Учебное пособие по Геологии. Учебное пособие для студентов i курса Разработал В. Г. Юхименко Ижевск 2007 Содержание введение
 Скачать 6.88 Mb.
|
|
Органическое выветривание Воздействие органического мира на горные породы сводится или к физическому (механическому) разрушению их, или к химическому разложению. Важным результатом органического выветривания (в совокупности с физическим и химическим)является образование почвы, отличительным свойством которой является ее плодородие. Элювий Элювий –это продукты выветривания,оставшиеся на месте своего образования.Все продукты выветривания, которые смещены с места образования вниз по склонам без участия линейного смыва, Ю.А. Билибин предложил назвать делювием, а коллювием Ю.А. Билибин назвал разновидность деллювия, достигшую подножия склона и прекратившую движение (рис.8). Рис. 8. Схема размещения продуктов выветривания Геологическая роль выветривания 1. Выветривание – составная (основная) часть глобального процесса – денудации. И денудация и выветривание протекают селективно, т.е. избирательно. Различные горные породы и минералы в разных климатических условиях выветриваются с разной скоростью, что можно рассмотреть на примере простого строения участка земной коры (рис.9). 54 Рис. 9. Селективность денудации и выветривания В условиях влажного климата известняки будут подвергаться интенсивному растворению и выщелачиванию, и на их месте будут понижения в рельефе, а в местах выхода гранитов – возвышенности. В сухом жарком климате граниты будут разрушаться быстрее, чем известняки и на поверхности будут формироваться понижения в рельефе. 2. Выветривание – это начало формирования осадочных горных пород. На поверхности формируются различные обломочные породы: щебень, дресва, песок. Где-то накапливаются каолиновые глины, обогащенные Al; в море происходит отложение хемогенных осадков Fe и Mn, Ca, Mg, которые поверхностными и подземными водами вынесены с суши, а соли Na и K находятся в растворимом состоянии. Таким образом, первоначально сложенные по своему составу коренные породы в процессе выветривания дифференцируются на составные части, состав которых постепенно упрощается вплоть до элементного. 3. При выветривании образуются разнообразные полезные ископаемые: сульфидные руды, каолиновые глины, латериты, строительные материалы и др. Геологическая деятельность ветра Типы ветров и воздушных потоков Движение воздушных масс в атмосфере обусловлено перепадом давления, причиной которого является неравномерное распределение солнечной энергии. Уже при разнице давления в 25 мм.рт.ст. начинается перемещение воздуха. Главные формы движения воздушных масс – это ветер и воздушные потоки. Ветер –движение воздуха преимущественно в горизонтальном направлении из области высоких давлений в область низких под действием гравитационных сил. Его скорость пропорциональна величине градиента давления. Сила и направление ветра могут меняться за счет трения, вихревых движений, вращения Земли и т.д. Воздушные потоки –это вертикальные перемещения воздуха:подъем теплого и влажного и нисходящий поток холодного и сухого. Скорость (сила) ветра измеряется по 17-бальной шкале. Скорость ветра в 17 баллов составляет 210 км/час. Таблица 12 Шкала скоростей ветра скорость, Км/час км/час Баллы км/час 1 3.24 7 55.8 13 144.6 2 8.64 8 68.4 14 157.68 3 15.84 9 79.41 15 174.9 4 24.12 10 95.0 16 192.9 55 скорость, Км/час км/час Баллы км/час 5 33.48 11 109.8 17 210.96 и более 6 43.3 12 122.28 а б Рис. 11. Циклон: а – в северном полушарии, б – в южном В антициклонах полушарии давление максимально в центре. Ветры направлены от центра к периферии по часовой стрелки в северном полушарии и против часовой – в южном. Виды ветров Одним из наиболее значительных перемещений воздушных масс в атмосфере является циркуляция воздуха между экватором и полюсами из-за хорошо выраженной разницы в температуре и давлении. Разница в давлении между экваториальной областью (где оно низкое) и субтропиками (где оно высокое) вызывает постоянные ветры от субтропиков к экватору, которые называют пассаты, они показаны на рис.10. В северном полушарии они дуют с Рис. 10. Схема ветров (пассаты) северо-востока, а в южном – с юго-востока. Помимо пассатов существуют устойчивые движения воздуха – муссоны. Они связаны с сезонными различиями в температуре и давлении между материками и океанами. В зимнее время суша охлаждается, а океан накопивший тепло расходует его на нагревание воздуха. Поэтому зимой ветры дуют с материка, а летом, наоборот, с океана на сушу. Суточные изменения температуры и давления также приводят к движению воздуха и возникновению морских и береговых бризов на побережье морей и океанов и горно-долинных ветров в горных районах. Помимо указанных ветров в атмосфере широко проявляются различные вихревые движения воздуха – циклоны и антициклоны. Это мощные атмосферные вихри с диаметром 1.5 – 3.0 км. Для них характерны вращательные движения огромных масс воздуха. В циклонах атмосферное давление в центре минимальное и движение воздуха осуществляется с периферии к центру против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой – в южном (рис.11). 