3.2 Экзогенные процессы

Экзогенные процессы вызываются внешними силами, действую-

щие на поверхности Земли, к этим процессам можно отнести выветри-

вание, геологическую деятельность ветра, поверхностных текучих вод,

подземных вод, ледников, морей.

3.2.1 Выветривание

Выветривание - совокупность сложных и разнообразных про-

цессов количественного и качественного изменения горных пород и

слагающих их минералов под влиянием колебаний температуры, хи-

мического воздействия воды и газов, биохимического воздействия жи-

вых организмов.

Преобладающая часть горных пород образовалась в недрах зем-

ной коры или на дне морей. Попадая в поверхностную зону земной

коры, эти породы и слагающие их минералы под воздействием указан-

ных факторов начинают разрушаться, образуя минералы и породы,

устойчивые на поверхности Земли.

Различают физическое, химическое и биохимическое (биологиче-

ское) выветривание.

Физическое выветривание - механическое раздробление горных

пород на обломки различной крупности без изменения их минерально-

го состава. Возникает при больших перепадах температур: днем поро-

ды нагреваются, а ночью - охлаждаются (т. е. происходит периодиче-

ское расширение и сжатие пород). В пустынях днем температура пород

достигает 60 ºС, ночью - охлаждаются до 0 ºС. Как известно, замерза-

ние воды в порах и трещинах приводит к увеличению её объёма на 10

% - порода при этом разрывается (морозное выветривание). В резуль-

тате физического выветривания горные породы уже способны пропус-

кать воздух и воду, общая поверхность раздробленных горных пород

увеличена, создаются благоприятные условия для химического вывет-

ривания.

41

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

(СаSО4) превращается в гипс (СаSО4·2Н2О). 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 (Fе3О4)

превращается в химически более устойчивую форму – гематит (Fе2О3).

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.

42

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.

43

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

44

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-

45

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.

46

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.

47

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

3

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-

48

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

49

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

2

.

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).

50

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).

51

Цементация заключается в нагнетании цементно-песчаных, гли-

нисто-силикатных и алюмосиликатных тампонажных растворов в

грунт через инъекторы, смонтированные в пробуренных скважинах.

При битумизации в песчаные и трещиноватые скальные породы

нагнетают расплавленный битум (горячая битумизация) или битумную

эмульсию (холодная битумизация) с целью уменьшения водопрони-

цаемости пород и увеличения их прочности.

К разрушительной деятельности подземных вод относится суф-

фозия (подкапывание) - процесс выноса мелких частиц из рыхлых по-

род. Различают механическую и химическую суффозию. Под механи-

ческой суффозией понимают разрыхление песчаных пород (обычно не

содержащих водорастворимых веществ) и вынос из них мелких частиц

движущейся водой. Механическая суффозия наиболее часто происхо-

дит в мелкозернистых песках по берегам рек, оврагов, при наличии так

называемого гидродинамического давления. Это давление создаётся

при крутых уклонах поверхности подземных вод; оно обеспечивает

большие скорости движения подземных вод, взмучивание и вынос

мелких песчаных частиц. С суффозией связано образование пустот

(пещер, каналов) в глинах и лёссах в условиях засушливого климата.

Суффозия приводит к осадке поверхности Земли и образованию

суффозионных воронок. Суффозия наблюдается в основаниях плотин,

сооружений, в горных выработках и может привести к неравномерной

осадке и нередко - к разрушению сооружений, а в горных выработках -

к их обрушению.

При химической суффозии происходит растворение и выщелачи-

вание из породы водорастворимых солей (каменной соли, гипса и др.)

и вынос их током воды. Карст является разновидностью химической

суффозии.

Мероприятия по предупреждению суффозии следующие:

- предотвращение поступления воды в породы, подверженные

суффозии, путём отвода поверхностных вод или устройство дренажа

подземных вод;

- уменьшение скорости движения подземных вод путём измене-

ния конструкций сооружений (например, перед плотиной дно водо-

хранилища покрывают водонепроницаемым слоем для уменьшения

скорости фильтрации воды);

- искусственное улучшение свойств пород в основании сооруже-

ния путём цементации, битумизации и т.д.

52

Способность рыхлых пород при насыщении их водой приходить

в текучее состояние называют плывунностью, а такие породы в насы-

щенном водой состоянии - плывунами. В плывунное состояние наи-

более часто приходят тонкозернистые пески с пылеватыми илистыми

частицами. В естественном состоянии плывуны неподвижны, они на-

чинают двигаться под воздействием динамических нагрузок или виб-

рации.

