Геологическая деятельность подземных вод. Деятельность воды
Реферат по геологии: Геологическая деятельность подземных вод
Содержание
Введение
1. Виды воды в горных породах
2. Движение и режим грунтовых вод
3. Подземные воды и окружающая среда
Библиография
Введение
Все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород ниже поверхности Земли, относятся к подземным водам. Часть этих вод свободно перемещается в верхней части земной коры под действием гравитационных сил, а другая часть находится в очень тонких порах, удерживаясь силами поверхностного натяжения. Подземные воды не могут существовать без обмена с водой поверхностной и активно участвуют в круговороте воды в природе. Все, что связано с подземной водной оболочкой, включая теоретические и, особенно, прикладные аспекты, изучает наука гидрогеология. В наше время непрерывно усиливающегося техногенного пресса на природную среду пресная вода стала важнейшим полезным ископаемым.
Структура и свойства воды определяется строением ее молекулы – Н2О в виде тетраэдра, в центре которого находится атом кислорода. На концах одного из ребер тетраэдра расположены два положительных заряда ядер атомов водорода, что составляет гидроль или элементарную дополнительную структурную единицу воды. Гидроли могут объединяться между собой. Так, для льда устойчивой структурой будет тетраэдр, состоящий из гидролей. Гексагональная решетка льда, состоящая из связанных между собой тетраэдров очень рыхлая, поэтому увеличение температуры приводит к нарушению и так непрочных связей решетки и некоторые гидроли как бы «падают» внутрь решетки, которая разрушается на отдельные массивы и, наконец, превращается в пресную воду, обладающую наибольшей плотностью при Т= +4°С.
1. Виды воды в горных породах
Вода в горных породах содержится в нескольких различных видах.
1. Кристаллизационная вода находится в составе кристаллической решетки некоторых минералов, например, в гипсе – CaSO4*2h3O (~21% воды по массе), мирабилите Na2SO4*10h3O (~56% воды по массе). Если эти минералы нагревать, то вода высвобождается из кристаллической решетки. Так, гипс потеряет одну молекулу воды при +107°С, а вторую – при +170°С, после чего он превращается в ангидрит – CaSO4.
2. Вода в твердом виде встречается в многолетнемерзлых породах в виде кристаллов и прожилков льда. Также лед образуется и при сезонном промерзании воды, содержащейся в горных породах.
3. Вода в виде пара содержится в воздухе, который находится в порах горной породы.
4. Прочносвязанная вода располагается в виде молекулярной прерывистой пленки на поверхности мельчайших частиц таких пород, как глины и суглинки. Эта пленка удерживается силами молекулярного сцепления и не может стечь с поверхности частицы.
5. Рыхлосвязанная вода представляет собой более толстую пленку из нескольких слоев молекул воды на частицы породы. Эта вода обладает способностью перемещаться от более толстой пленке к менее толстой.
6. Капельно-жидкая (гравитационная) вода уже обладает способностью свободно перемещаться в горной породе по трещинам и порам под действием силы тяжести, начиная с верхнего почвенного слоя.
7. Капиллярная вода, как следует из названия, находится в тончайших капиллярных (лат. капилярис – волосяной) трубочках или порах, в которых удерживается силами поверхностного натяжения с образованием менисков. Капиллярная вода обычно располагается выше уровня грунтовых вод и при этом она может подниматься подтягиваясь вверх от этого уровня на 1,5 – 3 м. Капиллярная кайма, будучи связана с уровнем грунтовых вод, колеблется вместе с ним.
Выше уровня грунтовых вод может располагаться еще одна неширокая кайма капилярно-подвешенной воды, удерживаемой в тонких порах почвы и подпочвенных горизонтов суглинков и глин.
Подземные воды распределяются в верхней части земной коры вполне закономерно. Самая верхняя часть земной коры, вблизи поверхности, называют зоной аэрации, т.к. она связана с атмосферой и с почвенным покровом. Ниже нее залегает зона полного насыщения, где вода распространена преимущественно в жидком виде, тогда как в зоне аэрации она может быть и парообразной. Если температуры отрицательны, то вода в этих двух зонах может присутствовать и в виде льда.
Таким образом, зона аэрации представляет собой как бы переходный буферный слой между атмосферой и гидросферой. В зоне полного насыщения все поры заполнены капельно-жидкой водой и тогда образуется водоносный горизонт.
Однако горные породы в различной степени проницаемы для воды, что зависит от ряда факторов. Следует подчеркнуть, что пористость и проницаемость не одно и тоже.
Горные породы подразделяются на:
1. Водопроницаемые – песок, гравий, галечники, конгломераты, трещиноватые песчаники, доломиты, закарстованные известняки и др. и это несмотря на то, что галечники, прекрасно проницаемые для воды, имеют пористость всего 20%. Пески обладают пористостью в 30-35%.
2. К слабопроницаемым породам относятся супеси, легкие суглинки, лёссы.
3. Водоупорными считаются всевозможные глины, тяжелые суглинки, плотные сцементированные породы (табл.1).
Таблица 1
Прочность и проницаемость горных пород
| Горные породы | Пористость % | Проницаемость |
| Гравий и галечник Песок Глина Морская морена Песчаники Известняки Вулканические породы Граниты монолитные Граниты трещинноватые | 25-40 30-50 35-80 10-20 10-30 20-30 0-50 0-50 0-5 5-10 | Очень хорошая Хорошая Очень плохая Очень плохая Средняя Хорошая Средняя Плохая-отличная Очень плохая Плохая |
Глины имеют пористость в 50-60%. Все дело в том, что поры в глинах очень тонкие (субкапиллярные) и вода через них не может проникнуть, т.к. задерживается силами поверхностного напряжения. Водопроницаемость зависит не от количества пор, а от размера и формы слагающих породу зерен и от плотности их сложения.