56 Циклоны обладают большой разрушительной силой, т.к. скорость ветра достигает (100 – 300) км/час и более. Называют их по разному: тайфуны – на Тихом океане;ураганы – в Северной Атлантике; циклоны – в Индии; вилли-вилли – в Австралии. Кроме циклонов и антициклонов в атмосфере возникают мелкомасштабные вихри – смерчи и торнадо,также обладающие большой разрушительной силой. Смерчи развиваются чаще над водной поверхностью,а аналогичные вихри на суше в США называют торнадо. Скорость их движения достигает до 240 км/час. Одновременно происходит вращение воздуха по спирали вверх со скоростью до (300 – 700) км/час. Такой вихрь разрушает все на своем пути. Геологическая работа ветра Под геологической работой ветра понимается изменение поверхности Земли под влиянием движущихся воздушных струй. Ветер может разрушать горные породы, переносить и аккумулировать продукты разрушения. Чем больше скорость ветра, тем значительнее производится ветром работа. Деятельность ветра проявляется во всех климатических зонах, но особенно ярко выражена в областях сухого климата, где имеет место сочетание следующих факторов: 1. резкие суточные колебания температуры; 2. незначительное количество осадков; 3. отсутствие растительности или ее разряженность; 4. частые ветры большой силы; 5. наличие рыхлого материала, способного переноситься. Таким условиям отвечает около 1/5 площади суши – области пустынь и полупустынь, морские побережья, горные сооружения. Все процессы сопровождающиеся деятельностью ветра носят название эоловых процессов,а отложения и формы рельефа– эоловыми. Разрушительная работа ветра состоит из дефляции (выдувание и развевание)и корразии (обтачивание горных пород и их обломков при помощи переносимых ветром песчинок). Под дефляцией понимается процесс выдувания и развевания ветром мелких частиц горных пород. В пустынях или в верхних частях горных вершин струи воздуха проникают во все трещины и углубления и выдувают из них рыхлые продукты физического выветривания. Поэтому трещины здесь всегда открытые, зияющие без обломочного материала, что способствует дальнейшему развитию процесса физического разрушения. Совместное действие этих двух процессов приводит к значительному расширению трещин и образованию одиноких скал причудливой формы, так называемых останцов, напоминающих башни, замки, обелиски и т.д. Поверхность пустынь в результате дефляции постепенно очищается от мелкообломочного материала, остаются лишь крупные обломки. Таким образом формируются каменистые пустыни – гаммады. С процессом дефляции связано образование котловин выдувания, например, котловина Карын-Жарык в Западном Казахстане имеет длину 145 км, ширину – 15 – 85 км и глубину до 412 м. Удлиненные небольшие замкнутые котловины выдувания в Средней Азии называют ваади. Интенсивная дефляция проявляется в засушливых степных районах на западе США, Казахстане, Нижнем Поволжье, на юге Украины в форме плоскостной дефляции. В этих районах сильные ветры (суховеи) выдувают распаханные почвы и при этом образуются настоящие черные бури. Корразия* –механическая обработка обнаженных горных пород ветром припомощи переносимых им твердых частиц, что приводит к обтачиванию, царапанью, шлифованию, высверливанию углублений. Таким образом на поверхности коренных 57 пород образуются ниши и желоба, борозды, штрихи, цилиндрические и конические углубления (эоловые гроты, пещеры, котлы). Академик В.