Геологическая работа подземных вод

Тема 1.2. Геологические процессы

Экзогенные процессы (выветривание, деятельность поверхностных вод, льда, озер, болот, подземных вод).

На Земле все процессы взаимосвязаны. На поверхности и в недрах непрерывно происходят разнообразные процессы, под воздействием которых формируется и постоянно изменяется земная кора. Испарение сменяется осадками; разрушение горных пород - образованием новых, извержение веществ из недр – погружением горных пород на глубину.

В сущности Земля ни когда не останется такой, какой она была в предыдущий момент.

На изменение земной коры влияет много факторов – от положения Земли в космосе до геологической деятельности человека.

Процессы, изменяющие состав и строение земной коры называются – геологическими.В зависимости от источника энергии геологические процессы делятся на эндогенные (внутренние) и экзогенные ( внешние).

Экзогенные геологические процесс

Развиваются на поверхности и в самых близких к поверхности частях земной коры.

Источники энергии – солнечное тепло, сила тяжести, энергия приливов и отливов, жизнедеятельность организмов.

Экзогенные процессы – это процессы взаимодействия с атмосферой, гидросферой и биосферой, т.е внешними оболочками Земли.

Действуя на горные породы суши экзогенные процессы разрушают их. Если бы на Земле протекали только процессы разрушения, то континенты были бы выровнены до уровня океана за 10 мил. лет. ( 9 см. в тысячелетие).

Экзогенные процессы протекаю с малой скоростью в течении миллионов лет, лишь иногда быстро – оползни, обвалы.

К экзогенным процессам относятся – выветривание, деятельность ветра, воды, льда и др.

Общая направленность экзогенных процессов – разрушение, сглаживание поверхности суши, заполнение впадин, выравнивание океанического дна.

Разрушение суши и удаление продуктов разрушения называется денудацией. Эрозия

Накопление рыхлых продуктов в результате разрушения горных пород называют – аккумуляцией. От 1 мм до 6 мм в тысячу лет. Кроме рыхлых обломочных пород в морях и океанах происходит накопление химических осадков, т. е процесс седиментации.

В результате экзогенных процессов формируются месторождения торфа, углей, солей, стройматериалов, россыпей.

Выветривание

Выветривание – процесс физического разрушения и химического разложения горных пород под воздействием солнечного тепла, воды, атмосферных газов, органических веществ выделяемых растениями и организмами

Термин «Выветривание» не связан со словом «ветер». Он происходит от немецкого Wetter – погода.Выделяют два типа выветривания – физическое и химическое. Физическое выветривание

Механическое разрушение горных пород без изменения химического состава. Основные причины – колебание температуры и действие трещинных вод. Наиболее интенсивно проявляется в пустынях, горных областях, областях со слабым почвенным и растительным покровом.

Горные породы, нагреваясь, увеличиваются в объеме, а охлаждаясь – уменьшаются. Многократное повторение этих процессов приводит к образованию трещин и дроблению пород. Тёмные породы нагреваются сильнее, поэтому пёстроокрашенные гп разрушаются быстрее

Полиминеральные породы содержат различные минералы с различными коэффициентами расширения

Мономинеральные породы могут разрушаться за счёт того, что зёрна по разному ориентированы, толкают друг друга за счёт разного расширения

Процессу физического выветривания помогает проникновение корней растений и пленочная вода между зёрнами породы. Они имеют особые свойства – повышенную упругость, не подвержены силе гравитации, углубляют зону выветривания до 10 – 15 метров

В пустынях сжатие гп вызванное ночным охлаждением встречается с остаточным расширением их от дневного нагревания, в результате появляются трещины параллельные поверхности выхода, по ним отделяются пластины или чешуи. Порода как бы шелушиться. Отслаивание от глыб верхних частей в виде чешуй называется десквамацией.

На ровных участках каменистых пустынь, плоскогорий в результате выветривания образуется крупнообломочный щебень мощностью 20 – 50 метров. Этот слой препятствует разрушению нижних слоёв.

В районах с умеренным климатом физическое выветривание идёт медленно.

В полярных областях физическое выветривание проявляется в форме морозного выветривания. Оно происходит за счёт превращения воды в трещинах в лед, которая замерзая, увеличивается в объёме на 10 процентов. Она оказывает на стенки трещин огромное давление. Глубина морского выветривания 2 – 3 метра.

Под действием силы тяжести со склонов гор обломки гп скатываются вниз, образуя конусы, шлейфы на склонах и у подножия. Такие продукты выветривания называются коллювием (осыпь). [Горбачев 121, 124]

Внезапное обрушение гп называется обвалом. Причиной обвалов могут быть землетрясения, лавины, ураган, ливень.