Способность горных пород накапливать и удерживать в себе воду называется влагоемкостью. Под полной влагоемкостью понимают такое состояние породы, в которой все виды пор заполнены водой. Максимальная молекулярная влагоемкость – это то количество воды, которое остается в горной породе после того, как стечет вся капельно-жидкая гравитационная вода. Оставшаяся вода удерживается в порах силами молекулярного сцепления и поверхностного натяжения. Разница между полной влагоемкостью и максимальной молекулярной влагоемкостью называется водоотдачей, а удельной водоотдачей – количество воды, получаемой из 1 м3 горной породы.
Классифицировать подземные воды можно по разным признакам – по условиям залегания, по происхождению, по химическому составу.
Типы подземных вод по условиям залегания. Выделяются воды безнапорные, подразделяющиеся на верховодку, грунтовые и межпластовые, а также напорные или артезианские.
Верховодка – это временное скопление воды в близповерхностном слое в пределах зоны аэрации, располагающееся в водоносных отложениях, лежащих на линзовидном, выклинивающемся водоупоре. Как правило, верховодка появляется весной, когда тают снега или в дождливое время, но потом она может исчезнуть. Поэтому колодцы, выкопанные до верховодки, летом пересыхают.
Временными водоупорами могут быть любые выклинивающиеся линзовидные пласты глин и тяжелых суглинков, располагающиеся в толще водоносных аллювиальных или флювиогляциальных отложений.
Грунтовые воды представляют собой первый сверху постоянный водоносный горизонт, располагающийся на первом же протяженном водоупорном слое. Питаются грунтовые воды из области водосбора в пределах водоносного горизонта. Грунтовые воды могут быть связаны с любыми породами как рыхлыми, так и твердыми, но трещиноватыми.
Поверхность грунтовых вод называется зеркалом, а мощность водосодержащего слоя оценивается вертикалью от зеркала до кровли водоупорного горизонта и она не остается постоянной, а меняется из-за неровностей рельефа, положения уровня разгрузки, количества атмосферных осадков, изгиба кровли водоупорного слоя. Выше зеркала грунтовых вод образуется кайма капиллярно подтянутой воды.
2. Движение и режим грунтовых вод
Зеркало грунтовых вод ведет себя в зависимости от рельефа повышаясь на водоразделах и понижаясь к рекам, оврагам и другим местам дренирования (фр. дренаж – сток). Естественно, что вода в водоносном слое под действием силы тяжести находится в непрерывном движении и стремится достичь наиболее низкого места в рельефе, например, уреза воды в реке, тальвега дна оврага. Именно там, в области разгрузки подземных вод, образуются родники. Вода в водоносном слое перемещается в зависимости от пористости пород, характера соприкосновения частиц, формы и размеров пор, уклона водоносного слоя. Обычно в песках скорость движения воды при небольших уклонах составляет от 0,5 до 2-3 м/сутки. Но если уклон большой и поры велики, то скорость может достигать первых десятков м/сутки.
В зависимости от количества атмосферных осадков объем грунтовых вод может изменяться и летом дебит (фр. дебит – расход) источников падает, а в сильные засухи родники даже пересыхают. Зеркало грунтовых вод особенно сильно может понижаться в связи с забором воды для промышленных нужд. Вокруг скважин, откачивающих воду, уровень грунтовых вод постепенно понижается и образуется депрессионная воронка.
Межпластовые безнапорные подземные воды приурочены к водоносным слоям, располагающимся между двумя водоупорными слоями. Иногда таких водоносных пластов может быть несколько. Если водоносный горизонт обладает большой мощностью и выше его зеркала находится озеро, пруд или река, то направление течения воды в водоносном горизонте будет проходить по изогнутым линиям, стремящимся к реке.
Напорные или артезианские межпластовые воды образуются в том случае, если водоносный горизонт, зажатый между двумя водоупорными, приурочен либо к пологой синклинали или мульде, или к моноклинали, или еще к каким-нибудь структурам, в которых возможно образование напорного градиента.
Напорный или гидравлический градиент:
I = h / l
Где h – превышение одной точки зеркала грунтовых вод над другой, а l – расстояние между ними. Напорные воды обладают способностью самоизливаться и фонтанировать, т.к. находятся под гидростатическим давлением.
Впервые такие фонтаны воды были получены во Франции в провинции Артезия, поэтому они и стали называться артезианскими. Каждый артезианский бассейн включает в себя области: питания, напора и разгрузки. Первая область представляет собой выход на поверхность водоносного слоя, на которую выпадают все атмосферные осадки, питающие этот водоносный горизонт. Область напора заключена между двумя водоупорами – водоупорной кровлей и водоупорным ложем, а там, где водоносный слой появляется на поверхности, или вскрывается скважинами, но ниже области питания, называется областью разгрузки. Нередко в артезианских бассейнах развито сразу несколько водоносных напорных горизонта, что особенно характерно для артезианских бассейнов в межгорных впадинах, где глубины водоносных горизонтов могут превышать 1000-1500 м.
В платформенных областях, где артезианские бассейны большие, верхние водоносные горизонты до глубин в 200-5—м содержат преимущественно пресные воды, а ниже воды обладают уже высокой минерализацией.
В центре Европейской части России находится Московский артезианский бассейн, располагающийся в пологой чашеобразной впадине – Московской синеклизе. Водоносные горизонты связаны с трещиноватыми каменноугольными и девонскими известняками, а водоупорами служат прослои глин. Области питания располагаются на крыльях синеклизы. В девонских карбонатных отложениях на глубинах от 400 до 600 м развиты минеральные воды с минерализацией 2,4-4,5 г/л. Это всем хорошо известная московская минеральная вода. В Московском артезианском бассейне сосредоточены большие запасы пресных и промышленных вод. На всю территорию России составлены карты распространения артезианских бассейнов и подсчитаны запасы в них воды, как пресной, так промышленной и термальной.
Типы источников. Всем хорошо известны выходы подземных вод на поверхность в виде родников и ключей с холодной, вкусной водой. Родники появляются там, где происходит разгрузка водоносных горизонтов.