Плывуны сильно осложняют проходку горных выработок - кот-

лованов, стволов шахт, строительство различных сооружений. Котло-

ваны, горные выработки заплывают песками, причём удалить их очень

трудно, так как плывун в процессе выемки породы поступает непре-

рывно. Особенно опасен прорыв плывунов в подземные горные выра-

ботки, так как он не только осложняет их проходку, но и создает опас-

ность для людей. Основные методы борьбы:

- искусственное осушение водонасыщенных пород с плывунными

свойствами (откачка воды из скважин, оборудованных специальными

фильтрами);

- крепление котлована (крепи) специальными устройствами, опу-

скными колодцами;

- замораживание плывунов на участке, где ведётся проходка кот-

лована или другой горной выработки;

- проходка плывунов кессонным способом (при помощи сжатого

воздуха);

- силикатизация плывунов.

Рис. 9. Виды оползней:

а – оползень в однородных породах (смещаются продукты вывет-

ривания глинистых пород); 1 – тело оползня; 2 – коренные породы; 3 –

поверхность скольжения; б - поверхность скольжения приурочена к

кровле глинистых пластов; в – поверхность скольжения пересекает

несколько пластов

53

Оползни - это смещения вниз по склону под действием силы тя-

жести глинистых пород с покрывающими их отложениями. Оползни

распространены очень широко и чаще всего происходят на склонах

долин рек, оврагов, на берегу морей и озёр. Они приносят большой

вред различным инженерным сооружениям (плотинам, предприятиям,

жилым домам и т. п.) и требуют больших затрат для борьбы с ними.

Причины образования оползней, помимо благоприятного для это-

го геологического строения, могут быть следующие: гидродинамиче-

ское действие подземных вод на породы склона; подмыв склона рекой

или морем; подрезка склона при строительстве дорог, каналов или дру-

гих сооружений; застройка склонов различными зданиями и сооруже-

ниями, нарушающими равновесие склона вследствие увеличения на-

грузки. Особенно опасно воздействие на породы динамических нагру-

зок, например, от массы проходящих поездов; интенсивное увлажне-

ние массы осадками, фильтрационными водами из каналов, поливными

и грунтовыми водами, в результате чего возрастает масса пород, а си-

лы сцепления в породе уменьшаются; недопустимая крутизна склонов;

землетрясения.

Поверхность, по которой происходит движение оползня, называ-

ется поверхностью скольжения, или смещения. Линию пересечения

поверхности скольжения со склоном ниже оползня называют подош-

вой оползня. Она может быть на уровне основания склона, выше или

ниже его. В результате оползней склоны приобретают характерное

очертание – почти отвесную плоскость отрыва в верхней части склона,

внизу – бугристую массу тела оползня.

По структуре оползневого склона и положению поверхности

скольжения, различают следующие оползни (рис. 9): в однородных

неслоистых породах с криволинейной поверхностью скольжения;

оползни, у которых поверхность смещения предопределена геологиче-

ским строением; оползни, поверхность скольжения которых пересекает

пласты различных пород.

Скорость движения оползней измеряется от долей миллиметра в

сутки до нескольких десятков метров в час.

Разновидностью оползней являются оплывины. Они представ-

ляют собой относительно небольшие смещения делювиальных глини-

стых отложений на склонах или насыпных глинистых грунтов на ис-

кусственных откосах, вызванные разжижением пород в периоды сне-

готаяния или дождей.

54

Оползневые явления широко развиты на высоких берегах Волги,

Днепра и многих других рек, на побережье Чёрного моря, в горных

районах Закавказья и др.

Меры борьбы с оползнями могут быть активными и пассивными.

К пассивным относятся запрещение подрезок склонов; устройства на

склонах выемок и строительных сооружений, жилых домов; полива

земельных участков на склонах, а также сохранение на склонах травя-

нистой и древесно-кустарниковой растительности.

Активными мерами являются: отвод поверхностных (дождевых,

талых снеговых) и подземных вод от оползневого склона; устройство

берегоукрепительных сооружений (бетонирование, облицовка плита-

ми) для предотвращения подмыва оползневых берегов; устройство

сооружений, удерживающих оползневые массы (свай, подпорных сте-

нок и др.); съём оползневых масс до устойчивых пород.

