Внешний влагооборот

Основным источником, пополняющим запасы влаги в атмосфере, является поверхность Мирового океана, с которой в год испаряется около 450 тыс. км³. Большая часть этой влаги выпадает обратно на поверхность океана, но около 45 тыс. км³ поступает в виде осад­ков на поверхность суши и возвращается в океан сложными путями. Влагооборот, состоящий из звеньев океан — атмосфера — океан, носит название малого влагооборота. Его влияние сказывается на некоторых химических и физических осо­бенностях поверхностных слоев воды в океане, но гораздо больше в термических процессах планетарного масштаба. Подробнее из­учен влагооборот океан — атмосфера — суша —-океан.

Этот влагооборот получил название большого влагообо­рота, хотя в нем и участвует всего 1/10 часть воды, поступающей в атмосферу с поверхности Мирового океана. Название отражает сложность этого влагооборота, а не количество участвующих в нем масс воды. В действительности охваченные этим влагооборотом массы воды несколько больше, чем то количество, которое поступает с океана. Происходит это оттого, что в большом влагообороте сильно развиты звенья внутриматерикового влагооборота суша — ат­мосфера — суша, за счет которого происходит дополнительное поступление влаги в атмосферу (рис. 40) и усиливается циркуляция воды над материками. Большой влагооборот включает в себя выпа­дение осадков на поверхность суши, питание поверхностного стока, подземных вод, обеспечение водой организмов, он оказывает огром­ное влияние на условия развития хозяйственной деятельности че­ловека. Человек имеет возможность усиливать и ослаблять звенья этого влагооборота, осушая болота, создавая водохранилища, ис­пользуя воду на орошение, задерживая снег на полях, вырубая леса и создавая полезащитные лесонасаждения, восстанавливая растительный покров там, где он был уничтожен вырубкой, лесными пожарами и т. д. За счет большого влагооборота осуществляются на суше все геологические и рельефообразующие процессы, в которых

164

в той или иной мере участвует вода, и, наконец, уходящие обратно в море воды уносят с суши массы минерального вещества, накапли­вающегося в воде и отлагающегося на дне Мирового океана.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОСФЕРЕ

Химический состав и физические свойства соленой (морской)

и пресной воды

Основная масса воды сосредоточена в Мировом океане и только незначительная часть заполняет озерные ванны, болота, переносится реками.

Значительные массы воды содержатся в водоносных горизонтах, являясь связующим звеном внешнего и внутреннего влагооборотов (гидросфера — литосфера — гидросфера). Находящиеся на поверхности литосферы и в водоносных горизонтах воды всегда содержат растворенные вещества. Даже дождевая вода, еще не достигшая подстилающей атмосферу поверхности, не яв­ляется химически чистой: содержит растворенные в ней газы, химические соединения, механические примеси. Деление воды на прес­ную и соленую условно. Пресной водой принято считать ту, в ко­торой суммарное количество растворенных в ней веществ не больше 1 г на 1 л. Это отношение количества солей к количеству воды мо­жет быть выражено в промилле (1‰) или в процентах (0,1%).

Средняя соленость морской воды 35‰ (3,5%). Обусловлена она тем, что в воде присутствуют различные соли, среди которых 88,7% составляют хлористый натрий и хлористый магний, около 11,0% составляют сернокислые и сернистокислые соли кальция и калия, и только 0,3% прочие элементы, среди которых есть бром, йод и даже золото. Запас солей в океане постоянно пополняется за счет приноса растворенных веществ реками.

Химический состав морской и речной воды резко различен, так как в морской воде преобладают хлористые соли, а в речной — углекислые (до 60,1% от всей массы солей). Объясняется это тем, что поступающие в море углекислые соли (также кремний и другие вещества) расходуются морскими организмами на постройку ске­летов, раковин и т. д.

Высокая соленость вод Мирового океана имеет огромное значе­ние в развитии Земли, поскольку резко повышает терморегулиру-ющее влияние морской воды по сравнению с пресной. Обусловлено это тем, что при увеличении солености изменяются физические свойства воды, понижается точка замерзания и температура, при ко­торой вода имеет наибольшую плотность, что отчетливо видно из табл. 10.

Морская вода имеет наибольшую плотность при температуре более низкой, чем температура замерзания, и этим сильно отли­чается от пресной воды. При охлаждении вод пресного озера конвек­тивные токи (перемешивание воды при охлаждении или нагревании)

165

будут поддерживаться до тех пор, пока во всех слоях не установится температура наибольшей плотности (+4°). При дальнейшем охлаждении, которое происходит путем выделения тепла в атмосферу, конвекция прекращается, так как вода с температурой ниже +4° является более легкой. Быстро охладив­шись в тонком слое, вода

покрывается слоем льда, и дальнейшая отдача тепла в атмо­сферу происходит медленно. Сравнительно быстро прекращаются конвективные токи и при вскрытии озер. При таянии льда темпера­тура воды равна 0°. Являясь более легкой, чем придонные слои, имеющие более высокую температуру, эта вода удерживается на поверхности. Перемешивание пресной воды возможно только тогда, когда поверхностные слои приобретают температуру, близкую к +4°, и быстро прекращается при дальнейшем нагревании, по­скольку более теплая вода с температурой выше +4° является и более легкой. Дальнейшее прогревание захватывает сравнительно тонкий слой воды, а глубокие слои будут сохранять температуру, близкую к температуре наибольшей плотности. Таким образом, в водоемах с пресной водой в сезонном нагревании и охлаждении участвует сравнительно небольшой слой воды.

В море процессы замерзания и прогревания происходят сложнее. Во-первых, для образования льда вода должна охладиться почти до —2°, т. е. на 2° ниже, чем пресная вода. Во-вторых, кристаллики морского льда образуются из охлажденных частиц воды с выделе­нием из них солей, которые передаются незамерзшим частицам, повышают их плотность и понижают температуру замерзания. В-третьих, всякая охладившаяся до точки замерзания поверхност­ная частица имеет большую плотность, чем лежащие глубже более теплые частицы, и это поддерживает конвективные токи в мощном слое морской воды, который весь должен охладиться до темпера­туры замерзания. Только тогда произойдет образование ледяного покрова. При нагревании морской воды в летние месяцы конвектив­ные токи захватывают также большой слой (до 200 м). Происходит это от того, что при нагревании поверхности моря усиливается испа­рение, но испаряется только вода, а соли остаются в море, повышают соленость и плотность поверхностного слоя, который хотя и яв­ляется более теплым, чем нижележащие слои, но имеет большую плот­ность за счет повышенной солености и опускается вниз, внося с со­бой тепло на значительную глубину.

Теплоемкость воды в 5 раз выше теплоемкости гранита и в 3134 раза выше теплоемкости воздуха. Это значит, что при охлаждении 1 см³ воды на 1° может быть повышена на 1° температура 3134 см³

166

воздуха. Приведенные цифры свидетельствуют о той огромной роли, которую играет Мировой океан в термическом режиме зем­ного шара. Сильное загрязнение Мирового океана человеком, на­пример, образование на больших пространствах нефтяных: пленок, может иметь отрицательное значение не только в развитии морских организмов, но привести к нарушению планетарных процессов, влияя на температуру воды, испарение и термический режим ат­мосферы.

Движение воды в океанах и морях

Наиболее распространенными формами движения воды морей и океанов являются течения, приливо-отливные движения и вол­нения.

