Геологическая деятельность поверхностных вод
Под воздействием солнечной энергии на Земле происходит непрерывный круговорот воды. Вода испаряется с поверхности суши, океанов и поднимается в виде пара к нижним слоям атмосферы, где, конденсируясь, образует облака; затем в виде дождя и снега вновь попадает на поверхность Земли. Одна ее часть питает поверхностные водотоки: ручьи, реки и поступает в моря и океаны. Другая — проникает по трещинам и порам в горных породах в глубь Земли и пополняет запасы подземных вод. Последние в свою очередь являются источником питания рек, озер, морей.
Геологическая работа поверхностных вод определяется количеством движущейся воды и скоростью ее движения, которая зависит от уклона местности. В деятельности текучих вод различают разрушение водой горных пород (эрозия), перенос продуктов разрушения (денудация) и их накопление (аккумуляция).
В результате механического смыва твердых и химически растворимых продуктов разрушения горных пород происходит понижение поверхности континентов. В течение миллионов лет текучие воды могут уничтожить самые высокие горные хребты и вынести в моря и океаны огромное количество продуктов их разрушения. Так, р. Волга ежегодно выносит в Каспийское море около 46,5 млн. т химически растворенных веществ и 40— 50 млн. т взвешенного материала. А все реки земного шара выносят с суши за год в моря и океаны в растворенном и механически взвешенном состоянии более 17,5 млрд. т веществ. Разрушительная работа текучих вод проявляется в виде плоскостного смыва и линейного размыва с образованием долин, оврагов и рек.
Плоскостной смыв и образование оврагов. Дождевые и талые воды в виде многочисленных мелких струй и безрусловых потоков омывают склоны и смывают рыхлый материал, подготовленный процессами выветривания. Часть рыхлого материала, захваченного плоскостным смывом, переотлагается и накапливается в нижней части склона и в его основании, образуя делювиальные отложения, или делювий. Эти отложения, окаймляющие подножье склона, образуют делювиальные шлейфы. Наибольшая толщина делювиального шлейфа у основания склона. Вверх по склону и в сторону равнины мощность делювиальных отложений уменьшается. Плоскостной смыв постепенно выравнивает и выполаживает склоны.
При плоскостном смыве на склонах, лишенных растительности и сложенных рыхлыми отложениями, стекающими струйками воды образуются желобки, бороздки, рытвины, канавки, которые постепенно углубляются и соединяются в одно русло. В результате плоскостной смыв сменяется русловым размывом (эрозия). Рытвины разрастаются и превращаются в овраги, которые своей нижней частью открываются в ручьи (реки). Нижняя часть оврага (ручьи, реки) называется устьем, верхняя — верховьем, вершиной или истоком.
Очень часто при пересечении бороздок, рытвин или промоин другого направления постепенно формируются боковые овражки (отвертки) и в этом случае овраг в плане приобретает древовидную форму.
Рост оврагов происходит в их верховьях (овраг растет вспять). По мере их роста верховья постепенно продвигаются на водоразделы, происходит углубление и расширение оврага. В случае достижения уровня подземных вод на дне оврагов могут возникать постоянные водотоки — ручьи. Они выносят в устье оврага рыхлый материал, который оседает в виде веера при выходе из оврага, так как скорость движения воды здесь падает. Так образуются конусы выноса. Углубление оврага прекращается как только уровень его дна приблизится к уровню долины реки, куда он впадает, так как в этом случае водный поток теряет свою разрушительную силу. Уменьшение глубинной эрозии приводит к сглаживанию склонов оврага, которые приобретают устойчивый естественный откос и постепенно зарастают. Дно затягивается осадками и овраг превращается в балку.
Борьба с ростом оврагов, наносящих ущерб народному хозяйству, ведется путем закрепления склонов древесной растительностью, установлением цементных лотков в головной части оврагов, создания искусственных запруд на дне и др.
