Геологическая роль выветривания

1. Выветривание – составная (основная) часть глобального процесса, – денудации. денудация и выветривание протекают селективно, т.е. избирательно. Различные горные породы и минералы в разных климатических условиях выветриваются с разной скоростью, что можно рассмотреть на примере простого строения участка земной коры (рис. 25).

В условиях влажного климата известняки будут подвергаться интенсивному растворению и выщелачиванию, и на их месте будут понижения в рельефе, а в местах выхода гранитов – возвышенности.

В сухом жарком климате граниты будут разрушаться быстрее, чем известняки, и на поверхности будут формироваться понижения в рельефе.

выветривание – это начало формирования осадочных горных пород. На поверхности формируются различные обломочные породы: щебень, дресва, песок. Где-то накапливаются каолиновые глины, обогащенные Al; в море происходит отложение хемогенных осадков Fe и Mn, Ca, Mg, которые поверхностными и подземными водами вынесены с суши, а соли Na и K находятся в растворенном состоянии.

Таким образом, первоначально сложные по своему составу коренные породы в процессе выветривания дифференцируются на части, состав которых постепенно упрощается до элементного.

При выветривании образуются разнообразные полезные ископаемые: сульфидные руды, каолиновые глины, латериты, строительные материалы и др.

 

Геологическая деятельность ветра

Слова и словосочетания

адыры, такыры, шоры	муссоны и пассаты
антициклон	плоскостная дефляция
барханы, дюны	сальтация
ваади, гаммады, кумы	смерчи, торнадо
воздушные потоки	циклоны
градиент давления	эоловая аккумуляция
дефляция	эоловые пески, лёссы
корразия	эоловые процессы
морской и береговой бризы	эрги

Типы ветров и воздушных потоков

 

Движение воздушных масс в атмосфере обусловлено перепадом давления. Причиной такого перепада является неравномерное распределение солнечной энергии. Уже при разнице давления в 25 мм рт. ст. начинается перемещение воздуха. Главные формы движения воздушных масс – это ветер и воздушные потоки.

Ветер – движение воздуха в горизонтальном направлении из области высоких давлений в область низких под действием гравитационных сил. Его скорость пропорциональна величине градиента давления. Сила и направление ветра могут меняться за счет трения, вихревых движений, вращения Земли и т.д.

Воздушные потоки – это вертикальные перемещения воздуха: подъем теплого и влажного и нисходящий поток холодного и сухого.

Скорость (сила) ветра измеряется по 17-бальной шкале. Скорость ветра в 17 баллов составляет» 210 км/час.

Таблица 3

Шкала скоростей ветра

баллы	скорость, км/ч		км/ч		км/ч
	3.24 8.64 15.84 24.12 33.48 43.3		55.8 68.4 79.41 95.0 109.8 122.28		144.6 157.68 174.9 192.9 210.96 и более

 

Виды ветров

 

Одним из наиболее значительных перемещений воздушных масс в атмосфере является циркуляция воздуха между экватором и полюсами из–за хорошо выраженной разницы в температуре и давлении.

Разница в давлении между экваториальной областью (где оно низкое) и субтропиками (где оно высокое) вызывает постоянные ветры от субтропиков к экватору, которые называют пассатами (рис. 26).

В северном полушарии они дуют с северо-востока, а в южном – с юго-востока.

Помимо пассатов существуют устойчивые движения воздуха – муссоны. Они связаны с сезонными различиями в температуре и давлении между материками и океанами. В зимнее время суша охлаждается, а океан, накопивший за лето тепло, расходует его на нагревание воздуха. Поэтому зимой ветры дуют с материка, а летом, наоборот, с океана на сушу.

Суточные изменения температуры и давления также приводят к движению воздуха. Таким образом возникают морские и береговые бризы на побережье морей и океанов, горно-долинные ветры в горных районах.

Помимо указанных ветров, в атмосфере широко проявляются различные вихревые движения воздуха – циклоны и антициклоны. Это мощные атмосферные вихри с диаметром 1.5 – 3.0 км. Для них характерны вращательные движения огромных масс воздуха.

В циклонах атмосферное давление в центре минимальное и движение воздуха осуществляется с периферии к центру против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой – в южном (рис. 27).

В антициклонах давление максимально в центре. Ветры направлены от центра к периферии по часовой стрелки в северном полушарии и против часовой – в южном.