Течения по порождающим их причинам подразделяют на: дрей­фовые, стоковые, сточные, обменные и компенсационные. Дрейфо -выми течениями называют те, которые возникают при длительно действующих ветрах, стоковыми — возникшие в результате наклона уровня моря, обусловленного приносом больших масс воды реками, обильными осадками и т.д., сточные — возни­кают при нагоне или отгоне масс воды ветрами, обменные — наблюдаются в проливах между двумя бассейнами (морями), име­ющими неодинаковую плотность воды, компенсационные — возмещают снижение уровня воды, возникшее по тем или иным при­чинам в какой-либо части океана (унос воды течениями, испарение и т. д.). По температуре течения подразделяют на теплые и холодные. Теплыми течениями считают те, которые приводят воду более теплую, чем вода той части океана, куда это течение приходит; холодные, соответственно, приносят в теплые воды воду более хо­лодную. Имеется сравнительно простое правило, согласно которому можно считать идущие от экватора течения теплыми, а идущие к экватору — холодными.

Наибольшее распространение и значение в переносе водных масс имеют дрейфовые течения, возникающие под влиянием устой­чивых ветров. Они имеют небольшую глубину (300—500 м и редко больше), но переносят огромные массы воды на очень большие расстояния. Общая схема течений сравнительно проста и выдержи­вается в Тихом, Атлантическом и южной части Индийского океана, с отклонениями, обусловленными конфигурацией берегов, наличием островов и другими причинами. Рассмотрение схемы течений удоб­нее всего начинать с тропических широт, где па поверхности океана действуют устойчивые ветры — пассаты, приводящие в движение массы воды, устремляющиеся вдоль экватора с востока на запад в виде северного и южного пассатных течений (рис. 41). Между этими течениями, в зоне экваториального затишья, где встреча­ющиеся пассаты затихают, с запада на восток несет воды экватори­альное противотечение, которое является компенсационным, частично компенсирует снизившийся уровень воды в восточных частях океана, возникший в результате уноса воды пассатными течениями. Пассат-

167

ные течения пересекают океан (см. рис. 41) и достигают его запад­ных берегов, где отклоняются в сторону более высоких широт соот­ветствующего полушария (северное течение — вправо к северу, южное — влево). Пройдя некоторый путь вдоль берегов соответству­ющего материка (в разных частях Мирового океана эти течения имеют

разные названия), воды течений вступают в зону господствующих западных ветров, сильно отклоняются в сторону открытого океана, который и пересекают в области умеренных широт, направляясь с запада на восток. Достигнув восточных берегов океана, в зоне 40—50-х широт основная масса воды поворачивает к экватору и достигает мест зарождения пассатных течений. Некоторая часть воды может направиться вдоль восточ­ных берегов в более высокие широты, но это определяется особенностями данной части Мирового океана. Для завершения описания упрощенной схемы течений необходимо от­метить, что в зоне умеренных широт, где движущиеся от экватора течения отклоня­ются от западных берегов океана, вдоль этих берегов из высоких широт в океан посту­пают холодные массы воды в виде устойчи­вых течений.

Рассмотренная схема полнее всего увязывается с течениями Тихого океана, имеющего огромную площадь (180 млн. км²), сравнительно симметрично развитую в северном и южном полуша­риях. Отличие заключается в том, что в южной части этого океана (так же как в Атлантическом и Индийском океанах), в зоне океани­ческого пояса и сильных западных ветров проходит течение, опоясы­вающее весь земной шар (течение западных ветров, дрейф западных ветров или поперечное течение), с которым сливаются воды Восточно-Австралийского течения. Остальные различия менее существенны. В Атлантическом океане отступлений от схемы больше. Обусловлены они многими причинами, но главными из них можно считать: сме­щение в северное полушарие термического экватора (зона макси­мальных температур); особая конфигурация восточного берега Южной Америки; широкая связь северной части Атлантического океана с Северным Ледовитым океаном. Схема выдерживается и в южной части Индийского океана, но в слаборазвитой, северной части полностью нарушена из-за отсутствия здесь пассатов. Муссон-ные течения Индийского океана меняют направление вслед за сме­ной ветров.

Схема холодных и теплых течений представлена на рис. 41. Влияние теплых течений на климат заключается не только в повыше­нии среднегодовых температур воздуха, но и в значительном увели­чении осадков в любых широтах, где бы эти течения ни проходили.

168

Холодные течения высоких и умеренных широт понижают средне­годовые температуры воздуха, но резкого снижения количества осадков при этом может не произойти. Большее влияние на климат прилежащих частей материков оказывают именно температуры, что вызывает, например, в северо-восточных частях Северной Аме­рики и Азии резкое смещение границ тундры и лесотундры (соот­ветственно и северной границы лесов) в сторону экватора. Гораздо более ощутимо иссушающее влияние холодных течений в субтропи­ческих и тропических широтах, где оно обычно сочетается и с особен­ностями циркуляции атмосферы (область высоких давлений и дей­ствие пассатных ветров). На западных берегах Африки, омываемых холодными течениями (Канарское и Бенгельское), на западном берегу Южной Америки (Перуанское течение) и в подобных же ме­стах других материков области наименьшего количества осадков (до 5—10 мм/тор) находятся именно в зоне действия холодных тече­ний; в этих местах пустыни подходят к самому берегу океана. Влия­ние холодных морских течений в этих широтах обусловлено еще и тем, что в холодном воздухе над океаном содержится мало водяных паров, которые еще более удаляются от точки насыщения при разо­гревании его над сушей.

Оказывая очень большое влияние на климат, морские течения тем самым сильно влияют на комплекс экзогенных процессов, раз­вивающихся на той или иной территории. Например, в зоне дей­ствия теплых течений и обильного выпадения дождей резко возра­стает деятельность текучих вод, при выпадении осадков в форме снега развивается оледенение, в зоне действия холодных течений в полярных и субполярных широтах большое развитие могут по­лучить процессы, обусловленные развитием вечной мерзлоты, а в тропических — эоловые, и т. д. Течения оказывают большое влия­ние на развитие морских организмов, распределение морских осад­ков и даже на изменение типов морских берегов. Примером может служить широкое распространение кораллов, коралловых островов и берегов кораллового типа в западных частях океанов, омываемых теплыми течениями, и отсутствие этих берегов на тех же широтах в восточных частях, где проходят течения холодные.

Действие течений особенно велико там, где оно сочетается с влия­нием господствующих ветров.

Массовым движением вод Мирового океана являются приливы и отливы, возникающие под действием сил тяготения Луны и Солнца.

В системе двух космических тел, Земля и Луна, действуют силы взаимного тяготения и центробежная сила, возникающая в результате вращения этих тел вокруг общего центра тяжести. Этими силами и объясняется возникновение двух приливных волн, одна из которых возникает на стороне, обращенной к Луне, а другая — на противо­положной (точки А и С на рис. 42). Сила F взаимного притяжения Земли и Луны может быть выражена формулой

169

где М — масса Земли, т — масса Луны, R — радиус Земли. (Сред­нее расстояние между центрами Земли и Луны приблизительно равно 60 радиусам Земли, см. рис. 42, б.)

которую можно выразить формулой

а в точке С лунное притяжение выразится формулой

В точке А все тела, находящиеся на поверхности земли (в том числе и водная оболочка), будут притягиваться Луной с силой,

Из приведенных формул имеем неравенство: F_А > F > F_C, следовательно, в точке А лунное притяжение максимально, а в точке С — минимально.

