книги из ГПНТБ / Борголов И.Б. Геология с основами минералогии и петрографии учеб. пособие для студентов с.-х. вузов, обучающихся по специальности агрономия, агрохимия и почвоведение

ческими и метаморфическими горными породами. Среди них особый интерес представляют так называемые эрратические валуны, позволяющие определить области сноса и места расположения центров оледенений.

Ледниковое происхождение имеют также и флювиогляциальные отложения. Другими словами, это отложения лед­ никовых водных потоков. В результате таяния льда под ледниковым покровом возникают желобообразные углубле­ ния, по которым и устремляются эти водные потоки. Пос­ ледние размывают донную и отчасти конечную морену. В результате размывания весь этот материал выносится за пределы ледника; при этом грубо- и крупнообломочный материал откладывается вблизи его границ, далее— более мелкий песчаный и затем глинистый материал с образова­ нием осадков, аналогичных современным речным отложени­ ям. Таким путем впереди края ледника возникают обшир­ ные поля, сложенные песчано-глинистыми и песчаными от­ ложениями. Это так называемые зандровые поля. Иногда же флювиогляциальные отложения располагаются между моренными отложениями предшествующего и последующего оледенений, тогда их называют между моренными. Отличить их от обычных морен возможно по хорошей сортировке ма­ териала и наличию косой слоистости.

С водно-ледниковыми потоками связано образование своеобразных форм ледникового рельефа. Например, к ним

косослоистым галечником, гравием, песком, с поверхности перекрыты суглинками. Такие формы рельефа широко раз­ виты на территории Финляндии и Швеции. Здесь озы рас­ полагаются грядами параллельно направлению ледниковых борозд. Часто к главному озу примыкают боковые, напоми­ ная собой как бы реку с ее притоками.

Холмы, сложенные косослоистым материалом, хаотиче­ ски разбросанные и преимущественно приуроченные к крае­

прнледниковых озерах. Для этих отложений характерно че­ редование тонкопесчаных и илистых слоев, составляющих

250

(Qi), рисское ( Q 2 ) и вюрмское ( Q 3 ) оледенения п соответст­ венно гюнц-миндельская, миндель-рисская и рисс-вюрмская межледниковые эпохи. Для равнинных территорий даются свои схемы оледенений, которые сопоставляются с альпий­ скими.

В пределах европейской части СССР, по мнению большин­ ства исследователей, имели место три оледенения. Это лихвинское (миндельское), днепровское (рисское) и валдайское (вюрмское), из которых наиболее крупным было днепровское оледенение. Льды этого оледенения покрывали большую часть европейской территории СССР. Днепровский ледник в виде двух широких языков достигал по долине р. Днепра г. Днеп­ ропетровска и по долине Дона — места впадения в него р. Медведицы. Южные границы остальных оледенений в ев­ ропейской части СССР проходили гораздо севернее.

Причины оледенений. Мы живем в эпоху повсеместного отступления ледников в связи с общим потеплением климата как в Северном, так и в Южном полушариях. В связи с этим возникает вопрос, чем же было вызвано похолодание клима­ та в конце третичного и начале четвертичного периодов при­ близительно на 4—5°С?

Причины изменения климата и наступления ледниковых эпох в истории Земли принадлежат к одним из наиболее сложных и диескуспоиных вопросов, по которым исследова­ тели высказали много различных точек зрения.

Одни из них увязывают изменения климата с космиче­ скими явлениями; изменением солнечной активности, изме­ нением угла наклона земной оси к эклиптике, прохождением Солнечной системы через различные по плотности туман­ ности Галактики.

Другая группа исследователей видит причины изменения климата в явлениях, происходящих на самой Земле, напри­ мер, в горообразовательных процессах, в вулканических извержениях и др.

Вместе с тем следует отметить, что для возникновения оледенения на Земле недостаточно одного только понижения температуры, а необходимо также и увеличение влажности воздуха. Так, например, в районе Верхоянска — полюсе хо­ лода, наблюдаются более низкие температуры, чем в Грен­ ландии. Но в Гренландии существует более влажный климат и выпадает больше осадков, поэтому там имеются необхо­ димые условия для образования ледников. В Верхоянском же крае ледников не имеется, так как количество выпадаю­ щих 'здесь осадков ничтожно мало.

