Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
Категория: Рефераты
1. Каков механизм осуществления разрушительной работы при деятельности отдельных видов экзогенных сил: выветривания, работы рек, подземных вод, ледников, ветра, в прибрежных частях озерных и морских бассейнов. Используемая терминология для обозначения отдельных видов разрушительной работы.
Экзогенные геологические процессы приурочиваются к поверх¬ности Земли и частично захватывают наружную, периферическую область земной коры. Они распространяются на глубину, обычно не превышающую нескольких десятков метров. Такая приурочен¬ность экзогенных процессов объясняется тем, что они являются ре¬зультатом активного воздействия внешних оболочек (атмосферы, гидросферы и биосферы) на земную кору. Вследствие этого экзо¬генные геологические процессы обнаруживают связь с внешними, в частности, климатическими условиями и подчиняются климатической зональности.
Процессы, приводящие к обнажению горных пород путем сноса продуктов их разрушения, называются денудационными процес¬сами или просто денудацией (denudo - обнажаю). К ним относятся процессы выдувания и развеивания, смыва и размыва, выпахивания, абразия и некоторые другие. Выдувание и развеи¬вание продуктов разрушения горных пород производится ветра¬ми, смыв и размыв - потоками поверхностных и подземных вод, выпахивание - движущимися ледниками, абразия (сбривание бе¬реговой полосы) - морским прибоем и отчасти прибрежными течениями [6].
Рассмотрим отдельные виды экзогенных сил более подробно.
1. Выветривание горных пород.
Под выветриванием понимают процессы разрушения и химиче¬ского разложения горных пород и минералов под воздействием внешних оболочек Земли - атмосферы, гидросферы и биосферы. В процессе выветривания изменяются первоначальное состояние и свойства горных пород (например, снижается их прочность) и в конечном счете образуются новые рыхлые минеральные массы - разнообразные продукты выветривания.
Различают физическое и химическое выветривание. Оба типа выветривания тесно связаны друг с другом, протекают одновре¬менно, но с различной интенсивностью в зависимости от местных климатических, геологических и других условий [2; 6].
Физическое выветривание происходит под воздействием суточ¬ных и сезонных колебаний температуры воздуха (температурное выветривание), замерзания и оттаивания воды, заключенной в по¬рах и трещинах горной породы (морозное выветривание), и не¬которых других явлений.
Физическое выветривание обычно на¬чинается со вскрытия и расширения уже имеющихся в горной породе микротре¬щин и других «дефектов» внутреннего строения. В дальнейшем происходит распад горной породы на отдельные обломки, минеральные зерна (дресву) и частицы песка и пыли (дезинтеграция).
Скорость и характер физического выветривания зависят от климатических условий и ряда свойств горной породы и составля¬ющих ее минералов. С повышением континентальности климата и, следовательно, с увеличением амплитуд суточных и сезонных ко¬лебаний температуры и снижением влажности воздуха возрастает скорость физического выветривания горных пород. Наиболее ин¬тенсивно оно протекает в сухих (аридных) климатических обла¬стях, особенно в пустынях. Дневное нагревание после холодной ночи вызывает в этих условиях интенсивное шелушение обнажен¬ных горных пород - десквамацию. Последующее охлаждение породы ночью приводит к ее растрескиванию.
Химическое выветривание включает процессы окисления, гидратации, растворения и гидролиза. Все эти процессы протекают при непосредственном участии или в присутствии воды.
Окисление. Дождевые капли и поверхностные воды, стекаю¬щие по склонам, всегда содержат растворенные кислород и уг¬лекислый газ. Кроме того, просачиваясь через почвенно-растительный покров, они обогащаются органическими кислотами - продуктами жизнедеятельности организмов и разложения органи¬ческих веществ. Поэтому инфильтрационные (просачивающиеся с поверхности по породам и трещинам горных пород) воды обла¬дают высокой окисляющей и растворяющей способностью.
Гидратация – явление поглощения минералами воды. При гидратации частицы воды входят в структуру минерала. Вследствие этого часто происходит перестройка кристаллической структуры и увеличение первоначального объема минерала. Поэтому при явлениях гидратации нередко возникают весьма значительные микронапряжения и деформации, сопровождающиеся развитием интенсивной трещиноватости горных пород.
Растворение. При растворении минеральное вещество переходит в раствор и может быть вновь выделено из раствора. Раство¬римость минералов зависит как от свойств растворителя, так и от свойств самих минералов.
Гидролиз характерен для соединения сильных оснований и слабых кислот. К ним относятся силикаты и алюмосиликаты. При гидролизе происходит распад минерала и вынос некоторых эле¬ментов в растворенном виде. Гидролиз, как и другие процессы хи¬мического выветривания, носит многостадийный характер. Так, при гидролизе полевые шпаты вначале превращаются в промежу¬точные, слабоустойчивые минералы (например, в гидрослюды), которые дальше распадаются на каолинит, опал и растворимые в воде карбонаты и бикарбонаты [6].
2. Геологическая работа вод поверхностного стока.
Выпадающие на поверхность суши атмосферные осадки частью испаряются обратно в атмосферу, частью стекают по поверхности в виде дождевых и талых снеговых вод и частью просачиваются в почву.
Размыв русел и рост оврагов идут от точки, находящейся в их устье, вверх, т.е. в направлении, обратном течению водостока. Такое направление развития эрозионной деятельности характерно не только для ручьев, стекающих по днищам оврагов, но и для любых других категорий водотоков – речек и рек. Поэтому оно является общей закономерностью развития эрозии [4].