А. Обручев в 1906 году в Джунгарии открыл целый «Эоловый город» причудливых сооружений и фигур, созданных в мезозойских песчаниках и глинах благодаря процессам дефляции, корразии и физического выветривания. Способность ветра к транспортировке частиц зависит от его скорости. Слабый ветер способен переносить пыль во взвешенном состоянии, а легкий бриз перекатывать тонкий песок. Сильный бриз способен перемещать зерна до 1 мм и более, а штормовые ветры и ураганы поднимают взвешенный песок на высоту в сотни метров и перекатывают гальку размером до (5 –7) см. при сальтации переносимые ветром частицы перемещаются по поверхности Земли подпрыгивая под крутым углом на высоту от нескольких сантиметров до нескольких метров Дальность переноса материала ветром варьирует в широких пределах. Пыль пустынь Африки уноситься сильными пассатными ветрами в Атлантику на расстояние (2 500 – 3 500) км. Обломки диаметром 0.5 – 2 мм (песок) могут быть унесены за сотни километров от мест первичного залегания. Например, очень тонкий песок, принесенный из Сахары, обнаружен у Карибских островов в глубоководных морских отложениях. Эоловые отложения. Барханы –асимметричные песчаные холмы серповидной формы,располагающие перпендикулярно направлению ветра. Характерной особенностью их формы является заостренные концы (рога), выдвинутые вперед по направлению ветра (рис. 27). Высота барханов может достигать 30 – 140 м. Обычно рост бархана начинается с появления на поверхности небольшого пологого вздутия, вытянутого поперек ветра. Одиночные барханы редки и встречаются там, где мало песка. В пределах песчаных пустынь барханы обычно объединены в цепи и гряды,состоящие из многих сотен одиночных барханов. Длина такой гряды, Рис. 12. Бархан ориентированной перпендикулярно к направлению ветра, может достигать 20 км при ширине 1 км. Расстояние между грядами 1,5 – 2 км. Возникают они при одинаковой силе двух ветров взаимно противоположных направлений (муссоны, бризы). Продольные барханные гряды формируются в области пассатных ветров. Во всех песчаных пустынях широко распространены продольно-грядовые пески, которые образуются при ветрах, имеющих штопорообразный характер движения воздуха в горизонтальном направлении одного направления. Такие ветры выдувают песок из понижений и выбрасывают его на гряду при одновременном переносе вдоль гряды. В Сахаре такие гряды достигают высоты сотни метров. В зависимости от режима ветров, они осложняются поперечными перемычками (более низкими и узкими) образуя так называемую грядово-ячеистую форму (Кара-Кум, Кызыл-Кум). Бугристые пески – песчаные холмы высотой до 8-10 м неправильной формы, закрепленные растительностью. Кучевые пески возникают при недостатке песка и накапливаются лишь около препятствий. Дюны –удлиненные песчаные холмы нанесенные ветром,дующим по направлению к берегу. Рога у дюны направлены не вперед, как у бархана, а назад. На морских 58 побережьях дюны достигают 20 – 30 м высоты, иногда до 100 м. Скорость их движения от 1 до 20 м в год, в зависимости от режима ветров. Когда одна дюна отодвигается от берега, на ее месте вырастает другая. В дальнейшем поверхность дюны осложняется и становится холмистой. Дюны широко развиты на побережье Балтийского моря, в долине рек Лена, Днепр, Дон. 5.3.3. Геологическая деятельность поверхностных текучих вод Атмосферные осадки, выпадая на дневную поверхность, распределяются различным образом. Часть из них просачивается в глубину и идет на пополнение подземных вод, часть испаряется в атмосферу, а другая часть стекает на поверхности, образуя поверхностный сток, который делится на площадной и линейный. Геологическая работа поверхностных текучих вод зависит от массы воды и скорости ее движения. Чем больше масса воды и скорость ее течения, тем больше совершаемая работа. Способность воды производить работу может быть названа ее живой силой, которая определяется по формуле: К mv 2 2 , где К – живая сила воды; m – масса; v – скорость течения Геологическая деятельность поверхностных текучих вод складывается из: 1 – смыва; 2 – размыва (эрозии); 3 – транспортировки продуктов разрушения; 4 – аккумуляции продуктов разрушения. Площадной сток.При площадном стоке вода течет по всей поверхности наклонного склона в местах, где время от времени идут сильные дожди. Геологическая деятельность площадного стока проявляется в смыве мелкозернистого обломочного материала (алевритовый, песчаный). Максимально смыв проявляется в местах лишенных растительности, на ровных склонах. За один сильный ливень при площадном смыве может быть снесен слой рыхлого материала толщиной в несколько миллиметров. Из бассейна равнинных рек (р. Миссисипи) за один миллион лет сносится слой мощностью до 50 м, а из бассейнов горных рек (Кавказ) – до 250 м. Линейный сток. При линейном стоке движение воды осуществляется в виде линейно направленных мощных струй и потоков в рытвинах, оврагах и речных долинах. Линейный сток делится на временный и