учебники / Короновский Н.В. «‎Общая геология‎» 3-ие издание

отложения в поноры и образуется воронка просасывания или вымывания. Процессы суффозии широко распространены в природе.

Блюдца и западины представляют собой мелкие, небольшие карстовые воронки. Если воронки разных генетических типов сливаются по несколько штук вместе, то образуется карстовая котловина с рядом углублений на дне. Иногда дно у котловин может быть плоским.

Полья представляют собой довольно большие, на сотни метров в диаметре, неправильной формы понижения, образовавшиеся при слиянии ряда котловин и воронок. В том числе провальных.

Карстовые колодцы и шахты — это каналы, уходящие почти вертикально в известковые массивы на десятки и сотни метров при диаметре в несколько метров. Они образуются при выщелачивании по трещинам, иногда поверхностными водными потоками, размывающими известняки. Шахтами называются вертикальные полости глубиной свыше 20 м, а меньше — колодцами. Если шахты соединяются между собой, а также с субгоризонтальными ходами и пещерами, то образуются карстовые пропасти, достигающие глубины в 1000 м и более.

Слепые долины представляют собой небольшие речки, протекающие в закарстованных районах, имеющие исток, но внезапно оканчивающиеся у какой-нибудь воронки или поноры, куда и уходит вся вода. Иногда долины бывают полуслепыми, когда вода речки вдруг уходит под землю, а потом, через несколько километров, появляется вновь, как это происходит в Западном Крыму около Севастополя. Речка Сууксу, начинаясь на склонах гор, внезапно исчезает, и дальше продолжается лишь ее сухая долина с галькой. Через 10–12 км река вновь появляется в виде мощного источника и уже как р. Черная впадает в Севастопольскую бухту. Надо отметить, что такие слепые и полуслепые долины широко развиты в местах распространения карстующихся пород — на Урале, в Башкирии, в Ленинградской, Смоленской, Нижегородской областях, в Крыму и на Кавказе.

В некоторых районах Европейской равнины известны озера, которые внезапно исчезают, а потом вновь появляются. Дело в том, что эти озера находятся в карстовых котловинах или воронках. Поноры, присутствующие в них, забиты илом, и тогда вода в озерах держится. Но если такая «пробка» вымывается, то и вода уходит в понор и глубже в карстовые полости.

Карстовые пещеры возникают различными способами: путем растворения, выщелачивания и размыва; путем обрушения, раскрытия и последующего размыва тектонических трещин. Подземные воды, протекая по трещинам или тектоническим раздробленным зонам, постепенно растворяют и выщелачивают известняки или доломиты. Таким образом

формируются пещерные полости, часто многоэтажные и сложные, когда отдельные крупные пещеры — «залы» — соединяются с другими узкими каналами, щелями, нередко с текущими по ним ручьями.

Крупные пещерные комплексы формируются продолжительное время — десятки и сотни тысяч лет. В пещерах сделаны многие важные палеонтологические и археологические находки, которые позволяют датировать верхние этажи пещер более древним возрастом, чем нижние. Развитие пещер тесно связано с колебаниями уровня зеркала подземных вод и местным базисом эрозии, например рекой, а также тектоническими движениями. При понижении зеркала грунтовых вод уже выработанные полости пещер осушаются, и процесс растворения и выщелачивания переходит на более низкий уровень. Так может продолжаться несколько раз согласно этапам врезания реки и колебаниям уровня грунтовых вод. В области многолетнемерзлых пород в пещерах развиты натечные формы, состоящие из льда.

На дне пещер часто встречаются красноватые глинистые отложения, так называемая «терра-росса», или «красная земля», представляющие собой нерастворимую часть карбонатных пород, обогащенную окислами железа и алюминия. Однако наиболее впечатляющей особенностью ряда карстовых пещер являются сталактиты и сталагмиты — причудливые натечные образования, создающие неповторимый облик пещерных залов (рис. 8.4). Все дело в том, что вода, капающая с потолка пещер, насыщена газом СО2 за счет растворения карбонатных пород, а кроме того, насыщена бикарбонатом кальция — Са (НСО3)2. Происходит это по реакции

СаСО3 + СО2 + Н2О →← Са (НСО3)2.