Наиболее активной формой эрозии на обширных пространствах безлесных, степных и лесостепных равнин являются овраги. Вместе с развитием оврагов усиливается смыв почвенного, а в дальней¬шем рыхлого подпочвенного покрова. Благодаря этому степи и лесостепи, обладающие плодородными почвами, нередко превра¬щаются в «дурные земли». Под ними понимают области со сложно ветвящейся сетью оврагов и разделяющих их межовражных возвышенностей, полностью или частично лишенных почвенно-растительного покрова. Увядание и гибель растительного покрова в этих областях связаны не только со смывом и размывом почвен¬ного покрова, но также с иссушением ее густой сетью оврагов.
Росту оврагов и появлению «дурных земель» способствует сведение леса, распашка крутых склонов, раскопки и т.д. [6].
3. Геологическая работа вод подземного стока.
Геологическая работа подземных вод в основном заключается в выщелачивании горных пород и минералов, выносе и отложении растворенных в них веществ в трещинах, порах горных пород, в местах выходов подземных вод на поверхность и на дне водоемов (озер, морских заливов и т.д.). Немаловажная роль принадлежит подземным водам в разрушении береговых склонов, а именно: в явлениях оплывания горных пород, оползневых и в некоторых других.
С наиболь¬шей легкостью выщелачиваются такие горные породы, как камен¬ная соль, гипс, известняк и доломит. Поэтому в районах развития этих пород возникают различного рода пустоты - пещеры, гроты (короткие пещеры), естественные колодцы и шахты с отвесными и крутыми стенками и т.д. При провале сводов такого рода пустот на поверхности появляются провальные воронки, некоторые из них заполняются водой и таким образом возникают карстовые озера. По системе подземных пустот нередко текут подземные реки, соединяющие между собой подземные озера.
Подземные воды, омывающие горные породы, выщелачивают в них в первую очередь наиболее растворимые минералы. Иными словами, данное явление носит избирательный характер. Но рас¬творяющая способность самих подземных вод не остается постоянной. Она, в частности возрастает с повышением температуры и давления, а также с увеличением содержания некоторых кислот и щелочей. Вследствие этого пещеры, хотя и в несравненно мень¬ших масштабах, возникают не только в известняках, но и в дру¬гих породах, даже в гранитах.
Растворенные в подземных водах вещества осаждаются в тол¬щах горных пород или же в местах выходов подземных вод на поверхность. Отложение осадков в толщах пород происходит по различным причинам, в частности вследствие понижения темпе¬ратуры самой воды, изменения ее газового состава и концентра¬ции отдельных растворенных компонентов, уменьшения скорости фильтрации и некоторых других причин, когда содержание неко¬торых из растворенных веществ в данных условиях становится предельным [2].
4. Геологическая работа ледников.
Вода производит огромную геологическую работу не только в жидком, но и в твердом состоянии - в виде льда ледников. Об¬щая площадь, занятая ледниками, составляет около 16 млн. км2, или 11% всей суши.
Общий объем льда на Земле равен .примерно 30 млн. км3, из этого количества около 28 млн. км3 льда приходится на одну Ан¬тарктиду. Для сравнения следует отметить, что объем всех прес¬ных вод суши (озер, рек, водохранилищ и т.д.) составляет не более 4 млн. км3.
Ледники образуются в полярных странах (Антарктический и Гренландский ледники) и в высокогорных районах независимо от географической широты местности. Ледники полярных стран за¬нимают 99,5%. а горные ледники 0,5% ледяной поверхности суши [6].
Ледники являются мощной силой, производящей снос, перемещение и отложение продуктов разрушения горных пород, а также выпахивание и шлифование ложа, по которому они движутся.
В условиях горных ледников продукты разрушения горных вершин и утесов падают на фирн или же ледник в виде глыб и мелкообломочного песчано-глинистого материала. Весь этот мате¬риал вместе с материалом, содранным ледником с ложа, уносится вниз, где он откладыва¬ется в виде морены. Грубообломочный мате¬риал при этом округляет¬ся, шлифуется и покры¬вается царапинками и, таким образом, превра¬щается в валуны. Валу¬ны - обязательные со¬ставные части морен.
Движущийся ледник выпахивает поверхность Земли и образует весьма характерные формы рельефа: троговые доли¬ны, ниши (кары), ледни¬ковые озерки и некото¬рые другие. Троговые до¬лины имеют в поперечном сечении форму корыта с крутыми склонами и вогнутым дном. Нитеобразные и циркообразные углубления образуются на склонах горных гребней [3].
Ледник покровного типа образует в своем ложе котловины и шлифует поверхность скал. После отступления ледника эти котло¬вины заполняются водой и образуются ледниковые озера.
5. Геологическая работа моря.
Геологическая работа моря выражается в разрушении берего¬вой полосы, в транспортировке продуктов разрушения и в накоп¬лении морских осадков, т.е. в явлениях денудации и аккумуляции (седиментации).
Береговая полоса разрушается в основном морским прибоем, т.е. постоянными ударами набегающих на берег волн. Меньшее значение в разрушении берега имеет химическое воздействие мор¬ской воды на горные породы (коррозия). В некоторых случаях действует особый, пневматический механизм разрушения скали¬стого берега. Набегающая с большой силой волна на скалистый берег загоняет по трещинам морскую воду и сжимает воздух, за¬полняющий эти трещины. При отходе волны сжатый воздух с силой выбрасывает столб воды и захваченные им со стенок трещин обломки горных пород.
