16)Временные водные потоки

В ряде районов, особенно с засушливым климатом, встречаются сухие долины, в которых водные потоки появляются только периодически во время сильных ливней, затяжных дождей или быстрого снеготаяния. К таким долинам относятся овраги. Однако в горных местностях деятельность временных потоков проявляется иногда специфично. В горных районах уклон сухих, периодически увлажняющихся долин обычно достаточно крут, а в длинные промежутки между дождями в них накапливается большое количество продуктов выветривания, сползающих со склонов. Эти процессы особенно интенсивны в засушливом климате, так как в районах с большим количеством атмосферных осадков развивается богатая растительность, закрепляющая верхние слои грунта.

Разрушительная работа текучих вод проявляется в виде плоскостного смыва и линейного размыва.

1.1 Плоскостной смыв

Дождевые воды на ровных пологих склонах растекается в виде многочисленных струй, покрывающих склоны густой переплетающейся сетью. Сила воды тонких струек или пелены способна захватывать часть рыхлого, мелкого материала и перемещать его вниз по склону, у основания которого этот материал накапливается. Процесс плоскостного смыва получил название делювиального, а формирующиеся при этом осадки называются делювием. Максимальные мощности делювия 15–20 и более метров, а ширина шлейфа может достигать сотни метров. Под влиянием плоскостного смыва постоянно уменьшается крутизна склонов, они приобретают плавные очертания и характерный вогнутый профиль. В вершине делювиального шлейфа откладывается относительно более глубокий материал – песчаный. В конце шлейфа скапливаются только тонкие пылеватые и глинистые частицы. Наиболее благоприятные условия для делювиального процесса создаются в пределах равнинных степных районов умеренного и субтропического поясов и зоне сухих саванн, где в кратковременные сезоны выпадения дождей или таяния снега по склонам смываются рыхлые продукты выветривания.

1.2 Линейный размыв

 

Со временем плоскостной смыв сменяется линейным размывом и начинается разрушение горных пород в глубину, т.е. развивается глубинная эрозия. Начало линейного размыва выражается в том, что текучие воды собираются в едва заметные промоины или рытвины, которые со временем разрастаются.

Выделяются временные потоки оврагов равнинных территорий и временные горные потоки. Верховья временных горных потоков расположены в верхней части горных склонов и представлены системой множества сходящихся рытвин и промоин, образующих водосборный бассейн. Из этого бассейна вниз по склону вода движется уже в едином русле, которое называется каналом стока. В период выпадения дождей или снеготаяния все промоины и канал стока заполняются водой, которая с большой скоростью движется вниз по склону. При этом движении вода захватывает обломочный материал, который усиливает разрушительную работу потока. При выходе его на подгорную равнину скорость течения резко уменьшается, откладывается обломочный материал, образуя конус выноса. В Средней Азии и других горных странах аридной зоны конусы выноса, сливаясь друг с другом, образуют широкие предгорные шлейфы. В строении конусов выноса наблюдается дифференциация материала от более крупного до тонкого по мере удаления от вершины конуса. Отложения конусов выноса образуют генетический тип континентальных отложений и названы пролювием. Название пролювий произошло от лат. proluo – выношу течением, рыхлые образования, представляющие собой продукты разрушения горных пород, выносимые водными потоками к подножиям возвышенностей; слагают конусы выноса (рис. 1) и образующиеся от их слияния пролювиальные шлейфы. От вершины конусов к их подножию механический состав обломочного материала изменяется от гальки и щебня с песчано-глинистым цементом (фангломераты) до более тонких и отсортированных осадков, нередко лёссовидных супесей и суглинков (пролювиальные лёссы). Наиболее полно развит пролювий в предгорьях аридных и семиаридных областей, где по периферии области распространения пролювий иногда откладываются алеврито-глинистые осадки временных разливов (такыры, соры), часто загипсованные и засоленные.

Деятельность временных водотоков формирует особый тип отложений –делювий, возникающий в результате накопления смытых со склонов дождевыми и талыми водами продуктов выветривания. Он залегает ввидешлейфов: вверху перемытый песчано-дресвяно-щебнистый материал; внизу – алеврито-глинистый.