Временные горные потоки. Во время сильных ливней или обильного снеготаяния на склонах гор возникают бурно несущиеся вниз горные потоки. При быстром движении вода временных потоков захватывает песок, щебень, гальку, крупные глыбы горных пород, которые в свою очередь усиливают разрушительную работу воды. Весь этот материал называется пролювием. Он выносится в предгорье и откладывается на предгорной равнине, образуя конусы выноса. В конусе выноса наблюдается сортировка материала по крупности: от крупнообломочного материала, слабо окатанной гальки в верхней части до тонкого пылеватого материала в периферической части конуса. От быстрого таяния льда и снега в горах или от сильных ливней в горных долинах возникают быстро несущиеся вниз бурные грязекаменные потоки — сели, или муры. Они обладают огромной разрушительной силой и содержат до 70—80% обломочного материала, причем отдельные глыбы достигают в диаметре 1 м и более. С целью защиты населенных пунктов от селевых потоков специально изучают условия их формирования и разрабатывают мероприятия по борьбе с ними (построение плотин и др.).
Постоянные водные потоки. Реки — это крупные постоянно действующие водные потоки. Питание рек осуществляется атмосферными осадками, подземными водами и водами при таянии ледников. В условиях жаркого сухого климата некоторые речки летом пересыхают.
Водный поток размывает поверхность, по которой течет, и постепенно вырабатывает долину. У долины различают склоны и днище. К днищу приурочено русло реки, занятое водотоком. На склонах долин часто наблюдаются террасы — горизонтальные площадки, отделенные друг от друга уступами. Самая низкая площадка, заливаемая водой в половодье, называется пойменной террасой (поймой).
Развитие речной долины — это сложный и длительный процесс эрозионной и аккумулятивной деятельности проточных вод. Углубление дна реки обязано так называемой донной, или глубинной, эрозии, подмыв одного из берегов и расширение долины — боковой эрозии.
В начальную стадию развития реки (стадия молодости) преобладает глубинная эрозия. Водный поток, врезаясь в горные породы, стремится выработать профиль дна применительно к уровню озера или моря, куда впадает река. Этот уровень воды является самым низким уровнем, до которого может происходить врез реки, поэтому он называется базисом эрозии. Базис эрозии — это понятие относительное. Так, например, для ручья базисом эрозии является уровень речки, куда он впадает, для реки уровень озера, моря.
Боковая эрозия в начальную стадию развития реки играет незначительную роль. В связи с этим долины имеют V-образный профиль и русло занимает все ложе долины. Течение реки более или менее прямолинейное. Скорость углубления русла определяется крепостью размываемых пород. В местах распространения крепких пород донная эрозия ослабевает, образуются пороги, перекаты, уступы. Крупные поперечные уступы с отвесными стенками (высотой до десятков и сотен метров) называют водопадами. Падая с высоты, вода создает водоворот, подмывает основание уступа, образуя углубление в несколько метров — эрозионный котел. В конце концов происходит обрушение уступа и постепенное отступление водопада вверх по течению реки.
Роль донной эрозии особенно велика в горных районах. Здесь реки нередко вырабатывают глубокие долины с отвесными склонами высотой до десятков и сотен метров, которые называют каньонами, или ущельями.
Донная эрозия водных потоков на крутых участках невыработанного профиля идет интенсивнее, чем на пологих; в результате водный поток неравномерно врезается в свое ложе.
На следующей стадии (стадия зрелости) река имеет выровненное ложе, причем продольный профиль русла от устья до истоков имеет вид параболической кривой. Русло реки в этом случае стремится приобрести так называемый продольный профиль равновесия. Продольный профильравновесия — это предел, до которого может идти врезание долины при данных геологических условиях. Когда река вырабатывает свой продольный профиль равновесия, донная эрозия проявляется только в ее верхнем течении. В среднем течении происходит перенос рыхлого материала, в нижнем течении наблюдается боковая эрозия и накопление осадков (аллювия).