Разрушительная работа прибоя проявляется вдоль всей бере¬говой линии материков и островов на протяжении 260 тыс. км. Однако скорость разрушения берега неодинакова. Она зависит от высоты набегающей волны, глубины побережья, направления уда¬ра волн и прочности горных пород.
Разрушительная сила морского прибоя значительно возрастает при наличии в воде обломочного материала, приводимого в дви¬жение волнением. Взвешенный и влекомый материал является об¬тачивающим и истирающим орудием морского прибоя. Во время штормов волны вместе с течениями катят глыбы горных пород весом до 30-40 т. Под ударами таких глыб уничтожаются бере¬говые (портовые) сооружения, если они не защищены волнореза¬ми, бунами и другими берегоукрепительными устройствами [3].
2. Горные породы, склонные к просадке. Природа просадочных свойств. Опасность размещения сооружений и механизмов на просадочных грунтах без предварительной мелиорации.
Горные породы – это природные агрегаты минералов более или менее постоянного состава, образующие самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору. Термин «горные породы» впервые в современном смысле употребил (1798) русский минералог и химик В.М. Севергин.
Горные породы представляют собой механические сочетания разных по составу минералов, в том числе и жидких. Процентное содержание минералов в горных породах определяет ее минеральный состав. Форма, размеры, взаимное расположение и ориентация минеральных зерен или частиц горных пород обусловливают ее структуру и текстуру [1].
По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические (изверженные), осадочные и метаморфические. Магматические и метаморфические горные породы слагают около 90% объема земной коры, остальные 10% приходятся на долю осадочных пород, однако последние занимают 75% площади земной поверхности.
Осадочные горные породы образуются путем накопления (осаж¬дения) продуктов разрушения магматических, метаморфических и более древних осадочных пород. Порода, за счет разрушения кото¬рой образуется осадочная порода, называется материнской. Образование осадочных пород - сложный и многофазный процесс. Оно начинается еще с выветривания материнской породы, про¬ходит стадию переноса (транспортировки) и завершается осаждением (седиментацией) и последующей стадией превращения рыхлого осадка в осадочную горную породу (диагенезом) [5].
Основным механизмом транспортировки продуктов выветрива¬ния горных пород до места их осаждения является вода в виде: 1) временно и постоянно действующих водных потоков, прибреж¬ных морских и океанических течений; 2) ледников. В условиях сухого (пустынного) климата ведущее место в транспортировке продуктов разрушения горных пород занимает ветер.
Осаждение транспортируемых продуктов выветривания горных пород происходит путем оседания их из взвешенного или влекомого состояния, когда скорость перемещения транспортирующей среды {воды, воздуха) уменьшается. Таким образом, выпадают меха¬нические осадки, состоящие из обломков различных раз¬меров. Важным способом осадконакопления является также выпадение растворенных в воде минеральных веществ. Такой способ осаждения возможен, когда концентра¬ция солей в транспортирующей среде доходит до предела насы¬щения. Выпадение минерального вещества возможно и из кол¬лоидных растворов, и оно происходит в условиях, когда в транспортирующей среде изменяется, например, реакция водной среды или характер растворенных в ней электролитов (солей). Так выпадают коллоидные осадки.
Широко распространенным способом осаждения минеральных веществ является органогенное осаждение. Организмы при своей жизни способны усваивать (ассимилировать) минераль¬ные вещества из недосыщенных (сильно разбавленных) растворов для построения твердых защитных, скелетных частей. После ги¬бели организмов эти вещества накапливаются в виде органоген¬ного ила, обломков скелетных частей и т.д. Таким образом, совер¬шается органогенное накопление минеральных и органических веществ.
Так или иначе, выпавший осадок в дальнейшем претерпевает уплотнение (самоуплотнение или же под действием веса вышеле¬жащих наслоений), а иногда цементацию и окаменение (литификацию). В результате осадок превращается (перерождается) в осадочную горную породу. Эти процессы превращения осадка в горные породы известны под названием диагенеза. Но как бы ни были уплотнены осадочные породы, они, как правило, харак¬теризуются меньшей плотностью и большей пористостью, чем, например, породы магматического происхождения.
Состав осадочных пород отличается рядом особенностей. Прежде всего, в числе минералов осадочных пород следует раз¬личать две группы:
1) минералы реликтовые, унаследованные от исходной, материнской породы. Чаще других в их числе встречаются кварц, полевые шпаты и слюды, но могут быть встречены и любые другие минералы исходных пород. Именно эта группа минералов дает возможность судить о материнских породах, из которых образо¬вались те или иные осадочные породы;
2) минералы собственно осадочные, образовав¬шиеся путем химического или биохимического осаждения. К их числу относятся: халцедон, опал, каолинит, гидроокислы железа, марганца и алюминия; минералы группы карбонатов (кальцит, доломит, сидерит, малахит, азурит), галоидные соединения (сильвин, галит и карналлит) и сульфаты (гипс, ангидрит и барит); эти минералы часто являются главными породообразующими ми¬нералами, составляя основную, существенную часть осадочной породы, как это имеет место в известняках, мергелях, глинах, солях. В породах, состоящих в значительной мере из обломочного материала, минералы-новообразования нередко представляют со¬бой цемент, заполняющий промежутки между обломками и скрепляющий их. Минералы этой группы иногда образуют свое¬образные минеральные выделения - конкреции, желваки, стяжения и т.д. [6].
