Геологическая деятельность рек

Река – постоянный водоток, в который стекаются все временные ручьи.

Бассейн реки– площадь, с которой стекает вода к данной реке.

Основные этапы геологической деятельности реки: эрозия(разрушение), переноспродуктов разрушения, переотложение (аккумуляция). Разрушительная работа текучих вод зависит от массы воды и скорости ее течение, которое прямо пропорционально крутизне ее ложа. Движение воды может быть ламинарным или турбулентным. В руслах молодых рек оно всегда турбулентно, эти завихрения, вращения создают подъемную силу, которая переносит мелкие и тонкие частицы, крупные перемещаются по дну, часть вещества переносится в растворенном виде.

Продольный профиль реки имеет три участка: в верхней части преобладает донная эрозия, в средней части происходит разрушение берегов (боковая эрозия) и перенос материала, в нижней части – аккумуляция осадков. Профиль равновесия – это нижняя граница, до которой может идти врезание долины при данных геологических условиях, данном гидрогеологическом режиме потока и при данном положении общего базиса эрозии. При уменьшении скорости водного потока донная эрозия уменьшается, и река начинает размывать берега (боковая эрозия).

Базис эрозии– уровень моря, или другой бассейн, куда впадает река.

Речные долины по форме берегов подразделяются на симметричные и ассиметричные. Формы речных долин: каньоны (ущелья), U-образная, V-образная, корытообразная.

Долина реки имеет следующие элементы: русло, дно, пойма, террасы, старицы, тальвег.

Русло – часть долины, занятая водным потоком;

Пойма – часть долины, заливаемая водой во время весеннего паводка (низкая – ежегодно, высокая – раз в 10 лет);

Надпойменные террасы – уступы на склоне долины реки (продольные вдоль склонов долин в виде горизонтальных площадок, поперечные – порождают водопады). По слагаемому материалу террасы делятся: эрозионные (характерны для горных рек), цокольные (покрытые небольшим слоем аллювия) и аккумулятивные или аллювиальные (вложенные и наложенные);

Старица – изолированная часть русла реки;

Дно – низшая часть долины.

Тальвег – условная линия, соединяющая самые глубокие точки дна.

При изысканиях для проектирования сооружений одним из обязательных условий является определение уровней воды:

– расчетный горизонт высоких вод – средний из наибольших уровней по многолетним наблюдениям;

– наивысший горизонт – выше не поднимался 10–15 лет;

– меженный – самый низкий горизонт.

Кроме донной и боковой эрозии (разрушения) река производит переотложение материала – аккумуляцию (накопление). Аллювиальные отложения (аQ) – отложения, сформированные постоянными водными потоками (реками).

В руслах рек накапливаются пески, гравий, галечник, валуны (русловой аллювий); в пойме – суглинки, супесь во время половодий (пойменный аллювий); в старице – глины, торф, илы с растительными остатками (старичный аллювий); в дельтах рек – песчано-глинистые осадки (дельтовый аллювий).

Строительные свойства аллювиальных отложений

Русловой аллювий – хорошие основания для тяжелых сооружений и мостов.

Древний пойменный аллювий обладает просадочными свойствами. Современный пойменный аллювий (высокая влажность) обладает низкой несущей способностью.

Старичный аллювий представляют слабые грунты, при строительстве рекомендуются песчаные подушки, сваи.

Особенность аллювиальных отложений – неоднородность толщ, наличие линз (грунты с различной сжимаемостью).

Основная опасность боковой эрозии, подмыв и обрушение берегов, появление обвалов и оползней. Методы борьбы с боковой эрозией заключаются в укрепление берегов (набережные, подпорные стенки, каменная наброска, укладка железобетонных плит); струенаправляющие стенки, регулирующие направление течения реки. В случае опасности донной эрозии опоры мостов должны опираться на коренные породы, в крайнем случае, на русловой аллювий и иметь достаточное заглубление. Защита от весенних паводков – строительство земляных дамб.

Геологическая деятельность моря

Морями и океанами постоянно совершается разрушительная и созидательная работа. Геологическая работа моря заключается в разрушении горных пород берегов и дна, переработке привнесенного с континентов реками материала, их перемещение и отложение, формировании огромных толщ различных осадочных пород. Процесс изменения (разрушения) очертания берегов морей, океанов, озер называется абразия (соскабливание), а формирование береговой линии – переработкой берегов.

Основные причины абразии:

– различные течения – горизонтальные перемещения огромных масс воды (прибрежные, донные, – за счет разницы температур, солености, плотности, ветров);

– приливы и отливы – периодические колебания уровня воды (12 час. 16 мин.) за счет притягивающего влияния Луны и Солнца на Землю;

– морской прибой – волнообразные колебания (основная разрушительная работа).