 Сели  (грязевые потоки)являются примером воздействия временных водотоков. В горах, где имеются крутые склоны и большое количество обломочного материала, в результате сильных ливней или быстрого таяния снега возникают быстро движущиеся грязевые потоки. Эти потоки – сели, движутся обычно по руслам временных или постоянных водотоков. При движении грязевой поток захватывает все больше и больше обломочного материала, увеличивая нагрузку в своей фронтальной части. В конечном итоге нагрузка становится так велика, что у потока не хватает мощности двигаться дальше, и обломочный материал в виде дамбы перегораживает долину. Периодически жидкая грязь прорывает плотину, пока не разрушит её окончательно. Тогда вся эта масса воды, глинисто-песчаного материала и обломков пород вплоть до гигантских глыб устремляется вниз с ужасающей скоростью. Сели производят разрушения зданий, губят земли, пригодные для земледелия, уносят жизни людей. Селеопасным местом считается город Алма-Ата, для защиты которого была выстроена специальная дамба. Проводятся постоянные наблюдения за сходом лавин и накоплением обломочного материала на склонах. Отложения, стремительно перемещенные со склонов временными водотоками, называются пролювием. Они образуют конусы выноса и характеризуются плохой сортировкой и слабой окатанностью обломков.

Основными формами рельефа, возникающими в результате деятельности временных водотоков, являются овраги, развитие которых проходит за четыре стадии:

1. Рытвинаможет возникнуть в течение одного интенсивного дождя. Часто причиной развития рытвин становится человек. Достаточно одной колеи, в которой накопится вода, чтобы начал расти овраг.

2. Стадия активного роста характеризуется врезанием верховьев оврага. Он растет в длину в сторону своей вершины. Такой вид эрозии называется регрессивной или пятящейся. Кроме того, овраг углубляется до 10-25 метров, часто достигая уровня грунтовых вод, которые выходят на поверхность в виде источника. Поперечный профиль оврага становится  V–образным.

3. Стадия зрелостиили достижения продольного профиля равновесия. В эту стадию сглаживаются все уступы русла оврага и его продольный профиль выполаживается; овраг достигает продольногопрофиля равновесия. Глубинная эрозия сменяется боковой. Овраг растет не на глубину, а в ширину и крутизна его стенок уменьшается.

4. Стадия затухания (балки).Прекращаетсярост оврага, его склоны зарастают растительностью, а дно становится плоским. Он приобретает корытообразный поперечный профиль.

Вприроде возникновение оврагов вызывают следующие условия: наличие крутого склона, рыхлых отложений и обильных атмосферных осадков. Часто причиной возникновения оврагов становится деятельность человека, когда он нарушает экологическое равновесие неразумной вырубкой лесов и распашкой земель на склонах. Овраги приносят громадный вред природе и в конечном итоге человеку. Они делают местность непригодной к строительству и земледелию, ведут к осушению целых областей, так как поверхность испарения увеличивается, а грунтовые воды истощаются. Беднеет и исчезает растительность, наступает пустынный тип литогенеза.

Постоянные водотоки – реки – могут существовать только при условии их постоянного питания. Источниками питания рек в бездождевые периоды служат озерные или подземные воды, а также талые воды ледников. Существование рек зависит также от климата, так как количество выпадающих осадков должно быть больше, чем испарение. Наиболее густая речная сеть в гумидной зоне, значительно реже она в степи и тундре, ещё реже в полупустыне, а в пустынях реки не образуются. Они могут протекать через пустыню, имея область питания за ее пределами.

Каждая река характеризуется своим собственным режимом, который определяется следующими факторами: 1) количеством воды, 2) уровнем воды, 3) скоростью течения. Эти показатели постоянно изменяются по временам года, а также в связи с изменениями климата и рельефа. В последнее время изменения режима рек часто связаны с деятельностью человека. Это можно проследить на примере реки Томи.