В осадочных породах обычно присутствуют остатки расте¬ний и животных, обитавших на месте образования осадка или принесенных извне. В некоторых типах осадочных пород органогенный материал составляет основную массу породы, как например в органогенных известняках, диатомитах, углях.
Текстура (сложение) осадочной породы обычно слоистая; реже наблюдается беспорядочное сложение, когда составляющие минеральные зерна распределены в породе хаотично.
Под слоистостью понимают сложение осадочной породы, выра¬женное в многократной смене прослойков, отличающихся друг от друга по зерновому и минеральному составу, распределению ми¬неральных составляющих, по окраске или по некоторым другим признакам. Слоистость может быть параллельной, косой, диагональной и т.д. Иногда слоистость носит ритмичный характер, когда отдельные прослои ритмично повторяются в определенной последовательности. Такова, например, различная слоистость лен¬точных ледниковых глин, обусловленная сезонными изменениями условий осадконакопления минеральных частиц, приносимых та¬лыми водами ледника.
Осадочные породы зале¬гают чаще всего в виде пластов - плитообразных минеральных тел большого протяжения, ограниченных приблизительно парал¬лельными поверхностями - плоскостями напластований. Последние отделяют пласт от подстилающего и покрывающего пласта. Нижняя граничащая поверхность пласта называется поч¬вой, а верхняя - кровлей пласта. Расстояние по нормали между кровлей (висячим боком) и почвой (лежачим боком) пла¬ста определяет истинную (нормальную) мощность пласта. Пласт также называют часто слоем. Однако не следует понятие пласта отождествлять с его слоистостью. Слоистость - это деталь внутреннего строения осадочной горной породы. Поэтому эту слоистость иногда называют внутренней слоистостью пласта, в отличие от слоистости толщ осадочных пород [3; 6].
Мощность пластов может быть более или менее постоянной (выдержанной) или же, наоборот, изменчивой, непостоянной. В последнем случае наблюдаются явления раздува - резкого местного увеличе¬ния мощности и пережима - резкого местного уменьшения мощности пласта. Постепенное уменьшение мощности пла¬ста вплоть до полного исчезновения на¬зывается выклиниванием.
Выдержанное на больших простран¬ствах залегание пластов наиболее ха¬рактерно для толщ морских осадочных пород. Континентальные отложения большей частью отличаются менее вы¬держанной мощностью пластов, часты¬ми пережимами и раздувами. Для последних характерны также линзовидные и гнездообразные формы залегания.
Линзой и линзовидной залежью называют такие пласты, которые быстро выклиниваются во всех направлениях, образуя тела ограниченного (по площади) распространения. Они особенно характерны для озерных, речных и лагунных фаций.
Гнездом или карманом называют такие неправильные формы залегания осадочных пород, которые отличаются быстрым выклиниванием на коротких расстояниях. Они характерны для ледниковых отложений, а также для образований коры выветри¬вания.
Весьма своеобразными являются куполообразные и штокообразные формы залегания осадочных пород; первые характерны, например, для известняков, сформировавшихся из коралловых ри¬фов и сохранивших некоторые очертания последних. В виде штоков часто залегают соли, гипс и некоторые другие пластически деформирующиеся горные породы, возникающие при явлениях диапиризма.
Понятие о строении толщ осадочных горных пород. Как из¬вестно, осадочные породы образуются путем последовательного (слой за слоем) накопления минеральных масс. Смена одного слоя другим в вертикальном геологическом разрезе происходит последовательно от более древних (у почвы) к более молодым (у кровли). При этом органические остатки (окаменелости, отпе¬чатки), содержащиеся в слоях, в более или менее непрерывной последовательности сменяются от подстилающего слоя к покры¬вающему слою в соответствии с эволюцией органического мира: слои с остатками более высоко развитых растений и животных находятся стратиграфически выше отложений с формами менее высокоорганизованных организмов. В результате образуются серии согласно залегающих напластований.
В действительности часто наблюдается другое явление, когда после образования подстилающей толщи напластований был зна¬чительный перерыв в осадконакоплении. Во время этого перерыва более древняя толща была в той или иной мере размыта до того, как другая, более молодая толща отложилась уже на ее размытой поверхности. В данном случае, очевидно, нарушается не только непрерывность в осадконакоплении, но и непрерывность смены органических остатков - отпечатков и окаменелостей растений и животных. Иными словами, в данном случае имеем дело со стратиграфическим несогласием напластований.
В период прекращения осадконакопления, когда происходил не только размыв подстилающей толщи, но также имели место нару¬шения первоначального залегания слоев, возникли несогласия другого типа, обусловленные тектоническими (колебательными и дислокационными) движениями земной коры. В этой связи размещение сооружений и механизмов на просадочных грунтах является опасным. Поэтому необходимо проводить предварительную мелиорацию [2].
Мелиорация представляет собой систему организационно-хозяйственных и технических мероприятий, направленных на коренное улучшение земель путем их осушения или орошения (гидромелиорация), изменения структуры почвы промывкой, гипсованием, известкованием и т.д. (химическая мелиорация) [3].
Среди осадочных пород наиболее распространены глинистые, песчаные и карбонатные. Считают, что эти три группы пород со¬ставляют не менее 95-99% всей массы осадочных пород. По подсчетам некоторых ученых соотношение объемов глинистых, песчаных и карбонатных пород равно 5:3:2.