Нисходящие источники чаще всего располагаются недалеко от уреза воды в долине реки, в нижней части склонов оврагов, там где к поверхности подходят водоупорные горизонты. Источники этого типа связаны как с верховодкой, так и с грунтовыми, а также межпластовыми водами. Все они характеризуются изменяющимся дебитом, вплоть до высыхания в жаркое лето. В источниках нисходящего типа вода изливается спокойно, в виду небольшого угла наклона слоев. Нередко можно наблюдать вдоль берега реки сплошную линию сочащихся подземных вод. Нисходящие источники обычно водообильны, поэтому местами они дают начало ручьям и небольшим речкам, как происходит с карстовыми источниками, вытекающими из пещер.
Восходящие источники — это выходы на поверхность в местах разгрузки напорных вод, тогда как сам водоносный горизонт расположен намного ниже. Вода может подниматься вверх по трещинам или тектоническому разлому.
Вокруг минеральных источников, особенно углекислых вод, на поверхности образуется скопление т.н. известкового туфа или травертина, иногда достигающего нескольких метров мощности. Такие травертины белого, желтоватого или розового цветов известны на г.Машук в Пятигорске, в районе Кавказских минеральных вод. Туф образуется из гидрокарбонатно-кальциевых вод, когда гидрокарбонат Ca(HCO3)2 переходит в СаСО3 при уходе в воздух СО2 – углекислого газа. В травертинах часто находят отпечатки листьев растений, кости древних животных, которые постепенно обвалакиваются известковым туфом.
3. Подземные воды и окружающая среда
Гидрогеологические процессы, происходящие в верхней части земной коры тесно связаны с хозяйственной деятельностью человека – водоснабжением, эксплуатацией городских агломераций, обоснованием строительства и т.д. Именно в области прикладной геологии очень важно понимать существо природно-технического взаимодействия, усиливающегося техногенного пресса на геологическую среду.
Одной из важных задач прикладной геологии является обоснование водозабора для хозяйственно-питьевого водоснабжения, а, сейчас, особенно, оценка качества воды. Какое количество воды можно извлечь из данного водоносного слоя? Как при этом изменится уровень грунтовых вод? Какова будет депрессионная воронка и как быстр она сформируется? Какова должна быть ширина зоны санитарной охраны? На все эти вопросы надо дать ответ.
В связи с отбором воды из водоносных горизонтов разного типа, изменяется водный режим ландшафтов, изменение растительности, поверхностный сток, напряженно-деформированное состояние водонасыщенных горных пород. Понижение уровня грунтовых вод приводит к угнетению лесов, к осушению и возгоранию летом торфяников, к уменьшению поверхностного водного стока и обмелению небольших рек, эвтрофикации мелеющих озер, оседанию отдельных участков земной поверхности. Поэтому необходим мониторинг влияния водоотбора на окружающую среду, а также геофильстрационное моделирование потока подземных вод.
Для многих городов характерно подтопление территорий, т.е. повышение уровня грунтовых вод за счет повышенной инфильтрации осадков, утечек промышленных вод, искусственного орошения. Такое подтопление вызывает усиление оползневых явлений, суффозии (вымывания), уменьшение прочностных свойств грунтов. Поэтому необходимо проводить дренаж, чтобы снизить уровень грунтовых вод.
Другая опасность – это техногенное загрязнение подземных вод из атмосферы в виде твердой и жидкой фаз, закачка промышленных стоков, утечки из систем канализации, свалки, нефтепродукты и другие способствуют проникновению токсичных веществ сначала в зону аэрации, а потом и в водоносные горизонты.
Все сказанное выше свидетельствует об уязвимости водоснабжения населения в связи с усиливающимся техногенным загрязнением. Существует еще много очень важных вопросов, касающихся прикладной гидрогеологии. Отсюда следует очевидный вывод о том поистине жизненном значении, которое приобретает наука о подземных водах.
Библиография
1. Киссин И.Г. Вода под землей. М., Наука, 1976.
2. Короновский Н.В. Общая геология. Издательство Московского университета, 2002.
3. Плотников Н.И. Подземные воды – наше богатство. М., Недра, 1976.
4. Пиннекер Е.В. Подземная гидросфера. Наука. Сиб. Отд., Новосибирск, 1984.
5. Разумов Г.А. Подземная вода. М., Наука, 1975.
referati-besplatno.ru
Деятельность текучих вод. Общая характеристика работы водного потока. : Геология
Любой водный поток, движущийся по земной поверхности, производит работу, заключающуюся в разрушении горных пород, в переносе и переотложении продуктов их разрушения. Составить представление о различных проявлениях этой работы и ее направленности можно из наблюдения над временными потоками, появляющимися после дождей. Дождевая вода на сложенном рыхлыми породами и лишенном растительности пологом склоне какой-либо возвышенности или впадины сначала образует сеть небольших струй, направление которых определяется мелкими неровностями рельефа. Часть таких струй по мере движения вниз по склону сливается в более крупные потоки с большим количеством воды и одновременно усиливающейся скоростью течения. Энергия движущейся воды в нижней части склона гораздо больше, чем в верхней, и вода начинает там рыть русло, имеющее форму рытвины с крутыми бортами, круто заканчивающейся вверх по склону. Эта рытвина со временем распространяется вверх по склону, пока не достигнет его вершины.
Возникающие таким образом овраги часто разветвляются за счет дополнительных промоин, появляющихся на их склонах. В результате может возникнуть целая сеть разветвляющихся оврагов. Метеорные воды, выпадающие на площади, рассеченной такими оврагами, очень быстро стекают в долину основного оврага; вследствие этого площадь получила название водосборного бассейна основного оврага.
