Глава 4. Геологические процессы и создаваемые ими

Формы рельефа

 

Геологическая деятельность ветра

Геологическая работа ветра состоит из следующих видов:

• разрушение горных пород (дефляция и корразия);

• перенос или транспортировка разрушенного материала;

• отложение (аккумуляция).

Разрушение пород происходит за счет ветровой нагрузки и с помощью переносимых песка и пыли.

Корразия – вытачивание ветром на поверхности горных пород различных углублений, а также штриховка и полировка скал переносимыми в воздухе песком, частицами алевролита. Корразия сопровождается выдуванием материала, который может переноситься на большие расстояния. Выдувание и развеивание твердых частиц коренных пород ветром называют дефляцией.

Ветер не только разрушает горные породы, переносит и отлагает обломочный материал, но и создает своеобразной формы рельеф, который называется эоловым. Эоловые пески, глины и лёс слабо сцементированы и представлены хорошо окатанными, тонкозернистыми частицами. Для песков характерна неправильная, косая слоистость, обусловленная многократным изменением ветрового режима. По минеральному составу преобладают кварцевые пески, иногда полевошпатовые. Мощность эоловых песков достигает десятков метров.

При аккумуляции образуются специфические эоловые формы рельефа: кучевые пески, барханы, барханные цепи, дюны, грядовые и бугристые пески.

В районе практики реликтовые эоловые формы рельефа, в которых направление изгиба гребня совпадает с направлением ветра, – дюны можно наблюдать в окрестностях г.Перми на аккумулятивных террасах р.Камы (п.Верхняя Курья).

 

Геологическая деятельность поверхностных

Текучих вод

 

Воды, попадающие на земную поверхность, струи воды (при дожде и таянии снега), реки, речки, ручьи; движение поверхностных вод – всё это производит огромную геологическую работу и чем больше масса воды, тем большая работа производится водой [10].

Эрозия

«Эрозия [от лат. erosio — размывание, разъедание] - это процесс разрушения горных пород водным потоком, что в совокупности с гравитационными движениями (перемещениями) ведёт к образованию долин, снижению поверхности водосборных бассейнов. Эрозия проявляется в виде механического воздействия течения водного потока, вызывающего взвешивание и унос твердых частиц или их перемещение по поверхности ложа водой; а также химического растворения горных пород водой, шлифования и истирания дна русла водой и твердыми обломками, переносимыми водным потоком.

Действующими факторами эрозионных процессов являются движущиеся поверхностные воды (гидрологические), а результат – разрушение, перенос и аккумуляция материала с образованием новых форм рельефа. Выделяют три основных генетических вида эрозии - речную, склоновую и овражную.

Эрозия речная

Следует различать русловые деформации, вертикальные и горизонтальные. Вертикальные деформации, или глубинная (донная) эрозия, связаны с деформациями продольного профиля реки и сопровождаются погружением его отметок. Горизонтальные деформации, обусловленные, в первую очередь, боковой эрозией, проявляются в изменениях русла в плане. Боковое (горизонтальное) смещение реки производит основное рельефообразующее действие на их долины в настоящее время (рис.10, фото7-10).

Места с наименьшими отметками рельефа, на уровне которых прекращается эрозия, называются базисом эрозии. С приближением к этому уровню интенсивность эрозии ослабевает. Кривая изменения высот дна реки по течению называется ее продольным профилем.

Отложение осадков происходит одновременно с эрозией и переносом минерального вещества. Эти отложения называются аллювиальными. Для аллювия характерны косая слоистость, изменчивость крупности материала и мощности слоев - по площади и вертикали. По месту образования аллювия различают русловые, пойменные и старичные отложения.

Береговые ступени, наблюдаемые в поперечном разрезе речной долины, называют террасами. Они образуются при изменении положения базиса эрозии или периодических изменениях расходов воды. Различают пойменную, наиболее молодую и затапливаемую рекой вовремя паводка, и надпойменные террасы. Чем выше терраса, тем она древнее.

В строении надпойменных террас различают уступ, бровку, террасовидную площадку, подошву, тыловой шов, высоту террасы, высоту бровки, высоту тылового шва, горизонт высоких вод (рис.11).

Надпойменные террасы нумеруют снизу вверх - от более молодых к древним. Над уровнем поймы обычно выделяют первую, вторую, третью и так далее надпойменные террасы.

Генетические типы речных террас:

1. Аккумулятивные (террасы накопления), эрозионно-аккумулятивные - это террасы, у которых мощность аллювия больше
относительной высоты их над уровнем реки, весь террасовидный уступ
сложен аллювиальными накоплениями, а в присклоновой и притеррасовидной частях он прикрыт делювиальным материалом. Различают прислоненные и вложенные террасы.