В ходе геологической истории суммарная масса осадочных пород возрастает. В настоящее время она составляет примерно 4% объема земной коры.
Экзогенные геологические процессы приурочиваются к поверх¬ности Земли и частично захватывают наружную, периферическую область земной коры. Они распространяются на глубину, обычно не превышающую нескольких десятков метров. Такая приурочен¬ность экзогенных процессов объясняется тем, что они являются ре¬зультатом активного воздействия внешних оболочек (атмосферы, гидросферы и биосферы) на земную кору. Вследствие этого экзо¬генные геологические процессы обнаруживают связь с внешними, в частности, климатическими условиями и подчиняются климатической зональности.
Процессы, приводящие к обнажению горных пород путем сноса продуктов их разрушения, называются денудационными процес¬сами или просто денудацией (denudo - обнажаю). К ним относятся процессы выдувания и развеивания, смыва и размыва, выпахивания, абразия и некоторые другие. Выдувание и развеи¬вание продуктов разрушения горных пород производится ветра¬ми, смыв и размыв - потоками поверхностных и подземных вод, выпахивание - движущимися ледниками, абразия (сбривание бе¬реговой полосы) - морским прибоем и отчасти прибрежными течениями [6].
Рассмотрим отдельные виды экзогенных сил более подробно.
1. Выветривание горных пород.
Под выветриванием понимают процессы разрушения и химиче¬ского разложения горных пород и минералов под воздействием внешних оболочек Земли - атмосферы, гидросферы и биосферы. В процессе выветривания изменяются первоначальное состояние и свойства горных пород (например, снижается их прочность) и в конечном счете образуются новые рыхлые минеральные массы - разнообразные продукты выветривания.
Различают физическое и химическое выветривание. Оба типа выветривания тесно связаны друг с другом, протекают одновре¬менно, но с различной интенсивностью в зависимости от местных климатических, геологических и других условий [2; 6].
Физическое выветривание происходит под воздействием суточ¬ных и сезонных колебаний температуры воздуха (температурное выветривание), замерзания и оттаивания воды, заключенной в по¬рах и трещинах горной породы (морозное выветривание), и не¬которых других явлений.
Физическое выветривание обычно на¬чинается со вскрытия и расширения уже имеющихся в горной породе микротре¬щин и других «дефектов» внутреннего строения. В дальнейшем происходит распад горной породы на отдельные обломки, минеральные зерна (дресву) и частицы песка и пыли (дезинтеграция).
Скорость и характер физического выветривания зависят от климатических условий и ряда свойств горной породы и составля¬ющих ее минералов. С повышением континентальности климата и, следовательно, с увеличением амплитуд суточных и сезонных ко¬лебаний температуры и снижением влажности воздуха возрастает скорость физического выветривания горных пород. Наиболее ин¬тенсивно оно протекает в сухих (аридных) климатических обла¬стях, особенно в пустынях. Дневное нагревание после холодной ночи вызывает в этих условиях интенсивное шелушение обнажен¬ных горных пород - десквамацию. Последующее охлаждение породы ночью приводит к ее растрескиванию.
Химическое выветривание включает процессы окисления, гидратации, растворения и гидролиза. Все эти процессы протекают при непосредственном участии или в присутствии воды.
Окисление. Дождевые капли и поверхностные воды, стекаю¬щие по склонам, всегда содержат растворенные кислород и уг¬лекислый газ. Кроме того, просачиваясь через почвенно-растительный покров, они обогащаются органическими кислотами - продуктами жизнедеятельности организмов и разложения органи¬ческих веществ. Поэтому инфильтрационные (просачивающиеся с поверхности по породам и трещинам горных пород) воды обла¬дают высокой окисляющей и растворяющей способностью.
Гидратация – явление поглощения минералами воды. При гидратации частицы воды входят в структуру минерала. Вследствие этого часто происходит перестройка кристаллической структуры и увеличение первоначального объема минерала. Поэтому при явлениях гидратации нередко возникают весьма значительные микронапряжения и деформации, сопровождающиеся развитием интенсивной трещиноватости горных пород.
Растворение. При растворении минеральное вещество переходит в раствор и может быть вновь выделено из раствора. Раство¬римость минералов зависит как от свойств растворителя, так и от свойств самих минералов.
Гидролиз характерен для соединения сильных оснований и слабых кислот. К ним относятся силикаты и алюмосиликаты. При гидролизе происходит распад минерала и вынос некоторых эле¬ментов в растворенном виде. Гидролиз, как и другие процессы хи¬мического выветривания, носит многостадийный характер. Так, при гидролизе полевые шпаты вначале превращаются в промежу¬точные, слабоустойчивые минералы (например, в гидрослюды), которые дальше распадаются на каолинит, опал и растворимые в воде карбонаты и бикарбонаты [6].
2. Геологическая работа вод поверхностного стока.
Выпадающие на поверхность суши атмосферные осадки частью испаряются обратно в атмосферу, частью стекают по поверхности в виде дождевых и талых снеговых вод и частью просачиваются в почву.
Размыв русел и рост оврагов идут от точки, находящейся в их устье, вверх, т.е. в направлении, обратном течению водостока. Такое направление развития эрозионной деятельности характерно не только для ручьев, стекающих по днищам оврагов, но и для любых других категорий водотоков – речек и рек. Поэтому оно является общей закономерностью развития эрозии [4].
