Лекция 14. Геологическая деятельность ветра

Геологическая деятельность ветра проявляется во всех климатических зонах, но особенно большую работу ветер производит там, где для этого имеются благоприятные условия: 1) аридный климат (испаряемость превышает количество осадков в 6— 10 раз); 2) бедность растительного покрова, скрепляющего своими корнями почву; 3) интенсивное проявление физического выветривания, дающего богатый материал для выдувания; 4) наличие постоянных ветров и условий для развития их колоссальных скоростей.

Перечисленные особенности характерны для пустынь и отчасти для полупустынь, занимающих до 20% поверхности материков, Пустыни развиты в пределах всех материков независимо от высоты местности.

В гумидных климатических зонах поверхность земли одета растительным покровом, предохраняющим почву от интенсивного-физического выветривания и от развевающего действия ветра. Поэтому работа ветра здесь проявляется избирательно (на песчаных побережьях морей, озер и рек при отсутствии или разреженности растительного покрова).

Геологическая деятельность ветра на континентах выражается в разрушении горных пород, переносе (транспорте) и отложении (аккумуляции) продуктов разрушения. Все стороны деятельности ветра в природных условиях представляют собой единый процесс, но в одних местах преобладают одни виды деятельности, в других — иные. Разрушительная деятельность ветра преобладает в тех районах пустынь, откуда дуют господствующие ветры, а аккумуляция — по окраинам пустынь, где ветер утихает.

Отложения, формы рельефа, образованные ветром, и вообще всю деятельность ветра называют эоловой (эол — бог ветров в древнегреческой мифологии).

Разрушительная деятельность ветра проявляется в выдувании частиц пород (дефляция) и в механической обработке поверхностей пород (корразия). Корразия и дефляция сопутствуют друг другу. Наиболее интенсивна разрушительная работа ветров там, где они движутся с большой скоростью. Поступательная скорость ветра определяет и его живую силу. Ветер, имеющий скорость всего в несколько десятков сантиметров в секунду, способен поднимать и уносить тонкую пыль. При скорости ветра 10 м/сек им переносятся частицы диаметром до 1 мм, при скорости 20 м/сек — диаметром 4—5 мм, а перебрасываются обломки пород до 2—3 см. Ураганы обладают огромной переносящей силой. Воздушные потоки, движущиеся с Тихого океана на восток, устремляются в понижения Анд и в коридорах (шириной 50— 100 км), увеличивая скорость до 40—45 м/сек, несутся к Атлантическому океану, сметая все на своем пути. В отдельные периоды скорость ветра здесь достигает 70 м/сек.

Ветер сметает все не только с горизонтальных поверхностей, но и проникает во все углубления, во все трещины, разбивающие горные породы, и выдувает из них все продукты выветривания. Вследствие этого трещины в пустынях зияющие, это облегчает дальнейшее течение процессов выветривания и процессов последующего выдувания новых порций образовавшегося обломочного материала. Совместное и взаимосвязанное действие выветривания, корразии и дефляции приводит к образованию характерных для эоловой деятельности причудливых форм скал, изолированных друг от друга. При выдувании горизонтальных трещин образуются ниши, а если выдувание идет из-под скал, разбитых на отдельные глыбы, то могут образоваться глыбы на “ножках” или даже качающиеся камни (центр тяжести таких глыб оказывается на одной линии с точкой опоры).

Подхваченные ветром частицы переносятся им в зависимости от его силы и размера частиц на различные расстояния. Так как токи воздуха движутся не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном, то и частицы поднимаются на большую или меньшую высоту. Пылеватые частицы поднимаются нередко на многие сотни метров, а иногда даже на несколько километров. Наибольшая концентрация гонимого ветром песка в приземной части воздушного потока (до 1,5—2,0 м), где сосредоточивается и наибольшая корразионная работа ветра.