Общая ось вращения системы Земля—Луна располагается в теле Земли на расстоянии 0,73 радиуса от центра нашей планеты (см. X—X на рис. 42), что объясняется большей массой Земли по сравне­нию с массой Луны. Возникающая при этом вращении центробежная сила уравновешена силами взаимного притяжения Земли и Луны; она препятствует падению Луны на Землю, и она же действует и на Земле в точке С как бы отбрасывая водную оболочку планеты в сто­рону, противоположную Луне, повышая тем самым гребень прилив­ной волны в точке С. К гребням приливных волн вода стягивается с большой площади Мирового океана, но в основном с большого круга, ориентированного перпендикулярно к линии, соединяющей центры Земли и Луны (теоретически). Здесь должен быть отлив (см. В иD, рис. 42, а). Следовательно, на Земле все время существует два лунных приливных вздутия и опоясывающая Землю зона отлива. За сутки Земля совершает полный оборот вокруг оси и точки ее поверхности дважды проходят области прилива и зону отлива.

Помимо лунных приливов на Земле возникают приливы солнеч­ные, но они в 2,17 раза меньше, чем лунные, так как расстояние от Земли до Солнца составляет более чем 23 500 земных радиусов, т. е. почти в 392 раза больше, чем до Луны. Солнечные и лунные приливы сложно сочетаются друг с другом. В периоды новолуния и полнолуния они складываются (сизигийные приливы), так как

170

в это время Земля, Луна и Солнце находятся на одной линии, при положении Луны в конце первой и третьей четверти — вычитаются (квадратурные приливы), так как в это время направления о Земли на Солнце и на Луну взаимно перпендикулярны.

Средняя высота приливов около 2,5 м, но в различных частях побережья Мирового океана она весьма различна и изменяется от нуля до 15—18 м, что обусловлено сложным сочетанием при­ливных волн, влиянием глубины моря, очертанием берегов и дру­гими причинами. Приливы имеют большое значение для судоходства. Время их возникновения в важных для судоходства проливах и пор­тах рассчитывается заранее и публикуется в специальных справоч­никах. В небольших морях и в озерах приливы практически отсут­ствуют.

Широко распространенной формой движения водных масс явля­ются ветровые волны, возникающие на любой водной поверхности, но наибольшей силы и раз­меров достигающие в от­крытом океане. Волны со­вершают большую геоло­гическую и геоморфологи­ческую работу на мелко­водье и берегах, которая будет рассмотрена ниже. При волнении в открытом море частицы воды прак­тически поступательного движения не имеют, дви­жение их совершается по

замкнутым орбитам, но сами волны перемещаются и при штормовых ветрах достигают большой скорости и разрушительной силы. Каждая волна характеризуется следующими элементами: вершиной (греб­нем), подошвой, склонами, длиной, высотой (рис. 43). Кроме того, различают периоды волны — время прохождения волн через одну и ту же точку и скорость — путь, проходимый гребнем за единицу времени. Ветровые волны захватывают слой воды практически не более длины волны, так как в силу вязкости воды и внутреннего трения орбитальное движение части с глубиной быстро затухает. Считают, что ощутимую работу на дне крупные морские волны могут производить до глубины около 200 м (в среднем). Волны зыби пред­ставляют собой затухающие ветровые волны после прекращения ветра.

Помимо ветровых волн различают стоячие волны и цунами. Стоячие волны, сейши, характерны для больших озер и пред­ставляют собой колебание всей водной массы, возникающее вслед­ствие резких перепадов атмосферного давления. Цунами описаны выше.

171

Озера и их географическое распространение

Озером принято называть впадину, заполненную водой и име­ющую одностороннюю связь с Мировым океаном или лишенную этой связи. Односторонняя связь с океаном означает, что вода из озера стекает в виде реки или под землей в океан или связанное с океаном море. Отсутствие связи возникает тогда, когда вся поступающая в озеро вода расходуется на испарение или стекает из озера, но до моря не доходит, теряется, просачиваясь в грунт, испаряется на пути и т. д. Общая площадь всех озер равна 2,5 млн. км² (2% от площади суши). Самым глубоким озером является оз. Байкал, глубина 1620 м; примером очень мелкого может служить оз. Эль­тон — 0,8 м. Площадь озер очень различна: от небольших озер-стариц, карстовых и т. п., площадь которых может измеряться сотнями квадратных метров, до величайшего озера земного шара — Каспийского моря, имеющего площадь 371 тыс. км². Размеры озер, их глубина, географическое распространение в значительной сте­пени определяются происхождением озерной котловины (ванны) и географическими условиями той территории, где озера находятся.

По происхождению озерные котловины делят на обусловленные деятельностью внутренних сил и сил внешних. Первые в свою очередь подразделяют на котловины, возникшие в результате процессов тектонических и вулканических. Вторые — на обусловленные деятельностью текучих вод, ледников, ветра, подземных вод, обвалов, оползней, организмов, человека, искусствен­ные озера — водохранилища и т. д. Целесообразно выделять кот­ловины смешанного происхождения, например тек-тоническо-ледникового. Поскольку большинству внешних геологи­ческих агентов присуща и разрушительная и аккумулятивная дея­тельность, постольку можно различать котловины, возникшие, например, в результате разрушительной и аккумулятивной деятель­ности ледников, текучих вод и т. д. Генезисом котловин часто опре­деляется размер и глубина озера. Самые большие и глубокие озера имеют тектоническое происхождение.

Географические условия оказывают очень большое влияние на озера. Само образование озера возможно только в том случае, если географические условия для отого благоприятны, ибо наличие замкнутых котловин еще не значит, что в них будет располагаться озеро. Примером могут служить некоторые глубокие и обширные котловины на п-ове Мангышлак, в Средней и Центральной Азии, где никаких озер нет ввиду малого количества осадков и сильного испарения. Основным источником питания озер являются атмосфер­ные осадки, которые поступают на поверхность озера, на окружа­ющую местность, приносятся в озеро впадающими в него реками, ручьями и источниками. В силу этого баланс тепла и влаги для боль­шинства озер имеет решающее значение. Климатическими условиями-определяется и расход водной массы озера. Если воды в озеро по­ступает больше, чем ее испаряется обратно в атмосферу, то озерная

172

ванна переполняется и избыток воды вытекает из озера, озеро ста­новится сточным (если в озеро впадает и вытекает река, оно счи­тается проточным, если сток воды происходит под землей, то скрыто-сточным). При расходовании всей поступающей воды путем испарения озера лишены стока (бессточные). Климатическими факторами в очень большой мере определяется и химический состав воды озер. Сточные и проточные (за очень редким исключением) имеют пресную воду (содержание солей менее 0,3‰), среди бессточных озер очень много солоноватоводных, соленых и даже самосадочных, т. е. имеющих воду, насыщенную солями, которые выпадают в осадок (озера Эль­тон, Баскунчак и др.). Наконец, географическими факторами опреде­ляется и эволюция озера.