Процесс разрушения горных пород водными потоками называется эрозией. В рассматриваемом случае эрозия проявляется в углублении и росте оврагов. Поверхность у подножия склона, от которой начинается размывание оврага и ниже которой не распространяется углубление рытвины, называется базисом эрозии данного оврага. Рост оврага идет против течения потока от устья (базиса эрозии) к верховью, т. е. регрессивно. Вместе с тем по мере роста оврага продольный профиль его днища по направлению к устью постепенно выполаживается, оставаясь крутым в вершине. Происходит это потому, что энергия потока и производимая им работа определяются массой воды и скоростью течения, т. е. уклоном русла. Как только в нижней части оврага (откуда началось его развитие) уклон русла станет достаточно пологим и будет соответствовать массе протекающей по нему воды, углубление оврага прекратится и работа потока будет направлена на расширение долины и на вынос рыхлого материала, поступающего с верховьев и со склонов. У подножия склона дождевой поток обычно растекается, а выносимый им материал отлагается в виде полуконуса, получившего название конуса выноса. Конусы выноса можно видеть ниже устьев любых рытвин и оврагов, образованных описанным путем.
Из приведенного примера видно, что работа водного потока при формировании оврага в разных его участках проявляется неодинаково. В верховье, где уклон русла крут и не соответствует массе воды, протекающей по нему, происходят углубление оврага и его разрастание в сторону истоков, т. е. усиленная эрозия. В среднем течении вся работа воды направлена на перенос сносимого с верховьев материала. В нижнем течении происходят отложение этого материала и накопление его в конусе выноса (или, как говорят, аккумуляция).
Углубление и рост оврага теоретически будет продолжаться до тех пор, пока на всем его протяжении уклон русла потока не будет соответствовать массе воды, протекающей по руслу. Как только эти величины придут в равновесие, т. е. когда уклон русла на каждом участке будет соответствовать массе воды, эрозионная работа потока прекратится. Подобный идеальный продольный профиль получил название профиля равновесия. Профиль равновесия имеет форму правильной вогнутой кривой параболического типа, которая становится касательной к горизонту в нижней части и круто поднимается в верховье.
В равнинных районах, покрытых мощным чехлом рыхлых отложений, овраги образуются часто и приносят большой вред пахотным землям. Их зарождение может начинаться с небольшой рытвины, оставленной колесом, пахотной бороздой и пр. Дождевые воды стекают по таким бороздкам, углубляют их и увеличивают их размеры, как указано выше. Некоторые овраги достигают длины нескольких десятков километров и рост их происходит с большой скоростью (иногда до 30 км/год). Со временем склоны оврагов покрываются растительностью и овраги переходят в неактивное состояние. Такие закрепленные овраги называются валками. В Евразии особенно сильно подвержены оврагообразованию равнинные пространства Поволжья и некоторые районы Украины. Методом борьбы с оврагами являются засыпка их землей, закрепление лесом и пр.
Рассмотренные основные особенности геологической деятельности небольших потоков — эрозия, перенос рыхлого материала и аккумуляция — характерны и для рек, но там они менее очевидны, так как проявляются в совершенно других масштабах, на огромных пространствах и на протяжении длительных промежутков времени. Геологическая деятельность рек происходит параллельно с проявлением других, чрезвычайно многообразных геологических процессов и тесно связана со многими из них, а это чрезвычайно осложняет и вуалирует ее проявления.
www.mygeos.com
Лекция 11. Геологическая деятельность поверхностных вод
Согласно данным некоторых ученых, на поверхность суши ежегодно выпадает 113 тыс, км3 атмосферных осадков, из которых около 79 тыс. км3 испаряется, а 44 тыс. км3 с поверхностным речным и подземным стоком возвращается в систему Мирового океана. При этом поверхностные текучие воды производят огромную работу, формируя скульптурный рельеф суши и морские осадки.
В процессе стекания атмосферных вод, выпадающих на сушу, происходит плоскостной смыв твердых частиц, линейный размыв горных пород, перенос продуктов смыва и размыва, их переотложения на суше или вынос за ее пределы. Соответственно выделяют работу плоскостного склонового стока, способствующего выравниванию или денудации рельефа и геологическую деятельность временных струйных или русловых потоков и рек. Линейный размыв называют эрозией, а переотложение продуктов смыва и размыва — аккумуляцией осадков. Иногда термин эрозия употребляют расширительно и тогда процесс смыва называют плоскостной эрозией, а процесс размыва — линейной эрозией.
Плоскостной смыв и делювиальные отложения. Смыв происходит под воздействием ударов дождевых капель и стока тонкой пленки воды, который переносит наиболее мелкие частицы рыхлых продуктов выветривания вниз по склону. По мере уменьшения скорости стекания струек частицы задерживаются. Такое перемещение частиц по склонам дождевой и талой снеговой водой получил название плоскостного склонового или делювиального смыва, а образующиеся при этом отложения называются делювием. Следует отметить, что обломки горных пород могут перемещать вниз и под воздействием собственного веса, особенно на крутых склонах и обрывах. Образованные таким путем отложения называются коллювием. Коллювиальные отложения особенно характерны для горных стран.
Делювиальные отложения залегают в виде наклонного пологого шлейфа, мощность которого возрастает вниз по склону. Максимальные мощности делювия достигают 15—20 м и более. Наиболее благоприятные условия для делювиального процесса создаются в пределах равнинных степных районов умеренного и субтропического поясов и в зоне сухих саванн, где в кратковременные периоды таяния снегов или выпадения дождей по склонам смываются рыхлые продукты выветривания. Этому способствует также относительно разреженная травянистая растительность.
Типичные делювиальные отложения для высоких гор не характерны. Там распространены отложения, формирование которых обусловлено иными факторами — силой тяжести, солифлюкцией, линейным размывом и переносом обломочного материала временными потоками и др.
Линейная эрозия. Временные русловые потоки и их отложения Формы рельефа, выработанные временными русловыми потоками равнинных территорий и горных стран, существенно различаются.
