Тема 5. Озерные отложения.
Генетические классификации озерных котловин. Различные принципы классификаций озерных водоемов. Понятие о лимногенезе. Особенности полярного лимногенеза. Накопление органического и минерального вещества в озерных водоемах. Классификация озерных отложений (волновые отложения пляжевой и прибрежной групп фаций, озерные нефелоидные отложения, озерные склоновые отложения, озерные турбидитовые отложения, озерные хемогенные отложения, озерные биогенные отложения, озерные вулканические отложения). Закономерности колебаний уровней озер и формирования террасового комплекса.
Тема 6. Геологическая деятельность ледников и отложения ледникового ряда.
Определение понятий ледник и оледенение. Условия формирования ледников. Типы ледников. Питание ледников, ледниковая абляция и ее типы. Закономерности и типы движения льда в леднике. Кинематические волны и серджи. Фазы развития оледенения. Экзарационная деятельность ледников (плакинг и ледниковая абразия, понятие о ледниковой штриховке и ледниковых бороздах, формирование «бараньих лбов» и «курчавых скал», друмлины, кары, цирки, троги, ригели, висячие долины). Типы обстановок осадконакопления, связанных с ледниками (субгляциальная, супрагляциальная, маргинальная, перегляциальная, ингляциальная). Ледниковые отложения или морены и связанные с ними формы рельефа (фации основных морен, фации абляционных морен, краевые или конечные морены). Флювиогляциальные отложения и связанные с ними формы рельефа (зафронтальные – озы, флювиокамы и предфронтальные – флювиогляциальные дельты, камовые террасы, зандры). Ледниково-озерные отложения и связанные с ними формы рельефа (зафронтальные – лимнокамы и звонцы, предфронтальные – отложения камовых террас и ленточные отложения). Ледниково-морские отложения (отложения айсбергового разноса, подводные морены шельфовых ледников, подводные морены ледникового края). Особенности ледниковых отложений горных стран. Гляциотектоника. Гляциоизостазия. Гляциоэвстазия.
Ледник – это масса льда преимущественно атмосферного происхождения, испытывающая вязкопластическое течение под действием силы тяжести и принявшая форму потока, системы потоков, купола (щита) или плавучей плиты.
Оледенение – это:
Совокупность длительно существующих природных льдов различного происхождения: ледников, морских, озерных, речных, наледных, грунтовых и пещерных льдов. Иногда говорят особо о наземном, морском и подземном оледенениях, каждое из которых является совокупностью многолетних льдов разного генезиса. Выделяют также оледенения покровного, горно-покровного (переходного, или сетчатого) и горного типов.
Процесс сильного увеличения массы ледников и других многолетних льдов, отражающий общеклиматические изменения. Периоды такого увеличения оледенения многократно повторялись в истории Земли.
Условия формирования – когда земная поверхность пересекает уровень, выше которого накопление твердых атмосферных осадков преобладает над их таянием и испарением. Уровень (снеговая линия) представляет собой отражение нижнего уровня хионосферы в реальных условиях рельефа земной поверхности.
Различают несколько видов Снеговой линии:
Климатическая Снеговая линия, или теоретическая, представляет собой нижнюю границу сохранения части выпадающих твердых осадков на горизонтальной незатененной поверхности.
Истинная Снеговая линия, или местная, — это наивысшее положение снеговой линии в конце лета на реальной поверхности; ее можно определять как среднее за многолетний период и как среднее из ее положений в разных условиях рельефа рассматриваемого района.
Орографической Снеговой линией называется нижняя граница постоянных снежников;
Снежник - неподвижное (иногда медленно сползающее) скопление снега и льда, сохраняющееся на земной поверхности в течение части или всего теплого времени года после стаивания окружающего снежного покрова.
Виды ледников
Различают: наземные ледники, которые налегают на каменное ложе, расположенное выше уровня океана, и «морские» ледники, которые состоят из внутренних частей — «морских» щитов с ледяными потоками, налегающих на каменное ложе, погруженное значительно ниже уровня моря, и периферических частей — плавучих шельфовых ледников.
Различают горные, или ледники стока, и покровные, или ледники растекания.
Питание ледников.
Ледники состоят из областей питания(тут только твердые осадки) и абляции, разделенных границей питания.
Абляция – процесс или результат уменьшения массы ледника посредством таяния, испарения, сдувания снега ветром, обвалов льда и откалывания айсбергов.
По месту проявления различают три вида Абляции: подледниковую, внутриледниковую и поверхностную.