– химическое воздействие воды (растворение пород и строительных материалов);

– разрушительное воздействие морских организмов(планктон, нарастающий на подводных строительных конструкциях).

На скорость размыва берегов влияет:

– геологическое строение (скальные грунты – разрушаются труднее, дисперсные – легче);

– характер напластования горных пород при прочих равных условиях (пологий угол падения от моря – быстрый размыв, пологий угол падения в сторону моря – медленнее, горизонтальное залегание – средний);

– наличие пляжей до 20 м – волны гасятся.

В результате абразии образуются волноприбойные террасы. Защитными мерами от разрушительного действия абразии являются: сохранение пляжей (даже небольшая полоса пляжа 10 м предохраняет берег от разрушения), волноотбойные стенки(гашение волн), тетраподы (фигуры из бетона с 4 ответвлениями – хорошо закрепляются на берегу за счет конструкции), увеличение пляжей при помощи бунов (задерживают наносы, поперечные железобетонные стены, устанавливаются перпендикулярно или под углом к берегу) и строительство волноломов (на глубине 3–4 м, на расстоянии 30–40 м от берега параллельно береговой линии),

Трансгрессия – наступление моря, регрессия – отступление. Причины трансгрессий и регрессий морей и океанов – климатические (атмосферные осадки, таяние ледников) и общегеологические – опускание или поднятие дна океанов и морей или отдельных блоков берега. При невыработанном профиле равновесия происходят мощные процессы формирования берегов и разрушение прибрежных сооружений (молы в портах, причальные стенки, набережные).

По мере удаления от береговой линии наблюдается дифференциация обломочного материала от крупных фракций к мелким и формируются морские отложения осадков (mQ):

– зона шельфа (глубина – 0–200 м) – пески различной крупности, органогенные и химические осадки;

– материковый склон (200 – 2000 м) – органогенные осадки;

– океанической ложе (2000–6000 м) – глубоководные илы и глины;

– глубоководные впадины (более 6000 м) – глубоководные красные глины.

Морские отложения являются хорошими основаниями сооружений (кроме современных прибрежных илов).

Геологическая деятельность озер, болот и водохранилищ

Озеро – замкнутый водный бассейн, не связанный с морем. По генезису озера подразделяют:

– тектонические (грабены, заполненные водой),

– вулканические (кратеры вулканов, заполненные водой),

– эрозионные – образуются в котловинах размыва;

– карстовые – заполненные водой карстовые воронки;

– запрудные – запруживание рек в результате обвалов (озеро Рица);

– искусственные (плотинные) – водохранилища.

Питание озер может осуществляться за счет атмосферных осадков, поверхностных и подземных вод. Различают бессточные озера (Арал) и проточные (с переменным режимом). По химическому составу различают пресные, солоноватые и соленые озера.

Абразионная деятельность озер имеет тот же характер, что и моря. В водохранилищах размыв береговой линии (абразия) неизмеримо более интенсивен, поскольку происходит образование нового профиля равновесия, отличного от прежнего (выработанного рекой), вследствие заполнения всей долины водой. Абразия зависит от колебаний уровня, связанного с наполнением чаши водохранилища и спуска воды гидроэлектростанциями. Переработка берегов постепенно замедляется.

Озерные отложения (lQ) представлены вдоль берегов обломочным материалом различной крупности, на дне накапливаются глинистые осадки, илы и пески; в соленых озерах – химические осадки. В озерах формируются специфические образования – сапропель, особые озерные мергели, мел, трепел. Озера в наших широтных условиях часто переходят в стадию болот.

Меры борьбы с абразивной деятельностью озер и водохранилищ:

– геологические обоснования проектов (изучение, прогноз, рекомендации).

– профилактические мероприятия – сохранение и охрана пляжей.

– строительство сооружений – молы, дамбы, волноломы, буны.

Болото  – избыточно увлажненный участок земной поверхности, покрытый слоем торфа не менее 30 см в неосушенном виде и не менее 20 см в осушенном. Все остальные избыточно увлажненные площади, не имеющие торфа,а покрытые болотной растительностью (осока, хвощ и пр.) называют заболоченными. Заболачивание – это начальная стадия образования болот. Торф – в той или иной мере разложившиеся растительные остатки.

По условиям образования (питания) болота различают: верховые – за счет атмосферных осадков (заболачивание суши), низинные– за счет грунтовых, частично речных и озерных вод (заторфовывание водоемов), переходные – смешанное питание, ключевые болота – за счет выхода грунтовых вод, при отсутствии стока, висячие – находящиеся на склоне.

