ГЕОЛОГИЯ лекции

131

- стационарные (накапливаются у конца ледника в стационарную фазу, когда он не продвигается и не отступает).

Движущиеся морены, в зависимости от того, в какой части ледника они переносятся, подразделяются на донные, поверхностные и внутренние. Дон- ная морена обычно самая большая по объёму. В её составе переносится основной объём материала, содранного ледником с поверхности ложа в процессе его экзарационной деятельности. Среди поверхностных морен встречаются боковые и срединные. Боковые морены типичны для ледников, спускающихся по долинам. Они формируются за счёт обломочного материала, попадающего на поверхность ледника со склонов долины. Если два ледника, спускаясь по смежным долинам, сливаются в один, их боковые морены с двух сопредельных сторон сливаются в одну срединную. Внутренние морены формируются из обломочного материала, скапливающего в трещинах, принизывающих толщу ледника.

Стационарная морена, накапливающаяся у переднего края ледника, называется конечной. Размеры её зависят не только от объёма транспортируемого материала, но и от продолжительности стационарной стадии развития ледника.

Отложенные морены могут остаться в любом месте по пути следования ледника после того, как он сам прекратит своё существования. Среди них могут быть представлены и донные морены, и боковые, и конечные.

О б р а б о т к а и с о р т и р о в к а .

Процессы сортировки обломочного материала при ледниковой транспортировке не проявлены. Обломки любого размера переносятся внутри толщи ледника или на его поверхности с одинаковой скоростью, и никакого механизма, обеспечивавшего бы их разделение, здесь не существует. В то же время внутри движущихся морен (особенно донных) происходит истирание мелких обломков и сглаживание крупных. Такое сглаживание не вполне корректно называть окатыванием, так гак захваченные ледником глыбы не перекатываются, а переносятся волочением, находясь в одном и том же положении. В результате ледниковые валуны имеют специфическую «утюгообразную» форму, отличающую их от валунов речных. Такую форму обломки приобретают из-за того, что их передний край подвергается при движении более значительному механическому воздействию и стачивается намного сильнее. Второй характерной особенностью валунов, транспортировавшихся ледником, является наличие ледниковой штриховки - многочисленных параллельных борозд, образующихся в результате трения о другие обломки и о ложе ледника в процессе движения.

С е д и м е н т а ц и я .

Накопление перенесённого ледником обломочного материала осуществляется в отложенных моренах. Характерными особенностями моренных отложений являются следующие:

132

1.Состав – так называемые «валунные суглинки», представляющие собой однородную массу песчано-глинистого состава, в которую заключены щебень, галька разной степени окатанности и ледниковые валуны.

2.Отсутствие сортировки и слоистости.

3.Характерная форма ледниковых валунов и наличие на них ледниковой штриховки.

Нередко после таяния ледника отложенные морены подвергаются Размыву. В результате обломочный материал мелкого и даже среднего размера уносится водой, и на поверхности остаются лишь разрозненные валуны, чужеродные по отношению ко всем окружающим горным породам и рыхлым отложениям. Такие валуны называются эрратическими.

Ледниковые формы рельефа.

Формы рельефа, имеющие ледниковое происхождение, подразделяются на экзарационные и аккумулятивные. К э к з а р а ц и о н н ы м формам рельефа, характерным для областей питания, относятся следующие:

-Кары, или ледниковые цирки – полукруглые выемки с крутыми стенками, формирующиеся в областях питания горных ледников.

-Карлинги – горы с крутыми склонами и остроугольными вершинами, окружённые со всех сторон ледниковыми цирками.

Для областей стока характерны:

-Троговые долины формируются горными ледниками в области стока. Образуются они в результате переработки движущимся ледником существовавших ранее речных долин. В результате такой переработки изменяется поперечный профиль долины: долина значительно расширяется и приобретает округлую (корытообразную) форму. Ещё одно отличие троговых долин от речных заключается в том, что все речные долины в одном районе бывают разработаны на одну и ту же глубину, зависящую от базиса эрозии. На развитие троговых долин базис эрозии влияния не оказывает. Все они углублены в различной степени, вне связи друг с другом (степень углубления определяется исключительно величиной массы движущегося по долине льда).