Подледниковая абляция происходит на границе ледника с ложем и вызывается геотермическим потоком тепла, трением льда о ледниковое ложе и жидкой водой, проникшей под лед. Внутриледниковая абляция проявляется внутри ледника и связана с трением отдельных слоев ледника, циркуляцией воды и воздуха в полостях и трещинах ледника. Оба эти вида абляции измерить практически невозможно, но по косвенным расчетам и наблюдениям можно предполагать, что на горных ледниках они не превышают 5 % поверхностной абляции.
Поверхностная абляция представляет собой убыль снега и льда на поверхности ледника, она обусловливается метеорологическими факторами и может быть подсчитана. Основной составляющей поверхностной абляции служит таяние, а испарение имеет существенное значение лишь в условиях крайне сухого и солнечного высокогорья.
Закономерности и типы движения льда в леднике.
Различают три основных типа движения льда, нередко проявляющиеся совместно.
Пластическое течение является главным типом движения и сопровождается образованием множества поверхностей внутреннего срезания, около которых происходят подплавление и перекристаллизация, из-за чего лед приобретает полосчатое строение, позволяющее видеть его разнообразные динамические текстуры.
Второй тип — это движение по внутренним сколам — надвиговым поверхностям, рассекающим тело ледника на отдельные наклонные против течения чешуи,— которое может возникать, например, при увеличении содержания моренного материала во льду или при уменьшении его мощности в краевой части.
Третий тип — глыбовое скольжение, когда лед движется как единое целое под влиянием бокового давления соседних масс льда.
Кинематические волны и серджи.
Стабильное движение ледников часто осложняется явлением, называемым кинематическими волнами. Они представляют собой реакцию ледника на заметные изменения баланса массы, вызываемые короткопериодными климатическими флуктуациями. Избыточное накопление снега служит причиной зарождения вблизи линии равновесия волн изменения мощности, которые смещаются вниз по леднику намного быстрее самого ледника. В результате прохождения кинематической волны восстанавливается равновесный профиль ледника. В пределах одного ледника одновременно может проходить несколько кинематических волн с разной скоростью. Когда кинематическая волна достигает края ледника, она вызывает увеличение толщины льда вблизи его конца и как следствие — кратковременное наступание ледника.
Время реакции ледника на изменение баланса массы у горных ледников составляет 20—50 лет, а у материковых щитов — 2500—5000 лет.
Особый режим нестабильного движения присущ пульсирующим ледникам, которые испытывают так называемые релаксационные колебания в виде периодических катастрофических подвижек, или серджей.
Сердж представляет собой явление внезапного ускорения движения ледника (в 10—100 раз) из-за резкого падения сцепления с ложем. Обычно он сопровождается быстрым наступанием края, при этом поверхность ледника резко снижается и выполаживается, образуется так называемая «лапа» — далеко выдвинутая лопасть.
Экзарационная деятельность ледников (плакинг и ледниковая абразия, понятие о ледниковой штриховке и ледниковых бороздах, формирование «бараньих лбов» и «курчавых скал», друмлины, кары, цирки, троги, ригели, висячие долины).
Экзарация (ледниковое выпахивание, ледниковая эрозия) – разрушение ледником горных пород, слагающих ложе ледника и вынос продуктов разрушения к краю ледника. В том числе при участии эрозионной деятельности талых ледниковых вод.
Экзарация, прежде всего, связана с двумя механизмами, с отщеплением или выламыванием обломков (плакингом) и истиранием пород ложа (абразией). Первый механизм состоит в том, что скользящий по ложу лед в отдельные моменты примерзает к нему, вырывает и увлекает за собой куски породы. Второй механизм сводится к стачиванию ложа с помощью обломков прочных пород, входящих в состав придонной морены.
Образованные денудационные формы рельефа называются экзарационными или формами ледникового выпахивания.
Ледниковая штриховка – борозды и царапины, выпаханные ледником на поверхности горных пород.
Бараньи лбы – бугры, сложенные плотными горными породами, сглаженными и отполированными ледником. Склон бараньего лба, обращенный в сторону ледника (проксимальный) – пологий, противоположный (дистальный) – обычно крутой.
Курчавые скалы – образуют группы бараньих лбов.
Друмлины – (ирландское drumlin) холмы продолговато овального очертания, длиной 1-15 км, шириной от 100-200м до 2-3 км и высотой 5-25 м.
Кары – (шотландское corrie – кресло) нишеобразное углубление, врезанное в верхнюю часть склонов гор. Располагается на уровне снеговой границы.
Цирки – котловины в горах в виде амфитеатра, замыкающие верхний конец ледниковой долины (трога) и вмещающие фирн и лед.