Эта вода, капая с потолка, теряет часть углекислоты, в результате чего реакция сдвигается влево и бикарбонат снова переходит в СаСО3, который и откладывается как на потолке пещеры (сталактит), так и на днище (сталагмит). В первую очередь на полу пещеры возникают наплывы, похожие на растаявший воск свечи. Это так называемые гуры. Затем на гурах возникают сталагмиты с широким основанием, а еще позже — напоминающие палку или столб. Много позже на потолке пещеры начинают формироваться стлактиты, очень похожие на обыкновенные сосульки. Через какое-то время сталактиты и сталагмиты могут сомкнуться, и тогда образуются колонны причудливой формы. Прекрасные многоярусные пещеры есть в горах Крыма, где они сформировались в мощных толщах известняков верхней юры; в Чехии, Словении, на Урале, Кавказе и в других местах.

До сих пор речь шла об открытом карсте. Однако во многих районах, особенно платформенных, где развит закрытый карст, встречаются

Рис. 8.4. Сталактиты пещеры Луммелунда (фото Н. А. Гвоздецкого)

так называемые суффозионные воронки. Они возникают в том случае, когда из толщи отложений, перекрывающих карстовые формы, начинается процесс вымывания в карстовые полости. Постепенно на месте этой толщи образуется воронка, а еще ниже — полости, куда эти отложения и могут провалиться (рис. 8.5).

Карстовые формы развиваются везде, где присутствуют карстующиеся породы — известняки, доломиты, гипсы, ангидриты, каменные соли. В пределах Русской плиты широко развит покрытый карст, т. к. известняки карбона и девона повсеместно перекрыты моренными и флювиогляциальными четвертичными отложениями. Встречается также и древний карст, например под Москвой, где в карстовых формах на поверхности каменноугольных известняков карманами залегает глинистая верхняя юра. В течение перми, триаса, ранней и средней юры этот район был сушей и на ней интенсивно происходило карстообразование.

Рис. 8.5. Суффозионная воронка в низовьях р. Пахры (фото З. Виноградова)

Гипсовый карст развит на северных склонах Уфимского плато в Башкирии, где распространены нижнепермские красноцветные породы с прослоями гипсов, доломитов. Карстовые котловины там имеют глубины до 100 м и диаметр до нескольких километров. Пещеры гипсового карста в Приднестровье имеют протяженность 142,5 км (пещера Оптимистическая), занимая второе место в мире. Знаменитая Кунгурская «ледяная» пещера в Пермской области в Приуралье имеет в длину 5,6 км и образована в гипсах и ангидритах кунгурского яруса нижней перми. Она славится своими гротами длиной 150–160 м с ледяными потолками на сводах и полу.

Глава 9

ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Если горные породы приобретают неустойчивое состояние, то в один прекрасный момент под действием силы тяжести может произойти обвал или оползень. Причин создания неустойчивости может быть много. Это и землетрясение, подмыв рекой берега реки или морская абразия, выветривание, прокладка дорог в горной местности, излишнее обводнение. Очевидно, что наиболее благоприятные условия для обвалов создаются в верхних частях скалистых горных склонов или хребтов. Обвалившаяся масса материала, состоящая из глыб, обломков щебня, грубого песка, обычно плохо сортирована, но крупные обломки скатываются по склону ниже всего. Любой материал, образовавшийся обвальным путем, называется коллювием, который образует обвальные шлейфы у подножия вертикальных обрывов куэст на Северном Кавказе и в Горном Крыму. Сложенные массивными известняками вертикальные обрывы высотой в нескольких десятков метров постепенно отделяются трещинами от основной массы известняков, наклоняются и наконец обрушиваются вниз по склону.