По глубине болота подразделяются: мелкие (до 2 м), средние (2–4 м) и глубокие (более 4 м).

Основные характеристики – глубина, рельеф минерального дна, площадь.

Болотные отложения, торф (hQ) – это грунты особого состава, состояния и свойств. Болота и заболоченные территории составляют более 10% всей территории России (более 60% мировых запасов торфа).

Причины образования болот:

– уменьшение водопроницаемости грунтов и распространение водонепроницаемых пород (глины, суглинки);

– количество осадков превышает испарение;

– отсутствие поверхностного стока и подземного дренирования.

Торф – слабый, сильно сжимаемый грунт. При строительстве используют свайные фундаменты или производят полностью или частично выемку торфа (выторфовка).

Болота – это природная экосистема. Осушение болот (мелиоративные работы) часто приводят к пожарам торфяников.

Геологическая деятельность ледников

Ледник – это крупное естественное скопление льда и фирна, образовавшегося из твердых атмосферных осадков в течение длительного времени выше границы снеговой линии. Снеговая граница располагается выше линии с положительным температурным балансом в течение многих лет.

Фирн – плотный зернистый снег, образовавшийся в результате давления вышележащих слоев, поверхностного таяния и повторного замерзания воды, просочившейся на глубину. С глубиной количество ледяных прослоев увеличивается, и фирн постепенно переходит в фирновый лед, а затем и в ледниковый (глетчерный) лед.

При превращении снега в глетчерный лед резко возрастает плотность осадка: снег – 85 кг/м³, фирн – 500–600 кг/м³, а глетчерный лед – 900–960 кг/м³.

Основные типы ледников:

– покровные (материковые) – льды залегают сплошным покровом, движутся в сторону океана (Гренландия мощность до 2400 м, Антарктида – 4200 м);

– горные – образуются в горах выше снеговой линии, движутся вниз по склонам, образуя потоки в виде языков;

– горно-покровные – образуются в горах с плоскими вершинами (Скандинавский полуостров).

Лед пластичен и там, где позволяют условия рельефа, начинает течь. Движение ледника начинается, как только мощность льда достигает критической величины (обычно 15–30 м), позволяющей преодолеть силу трения и зависит от угла наклона склона. Скорость движения ледника зависит от мощности льда и его температуры.

Экзарация – ледниковая эрозия (лат. еxaratio – выпахивание). Лед, попадая в речную долину, с силой давит на ее ложе и склоны. В первую очередь сдирается весь обломочный материал из речных долин, затем этими обломками, вмерзшими в лед, разрушаются борта долины. Интенсивность ледниковой эрозии зависит от мощности льда и скорости движения ледника, т. е. от уклона долины.

После таяния ледника остаются значительные по мощности ледниковые отложения (gQ), называемые моренами. Морена – скопление рыхлого обломочного материала, переносимого или отложенного ледником. По происхождению выделяют следующие типы морен: боковая, срединная, донная, конечная (в виде валов, высотой до 30-40 м).

Характерная особенность мореных отложений – отсутствие слоистости и неоднородность состава (валунные глины и суглинки).

Флювиогляциальные отложения (fgQ) образуются при размывании морен талыми водами ледника и характеризуются отсортированностью и слоистостью. Обычно представлены толщами песка, галечника, суглинка, ленточных глин. Флювиогляциальные отложения образуют формы рельефа: озы, камы, зандровые поля.

Озы представляют собой вытянутые в направлении движения ледника, иногда прерывистые, гряды длинной до 30–70 км. Они сложены косослоистыми песками, галечниками и гравием.

Камы – группы и полосы невысоких холмов, разделенных ложбинами и котловинами неправильной формы. Камы сложены слоистым, сортированным песчаным и гравийным материалом, валунами.

Зандры – мощные толщи флювиогляциальных песков, гравия и галечников, развивающихся за пределами покровного ледника. Зандровые поля представляют собой слившиеся пологие конуса выноса ледниковых потоков, похоронившие под собой предыдущий рельеф или в значительной мере выровнявшие его.

Моренные и флювиогляциальные отложения являются надежными основаниями для сооружений различного типа (исключение составляют ленточные глины, которые в условиях насыщения водой становятся текучими).

Отрицательное качество моренных отложений – наличие случайных отдельных валунов, которые ошибочно можно принять за коренные породы и, как следствие, могут возникнуть неравномерные осадки сооружений. При изысканиях необходимо применение геофизических методов. Ледниковые отложения – разнообразные строительные материалы (пески, глины, строительный камень).