Созидательная работа подземных вод проявляется в отложении

ими различных соединений, цементирующих трещины в горных поро-

дах. В местах выхода минеральных источников на поверхность земли

образуются карбонатные, кремнистые, сульфатные и другие соедине-

ния.

3.2.5 Геологическая деятельность ледников

Температура воздуха понижается не только от экватора к по-

люсам, но и с увеличением высоты (на 0,5 – 0,6 ºС на каждые 100 м).

Граница, выше которой сохраняется снежный покров, называется сне-

говой линией. Высота снеговой линии увеличивается от полюсов, где

она расположена на уровне моря, к экватору, где достигает 5-6 км.

Снег, накапливаясь в горах, постепенно уплотняется, превращаясь в

зернистый лёд - фирн, а фирн превращается в монолитный, прозрач-

ный голубой глетчерный лёд. Так образуются ледники - скопления

льда, медленно движущиеся в сторону понижения рельефа.

Ледники производят большую разрушительную работу, изменяют

рельеф земной поверхности, переносят огромное количество обломоч-

ного материала - продуктов разрушения пород, а при таянии ледника -

откладывают его. Так образуются ледниковые отложения.

Выделяют три основных типа ледников: горные, материковые и

промежуточные. Горные ледники накапливаются на склонах гор, а

затем движутся вниз по долинам, постепенно стаивая и оставляя обло-

мочный материал. Материковые ледники с большой мощностью льда

55

Рис.10. Схема расположения морен в поперечном

сечении ледника (а) и в плане (б)

покрывают целые континенты (Антарктида) и крупные острова (Грен-

ландия), эти ледники называют ещё покровными. Промежуточные

ледники покрывают плоскогорья полярных областей и предгорные

участки долин, занятые выше горными ледниками.

При движении ледник отрывает, срезает и уносит обломки пород

своего ложа - от глинистых и пылеватых частиц до крупных глыб и

валунов. В процессе движения крупные обломки истираются, округ-

ляются, участвуя в разрушении и сглаживании ложа ледника. Ледник

при своём движении вырабатывает долины корытообразного сечения -

троги. В верховьях таких долин ледники часто вырабатывают чашеоб-

разные котлованы - ледниковые цирки.

Обломочный материал, захваченный ледником, переносимый и

откладываемый им, называется мореной. Морены можно разделить на

движущиеся и отложенные. К движущимся относится боковая морена

(1) (рис.10) - отложения обломочного материала по бокам ледника в

виде вытянутых в длину валов или гряд; срединная морена (2) - обра-

зующаяся при слиянии двух ледников из боковых морен; внутренняя

морена (3) - обломочный материал внутри тела ледника; придонная

морена (4) - обломочный материал в придонной части ледника. Отло-

56

жения морены образуются при отступании ледника, т. е. при его тая-

нии; к ним относятся конечная (5) и основная морены. Конечная море-

на образуется путём отложения обломочного материала на конце лед-

никового языка. Основная морена образуется из боковой, срединной,

внутренней и донной морен. Мореные отложения представлены чаще

всего суглинками с включением гравийных частиц и валунов.

После стаивания ледника рельеф местности приобретает холми-

стый характер - холмы из обломков материала чередуются со впадина-

ми, часто заполненными водой. Поэтому в районах бывшего оледене-

ния очень много озёр.

Образующиеся в период таяния ледника водные потоки размы-

вают и переоткладывают мореные отложения. В результате возникают

водно-ледниковые или флювиогляциальные отложения, представ-

ленные в основном песчаными и гравийными частицами с редкими

линзами глинистых пород и суглинков. В ледниковых озёрах отклады-

ваются глины с прослойками из тонких песков.

3.2.6 Геологическая деятельность морей

Океаны и моря занимают около 71 % всей поверхности Земли.

Вода находится в непрерывном взаимодействии с сушей: разрушает

горные породы, слагающие берега и дно океанов и морей, перемещает

продукты разрушения и откладывает их в виде осадков. В зависимости

от рельефа дна в океанах выделяют четыре зоны: шельф (или матери-

ковую отмель), материковый склон, ложе океана и глубоководные впа-

дины (рис. 11).

Шельф (1) непосредственно примыкает к суше и характеризуется

пологим наклоном дна до глубины 200 м. Ширина рельефа изменяется

от нескольких километров до нескольких сотен километров. Область

шельфа отличается большим разнообразием и богатством органиче-

ского мира, а также интенсивной разрушительной работой водных

масс (приливы, отливы, морские волнения). Волны, набегая на берег,

разрушают слагающие его горные породы (разрушительную работу

волн называют абразией).