Деятельность временных водотоков в условиях равнин. Эти водотоки, связанные с сезонным выпадением атмосферных осадков, формируют овраги — удлиненные, узкие и крутостенные отрицательные элементы рельефа. В развитии оврага выделяется четыре стадии. Началом оврага служат случайные углубления на поверхности почвы, дорожная колея, глубокая борозда при пахоте вниз по склону и пр. При наличии легко размываемых пород сливающиеся струи воды образуют неглубокую промоину. В дальнейшем поток дождевых или талых вод концентрируется в этой промоине, и начинается постепенное врезание оврага его вершиной в направлении водораздела — так называемая регрессивная, или «пятящаяся», эрозия. Одновременно углубляется тальвег — русло, по которому текут временные потоки. В третью стадию врезание оврага достигает уровня основания склона, продольный профиль оврага выравнивается. На протяжении четвертой стадии происходит расширение оврага, его стенки выполаживаются до угла естественного откоса и зарастают, на дне накапливаются отложения и оно преобразуется в плоское днище. Таким образом происходит постепенное врезание тальвега вплоть до достижения плавной вогнутой кривой, глубже которой углубление дна не происходит и которая называется профилем равновесия оврага. В итоге овраг постепенно превращается в б а л к у, борта которой вскоре начинают рассекать поперечные овраги. Особенно благоприятны для образования оврагов лессы и лессовидные отложения, сочетающиеся со степной растительностью.
Разветвленная овражно-балочная сеть интенсивно расчленяет платообразные возвышенности Восточно-Европейской равнины: Среднерусскую, Приволжскую, Волыно- Подольскую. Линейная эрозия поражает до 20—30% площади этих регионов, создавая серьезную проблему для сельского хозяйства.
Отложения временных водотоков на равнинах представлены плохо сортированными обломками местных плотных горных пород, перемешанных с материалом рыхлых наносов. Эти отложения накапливаются в нижней части оврагов и в днищах балок, в устьевых участках которых они часто образуют конуса выноса мощностью в несколько метров.
Временные горные потоки и их отложения. Верховья ложбин стока в горах расположены в верхней части горных склонов. Они сходятся в единое русло, которое называют каналом стока. По этому каналу в сезоны выпадения дождей или таяния ледников вода движется с большой скоростью. Как известно, энергия движущейся воды пропорциональна квадрату ее скорости. Поэтому быстро движущиеся горные потоки захватывают обломки твердых горных пород, что еще больше усиливает разрушительную работу потока. При выходе его на предгорную равнину скорость течения резко уменьшается, временный горный поток разливается по равнине в виде веера, иссякает и откладывает весь принесенный обломочный материал. При этом образуётся конус выноса временного горного потока. Отложения конусов выноса временных горных потоков были выделены в самостоятельный генетический тип континентальных отложений и названы пролювием.
В горных районах периодически возникают бурные грязекаменные потоки, низвергающиеся с большой скоростью. Такие потоки содержат огромное количество обломочного материала, Часто достигающего 75—80% от их общего объема. Обломки горных пород имеют различные размеры, иногда более метра. Масса отдельных глыб достигает нескольких тонн. Грязекаменные Потоки в Средней Азии и на Кавказе называют сили или сели, а в Альпах — муры. Они возникают при быстром таянии снега и льда или же во время сильных ливней. Сели обладают большой разрушительной силой и иногда носят опустошительный характер.
Геологическая деятельность рек и аллювиальные отложения.
Геологическая деятельность рек складывается из эрозии плотных горных пород и рыхлых наносов, по которым протекает река, переноса продуктов эрозии и их осаждения. Эрозионная работа рек. Различают эрозию донную, или глубинную, направленную на врезание потока в породы, слагающие дно русла, и боковую, ведущую к подмыванию берегов и в целом к расширению долины. Соотношение глубинной и боковой эрозий меняется на разных стадиях развития долины. Первоначально преобладает глубинная эрозия, когда водный поток, врезаясь в горные породы, стремится выработать свой продольный профиль. На этой стадии в большинстве случаев продольный профиль рек характеризуется значительными неровностями, различными уклонами на отдельных отрезках, перепадами (порогами). Уровень того бассейна, куда впадает река, определяет глубину врезания реки и поэтому называется базисом эрозии. Он является общим для всей речной системы (главной реки со всеми притоками).
Постепенно происходит углубление русла и вырабатывается профиль равновесия реки.
Боковая эрозия начинается одновременно с линейной, но на первых стадиях развития речной долины роль ее невелика и основным и процессами являются углубления русла и перенос обломочного материала. Значение боковой эрозии возрастает по мере достижения рекой профиля равновесия. Этому способствует меандрирование реки, сопровождаемое подмыванием вогнутого берега и переотложением обломочного материала на противоположном выпуклом берегу. Расширению речной долины способствует Кариолисово ускорение, которое зависит от вращения Земли. Его горизонтальная составляющая в северном полушарии направлена вправо по отношению к движению, в южном влево. По отношению к речным долинам это было впервые обнаружено известным русским естествоиспытателем и географом К.М.Бэром (1792—1876). Согласно закону Бэра, реки, текущие в направлении меридиана, в северном полушарии должны подмывать правый берег, в южном — левый.
Перенос и аккумуляция продуктов эрозии. Обломочные частицы, захваченные речным потоком, переносятся либо во взвешенном состоянии, либо путем перекатывания и перемещения по дну. Масса переносимых рекой на протяжении года твердых частиц называется твердым стоком в отличие от массы растворенных веществ — ионного стока. Соотношение масс перемещаемых по дну веществ : взвешенных веществ : растворимых веществ на равнинных реках в среднем составляет 0,05:0,56:1, в горных реках — 0,86:6,8:1. Таким образом, в горных реках твердый сток преобладает над стоком растворимых веществ, а в равнинных реках масса переносимых растворенных веществ больше массы твердого стока. Об интенсивности геологической деятельности рек можно судить по тому, что общая масса твердых частиц, выносимых всеми реками мира в систему Мирового океана, свыше 20 млрд т в год, растворимых соединений — около 4 млрд т. Важной частью геологической деятельности рек является аккумуляция продуктов эрозии, захваченных и переносимых водным потоком. Все виды речных отложений называются аллювием.
Расположение разных типов аллювиальных отложений и строение речной долины обусловлены гидрологической динамикой водного потока. В той части речной долины, которая связана с современной деятельностью реки, выделяются два главных морфологических элемента: русло, по которому постоянно на протяжении года движется водный поток, и пойма — часть речной долины, ежегодно затапливаемая водой лишь в период паводка.