Большинство озер имеет ограниченные размеры, что позволяет сравнительно легко проследить тот эволюционный путь, который проходит озеро. После того как образовавшаяся тем или иным путем впадина заполнится водой и превратится в озеро, возникает взаимо­действие впадины, водной массы, развивающихся в ней растений и животных, впадающих и вытекающих из озера рек и вообще всей окружающей озеро среды (рельеф водосборной площади, раститель­ный покров на берегах, хозяйственная деятельность человека и т. д.). В результате взаимодействия водной массы с озерной ван­ной развиваются береговые процессы, которые в малом масштабе подобны процессам, развивающимся на берегах морей. Приглубые берега подмываются и разрушаются волнами, продукты разрушения уносятся и отлагаются на дне озера; на отмелых берегах возникают различные аккумулятивные формы (косы, береговые валы и т. д.). Впадающие в озеро реки, ручьи и временные потоки приносят в озеро песок, ил и химически растворенные вещества, значительная часть которых также оседает на дно озера; в устьях рек и ручьев часто образуются дельты. Растительность водная и надводная часто играет очень важную роль в эволюции озера. Для развития раститель­ности благоприятны малые глубины, — следовательно, отмелые берега, мелкие участки среди озера являются очагами зарастания озерной ванны. Для береговой зоны характерно расположение расти­тельности поясами, обусловленными глубиной. Ближе к берегу на малых глубинах растет осока, стрелолист и другая болотная расти­тельность, дальше до глубины 2—3 м развиваются растения, коре­нящиеся на дне, но имеющие и надводные стебли (например, трост­ник), еще дальше — растения с плавающими листьями (лилии, кувшинки и т. п.) и на больших глубинах — погруженные в воду растения. Отмирающие растения накапливаются на дне, глубины уменьшаются, и указанные растительные группировки постепенно смещаются в сторону больших глубин, а на месте бывшего мелко­водья остается болото. Во многих озерах зарастание происходит не только путем накопления растительных остатков на дне и посте­пенной миграции растительности, но и путем развития сплавины (трясины), которая образуется из стеблей и корней плавающих расте­ний (белокрыльник, сабельник и др.), заселяемых затем мхами

173

(сфагнум и гипнум). После того как слой сплавины станет достаточно устойчив, на нем поселяются осоки, пушица, мелкие кустарнички березки и сосны. Под слоем сплавины заросшее озеро может иметь еще большую глубину, и передвижение по такой трясине (зыбуну) связано с большой опасностью, которая усугубляется наличием "окон", участков, затянутых только тонким слоем растительности. Указанный тип зарастания озер характерен для северных широт умеренного пояса, развит в Канаде, на севере Европы и Азии.

В засушливых областях заполнение осадками озерных ванн может происходить за счет приноса минеральной массы реками, ветром и путем отложения на дне и берегах химических осадков (например, поваренной соли). Многие мелководные озера просто высыхают и тогда на их месте образуется солончак.

Большое количество озер тяготеет к местам четвертичного мате­рикового и горного оледенения. Огромное количество озер распро­странено в Канаде, на севере и северо-западе Европы, в Западной Сибири и в горах северных материков. Во внеледниковых областях большое количество озер (преимущественно бессточных) развито на юге Западной Сибири, большая группа озер — в Восточной Аф­рике и т. д. Бедна озерами Южная Америка, где основное количество небольших озер расположено в долинах крупных рек (озера-ста­рицы). Озера-старицы широко распространены в долинах большинства рек земного шара.

Болота и их географическое распространение

Болотом называется избыточно увлажненный участок суши, часто со следами или слоем торфа, покрытый влаголюбивой раститель­ностью, различной в разных болотах и различных ландшафтах. Болото может образоваться путем зарастания и заполнения наносами озера, на местах выхода на поверхность грунтовых и подземных вод, в местах затопления поверхности речными и морскими водами и другими путями. Вода болот может быть пресной и соленой. Обра­зованию болот может благоприятствовать рельеф, климат, геологи­ческое строение, гидрогеологические условия, почвообразовательные процессы и растительность. Изучение географического распростране­ния болот показывает, что наибольшие площади они занимают на плоских равнинных пространствах с затрудненным поверхностным стоком, с количеством осадков, превышающим испарение, близким залеганием к поверхности водоупорных пород с расположенным на них горизонтом грунтовых вод, выклиниванием или капиллярным поднятием подземных вод на поверхность земли. При развитии почво­образовательных процессов по подзолистому типу происходит вынос растворимых солей из верхнего горизонта и выпадение их из раствора на небольшой глубине с образованием плотного, водоупорного слоя, на котором могут задерживаться просачивающиеся с поверхности воды, что приводит к заболачиванию местности. Часто заболачива­нию местности может способствовать вырубка лесов и лесные по-

174

жары, когда гибнет древесная растительность, испарявшая большое количество влаги в атмосферу. Широко распространены болота в районах вечной мерзлоты.

Болота могут располагаться на междуречных пространствах (верховые болота), на склонах (переходные болота) и в понижениях (низинные болота). Образование, условия увлажнения, раститель­ный покров и микрорельеф этих болот различны.

Болота междуречных пространств располагаются на ровных или слабовсхолмленных территориях, иногда на месте заросших озер (например, в условиях холмистого моренного рельефа), в ложбинах и понижениях, часто на месте вырубленных лесов. Верховые болота питаются атмосферной влагой, осадками, за счет конденсации во­дяных паров на поверхности болота, поглощения и удерживания атмосферной влаги болотными мхами (сфагнум и гипнум). Воды верховых болот очень слабо минерализованы, что способствует развитию мхов, быстро растущих в центральных частях болота, за счет чего болота приобретают выпуклый профиль. На окраинах этих болот мхи развиваются плохо или полностью отсутствуют ввиду более высокой минерализации воды, поступающей сюда с прилежа­щей местности. Помимо мхов в этих болотах растут кустарнички (богульник, касандра, голубика), часто широко распространяется угнетенная береза и сосна. Закраины — более увлажнены и зара­стают осокой, камышом и другими болотными растениями.

Низинные болота питаются грунтовыми водами и водами поверх­ностного стока, отличающимися более высокой минерализацией, чем воды верховых болот. В низинных болотах мхи отсутствуют, широко распространены осоки, тростники, развиты кустарники (ива), из древесных пород — береза и ольха. Рельеф болот часто осложнен кочками. Переходные болота располагаются (как правило) на склонах и совмещают в себе условия и признаки верховых (в верх­ней части склона) и низинных (ниже по склону) болот.

Болота СССР обладают огромными запасами торфа, имеющими промышленное значение (удобрение для полей, топливо и т. п.).

Болота южных районов имеют более минерализованную воду (вплоть до соленой), мхи там не развиваются, преобладают осоки, камыши, тростник.

Болота оказывают очень большое влияние на режим стока по­верхностных вод. Из болот берет начало огромное число речек и ручьев. Всякого рода работы на болотах должны производиться с большой осмотрительностью, особенно имея в виду заросшие озера — зыбуны.

Сток поверхностных вод

Выпадающие на поверхность земли осадки проходят сложный путь, прежде чем возвратятся в океан. Путь этот зависит от многих причин, но одной из главных является характер той поверхности, на которую эти осадки выпали. Решающими факторами являются: рельеф, геологическое строение, растительный покров, температура

175

(воздуха и поверхности земли), степень насыщенности воздуха во­дяными парами, увлажненность поверхности.