В процессе абразии одновременно действуют три фактора: гид-

равлические удары волн; удары и трение обломков горных пород, за-

хваченных волнением; химическое действие воды.

57

Рис. 11. Обобщённый профиль дна океана

Скорость абразии берегов, сложенных осадочными породами, со-

ставляет от нескольких сантиметров до нескольких метров в год. В

магматических и метаморфических породах этот процесс почти не за-

метен.

Береговой обрыв постепенно отступает в сторону суши, а между

обрывистым берегом и морем образуется абразивная терраса, которая

чаще всего бывает, затоплена водой. Материковый склон (2) распо-

ложен на глубинах от 200 м до 2,5 км и характеризуется более крутым,

чем у шельфа, уклоном дна. Материковый склон переходит в матери-

ковое подножие, а оно - в ложе океана (5). На относительно плоском

океаническом дне встречаются срединные хребты (4), куполовидные

возвышенности вулканического происхождения, а также глубоковод-

ные впадины – желоба (6).

Борьба с абразией осуществляется путём укрепления берегов,

применением специальных гидротехнических сооружений, снижаю-

щих интенсивность прибоя и усиливающих процесс отложения у бере-

га передвигающихся наносов. Первая задача решается устройством в

море на некотором расстоянии от берега волноотбойных стен и вол-

ноломов – дамб. Для выполнения второй задачи поперек береговой

линии устраивают систему дамб, пересекающих подводный поток пе-

редвигающихся наносов.

Морские отложения делятся на обломочные (или терригенные),

органические и химические.

В прибрежной зоне морей и океанов, периодически затопляемой

во время приливов и осушаемой во время отливов, накапливаются

глыбы, галька, песок, иногда илы.

58

В зоне шельфа накапливаются осадки всех типов, но наиболее

распространены терригенные осадки, представленные глыбами, валу-

нами, песками, алевритами и глинами. Органогенные осадки в этой

зоне представлены ракушечниками и коралловыми рифами.

Химические осадки выпадают из морской воды в виде различных

соединений - карбонатных, железистых марганцевых, фосфорных и др.

В зоне материкового склона накапливаются терригенные и орга-

ногенные осадки. К терригенным осадкам относится илы, состоящие

из алеврито-глинистых частиц и мелких песков; к органогенным – из-

вестковые илы, образующиеся путём накопления остатков мелких

морских организмов – планктона.

В зоне ложа океана осадки в связи с удалённостью от суши со-

держат мало терригенного материала и представлены органогенными

илами – известковыми и кремнистыми.

Накопившиеся морские осадки в результате сложного и длитель-

ного процесса, называемого диагенезом, превращаются в плотные оса-

дочные горные породы.

3.2.7 Геологическая роль озёр и болот

Озёра представляют собой замкнутые водоёмы, образованные в

углублениях суши. К замкнутым водоёмам принадлежат озёра, болота,

водохранилища. По характеру водообмена различают проточные озе-

ра, имеющие поверхностный сток, осуществляемый реками, и бес-

сточные, лишённые поверхностного стока; некоторые озёра имеют не

поверхностный, а подземный сток. Проточными являются и искусст-

венные водоёмы - водохранилища. Вода проточных озёр обычно пре-

сная, а бессточных – пресная или солёная, в зависимости от климата.

По происхождению впадины озера делятся на: тектонические –

образованы в результате тектонических дислокаций (например, озеро

Байкал); эрозионные – возникли при экзогенных разрушениях земной

поверхности; карстовые – провально-карстового происхождения; пло-

тинные – образованные в результате экзогенных или вулканических

процессов. Плотинным озером вулканического происхождения являет-

ся озеро Севан (Армения) – оно возникло после преграждения лаво-

вым потоком долины и русла реки Раздан.

Геологическая работа озёр и водохранилищ заключается в разру-

шении, переработке (абразии) берегов и в отложении осадков - терри-

59

генных, химических и органогенных. Существенные отличия геологи-

ческой работы озёр от морей следующие:

- меньшие масштабы абразии;

- интенсивное развитие во многих озёрах влаголюбивой расти-

тельности, способствующей превращению мелководных участков озёр

в болота;

- большой диапазон минерализации воды – от пресной до рассо-

лов.

Терригенные осадки образуются за счёт разрушения берегов, а

также приносимого ветром и реками обломочного материала: глыб,

валунов, гальки, гравия, песка, алеврито-глинистых частиц.