-Сквозные долины – представляют собой связующие «перемычки» между соседними троговыми. Формируются они в том случае, если объём льда оказывается слишком большим, и его излишки «перетекают» в сопредельную долину через какое-то понижение в борту материнской долины. В горных районах к таким долинам обычно приурочены самые удобные перевалы.

-«Бараньи лбы» - невысокие сглаженные скалы, обработанные ледником в процессе его движения. Такие формы могут образоваться в результате деятельности как горных, так и равнинных ледников – везде, где ледник встречает при своём движении выходы прочных скальных пород. Характерной чертой «бараньих лбов» является то, что они бывают покрыты ледниковой штриховкой – такой же, как и на ледниковых валунах.

-Котловины выпахивания также могут формироваться и равнинными, и горными ледниками. Причиной их образования является переуглубление на участках развития относительно слабо устойчивых горных пород.

133

- Ригели – поперечные уступы, ограничивающие котловины выпахивания снизу по направлению движения ледника.

Аккумулятивные формы ледникового рельефа представлены, главным образом, моренными холмами и грядами. Моренные холмы формируются в местах накопления отложенных морен. Целые группы ярко выраженных моренных холмов обычно чётко фиксируют место, где располагалась стационарная морена. Состоящие из них гряды обычно остаются в местах длительной остановки покровных ледников перед их отступлением. Такие гряды могут протягиваться на многие сотни километров, фиксируя местоположение края ледника в прошлом. Примером гряды подобного происхождения являются Сибирские увалы, протягивающиеся по Западно-Сибирской равнине от Оби до Енисея. В районах горных оледенений форму гряд имеют отложения боковых морен. Вытянуты они всегда вдоль бортов троговых долин, в соответствии с направлением движения долинных ледников.

Более редкой и своеобразной формой аккумулятивного рельефа являются друмлины – уплощённые, овальные в плане холмы, вытянутые по направлению движения ледника. В основании друмлинов находятся выходы прочных скальных пород, а сам холм сложен материалом донной морены. Формируются они в тех местах, где перемещение донной морены тормозилось встретившимися на пути движения выходами относительно прочных горных пород.

Водноледниковые процессы.

К этой категории относятся процессы, связанные с деятельностью талых вод ледникового происхождения. Они всегда закономерно сопряжены в пространстве и во времени с собственно ледниковыми процессами. В стационарную фазу существования ледника талые воды, формирующиеся у его переднего края, перемывают и переотлагают материал конечных морен. Во время отступления ледника процессы таяния усиливаются, и масштабы проявления водноледниковой деятельности становятся ещё более значительными. В результате деятельности талых ледниковых вод формируются своеобразные отложения и формы рельефа.

Отложения, сформированные в результате деятельности потоков талых ледниковых вод, называются флювиогляциальными. Выделяется три типа флювиогляциальных отложений и соответствующих им форм рельефа:

-Зандры – поля слившихся между собой пологих конусов выноса ниже конечных морен. Зандры образуются в стационарную стадию развития ледника и имеют чисто песчаный состав. Более тонкообломочный материал при формировании зандров уносится далее в реки, а для перенотложения из морен более крупных обломков энергии потоков талых вод недостаточно. На удалении от ледника зандровые отложения постепенно переходят в обычный аллювий.

-Озы – вытянутые (по направлению движения ледника) песчаногалечные гряды, сложенные переотложенным материалом внутренних (трещинных) морен, перемытых после остановки и таяния ледника.

134

- Камы – беспорядочно ориентированные холмы из песчано-гравийно- валунного материала. Образуются на месте таяния скоплений «мёртвого льда» - остаточных ледяных масс, оторванных от области питания ледника. Формирование камов характерно при таянии покровных ледников.

Лимногляциальные отложения также являются продуктом геологической деятельности талых ледниковых вод, но вод стоячих. Они накапливаются в при ледниковых озёрах, образующихся в результате заполнения понижений рельефа талыми ледниковыми водами. Здесь формируются очень своеобразные песчано-глинистые или алеврито-глинистые осадки, получившие название «ленточных» глин. Причиной их формирования является очень чётко выраженная сезонность осадконакопления в приледниковых озёрах. Основной объём слагающего их материала накапливается в летнее время, когда идёт активное таяние ледника. Только в это время идёт отложение частиц песчаной или алевритовой размерности. Зимой приток талых вод прекращается, нет и поступления обломочного материала. В это время подо льдом продолжается медленное осаждение наиболее тонкой взвеси – частиц глинистой размерности. За один год формируется пара тонких слойков, связанных между собой постепенным переходом: относительно светлый глинистоалевритовый или глинисто-песчаный – внизу, и чисто глинистый – выше. Характерны горизонтальный характер слоистости (обусловленный осаждением в спокойной обстановке) и очень малые мощности слойков. Последнее обусловлено очень малым объёмом обломочного материала, приносимого с ледника талыми водами.

МЕРЗЛОТНЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Криолитозона.

Роль льда в геологических процессах на суше не ограничена деятельностью ледников. Важное значение имеет также лёд, находящийся в толще земной коры – в составе мёрзлых грунтов и горных пород. Мёрзлыми называются горные породы, характеризующиеся присутствием в них льда в порах и трещинах. Промерзают горные породы и грунты в холодное время года; процесс этот начинается с поверхности и распространяется на глубину. Процесс носит сезонный характер: с наступлением тёплого сезона промерзание сменяется оттаиванием. Слой грунтов и горных пород, в котором сезонно чередуются процессы промерзания и оттаивания, называется деятельным сло- ем. Мощность его в разных районах не одинакова. Наибольшая глубина промерзания (до 2-3 м) отмечается в условиях преобладания отрицательных температур на протяжении большей части года при маломощном снеговом покрове.

Вместе с тем на обширных пространствах в северных частях Евразии (особенно в Сибири) и Северной Америки ниже сезонно промерзающего слоя развит значительно более мощный слой мёрзлых пород, никогда за лето не оттаивающих. Эта мерзлота, называемая многолетней, носит реликтовый

135

характер: она сохранилась с прошлых геологических эпох, когда в этих регионах господствовал значительно более холодный климат. Многолетняя мерзлота распространена преимущественно в тех районах, которые в четвертичном периоде не подвергались покровным оледенениям. При этом, очевидно, формирование этой мерзлоты и максимальное оледенение развивались синхронно. Максимальное промерзание происходило в тех регионах, где выпадало мало осадков и не могло накопиться снежной массы, достаточной для формирования покровного ледника – то есть в районах с холодным, но очень сухим климатом. В наибольшей мере такие условия были характерны для Восточной Сибири и Монголии.

Мёрзлая зона литосферы называется криолитозоной. Площадь распространения многолетнемёрзлых грунтов и горных пород составляет в настоящее время около 25% площади суши. Реликтовый характер современной многолетней мерзлоты обуславливает общую тенденцию её к постепенному таянию. Но тенденция эта не абсолютна, она носит прерывисто-возвратный характер. Процессы таяния многолетней мерзлоты играют важную роль в водном балансе соответствующих территорий. Этот процесс может вносить заметный вклад в питание подземных вод, поверхностных водотоков и водоёмов соответствующих территорий. На некоторых реках Восточной Сибири отмечается предосеннее половодье, обусловленное тем, что к концу лета процессы таяния многолетней мерзлоты достигают своего максимума.

Характер распространения многолетнемёрзлых пород и грунтов на различных территориях не одинаков. В зависимости от него выделяются следующие зоны:

-сплошного распространения мерзлоты;

-развития мерзлоты с участками талых грунтов (таликов);

-развития мерзлоты и таликов с преобладанием последних;

-островного развития многолетней мерзлоты.

Типы подземных льдов и вод в криолитозоне.

Формы существования подземных льдов в криолитозоне разнообразны. Основными типами являются:

-лёд-цемент, мелкие выделения которого развиты между частицами грунта или горной породы; образуется при промерзании равномерно увлажнённых пород и грунтов;

-сегрегационные льды, слагающие небольшие гнёзда, линзочки, прослои

ипрожилки среди вмещающей породы;

-повторно-жильные льды, приуроченные к морозодойным трещинам; их возникновение будет рассмотрено далее;

-инъекционные льды образуются в результате внедрения по трещинам напорных подмерзлотных вод;

-погребённые льды формируются на поверхности, после чего захороняются отложившимися сверху осадками;

-пещерные льды возникают в результате замерзания воды в подземных полостях.