Циклоны обладают большой разрушительной силой, так как скорость ветра достигает 100 – 300 км/ч и более. Называют их по разному: тайфуны – на Тихом океане; ураганы – в Северной Атлантике; циклоны – в Индии; Вилли-вилли – в Австралии. Кроме циклонов и антициклонов в атмосфере возникают мелкомасштабные вихри – смерчи и торнадо. Они также обладают большой разрушительной силой.

Смерчи развиваются чаще над водной поверхностью, а аналогичные вихри на суше в США называют торнадо. Скорость их движения иногда достигает до 240 км/ч. одновременно происходит вращение воздуха по спирали вверх со скоростью до 300 – 700 км/ч. Такой вихрь разрушает все на своем пути.

Геологическая работа ветра

 

Геологическая работа ветра – это изменение поверхности Земли под влиянием движущихся воздушных струй. Ветер может разрушать горные породы, переносить и аккумулировать продукты разрушения. Чем больше скорость ветра, тем значительнее результаты деятельности ветра.

Деятельность ветра проявляется во всех климатических зонах, но особенно ярко она выражена в областях сухого климата, где имеет место сочетание следующих факторов:

1. резкие суточные колебания температуры;

2. незначительное количество осадков;

3. отсутствие растительности или ее разреженность;

4. частые ветры большой силы;

5. наличие рыхлого мелкообломочного материала.

таким условиям отвечает около 1/5 площади суши: области пустынь и полупустынь, морские побережья, горные сооружения.

Пустыни на нашей планете занимают огромные площади. Так, в Азии они составляют 2156 тыс. км², то есть 5.4% площади континента, в Африке 6550,5 тыс. км² (21.6%), в Туркмении площадь пустынь составляет 90% территории.

Все процессы, сопровождающиеся деятельностью ветра, носят название эоловых процессов.

Разрушительная работа ветра

Разрушительная работа ветра состоит из дефляции (выдувание) и корразии (обтачивание).

Под дефляцией понимается процесс выдувания ветром мелких частиц горных пород. В пустынях или в верхних частях горных вершин струи воздуха проникают во все трещины и углубления и выдувают из них рыхлые продукты физического выветривания. Поэтому трещины здесь всегда открытые, без обломочного материала, что способствует дальнейшему развитию процесса физического разрушения. Совместное действие этих двух процессов приводит к значительному расширению трещин и образованию одиноких скал причудливой формы, так называемых останцов, напоминающих башни, замки, обелиски и т.д.

Поверхность пустынь в результате дефляции постепенно очищается от мелкообломочного материала, остаются лишь крупные обломки. Таким образом формируются каменистые пустыни – гаммады.

С процессом дефляции связано образование котловин выдувания в Хакасии и Западном Казахстане, например, котловина Карын-Жарык имеет длину 145 км, ширину – 15–85 км и глубину до 412 м. удлиненные небольшие замкнутые котловины выдувания в Средней Азии и в Африке называют ваади.

Интенсивная дефляция проявляется в засушливых степных районах на западе США, в Казахстане, Нижнем Поволжье, на юге Украины в форме плоскостной дефляции. В этих районах сильные ветры (суховеи) выдувают распаханные почвы, при этом образуются черные бури.

Корразия (обтачивание) – механическая обработка обнаженных горных пород ветром при помощи переносимых им твердых частиц, что приводит к обтачиванию, царапанию, шлифованию, высверливанию углублений. Таким образом, на поверхности коренных пород образуются ниши и желоба, борозды, штрихи, цилиндрические и конические углубления (эоловые гроты, пещеры, котлы). Так как наибольшая концентрация песчаных частиц, переносимых ветром, наблюдается в нижних частях на высоте 1.0 – 2.0 м, именно на этой высоте скалы подтачиваются быстрее и возникают своеобразные формы (рис.28). Академик В.А. Обручев в 1906 году в Джунгарии открыл целый «Эоловый город» причудливых сооружений и фигур, созданных в мезозойских песчаниках и глинах благодаря процессам дефляции, корразии и физического выветривания.

 

 

Перенос материала ветром

 

Способность ветра к транспортировке частиц зависит от его скорости. Слабый ветер способен переносить пыль во взвешенном состоянии, а легкий бриз – перекатывать тонкий песок. Сильный бриз способен перемещать зерна до 1 мм и более, а штормовые ветры и ураганы поднимают взвешенный песок на высоту в сотни метров и перекатывают гальку размером до 5–7 см. При сальтации переносимые ветром частицы перемещаются по поверхности Земли, подпрыгивая на высоту от нескольких сантиметров до нескольких метров (рис. 29).