От рельефа зависит скорость стока выпавших осадков: равнин-ность поверхности затрудняет сток, резкая пересеченность, наличие крутых склонов — облегчают. Геологическим строением опреде­ляется возможность проникновения выпавших осадков в грунты. Широкое распространение на местности водоупорных пород увели­чивает поверхностный сток, наличие водопроницаемых пород — уменьшает. Роль растительного покрова более сложна. Во-первых, растения задерживают на своих ветвях, листьях и стеблях часть выпадающих осадков, которая не достигает поверхности земли и испаряется обратно в атмосферу, что уменьшает сток. Во-вторых, растительный покров создает препятствия (увеличивает шерохова­тость) на пути стекающих вод, а обладающие высокой гигроскопич­ностью массы опавших листьев, хвои, стеблей трав, мхов и т. п. впи­тывают большое количество влаги, что также уменьшает поверхност­ный сток. Наконец, растения в процессе жизнедеятельности испаряют в атмосферу большое количество воды, забираемой корневой системой растений из верхних водоносных горизонтов (верховодка и грунтовая вода). За счет этого увеличивается способность водо­проницаемых грунтов поглощать новые запасы воды и это снижает поверхностный сток, но обогащение влагой атмосферы увеличивает внутриматериковый (местный) влагооборот и количество осадков возрастает. В этом случае суммарный сток с данной площади ста­новится больше. Затеняя поверхность земли, растительный покров уменьшает испарение, задерживая таяние снега, благоприятствует накоплению запасов грунтовых вод и регулирует режим стока. В целом роль растительного покрова в увлажнении местности по­ложительна, что необходимо учитывать при всякого рода вмешатель­стве в природную среду. Температура и степень насыщенности воз­духа водяными парами определяет возможность испарения воды в атмосферу растениями и с поверхности земли. Низкие температуры и высокая влажность воздуха препятствует испарению. Увлажнен­ность поверхности увеличивает количество стекающих осадков, поскольку насыщенные водой грунты и лесная подстилка влаги больше не воспринимают, заставляя ее стекать в ручьи и реки.

Коэффициент и режим стока

где В — количество выпавших осадков в миллиметрах на данную площадь за единицу времени и С — количество стекающей воды

176

Для выражения стока с какой-либо территории используются два понятия: коэффициент и модуль стока. Коэффициент стока может быть выражен в миллиметрах, процентах. В про­центах коэффициент стока вычисляется по формуле

в тех же единицах. Например, для многих северных районов евро­пейской территории сток С равняется 350—400 мм в год, а средне­годовое количество осадков В составляет здесь около 500—550 мм. Следовательно, коэффициент стока А будет равен 70%. Моду­лем стока называют количество воды, выраженное в литрах, стекающее с 1 км в 1 сек в среднем за год. Для вычисления коэффи­циента и модуля стока необходимо знать количество выпадающих осадков и количество стекающей воды. Данные о количестве осадков получают с метеорологических станций, ведущих систематические наблюдения. Для определения стока необходимы специальные наблюдения, которые и проводятся на гидрометрических станциях и постах, организуемых на реках. При определении расхода реки (количества воды, проносимого рекой за единицу времени) необхо­димо знать площадь живого сечения потока и скорость течения. Вычисления производятся по формуле

где а — расход воды, выраженный в кубических метрах (для рас­хода рек принимается время в 1 сек); F — площадь живого сечения; v — средняя скорость. Для определения площади живого сечения потока необходимо построить разрез (профиль) русла и знать глу­бину потока. Средняя скорость вычисляется на основании определе­ния ее в разных частях потока, так как она различна (наименьшие скорости наблюдаются у дна, где сказывается трение о его поверх­ность, в верхних слоях сказывается трение о воздух; понижены скорости у мелкого берега и над мелями и т. д.). Измеряются ско­рости при помощи специальных приборов, помещаемых в различ­ные точки живого сечения, с мостика, лодки, парома, зимой со льда. Расход рек все время меняется. Для равнинных рек европейской территории СССР характерен низкий уровень (межень) в жаркие летние месяцы и зимой, резкое повышение уровня и увеличение расходов весной (половодье) — в период таяния снегов и эпизоди­ческие повышения уровня и расходов (паводки) во время выпадения обильных дождей. Помимо годового неравенства расходов наблю­даются неравенства многолетние, обусловленные изменениями коли­чества осадков и температур воздуха, скоростью таяния снегов и другими причинами. Изменение во времени количества стекающей воды называют режимом стока. Для рек разных климати­ческих зон, для горных и равнинных территорий характерны свое­образные режимы стока, связанные с условиями поступления воды в русла рек за счет атмосферных осадков. Резкое падение уровней в засушливый период и в зимние месяцы меньше на тех реках, кото­рые имеют обильное питание за счет подземных вод или вытекают из больших озер, являющихся регуляторами стока.

177

Происхождение подземных вод

Подземными водами называются воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород. Подземная вода может находиться в твер­дом (лед), жидком и газообразном (водяные пары) состоянии и может быть связана химически с веществами земной коры, входя в состав некоторых минералов (лимонита, опала, гипса и др.). По происхо­ждению подземные воды подразделяют на вадозные, ювенильные и реликтовые (седиментационные, погребенные). Вадозные воды образуются за счет проникновения с поверхности земли воды и водяных паров, участвовавших во внешнем влагообороте, ювенильные — путем конденсации водяных паров, подни­мающихся из недр Земли, реликтовые — захоронены в порах осадочных пород, отлагавшихся в водной среде, и являются водами того бассейна, на дне которого эти осадки образовались.

С поверхности земли в толщу горных пород вода может проникать путем просачивания и даже вливания (например, уход под дневную поверхность исчезающих рек в районах развития карста), а также путем миграции водяных паров. Просачивание (инфильтрация) — хорошо известный и понятный процесс, широко распространенный в местах сильного увлажнения земной поверхности. Там, где поверх­ностные воды (озера, реки и т. д.) связаны с водоносными горизон­тами, располагаются или протекают по водопроницаемым породам, обмен между поверхностными водами и водоносными горизонтами осуществляется непосредственно. Инфильтрационный тип питания подземных вод господствует в условиях влажного климата, при обилии водоносных горизонтов и близком их залегании к поверх­ности земли или, наоборот, в пустынях, где по пескам протекают реки с гор.

Для территорий с неустойчивым увлажнением, тем более с за­сушливым климатом и глубоким залеганием водоносных горизонтов, а при каменистых грунтах и в хорошо увлажненных районах значи­тельную роль в питании подземных вод начинают играть водяные пары, перемещающиеся в грунтах из более теплых и влажных слоев в слои более холодные (процесс перегонки). Такое движение обусло­влено тем, что при более высоких температурах упругость водяных паров выше, чем при низких. Движение водяных паров с поверх­ности осуществляется летом, когда верхние слои грунта сильно прогреты, а более глубокие холодные. Движение с поверхности распространяется до слоя постоянных температур, так как глубже него температуры начинают возрастать и там уже наблюдается вос­ходящий ток водяного пара. В мощной толще дюнных песков в зоне постоянных температур часто встречается подвешенный, лишенный подстилающего водоупорного слоя, водоносный горизонт. В зимние месяцы, когда устанавливается общее падение температуры к зем­ной поверхности, водяные пары мигрируют вверх, заполняют поры верхнего слоя грунта и если этот слой сковывается сезонной мерзло­той, то происходит его разрыхление за счет перехода воды в лед.

178

Конденсация водяных паров, поступающих вместе с воздухом, возможна в охлажденных за зиму каменных россыпях. Проника­ющий в эти россыпи воздух приносит водяной пар, который выде­ляется в виде подземной росы.