Быстрый русловой поток переносит во взвешенном состоянии глинистые и мелкообломочные частицы, поэтому в пределах русла в осадок выпадают лишь крупнопесчаные частицы и грубые обломки. При подмывании рекой крутого берега возникают поперечные циркуляционные движения воды, благодаря которым на противоположной стороне русла образуется песчаная отмель с прирусловым валом, ограничивающим пойму.
Как следует из изложенного, русловой аллювий состоит из песчаных отложений и крупных обломков, переслаиваемых линзами илистых супесей, осаждающихся во время спада воды и замедления течения.
Иная ситуация на пойме, в пределах которой из медленно текущей, разлившейся воды постоянно осаждаются лишь мелкопесчаные и илистые частицы, образующие пойменный аллювий.
Для формирования поймы важное значение имеет извилистость реки. Широкие поймы равнинных рек обусловлены процессами подмывания крутых берегов и меандрирования русла. Когда извилины реки приобретают петлеобразную форму, то узкие перешейки в половодье прерываются быстрым потоком и река спрямляет свое русло, а отшнурованная излучина превращается в старицу — пойменное озеро, которое постепенно заиливается и зарастает. На широких поймах равнинных рек имеется большое количество стариц на разных стадиях их отмирания — в виде озер, заболоченных участков и сухих понижений. Отложения стариц состоят из темноокрашенных иловатых суглинков и супесей, богаты органическим веществом, в которых из-за недостатка кислорода развиваются восстановительные процессы и иногда образуется мельниковит — аморфный сульфид железа.
Таким образом, в строении поймы четко выделяются три типа аллювия: русловой аллювий, слагающий нижнюю часть толщи пойменных отложений, пойменный аллювий, покрывающий русловой, и старичный, частично перекрытый пойменным.
Для рек, находящихся в состоянии динамического равновесия характерен перестилаемый (перстративный) аллювий. Его мощность составляет от 10 до 30 м. Аллювиальные аккумуляции большей мощности связаны с прогибанием земной коры. При этом происходит неоднократное отложение, настилание разных типов аллювия, главным образом, руслового. Такой тип аллювия получил название настилаемого (констративного).
Аллювий горных рек и равнинных существенно различается. Отложения горных рек преимущественно представлены фацией размыва — русловыми отложениями, состоящими из крупных обломков. Мелкие песчаные и глинистые частицы выносятся в устьевые части рек и частично в море. Пойменная фация, как правило, отсутствует. Особо следует отметить, что в аридных регионах реки, стекающие с гор, иссякают на пустынных предгорных равнинах. В этом случае образуются сухие дельты в виде крупных конусов выноса, сложенных грубообломочным материалом, часто сцементированным карбонатами кальция или гипсом.
Циклы развития речных долин и речные террасы. Как отмечалось выше, в формировании речной долины четко прослеживаются две стадии. На первой стадии, называемой стадией морфологической молодости, речной поток врезается в горные породы, образуя каньон (ущелье) при наличии твердых пород или речную долину с крутыми склонами и V-образным поперечным профилем при наличии рыхлых отложений. Все дно такой долины практически занято руслом. Во вторую стадию морфологической зрелости происходит расширение долины и образование поймы. Далее начинается «старение» речной долины, выражающееся в перегрузке русла наносами, обмелением и блужданием русла по широкой пойме. Но если водосборная площадь реки окажется вовлеченной в тектоническое поднятие или базис эрозии будет понижен в результате тектонического прогибания, то начнется омоложение реки, водный поток вновь станет энергично врезаться в поверхность широкой поймы, а затем подмыв берегов и извилины реки будут вырабатывать новую пойму за счет разрушения старой, от которой останется лишь небольшой уступ, который называется надпойменной террасой. Если территория испытывала несколько поднятий, то река столько же раз повторит цикл развития долины, а свидетелями этих циклов будут надпойменные террасы, самая молодая из которых будет нижняя, а наиболее древней самая верхняя.
В строении террас принимают участие как коренные горные породы, в которые врезана речная долина, так и аллювиальные отложения. В зависимости от мощности аллювия и положения поверхности коренных пород (цоколя террасы) выделяют три типа террас: 1) эрозионные, или скульптурные, которые выработаны в коренных породах; 2) аккумулятивные, полностью состоящие из аллювиальных отложений; 3) цокольные, или эрозионно-аккумулятивные, нижняя часть которых представлена коренными породами, на которых залегают аллювиальные отложения.
Устьевые части рек и их отложения. Совершенно особое строение имеют устьевые части рек, в которых образуются дельты, эстуарии и лиманы.
Дельта – устьевая часть реки, в которой происходит разгрузка переносимого материала и которая постепенно нарастает в сторону моря.. Очертания такого участка отдаленно напоминают букву Δ греческого алфавита. Обширные дельты образуются при определенных условиях: небольшой глубине предустьевой акватории, обилии обломочного материала, переносимого рекой, отсутствии приливов, отливов и сильных вдольбереговых течений. Мощность дельтовых отложений обычно близка к мощности аллювия в речной долине, но в случае медленного прогибания земной коры в районе расположения дельты мощность этих отложений сильно возрастает.
Примером может служить толща отложений в дельте Миссисипи, где благодаря прогибанию дна Мексиканского залива мощность дельтовых отложёний превышает 600 м. Эстуарий — воронкообразный в плане залив, образующийся при затоплении морем устья крупной реки в условиях высоких приливов и отливов, при небольшом количестве обломочного материала, приносимого рекой. Отложения эстуариев формируются в результате интенсивного выпадения многих веществ, содержащихся в реках в виде истинных и коллоидных растворов, при смешивании пресных и соленых вод. Лиманы — затопленные морем устьевые части рек в условиях приливов и отливов и широких побережий. При этом образуются обширные, но неглубокие заливы, а собственное русло реки перемещается к вершине лимана.