136

Подземные воды криолитозоны играют очень важную роль как в геологических процессах этой зоны, так и в гидрологическом режиме соответствующих районов. Согласно Н.Н. Романовскому, в криолитозоне выделяются следующие типы подземных вод:

-надмерзлотные воды, приуроченные к талым, перекрывающим многолетнемёрзлые породы слоям (сезонно-промерзающему слою и несквозным надмерзлотным таликам);

-воды сквозных таликов, которые бывают различны по происхождению: инфильтрационные, поступающие сверху, в результате инфильтрации атмосферных осадков и из поверхностных водоёмов, и напорные, поступающие из подмерзлотных горизонтов;

-подмерзлотные воды, залегающие ниже подошвы многолетнемёрзлого слоя и различные по происхождению; они могут взаимодействовать с многолетнемёрзлым слоем, а при наличии напора – проникать вверх по таликам;

-межмерзлотные воды могут образовываться при промерзании несквозных таликов; они ограничены многолетнемёрзлыми породами как сверху, так и снизу, но сохраняют гидравлическую связь с водами других видов;

-внутримерзлотные воды слагают внутри многолетнемёрзлых пород обособленные линзы, лишённые связи с водами других типов.

Криогенные геологические процессы.

Для криолитозоны характерно проявление специфических геологических процессов, называемых криогенными (мерзлотными). Важнейшую роль в этих процессах играет сезонно оттаивающий деятельный слой криолитозоны. К числу криогенных геологических процессов относятся:

1.Образование морозобойных трещин. Трещины возникают в холодное время года в результате сильного охлаждения мёрзлых горных пород и грунтов. Летом они заполняются талыми водами, которые затем замерзают в этих трещинах (повторно-жильные льды), что способствует их дальнейшему расширению. В результате земная поверхность оказывается разбита густой сетью таких трещин, образующей в плане систему из многочисленных неправильных многоугольников.

2.Термокарстовые процессы связаны с таянием скоплений подземных льдов. Результатом является развитие просадок грунта и формирование термокарстовых котловин. В результате их заполнения поверхностными водами образуются термокарстовые озёра, очень характерные для равнинных тундр.

3.Образование бугров пучения. Причина этого процесса – в увеличении объёма воды при её замерзании. Так как промерзание грунтов с наступлением зимы распространяется сверху вниз, на глубине в течение некоторого времени могут оставаться массы воды в жидком состоянии, зажатые между двумя мёрзлыми водоупорами (замёрзший грунт сверху и многолетнемёрзлые породы снизу). Движение этих вод может приводить к формированию их скоплений под фронтом промерзания. Когда перенасыщенный водой грунт промерзает, он увеличивается в объёме и приподнимает вышележащие слои:

137

возникает «бугор пучения». Размеры их могут достигать десятков метров в высоту и первых сотен – в поперечнике.

4.Солифлюкция. Солифлюкцией называется медленное пластичное течение сильно увлажнённых грунтов на склонах. Процессы солифлюкции отмечаются не только в криолитозоне, но именно здесь они имеют особенно широкое развитие. Это обусловлено практически повсеместным распространением избыточного переувлажнения грунтов, обеспечиваемым за счёт таяния подземных льдов в тёплое время года. Рыхлые песчано-глинистые грунты, перенасыщенные влагой, приобретают способность к оплыванию при совсем небольших углах склона, порядка 3-5º. В связи с широким развитием процессов солифлюкции, термокарста и образования бугров пучения грунты криолитозоны отличаются большой неустойчивостью, что создаёт большие трудности при строительстве.

5.Образование каменных потоков (курумов) – один из типичных склоновых процессов в криолитозоне. Курумы – это обширные поля каменных (глыбовых) развалов, медленно (до первых сантиметров за год) оползающие по пологим склонам. Их образование и движение происходит по действием нескольких факторов:

- морозного выветривания скальных горных пород, приводящего к образованию разрозненных глыб;

- выпучивания их на поверхность из подстилающей песчано-глинисто- щебнистой смеси в результате чередования процессов промерзания и оттаивания;

- вымывания мелких частиц из собственно курумового горизонта талыми водами;

- замерзания воды, скапливающейся в пустотах между глыбами («гольцовый лёд») и образование глыбово-ледяной смеси, способной к небольшим подвижкам при подтаивании льда;

- переувлажнение, при таянии «гольцового льда», подстилающих песча- но-глинисто-щебнистых слоёв и их пластичное оплывание.