Химическое выветривание

Это процесс разрушения минералов и гп с изменением химического состава

Главные факторы химического выветривания – дождевые и талые воды, органические вещества.

Воду принято считать малоактивным веществом, но в природе химические процессы продолжаются тысячелетиями и вода становиться мощным химическим реагентом

В отсутствии воды остальные факторы химического выветривания либо совсем инертны, либо их действие очень ослаблено. Смоченное железо легко и быстро ржавеет. Кислород и углекислый газ, растворяясь в воде, придают ей активности.

Наиболее интенсивно химическое выветривание проявляется во влажном тропическом климате (до полного разложения первичных продуктов)

В сухом климате, где воды мало, и в очень холодном, где вода большую часть года находиться в твёрдом состоянии, химическое выветривание очень слабо, на первом плане здесь физическое выветривание

Основными химическими реакциями при выветривании являются:

Растворение – обусловлено частичной диссоциации воды на ионы Н и ОН. Степень диссоциации увеличивается с повышением температуры

Кислые воды (рН=0-6) способны растворять соединения Ca, Mg, Na, Fe

Щелочные растворы (рН=8-14) разлагают труднорастворимые соединения

Растворение и вынос легкорастворимых химических соединений (галоидов, сульфатов, карбонатов) над выщелачиванием. Образуются каверны, пустоты

Окисление (присоединение кислорода). В процессе окисления чаще всего изменяются рудные минералы

Пирит – лимонит

Халькопирит – малахит

Галенит – церрусит

На местах выхода руд образуются зоны окисления, «железные шляпы»

Гидратация (водонасыщение) Кристаллическая решётка минерала, присоединяя воду, перестраивается. Объём минералов, гп может значительно увеличиться. Например, ангидрит СаSO присоединяя воду, переходит в гипс и увеличивается в объёме на 33 процента

2FeO + 3HO = 2FeO 3HO

гематит лимонит

Гидролиз – состоит в том, что гидроксил – ион (ОН) отнимает у минералов ионы металлов, на место которых становиться ион Н

Особенно активно этот процесс идёт в кислой среде. Если в воде много карбонатов, ионов K, Na, Ca – мешают

Реакции гидролиза особенно важную роль играют в разложении силикатов, а именно силикатами сложено большинство гп, поэтому этот процесс широко развит в природе

Характерный пример гидролиза – каолинизация полевых шпатов. Полевые шпаты разлагаются с образованием каолинита, халцедона и солей K, Na, Ca

Полевой шпат + HO – каолинит + халцедон

Подводное химическое выветривание называется гальмиролизом. В результате образуется красноцветные глины за счёт гидроокисла железа

Биологическое выветривание является составной частью химического выветривания. Организмы выделяют кислоты при жизнедеятельности или кислоты образуются после их разложения. Очень большое значение микроорганизмы играют при разложении полевых шпатов. Без них этот процесс протекал бы намного медленнее

Кора выветривания

Конечные продукты выветривания, которые остаются на месте своего образования называется элювием (элювий)

Элювиальный покров, накапливающийся длительное время и имеющий большое распространение, называется корой выветривания. Кора выветривания часто имеет вертикальную зональность, в верхней её части наиболее изменённые минералы, ниже постепенно переходящие в коренные, материнские породы

Мощные коры выветривания образуются в условиях жаркого влажного климата. В умеренных широтах дольше, процессы денудации успевают выносить продукты разрушения раньше, чем они полностью химически разложатся

В зависимости от минерального состава пород выделяют несколько типов выветривания:

Каолиновая кора – развивается над массивами гранитов. Светлоокрашенные глины (керамическая порода)

Латеритная кора – над массивами щёлочных и основных магматических пород. Сложена гидроокислами Fe и Al, имеет кирпично-красный цвет. В том случае, когда латериты обогащены окислами алюминия, их называют бокситами

Нонтронитовая – над массивами железистых основных пород

Почвообразование и типы почв

Почвой называют верхнюю часть коры выветривания, обладающей плодородием.

Изучением почв занимается наука почвоведение, которая сформировалась на стыке наук – геологии, биологии, агрономии. Основателем её был выдающийся русский учёный В.Докучаев

Почвы состоят из минеральных частиц кварца, полевого шпата, слюд, гумуса (продуктов распада органических тканей), органических кислот

Почвы образуются на любых горных породах. Сначала на камнях поселяются мхи, лишайники, бактерии. Разрушение верхней части пород. Затем вырастает трава, кустарники. Постепенно почва переходит на глубине в материнские (коренные) породы

Выделяют около 30 типов почв

Почвы тундры и лесотундры около 8 процентов территории СССР. Короткое лето – остатки растений органики не успевают полностью разложиться. Мощность 30 метров

Лесные почвы (умеренно – влажный климат) – подзолистые. Содержат небольшое количество гумуса в верхней части. Серого цвета