Дальность переноса материала ветром варьирует в широких пределах. Пыль пустынь Африки уносится сильными пассатными ветрами в Атлантику на расстояние 2 500 – 3 500 км.

Песчинки диаметром 0.5 – 2 мм (песок) могут быть унесены за сотни километров от мест первичного залегания. Например, очень тонкий песок, принесенный из Сахары, обнаружен у Карибских островов в глубоководных морских отложениях.

Объем пыли, поднятой средней бурей, достигает 25 км³, и составляет массу в 50 млрд. тонн.

 

Эоловая аккумуляция

 

В зависимости от рельефа местности, покрывающей ее растительности и режима ветров происходит аккумуляция (отложение и накопление) переносимых ветром частиц. Образуются песчано-глинистые породы – эоловые отложения (пески и лёссы).

Для эоловых песков характерны:

1. Хорошая окатанность и сортировка по размеру частиц (0.1– 0.25, реже 0.5 мм).

2. В составе песков преобладают кварц и другие устойчивые минералы.

3. Цвет песков желто-коричневый за счет пленки пустынного загара на поверхности частиц.

4. Имеется косая слоистость, обусловленная неоднократными изменениями ветрового режима.

Лёссы – светло-желтая, серовато-желтая неслоистая рыхлая порода, сложенная частицам размером 0.05 – 0.01 мм (>50%).

Для лёссов характерны:

1. Высокая пористость.

2. Повышенная карбонатность за счет известковых стяжений.

3. Вертикальная отдельность.

4. Форма залегания покровная

5. Значительные проседания при увлажнении.

6. Мощность отложений до 100 – 150 м (Китай, Средняя Азия).

В зависимости от господствующих эоловых процессов и обломочного материала, в районах аридного климата формируются или каменистые пустыни (в случае преобладания дефляции), или песчаные и лёссовые (в случае преобладания аккумуляции).

Формы эолового аккумулятивного рельефа. В песчаных пустынях, называемых в Северной Африке эргами, а в Средней Азии кумами, развит сложный комплекс дефляционно-аккумулятивных форм рельефа. Он зависит, от режима ветров (сила и устойчивость направлений), от количества сыпучего материала и от наличия растительности. В зависимости от этих факторов различают несколько типов рельефа (рис. 30): 1. Барханные пески; 2. Барханные цепи (поперечно-грядовые пески); 3. Продольные барханные гряды; 4. Продольно-грядовые пески; 5. Бугристые пески; 6. Кучевые пески.

Барханные пески. Барханы – песчаные холмы серповидной формы, располагающиеся перпендикулярно направлению ветра. Характерной особенностью их формы являются заостренные концы (рога), которые выдвинуты вперед по направлению ветра (рис. 31). Высота барханов мо-

жет достигать 30 – 140 м. Рост бархана начинается с появления на поверхности небольшого вздутия, вытянутого поперек ветра. Одиночные барханы редки и встречаются там, где мало песка.

В песчаных пустынях барханы объединены в цепи и гряды, которые состоят из многих сотен одиночных барханов. Длина такой гряды, ориентированной перпендикулярно к направлению ветра, может достигать 20 км при ширине 1 км. Расстояние между грядами 1,5 – 2км. Возникают они при одинаковой силе двух ветров взаимно противоположных направлений (муссоны, бризы). Продольные барханные гряды формируются в области пассатных ветров.

Во всех песчаных пустынях широко распространены продольно-грядовые пески, которые образуются при ветрах, имеющих штопорообразный характер движения воздуха в горизонтальном направлении (одного направления). Такие ветры выдувают песок из низких мест и выбрасывают его на гряду при одновременном переносе вдоль гряды. В Сахаре такие гряды достигают высоты более 100 метров. В зависимости от режима ветров, они осложняются поперечными перемычками (более низкими и узкими), образуя так называемую грядово-ячеистую форму (пустыни Кара-Кум, Кызыл-Кум).

Бугристые пески – песчаные холмы высотой до 8–10 м неправильной формы Они закреплены растительностью.

Кучевые пески возникают при недостатке песка и накапливаются около препятствий.