Некоторые авторы рассматривают движение курумов как особую разновидность солифлюкционных процессов. Но этот процесс намного сложнее обычных солифлюкционных, и, по-видимому, его правильнее выделять в качества самостоятельного типа криогенных процессов.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА СКЛОНАХ

Основным содержанием склоновых геологических процессов является транспортировка материала вниз по склону под действием силы тяжести. Способы транспортировки весьма разнообразны, и этим обусловлено соответственно большое число выделяемых типов с к л о н о в ы х о т л о ж е - н и й (приводятся по классификации С.С. Воскресенского с уточнениями).

Делювий – продукт плоскостного смыва обломочного материала дождевыми и талыми водами. Возможность формирования данного типа отложений появляется при совпадении нескольких условий, поэтому делювий в чис-

138

том виде имеет довольно ограниченное распространение. Делювий может накапливаться у подножья и в нижних частях пологих склонов, не содержащих ложбин (в этом случае процессы плоскостного стока сменятся пролювиальными) и не имеющих растительного покрова. В условиях умеренного климата возможно сезонное накопление делювия, а именно весной – когда со склонов, ещё не покрывшихся травянистой растительностью, стекают потоки талых вод. Энергия потоков при плоскостном смыве невелика, поэтому состав делювия всегда целиком или почти целиком мелкообломочный.

Десерпций – результат перемещения обломков в осыпи. Десерпционный перенос характерен для открытых (с редким растительным покровом или полностью лишённых растительности) склонов, крутизна которых выше угла естественного откоса (около 30º). Размерность обломков, транспортируемых и накапливающихся в десерпционных процессах, весьма разнообразен. При этом имеется в некоторой мере проявленная тенденция к сортировке, связанная с тем, что более крупные обломки могут скатываться ниже по склону. Десерпций имеет широкое распространение на горных склонах, особенно в условиях сухого климата.

Дерупций – обвальные отложения. Накапливаются у подножья крутых и обрывистых склонов в результате их обрушения. Размерность обломков – любая, никакой сортировки не проявлено. Основной фактор, влияющий на возможность проявления дерупционных процессов – крутизна склона. Вероятность обрушения более высока, если склон сложен менее устойчивыми горными породами. В наибольшей мере она возрастает после сильных дождей или таяния снега. В некоторых классификациях оба названных типа, дерупций и десерпций, объединяются под общим названием «коллювий».

Дефлюкций – продукт пластичного оползания рыхлых умеренно увлажнённых грунтов. Дефлюкционные процессы могут проявляться на склонах умеренной крутизны (порядка 10-15º и более), сложенных грунтами с заметной глинистой составляющей (глинистыми, песчано-глинистыми, щебнистоглинистыми и т.п.). Наличие растительного покрова только благоприятствует их развитию, так как, с одной стороны – способствует удержанию влаги, а с другой – препятствует размыву таких грунтов с поверхности.

Солифлюкций – результат пластичного течения переувлажнённых грунтов. Выше отмечалось, что солифлюкционные процессы наиболее характерны для криолитозоны. Но локально они могут проявляться и в иных природных условиях – там, где избыточное увлажнение обусловлено притоком грунтовых вод (при выходе на склон водоносного горизонта).

К числу ведущих факторов, от которых зависит проявление того или иного склонового процесса, можно отнести:

1.Размерность обломочного материала на склоне.

2.Наличие растительного покрова. Десерпционные и делювиальные процессы идут преимущественно при его отсутствии. Дефлюкционные и солифлюкционные – наоборот.

139

3.Степень увлажнения (необходима для проявления дефлюкционных

исолифлюкцонных процессов; при этом увеличение влажности ведёт к смене дефлюкционного перемещения солифлюкционным).

4.Крутизна склона. Солифлюкционные процессы могут начаться при углах склона в первые градусы, дефлюкционные – порядка 10º, десерпционные – 30º, дерупционные – 50º и более.

5.Вещественный состав грунтов и горных пород.