Почвы луговой степи (чёрноземы) около 9 процентов территории СССР. Очень плодородны, чёрного цвета. Гумуса 20 процентов

Почвы сухих степей и пустынь (каштановые). Содержат гумуса 5 процентов. Испарение преобладает над смачиванием

Солончаковые обогащены солями (в пустынях)

Почвы субтропической зоны – красноземы, латериты

Геологическая работа подземных вод

Подземные воды играют существенную роль в геологиче­ском развитии земной коры. Их чрезвычайно широкое распро­странение и подвижность приводят к постоянному взаимодей­ствию с горными породами, к перераспределению вещества в земной коре, образованию месторождений полезных иско­паемых.!

Геологическая работа подземных вод сводится к химиче­скому взаимодействию с горными породами: растворению, гид­ратации, гидролизу, карбонатизации, окислению, выщелачиванию, а также переносу и переотложению вещества. Кроме того, подземные воды производят и механический вынос из горных пород мелких минеральных частиц, называемый суффо­зией. Процессы суффозии приводят, в частности, к возникно­вению оползней. Оползнями называются передвижения масс горных пород вниз по склону под влиянием силы тяжести (рис.49).

В обычное время вода стоит ниже водопроницаемого (песчаного) горизонта (рис. 49,1). Во время паводка вода подни­мается выше горизонта песков (рис. 49,11). Сток подземных вод прекращается. В песках накапливается много воды. Когда

Рис.11. Схема развития суффозионного оползня

1 — глины; 2 —пески; 3 — известняки: 4—5 — уровень воды в реке: 4 — в межень (I), 5 — в половодье (II). Стрелкой показано направление сползания водопроницаемых пород по водоупорному слою после таяния ледников Неподвижные морены подразделяются на конечные и основные. Неподвижная морена, образовавшаяся у нижней границы ледникового языка, называется конечной (рис. 51). Основная морена — это отложения, оставшиеся после таяния ледника на всем протяжении троговой долины. С деятельностью ледников связаны также флювиогля-циальные отложения, которые возникают в результате дея­тельности временных водных потоков, образующихся при тая­нии ледников. Такие водные потоки, как правило, размывают морену и выносят рыхло-обломочный материал за ее пределы. При этом вблизи границы ледника откладывается более грубо-обломочный материал, далее— мелкий песчаный и затем тон­кий, глинистый. Таким образом, флювиогляциальные /отложе­ния в отличие от моренных характеризуются сравнительной от-сортированностью и слоистостью и в этом отношении близки к речным. Однако по сравнению с ними флювиогляциальные образования менее окатаны, так как являются составной частью перемытой морены и переносятся водным потоком лишь на не­значительные расстояния.

Древние оледенения

Изучение древних ледниковых отложений позволило уста­новить, что в истории Земли неоднократно наблюдались пе­риоды оледенения. Последние сменялись межледниковыми эпо­хами. Сейчас удалось установить семь периодов материковых оледенений (табл. 7). Из табл. 7, в которой сплошными ли­ниями отмечены материки, где достоверно установлены ледни­ковые отложения, а прерывистыми — материки, где имеются признаки существовавших древних оледенений, видно, что прак­тически все континенты в разное время в значительной степени покрывались ледниками. Так, в последний ледниковый период льдом была покрыта 7з часть суши (около 45 млн. км²), вклю­чая большую часть Северной Америки, Гренландии и ¹/_А часть Евразии.

Рис.12. Схема движения ледника и образование морен

1 — боковая морена, 2 — срединная морена, 3 — конечная морена

Существует ряд гипотез, объясняющих причины древних оледенений. Одни гипотезы связывают оледенение с процессами, протекающими на поверхности Земли или в глубоких слоях земной коры и верхней мантии, другие — с астрономическими или космическими явлениями. В частности, в геологической ис­тории Земли отчетливо выступает связь между оледенениями и важнейшими тектоно-магматическими (вулканическими) событиями. Подмечено, что оледенения обычно наступают после крупнейших горообразовательных процессов, сопровождаю­щихся активной вулканической деятельностью. Вполне вероятно, что похолодания были обусловлены вулканической деятельностью, уменьшавшей за счет выброса колоссального количества пепла прозрачность атмосферы, и сокращавшей относительную солнечную радиацию. Бурение многослойных ледовых панцирей Гренландии и Антарктиды показало, что наиболее низкие температуры отмечаются в тех слоях, где были выяв­лены самые мощные отложения вулканического пепла.

В современную эпоху все возрастающую роль в изменении климата Земли играет деятельность человека. Сжигание топлива, выброс в атмосферу газов и мелких частиц промышленными предприятиями приводит, с одной стороны, к изменению газового состава воздушной оболочки Земли.