На побережье морей, рек, озер возникают дюны – удлиненные песчаные холмы, нанесенные ветром, который дует по направлению к берегу. Рога у дюны направлены не вперед, как у бархана, а назад.

Эта особенность объясняется тем, что у дюны нижняя часть песка влажная и не способна к передвижению, по сравнению с верхней – сухой. Поэтому верхняя часть песка опережает в движении нижнюю, и это приводит к образованию песчаного холма, у которого рога обращены назад. На морских побережьях дюны достигают высоты 20 – 30 м, иногда до 100 м. скорость их движения от 1 до 20 м в год, в зависимости от режима ветров. Когда одна дюна отодвигается от берега, на ее месте вырастает другая. В дальнейшем поверхность дюн осложняется и становится волнистой. Дюны широко распространены на побережье Балтийского моря, в долине рек Лена, Днепр, Дон.

Типы пустынь

 

Рассмотренные по отдельности эоловые процессы и результаты их деятельности в сочетании с климатическими особенностями определяют формирование различных типов пустынь.

Каменистые пустыни (гаммады) образуются при преобладании процесса дефляции и широко распространены в Сахаре.

Песчаные (кумы) и лёссовые (адыры) пустыни образуются при преобладании аккумуляции. Лессовые пустыни распространены на окраинах песчаных пустынь, там они граничат с горами или переходят в степи. На поверхности их имеются многочисленные рытвины и овраги, которые возникают под действием поверхностных вод.

Глинистые пустыни (такыры) – ровные поверхности, сложенные глинистыми осадками. Они возникают на месте речных разливов и конусов выноса горных потоков.

Солончаковые пустыни (шоры) образуются на месте высохших соленых озер или в местах неглубокого залегания грунтовых вод. При испарении воды у поверхности формируется корочка соли (сульфат натрия) толщиной 1 – 2 мм.

Геологическая деятельность

Поверхностных текучих вод

Слова и словосочетания

аллювий	пойма
базис эрозии	прирусловая отмель
живая сила воды	продольный профиль динамического равновесия
конус выноса (сухая дельта)
лощины	пролювий
меандра	речная долина
меженный период	старица
надпойменная терраса	сухие лога и долины
нормальная мощность аллювия	твердый сток реки
плотик	терраса
площадной и линейный сток	эрозионная рытвина
поверхностный сток	эрозия

Атмосферные осадки выпадают на дневную поверхность и распределяются различным образом. Часть из них просачивается в глубину и идет на пополнение подземных вод, часть испаряется в атмосферу, а другая часть стекает на поверхности и образует поверхностный сток, который делится на площадной и линейный. Геологическая работа поверхностных текучих вод зависит от массы воды и скорости ее движения. Чем больше масса воды и скорость ее течения, тем больше совершаемая работа. Способность воды производить работу назвается ее живой силой, которая определяется по формуле:

, где К – живая сила воды; m – масса; v – скорость течения.

геологическая деятельность поверхностных текучих вод состоит из: 1 – смыва; 2 – размыва (эрозии); 3 – транспортировки продуктов разрушения; 4 – аккумуляции продуктов разрушения.

Площадной сток. При площадном стоке вода во время сильных дождей течет по всей поверхности склона.

Геологическая деятельность площадного стока проявляется в смыве мелкозернистого обломочного материала (алевритовый, песчаный). Максимально смыв проявляется в местах, где нет растительности, на ровных склонах. За один сильный ливень при площадном смыве может быть снесен слой рыхлого материала толщиной в несколько миллиметров. Из бассейна равнинных рек (р. Миссисипи) за один миллион лет сносится слой мощностью до 50 м, а из бассейнов горных рек (Кавказ) – до 250 м.

Линейный сток. При линейном стоке движение воды осуществляется в виде линейно направленных мощных струй и потоков в рытвинах, оврагах и речных долинах. Линейный сток делится на временный и постоянный.

Разрушительная деятельность любого водотока называется эрозией. Различают три вида эрозии: донная, боковая и регрессивная (рис. 32).

Соотношение донной, боковой и регрессивной эрозии меняется на разных стадиях развития речной долины.

Предельный уровень, к которому стремится водоток и глубже которого врезаться не может, называется базисом эрозии. Всеобщий базис эрозии – уровень мирового океана. В горных районах роль базиса эрозии играют поверхности предгорных равнин.