С аллювиальными отложениями связаны россыпные месторождения многих важных полезных ископаемых. Россыпями, или россыпными месторождениями, называются скопления обломочного материала, содержащие ценные устойчивые минералы с большим удельным весом. Разрабатывают россыпи золота, платины, касситерита, вольфрамита, монацита, танталита, колумбита, циркона, алмазов. В нашей стране широко известны россыпные месторождения золота на Южном Урале, в Сибири, на северо-востоке страны, а за границей — на Аляске, в Калифорнии (США), Восточной Австралии и многих других местах. Большая часть россыпей золота приурочена к аллювиальным отложениям.
В строении россыпи выделяют плотик, пласт и торфа. Пласт — это аллювиальные отложения, содержащие россыпное золото. Плотик основание, на котором залегает пласт. На поверхности плотика часто образуются трещины и карманы, обогащенный золотом. Торфа — условное название пустой толщи, покрывающей золотоносные отложения.
Золото в россыпях присутствует в виде мелких пластинок (золотин) разной формы, обычно уплощенных и сглаженных. Встречаются также самородки массой от нескольких граммов до 1—3 кг. Самый крупный самородок (в 35 кг) в нашей стране был обнаружен на Южном Урале.
Мировой известностью пользуются россыпи касситерита на Малаккском полуострове и островах Банка и Белитунг в Индонезии, монацита в прибрежных песках Бразилии и Индии, алмазов в Южной Африке (в бассейне рек Оранжевой и Вааль), танталита и колумбита в Нигерии и Заире.
Геологическая роль озер и болот и их осадки
Озера — это водоемы, не имеющие прямой связи с системой Мирового океана. Они распространены на равнинных и горных территориях, во влажных и засушливых, холодных и жарких гидротермических условиях. Суммарная площадь озер составляет 2% площади суши. Размеры, морфология и происхождение озер разнообразны. Известны озера, представляющие собой фрагменты древних морей. Такими являются Каспийское озеро-море, а также Ладожское и Онежское озера. Многие образовались в результате заполнения глубоких блоковых тектонических впадин — грабенов. Классическими примерами озер такого типа служат великие озера Африки, приуроченные к грабенам Восточно-Африканского рифта, а в России — озеро Байкал. Наряду с ними существуют озера, котловины которых образовались не благодаря глубоким расколам, а в результате плавных прогибов. К таковым относится огромное озеро Виктория, заполнившее прогиб между двумя ветвями Восточно-Африканского рифта. В областях распространения материковых оледенений четвертичного периода широко распространены озера-старицы на поймах и в дельтах рек.
В районах близкого расположения к дневной поверхности известняков, гипсов и соленосных пород имеются многочисленные озера, приуроченные к карстовым воронкам и провалам, образовавшимся в результате частичного растворения указанных пород. На территории распространения многолетней мерзлоты распространены термокарстовые озера, локализованные в просадках местами протаявших грунтов, а в областях залегания лёссов и лёссовидных отложений — мелкие озера, образовавшиеся в просадках пористого лёсса. Имеются озера, заполнившие разрушенные трубки взрыва и кратеры потухших вулканов (маары). Такие озера существуют на Камчатке, в Рейнской области (Германия), на Центрально-Французском вулканическом массиве, в Восточной Африке и др. В горных странах встречаются озера, возникшие в результате обвалов, запрудивших межгорные долины. Примером может служить крупное Сарезское озеро на Памире, образовавшееся совсем недавно, в 1911 г. при обвале, вызванном землетрясением.
По химическому составу воды озер в самом первом приближении можно разделить на пресные и соленые. Состав воды пресных озер обусловлен поступлением атмосферных и речных вод. В них концентрация солей невелика, а среди растворенных солей преобладают бикарбонаты кальция, содержание которых увеличивается по мере аридизации климата. Соленые воды крупных озер (типа Каспийского и Аральского) являются реликтовыми морскими. В условиях засушливого климата по причине интенсивного испарения повышается концентрация солей, что приводит к образованию мелководных соленых озер, ярким примером которых могут служить озера Эльтон и Баскунчак, расположенные в низовьях Волги, Великое Соленое озеро в полупустынях Дальнего Запада США, озеро Эйр в пустынной Центральной равнине Австралии. В то же время соленые озера существуют и в холодных гумидных областях, в местах близкого расположения соленосных отложений (например, озеро Соленое близ г. Сольвычегодска, находящееся в области распространения соленосных пермо-триасовых отложений) или на участках разгрузки соленосных подземных вод (например, Кулойские озера в бассейне реки Пинеги).
В составе солей доминируют хлориды натрия, магния, кальция и сульфаты натрия и магния. Наиболее часто встречаются соленые озера, с преобладанием хлоридов натрия и примесью других солей, либо горько-соленые, с преобладанием сульфатов натрия и хлоридов кальция. Значительно реже встречаются содовые озера, содержащие бикарбонат и карбонат натрия. Таким составом обладают многие озера Кулундинской и Барабинской степей Западной Сибири. Некоторые содовые озера обязаны своим составом влиянию поствулканических процессов, например, озеро Магади в Кении, из которого добывается самосадочная сода (тропа).
Большой интерес представляют соленые озера, в которых среди растворимых соединений присутствуют соли борной кислоты. Такие озера приурочены к резко аридным областям и извеётны в Иране, Тибете, в полупустынных районах США (штаты Калифорния, Орегон и Невада), в пустыне Атакама в Чили и других вулканических пустынях Южной Америки. Крупное борное озеро Индер находится в Прикаспийской низменности.
Наиболее важное значение в геологической деятельности озер имеет аккумуляция осадков. Среди них выделяются: 1) песчано-глинистые отложения, образующиеся за счет разрушения берегов озер и приноса мелкообломочного материала реками; 2) биогенные осадки, накапливающиеся путем осаждения продуктов отмирания животных и растительных организмов; З) минеральные образования, возникающие в результате химических и физико-химических процессов.
Особенностью песчано-глинистых отложений озер является тонкое переслаивание песчаных и глинистых слоев, осадившихся в разные сезоны года в связи с изменением скорости воды, стекающей в озерные котловины.