1.(а) Прислоненные отличаются тем, что при размыве аллювия река не достигает коренных пород. В результате размыва может воз никнуть несколько эрозионных уступов и на древний аллювий «ложатся» более молодые отложения.

1.(б) Вложенные формируются при неоднократном частичном размыве аллювия. В каждой фазе размыва река углубляется до коренных пород, а затем вновь заполняет аллювием долину, промытую в ранее отложенных породах.

2. Эрозионные (террасы размыва) целиком образованы в коренных породах. На террасовидной площадке аллювий отсутствует или
располагается в виде очень тонкого покрова. Терраса образуется при
резком преобладании процессов эрозии над процессами аккумуляции.
Наиболее древние террасы нередко превышают современное русло pеки на сотни метров.

3. Цокольные (смешанные) террасы. Мощность аллювия здесь значительна, но не превышает их высоты; в уступах ниже толщи аллювия обнажаются коренные породы, слагающие основание террасы вышележащую часть склона долины. Обнаженную часть коренных пород в уступе таких террас принято называть цоколем.

Скульптурные террасы не являются собственно речными, а только морфологически похожи на них. Состоят из площадки, бровки уступа, но образовались под влиянием процессов избирательной денудации, сопротивления выветриванию различных слоев горных пород, слагающих коренной склон долины.

В процессе работы были произведены замеры расхода малых рек Большая Ива и Большая Мотовилиха. Для этого был выбран прямолинейный участок, имеющий примерно одинаковую глубину и ширину на протяжении не менее тройной его ширины. Скорости течения на таком участке должны быть равномерными. Перпендикулярно оси потока разбивают и закрепляют вешками верхний, средний и нижний створы. Выше верхнего створа намечают пусковой створ. По линии створов измеряют глубины и определяют площадь живого сечения потока реки (F) по формуле:

 

F=B₁h₁/2+B₂(h₁₊h₂)/2+…+(Bn*hn-1)/2

 

На участке между верхним и нижним створами определяют при помощи поплавков среднюю поверхностную скорость течения. Время проплыва (t) поплавками расстояния от верхнего до нижнего створов (L) определяют по секундомеру. Поверхностную скорость течения рассчитываю по формуле:

 

V=L/t

Такие измерения проводят не менее трёх раз и рассчитывают среднюю скорость течения Vср.

Расход водяного потока определяют по формуле:

 

Q=kFVср

 

,где k – коэффициент перехода от средней поверхностной скорости течения к средней скорости потока, равной 0,8 – 0,85 (рис.12).

Эрозия овражная

Овражная эрозия - это глубинный размыв рыхлых и связных пород концентрированными водными потоками. Овраг - это форма рельефа, образовавшаяся на склоне или водоразделе, представляющая собой относительно глубокий, вытянутый в длину, извилистый или ветвящийся размыв (врез), образующий своеобразную долину временных потоков в паводок или небольших ручейков, пересыхающих в засушливое время года.

Овраг имеет днище с выраженным или невыраженным руслом временного потока (тальвег) и склоны, напоминающие искусственные откосы, и обычно примыкающие к нему отвершки I, II, III и других порядков. В плане овраг имеет форму извилистых и ветвящихся систем, расчленяющих поверхность склонов и водоразделов часто на огромных пространствах.

Склоны у растущих оврагов крутые, у бровки в верховьях часто отвесные, вертикальные, ступенчатые, со следами смещений – оползневых подвижек. Нижняя часть склонов обычно покрыта осыпями. Глубокие овраги на отдельных участках имеют вид небольших ущелий. В основании склонов и в вершине оврага и его отвершков нередко встречаются постоянные или иссякающие источники, которые, сливаясь, образуют постоянные или временные ручейки.

Задернованность и залесенность склонов и оврагов резко снижают, а чаще прекращают их развитие. Заросшие овраги называются балками (рис.13).

Отложения временных потоков оврага накапливаются в устье оврага в виде конуса выноса. Такие отложения называются пролювием.

Асимметрия поперечного профиля оврагов обусловлена различными микроклиматическими условиями на бортах, обращенных на юг или на север. На бортах северной экспозиции происходит более интенсивное увлажнение пород за счет таяния снега и атмосферных осадков, в то время как на бортах южной экспозиции наблюдается энергичное высыхание поверхности. По-разному также происходит промерзание и связанное с ним увеличение влажности и оттаивание пород бортов оврага. В итоге на бортах, обращенных на север, появляются оплывины, которые быстро задерновываются и становятся более пологими, чем на южной экспозиции, где эти борта круче и где типичнее осыпание.