Частицы, переносимые ветром, ударяясь о поверхность встречающихся им на пути препятствий (скал, камней, сооружений), оставляют на ней разнообразные формы корразии — луночки, борозды, штрихи, шлифуют поверхность. Интенсивность корразии зависит от твёрдости горных пород, их структуры, текстуры, трещиноватости, слоистости и т. п. Мягкие породы быстро разрушаются. Твердые — медленнее. Основная масса обломков, переносимых ветром, держится, как уже было сказано, на высоте 1,5—2,0 м над поверхностью Земли, поэтому больше всего подвергаются корразии основания препятствий. В связи с этим отдельно стоящие скалы пустынь, сложенные горизонтально лежащими пластами горных пород, имеют форму грибов, столов (широко развиты на Мангышлаке и Устюрте), а сложенные круто падающими пластами — игл,.столбов, обелисков и. др. Обелиски, столбы известны в ряде предгорных районов Средней Азии, а также в Приаралье. Одиноко стоящие скалы пустынь называют останцами, или свидетелями, они указывают на былой рельеф.

Корразия проявляется не только на стенках скал. .На горизонтальных поверхностях она полирует твердые породы образует углубления в легкоразрушаемых породах (например, в глине) в виде длинных желобов (глубиной до 1—2 м и более), разделенных довольно неправильными по форме, но более или менее параллельными между собою гребнями. Такие бороздообразные формы называются ярдангами. Дно желобов часто засыпано песком.

В процессе разрушительной деятельности ветра образуются громадные ветровые долины — вади, широко распространенные в пустынях на платообразных (например, Южное плато Галала в Африке) и столовых возвышенностях (Восточная Монголия, на Большом Балхане в Средней Азии). Возвышенности круто поднимаются на несколько сот метров над окружающей равниной. Склоны их изрезаны узкими ущельями с отвесными неровными, бортами. Начало им дали стекающие с возвышенностей воды ливней. Ветер, врываясь в промоины, отрывает с их стен и дна частицу за частицей и уносит за пределы возвышенности. Одновременно на всей поверхности промоин идут процессы выветривания, продукты которых также уносятся ветром. Промоина постепенно увеличивается и превращается в глубокую и широкую ветровую долину (вади). Ветровые долины резко отличаются от речных. Последние имеют в общем уклон вниз по течению и постепенно в этом же направлении расширяются. Вади то сужается до узкой щели, то расширяется, образуя широкую долину. Дно вади неровное, не имеет общего уклона. Нередко в верхней или средней части оно имеет меньшие высотные отметки, чем в низовье. Борта вади крутые или ступенчатые, усложненные различными причудливыми эоловыми формами: столбами, карнизами, нишами. Останцы самых разнообразных форм располагаются и по дну вади. У главной вади имеются самых причудливых очертаний боковые вади, подходящие к главной под различными углами. Отдельные вади в первоначальной стадии их развития удалены друг от друга, но в процессе роста разделяющие их пространства постепенно уменьшаются, а высота их понижается. Если отдельные вади сливаются своими вершинами, горная страна распадается на отдельные возвышенности. Последние со временем превращаются в тонкие отвесные стенки, в которых ветер проделывает бреши, постепенно увеличивающиеся в размерах. От стен остаются отдельные столбы — останцы. Останцы имеются по периферии развеваемых возвышенностей, причем, чем ближе к возвышенности, тем останцев больше и высота их ближе к высоте возвышенности. При удалении от возвышенности останцы встречаются все реже и высота их становится меньше. Останцы постепенно сравниваются, а от возвышенности отделяется все новый и новый пояс останцев, пока вся возвышенность не будет полностью развеяна ветром, и на месте прежней горной возвышенности образуется слабоволнистая поверхность, усеянная крупными обломками, уцелевшими еще от разрушения. Так возникает тип наиболее безжизненной пустыни — каменистой, называемой также гаммадой.

Развеваемый участок может постепенно превратиться в бессточную котловину, или ванну. Таких ванн много в Центральной Азии. Дно отдельных ванн углублено до 70 м (в оазисах Ливийской пустыни), много ванн в Сахаре и в пустынях Австралии, небольшие по размерам ванны есть на Красноводском плато в СССР.

Наблюдающиеся нередко в пустынях вихри (столбообразное вращение воздуха) приводят во вращательные движения песок. В результате возникают вертикальные конические и цилиндрические углубления, называемые эоловыми котлами.

Действие корразии в пустынях наблюдается на глыбах, которые в результате обтачивания песчинками принимают характерную форму трехгранников и многогранников.