В результате деятельности боковой эрозии долина реки в зрелую стадию развития расширяется и заполняется вынесенными из верховьев осадками. Прижимаясь к одному из берегов, река вызывает его усиленный подмыв, образуя вначале изгиб, а затем излучину или меандру. На противоположном берегу происходит накопление аллювия и формирование отмели. Вогнутый подмываемый берег становится крутым, а выпуклый — пологим. Отражаясь от вогнутого берега, водяные струи накатываются на противоположный берег и, подмывая его, образуют новую меандру. Поочередно подмывая свои берега, река увеличивает размер меандр и расширяет свою долину. Узкие перемычки между меандрами в периоды половодий могут быть размыты и река спрямляет русло, меандры образуют серповидные старичные озера (рис. 8).
Ширина русла реки в стадию ее зрелости во много раз меньше ширины ложа. Русловые воды покрывают сухую часть ложа только в половодье, формируя пойменные аллювиальные отложения.
В последнею заключительную стадию развития реки (стадия старости) продольный профиль ложа реки достигает предельного профиля равновесия и скорость течения уменьшается. Долина становится широкой с многочисленными меандрами и старицами, склоны — пологими, дно плоским, прикрытым слоем аллювиальных отложений. Местами русло зарастает болотной растительностью.
Рис 9.
При понижении уровня морского бассейна, куда впадает река, или поднятии участка земной коры, по которому она протекает, происходит относительное понижение базиса эрозии реки. В этих случаях река начинает врезаться в свое русло и размывает собственный аллювий — наступает омоложение долины реки. Частично аллювий сохраняется от размыва на склонах долины, на площадках (остатках бывшего ее днища) — на террасах. Омоложение долины реки происходит многократно
Рис 10. Речные террасы и слагающие их породы.
1,2 — аккумулятивные террасы (1 — пойменная терраса);
3, 4 — цокольные террасы; 5 — эрозионная
терраса; 6 — коренной берег; 7 — русло;
8 — аллювиальные пески;
9 — известняк; 10 — песчаник; 11 — мергель
и обычно в долине выделяется по несколько террас (р. Волга имеет 7 террас), соответствующих определенному положению днища долины. Чем выше терраса по склону, тем она древнее. В поперечном профиле каждая терраса имеет вид ступени в рельефе. В зависимости от соотношения мощности сохранившихся на террасах аллювиальных отложений и высоты уступа террасы над урезом воды выделяют следующие типы речных террас: аккумулятивная — уступ полностью сложен аллювиальными отложениями, коренные породы находятся ниже уровня реки; цокольная — мощность аллювиального покрова составляет около половины высоты террасового уступа, остальная его часть образована коренными породами (цоколь); эрозионная—аллювиальный покров маломощен и почти весь уступ промыт рекой в породах цоколя.
В зависимости от скорости и силы водного потока аллювиальные отложения, представленные валунами, гравием, галькой, песком, илом, накапливаются в русле реки, на пойме и в устьевой части реки. Более грубый материал отлагается в верхней части долины реки, более тонкий — в нижней. Преобладающее количество осадков выносится в устьевую часть реки (озера, моря). Резкое снижение скорости течения воды при впадении реки в море приводит к выпадению выносимого рекой материала, который оседает вблизи устья, образуя огромные конусы выноса треугольной формы в плане, называемые дельтами. Площадь дельты р. Лены составляет 45 000 км2, р. Волги 18 000 км2. Мощность отложений достигает десятков и сотен метров. При повышении уровня моря происходит затопление приустьевой части речной долины и образуются узкие глубокие эстуарии (лиманы, губы), известные у рек Обь, Енисей и др.