Обвалы могут иметь очень большие объемы. Так, в долине Баксана на Северном Кавказе недалеко от Эльбруса в конце позднего плейстоцена, примерно 30 тыс. лет назад, произошел грандиозный обвал с гор Андырчи и Курмычи высотой около 4 км, расположенных на правом склоне долины. Причиной обвала было, по-видимому, землетрясение. Огромные глыбы серых гранитов перекрыли концевую часть ледника и на несколько десятков метров «выплеснулись» вверх на противоположный склон долины. Выше по течению реки от обвала во время таяния ледника образовалось озеро. И сейчас этот колоссальный обвальный шлейф перегораживает долину Баксана и называется Тюбеле (рис. 9.1).

В1911 г. на Памире опять-таки во время землетрясения случился большой обвал, масса которого, ринувшись вниз по склону, образовала плотину на р. Мургаб высотой 600 м. Это выше Останкинской телевизионной башни в Москве.

В1894 г. в Крыму произошел обвал с западного гребня г. Демерджи, который частично разрушил деревню, располагавшуюся у ее подножия (рис. 9.2).

Небольшие обвалы и камнепады происходят в горах после каждого сильного дождя или во время таяния снегов. Продвижение обвалов на значительные расстояния и особенно на противоположный склон, когда обвальная масса движется вверх, казалось бы, вопреки силе тяжести, объясняется, во-первых, большой энергией и скоростью массы, во-вторых, срыванием дерна с поверх-

Рис. 9.1. Формирование вала Тюбеле в долине Баксана (Северный Кавказа).

I — верхнеплейстоценовый ледник в долине Баксана перекрыт обвалом гранитных глыб с г. Андырчи: 1 — ледник, 2 — обвал. II — ледник отступил, и обвальная масса осела: 3 — современная р. Баксан. III — поперечный профиль обвала, выше которого сформировалось озеро (4), впоследствие спущенное. Черная жирная стрелка обозначает место прорыва озера

ности, который служит «смазкой», и, в-третьих, захватыванием фронтальной частью массы воздуха, который, сжавшись, играет роль воздушной подушки, уменьшая трение. Этим объясняется своеобразное «выстреливание» обвальной массы на значительные расстояния (рис. 9.3 и рис. 17 на цветной вклейке).

Оползень — это, как правило, сравнительно медленное перемещение, оползание, какой-то части склона без существенного нарушения ее внутреннего строения.

Для того чтобы часть склона соскользнула вниз, необходимо наличие водоупора и залегающего на нем водоносного слоя. Тогда водоупор будет играть роль смазки для вышележащей части склона.

Оползни бывают молодыми и древними. Оползание может быть одноактным процессом или происходить неоднократно. В любом опол-

Рис. 9.2. Фотография обвала на горе Демерджи, южный берег Крыма

зне различают: тело оползня, поверхность скольжения, тыловой шов, надоползневой уступ (рис. 9.4). Фронтальная часть оползня действует как нож бульдозера, сминая перед собой поверхностные слои почвы и рыхлых пород. Между тыловой частью оползня и надоползневым уступом образуется понижение, западина, нередко занятая небольшим озерцом. Оползание склонов происходит как в долинах, так и в горах.

Например, широко известны оползни в Среднем Поволжье, где смазкой служат верхнеюрские темные глины. В 1884 г. в Саратове в результате оползней на левом берегу Волги были разрушены сотни домов. Южный берег Крыма сплошь покрыт системой разновозрастных, в том числе древних, оползней, т. к. склоны сложены флишевыми породами верхнего триаса — нижней юры, состоящими из аргиллитов и тонких песчаников. По ним оползают огромные глыбы верхнеюрских известняков обрыва 1-й гряды Крымских гор — Яйлы.