Если движущийся песок встречает на своем пути какую-либо вертикальную поверхность, сложенную неоднородной по прочности равномернозернистой горной породой (известняк, гранит), то под действием постоянно бамбардирующих эту поверхность песчинок на ней вытачиваются сначала ничтожнейших размеров мелкие луночки. Луночки углубляются как за счет прямых ударов песчинок, так и в результате их вращения в лунках. Ширина и глубина их увеличиваются до нескольких десятков сантиметров, и вся поверхность скалы становится ячеистой. Постепенно разрастаясь, ячейки в конце концов сливаются, образуя углубление, которое может развиться до размеров ниш, пещер. На месте ниш в узких грядах или в одиноко стоящих скалах могут впоследствии образоваться окна. Если в толще горных пород меньшей прочностью обладает один слой, то он подвергается максимальному эоловому разрушению и в нем могут сформироваться пещеры. Подобные пещеры наблюдаются на Кавказе, в Крыму, Средней Азии.

В областях с умеренным климатом, где почти вся поверхность земли покрыта растительностью, условия для выдувания менее благоприятны. Однако в степных областях процесс выдувания все же играет значительную роль. Например, в южных районах европейской части РФ наблюдались пылевые (“черные”) бури имевшие место после длительного периода засухи. Они нередко сносили с полей слой почвы мощностью в 10—15 см и более Проведенные здесь мелиоративные работы преобразили природу этих мест; сносы почвы значительно ослаблены, хотя и теперь еще в некоторых степных районах Казахстана, Западной и Восточной Сибири пылевые бури иногда выдувают плодородный слой почв, повреждают посевы. Пылевые бури на не покрытых растительностью площадях свирепствуют в Южной Монголии, в Северном Китае, Центральной Австралии Африке и др.

Переносящая деятельность ветра. Мелко- и среднеобломочный материал, образующийся в областях дефляции в процессе выветривания, разрушительной деятельности ветра и в результате деятельности других факторов, переносится ветром на те или иные расстояния, зависящие как от размера переносимого материала, так и от силы ветра. Ветер переносит увлекаемые им частицы во взвешенном состоянии и перекатыванием — волоком и скачками.

Перенос ветром песка и пыли во взвешенном состоянии нагляднее всего проявляется во время вихрей или смерчей, часто возникающих летом в пустынях к полудню, когда разогретый воздух, винтообразно устремляясь вверх, захватывает с собой множество пылинок. Но значительно больше пыли поднимается с поверхности пустынь и полупустынь горизонтально движущимися ветрами, в особенности во время бурь и ураганов. Ураганные ветры в Сахаре (самумы) уносят массу пыли на расстояния 2000—2500 км и откладывают ее над Атлантическим океаном, а иногда даже доносят до Русской равнины, Польши, ГДР, ФРГ, Дании, где она выпадает нередко с дождем или снегом. Из Центральной Азии ветер переносит пыль иногда за пределы Китая, в Желтое и Восточно-Китайское моря. Из Австралийских пустынь пыль переносится на расстояние свыше 2500 км, т. е. до Новой Зеландии и Малайского архипелага. Ураганные ветры в юго-восточной части Каракумов, дующие со стороны Афганистана и потому названные “афганцем”, поднимают в воздух громадное количество песка и пыли и переносят их по долине Аму-Дарьи в Каракумы, где закрывают Солнце на 2—3 и более дней, день превращается в ночь с красноватым светом. Подобные описанным пылевые бури наблюдаются в пустынях всех континентов и всюду им дали свои названия (в Пампасах — пампер, в Аравии — хамсин, в Судане — герматанг и т. п.).

Не только ураганы и бури, но и умеренные ветры пустынь способны поднимать и переносить на некоторые расстояния пылинки, очищая от них пустыни.

Мелкий песок, подобно пыли, переносится по воздуху, но расстояния его переноса значительно меньшие и выражаются десятками и реже сотнями метров. Пески грубо- и крупнозернистые могут переноситься только при скоростях ветра свыше 20 м/сек. При скорости 15—16 м/сек пески и дресва, не отрываясь от поверхности, перекатываются по ней на небольшие расстояния. Они то волочатся по поверхности массами в виде языков, то поднимаются над землей. Скорость перемещения песка в массе значительно меньше, чем отдельных песчинок. Песчаные скопления перемещаются со скоростью единиц метров в год. Так, пески Баната в Венгрии передвигаются со скоростью 2,2 м/год; в Дании песчаные скопления (в виде дюн) перемещаются со скоростью 4 м/год. Имеются случаи и более быстрого перемещения масс песка.

