впадина (желоб) – Мариинская, имеющая максимальную глубину 11022м. Средняя глубина этого океана составляет почти 4000 м. Самое крупное море на Земле – Коралловое море расположено также в Тихом океане и имеет площадь 4791 тыс. км 2 , а максимальную глубину 9140 м. Одно из самых крупных северных морей – Баренцево море занимает площадь 1405 тыс. км 2 с наибольшей глубиной всего 600 м. Границы океанов обозначаются береговыми линиями, разделяющими сушу и море. Очень большую роль в геологической деятельности играет характер рельефа дна Мирового океана. Он имеет весьма сложный характер, но в зави- симости от положения отдельных его участков относительно суши и глубины этих участков принято выделять следующие зоны в направлении от берега к океану: материковый шельф, материковый склон, океаническое ложе и глубо- ководные впадины. Иногда нижнюю часть материкового склона выделяют как самостоятельную зону рельефа дна – материковое подножие. Название более мелководных зон – материковые, подчёркивает, что земная кора под этими зо- нами имеет материковый (континентальный) характер в отличие от океаниче- ского ложа и глубоководных впадин, под которыми земная кора принадлежит океаническому типу. Материковый шельф – это прибрежный участок моря или океана, имею- щий пологую поверхность, слабо наклонённую в сторону океана. Глубина зоны шельфа изменяется в широких пределах: от 80-90 до 500 м, составляя в среднем около 200 м. В зоне шельфа накапливается большое количество обломочного материала, приносимого реками и образующегося в результате разрушительной работы моря в береговой зоне. Этот материал вместе с хемогенными осадками выравнивает первичные неровности рельефа мелководной зоны, сглаживает их, «замазывая» собою. Внешняя граница шельфа образуется береговой линией, а внутренняя часто бывает хорошо обозначена перегибом в материковый склон, более крутой, чем шельф. 70 Материковый склон выражен более наклонённой поверхностью, обра- щённой в сторону океана. Угол наклона часто превышает 15 0 . При такой кру- тизне склона осадки на его поверхности не удерживаются, сползая к нижней его части – материковому подножию. Такое перемещение осадков создаёт не- сколько сглаженную переходную зону на границе с океаническим ложем. Глу- бина материкового склона достигает 5000-5500 м. Площадь поверхности материкового склона составляет около 15% площади Мирового океана. Океаническое ложе занимает по площади большую часть дна Мирового океана – около 75%. Отличается оно от более мелководных зон очень сильно расчленённым рельефом и глубинами 5500-6000 м. Главные типы рельефа здесь представлены котловинами и срединно-океаническими хребтами. Котловины имеют изометрическую форму и относительно плоское дно. В их пределах выде- ляются глубоководные долины и плосковершинные горы столового типа, иногда выходящие над поверхностью океана в виде островов. Ширина котловин может достигать нескольких тысяч километров. Глубина долин достигает 200 м при ширине 3-5 км и протяжённости до 100-120 км. Срединно-океанические хребты представляют собой систему крупных, сильно расчленённых подводных подня- тий. Хребты расчленены рифтовыми долинами, многочисленными разломами продольного и поперечного направления и вулканическими постройками. Глу- бинные разломы имеют протяжённость, превышающую 1000 км, и называются трансформными. Один из наиболее чётко выраженных срединно-океанических хребтов расположен в центральной части Атлантического океана и протягивает- ся между Африкой и Южной Америкой в южной части океана, между Северной Америкой и Европой в его северной части. Глубоководные впадины представляют собой наиболее погруженную часть океана с глубинами до 11022 м. Они располагаются по периферии Тихого океана, часто приурочены к островным дугам, которые со стороны океана огра- ничиваются глубоководными желобами. Морские воды представляют собой солевые растворы со средним содер- жанием солей 35 г/л и их колебаниями от почти 0 г/л около устьев крупных во- дотоков до 42 г/л в тропических морях (Красное, Средиземное море и др.). В составе солей главную роль играют ионы Na + , Mg 2+ , K + , Ca 2+ , Cl - , SO 4 2- . Другие элементы содержатся в количествах не более 1 Х 10 -5 %. При этом часть ионов (Na + , Mg 2+ , Cl - и др.) способна накапливаться в морской воде, не образуя нерас- творимого осадка. Другая часть быстро осаждается в виде труднорастворимых соединений. Например, сильно перегретые морские воды в тропической зоне быстро пересыщаются СаСО 3 за счёт растворения в них СО 2 атмосферы и оса- ждаются на дне в виде хемогенного или биогенного труднорастворимого осад- 71 ка. Барий осаждается в виде труднорастворимого BaSO 4 , а Ti, Mn, Fe – в виде гидроокислов. В морской воде растворены также различные газы, прежде всего О 2 и СО 2 . При этом максимальные содержания О 2 отмечаются в поверхностном слое воды до глубины 100-150 м и убывают с глубиной. Растворимость СО 2 по- вышается в холодных водах и снижается в тёплых, поэтому содержание СО 2 с глубиной увеличивается. Нагревание морской воды приводит к осаждению карбонатных минералов. Очень большую роль СО 2 играет в процессе фотосин- теза, приводящего к образованию органического вещества. Температура морских вод в поверхностном слое зависит от положения морского бассейна в климатической зоне. Среднегодовая температура в нём со- ставляет +17,5 0 С, при этом в северном полушарии она выше: в 50-60 0 с. ш. – +6,1 0 С, а в тех же широтах южного полушария всего +3,1 0 С. До глубины 1500- 2000 м температура понижается до +2,5-3 0 С. В полярных областях и глубоко- водных впадинах она понижается до отрицательных значений, а на глубинах свыше 2000 м практически не изменяется или даже повышается на доли градуса. Давление в морях и океанах возрастает с глубиной примерно на 1 Мпа через каждые 100 м. В зависимости от способности поглощать и рассеивать световые лучи морская вода может быть в разной степени прозрачной и по этой причине иметь ту или иную окраску. Максимальной прозрачностью обладают воды Сар- гассова моря – 66 м, Тихого океана – 59 м, Индийского океана – 40-50 м. При высокой прозрачности в открытом океане вода имеет синий цвет, в прибреж- ных зонах из-за большого количества взвешенных частиц, рассеивающих сол- нечный свет, она сине-зелёная или зелёная, а в местах впадения крупных рек – цвет жёлтый или даже коричневый из-за обилия обломочного материала вблизи берегов. Солнечные лучи свободно проникают до глубины 150-500 м и обеспечивают благоприятные условия для жизнедеятельности организ- мов. До глубины 4000 м располагается полусветовая зона, ниже которой нахо- дится зона полной темноты. Движение морской воды вызывается ветром, притяжением Луны и Солн- ца, неравномерными температурами и солёностью. Различают разные способы перемещения морской воды: волновой, приливно-отливный и течениями. Волновые движения воды вызываются ветром, приливами и землетрясе- ниями. Ветровые волны образуются в верхнем слое воды и проникают на глу- бину до 50-60 м. Высота таких волн достигает 16 м. Приливные и сейсмические волны (цунами) охватывают всю толщу воды и могут образовывать ещё более высокие волны. 72 Приливы и отливы – регулярные колебания уровня воды в открытых мо- рях и океанах. Чаще они имеют полусуточный режим, т.е. происходят два раза в сутки, примерно через каждые 12 часов. Высота подъёма воды у берегов со- ставляет от 3-6 м до 18 м, а в открытом океане – не более 1 м. В некоторых рай- онах (Охотское море, Японское море и др.) приливы происходят один раз в сутки с подъёмом воды у берега до 6 м. Течения – горизонтальные перемещения воды под действием разницы температур и солёности вод, а также под действием постоянных и периодиче- ских ветров. Живые организмы населяют океан от поверхности до наибольших глу- бин. Среди них различаются пелагические организмы, населяющие толщу во- ды, и донные организмы. Донные организмы называются бентосом. Эти организмы, растительные и животные, не имеют органов передвижения, или они у них слабо развиты. Большинство этих организмов ведёт прикреплённый образ жизни, прирастая к дну бассейна. К ним относятся морские лилии, губки, кораллы, мшанки, водо- росли и др. Некоторые из бентонных организмов могут перемещаться на не- большие расстояния (гастроподы, морские ежи, морские звёзды и др.). Пелагические организмы представлены двумя группами – планктоном и активно плавающими – нектоном. Планктон представлен главным образом мелкими одноклеточными жи- вотными: фораминиферами, радиоляриями и др., а также растениями: диатомо- выми и др. водорослями. Эти организмы переносятся волнами, морскими течениями, приливами и отливами. Несмотря на микроскопические размеры, они играют очень большую роль в образовании органогенных горных пород благодаря своей огромной массе в Мировом океане. Нектон представлен рыбами и морскими беспозвоночными организмами. Несмотря на большие размеры и значительное количество их в морях, этот тип организмов играет наименьшую роль в осадконакоплении, т.