§ 12. Выветривание горных пород

Выветривание обнимает разнообразное изменение горных по­род под влиянием различных физических, химических и биологи­ческих процессов. Все эти причины с превалированием одной из них действуют на горные породы одновременно. Физическое вы­ветривание, разрыхляя массы твердых пород, превращает их в груды обломков, не изменяя химический состав. При этом преиму­щественное значение имеет колебание температуры воздуха (ин­соляция). В странах с умеренным и холодным климатом сильное разрушение приносит вода, проникающая в трещины и тончай­шие щели. Замерзая и увеличиваясь в объеме, вода раскалывает каменные массы. Различают минеральный распад (порода распа­дается на составляющие ее минералы) и глыбовый распад (поро­да разрыхляется на отдельные обломки). Химическое выветрива­ние происходит довольно медленно и совершенно перерождает со­став минералов, входящих в горную породу. Эти изменения про­исходят в результате воздействия воды и растворимых в ней со­лей, кислот и воздуха, имеющего в своем составе азот, кислород и углекислоту. Химическое выветривание легче разрушает слоис­тые и сланцевые породы. Биологическое выветривание при участии живых организмов основано на физических и химических процес­сах. Первыми организмами, поселяющимися на голой скале, яв­ляются трещинные грибы; затем на подготовленную почву оседа­ют лишайники, к ним присоединяются мхи, пропускающие свои тончайшие корни глубоко в толщу породы; за ними следуют не­прихотливые папоротники и более сложные растения.

§ 13. Геологическая деятельность внешних сил Земли

Денудация обозначает совокупность геологических процессов, обусловленных деятельностью воздуха, воды и организмов, в ре­зультате чего происходит снос продуктов выветривания, выглажи­вание рельефа и понижение земной поверхности. Денудационные процессы действуют в разных областях различно, видоизменяя первичные формы рельефа земной поверхности. Они производят разрушение горных пород, перенос и отложение продуктов разру­шения. Основную роль в формировании земной поверхности вы­полняют физико-геологические процессы: они протекают быстро и энергично, играя существенную роль в устойчивости берегового склона и участка будущего порта.

Характер взаимодействия моря и суши обусловлен главным образом работой моря, заключающейся в постоянном ударе волн, вызывающих разрушение берега, обтачивании или шлифовании разрушенного материала, перенесении и отложении продуктов разрушения. Первые три процесса носят название абразии. На формирование берега действуют приливы и отливы и вдольбереговые течения. Наряду с разрушением берега происходит и обра­зование новых элементов суши, в особенности на пологих берегах.

Характер прибоя волн различен и зависит от глубины моря (приглубый берег, отмелый берег). Наиболее интенсивную работу волны производят в прибрежной полосе. Главная сокрушительная сила удара волн сосредотачивается у высоких берегов, и здесь наиболее ощутимы результаты работы волн. Волны, разбиваясь о крутой берег, образуют на высоте постоянного прибоя углубле­ние или желоб, что в дальнейшем вызывает обрушение в море нависающих над ним скал. Выемка или желоб быстро восстанавливается, затем навес снова обрушается, и береговой уступ посте­пенно отступает в глубь материка. Волны, подхватывая свалив­шиеся обломки и двигая их, производят удары о прибрежные утесы, ускоряя их разрушение. При движении обломки разруша­ются и округляются взаимным трением. Чем дальше отодвигается береговой уступ, тем больше сила волны перемещения тратится на преодоление трения о волнопрнбойную террасу, и наступает такой момент, когда вся сила волны перемещения тратится на преодоление силы трения, и размыв берега прекращается.

Расчленение берега возникает в том случае, когда породы раз­личной плотности залегают на коротких расстояниях. Участки, сложенные из твердых пород, выступают в море, в более размы­ваемых породах образуются углубления и создается довольно мел­кая расчлененность берега. Иногда разрушение выдвинувшейся части берега происходит с двух сторон, и здесь волны могут про­бить ворота. Такие образования известны в Крыму (Кара-Даг). При однородном строении берега его размыв и отступление проис­ходят довольно равномерно и он сохраняет свою прямолинейность и нерасчлененность. При быстром отступлении берегового обры­ва небольшие ручьи и временные водотоки не успевают выраба­тывать новые профили и возникают висячие долины, типичные для Кавказского побережья Черного моря между Новороссийском и Адлером.

Останцы в море несут следы прибоя волн на разной высоте, в зависимости от силы прибоя (рис. 9). На снимке видны углубле­ния в скале, выработанные прибоем волн. Высота скалы около 3 м.

Береговой обрыв, сложенный из глинистых и суглинистых по­род, подвержен оползням и при подмыве сползает громадными глыбами, образуя ясно выраженные террасовидные обрывы. Та­кой характер берегов типичен для Азовского моря.