Наиболее активной формой эрозии на обширных пространствах безлесных, степных и лесостепных равнин являются овраги. Вместе с развитием оврагов усиливается смыв почвенного, а в дальней¬шем рыхлого подпочвенного покрова. Благодаря этому степи и лесостепи, обладающие плодородными почвами, нередко превра¬щаются в «дурные земли». Под ними понимают области со сложно ветвящейся сетью оврагов и разделяющих их межовражных возвышенностей, полностью или частично лишенных почвенно-растительного покрова. Увядание и гибель растительного покрова в этих областях связаны не только со смывом и размывом почвен¬ного покрова, но также с иссушением ее густой сетью оврагов.
Росту оврагов и появлению «дурных земель» способствует сведение леса, распашка крутых склонов, раскопки и т.д. [6].
3. Геологическая работа вод подземного стока.
Геологическая работа подземных вод в основном заключается в выщелачивании горных пород и минералов, выносе и отложении растворенных в них веществ в трещинах, порах горных пород, в местах выходов подземных вод на поверхность и на дне водоемов (озер, морских заливов и т.д.). Немаловажная роль принадлежит подземным водам в разрушении береговых склонов, а именно: в явлениях оплывания горных пород, оползневых и в некоторых других.
С наиболь¬шей легкостью выщелачиваются такие горные породы, как камен¬ная соль, гипс, известняк и доломит. Поэтому в районах развития этих пород возникают различного рода пустоты - пещеры, гроты (короткие пещеры), естественные колодцы и шахты с отвесными и крутыми стенками и т.д. При провале сводов такого рода пустот на поверхности появляются провальные воронки, некоторые из них заполняются водой и таким образом возникают карстовые озера. По системе подземных пустот нередко текут подземные реки, соединяющие между собой подземные озера.
Подземные воды, омывающие горные породы, выщелачивают в них в первую очередь наиболее растворимые минералы. Иными словами, данное явление носит избирательный характер. Но рас¬творяющая способность самих подземных вод не остается постоянной. Она, в частности возрастает с повышением температуры и давления, а также с увеличением содержания некоторых кислот и щелочей. Вследствие этого пещеры, хотя и в несравненно мень¬ших масштабах, возникают не только в известняках, но и в дру¬гих породах, даже в гранитах.
Растворенные в подземных водах вещества осаждаются в тол¬щах горных пород или же в местах выходов подземных вод на поверхность. Отложение осадков в толщах пород происходит по различным причинам, в частности вследствие понижения темпе¬ратуры самой воды, изменения ее газового состава и концентра¬ции отдельных растворенных компонентов, уменьшения скорости фильтрации и некоторых других причин, когда содержание неко¬торых из растворенных веществ в данных условиях становится предельным [2].
4. Геологическая работа ледников.
Вода производит огромную геологическую работу не только в жидком, но и в твердом состоянии - в виде льда ледников. Об¬щая площадь, занятая ледниками, составляет около 16 млн. км2, или 11% всей суши.
Общий объем льда на Земле равен .примерно 30 млн. км3, из этого количества около 28 млн. км3 льда приходится на одну Ан¬тарктиду. Для сравнения следует отметить, что объем всех прес¬ных вод суши (озер, рек, водохранилищ и т.д.) составляет не более 4 млн. км3.
Ледники образуются в полярных странах (Антарктический и Гренландский ледники) и в высокогорных районах независимо от географической широты местности. Ледники полярных стран за¬нимают 99,5%. а горные ледники 0,5% ледяной поверхности суши [6].
Ледники являются мощной силой, производящей снос, перемещение и отложение продуктов разрушения горных пород, а также выпахивание и шлифование ложа, по которому они движутся.
В условиях горных ледников продукты разрушения горных вершин и утесов падают на фирн или же ледник в виде глыб и мелкообломочного песчано-глинистого материала. Весь этот мате¬риал вместе с материалом, содранным ледником с ложа, уносится вниз, где он откладыва¬ется в виде морены. Грубообломочный мате¬риал при этом округляет¬ся, шлифуется и покры¬вается царапинками и, таким образом, превра¬щается в валуны. Валу¬ны - обязательные со¬ставные части морен.
Движущийся ледник выпахивает поверхность Земли и образует весьма характерные формы рельефа: троговые доли¬ны, ниши (кары), ледни¬ковые озерки и некото¬рые другие. Троговые до¬лины имеют в поперечном сечении форму корыта с крутыми склонами и вогнутым дном. Нитеобразные и циркообразные углубления образуются на склонах горных гребней [3].
Ледник покровного типа образует в своем ложе котловины и шлифует поверхность скал. После отступления ледника эти котло¬вины заполняются водой и образуются ледниковые озера.
5. Геологическая работа моря.
Геологическая работа моря выражается в разрушении берего¬вой полосы, в транспортировке продуктов разрушения и в накоп¬лении морских осадков, т.е. в явлениях денудации и аккумуляции (седиментации).
Береговая полоса разрушается в основном морским прибоем, т.е. постоянными ударами набегающих на берег волн. Меньшее значение в разрушении берега имеет химическое воздействие мор¬ской воды на горные породы (коррозия). В некоторых случаях действует особый, пневматический механизм разрушения скали¬стого берега. Набегающая с большой силой волна на скалистый берег загоняет по трещинам морскую воду и сжимает воздух, за¬полняющий эти трещины. При отходе волны сжатый воздух с силой выбрасывает столб воды и захваченные им со стенок трещин обломки горных пород.