Роль поверхностных вод в изменении рельефа земной поверхности. Временные и постоянно текущие поверхностные воды изменяют земную поверхность и особенно области суши, которые длительное время не подвергались воздействию интенсивных тектонических движений. Если эрозия происходит длительное время, то земная поверхность понижается, выравнивается. Горы превращаются в невысокие холмы, овраги прекращают рост и превращаются в пологие балки. Речные бассейны образуют разветвленную сеть долин, но скорость течения воды в реках становится очень медленной, так как реки и притоки достигают своего профиля равновесия. Денудационные поверхности, возникающие как конечный продукт деятельности эрозионных процессов, называют пенепленом, или почти равниной. Кроме денудационных равнин реки образуют довольно обширные по площади аккумулятивные аллювиальные равнины.
Роль поверхностных вод в образовании осадочных пород и месторождений полезных ископаемых. Выносимые в огромном количестве реками обломки горных пород и растворенные химические вещества являются источником образования морских осадков, играющих большую роль в строении осадочного слоя земной коры. В прибрежной полосе морей (океанов) наибольшее распространение имеют грубообломочные осадки: валуны, гравий, песок. На глубинах до 200 м (область шельфа) формируются глинистые, органогенно-карбонатные и хемогенные отложения. В более глубоководных частях накапливаются глубоководные иды.
В аллювиальных отложениях часто концентрируются вымываемые из коренных пород различные полезные ископаемые, образующие россыпные месторождения (золото, платина, алмазы, рубины, ильменит, рутил, касситерит и др.). С хемогенными морскими и озерными осадочными породами связано образование фосфоритов, железных, марганцевых и алюминиевых РУД-
Геологическая деятельность подземных вод
Подземными водами называют все воды, заполняющие поры, трещины и пустоты в рыхлых и плотных горных породах. По происхождению подземные воды подразделяют на вадозные, возникающие в результате просачивания с земной поверхности атмосферных осадков и конденсации паров атмосферного воздуха в порах и трещинах горных пород в местах их выхода на поверхность; ювенильные — за счет паров воды, выделившихся из подземных очагов расплавленной магмы, и седиментогенные (возрожденные) — образовавшиеся при отжимании воды из осадка в процессе его превращения в уплотненную породу. Главная роль в формировании подземных вол принадлежит вадозным водам.
В горных породах вода (кроме льда) может присутствовать в трех физических состояниях: в форме водяного пара, собственно жидкой и поверхностно-связанной воды.
Пары воды всегда содержатся в воздухе, заполняющем не занятые водой поры или трещины горных пород. В зависимости от конкретных условий пары воды то конденсируются в жидкую воду, то вновь образуются при ее испарении. Иногда в пустынях конденсация водяных паров из воздуха приводит к формированию приповерхностных подземных вод, в вулканических областях — к образованию подземных резервуаров перегретого воздуха.
Собственно жидкая вода заполняет сравнительно большие поры, пустоты и трещины в горных породах и играет основную роль в формировании подземных вод. При своем движении она подчиняется силе тяжести, поэтому ее еще называют свободная, или гравитационная вода. Поверхностно-связанная, или сорбированная вода удерживается на поверхности горных пород силами молекулярного притяжения.
Водопроницаемость, т. е. способность горной породы пропускать воду по порам и трещинам, имеет большое значение в формировании подземных вод. Все горные породы подразделяются на водопроницаемые, или водоносные (рыхлые, пористые, трещиноватые), и водоупорные (массивные скальные породы, глины). Водопроницаемость определяется не суммарным объемом пор в породе, а их формой и размерами, которые должны обеспечить свободное передвижение воды. Например, пористость глин 50—60%, однако они не водопроницаемы, так как поры их чрезвычайно тонки и вода не может перемещаться в них под влиянием силы тяжести. Галечники, пески крупнозернистые с пористостью 20% обладают наибольшей водопроницаемостью. Для оценки последней, кроме характера пористости, имеет значение и напор, при котором фильтруется вода. Поэтому для сравнительной характеристики водопроницаемости горных пород введено понятие коэффициент водопроницаемости, или коэффициент фильтрации (измеряется в метрах в сутки), показывающий скорость фильтрации воды через данную породу при определенном напоре. Коэффициент фильтрации глин составляет 0,001 м/сут, песков мелкозернистых 1—5 м/сут, среднезериистых 5—15 м/сут, крупнозернистых 15—50 м/сут, галечников 100—200 м/сут.