Процесс овражной эрозии довольно широко распространен на территории Пермской области. Наиболее заовраженные участки в её пределах располагаются в юго-западной части Пермской области, наиболее освоенной в хозяйственном отношении. Локальные участки активизации эрозионной деятельности вне её пределов приурочены, как привило, к территориям островного хозяйственного освоения в окрестностях населенных пунктов, промышленных площадок.

Эрозия склоновая

Склоновая эрозия - это размыв почвы и грунтов на склонах мелкими струйками воды. Она проявляется во время сильных дождей и таяния снега. Процессы смыва или склоновой эрозии на обнаженных наклонных поверхностях широко распространены, тесно связаны с развитием промоин, не всегда внешне заметны, но существенны по объему из-за непрерывности действия. Геологическим результатом процессов смыва является образование в основании склона делювия, а вверху склона - серии перемещающихся в плане рытвин глубиной 5-10 см, по которым идет сток дождевых и снеговых вод и снос дисперсного и мелкообломочного материала.

Склоновая эрозия от боковой отличается агентами денудации, которые участвуют в сносе рыхлого материала со склона. Главной разрушающей и транспортирующей силой здесь являются гидрометеорологические факторы, речные же воды участвуют лишь в удалении с подножия склона материала, снесенного эрозией. Обычно склоновая эрозия в условиях гумидного климата - явление довольно редкое. Это подтверждает набор и характер ландшафтов Пермской области. Склоны здесь, как правило, выположены и задернованы. Процессы денудации не имеют возможности широко развиться именно благодаря фактору бронирующего действия естественного растительного покрова. Исключение составляют лишь отдельные формы рельефа, имеющие, как правило, непосредственное отношение к процессам линейной эрозии. Это обычно борта оврагов и склоны долин крупных и средних рек. В оврагах процесс склоновой эрозии является составной частью всего комплекса процессов, протекающих в активную фазу развития оврага. В более чистом виде и в значительно больших масштабах она проявляется в долинах рек, где речные воды участвуют в удалении продуктов денудации от подножья эрозионного склона, что является необходимым и обязательным условием развития склоновой эрозии. В противном случае происходит обычный для склонов процесс их выполаживания, в результате чего эрозия постепенно затухает, а склон полностью стабилизируется, покрываясь растительностью. Благоприятные условия для развития эрозии есть лишь на тех склонах, которые опираются на затапливаемую в весеннее время пойму.

Большую роль и развитии эрозии играет экспозиция склона. Эрозия протекает всегда или почти всегда лишь тех на склонах, которые обращены к «тёплым» румбам, - южной, западной, юго-западной и юго-восточной экспозиций. Это объясняется разницей в поступлении солнечной радиации и перераспределением тепла и влаги на склонах противоположных экспозиций. На склонах северной, северо-восточной экспозиции, напротив, протекают процессы медленного течения грунта при отсутствии растительности и дернины.

 

 

ВЫВЕТРИВАНИЕ

 

«Выветривание – это процесс разрушения и изменения горных пород и минералов в условиях земной поверхности под влиянием физического и химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и организмов» (Горная энциклопедия, 1984. Т 1). Различают несколько видов выветривания.

Физическое выветривание происходит под действием изменения температуры, замерзания и оттаивания воды в трещинах (особенно в полярных странах - морозное выветривание), испарения и кристаллизации солей, содержащихся в воде, и приводит к образованию обломков различного размера.

Химическое выветривание происходит под воздействием воды, кислорода и углекислого воздуха. При химическом выветривании минералы глубинных зон Земли, возникающие в условиях высоких давлений и температур, разрушаются с образованием минералов, устойчивых на поверхности Земли. При этом процессе значительная часть вещества переходит в раствор (коллоидный и ионный) и выносится дождевыми и другими водами.

Биологическое выветривание – это разрушение и разложение горных пород, связанное с жизнедеятельностью живых организмов, особенно бактерий в почвенном слое.

Хотя все виды выветривания действуют одновременно и взаимосвязаны между собой, но в зависимости от физико-географических условий всегда преобладает тот или иной вид выветривания. В условиях климата Пермского края развитие получили все три генетических вида выветривания, развитых повсеместно на всей территории.

Процессы выветривания формируют свой генетический тип отложений. Выделяют остаточные отложения, как оставшиеся на месте первоначального их залегания, - элювий, так и подвижные, унесенные от места разрушения под действием силы тяжести, атмосферных осадков и пр. – коллювий.

4.4. ЭКЗОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ДЕЙСТВИЕМ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ

ОПОЛЗНИ

 

Оползень – отрыв земляных масс и слоистых горных пород и перемещение их по склону под влиянием силы тяжести. (Геологический словарь,1973).