Химические осадки в озёрах образуются путём осаждения рас-

творённых в воде соединений - солей; они характерны в основном для

соляных озёр. В озёрах образуются карбонатные соли (кальцит, доло-

мит, сода), галит, калийные соли, гипс ангидрит и др. Органогенные

осадки озёр представлены сапропелями - органическими илами, кото-

рые образовались при накоплении остатков мелких организмов (планк-

тона) и растений, разлагающихся без доступа кислорода.

Процессы абразии наиболее интенсивно происходят у во-

дохранилищ. Переработка берега приводит к смыву береговой полосы

от нескольких десятков до нескольких сотен метров, что заставляет

переносить на новые места населенные пункты и промышленные

предприятия. Образующиеся в результате переработки берегов мели

затрудняют судоходство.

Защита берегов водохранилищ от переработки заключается в

планировке береговых откосов и посадке на них деревьев и кустарни-

ков; укреплении берегов камнем, бетонными плитами, асфальтовым

покрытием; в устройстве бетонных и свайных стенок у основания бе-

рега.

Болотами называют избыточно увлажнённые участки земной по-

верхности, характеризующиеся развитием болотной растительности и

образованием торфа.

По условиям питания, характеру растительности и форме поверх-

ности болота подразделяют на низинные, верховые и переходные.

Низинные болота образуются в понижениях рельефа, имеют

плоскую или вогнутую поверхность, питаются атмосферными осадка-

ми, подземными и речными водами. Растительность представлена осо-

кой, хвощами, мхами.

60

Верховые болота находятся на плоских повышенных участках,

имеют выпуклую поверхность, питаются атмосферными осадками.

Растительность - в основном сфагновые мхи.

По мере накопления в низинных болотах торфа, питание грунто-

вой водой затрудняется и болото переходит в болото переходного ти-

па. Оно характеризуется тем, что наряду с травяно-моховыми расте-

ниями появляется древесная растительность, представленная ольхой,

берёзой, елью.

Основные отложения болот - торф и сапропель.

Торф представляет собой механическую смесь частично разло-

жившихся растений с бесструктурной гумусовой массой.

3.2.8 Многолетняя мерзлота

В наиболее холодных областях нашей планеты - Антарктиде, Се-

верной Канаде, на северо-востоке России имеются мощные слои мёрз-

лых грунтов, имеющих температуру минус 10 ºС на глубине 500 – 600

метров. Тонкие прослойки льда связывают минеральные частицы меж-

ду собой настолько крепко, что порода становится прочной как бетон.

Под многолетне-мерзлыми породами понимают горные породы,

залегающие на некоторой глубине и имеющие отрицательную темпе-

ратуру в течение всего года. В России на долю вечномёрзлых пород

приходится около 50 % всей территории.

Самая верхняя часть земной коры в районах многолетней мерзло-

ты в течение тёплого сезона и временных потеплений оттаивает; она

называется деятельным слоем. Промерзание начинается с поверхно-

сти и постепенно распространяется в глубину. При этом во влажных

глинистых и пылеватых породах, а также в мелких песках происходит

подсасывание влаги к замёрзшей породе с выделением льда и поднятие

поверхности земли, называемым пучением. В случае препятствия это-

му поднятию в мёрзлой породе возникает давление пучения.

Вследствие пучения может возникнуть на поверхности бугристый

микрорельеф и произойти деформация зданий и сооружений.

Если в зимний сезон деятельный слой промерзает в пределах всей

мощности, то многолетняя мерзлота называется сливающейся, в про-

тивном случае несливающейся.

В случае, если в пределах деятельного слоя находится вода, то

при промерзании этого слоя она оказывается зажатой между двумя

61

мёрзлыми пластами и в ней возникает гидростатический напор. Выйдя

на поверхность, растекаясь и замерзая, вода образует наледи.

Таяние ледяных линз и прослоев в толще мёрзлых пород сопро-

вождается провальными явлениями поверхности земли, называемыми

термокарстом. Термокарстовые воронки часто заполняются водой,

образуя озёра.

В зоне многолетней мерзлоты большое влияние на здания и со-

оружения оказывает снижение механической прочности глинистых,

пылеватых пород и мелких песков при их оттаивании.

Длительные исследования учёных в области строительства, водо-

снабжения, добычи полезных ископаемых показали, что необходимо

сохранять вечную мерзлоту (например, строить дома на свайных фун-

даментах с приподнятыми и хорошо проветриваемыми основаниями).

62