Вцелом склоновые отложения, несмотря на разнообразие механизмов транспортировки, характеризуются некоторыми общими чертами:

- сортировка обломочного материала, как правило, незначительная или отсутствует;

- обломочный материал не окатан (если только он не подвергся окатыванию ранее);

- слоистость незакономерная, изменчивая, обычно нечёткая; часто совершенно отсутствует;

- нередко (в первую очередь на пологих склонах) проявлена пространственная связь с материнскими породами, за счёт разрушения которых поступает обломочный материал.

Вгорных районах в условиях умеренного климата широким распространением пользуется специфический тип склонового переноса обломочного материала – лавинная транспортировка. Лавинами называют потоки снежных масс, срывающиеся и сходящие вниз по горным склонам под действием силы тяжести. В процессе своего перемещения лавины могут захватывать большое количество обломков горных пород и с высокой скоростью переносить их к подножью склона. Специфического типа склоновых отложений при этом не образуется, так как после таяния снега обломочный материал переносится и переотлагается далее – уже водными потоками. Лавинной транспортировкой обломочного материала обусловлено образование характерных форм денудационного рельефа – лавинных лотков. Их характерная особенность – полукруглое поперечное сечение, в отличие от V-образного для сухих логов. Это различие обусловлено разным характером распределения механического воздействие на ложе в водном и в снеговом потоке.

Специфической формой склоновой транспортировки в мерзлотных районах являются курумы, рассмотренные выше.

Оползневые процессы.

Особый тип склоновой транспортировки, осуществляемой без нарушения целостности грунтов и горных пород, представляют собой оползневые процессы. В этих процессах цельные блоки, в сложении которых могут принимать участие разнообразные скальные породы и рыхлые отложения, медленно сползают вниз по склонам, перемещаясь вдоль поверхностей скольжения – дугообразных сколов, выполаживающихся книзу. Формирование оползней возможно на склонах различной крутизны и при различном составе пород, которыми они сложены. Основной фактор, обуславливающий их возникновение и развитие – постоянный приток подземных вод.

140

Образование оползней происходит при следующих условиях:

-сильное насыщение грунтов и горных пород подземными водами, приводящее к ослаблению связи между твёрдыми частицами;

-смачивание водой поверхностей скольжения, образующихся в наиболее водопроницаемых зонах (трещинах отрыва);

-гидродинамическое давление подземных вод в направлении движения оползня.

Нередко возникают целые системы сопряжённых между собой поверхностей скольжения, вдоль которых приходит в движение один блок за другим. Совокупность горнопородных блоков, перемещённых в результате оползневых процессов и скопившихся у основания склона, составляет особый тип склоновых отложений – деляпсий.

Экологическая опасность оползневых процессов в том, что движение оползней хоть и медленное, но неотвратимое. Предотвратить разрушение объектов, оказавшихся на пути движущегося оползня, как правило, невозможно. Закреплению поддаются только оползни очень небольших размеров. Более эффективно выявление потенциально опасных участков склонов и принятие мер по предотвращению возникновения оползневых явлений. Предотвратить формирование оползней возможно, изменив соответствующим образом режим деятельности грунтовых вод на соответствующем участке. В числе таких методов применяются:

-устройство поверхностного и подземного дренажа;

-перехват вод нагорными канавами;

-осушение подземными галереями;

-цементация водопроницаемых зон или их замораживание.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВОД МИРОВОГО ОКЕАНА

Мировой океан занимает более 70% поверхности Земли. Его общая площадь – 361 млн. кв. км. Поэтому океан играет огромную роль и в водном режиме географической оболочки нашей планеты, и в протекающих в ней экзогенных геологических процессах. Важнейшими факторами, определяющими характер геологической деятельности океанических вод, являются их состав, физические параметры и динамика.

Состав океанических вод.

Одной из важнейших особенностей вод мирового океана является их повсеместно повышенная солёность (более 3 г/л). Общепринятая единица измерения солёности морских вод – промилле (одна десятая процента). Средняя величина солёности океанических вод – 35 промилле. При этом в отдельных районах она повышается вплоть до 47 промилле. Подобное повышение солёности характерно для обособленных, слабо связанных с остальной частью океана морей или заливов, при одном из двух дополнительных условий. Здесь либо должно идти активное испарение воды с поверхности (Персидский залив), либо – активный приток высокоминерализованных вод из глу-