Среди биогенных осадков следует отметить скопления кремнистых (опаловых) панцирей одноклеточных диатомовых водорослей, образующих диатомовые илы. Ареал распространения диатомовых водорослей очень широкий, поэтому диатомовые илы встречаются в озерах как холодных гумидных ландшафтов (озера Кольского полуострова), так и в более теплых условиях (озеро Севан в Армении), а также в тропических странах (озеро Танганьика в Африке). Характерным биогенным осадком небольших озер гумидных областей является сапропель. Он представляет собой органический ил, в значительной мере состоящий из останков одноклеточных зеленых и синезеленых водорослей, которые разлагаются на дне без доступа кислорода. Иногда здесь образуются черные аморфные скопления сульфида железа минерала гидротроилита.
Среди осадков, образующихся на дне в результате химических и физико-химических процессов, для пресноводных озер холодного и умеренного климата характерно образование конкреций, состоящих из минералов гидроксидов железа. В гумидных тропических ландшафтах к ним часто добавляются конкреции из минералов гидроксидов алюминия. В озерах, имеющих подток подземных вод гидрокарбонатного состава, накапливаются глинисто- карбонатные отложения так называемого болотного мергеля. В несоленых озерах аридных территорий — в степных, сухостепных и полупустынных ландшафтах — повсеместно происходит осаждение мелкокристаллического кальцита, цементирующего обломочные частицы или образующего крупные конкреции. В соленых озерах при высокой концентрации растворимых веществ, близкой к насыщенным растворам, происходит кристаллизация соответствующих солей.
Отложения озер имеют важное практическое значение. Железооксиные конкреции озер Восточно-Европейской равнины с отдаленных времен до середины ХIХ в. использовались для выплавки железа. Конкреции оксидов железа и алюминия (бокситы), образованные в тропических озерах, служат алюминиевой рудой. Длительное время разрабатываются аккумуляции соды, кристаллизующейся в крупных содовых озерах Северной и Южной Америки, Африки, Тибета и Ирана. Также производится разработка борсодержащих солей, осаждающихся в пустынных борных озерах. Диатомовые осадки (диатомит) используются в промышленности, а отложения сапропеля — в бальнеологических целях и в качестве удобрения.
Болота — это ландшафты с избыточным увлажнением, специфической влаголюбивой растительностью и процессом образования торфа. Хотя болота содержат от 90 до 97% воды и всего несколько процёнтов сухого органического вещества, они не могут рассматриваться как водоемы, так как преобладающая часть воды связана органическим веществом торфа и растительностью. Существуют два основных пути образования болот зарастание озер и заболачивание суши Эти процессы могут развиваться на разных элементах рельефа, но для образования значительных аккумуляций торфа необходимы определенные климатические и гидрохимические условия.
Торф — скопление слабо разложившихся остатков болотных растений — мхов, трав, кустарников, отчасти деревьев. Благодаря тому, что растительные остатки насыщены водой, их преобразование протекает в условиях дефицита кислорода. При этом происходит сложная трансформация органических соединений, в результате которой исходные органические вещества обогащаются углеродом. Трансформационные процессы в значительной мере обусловлены микробиологической деятельностью. Условия, подавляющие деятельность микроорганизмов, равно как условия, способствующие быстрому разрушению растительных остатков, препятствуют образованию торфа и его накоплению. Поэтому мощные торфяники, образующиеся в болотах лесной зоны бореального и умеренного климата, одинаково нехарактерны для полярной и тундровой зон, а также территорий распространения многолетней мерзлоты, с одной стороны, а с другой для стран сухого и жаркого климата, где органическое вещество разлагается быстро.
Болота разнообразны; в первом приближении их можно разделить на две большие группы континентальных и приморских болот. Среди континентальных болот выделяют низинные, верховые и переходные.
Низинные болота, как следует из их названия, приурочены к отрицательным элементам рельефа. Произрастающим на них растениям требуется большое количество минеральных веществ, которые в растворенном состоянии поступают за счет их выноса с положительных элементов рельефа либо из грунтовых вод, уровень которых в низинах расположен близко к поверхности. Растительность низинных болот представлена осоками и тростниками в травяных болотах, гипновыми мхами и ягодными кустарниками в моховых болотах. Из деревьев может присутствовать черная ольха. Многие низинные болота образовались в результате зарастания мелких озер. Особенно характерно зарастание старичных озер на поймах.
Торф низинных болот обогащен минеральными веществами. При сжигании содержит большое количество золы, а на дне таких болот в условиях дефицита кислорода образуются неполноокисленные соединения двухвалентных железа и марганца в виде минералов сидерита (FеСО3), родохрозита (МnСО3), вивианита (Fе3[Р04]2.8Н2О). При доступе кислорода железо и марганец быстро окисляются и происходит трансформация указанных минералов; серый сидерит замещается ржаво-бурым гидрогетитом, грязно-розоватый родохрозит — черным псиломиланом, а белый вивианит преобразуется в ярко-голубой керченит. Скопления оксидов железа в виде конкреций различной формы известны как болотные руды.
Верховые болота образуются на плоских водораздельных участках с затрудненным поверхностным стоком. В этих условиях растительность представлена преимущественно сфагновыми мхами, для развития которых требуется весьма незначительное количество минеральных веществ и которые удовлетворяются ничтожным содержанием этих веществ из выпадающих атмосферных осадков. Поэтому торф верховых болот низкозолен и широко используется как энергетическое сырье. Основная часть торфяных болот сосредоточена в зоне лесов бореального и умеренного холодного климата Северного полушария.
Весьма своеобразны лесные болота приморских низменностей тропических и субтропических стран, распространенные на побережьях Флориды, Центральной Америки, островов Карибского бассейна, Юго-Восточной Азии. Поверхность этих низменностей постоянно или во время приливов залита водой, по причине чего у деревьев выработались особые корни для газообмена, находящиеся над водой. Тропические приморские лесные болота называются м а н г р а м и. Крупные аккумуляции торфа для мангров нетипичны, хотя есть сведения о мощных (до 10—12 .м) скоплениях древесного торфа в отдельных местах на островах Индонезии.
studfiles.net