Состояние воды в грунтах

Подземные воды в твердой фазе (лед) неподвижны. Парообразная вода может перемещаться на большие расстояния, проходить сквозь тончайшие (доли миллиметра) поры, мигрируя из слоев с большей упругостью водяного пара в слои с меньшей упругостью его. Жид­кую воду по соотношению с грунтом и по условиям ее перемещения подразделяют: на гигроскопическую, пленочную, капиллярную и гравитационную. Гигроскопическая вода образуется путем конденсации водяных паров на частицах грунта в виде отдель­ных молекул, которые могут образовать пленку толщиной в одну молекулу. Перемещаться гигроскопическая вода может, только перейдя в парообразное состояние. Если вода образует пленки толщиной в несколько молекул и прочно удерживаемые частицами грунта за счет действия молекулярных сил, она называется пле­ночной. Перемещение пленочной воды происходит путем перетя­гивания воды с частицы грунта на частицу, от более толстых пленок к более тонким. При крупных порах пленочная вода эти поры не заполняет. Капиллярная вода заполняет тонкие (0,1 мм и меньше) поры и трещины пород, перемещаясь в них под действием молеку­лярных сил. Капиллярное поднятие в мелкопористых грунтах больше, чем в крупнопористых. Над водоносным горизонтом всегда имеется зона капиллярного поднятия. В крупных порах гравита­ционные силы превышают силы молекулярного сцепления. Появ­ляется гравитационная вода, которая заполняет крупные поры и тре­щины горных пород и перемещается по ним под действием силы тяжести, а при наличии гидростатического напора может подни­маться вверх, образуя восходящие источники.

Водоносные горизонты и источники

Водопроницаемость горных пород определяется размерами пор и трещин. При большом количестве мельчайших трещин порода остается практически водонепроницаемой, поскольку поры запол­няются за счет смыкания пленок гигроскопической и пленочной воды, которая удерживается молекулярными силами и остается неподвижной. Для практических целей породы можно подразделить на водопроницаемые и водонепроницаемые (водоупорные). В водо­проницаемых породах может перемещаться гравитационная вода, водоупорными она задерживается. Проникая в толщу пород, вода достигает водоупорного слоя и скапливается на его поверхности, образуя горизонт подземной воды. Содержащий эту воду проницаемый слой называется водоносным. Горизонты

179

подземных вод по их расположению по отношению к земной поверх­ности и к вмещающим породам подразделяют на верховодку, грун­товую воду л глубокие горизонты. Верховодка — ближайший к поверхности земли горизонт, залегающий на ближайшем, име­ющем спорадическое распространение водоупорном слое; тесно связан с поверхностными водами и имеет непостоянный уровень, в засушливые годы этот горизонт часто пересыхает. Грунтовые воды распространены на больших территориях, чем верховодка, поскольку расположены над первым выдержанным на большом пространстве водоупорным слоем. Как и верховодка, грунтовые воды реагируют на засухи, благодаря легкой проницаемости выше­лежащего грунта легко поддаются загрязнению. Глубокие

горизонты подземных вод отделены от поверхности земли водоупорными слоями и имеют область питания, лежащую далеко от места основного скопления воды в данном горизонте. Глубокие горизонты могут быть свободными, когда в водоносном слое выше заполненных водой пор имеются свободные от воды поры, и напор­ными, межпластовыми, — когда весь водопроницаемый слой, лежа­щий между двумя водоупорными слоями, заполнен водой, находя­щейся под гидростатическим напором (рис. 44). Особый случай залегания подземных вод наблюдается при развитии карста, когда поверхностные воды свободно проникают в толщу растворимых пород и протекают там по крупным трещинам, подземным галереям и пеще­рам, образуя подземные реки и озера. В условиях вечной мерзлоты, где имеются подмерзлотные, межмерзлотные и надмерзлотные под­земные воды, особый режим характерен для надмерзлотных вод. Летом они образуют свободный горизонт грунтовых вод, движутся в оттаявшем (деятельном) слое по водоупорному слою, образован­ному скованными вечной мерзлотой грунтами. В начале зимы эти воды становятся напорными, будучи заключенными между слоем вечной мерзлоты и слоем сезонной мерзлоты. Стекая по склонам, они часто оказываются под высоким гидростатическим напором, взламывают грунт (слой сезонной мерзлоты) и выливаются на по­верхность земли, образуя грунтовые наледи.

180

Подземные воды находятся в движении, которое направлено от области питания в области расхода, от более высокого уровня к более низкому. Скорость этого движения зависит от разности уров­ней, длины пути и водопроницаемости грунта. При горизонтальном залегании слоев разность уровней на единицу расстояния зависит от прихода и расхода воды и от водопроницаемости грунта. При на­клонном залегании водоупорного слоя разность уровней может определяться наклоном его, но и здесь важное значение имеет водо­проницаемость водоносного слоя, в силу чего уровень подземных вод будет иметь более крутой уклон, чем уклон водоупорного слоя. Таким образом, движение под­земных вод будет происходить при наличии разности отметок их уровня, когда эта разность отсутствует, подземные воды неподвижны. Если вырыть сеть колодцев (пробурить скважи­ны), то вода в них установится на каком-то уровне, определив отметки которого, можно по­строить план (карту) уровня залегания подземной воды (дан­ного водоносного горизонта), соединив точки его поверхности с одинаковыми отметками ли­ниями — гидроизогип-с а м и. На такой карте хорошо видно, в какую сторону уровень воды (зеркало подзем­ной воды) имеет уклон. При помощи таких колодцев (скважин) можно определить и скорость движения подземных вод. Для этого в колодец с более высоким положением уровня воды запускают красящее вещество, отмечают время запуска и время появления его в смежных колод­цах. Зная расстояние между колодцами и время, вычисляем ско­рость. Для определения проницаемости грунтов в полевых условиях производят опытные откачки (из буровых на воду скважин или из колодцев) и лабораторные исследования грунтов. По полученным данным вычисляют коэффициент фильтрации к, который выражает скорость движения жидкости при гидравлическом градиенте, рав­ном 1. В мелкопористых грунтах движение воды ламинарное и ско­рость потока может быть выражена формулой

где v — скорость; k — коэффициент фильтрации в см/сек; i — гидра­влический градиент, представляющий собой отношение разности уровней к длине пути, в м.

181

Естественные выходы подземных вод на дневную поверхность называют источниками, которые по характеру выхода делят на нисходящие и восходящие, а по температуре — на холодные, нормальные, теплые, горячие и гейзеры. Нисходящие источники образуются при выходе ненапорных вод, восходящие — при выходе вод, находящихся под гидростатическим напором и вы­нужденных подниматься вверх для выхода на поверхность (рис. 45). В карстовых районах встречаются выходы подземных рек, извест­ные под названием источников воклюзского типа. Холод­ные источники имеют температуру ниже среднегодовой температуры данной местности. Температура нормальных источников близка к среднегодовой температуре, теплые и горячие, разумеется, харак­теризуются более высокими температурами. По содержанию солей подземные воды делят на пресные (соленость ниже 1%) и соленые (больше 1%), а затем по составу солей (хлоридные, сульфатные, углекислые и т. д.).

ПРОЦЕССЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ И ИХ РЕЛЬЕФООБРАЗУЮЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ Процессы и типы выветривания

Выветриванием называют процессы физического раз­рушения и химического преобразования горных пород и минералов, происходящие в результате колебаний температуры, замерзания воды в трещинах горных пород, химического действия воды и раз­личных химических агентов (газов, кислот и т. п., находящихся в воздухе, в почве, в водных растворах), животных и растений. Выветривание не есть деятельность ветра. Различают три типа вы­ветривания: 1) физическое, 2) химическое и 3) органическое.

При физическом выветривании минералов и гор­ных пород они распадаются на обломки, но химический состав вещества при этом не меняется. Главнейшие агенты физического выветривания — резкие колебания температуры и замерзание воды в трещинах горных пород и минералов. Температурное выветривание наиболее интенсивно развивается там, где днем поверхность горных пород сильно нагревается, а ночью сильно остывает. В результате возникающих в породе напряжений она трескается и шелушится; этот процесс называют десквамацией. Физическое выве­тривание происходит и на глубине нескольких метров, при условии значительных (более 5—10°) колебаний температуры, так как мине­ралы, составляющие горные породы, имеют неодинаковый коэффи­циент расширения. Морозное выветривание происходит в резуль­тате замерзания воды в трещинах и наиболее интенсивно развивается при частом колебании температур около точки замерзания. Физи­ческое выветривание может происходить и под действием кристал­лов солей, растущих в трещинах и порах породы, куда соль выне­сена водой, поступающей по капиллярам из более глубоких и влаж­ных слоев земли. Иногда этот процесс происходит при участии воды,

182

конденсирующейся ночью на охлажденной поверхности скал и про­сачивающейся внутрь породы. При высыхании породы вода подни­мается к поверхности и испаряется, а вынесенные соли кристалли­зуются, откалывая от материнской породы обломки разной величины (солевое выветривание), которые затем осыпаются, уносятся ветром или водой. При медленном и слабом поступлении солей и росте кристаллов распад пород на поверхности может и не происходить. Наоборот, в этом случае на камнях образуется твердая корка с темной блестящей поверхностью, называемая пустын­ным з а г а р о м, но встречается она даже в Антарктиде. При образовании пустынного загара разрушение происходит внутри породы, откуда при участии воды и бактерий выносятся растворимые железисто-марганцевые соединения. Этот процесс как бы объеди­няет физическое, химическое и органическое выветривание.

При химическом выветривании минералы и гор­ные породы претерпевают химические изменения: растворяются, присоединяют молекулы воды (гидратация), образуют новые соеди­нения с кислородом воздуха и с углекислым газом. Благоприят­ствует этому выветриванию влажный и теплый климат и обилие химических агентов, что особенно характерно для влажного тропи­ческого климата.

Органическое выветривание выражается в форме физического и химического разрушения и преобразования горных пород организмами (бактериями, животными и растениями), способ­ными перекапывать, сверлить, дробить, истирать горные породы и действовать на них химически — при помощи различных химиче­ских веществ, выделяемых и поглощаемых животными и расте­ниями в процессе их жизнедеятельности. Образующиеся при разло­жении отмершего органического вещества соединения также участ­вуют в процессах выветривания.

Кора выветривания и элювий

Процессы выветривания наиболее напряженно развиваются там, где земная кора непосредственно соприкасается с атмосферой и гидросферой. В равнинной местности, где снос продуктов выветри­вания затруднен, на поверхности выветривающейся горной породы образуется мощный чехол, состоящий из наиболее стойких к выветри­ванию минералов, входящих в состав материнской породы, и вновь образовавшихся гипергенных глинных минералов — продуктов хи­мических реакций, протекавших в процессе выветривания. В верх­них горизонтах этот чехол имеет наибольшие отличия от материн­ской породы, а в нижних может содержать обломки породы, не пол­ностью преобразованной выветриванием. Весь этот чехол принято называть элювием. В принципе элювий мало чем отличается от коры выветривания, представляющей собой древний элювий, иногда сцементированный каким-либо цементом или обо­гащенный соединениями алюминия и железа.

183

Редьефообразующая роль выветривания

Выветривание — это процесс разрушения горных пород и форм рельефа, неустойчивых в условиях земной поверхности; процесс дробления и химического преобразования вещества, перевод в более «транспортабельное» состояние и подготовка его к дальнейшему перемещению под действием силы тяжести, ветра и воды. Основная направленность экзогенных процессов — разрушение положитель­ных и заполнение продуктами выветривания отрицательных форм рельефа. Эффект (геологический и геоморфологический) взаимо­действия выветривания и денудационных процессов во многом зависит от ряда причин, среди которых важное значение имеет состав горных пород и их подготовленность (сланцеватость, трещино-ватость и т. д.) к воздействию процессов выветривания, рельеф, тип самого процесса выветривания и с каким из агентов денудации этот тип выветривания взаимодействует. В ряде случаев большое влияние на такое взаимодействие могут оказывать и эндогенные силы (тектонические движения).

Своеобразные формы рельефа возникают в том случае, если вы­ветриванию подвергаются породы, имеющие в различных частях неодинаковую стойкость (в различной степени сцементирована, разбита трещинами и т. д.). В этом случае процессы выветривания быстрее разрушают слабые участки горных пород, препарируют трещины и расширяют их. Образующиеся мелкие продукты выветри­вания удаляются денудацией, осыпаются под действием силы тя­жести, сдуваются ветром, смываются дождевыми и талыми водами, а более стойкие участки горных пород, еще не разрушенные выветри­ванием, выступают на местности в виде различных, часто причудли­вых скал: форм выветривания, останцов выветривания. В некоторых случаях одиноко стоящие скалы такого происхождения являются прекрасными ориентирами и всегда хорошо известны местному населению, которое связывает с ними различные предания. Во многих местах известны сложные сочетания подобных скал, распространен­ных на обширных площадях и придающих особый облик рельефу этих площадей. Такие сочетания форм выветривания образуют как бы фантастические «города», например «каменный город» на Торре-Порре-Изе на Северном Урале, описанных в работах В. А. Варсанофьевой, «каменный город» в Джунгарии, отмеченный в работах В. А. Обручева, и ряд других. Часто отдельные скалы, останцы выветривания, имеют формы, напоминающие фигуры людей, животных, различных зданий и т. д., и названы местным населением или исследователями различными, отражающими внешний вид этих скал названиями: «Старик», «Юрта», «Слон» и т. д. Ввиду того что останцы выветривания являются хорошими ориентирами и легко распознаются на местности, их обязательно следует изображать на топографических картах, для чего в инструкциях по составлению карт предусмотрен специальный условный знак.

184

В горных странах процессы выветривания (особенно морозного) наиболее интенсивны, так как образующийся рыхлый материал быстро удаляется с крутых склонов агентами денудации. Благо­даря этому на местности, сложенной горными породами однородного состава с относительно одинаковой трещиноватостыо, могут воз­никать формы рельефа (вершины гор, склоны и т. д.), имеющие сходный вид и некоторые типичные признаки, которые могут быть использованы при дешифрировании аэроснимков. В качестве при­мера можно указать, что в условиях умеренного климата массивным слаботрещиноватым гранитам соответствуют округлые контуры гор, на склонах которых иногда встречаются останцы выветривания. В тех же условиях в высоких горах вершины, сложенные сланцами, часто имеют острые пики и гребни, а склоны их покрыты мощными осыпями. Известняки и доломиты слагают вершины с массивными и угловатыми формами. Для районов, сложенных трещиноватыми песчаниками, характерно обилие причудливых форм выветривания: столбов, башен и т. д.

