Ганжара Геология и ландшафтоведение

При прочих равных условиях полиминеральные горные породы разрушаются быстрее мономинеральных;

Крупнозернистые горные породы разрушаются легче одинаковых с ними по составу мелкозернистых;

Вторичные (гипергенные) минералы более устойчивы по сравнению с первичными.

Продукты выветривания

Продукты выветривания после своего образования частично остаются на месте своего образования, а частично, удаляются из зоны реакции. Последние растворяются в подземных водах, переносятся ветром, смываются дождевыми и талыми водами или просто скатываются вниз по склону под действием силы тяжести.

Продукты выветривания, оставшиеся на месте своего образования, называются элювий. Элювий накапливается всегда и вез-

де, так как выветривание процесс повсеместный. Продукты выветривания, накапливающиеся на месте своего образования, фор-

мируют кору выветривания.

Кора выветривания — комплекс горных пород, возникших

âверхней части литосферы в результате преобразования в континентальных условиях магматических, метаморфических и осадочных пород под влиянием различных факторов выветривания. Формируется преимущественно в зоне просачивания, аэрации, опускаясь ниже ее границы только в особо благоприятных условиях. В понятие кора выветривания, помимо типичного элювия, сохранившего структурные признаки исходной породы, входят также элювиальные образования, утратившие эти признаки, в результате частичного вертикального перемещения вещества в результате выветривания (например, в результате выщелачивания известняков), а также некоторые инфильтрационные образования.

Выделяются коры выветривания, возникшие в результате преимущественно физического выветривания горных пород и коры,

âобразовании которых основная роль принадлежит химическим и биогенным процессам. Исходя из характера и степени изменения исходной горной породы, выделяется ряд геохимических типов кор, которые в свою очередь делятся на виды в зависимости от минерального состава конечных продуктов выветривания. Главные геохимические типы кор выветривания: латеритный, сиалитный, окисленных руд, обломочный и др. К наиболее распространенным минералогическим видам кор относятся: гиб-

140

бситовый, каолинитовый, монтмориллонитовый, окисленных суль-

фидных руд и др.

Обломочная кора выветривания развита в аридной и семиаридной зонах и в тундре (в последнем случае среднегодовая температура не выше нуля, осадки выпадают в твердом виде, поэтому преобладает морозное выветривание). Вверху она представлена пылеватыми породами (особенно в зонах, где проявляется морозное выветривание), ниже дресвой, еще ниже — мелкой щебенкой, крупность которой вглубь увеличивается до глыб. Еще ниже развиты трещиноватые породы, переходящие в неизмененную материн-

скую породу.

Латеритная кора выветривания развивается преимущественно на основных и щелочных магматических горных породах на территории Африки, Южной Америки и в других тропических и субтропических районах с влажным тропическим климатом (фото. 3.34). Названа так из-за кирпично-красного цвета (латер — кир-

пич). Сложена гидроокислами алюминия и железа. Латеритные породы, обогащенные оксидами алюминия, называют бокситами.

Каолиновая кора выветривания развивается преимущественно на кислых и средних магматических горных породах. Для нее характерна вертикальная зональность (снизу вверх): неизмененная материнская порода, материнские трещиноватые породы, обломки материнской породы слабо каолинизированные, переходящие выше в глинистую массу, сложенную каолинитом и гидрослюдами, каолинитом с зернами кварца и с неразложившимися зернами полевых шпатов и слюд. По мнению Н. М. Страхова, такая кора выветривания формировалась в таежно-подзолистой зоне умеренного климата. Примером ее может служить древняя мезозойская кора выветривания, развитая на гранитных массивах Украинского щита и Урала.

Изучение кор выветривания дает возможность установить особенности климата данной местности в период формирования коры. К коре приурочены месторождения многих гипергенных полезных ископаемых: руд железа, марганца, алюминия, охры, каолина, никеля, огнеупорных глин, а также россыпных месторождений золота, драгоценных камней и платины. Из россыпей полезные ископаемые извлекаются значительно легче, чем из материнских невыветрелых магматических пород, содержащих их в рассеянном виде.

Интенсивность выветривания в разных климатических условиях варьирует в десятки раз (таблица 3.6).

141

Таблица 3.6. Зависимость интенсивности выветривания от среднегодовых температур и степени диссоциации воды. (По А. Н. Зонн)

Осадкообразование (седиментогенез).

Заключается в отложении материала разрушенных горных пород в озерах, реках, морях, океанах. В зависимости от того, каким путем происходит отложение (механическое, вследствие процесса коагуляции коллоидных растворов или при участии живых организмов) различают механические, коллоидные, химические и биохимические осадочные процессы и соответствующие осадки.

Диагенетические процессы.