Троги – (немецкое Trog – корыто) корытообразные, преобразованные ледником эрозионные долины в горах.
Типы обстановок осадконакопления, связанных с ледниками (субгляциальная, супрагляциальная, маргинальная, перегляциальная, ингляциальная).
Выделяют четыре типа главных обстановок осадконакопления и соответствующих комплексов осадков:
1) субгляциальную (подледную), охватывающую не только контакт ледник — ложе, но и некоторый объем придонных слоев льда, а иногда и затронутую ледниковыми процессами верхнюю часть пород ложа;
2) супрагляциальную (наледную) — на абляционной поверхности ледника, включающей открытые трещины и глубокие проталины;
3) маргинальную (краевую), включающую край ледника и непосредственно прилегающую к нему сравнительно узкую полосу за его пределами, носящую название прогляциальной;
4) перигляциальную — на некотором удалении от края ледника за пределами непосредственного воздействия ледникового фронта.
Существует пятая — ингляциальная (внутриледниковая) обстановка. Однако ингляциальные образования самостоятельной роли в строении ледниковых комплексов практически не играют.
Ледниковые отложения или морены и связанные с ними формы рельефа (фации основных морен, фации абляционных морен, краевые или конечные морены).
В результате воздействия ледника на породы ложа (экзарации) его приподошвенная часть насыщается обломочным материалом. На скальных породах он состоит из глыб, окатываемых в валуны, часто утюгообразные, со штриховкой, а также из щебня и дресвы, которые, истираясь, служат источником более мелких фракций. Часть мелкозема образуется и непосредственно в процессе абразии льдом субстрата. У горных ледников обломочный материал, кроме того, попадает и сверху — со склонов долин. Двигаясь по ложу из рыхлых осадочных пород, ледник ассимилирует значительно большее количество материала, а его гранулометрический состав зависит от состава этих пород.
В области многолетней мерзлоты основные морены часто не протаивают и после отступания ледника. В этом случае их называют изначально мерзлыми. В них сохраняются все, даже мельчайшие, особенности ледниковой текстуры, а нередко встречаются и погребенные залежи реликтового глетчерного льда.
ФАЦИИ ОСНОВНОЙ МОРЕНЫ.
Это первая группа фаций образуется при преобладании пластического течения. В ней наиболее распространенной является фация плитчатой морены, которая формируется при умеренном послойно-дифференцированном течении. Она представляет собой более или менее однородные пласты валунных суглинков или супесей с четкой плитчатой текстурой (толщина плиток от 2 до 20, чаще всего 5—10 см). Если ледник двигался по разнородным осадочным породам, отдельные плитки и пропластки могут различаться по цвету и составу и имитировать осадочную слоистость.
Фация сланцеватой морены связана с интенсивным пластическим течением и характеризуется сближенностью поверхностей скольжения, образующих гнейсовидную текстуру. Толщина слойков — не более 1,5 см, а чаще 1—5 мм. Нередко слойки срезают друг друга и порода приобретает линзовидно-ромбоидальную отдельность. Отличать текстуры «сланцеватой морены от осадочной слоистости помогают наблюдения за формой включений рыхлых пород: у их краев можно видеть следы постепенного разрушения с вовлечением материала во флюидальные текстуры.
Фация массивной морены, как предполагают, образуется на участках замедленного течения, где плоскости скольжения удалены и слабо выражены; она встречается редко и по простиранию быстро сменяется плитчатой и сланцеватой мореной.
Фация складчатой морены формируется в зонах выдавливания возле выступов ледникового ложа или при слиянии отдельных потоков льда. Для нее характерны разнообразные складчатые деформации всех текстурных элементов, осложненные разрывами; складчатость обычно интенсивная и дисгармоничная. Часто встречающиеся опрокинутые и сорванные складки могут быть использованы для определения направления движения льда.
Фация флютинг-морены, представляющая собой регулярные линейно вытянутые в направлении движения льда скопления моренного материала, отложенные предположительно между струями льда в обстановке резких кратковременных наступаний краевых лопастей в заключительную фазу оледенения.
Чешуйчатые Морены – они образуют вторую группу фаций, которая связана с движением льда по внутренним сколам. В ней различают несколько фаций и подфаций (собственно чешуйчатая, ребристая, сетчато-ячеистая и крупных отторженцев), общая черта которых — чешуйчатонадвиговое строение, часто выраженное в рельефе поверхности. Отдельные чешуи могут состоять только из моренного материала, но часто включают и деформированные породы ложа, которые либо слагают целые чешуи, либо затянуты между ними по надвиговым швам.