Влагоемкость — это способность горных пород поглощать и удерживать в себе то или иное количество воды. Большинство глин имеют очень большую влагоемкость (1 м3 поглощает до 525 л) и ничтожную водоотдачу. При намокании водоупорные свойства глин усиливаются. Максимальной водоотдачей обладают крупнообломочные осадки, сильно пористые и сильно трещиноватые породы.
Типы подземных вод. Воды атмосферных осадков, попадая в горные породы, движутся сверху вниз, постепенно заполняя поры в водопроницаемых породах. Накапливаясь над водоупорными породами, они образуют постоянные скопления, изолированные друг от друга и называемые водоносными горизонтами.
По условиям залегания различают следующие типы подземных вод (рис. 11): почвенные, верховодка, грунтовые, межпластовые, трещинные, карстовые.
Почвенные воды — приурочены к почвенному слою на поверхности Земли. Вода заполняет волосяные или капиллярные поры, трещинки и удерживается от просачивания на глубину силами поверхностного натяжения.
Верховодка — периодически существующие (во время обильных осадков или таяния снегов) подземные воды, залегающие вблизи поверхности в виде линз над относительно водоупорными прослоями.
Грунтовые воды— воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, залегающего на первом водонепроницаемом слое, называемом водоупорным ложем.
Сверху грунтовые воды не перекрыты сплошь
водоупорными породами и питаются
непосредственно атмосферными осадками.
Их верхним ограничением служит собственная
поверхность, называемая зеркалом грунтовых вод.
Рис 11.
Межпластовые (пластовые) воды залегают ниже горизонта грунтовых вод, между водоупорными пластами. Различают безнапорные и напорные (артезианские) пластовые воды. Область распространения одного или нескольких напорных горизонтов называется артезианским бассейном. В зависимости от напора вод любая точка артезианского бассейна характеризуется гидростатическим давлением и пьезометрическим уровнем. Пьезометрическим уровнем называется уровень воды, который устанавливается в скважине после вскрытия водоносного горизонта.
Рис 12. Схема строения артезианского бассейна, по Г. М. Сухареву.
1 - водонепроницаемые породы; 2 — водопроницаемые пласты с напорной водой; 3 — фонтанирующие скважины; 4 — направление стока подземных вод
Гидростатическим давлением называется давление столба жидкости между пьезометрическим уровнем и кровлей водоносного горизонта.
Трещинные воды, циркулируя по сложной сети трещин в массивах магматических и метаморфических пород, как правило, не образуют обособленных водоносных горизонтов. В зонах тектонического дробления они могут проникать на большую глубину.
Карстов неводы приурочены к карстовым пустотам, трещинам закарстованных известняковых массивов. Их часто называют трещинно-карстовыми водами.
Трещинные воды залегают в трещинах горных пород, Они могут «быть как напорными, так и безнапорными.
Карстовые воды залегают в карстовых пустотах, т. е. пустотах, образовавшихся за счет выщелачивания горных пород.
Рис 13. Схема артезианского бассейна
А — область распространения артезианского бассейна; Б — область распространения грунтовых вод; а — область питания артезианского водоносного горизонта; б — область напора воды — область разгрузки (дренирования) артезианского водоносного горизонта; 1 — уровень грунтовых вод; 2 — водоносные породы; 3 — водонепроницаемые породы; 4 — водопроницаемые породы, не содержащие подземных вод; 5 — направление движения артезианских вод; в — пьезометрический уровень
Дата добавления: 2022-02-05; просмотров: 451;