С влиянием выветривания связано развитие и выявление раз­личного рода отдельностей и форм микрорельефа, осложняющих поверхности более крупных форм. В результате селектив­ного (избирательного) выветривания отчетливо выделяются в гор­ных породах разбивающие их трещины отдельности (матрацевидной, столбчатой, шаровой и т. д.), которая часто типична только для пород определенного состава и происхождения (например, столб­чатая отдельность в базальтах). На скалах и глыбах других пород иногда возникает своеобразный дырчатый рисунок, скалы назы­вают в этом случае ячеистыми, кружевными и т. д. Все подобные образования учитываются при геологических и геоморфологических съемках, но на топографических картах еще не нашли отражения.

Формы рельефа, обусловленные селективным выветриванием, пользуются на земном шаре очень широким распространением и известны в самых разнообразных климатических условиях: от жар­ких пустынь до Антарктиды.

Движение грунтовых масс на склонах

В результате интенсивно развивающегося выветривания (осо­бенно физического) от материнской породы отделяется значительное количество больших и малых обломков, которые остаются лежать па ровных поверхностях, а на крутых склонах и обрывах падают, образуя камнепады, представляющие большую опасность для людей, проходящих около таких склонов. Скопления продуктов выветривания в виде каменных глыб и щебня, образующиеся на плоских вершинах гор, называются каменными морями, или каменными россы­пями, а располагающиеся на склонах гор или на дне долин и имеющие форму относительно узких полос — каменными осыпями и каменными реками. Часто каменные осыпи покрывают большие участки склонов, постепенно расширяясь к его основанию, и образуют как бы обширные прислоненные

185

к склону конусы. Россыпи и осыпи могут состоять из очень круп­ных угловатых глыб, из глыб относительно небольших размеров и из щебня. Весь этот материал даже на горизонтальной поверхности находится в движении в результате изменения объема массы всей россыпи и отдельных ее глыб при колебаниях температуры. Движе­нию осыпи и россыпи способствует продолжающееся выветривание материнской породы, обломков горных пород в самой россыпи, вынос водой и ветром мелких продуктов распада массы россыпи. Большое значение имеет замерзающая в россыпи вода. Обычно движение россыпи может быть установлено только путем длитель­ных наблюдений. В некоторых случаях, особенно в каменных осыпях, расположенных на крутых склонах, движение может происходить быстро и даже катастрофически. Осыпи вызывают большие затруд­нения при постройке дорог в горах. На борьбу с этим явлением при­ходится расходовать большие средства, строить подпорные стенки, делать над дорогами специальные перекрытия и т. д. Для изобра­жения каменных осыпей и россыпей на топографических картах применяются специальные условные знаки. Каменные россыпи и осыпи представляют собой типичный элемент горного ландшафта, так как для их образования на местности необходимо наличие крутых склонов, преобладающее значение гравитационного перемещения обломочного материала и быстрое удаление мелких частиц из тела осыпи, что возможно при крутых уклонах и быстром течении прони­кающей в осыпи воды. Большинство осыпей на склонах образуют крутые углы наклона (средние углы поверхности осыпей 32—37°), увеличивающиеся к вершине склона.

На более пологих склонах, при затрудненном удалении мелких продуктов выветривания, при усилении процессов химического выветривания, среди грубого обломочного материала появляется скопление мелкозема, начинает развиваться растительность, лежа­щие на склонах массы обломочного материала становятся менее подвижными. В этих случаях движение происходит в связи с набу­ханием склоновых отложений во влажное время года и усыхания во время засух и при замерзании и оттаивании грунта. Усиливается движение верхних слоев весной, когда талые воды проникают в них до еще замерзших слоев, грунт сильно увлажняется и приобретает свойства плывуна. Этот процесс тождествен солифлюкции, разви­вающейся в условиях вечной мерзлоты в деятельном слое, но при отсутствии вечной мерзлоты затухает после оттаивания грунта. Движение грунтов на склонах — очень широко распространенный в природе процесс, который наблюдается даже тогда, когда углы наклона склона измеряются всего несколькими градусами. Разви­вается он в широком диапазоне природных условий, но с разной интенсивностью, зависящей от множества причин, среди которых большое значение имеют: состав склоновых отложений, крутизна склона и ориентировка его по отношению к солнечным лучам, тем­пература, влажность, растительность и т. д., роль которых должна определяться в каждом конкретном случае.

186

Необходимость и важность отражения характерных форм рельефа, обусловленных выветриванием, на топографических картах

Выше отмечено, что из форм рельефа, обусловленных выветри­ванием, четкое изображение на картах получили только скалы­останцы, каменные россыпи, осыпи и каменные реки. Располагаются они на вершинной поверхности гор, на склонах, в тальвегах, т. е. представляют собой детали поверхности элементов рельефа. Необ­ходимость изображения на картах скоплений обломочного мате­риала осознана и осуществляется давно, но динамика самого про­цесса выветривания на топографических картах еще не получила отражения. Карты с указанием на них мест активного развития склоновых процессов необходимы для различного рода проектных работ, они помогут вовремя сосредоточить внимание на опасных участках склонов, найти более правильный и выгодный вариант трассы дороги, канала, предусмотреть средства на дополнительные изыскания и т. д.

ПРОЦЕССЫ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ ВЕТРА, И ИХ РЕЛЬЕФООБРАЗУЮЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ

Условия, благоприятствующие деятельности ветра

На поверхности земного шара нет места, где бы в той или иной мере не проявлялась деятельность ветра. Изучая деятельность ветра, можно видеть, что для более яркого проявления ее необходимо, как и для других внешних агентов, сочетание определенных усло­вий, и только тогда ветер может выступить как самостоятельный геологический и рельефообразующий фактор. Такими условиями в основном являются: 1) сухость поверхности горных пород;

2. разреженность или полное отсутствие растительного покрова;

3. наличие рыхлых доступных ветру минеральных масс (пыли, песчинок и т. п.); 4) сила ветра, достаточная для захвата и переноса материала, находящегося на поверхности земли.

Географическое распространение территорий, благоприятных для проявления деятельности ветра

Благоприятные условия для проявления деятельности ветра могут возникнуть в любой ландшафтной зоне и прежде всего в пустынях.

Даже в тундре, в зоне лесов умеренного пояса, в долинах рек и на морских побережьях, в условиях лесов влажных тропиков, в степях и саваннах встречаются эоловые отложения и формы рельефа. Часто они возникают там, где какой-либо природный агент (река, море) отлагает свои наносы, которые высыхают и стано­вятся достоянием ветра. Например, таким путем перерабатываются песчаные наносы в поймах рек, песчаные береговые наносы вдоль речных русел, песчаные пляжи озер и морей.

187

Зачастую доступные ветру пространства возникают в результате неосмотрительной деятельности человека, разрушающего путем распашки, неумеренного выпаса, вырубки лесов и уничтожения подлеска, переосушкой торфяников и другими путями растительный покров, предохраняющий рыхлые грунты от развеивания их ветром. Примеры возникших таким путем участков пустынь достаточно многочисленны и их особенно много в зонах неустойчивого увлажне­ния: в степях и полупустынях. Природные пустыни являются про­странствами, на которых работа ветра проявляется с наибольшей полнотой.