Диагенетические процессы охватывают все явления преобразования осадка сразу же после их отложения и уплотнения. Выражаются они, преимущественно в обезвоживании гидрооксидов, раскристаллизации коллоидных растворов, замещении органических остатков карбонатами, минералами кремнезема, сульфидами железа и т.п. Результатом этих процессов является окаменение осадков (литификация) и образование осадочных горных пород.

В общем случае процессы седиментогенеза и диагенеза являются стадиями литогенеза — представляющими собой совокуп-

ность процессов образования осадков до превращения в осадоч- ные горные породы, а затем в метаморфические. Общая схема литогенеза, с учетом выделяемых в настоящее время градаций катагенеза приведена на рисунке 3.16.

Геологическая деятельность временных водных потоков (дождевых и талых снеговых вод)

Атмосферные осадки, выпадая на поверхность суши в виде дождя и снега, производят огромную геологическую работу по

142

Рис. 3.16. Общая схема стадий литогенеза, по Н.Б. Воссоевичу.

разрушению горных пород и минералов, переносу их и аккумуляции в пониженных участках рельефа, реках, озерах, морях.

Водная эрозия происходит при выпадении любого дождя. Вода, стекая по уклону мелкими без русловыми струйками, образует äåëè — плоскодонные неглубокие понижения (фото. 3.37). Более глубокие промоины — борозды и рытвины дают начало овражной сети. Процесс плоскостного смыва со склонов рыхлых продуктов

выветривания, талыми и дождевыми водами называется делювиальным, а осадки образованные этим процессом на склоне и у его подножия называются делювием (фото. 3.38). В зависимости от

степени активности водного потока при плоскостном смыве различают делювиальные отложения различной степени смытости (фото. 3.39). Тонкий рыхлый материал верхней части делювиальных

143

отложений, накопившихся у подножия склонов, под воздействием атмосферных осадков, переносится на небольшие расстояния к цен-

тру балки и вниз по ее пологому склону, формируя отложения, называемые шлейфами расползания делювия (или просто делю-

виальными шлейфами).

Для большинства равнинных территорий характерно развитие овражно-балочной сети, где по их склонам развиты делювиальные отложения. Дождевые и талые воды, собираясь по водосбору балок, увеличивают свою рабочую силу и транспортируют делювиальный материал далее по днищу балок к выходу из ее устья. По-

добные отложения, сформированные временными водными потоками, называют пролювием (ôîòî. 3.40).

Временные водные потоки, возникающие при интенсивном выпадении атмосферных осадков или быстром таянии снега, сливаясь в крупные ручейки способны размывать склоны в рыхлых породах, образуя овраги. Образование оврагов начинается с неглубокой борозды или рытвины на склоне. В дальнейшем идет ее нарастание вверх и вниз по склону с одновременным углублением. Овраг, устьевая часть которого не достигла базиса эрозии у подножия склона, называется висячим.

Интенсивная эрозия углубляет дно, или тальвег оврага, по которому переносится мелкообломочный материал. Вершина оврага продвигается вверх по склону, постепенно приближаясь к водоразделу, устье к базису эрозии. Достигнув базиса эрозии, овраг вступает в зрелую стадию развития. Его продольный профиль приобретает вогнутую форму, а поперечный V-образную, с крутыми осыпающимися склонами, стремящимися достигнуть естественного угла откоса. При отсутствии тектонической активности на территории днище оврага постепенно становится широким и плоским (корытообразным), а склоны пологими.

Во многих горных регионах под влиянием интенсивного таяния снега, ледников и ливневых дождей возникают временные водные

потоки, несущие большое количество обломочного материала. Такие потоки называются селями. Они возникают внезапно и произ-

водят на своем пути большие разрушения.

Геологическая деятельность рек

Реки на Земле производят огромную денудационную работу по разрушению, переносу и аккумуляции обломочного материала горных пород, существенно преобразуя рельеф. Питание рек зависит от климатических условий районов, по которым они протекают. Разли-

144

чают снеговое питание, характерное для рек Европейской части России, ледниковое — от таяния ледников в горах, дождевое, смешанное питание и питание за счет подземных вод. Характер питания определяет режим рек (количество воды, уровень и скорость тече-

ния), изменяющийся в течение года. Уровень воды в весеннее время самый высокий (паводок èëè половодье) — в засушливый самый низкий (межень). Движение воды в реках турбулентное (вихре-

âîå). Минимальная скорость движения воды у берегов, максимальная в наиболее глубокой части потока — стрежне.