Речные долины создаются эрозионной деятельностью рек. Различают эрозию донную,направленную на врезание потока в глубину, ибоковую,ведущую к подмыву берегов и к расширению долины. Русским академиком К.М. Бэром была установлена закономерностьвозникновения ассиметричных долин при неравномерной деятельности боковой эрозии. Она гласит: крупные реки, текущие в меридиональном направлении в Северном полушарии, подмывают правый берег, а в Южном полушарии – левый. Эта закономерность связана с вращением Земли, при котором возникает поворотное или кориолисово ускорение. Его горизонтальная составляющая направлена в Северном полушарии вправо по отношению к направлению движения, а в Южном – влево.  У малых рек эта закономерность может быть не выражена. У реки Томи она проявляется ярко и отчетливо, в чем студенты томских вузов смогут убедиться во время летней учебной практики.

 На всем своем протяжении речные долины имеют уклон в сторону устья, что обеспечивает течение реки. Существуют главные долины и боковые, по которым текут притоки главных рек. Боковые долины имеют свои ответвления (долины третьего порядка) и так далее. Все вместе они образуют речные системы. Территория, с которой речная система получает питание поверхностными и подземными водами, называется речнойводосборный бассейн. Граница смежных водосборных бассейнов называется водоразделом.

Речные долины состоят из нескольких элементов.

1.    Исток – место, где река берет свое начало.

2.    Русло – наиболее низкая часть дна долины, по которой течет вода. По направлению от истоков до устья уклон русла уменьшается, а ширина и глубина возрастает. Реки с быстрым течением размывают свои берега и откладывают большое количество материала в русле. Таким образом, возникает широкое, плоское русло, в котором накапливающиеся песчаные отмели то и дело изменяют направление потока и образуют множество проток.

3.    Протока (рукав) – ответвление русла реки.

4.    Пойма – часть дна долины, возвышающаяся над руслом, ежегодно заливаемая водой.

5.    Меандры – изгибы реки, возникающие из-за того, что водный поток на поворотах бьёт и размывает вогнутый берег, а на выпуклый выносит и откладывает обломочный материал. Так создаются отмели и косы.

6.    Старицы – изолированные от реки озера, бывшие меандры.

7. Террасы – ступенчатые площадки, образованные рекой в бортах долины. Наличие террас говорит о нестабильном тектоническом режиме

      8. Дельта – конус выноса реки – называется так потому, что напоминает по форме греческую букву. Дельта образуется перед местом впадения реки в озеро или море и далеко не всегда имеет треугольную форму. Дельта формируется, если речные отложения осаждаются сразу же при впадении реки в озеро или море и их так много, что они не успевают уноситься волнами.

18)