Наиболее интенсивно подвергается размыванию морем берег в случае медленного опускания суши или поднятия уровня моря;

тогда размывающая работа моря особенно велика. Наступление моря па сушу вследствие опускания берега (трансгрессия моря) вызывает постепенное черепитчатое перекрытие одного слоя дру­гим. Отступление моря из занятой им ранее области, при медлен­ном поднятии берега (регрессии моря) образует своеобразное регрессивное залегание пластов, при котором горизонтальное распространение каждого вышележащего слоя меньше, чем ниже­лежащего.

Рис. 9. Скала со следами прибоя

Образование водохранилищ вызывает сразу же после затопле­ния абразию берега, выработку берегового обрыва (клифа), бе­регового склона (абразионной террасы) и берегового уступа. При сработке уровня воды абразионная терраса обнажается и начина­ет размываться (рис. 10).

Аккумулятивные формы плоских берегов зависят от наклона подводного берегового склона и берега. Чем положе берег, тем он является более устойчивым. На плоских берегах по мере при­ближения к берегу высота волны увеличивается, становится более крутой и на некоторой определенной линии вспенивается и опро­кидывается, приобретая поступательное движение, идет более или менее толстым слоем вперед и вверх, взбираясь на полого подни­мающийся берег. Наличие подъема замедляет движение воды, и когда энергия наступающего слоя израсходуется на трение и на противодействие собственной тяжести, волна после мгновенной остановки, под действием собственного веса, скатывается вниз к подножию новой надвигающейся волны.

11ереносная деятельность волн ограничивается довольно узкой прибрежной полосой, но во время сильных бурь на мелководном подводном береговом склоне ширина его может достигать значи­тельной величины и здесь могут образоваться песчаные отмели — подводные валы, параллельные берегу, иногда в несколько рядов.

От берега и между собой они разделяются более или менее глу­бокими ложбинами. Продукты разрушения подвергаются сорти­ровке, и разнообразный обломочный материал распределяется соответственно его крупности на разных глубинах и в различных расстояниях от берега.

Рис. 10. Размыв абразионной терра­сы, обнажившейся при сработке уровня

Передвигаемые вдоль берега волнением и течением наносы мо­гут отлагаться там, где уменьшается их скорость. Обычно такое явление происходит при изгибе берега или при входе в бухту на мелководных побережьях. Отложения наносов у изгиба берега образуют косы. Все морские косы и начинаются как раз у круто­го поворота берега, причем линия внешней стороны косы представ­ляет прямое продолжение бере­говой линии выше припая. При выдвижении косы в море рост ее благодаря большим глубинам замедляется, оконечность косы начинает загибаться в сторону берега, и коса раздувается по сравнению с ее средней частью. Подводные части кос (россыпи) обычно следуют направлению надводных частей кос.

Размывающая деятельность текучих вод (эрозия) состоит в разрушении горных пород, пере­носе продуктов разрушения, обта­чивании и шлифовании тверды­ми частицами дна и откосов русла и отложении продуктов разрушения. Это происходит главным об­разом на выходе в море, где течение прекращается. Количество воды в реке обусловливается размерами питающего его бассейна и соотношением количества выпадающих осадков с их испарением. Размывающая деятельность многих рек связана с коротким пе­риодом половодья.

Окончательный профиль долины размыва представляет пра­вильную кривую — профиль равновесия, или кривую русла. Ли­ния, до которой река может углубить свое русло, является кри­вой предельного склона. Подножье склона называется базисом эрозии. Эрозия разделяется на глубинную эрозию (донный раз­мыв) и боковую эрозию (размыв берегов). Боковой эрозией река увеличивает свою длину.

Работа ветра (выдувание) состоит в механической деятельно­сти атмосферы и охватывает всю земную поверхность. Сам про­цесс представляет собой развевание и выдувание материалов, со­зданных выветриванием горных пород, и их отложение в виде осадков. При сильном и продолжительном ветре могут возникать пыльные бури. Ветер свободно может передвигать по поверхности земли зерна песка (мелкие и средние), откладывая их в местах затишья или загражденья и образуя дюны. Благоприятные усло

вия для образования дюн встречаются на низменных песчаных берегах морей, озер и рек, где ветры дуют по направлению к бе­регу в течение продолжительного времени. Дюны имеют вид длин­ных валов, перпендикулярных к направлению ветра, пологих с наветренной стороны (наклон 5—12°) и крутых с подветренной стороны (наклон 28—30°). Их движение останавливается при по­мощи растительности на небольшом расстоянии от берега. Дюны распространены по восточному побережью Балтийского моря, и особенно по берегу Финского залива, встречаются на пологих бе­регах рек Волги, Оки, Дона и др.

Разрушенные выветриванием продукты, оставшиеся на месте (элювий), представляют собой механическую смесь из наиболее устойчивых компонентов материнской породы. Различают элювий глинистый, песчаный, щебенистый и глыбовый.