В реках различают: исток — место зарождения водного потока; устье — место впадения в озеро, море; русло — участок реки

между истоком и устьем, по которому протекает водный поток. Способность реки производить работу называют энергией реки,

èëè живойсилой (К). Она пропорциональна количеству (массе) воды и скорости течения. В зависимости от соотношения между живой силой реки Ê и массой обломочного материала, который она переносит (m),меняется направленность и эффективность работы реки. Если Ê = m — наблюдается равновесие между эрозией и аккумуляцией; K > m — преобладают процессы эрозии; Ê < m — преобладает аккумуляция. Когда наступает равновесие между живой силой реки,

массой обломочного материала, который она несет, и сопротивлением пород ложа размыву, то говорят о динамическом равновесии

реки. Каждая река в своем развитии стремится выработать продольный профиль равновесия, который в идеале имеет форму параболи- ческой кривой (рис. 3.17). В начальных стадиях развития реки водный поток стремится выработать свой продольный профиль, сглаживая неровности на своем пути относительно уровня моря или озера, в которое он впадает (преобладает глубинная эрозия). Это часто ос-

ложняется выходами в долине реки более твердых горных пород, образующих уступы (пороги) (фото. 3.43). Если река встречает на своем пути крутые отвесные уступы, она образует водопады (ôîòî.

3.44). При больших уклонах продольного профиля отмечается очень быстрое течение, при малых уклонах течение замедляется.

Уровень бассейна, куда впадает река, называется базисом эрозии (рис. 3.17). Он представляет собой поверхность, на уровне которой водный поток теряет свою живую силу, и ниже его она не

может углубить свое ложе. Различают базис эрозии общий и местный. За общий базис эрозии условно принимают уровень Миро-

вого океана. Местные базисы эрозии могут располагаться на любой высоте и бывают постоянными (уровень озера, моря) и âðå-

менными — водопады, пороги.

145

Рис. 3.17. Схематический разрез продольного профиля реки. Местные и постоянный базисы эрозии.

Выделяют обычно три отрезка в реках: верхнее течение, где преобладают процессы эрозии; среднее течение - с преобладанием процессов переноса; нижнее течение, где доминируют процессы аккумуляции (фото. 3.41-3.46). Такое разделение носит условный характер, поскольку рельеф, определяющий временный базис эрозии, а, следовательно, и направленность в геологической деятельности реки может встретиться на любом отрезке ее течения. В нижнем течении реки уклон продольного профиля уменьшается, приближаясь к горизонтальной линии. Уменьшается скорость те- чения реки и затухает глубинная эрозия. В этих условиях в реке происходят процессы переноса и аккумуляции несомого ею мате-

риала.

Различают эрозию донную, èëè глубинную, направленную на врезание потока в породы дна русла и боковую, ведущую к под-

мыву берегов и расширению долины (фото. 3.42, 3.45).

По мере выработки профиля равновесия и уменьшения уклонов постепенно ослабевает глубинная эрозия и значительно усиливается боковая, направленная на расширение долины.

В русле реки помимо продольного течения воды возникает поперечная циркуляция, особенно в периоды паводков на прямолинейных участках в стрежневой части потока, где скорости течения максимальны и наиболее ярко проявляется турбулентный характер ее движения. Вода опускается ко дну, откуда отток идет в придонном слое к берегам. Эта поперечная циркуляция способствует

146

Рис. 3.18. Схема строения поперечного профиля поймы реки, развития боковой эрозии и аккумуляции аллювия (по Е.В. Шанцеру): А – русло реки; Б – пойма; В – старица; Г – прирусловый вал; Н – уровень паводковых вод; h – уровень межени; М – нормальная мощность аллювия.

Русловый аллювий: 1 – галечник, гравий, крупнозернистые пески; 2 – мелко и тонкозернистые пески; 3 – прослои глин. 4 – пойменный аллювий. 5 – старичный аллювий. 6 – направление поперечной циркуляции водного потока в русле реки.

размыву дна на стрежне и выносу обломочного материала к берегам, где он частично и откладывается, образуя русловые отмели (фото. 3.45).

Изменение режима реки (количества воды и скорости течения) в периоды паводков различных лет вызывает изменения в попереч- ной циркуляции. С этим связано неравномерное накопление наносов, нарушение прямолинейности потока и смещение стрежня то к одному, то к другому берегу. Одновременно с эрозией реки при своем движении переносят волочением по дну, во взвешенном или в растворенном состоянии продукты выветривания, которые называют твердым стоком рек. Обломочный материал, перемещаемый рекой по дну, усиливает глубинную эрозию, сам при этом измельча- ется, истирается и окатывается, образуя гальку, гравий и песок.

По мере выработки профиля равновесия и расширения долины реки боковой эрозией в русле накапливаются неперемещаемые

осадки. Отложения, накапливающиеся в речных долинах в результате деятельности водного потока, называются аллювиальными отложениями, èëè аллювием (ðèñ. 3.18).