Абляционная морена
При таянии ледника часть находящегося на поверхности и включенного в него обломочного материала выносится талыми водами, а часть в более или менее промытом виде оседает и образует чехол на основной морене (перлювиальная фация). Такой покров имеет рыхлое сложение, маломощен и не является сплошным. Он состоит обычно из песчано-гравийно-галечных пород с примесью мелкозема и повышенным содержанием валунов. В нем не сохраняется первоначальная динамическая текстура (за исключением ориентировки части крупных обломков). Не менее характерны при образовании абляционных морен процессы перемещения насыщенного водой моренного материала в виде оползней и солифлюкционных потоков в понижения рельефа и водоемы у края ледника и на его поверхности; образующиеся при этом отложения выделяются в самостоятельную фацию морен сплывания.
Краевые (конечные морены)
Это — ледниковые образования повышенной мощности, возникающие перед фронтом ледника. Они по большей части отчетливо проявляются в рельефе и на равнинах образуют пояса, которые можно проследить на сотни километров. Краевые морены горных ледников подразделяются на конечные и боковые. По способу образования различают несколько видов краевых морен, которые чаще всего встречаются совместно
Морены выдавливания. Возникают на податливых породах в результате их выжимания из-под края льда, в виде выраженного в рельефе вала, сложенного интенсивно дислоцированными и динамически метаморфизованными породами (гляциотектонитами).
Морены насыпные. Образуются путем сгружения доставляемого ледником абляционного материала с его фронтального уступа. Для их возникновения требуется более или менее длительное стационарное положение ледникового края.
Морены напора. При подвижках ледник, подобно бульдозеру, оказывает воздействие на уже сформированные насыпные и выдавленные морены, а также на находящиеся перед его фронтом флювиогляциальные наносы. Срезая и сгребая их, он образует морены напора — сложные нагромождения весьма пестрых по составу пород.
Флювиогляциальные отложения и связанные с ними формы рельефа (зафронтальные – озы, флювиокамы и предфронтальные – флювиогляциальные дельты, камовые террасы, зандры).
Образования, возникающие при осаждении из потоков талых ледниковых вод, объединяются в генетический тип флювиогляциальных отложений.
Среди этих отложений различают внутриледниковые (зафронтальные) и приледниковые (предфронтальные).
Внутриледниковые (зафронтальные) образования.
Наиболее типичны среди внутриледниковых образований озы и флювиокамы.
Озы (Эскеры). Это — удлиненные валообразные возвышенности, иногда с узким гребнем, извилистые в плане. Их протяженность изменяется от 0,5 до нескольких десятков и даже сотен километров, ширина основания— от нескольких десятков метров до 300—400 м, высота над окружающей местностью может достигать 50 м (в исключительных случаях 80—90 и даже 250 м), крутизна склонов 10—30° (до 40°).
Принято считать, что в большинстве случаев озы представляют собой «слепки» подледниковых, а также внутри- и наледниковых каналов стока талой воды. Накопившийся материал при дегляциации проецировался на ледниковое ложе или поверхность основной морены.
Флювиокамы. Это — одна из разновидностей камов. Камами называют изолированные холмы или специфические комплексы, состоящие из холмов и западин, или платообразные возвышенности из слившихся холмов. Камы возникают в результате аккумуляции водноледниковых отложений в трещинах и пустотах пассивного или мертвого льда или между отдельными глыбами мертвого льда.
Приледниковые (предфронтальные) образования.
Среди них выделяют флювиогляциальные дельты, камовые террасы и зандры.
Флювиогляциальные дельты. Образуются в местах выхода подледниковых потоков, обладающих большим гидростатическим давлением и несущих много взвешенных и влекомых наносов, которые откладываются в виде наклонного дельтового конуса.
Камовые террасы. Слоистые отложения потоков талых вод в понижениях между краем ледника и примыкающим склоном долины после исчезновения льда образуют аккумулятивные формы с плоской или слабоволнистой поверхностью, известные под названием камовые террасы.
Зандры. Это — полого наклоненные от ледникового края конуса, образованные блуждающими и дробящимися на рукава потоками талых вод, перегруженных наносами. В узкой полосе около ледника отлагаются в основном галька и гравий, дальше на больших пространствах — пески, а алевритовые и глинистые частицы обычно выносятся далеко за пределы зандров, попадая в состав речных и озерных отложений. Слившиеся зандровые конусы образуют зандровые поля.
Ледниково-озерные отложения и связанные с ними формы рельефа (зафронтальные – лимнокамы и звонцы, предфронтальные – отложения камовых террас и ленточные отложения).
Внутриледниковые (зафронтальные) отложения.