253

Изменение солнечной активности, которая падает в пе­ риоды максимального развития солнечных пятен, повторя­ ется в среднем через 11 лет. Но одиннадцатилетний период изменений солнечной радиации, во-первых, слишком мал, чтобы объяснить вековые изменения климата, а во-вторых, он вообще не сопровождается заметным понижением илиповышением температуры Земли. О более длительных и сильных изменениях солнечной активности можно только строить предположения, которые еще достаточно не обосно­ ваны.

Некоторые исследователи изменения климата и матери­ ковые оледенения связывают с изменениями положения Зем­ ли по отношению к Солнцу. В настоящее время земная ось

полярные круги располагаются на 23,5° широты от полюсов, а тропики на 23,5° широты от экватора. Однако угол на­ клона земной оси периодически колеблется от 22 до 24,5°. Увеличение этого угла приводит к усилению на поверхности Земли климатических различий между широтными климати­ ческими поясами, так как при максимальном значении угла наклона сокращается зона умеренного климата и полярные круги сближаются с тропиками. Период изменения угла на­ клона земной оси составляет 40100 лет.

Эксцентриситет земной орбиты, т. е. степень ее вытяну­ тости, изменяется с периодом в 90 800 лет. При наибольшем эксцентриситете заметно возрастает расстояние Земли от Солн­ ца в афелии1 и соответственно уменьшается количество по­ лучаемого ею тепла. В перигелии2 Земля, наоборот, оказы­ вается заметно ближе к Солнцу, и поэтому больше получает тепла. Наибольший эффект оба указанных фактора дают тог­ да. когда максимальный наклон земной оси совпадает но времени с наибольшим эксцентриситетом орбиты.

Кроме того, следует учитывать и то, что Земля проходи? через более холодные участки Мирового пространства, вслед­ ствие чего она охлаждается, что может привести к образо­ ванию ледниковых шапок.

Ряд исследователей изменение температуры и влажности климата объясняют горообразовательными процессами и связанными с ними трансгрессиями и регрессиями моря. Это так называемые геологические гипотезы, в свою очередь под­

254

разделяемые на тектонические и палеогеографические. В соответствии с первой из них горообразовательные процессы способствуют охлаждению поднимающихся поверхностей Земли. Это обусловлено тем, что над горами слой атмосферы тоньше, чем в низинах, и поэтому воздух беднее углекислотой и водяными парами. Такие участки атмосферы представляют собой как бы «дыры в парнике», сквозь которые тепло ухо­ дит в Мировое пространство. В те периоды геологической истории Земли, когда горообразовательные процессы прекра­ щаются и в результате денудации земная поверхность вы­ равнивается, воздушная оболочка становится более толстой и равномерной. В результате этого наступает потепление климата с исчезновением ледниковых покровов; ледники со­ храняются лишь в полярных странах и высокогорных об­ ластях. Подобная обстановка имеет место в нынешнее, пос­ леледниковое время.

Согласно другой палеогеографической гипотезе, изменения в климате связаны с распределением суши и моря на земной поверхности. Так, например, по И. Д. Лукашевичу, при трансгрессиях моря температура на суше поднимается на 1 —2°С, что связано с нагреванием огромных океанических масс. Поэтому климат становится морским. При регрессиях моря и увеличения площади суши, наоборот, усиливается континентальность климата с одновременным понижением ее температуры. Как известно, для оледенения достаточно по­ нижения летней температуры всего на 4—5°С, поэтому при обилии осадков на суше может образоваться ледниковый

покров.

Вообще же оледенения в истории Земли довольно хорошо увязываются с горообразовательными процесами, которые неоднократно имели место в прошлом. Так, известно, мощ­ ное оледенение в протерозое последовало за крупным горо­ образовательным процессом в архее. Великое каменно­ угольное и пермское оледенения имели место после герциш-

движения, которое создало высочайшие горные системы Аль­ пы. Карпаты, Памир, Гималаи, Кордильеры и др. В связи с возникновением высокогорных областей происходило из­ менение направления движения влажных ветров и морских течений. В горах, выше снеговой линии, возникали центры оледенений, которые оказали влияние на климат других

районов.

Некоторые ученые изменение климата связывают с коле-

255

бннием состаза атмосферного воздуха, например, содержа­ нием углекислоты, водяных паров, вулканической пыли,

атмосфере содержится 0,03%. Если же количество углекис­ лоты уменьшится вдвое, то температура понизится на 4— 5°С. Другие же ученые полагают, что оледенения были вы­ званы недостатком углекислого газа вследствие его погло­ щения пышной растительностью каменноугольного и третич­ наго периодов.