Песок и более крупные обломки породы при перемещении, ударяясь друг о друга, подвергаются обтачиванию (шлифовке); все острые углы обломков сглаживаются.

АККУМУЛЯТИВНЫЕ ФОРМЫ. Материал, выносимый ветром из области выдувания, переносится на некоторое расстояние (зависящее от крупности материала, силы вертикального и горизонтального ветра), а затем откладывается. Образуются своеобразные континентальные отложения и эоловые формы рельефа. Наиболее хорошо они изучены в пределах песчаных пустынь и по их окраинам. Формы рельефа определяются местными условиями: первоначальным рельефом, количеством песчаного материала, режимом и силой ветров, наличием горных преград на пути ветра. Если в пустыне песка мало, а ветры имеют переменное направление, образуются кучевые пески. Это изолированные бугры неправильной формы, накапливающиеся у какого-либо препятствия (у куста, камня) и достигающие высоты 1—5 м. Иногда при малом количестве песка на равнинной пустынной поверхности, лишенной растительности, формируются правильной серпообразной (в плане) формы бугры. С наветренной (выпуклой) стороны масса навеваемого песка имеет пологую (5—12°), падающую навстречу ветру поверхность, подветренная сторона круто спускается (33—35°). Края такого бугра заносятся ветром вперед, образуя с подветренной стороны “рога”. Подобные бугры называются барханами (тюркское название).

Барханы, стоящие обособленно, отличаются чаще правильностью формы. Там, где песка много, на песчаной основе рядом развивается несколько барханов, их краевые части сливаются, и правильность очертаний теряется. Слившиеся барханы образуют барханные цепи, называемые также поперечно-грядовыми песками; они возникают в пустынях, где на пути движения ветров имеются горы. Влияние гор сказывается на расстоянии в60—100 км. Там, где ветры дуют попеременно в различных направлениях, барханы и цепи перестраиваются, их крутые откосы постепенно перемещаются в подветренную сторону. Если преобладают ветры одних направлений, то полной перестройки барханных цепей не происходит, при этом образуются, по выражению Б. А. Федоровича— крупнейшего исследователя наших пустынь, граблевидные поперечные гряды.

Высота отдельных барханов над окружающей их поверхностью достигает нередко 20—30 м, а в барханных цепях — даже 50—70 м. Расстояние между гребнями барханных цепей 2,5—3,5 км, длина цепи от нескольких сотен метров до нескольких десятков километров. Промежутки между отдельными грядами заняты равнинными понижениями, сложенными с поверхности глинами. Это такыры. Поверхность их при высыхании глины растрескивается на полигональные плиты. Площадь такыров достигает иногда нескольких квадратных километров. Образуются они в результате накопления мелкоземистого материала в межгрядовых понижениях Наиболее крупные такыры издавна использовались для сбора атмосферных осадков обиравшаяся в пониженной части такыра пресная вода отводилась канавками к краевой части такыра, где устраивались колодцы; в песке вода эта образует линзы над соленой водой и хранится в течение многих месяцев. Иногда для хранения пресной воды в наиболее пониженных участках такыра строились каменные сводчатые шатры — сардобы. Вместе с водой в такырные понижения приносятся и соли, которые постепенно заселяют такыр. Образуется солончаковая пустыня.

Кроме барханных цепей, вытянутых перпендикулярно движению ветра, в пустынях, в которых на пути преобладающих ветров кет горных преград, формируются в связи с винтовыми движениями воздуха продольные барханные гряды, а также длинные с перемычками валы, вытянутые по направлению ветра. Они создают грядово-ячеистую форму рельефа. Если ветры дуют в разных направлениях с одинаковой силой, то образуются неподвижные кольцевые валы вокруг котловин выдувания (сотовый рельеф). Последние приурочены к участкам восходящих токов воздуха. В местах пересечения ветров под прямым углом образуются пирамидальные дюны: высота их достигает 200 м.