постоянный. Разрушительная деятельность любого водотока называется эрозией. Различают три вида эрозии: донная, боковая и регрессивная (рис.13). Соотношение донной, боковой и регрессивной эрозии Рис.13. Виды эрозии 59 меняется на разных стадиях развития речной долины. Предельный уровень, к которому стремится водоток и глубже которого врезается водоток не может называться базисом эрозии. Всеобщий базис эрозии – уровень мирового океана. В районах сухого климата роль базиса эрозии играют поверхность предгорных равнин. Деятельность временных водотоков На равнинных участках, сложенных рыхлыми толщами и где проявляются ливневые осадки, деятельность временного линейного стока сводится к оврагообразованию. Развитие оврагов начинается с лощины – это слабо выраженное понижение на поверхности склона, в котором собираются поверхностные воды и концентрируется водоток. Если водоток достиг определенной силы, то возникает эрозионная рытвина, которая в дальнейшем превратится в молодой овраг, а затем в зрелый овраг. Дно у зрелого оврага покрыто отложениями – пролювием. Продольный профиль выработан и прекратились донная и регрессивная эрозии. Если дно зрелого оврага достигает уровня грунтовых вод, то возникает молодая (речная) долина, если нет – то овраг может оставаться в таком виде очень долго, склоны его выполаживаются, зарастают и он превращается в балку. В горных районах в результате деятельности временных водотоков образуются сухие лога и долины. В верховье они имеют водосборный цирк, а на выходе из лога формируется конус выноса (или сухая дельта), сложенная пролювием.. Отложения временных водотоков (пролювий) характеризуется плохой окатанностью и сортировкой. Деятельность постоянных водотоков Деятельность постоянных водотоков во многом определяется их режимом (количеством и уровнем воды; скоростью течения), который в течение года меняется и зависит от способа питания рек. В процессе своей деятельности постоянные водотоки вырабатывают эрозионно- аккумулятивные формы рельефа, которые получили название – речные долины. В поперечном сечении речные долины могут иметь различную форму в виде глубоких каньонов, V – образную форму или плоскодонную (ящикообразную). Форма и размеры долин постепенно меняются в процессе развития речной долины (рис. 14). Рис. 14 Речные долины 60 Перенос и отложения водотоков Реки переносят обломочный материал различной размерности – от крупных валунов до мелких илистых частиц. Чем больше скорость течения воды, тем более крупные обломки переносит вода. Весь материал, который переносятся реками и затем откладывается называется аллювием. Аллювий может переносится тремя способами: а) – влекомым – тащится и перекатывается по дну русла; б) – во взвешенном состоянии; в) – в растворенном виде. Влекомые по дну обломки и взвешенные частицы называют твердым стоком реки. Обломочный материал, перемещаемый рекой по дну, усиливает глубинную эрозию, а сам постепенно измельчается, истирается и окатывается – образуются валуны, галька, гравий, песок. Размер и масса обломков перекатываемых по дну, пропорциональна шестой степени скорости течения. При скорости течения 0.3 м/сек переносится по дну мелкий песок, а при скорости 2.0 м/сек – крупная галька (до 10 см).Значительное количество минерального вещества (до 40%) переносится в растворенном состоянии. В растворенном состоянии переносятся легкорастворимые соли (NaCl, KCl, MgSO 4 , CaSO 4 ), карбонаты (CaCO 3 , MgCO 3 , NaCO 3 ) и кремнезем. Причем, на долю карбонатов приходится до 60% ионного стока, а сульфатные и хлоридные соли играют заметную роль только в водах рек засушливых областей. В небольшом количестве в растворенном состоянии содержатся соединения Fe и Mn, которые образуют истинные и коллоидные растворы. Следует отметить, что соотношение твердого стока рек и растворенных веществ не однозначны для рек разных областей. Так, в горных реках, отличающихся большой скоростью течения, явно преобладает твердый сток. При этом влекомые по дну обломки представлены преимущественно галечниками и крупными валунами, а во взвесях переносятся песчаные и более мелкие частицы. Иная картина в равнинных реках, где преобладает сток растворенных веществ. Среди донных влекомых обломков преобладают песчаные частицы, а во взвесях – частицы меньше 0.1 мм. Отложения, накапливающиеся в речных долинах, называются аллювием (лат. «аллювио» - нанос, намыв). Они состоят из обломочного материала различной зернистости, степени окатанности и сортировки. Различают три разновидности аллювия |