к. мягкое тело их разлагается, а в ископаемом состоянии сохраняются только зубы акул, чешуя рыб и ушные кости китов. Моря и океаны осуществляют разрушительную, транспортировочную и аккумулятивную работу. Разрушительная работа морей называется абразией. Она осуществляется механическим способом под действием ударных волн, обрушивающихся на бе- рег, и ударов обломков горных пород, переносимых морской водой, а также химическим путём в результате химического воздействия морской воды, яв- 73 ляющейся химически активным веществом, на горные породы дна и берегов. Оба эти способа могут проявляться отдельно или совместно. В отличие от ра- боты реки разрушительная работа морской воды в большей степени осуществ- ляется химическим способом. Степень механического разрушения берегов морем во время сильных волнений значительно возрастает, морская вода стано- вится способной переносить во взвешенном состоянии очень крупные обломки, которые, ударяясь о берег, производят ударно-разрушительную работу механи- ческого типа. Транспортировочная работа. В отличие от рек морские воды переносят не только продукты абразии, но и огромные массы обломочного материала, вы- носимого в море реками. Перемещение обломочного материала по дну волно- выми движениями морской воды осуществляется только в зоне шельфа. В пределах остальной части дна перемещаются лишь частицы, находящиеся во взвешенном состоянии. Постоянные морские течения переносят крупный об- ломочный материал на довольно большие расстояния. Приливные перемещения воды приводят к закономерному размещению обломочного материала по пло- щади бассейна. Они формируют горизонтальную зональность: более грубые обломки располагаются ближе к береговой линии, более тонкозернистые – во внутренних частях морского бассейна. При этом происходит дифференциация обломочного материала по размерам обломков и удельным весам минералов. Многократное перемещение обломков приводит к исключительно чёткому рас- пределению обломков по размерам, т.е. к образованию хорошей сортировки морских обломочных отложений. В процессе транспортировки обломочного материала приливно-отливными процессами происходит также стирание ост- рых краёв при трении их друг о друга, о дно и берег, т.е. интенсивное окатыва- ние обломков, благодаря чему морские обломочные горные породы характеризуются высокой степенью окатанности обломков, что является одной из основных черт этих отложений. Аккумулятивная работа в разных частях морского бассейна происходит по-разному. Материал в море приносят реки, ветер, плавающие льды, морская вода. Осаждаются остатки живых организмов из морской воды, осаждаются продукты наземного и подводного вулканизма, а также атмосферная и косми- ческая пыль. Главными факторами, определяющими тип морских отложений, являют- ся рельеф и глубина морского дна, удалённость береговой линии и климат. В зависимости от этих факторов в Мировом океане выделяют следующие четыре зоны осадконакопления: 74 1) литоральную – в зоне действия приливов и отливов; 2) сублиторальную – в остальной зоне шельфа до глубины 150-200 м; 3) батиальную – в зоне материкового склона; 4) абиссальную – в зоне ложа Мирового океана и океанических впадин. Осадки первых двух зон называются неритовыми (рис. 15), в их составе выделяют терригенные осадки, образующиеся вблизи берега за счёт его разру- шения и приноса обломочного материала реками; органогенные осадки, обра- зованные в результате отмирания бентоса, живущего в этой зоне, и планктона; хемогенные осадки, образованные в результате растворения пород берега и не- возможности переноса растворённых в морской воде веществ на большие рас- стояния, а также в результате выпадения нерастворимых осадков из пересыщенных растворов и на геохимических барьерах. |