Разрушительная работа прибоя проявляется вдоль всей бере¬говой линии материков и островов на протяжении 260 тыс. км. Однако скорость разрушения берега неодинакова. Она зависит от высоты набегающей волны, глубины побережья, направления уда¬ра волн и прочности горных пород.
Разрушительная сила морского прибоя значительно возрастает при наличии в воде обломочного материала, приводимого в дви¬жение волнением. Взвешенный и влекомый материал является об¬тачивающим и истирающим орудием морского прибоя. Во время штормов волны вместе с течениями катят глыбы горных пород весом до 30-40 т. Под ударами таких глыб уничтожаются бере¬говые (портовые) сооружения, если они не защищены волнореза¬ми, бунами и другими берегоукрепительными устройствами [3].
2. Горные породы, склонные к просадке. Природа просадочных свойств. Опасность размещения сооружений и механизмов на просадочных грунтах без предварительной мелиорации.
Горные породы – это природные агрегаты минералов более или менее постоянного состава, образующие самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору. Термин «горные породы» впервые в современном смысле употребил (1798) русский минералог и химик В.М. Севергин.
Горные породы представляют собой механические сочетания разных по составу минералов, в том числе и жидких. Процентное содержание минералов в горных породах определяет ее минеральный состав. Форма, размеры, взаимное расположение и ориентация минеральных зерен или частиц горных пород обусловливают ее структуру и текстуру [1].
По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические (изверженные), осадочные и метаморфические. Магматические и метаморфические горные породы слагают около 90% объема земной коры, остальные 10% приходятся на долю осадочных пород, однако последние занимают 75% площади земной поверхности.
Осадочные горные породы образуются путем накопления (осаж¬дения) продуктов разрушения магматических, метаморфических и более древних осадочных пород. Порода, за счет разрушения кото¬рой образуется осадочная порода, называется материнской. Образование осадочных пород - сложный и многофазный процесс. Оно начинается еще с выветривания материнской породы, про¬ходит стадию переноса (транспортировки) и завершается осаждением (седиментацией) и последующей стадией превращения рыхлого осадка в осадочную горную породу (диагенезом) [5].
Основным механизмом транспортировки продуктов выветрива¬ния горных пород до места их осаждения является вода в виде: 1) временно и постоянно действующих водных потоков, прибреж¬ных морских и океанических течений; 2) ледников. В условиях сухого (пустынного) климата ведущее место в транспортировке продуктов разрушения горных пород занимает ветер.
Осаждение транспортируемых продуктов выветривания горных пород происходит путем оседания их из взвешенного или влекомого состояния, когда скорость перемещения транспортирующей среды {воды, воздуха) уменьшается. Таким образом, выпадают меха¬нические осадки, состоящие из обломков различных раз¬меров. Важным способом осадконакопления является также выпадение растворенных в воде минеральных веществ. Такой способ осаждения возможен, когда концентра¬ция солей в транспортирующей среде доходит до предела насы¬щения. Выпадение минерального вещества возможно и из кол¬лоидных растворов, и оно происходит в условиях, когда в транспортирующей среде изменяется, например, реакция водной среды или характер растворенных в ней электролитов (солей). Так выпадают коллоидные осадки.
Широко распространенным способом осаждения минеральных веществ является органогенное осаждение. Организмы при своей жизни способны усваивать (ассимилировать) минераль¬ные вещества из недосыщенных (сильно разбавленных) растворов для построения твердых защитных, скелетных частей. После ги¬бели организмов эти вещества накапливаются в виде органоген¬ного ила, обломков скелетных частей и т.д. Таким образом, совер¬шается органогенное накопление минеральных и органических веществ.
Так или иначе, выпавший осадок в дальнейшем претерпевает уплотнение (самоуплотнение или же под действием веса вышеле¬жащих наслоений), а иногда цементацию и окаменение (литификацию). В результате осадок превращается (перерождается) в осадочную горную породу. Эти процессы превращения осадка в горные породы известны под названием диагенеза. Но как бы ни были уплотнены осадочные породы, они, как правило, харак¬теризуются меньшей плотностью и большей пористостью, чем, например, породы магматического происхождения.
Состав осадочных пород отличается рядом особенностей. Прежде всего, в числе минералов осадочных пород следует раз¬личать две группы:
1) минералы реликтовые, унаследованные от исходной, материнской породы. Чаще других в их числе встречаются кварц, полевые шпаты и слюды, но могут быть встречены и любые другие минералы исходных пород. Именно эта группа минералов дает возможность судить о материнских породах, из которых образо¬вались те или иные осадочные породы;
2) минералы собственно осадочные, образовав¬шиеся путем химического или биохимического осаждения. К их числу относятся: халцедон, опал, каолинит, гидроокислы железа, марганца и алюминия; минералы группы карбонатов (кальцит, доломит, сидерит, малахит, азурит), галоидные соединения (сильвин, галит и карналлит) и сульфаты (гипс, ангидрит и барит); эти минералы часто являются главными породообразующими ми¬нералами, составляя основную, существенную часть осадочной породы, как это имеет место в известняках, мергелях, глинах, солях. В породах, состоящих в значительной мере из обломочного материала, минералы-новообразования нередко представляют со¬бой цемент, заполняющий промежутки между обломками и скрепляющий их. Минералы этой группы иногда образуют свое¬образные минеральные выделения - конкреции, желваки, стяжения и т.д. [6].