Геологическая деятельность подземных вод

Подземные воды играют существенную роль в ходе геологического развития земной коры. Их широкое и повсеместное распространение и подвижность приводят к постоянному взаимодействию с горными породами, к перераспределению вещества, к образованию и разрушению месторождений полезных ископаемых и т. д. Геологическая работа подземных вод прежде всего выражается в химическом взаимодействии с горными породами — в растворении, гидратации, гидролизе, карбонатизации, окислении, выщелачивании, переносе и переотложении вещества. Растворение, выщелачивание, перенос и переотложение пород подземными водами наглядно проявляются при образовании карста и суффозии. Суффозией (от лат. suffosio — подкапывание) называется вынос из горных пород подземной водой растворенных веществ и мелких минеральных частиц. Она особенно широко проявляется в лёссах и лёссовидных грунтах и сопровождается проседанием поверхности с образованием небольших суффозионных воронок, западин и блюдец. Суффозия наблюдается на склонах долин, в оврагах, на ровной поверхности (в степях); часто вызывает суффозионные оползни. Карстово-суффозионные процессы развиваются в песчаниках и конгломератах с известковым, гипсовым и другим растворимым цементом. Цемент выносится в растворе, а песок и галька — водой, уже чисто механически. Так создаются иногда значительные подземные пустоты и полости, сходные с глубинными формами карста. Подземные воды играют большую роль при образовании оползней. Оползнями называют передвижение масс горных пород по склонам под влиянием силы тяжести. Расположенные на склоне массы делювия не сползают вниз, пока их вес уравновешивается величиной трения любой поверхности как внутри делювиальной массы, так и на границе ее с подстилающими породами. Как только это равновесие нарушится и вес делювия окажется больше удерживающей его силы трения, произойдет оползень. Схема структуры оползня представлена на рис., на котором видны три его основные части: поверхность скольжения, оползневый уступ и оползневая терраса. Поверхность скольжения — самая существенная часть оползня. При исследовании оползней ее изучают прежде всего. Положение и форма поверхности скольжения позволяют определить контур и размеры оползневого участка, а также установить величину сползающей массы и характер движения оползня. Обычно скольжение происходит по поверхности глинистого или какого-нибудь другого водоупорного слоя (например, поверхности мерзлоты). Наиболее подвержены оползням склоны, сложенные чередующимися водоупорными глинистыми, водопроницаемыми и водоносными слоями, а также породами, легко выветривающимися. Оползни разнообразны, встречаются в разных условиях и на различной стадии развития, но оползневый рельеф участков, где происходили или происходят оползни, чрезвычайно типичен. В плане такие участки часто имеют форму амфитеатра, образуя понижение на склоне, которое называется оползневым цирком. У подножия склона сползшие породы иногда образуют оползневый вал выпирания. Поверхность оползней покрыта то буграми, то углублениями, то многоуступными обрывами, трещинами и западинами. Масса пород обычно сползает целиком, разбиваясь лишь трещинами, по которым происходят относительные перемещения отдельных частей, но внутреннее строение ее сохраняется. Действие подземных вод при развитии оползней выражается в следующем. 1. Оползни происходят обычно после дождей, когда породы на склоне насыщаются водой, увеличивается их вес я ослабляются физико-механические свойства. Это — один из основных факторов нарушения равновесия, вызывающих оползни. 2. Другой основной фактор — смачивание грунтовыми водами поверхности скольжения, уменьшающее силу трения. 3. Вода, насыщающая делювий, снижает силу сцепления слагающих его частиц, что также способствует их сползанию. 4. Движение пород вниз по склону облегчается гидродинамическим давлением подземной воды, текущей обычно в направлении перемещения оползня. А. П. Павлов выделял свободно соскальзывающие, или деляпсивные, и толкающие, или детрузивные, оползни. Движение оползней иногда происходит очень быстро, но чаще они сползают достаточно медленно. Например, оползень горы Соколовой в г. Саратове происходил в течение почти суток, так что все жители разрушенных домов успели спастись. Для борьбы с оползнями стремятся увеличить прочность склонов. Это достигается лесонасаждением, искусственным выполаживанием склона путем срезания и подсыпки, путем покрытия склона дерном с прошивкой сваями и шпильками. Более надежно склон закрепляется террасированием и постройкой бетонных и каменных стенок. Однако все эти мероприятия дают эффект лишь при закреплении сравнительно небольших оползней. Значительно надежнее мероприятия, преобразующие физические свойства пород на склонах и коренным образом меняющие режим подземных вод. К их числу относится устройство поверхностного и подземного дренажа: перехват воды нагорными канавами, осушение подземными галереями и забивными фильтрами. Применяются также замораживание и цементация оползневых участков. Эти мероприятия очень эффективны, но дорогостоящи.

19)

Движение подземных вод

Подземные воды находятся в постоянном движении. Существует раздел гидрогеологии, изучающий закономерности движения подземных вод, который называется "Динамика подземных вод".

Законы движения подземных вод используются при гидрогеологичеких  инженерных расчетах водозаборов, дренажей, определении притоков воды к строительным котлованам.

Подземные воды передвигаются в основном путем инфильтрации и фильтрации.

Под инфильтрацией понимают движение воды при частичном заполнении пор воздухом либо водяными парами.

При фильтрации движение воды происходит при полном заполнении пор(трещин) водой. Масса этой движущей воды создает фильтрационный поток.

Фильтрационные потоки различают по характеру движения (установившийся и неустановившийся), гидравлическому состоянию (безнапорные, напорные и напорно-безнапорные). Движение потоков в основном ламинарное (параллельным) , в крупных трещинах и пустотах может быть турбулентным (завихряющемся). В плане фильтрационные потоки можно рассматривать как плоские и радиальные (сходящиеся (например к колодцу) и расходящиеся).