Вулканическая пыль, лесные пожары и облачность также способствуют понижению температуры воздуха. Так. извест­ но. з результате лесных пожаров в 1915 г. в Сибири, дым от которых распространился на площади в 6 млн. км2, солнеч­ ная радиация уменьшилась до 65%. Пожары длились 50 дней, что привело к запозданию созревания пшеницы и ржи на 10—15 дней.

§8. МНОГОЛЕТНЯЯ, ИЛИ ВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА

Вусловиях сурового климата с продолжительной и хо­ лодной зимой почва периодически замерзает с образованием

вней почвенного льда, заполняющего поры грунта. Глубина

промерзания тем больше, чем ниже зимние температуры и чем тоньше зимний снежный покров, защищающий почву or крайнего переохлаждения. В большей части умеренного поя­ са с положительными среднегодовыми температурами про­ мерзание почвы имеет сезонный характер, оттаивая каждый раз с наступлением теплого летнего сезона. Это явление но­ сит название сезонной мерзлоты.

В областях с отрицательными среднегодовыми темпера­ турами ниже зоны сезонной мерзлоты, т. е. в зоне постоян­ ных отрицательных температур горные породы остаются мерзлыми в течение круглого года. О таких горных породах говорят, что они находятся в условиях многолетней, илч вечной мерзлоты. Многолетняя мерзлота широко распростра­ нена в субполярном и холодно-умеренном климате, особенно в Канаде, на Аляске и в Восточной Сибири. Занимаемая ею площадь составляет около 25% территории суши. В преде­ лах нашей страны многолетняя мерзлота занимает площадь 10 млн. км2, что составляет 47% всей ее площади. Занимае­ мая мерзлотой территория оконтуривается с юга линией, начинающейся на западе у г. Архангельска и прослеживаю­ щейся далее на восток вдоль 65° с. ш. до долины р. Енисея.

256

Отсюда она резко поворачивает на юг, доходя до гг. Канска и Нижнеудинска; затем она, сильно извиваясь, прослежива­ ется по направлению к г. Иркутску и через южную часть оз. Байкал уходит за пределы государственной границы. В пределы СССР граница мерзлоты возвращается в районе р. Амура и прослеживается далее на восток по направлению к Охотскому побережью. На обширной площади к се­ веру от этой границы мощность многолетней мерзлоты не­ одинакова. У южной границы она не превышает 0,4 ж, а к

обстановки в пределах очерченного выше контура наблюда­ ются участки, где мерзлота отсутствует, также как к югу от указанного контура имеется так называемая островная

мерзлота.

Изучением мерзлых зон земной коры занимается спе­ циальная отрасль геологии — мерзлотоведение, или геокрио­

логия, имеющая большое значение в народном хозяйстве, в. частности для сельского хозяйства.

Строение и особенности многолетней мерзлоты. В районах развития многолетней мерзлоты верхний слой земли зимой »промерзает на определенную глубину, а летом оттаивает. Это так называемый деятельный слой. Мощность его зави­ сит от климатических условий, состава пород, характера растительного покрова и ряда других факторов. В южных районах мощность этого слоя достигает 3 ж, а в Заполярье ле превышает 0,2—0,5 ж. В летнее время деятельный слой 'обычно целиком насыщен водой или содержит воду в своей нижней части над водоупорными, постоянно мерзлыми по­ водами. Это так называемые надмерзлотные воды. Эти во­ ды залегают над толщей различной мощности собственно многолетней мерзлоты. С глубиной эта толща сменяется горными породами, находящимися вне сферы влияния кли­ матических условий, где уже сказывается влияние внутрен­ него тепла Земли. Поэтому циркулирующие здесь подземные воды обычно находятся под гидростатическим напором, так как сверху они прикрыты водоупорной толщей многолетней мерзлоты. Эти воды известны под названием подмерзлот­ ных вод.

Воды в жидком состоянии могут также залегать в виде линз внутри зоны многолетней мерзлоты, что связано с не­ равномерным распределением в ней температур. Участки такого грунта, к которым они приурочены, носят название

таликов. Межмерзлотные, а иногда и надмерзлотные воды могут временами приобретать напор. Такое явление обычно наблюдается осенью и зимой, когда идет промерзание дея­ тельного слоя и таликов.