Барханные цепи также (как и барханы) могут передвигаться. При одинаковой силе сезонных ветров противоположных направлений барханные цепи только перестраиваются. Если же ветры одного направления сильнее других, то барханные цепи перемещаются. Отдельные барханы, особенно небольших размеров, перемещаются довольно быстро по направлению господствующих ветров; небольшие барханы за год могут переместиться на 30—40 м. Грядовые пески перемещаются значительно медленнее. Перемещающиеся пески нередко наносят большой ущерб, поэтому ведется энергичная и плановая борьба с ними. В Каракумах, Кызылкуме и Муюнкумах тысячи гектар засеяны саксаулом. В песках Большие Барсуки посажены сосна, бородавчатая береза, черная ольха.

Перевеваемые массы песка на морских побережьях и в долинах рек также образуют более или менее правильные бугры и валы. На берегах морей господствуют ветры, дующие с моря на сушу. Например, на побережье Балтийского моря, где преобладают западные ветры и имеются хорошие песчаные пляжи, процесс навевания песков по направлению к востоку выражен довольно четко. Движущийся песок, задерживаясь редкой растительностью, образует сначала небольшой бугор, который затем растет в высоту и в длину. Когда в центральной части кусты растений полностью засыпаются, бугор начинает расти в высоту быстрее, так как песчинки в центральной части поднимаются на бугор легче, чем в его краевых частях, где их движение задерживается растительностью. Вследствие этого бугор принимает овальную форму. Такого рода песчаные скопления называются дюнами. Отдельные дюны, сливаясь между собой, образуют дюнные валы, достигающие 10—15, а иногда и 150—200 м высоты и имеющие у основания ширину до 1 км. Они обычно тянутся несколькими рядами параллельно берегу, а иногда приобретают параболическую форму, так как центральная часть вала перемещается быстрее. При быстром продвижении центральной части . дюна может разделиться на две, протягивающихся продольно ветру. При перемещении дюны засыпают освоенные земли и селения. Чтобы остановить движение дюн, на наветренном склоне высевают растения с сильно развитой в горизонтальном направлении корневой системой (песчаный овес, сосна и т. п.). После закрепления песков на них возникает почвенный покров с растительностью.

Склоны дюн, так же как и у барханов, асимметричны: наветренный (вогнутый) —более пологий (5—12°), подветренный — более крутой (30—33°). Средняя часть дюны не образует утолщения, как это мы наблюдаем у барханов. На поверхности дюн, в особенности на наветренном их склоне, часто наблюдается рябь (рябь наблюдается и на барханах). Она образуется за счет завихрений ветра. Дюны и дюнные валы встречаются в РФ также на побережье Северного Ледовитого океана и по долинам рек.

Эоловые отложения, слагающие описанные выше формы рельефа в пустынях, в долинах рек и на берегах морей и океанов, отличаются от других континентальных отложений рядом признаков и прежде всего перекрещивающейся то пологой, то крутой слоистостью. Последняя свидетельствует о многократной перестройке форм при изменении ветрового режима.

Особенностью эоловых отложений является также относительно тонкая зернистость песка (диаметр частиц от 0,05 до 0,25 мм). По составу в барханах преобладают кварцевые пески, иногда с примесью зерен роговой обманки, пироксена, граната, слюды и полевого шпата. Кроме того, в барханных песках имеется некоторое количество глинистых частиц (5—12%). В дюнных песках преобладают кварцевые зерна, составляющие до 98% всего состава.