Разрушительная деятельность подземных вод проявляется главным образом в химическом разрушении и выщелачивании горных пород, что связано с содержанием в них кислорода, углекислоты, различных органических и неорганических веществ.

Совокупность геологических явлений, сопровождающихся растворением и размывом горных пород с образованием крупных полостей, называется карстом. Карстующиеся породы – известняки, доломиты, гипсы и ангидриты.

Формы карстового рельефа:

карры – углубления в виде борозд, канавок, образующие карровые поля. Карстовые воронки, колодцы наиболее распространены. В карстовых областях исчезают реки (в Башкирии река Янан – яма 40 км. под землей и 17 км. на поверхности). Воды образуют горизонтальные ходы и пещеры (самая крупная – Мамонтова, в США, штат Кентукки, до 100 км., в России – Четырдаг, Кунгурская пещера).

В результате наполнения поверхностными водами рыхлых пород образуются такие формы как:

оплывины - мелкие смещения, захвакывающие только верхнюю выветренную часть склонов. Происходит смещение – суглинки и супеси по глинам и специальным суглинкам. оползни – смещение горных пород более крупных масштабов по берегам рек, озер и морей, сложенных рыхлыми породами. Слои имеют наклон в сторону откоса. Образованию оползней способствуют дожди, землетрясения, подмывы рекой или прибоем и т. д. (берега Волги, Черного моря и т. д.).

20)Отложения подземных вод.Отложения, связанные с источниками подземных вод

Фильтрующиеся подземные воды приводят к изменению пород, слагающих водоносные горизонты. Палеоводоносные горизонты после отмирания представляют собой относительно маломощные пласты (метры – первые десятки метров), несущие отчётливые следы интенсивных преобразований под действием подземных вод. Наиболее характерны проявления палеоводоносных горизонтов в виде ожелезнёных, омарганцованных, окремнённых, сульфатных пород, осветлённых полос в красноцветных толщах, реже обогащённых баритом или целестином горизонтов, расположенных среди водоупорных толщ иного состава. Специфичные породы, свойственные палеоводоносным горизонтам – это кольматолиты(франц. colmatage, от итал. colmata наполнение, насыпь), образующиеся путём вмывания глинистых и коллоидных частиц в водопроницаемые породы (обычно кольматации подвергаются пески).

Большая группа отложений связана с отложением вещества, поступающего с инфильтрующимися (просачивающимися) в зоне поверхностного гипергенеза подземными водами. Продукты поверхностного замещения субстарат веществом, привнесённым извне, объединяют понятием иллювий. Сложенные иллювием геологические тела образуютинфильтрационные коры. Наиболее широко распространены карбонатные, кремнистые  и сульфатные (существенно гипосвые) коры. К группе инфильтрационных кор относятся такжесолонцы и солончаки.

Карбонатная кора (каличе, калькрет) предсталяет собой пласт карбонатных пород, образованных в ходе капиллярного поднятия и последующего испарения грунтовых вод. Такие образования характерны для аридных и субаридных районов, особенно для пустынных областей, подстилаемых карбонатными породами. Мощность таких образований обычно составляет десятки сантиметров – первые метры.

Кремнистая кора (силькрет) – пласт кремнистых (преимущественно халцедон-кварцевых) пород, образующихся в аридных условиях путём поступления к поверхности щелочных вод, богатых кремнезёмом. Мощностью силькрета достигает нескольких метров.

Сульфатная кора – пласт существенно глинистых обычно рыхлых пород, содержащих значительное количество комковатого гипса, а также известь и водорастворимые соли магния, натрия, калия. Образуется при испарении капиллярных вод, связанных с грунтовыми водами, насыщенными сульфатом кальция. Сульфатные коры мощностью до нескольких метров характерны для глинистых пустынь.

С выходами подземных вод на поверхность связно образование травертинов, обязанных своим происхождением осаждению карбоната кальция из воды углекислых источников. К выходам термальных вод с высокими концентрациями кремнезема приурочены гейзериты, состоящие из опала. Выносимые водами микроэлементы (бор, йод, мышьяк, литий, и др.) могут накапливаться в промышленных концентрациях, образуя месторождения.