Делювием называют разнообразные продукты выветривания (глины, песка и др.) перемещенные дождевыми и талыми водами или сползанием под действием собственной тяжести вниз по скло­ну и здесь отложившиеся. В делювиальных отложениях обычно нет слоистости, но иногда наблюдается некоторая сортировка ма­териала.

К пролювию относятся отложения временных водотоков, на­капливающихся у подошвы гор и состоящих из рыхлых образо­ваний разных размеров от крупных глыб и валунов до тонких гли­нистых частиц. В руслах горных оврагов и конусов выноса у по­дошвы гор накапливается чаще грубообломочный пролювий; на предгорные равнины обычно сносится глинистый материал.

Эоловые отложения образуются в результате переноса ветром тонких частиц во взвешенном состоянии и отложении их из воз­духа. К ним относятся пески дюн, лесс (тонкозернистая макро­пористая порода) и др.

Лёссовидный суглинок является грубой породой, обладающей макропористостью и водонепроницаемостью. При сильном увлаж­нении он приобретает просадочные свойства. Для суглинка ха­рактерна легкая размокаемость в воде. Покрывает почти сплошь все пространство Черноморского и Азовского побережий.

К числу гравитационных движений на морских берегах отно­сятся обвалы, осыпи и оползни.

Обвалом называют такое явление, при котором масса породы не оползает по склону, а мгновенно опрокидывается вниз. В об­вале различают область срыва масс, их путь и площадь отложе­ния. Обвалы происходят в результате нарушения связности гор­ных пород из-за выветривания, действия поверхностных и под­земных вод и силы тяжести. Обвалы могут вызвать и землетря­сения.

Осыпями называют продукты разрушения горных пород в ре­зультате выветривания, скатывающиеся вниз по склону и скопляю­щиеся у его подножья. Осыпи состоят из разного размера угло­ватых обломков. Крутизна осыпей зависит от литологического состава материнской породы и колеблется в пределах 30—40°. Вме

щающиеся в осыпи частицы пород не сортированы. Они присло­нены к склону.

Обвалы и осыпи довольно часто распространены по береговым склонам морей. Более опасны для портовых сооружений обвалы.

Оползнями называют медленные смещения .масс горных пород вниз по склону без опрокидывания, происходящие под влиянием силы тяжести. Оползни развиты на крутых берегах морей. Массу сползших горных пород называют оползневым телом, а углубле­ние на склоне, образовавшееся при оползне — оползневым цир- ром. В теле оползня различают: плоскость скольжения—-плос­кость, по которой идет смещение массива; бровку срыва или над- оползневой уступ—-уступ оползня, образовавшийся в материнской породе после сползания массива; оползневой вал выпирания — выпучины у подножья склона; оконечность оползня. Оползневой вал выпирания наблюдается при оползнях по берегам морей и располагается в море недалеко от уреза берега. Обычно оползне­вой вал выпирания быстро размывается.

Степень устойчивости берегового склона (коэффициент устой­чивости ) оценивается величиной отношения всех сил сопротив­ления перемещению масс действующих в толще склона, к активным сдвигающим силам :

(1)

При существует обеспеченная устойчивость, при

равновесие на пределе, при — равновесие склона неустой­чиво.

Главнейшими причинами, вызывающими образование оползней по берегам морей, являются: наличие подземных вод выше поверх­ности моря; существование наклона слоев к морю; подмыв по­дошвы откоса морем. Помимо подземных вод большую роль иг­рают и атмосферные осадки, если по условиям рельефа они мо­гут скопляться на поверхности склона. Особую роль атмосферные осадки играют на склонах, уже нарушенных оползнями и изоби­лующих разрывами, трещинами и пр.

Нарушение равновесия может возникнуть вследствие следую­щих причин: изменения веса массы пород, лежащей выше грани­цы между водоупорными и водоносными слоями; размыва осно­вания склона водой; увеличения в водоносном слое дождевых или талых вод; появления трещин и пр. Перечисленные факторы пред­шествуют и обусловливают появление оползней. Для развития оползня необходимы непрекращающиеся движения нижней пас­сивной зоны и нарастания массы в верхней активной зоне (отрыв новых клиньев).

Сам характер деформации служит признаком, определяющим форму оползневого тела, а скорость его движения предопределяет необходимые защитные мероприятия. Перемещение оползневого языка (конечная часть оползня) на несколько сантиметров в год Может оказаться вполне допустимым для свободно стоящего отко-

са канала. В других случаях обеспечение прочности берегового уступа потребует устройства бетонного заграждения. Мероприятия для устойчивости оползня выявляются после проведения инженер­но-геологических исследований берегового уступа и подводного берегового склона. До проведения исследований дноуглубитель­ные работы в оползневом районе проводить не рекомендуется.

На морских побережьях показательными являются оползни: черноморские (Одесский залив, Крым) и азовские (южный берег моря).