В осадочных породах обычно присутствуют остатки расте¬ний и животных, обитавших на месте образования осадка или принесенных извне. В некоторых типах осадочных пород органогенный материал составляет основную массу породы, как например в органогенных известняках, диатомитах, углях.
Текстура (сложение) осадочной породы обычно слоистая; реже наблюдается беспорядочное сложение, когда составляющие минеральные зерна распределены в породе хаотично.
Под слоистостью понимают сложение осадочной породы, выра¬женное в многократной смене прослойков, отличающихся друг от друга по зерновому и минеральному составу, распределению ми¬неральных составляющих, по окраске или по некоторым другим признакам. Слоистость может быть параллельной, косой, диагональной и т.д. Иногда слоистость носит ритмичный характер, когда отдельные прослои ритмично повторяются в определенной последовательности. Такова, например, различная слоистость лен¬точных ледниковых глин, обусловленная сезонными изменениями условий осадконакопления минеральных частиц, приносимых та¬лыми водами ледника.
Осадочные породы зале¬гают чаще всего в виде пластов - плитообразных минеральных тел большого протяжения, ограниченных приблизительно парал¬лельными поверхностями - плоскостями напластований. Последние отделяют пласт от подстилающего и покрывающего пласта. Нижняя граничащая поверхность пласта называется поч¬вой, а верхняя - кровлей пласта. Расстояние по нормали между кровлей (висячим боком) и почвой (лежачим боком) пла¬ста определяет истинную (нормальную) мощность пласта. Пласт также называют часто слоем. Однако не следует понятие пласта отождествлять с его слоистостью. Слоистость - это деталь внутреннего строения осадочной горной породы. Поэтому эту слоистость иногда называют внутренней слоистостью пласта, в отличие от слоистости толщ осадочных пород [3; 6].
Мощность пластов может быть более или менее постоянной (выдержанной) или же, наоборот, изменчивой, непостоянной. В последнем случае наблюдаются явления раздува - резкого местного увеличе¬ния мощности и пережима - резкого местного уменьшения мощности пласта. Постепенное уменьшение мощности пла¬ста вплоть до полного исчезновения на¬зывается выклиниванием.
Выдержанное на больших простран¬ствах залегание пластов наиболее ха¬рактерно для толщ морских осадочных пород. Континентальные отложения большей частью отличаются менее вы¬держанной мощностью пластов, часты¬ми пережимами и раздувами. Для последних характерны также линзовидные и гнездообразные формы залегания.
Линзой и линзовидной залежью называют такие пласты, которые быстро выклиниваются во всех направлениях, образуя тела ограниченного (по площади) распространения. Они особенно характерны для озерных, речных и лагунных фаций.
Гнездом или карманом называют такие неправильные формы залегания осадочных пород, которые отличаются быстрым выклиниванием на коротких расстояниях. Они характерны для ледниковых отложений, а также для образований коры выветри¬вания.
Весьма своеобразными являются куполообразные и штокообразные формы залегания осадочных пород; первые характерны, например, для известняков, сформировавшихся из коралловых ри¬фов и сохранивших некоторые очертания последних. В виде штоков часто залегают соли, гипс и некоторые другие пластически деформирующиеся горные породы, возникающие при явлениях диапиризма.
Понятие о строении толщ осадочных горных пород. Как из¬вестно, осадочные породы образуются путем последовательного (слой за слоем) накопления минеральных масс. Смена одного слоя другим в вертикальном геологическом разрезе происходит последовательно от более древних (у почвы) к более молодым (у кровли). При этом органические остатки (окаменелости, отпе¬чатки), содержащиеся в слоях, в более или менее непрерывной последовательности сменяются от подстилающего слоя к покры¬вающему слою в соответствии с эволюцией органического мира: слои с остатками более высоко развитых растений и животных находятся стратиграфически выше отложений с формами менее высокоорганизованных организмов. В результате образуются серии согласно залегающих напластований.
В действительности часто наблюдается другое явление, когда после образования подстилающей толщи напластований был зна¬чительный перерыв в осадконакоплении. Во время этого перерыва более древняя толща была в той или иной мере размыта до того, как другая, более молодая толща отложилась уже на ее размытой поверхности. В данном случае, очевидно, нарушается не только непрерывность в осадконакоплении, но и непрерывность смены органических остатков - отпечатков и окаменелостей растений и животных. Иными словами, в данном случае имеем дело со стратиграфическим несогласием напластований.
В период прекращения осадконакопления, когда происходил не только размыв подстилающей толщи, но также имели место нару¬шения первоначального залегания слоев, возникли несогласия другого типа, обусловленные тектоническими (колебательными и дислокационными) движениями земной коры. В этой связи размещение сооружений и механизмов на просадочных грунтах является опасным. Поэтому необходимо проводить предварительную мелиорацию [2].
Мелиорация представляет собой систему организационно-хозяйственных и технических мероприятий, направленных на коренное улучшение земель путем их осушения или орошения (гидромелиорация), изменения структуры почвы промывкой, гипсованием, известкованием и т.д. (химическая мелиорация) [3].
Среди осадочных пород наиболее распространены глинистые, песчаные и карбонатные. Считают, что эти три группы пород со¬ставляют не менее 95-99% всей массы осадочных пород. По подсчетам некоторых ученых соотношение объемов глинистых, песчаных и карбонатных пород равно 5:3:2.
В ходе геологической истории суммарная масса осадочных пород возрастает. В настоящее время она составляет примерно 4% объема земной коры.
|