Вода речного потока в случае поворота устремляется к вогнутому берегу, где приобретает большую скорость и усиливает

147

донную и боковую эрозию. Вогнутый берег размывается, становится обрывистым и постепенно отступает, увеличивая кривизну изгиба, а в целом и ширину долины реки. Придонные течения захватывают с собой песок, гравий, гальку и откладывают их на вы-

пуклом берегу и в прилежащей к нему части русла реки, образуя, песчано-галечную русловую отмель. Смещение подмываемых

вогнутых берегов и наращивание русловых отмелей у выпуклых берегов приводят к образованию меандр (крутых излучин). Êîã-

да прирусловые отмели достигают большой ширины, части их, уда-

ленные от русла и заливающиеся только в периоды половодий называются поймой èëè пойменной террасой (ôîòî. 3.45, 3.47)

У крупных равнинных рек долина приобретает значительную ширину (более 20 км). Часто между сильно сближенными меанд-

рами происходит прорыв, и русло реки спрямляется, оставляя старое русло серпообразной формы, которое называют старицей (ôîòî.

3.46). Старица превращается в озеро, может заполняться илами, приносимыми полыми водами, зарастать, высыхать, образуя сухие понижения. Иногда озеро превращается в болото.

Аллювий формируется в результате поперечных циркуляцион-

ных движений. Отложения, образуемые водами русла, называют русловым аллювием (фото. 3.45, рис. 3.18). По мере отступания

подмываемого вогнутого берега и следующего за ним смещения русла происходит постепенное наращивание русловой отмели. В большинстве случаев русловой аллювий равнинных рек слагается хорошо промытыми песками различной зернистости. В основании его залегают грубозернистые отложения, разнозернистые или крупнозернистые пески с включением гравия и гальки. Выше располагаются более или менее однородные мелкозернистые и тонкозер-

нистые пески. Для русловых песчаных отложений характерна косая èëè диагональная слоистость (фото. 3.48), часто чередую-

щаяся с линзами супесей или глин. Оседание тонких илистых фракций обусловлено уменьшением живой силы потока при спаде воды.

В периоды половодья затапливаются большие пространства поймы, где начинают осаждаться алевритовые и глинистые, а иног-

да тонкозернистые песчаные частицы (суглинки, глины, супеси), образуя пойменный аллювий (ôîòî. 3.45, 3.47).

В пределах поймы в старичных озерах или болтах, накапливаются отложения, состоящие из темноокрашенных, иногда почти

черных иловатых песков, суглинков и супесей, богатых органическим веществом - старичный аллювий (ôîòî. 3.46, ðèñ. 3.18). Òà-

ким образом, в строении поймы, выделяются три типа аллювия:

148

– русловой аллювий, составляющий главную часть разреза поймы;

–пойменный аллювий, покрывающий русловой;

–старичный аллювий, заполняющий старицы.

В ряде случаев, определяемых климатом и особенностями режима реки, комплексы русловой, старичной и пойменной фаций несколько раз повторяются, налегая друг на друга на разных уровнях.

Пойменный аллювий частично размывается и в разрезе преобладает русловая фация. Такой тип аллювия называется констративным (настилаемым) аллювием.

Âгорных речных потоках, текущих с большой скоростью, пес- чаные и глинистые частицы не оседают на дно, а переносятся к устью рек. В долинах рек откладывается только крупный обломоч- ный материал представленный галечником с валунами. Эти отложения составляют русловую фацию аллювия. Пойменная фация аллювия практически отсутствует или имеет значительную мощность и весьма ограниченное распространение. Она встречается только на расширенных участках горных долин и представлена грубыми песками и супесями, налегающими на русловые галечники, и часто смешивается с пролювиальными отложениями конусов выноса боковых долин временных потоков (фото. 3.41, 3.44, 3.47).

Âрельефе поймы выделяются три крупных геоморфологичес-

ких элемента.

1. Прирусловой вал (прирусловая пойма), непосредственно примыкающий к главному руслу и сложенный преимущественно песками и супесями. Это наиболее возвышенная часть поймы иногда представляющая собой систему параллельных прирусловых ва-

ëîâ.

2. Центральная пойма, располагающаяся за прирусловым валом и отличающаяся от него меньшей высотой и строением (сло-

жена пойменным аллювием).

3. Притеррасная пойма - наиболее пониженная тыловая часть поймы, примыкающая к древним надпойменным речным террасам или к коренному берегу реки. Эти основные геоморфологические элементы поймы осложняются различными микроформами рельефа, связанными с неоднократной миграцией речных русел и деятельностью временных водных потоков.

Выделяют несколько стадий в развитии речных долин. В первую стадию («морфологическая молодость»), преобладает глу-

бинная эрозия. Преобладают глубокие речные долины с крутыми, почти отвесными, склонами. Русло занимает все или почти все дно

149