Грандиозный оползень г. Кошки около Симеиза в Крыму имеет длину более 3 км и сложен верхнеюрскими известняками. Крымские оползни двигаются медленно, от нескольких сантиметров до 100 м в год. Однако этого достаточно, чтобы в районе Гурзуфа на южном берегу постоянно разрушалось шоссе. Прокладка новых дорог подрезает части склонов, что приводит к их оползанию. В Москве крутой склон Воробьевых гор весь покрыт небольшими оползнями, т. к. верхняя часть склона сложена тяжелыми моренными суглинками. Хорошо виден так называемый пьяный лес: наклоненные в разные стороны стволы

Рис. 9.2. Молодой голоценовый обвал на Горном Алтае (фото Б. М. Богачкина). Обвальная масса, поросшая лесом, видна на переднем плане.

Место обвала — обрыв на заднем плане

деревьев, которые сползали с частью склона. Такие же оползни развиты по долинам рек Пахры, Клязьмы в окрестностях Москвы и др.

Катастрофические оползни регулярно происходят в горных районах Таджикистана во время сильных ливней. Обычно сползают рыхлые склоновые отложения, разрушая кишлаки. К сожалению, при этом гибнут люди. Оползни, продолжающиеся уже длительное время, нарушили систему водоснабжения в Ставрополе в Северном Предкавказье. Дело в том, что Сенгилеевское озеро, из которого подается питьевая вода, расположено на 465 м ниже города, а на склонах, обращенных к озеру, развиваются оползни. Последние из них произошли весной 1999 г., разрушив три насосные станции из пяти.

Развитие оползней провоцирует землетрясения. Так, во время знаменитого своей силой Чилийского землетрясения 1960 г. возникло множество оползней и оплывин, когда по склонам перемещаются массы рыхлых пород, пропитанные водой. В 1906 г. в Сан-Франциско также во время землетрясения на склоне холма возник оползень объемом 100 тыс. м3.

Неустойчивое, предоползневое состояние массы пород вызывается разными причинами, в том числе характером наклона слоев и положением возможной оползневой массы по отношению к ним; неправильной подрезкой склонов при освоении участков с прокладкой дорог, обустройством площадок для строительства и др.

Оплывина — это насыщенная водой масса рыхлого материала, способная течь под действием силы тяжести. В 1972 г. после сильных дождей в Гонконге на крутом склоне возникла оплывина, разрушившая несколько многоэтажных зданий, что привело к гибели 67 человек.

Рис. 9.4. Схема строения оползня. 1 — коренные породы ненарушенного склона; 2 — поверхность скольжения; 3 — тыловой шов; 4 — надоползневой уступ;

5 — оползневые тела; 6 — бугор пучения; 7 — первоначальное положение склона; 8 — река

Процессы солифлюкции представляют собой также процесс медленного перемещения рыхлого, водонасыщенного склонового материала.

Таким образом, коллювиальные процессы можно подразделить на:

1)обвальные;

2)оползневые:

a)скольжение, параллельное склону;

б) скольжение по вогнутой траектории со смятием фронтальной части масс;

3) течение или оплывание.

Эти процессы могут происходить быстро, мгновенно; могут занимать какое-то время, а могут и происходить очень медленно, со скоростью 1 мм/сутки или 1 см/год. Такие медленные подвижки называются крипом. Явление крипа хорошо иллюстрируется загибом верхних частей пластов флишевых отложений на склоне, причем загиб направлен в сторону понижения склона.

Все гравитационные процессы — источник опасности, особенно обвалы и оползни. Предотвратить обвалы трудно, но предсказать место, где они могут быть, вполне возможно. А вот борьбу с оползнями вести необходимо. Для этого нужно укрепить оползающее тело, отвести от него воду, сделать дренаж, т. е. выкопать канавы, провести штольню для отвода воды и т. д. Оползень можно закрепить, буквально «прибив» его бетонными сваями к коренным породам. Делают это так: сначала бурят скважины через неустойчивую массу пород до коренных, устойчивых; вводят в скважину бетонную сваю и цементируют ее нижний конец в устойчивых породах; надевают на выступающий конец сваи на поверхности стальную пластину и закрепляют ее.