Пыль поднимается ветром на большую высоту и уносится из внутренних частей пустынь к ее окраинам в прилегающие степи и предгорья, где ветры, дующие из пустынь, встречаются с ветрами других направлений и, окончательно ослабевая, осаждают ее. Трава предохраняет осевшие пылинки от развевания, а влажный воздух и выпадающая роса способствуют закреплению пыли и ее уплотнению. Постепенно слой пыли утолщается, засыпанные части растений и их корни сгнивают, а на месте их в отложенной пыли остаются пустоты — поры. За год в степных и предгорных областях, прилегающих к пустыне, накапливается слой в 1—2 мм. Повторяясь из года в год в течение многих тысячелетий, процесс отложения пылеватых частиц приводит к накоплению мощных толщ. Такие крупные исследователи, как В. А. Обручев, А. С. Кесь, Б. А. Федорович и ряд других, придают этому способу накопления пыли очень важное значение в образовании поверхностных покровов в предгорных областях и объясняют таким образом образование “лёссов эолового происхождения”. Лёсс состоит из частиц диаметром 0,01—0,05 мм. Эоловый лёсс имеет желтовато-сероватый или палевый цвет, легко режется ножом по всем направлениям, раздавливается и растирается пальцами и вместе с тем настолько вязок, что образует в оврагах и по долинам рек отвесные обрывы в 10—20 м высоты. Лёсс содержит много пустот, особенно вертикальных. В сухом состоянии лёсс прочен и выдерживает без изменения большие нагрузки (тяжелые сооружения). При намокании лёсс быстро теряет связь между составляющими его частицами и уплотняется, вызывая на поверхности земли трещины и просадки. Уменьшение мощности лёссовой толщи при намокании может достигать 10%. Это приводит к разрушению возведенных на нем сооружений. Появление вокруг каналов просадочных террас вызывает быструю утечку воды в сторону и порчу больших площадей земель. Эоловый лёсс не слоист. Главными составными частями лёсса являются кварцевые частицы (от 27 до 90%), глинистые частицы (от 4 до 20%). карбонат кальция (от 6 до 7%). Кроме того, в состав лёсса могут входить и некоторые другие растворимые в воде соли и органические вещества.

На лёссах благодаря его составу и пористости формируются весьма плодородные почвы. Площадь, занимаемая лёссовыми отложениями, по подсчетам Тилло, равна 4% (из них 3% падает на Азию).

Классической страной лёсса является Китай, где он занимает громадные площади и отлагается на различных гипсометрических поверхностях. Мощность его нередко достигает 170 м. “Фабрикой” пыли для Северо-Китайских лёссов является Центральная Азия с ее пустынями (Гоби, Хамийская, Джунгарская). Окраины пустынь СНГ также богаты лёссовыми отложениями. Мощность лёссовых накоплений достигает здесь 100 м и более. .Мощные (до 10—50 м) лёссовые отложения имеются на юге Русской равнины — на Украине, южнее границы максимального оледенения Русской платформы. Ряд исследователей (А. Д. Архангельский, В. А. Обручев, П. А. Тутковский и др.) считает украинский лёсс эолового происхождения. По их мнению, во время материкового оледенения над поверхностью мощных льдов образовывался холодный воздух и возникал ледниковый .антициклон. Разница в атмосферном давлении на леднике и за его границей вызывала сильное движение воздуха, спускавшегося с ледника. Спускаясь, воздух нагревался (на каждые 100 м на 1°С) и подходил к подножью ледника теплым и сухим (фен). Фены развевали ледниковые и водноледниковые отложения. Ветер уносил тонкие пылеватые частицы на далекие расстояния от края ледника и отлагал их в степных районах юга Русской равнины.

Типы пустынь. Исключительно благоприятные условия для эоловой деятельности, как уже говорилось, имеются в пустынях, возникновение которых в свою очередь тесно связано с деятельностью ветра (взаимная связь и взаимная обусловленность). В зависимости от стадии развития пустынь находится крупность поверхностных обломочных горных пород, слагающих поверхность пустынь. Пустыни подразделяются на каменистые, песчаные и глинистые (среди глинистых выделяют еще глинисто-солончаковые). Первые представляют собой области выдувания разрушающихся кристаллических и крепко сцементированных горных пород, вторые характеризуются бугристо-волнистой поверхностью, третьим свойствен плоский (равнинный) характер.

Каменистые пустыни часто сложены обломками кварцитов, гальками разрушенных конгломератов. Примером пустынь этого типа в СССР являются Бет-Пак-Дала, Устюрт; в Австралии — Виктория, в Африке — Калахари.

Песчаные пустыни самые многочисленные — Сахара, Гоби, Кызылкум, Каракумы и многие другие. Часть пространства в них представлена каменистой пустыней. Глинистые пустыни — часть пустыни Бет-Пак-Дала, пустыни Калифорнии, Колорадо и др.

Глинисто-солончаковые пустыни развиты в СНГ пятнами на террасах рек Аму-Дарьи и Сыр-Дарьи, а также на террасах других рек Средней Азии. Глинисто-солончаковые пустыни характерны для такырных понижений. Примером могут служить хлоридно-сульфатные пустыни в Каршинских степях. Образовались они здесь и в других районах Средней Азии в процессе капиллярного подъема подземной воды. Также здесь образуются мощные скопления пористого гипса.