Лимнокамы. Озера, расположенные в пределах полей мертвого льда, быстро заполняются осадками, которые после окончательного таяния льда проектируются на основную морену, создавая крутосклонные холмы (высотой до 40—50 м) — так называемые лимнокамы.
Звонцы. Другая разновидность внутриледниковых форм. Это — платообразные изолированные возвышенности, сложенные преимущественно слоистыми глинами, залегающими на высоком цоколе из морены. Их возникновение связано с озерами, заполнявшими крупные проталины над положительными формами моренного рельефа. Глины звонцов используются для производства керамзитового гравия, грубой керамики и кирпича
Приледниковые (предфронтальные) образования.
В приледниковой зоне к ледниково-озерным принадлежат отложения камовых террас (в тех случаях, когда они формировались в стоячих водоемах) и распространенные гораздо шире ленточные отложения. Наиболее характерная разновидность последних — ленточнослоистые глины, супеси и пески. Ленточная слоистость этих пород отражает сезонные колебания волнового режима и привноса абляционного материала.
Ледниково-морские отложения (отложения айсбергового разноса, подводные морены шельфовых ледников, подводные морены ледникового края).
Айсберговые отложения. У плавучих ледников ледяной край время от времени обламывается, образуются айсберги. Дрейфующие айсберги служат основным источником рассеянного в морских отложениях обломочного материала, который разносится по акватории, концентрируясь полосами вдоль постоянных течений. Отдельные обломки горных пород, в том числе и ледниковые валуны, падают на дно чаще всего вертикально, центром тяжести вниз, продавливая еще неконсолидированный осадок. Они образуют редкие чужеродные включения в слоистых морских отложениях. При переворачивании айсберга происходит одновременное поступление более значительного количества абляционного материала. При этом на дне формируются пакеты айсберговых отложений, включающие самый разнообразный материал: от моренного суглинка до субвертикально ориентированных крупных валунов. Подошва айсбергового пакета обычно бывает неровной, а кровля несет следы размыва с выравниванием микрорельефа дна.
Особенности ледниковых отложений горных стран. Гляциотектоника. Гляциоизостазия. Гляциоэвстазия.
Ледниково-озерные отложения формировались в горах в эпохи деградации ледников в цунговых (языковых) и ледниково-подпрудных бассейнах. Первые, располагавшиеся в депрессиях между фронтальными частями отступающих ледников и конечными моренами более ранних стадий деградации, характеризовались сравнительно небольшими размерами и глубиной.
Ледниково-подпрудные бассейны возникали либо в главных долинах в результате перегораживания их ледниками, выдвинувшимися из долин притоков, либо в последних вследствие подпруживания их ледником главной долины. Они характеризовались значительными размерами, большими глубинами (до 600—700 м и более), непостоянством уровней и существовали, как правило, непродолжительное время. Отложившиеся в них осадки обычно имеют песчаный состав.
Гляциотектоника. Раздел гляциальной геологии, предметом которого являются нарушения в залегании горных пород, вызванные действием ледников, т. е. гляциодислокации. К числу гляциотектонических образований часто относят крупные блоки горных пород, оторванные от ложа и смещенные льдом (отторженцы). Явлениями гляциотектоники также считаются деформации пород, связанные с процессами деградации мертвого льда, в т. ч. айсберговые дислокации, а также гляциоизостатические движения земной коры. Гляциотектоника не рассматривает деформированные и раздробленные массы горных пород, которые были захвачены ледниками, вовлечены в их поступательное движение и стали влекомой мореной.
Понятия о гляциоизостазии и гляциоэвстазии
ГЛЯЦИОИЗОСТАТИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ. Вертикальные движения (поднятия, опускания) в областях современного и древних оледенений, являющиеся следствием нарушения изостатического равновесия земной коры при появлении и исчезновении ледниковой нагрузки. По современным геофизическим представлениям, дополнительная нагрузка, связанная с покровным оледенением, вызывает горизонтальное растекание подкоровых масс из области оледенения к ее периферии, что происходит в астеносфере — слое пониженной вязкости, лежащем на глубинах от 50—100 до 250—350 км, а исчезновение нагрузки обусловливает обратное движение подкоровых масс.
ГЛЯЦИОЭВСТАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЯ ОКЕАНА. Изменения уровня Мирового океана, связанные с ледниково-межледниковыми колебаниями объема океанской воды. В ледниковые эпохи, когда большие массы воды консервировались в ледниковых покровах, этот объем сокращался и уровень океана снижался, а в межледниковые эпохи, к началу которых оледенения сокращались до размеров, близких к современным, уровень океана вновь повышался.