Процессы, связанные с многолетней мерзлотой. В облас­ тях развития многолетней мерзлоты возникают своеобразные геодинамические процессы, например: морозное пучение,, образование наледей, развитие ледяных бугров, солифлюкция и термокарст.

Морозное пучение возникает в процессе промерзания горных пород и внешне оно выражается в увеличении их объема, возрастающего по мере развития мерзлоты. Такое явление прежде всего вызывается увеличением объема за­ мерзающей воды, содержащейся в порах горных пород. Ха­ рактерно, что в результате пучения резко увеличивается по­ ток воды к замерзающим породам. Возникновение их связа­ но с током пленочной воды, образующейся в результате уменьшения толщины пленок в зоне промерзания. Установ­ лено, что такого рода миграция воды зависит от количества глинистых частиц в составе породы. Поэтому наиболее по­ датливыми к вспучиванию являются различные глины, суг­ линки и в меньшей мере пески.

Пучение может быть причиной повреждения сооружений. Особенно сильно страдают от него дороги, которые в резуль­ тате периодического поднятия и опускания так называемой дорожной одежды приходят в совершенно непригодное для эксплуатации состояние.

Наледи. По мере промерзания в зимнее время деятель­ ного слоя уменьшается сечение талого пространства, в кото­ ром циркулируют надмерзлотные грунтовые воды. Так об­ разуются напорные воды. В замерзающих породах время от времени возникают трещины, по которым выбрасываются эти напорные воды. Разливаясь и затем замерзая, они обра­ зуют грунтовые наледи — ледяные натечные скопления. На­ леди также образуются и при глубоком промерзании рек, в результате которого речная вода выбрасывается на прибреж­ ные участки. Многократные ее излияния ведут к образова­ нию речных наледей, покрывающих часто большие площади, до десятков квадратных километров. Мощность грунтовых и речных наледей изменчива и колеблется от метров до кило­ метров. Борьба с наледями сводится к отводу поверхност­ ных вод, перехвату и снижению уровня подземных вод, соз­ данию мерзлотных поясов, а также снегозадержанию и т. д.

258

Ледяные бугры. Если же при промерзании пород сода не может пробиться на поверхность, то возможно льдообразо­ вание в толще грунта; при этом поверхность земли припод­ нимается в виде бугров. В ядре такого бугра содержится лед. Высота их может достигать 10—30 м. Давление, возни­ кающее при образовании льда, измеряется десятками атмо­ сфер. Поэтому поднимающиеся ледяные бугры могут вы­ звать значительные разрушения сооружений, расположенных на их поверхности.

Солифлюкция — это явление течения на склонах разжи­ женной покровной, главным образом припочвенной, * части рыхлых отложений. Такое явление возникает в результате разжижения почвы весной в процессе таяния льда, находя­ щегося в почве и в подпочвенном слое. Характерно, что разжиженный грунт даже при небольших уклонах местно­ сти, иногда всего лишь в доли градуса, способен растекаться. Солифлюкция широко развита в районах развития мерзлоты, особенно в мерзлых породах северо-востока нашей страны!

ной поверхности в результате таяния погребенного льда. Та­ яние льда сопровождается возникновением внутри мерзлых грунтов пустот с последующим образованием на поверхности земли воронок различного диаметра и глубины. Затем эти воронки заполняются водой, образуя своеобразные термо­ карстовые озера.

Все описанные выше мерзлотные явления и процессы, связанные с деятельностью многолетней мерзлоты, оказыва­ ют в целом отрицательное влияние на развитие сельского хозяйства, так как приводят в непригодное состояние различ­ ные земельные угодья.

Об агрономическом значении сезонноталого слоя. Извест­ но, что в условиях сурового арктического климата с преоб­ ладанием низких отрицательных температур микробиологи­ ческие процессы ослаблены и имеют замедленный характер Бактерии, разлагающие клетчатку, почти не функционируют! В почвах преобладают анаэробные условия и господствуют восстановительные процессы. Почвы бедны минеральными элементами питания растений и испытывают недостаток азо­ та, фосфора, калия и других элементов. Водоупорный гори­ зонт мерзлых пород преграждает путь движению почвенных растворов, а также — насыщению или отдаче почвами раз­ личных солей.