 

Причины возникновения оползней:

• увеличением крутизны склона в результате подмыва водой;
• ослаблением прочности пород при выветривании или переувлажнении осадками и подземными водами;
• воздействием сейсмических толчков;
• строительной и хозяйственной деятельностью.

В строении оползней различают оползневой цирк, бровку главного уступа, главный уступ, вершину оползня, оползневое тело, поверхность скольжения, подошву оползня или базис оползня.

Г.С.Золотарев (1956 г.) классифицирует оползни по их строению и масштабу явлений, следующим образом: 1) смещенные массивы скальных пород (очень крупные); 2) оползни – блоки – смещение пакетов и блоков преимущественно глинистых и полускальных пород; 3)оползни – потоки, образующиеся при раздроблении смещающихся пород; 4) сплывы – поверхностные смещения глубиной до 2-5м, происходящие при увлажнении атмосферными осадками, реже грунтовыми водами; 5) оползни – оплывины – небольшие и неглубокие (до 2-3 м) оползни; 6) срывы – небольшие по площади и глубине смещения, придающие откосу мелкоступенчатый характер.

ОБВАЛЫ

 

По В.Д.Ломтадзе (1977), обвалы – это внезапные обрушения горных пород с потерей контакта со склоном, сопровождающиеся дроблением и перемешиванием горных пород и хаотическим их накоплением у подошвы склона.

Основная причина образования обвальных явлений состоит в нарушении равновесия (устойчивости) масс горных пород на склонах и откосах. Вызывают это нарушение устойчивости главным образом постоянно действующие сдвигающие составляющие силы тяжести и временно действующие силы гидростатического давления воды, заполняющей трещины в породах, а также сейсмического напряжения, возникающее при землетрясениях и других сотрясениях, наблюдающихся при движении транспорта, взрывных работах и др.

По виду деформаций В.Д. Ломтадзе (1977) выделяет собственно обвалы и вывалы. Собственно обвалы - обрушение как отдельных глыб и блоков, так и более крупных объемов твердых и относительно твердых горных пород из обнажений, расположенных на нагорном склоне выше бровки откоса, или из крутой, отвесной части склона, сопровождающееся их скатыванием, опрокидыванием и раскалыванием. Вывалы - внезапный отрыв и падение отдельных глыб и блоков горных пород из откосов выемок и полувыемок, бортов карьеров, с крутых и отвесных склонов.

По составу и объему обрушивающихся пород обвалы, по Н.М.Ройнишвили (1961), подразделяются на:

1. скальные (каменные): а) крупные – несколько сотен или тысяч м³; б) малые – до 150-200 м³; в) камнепады – падение и скатывание одиночных камней;

2. земляные – образующиеся в глинистых, песчаных, гравелистых, щебнистых породах;

3. смешанные – образующиеся при залегании рыхлых или слабосцементированных пород.

 

ОСЫПИ

 

Осыпь – это непрерывный снос продуктов выветривания горных пород на достаточно крутых склонах в виде скатывания отдельных мелких обломков пород (от пыли до крупных камней и глыб). Осыпь – это также накопление продуктов осыпания у подошвы склона. (Горная энциклопедия,1991)

Осыпи по форме развития могут быть лотковые и площадные. Для лотковых характерно движение материала по бороздам или ложбинам. Площадные не имеют четко выраженных путей движения. В осыпях, в отличие от других генетических видов, наблюдается сортировка материала по гранулометрическому составу. Мелкий материал отлагается в верхней части конуса, а крупные обломки скатываются к его основанию.

Для Пермского края склоновые процессы характерны, прежде всего, для горноскладчатой части, где значительная относительная высота склонов (600-800 м) и геологическая молодость отдельных морфоструктур предопределили почти повсеместное развитие обвально-осыпных процессов. Осыпи меньших размеров часто располагаются ниже (по склону) многочисленных обнажений, встречающихся повсеместно на западном склоне Урала, в долинах рек Вишеры, Молмыса, Язьвы, Чусовой и др. обвалы в горной части области встречаются исключительно только на крутых склонах речных долин. На платформенной части обвально-осыпные процессы распространены в меньших масштабах. Наиболее активно они развиваются в пределах склонов долин рек, протекающих в районе приподнятой денудационной равнины Уфимского плато (Сылвы, Ирени, Кишертки и др.). Здесь развитие процесса объясняется, во-первых, наличием горных пород с жесткими связями (доломиты, известняки, песчаники и т.д.), во-вторых, значительной крутизной (75-85º) и высотой до (80-100м) склонов.