Геологические процессы подразделяют на эндогенные и экзогенные.

Эндогенные процессы - геологические процессы, связанные с энергией, возникающей в недрах Земли. К ним относятся тектонические движения земной коры, магматизм, метаморфизм горных пород и сейсмическая активность. Главными источниками энергии эндогенных процессов являются тепло и гравитационная неустойчивость -перераспределение материала в недрах Земли по плотности (гравитационная дифференциация).

К эндогенным процессам относятся:

  • - тектонические - разнообразные по направлению и интенсивности движения земной коры, вызывающие ее деформации (смятие в складки) или разрывы слоев;
  • - сейсмические - связанные с землетрясениями;
  • - магматические - связанные с магматической деятельностью;
  • - вулканические - связанные с вулканической деятельностью;
  • - метаморфические - процесс преобразования горных пород под влиянием давления и температуры без привнесения или выноса химических компонентов;
  • - скарновые - метасоматического минерало- и породообразования в результате воздействия на различные горные породы (преимущественно известняки и доломиты) высокотемпературных растворов, содержащих в том или ином количестве Бе, М?, Са, 81, А1 и другие вещества при широком участии летучих компонентов (вода, углекислота, С1, Б, В и др.), и в широком диапазоне температур и давлений при общей эволюции растворов по мере понижения температуры от щелочных к кислым;
  • - грейзеновые - метасоматического изменения гранитовых пород под действием газов, выделяющихся из охлаждающейся магмы с преобразованием полевых шпатов в светлые слюды;
  • - гидротермальные - месторождения руд металлов (Аи, Си, РЬ, 8п, XV и др.) и неметаллических ископаемых (тальк, асбест и др.), образование которых связано с отложением или переотложением рудного вещества из горячих глубинных водных растворов, часто связанных с остывающими в земной коре магматическими очагами.

Тектонические движения - механические движения земной коры, вызываемые силами, действующими в ней и главным образом в мантии Земли, и приводящие к деформации слагающих кору пород. Тектонические движения связаны, как правило, с изменением химического состава, фазового состояния (минерального состава) и внутренней структуры подвергающихся деформации горных пород. Тектонические движения охватывают одновременно очень большие площади.

Геодезические измерения показывают, что практически вся поверхность Земли находится непрерывно в движении, однако скорость тектонических движений невелика, изменяется от сотых долей до первых десятков миллиметров в год, и только накопления этих движений в ходе очень продолжительного (десятки-сотни млн лет) геологического времени приводят к крупным суммарным перемещениям отдельных участков земной коры.

Американский геолог Г. Джильберт предложил (1890 г.), а немецкий геолог X. Штилле развил (1919г.) классификацию тектонических движений с разделением их на эпейрогенические, выражающиеся в длительных поднятиях и опусканиях крупных участков земной поверхности, и орогеиические, проявляющиеся эпизодически (орогени-ческие фазы) в определённых зонах образованием складок и разрывов и ведущие к формированию горных сооружений. Эта классификация применяется до сих пор, но её основной недостаток - объединение в понятие орогенеза двух принципиально различных процессов -складко- и разрывообразования, с одной стороны, и горообразования - с другой. Были предложены и другие классификации. Одна из них (отечественные геологи А. П. Карпинский, М. М. Тетяев и др.) предусматривала выделение колебательных складко- и разрывообразующих тектонических движений, другая (немецкий геолог Э. Харман и голландский учёный Р. В. ван Беммелен) - ундационных (волновых ) и ундуляционных (складчатых ) тектонических движений. Стало ясным, что тектонические движения весьма разнообразны как по форме проявления, так и по глубине зарождения, а также, очевидно, по механизму и причинам возникновения.

По другому принципу тектонические движения были разделены ещё М. В. Ломоносовым на медленные (вековые ) и быстрые. Быстрые движения связаны с землетрясениями и, как правило, отличаются высокой скоростью, на несколько порядков превышающей скорость медленных движений. Смещения земной поверхности во время землетрясений составляют несколько метров, иногда более 10 м. Однако такие смещения проявляются эпизодически.

Существенное значение имеет подразделение тектонических движений на вертикальные {радиальные ) и горизонтальные {тангенциальные), хотя оно и носит в большей мере условный характер, так как эти движения взаимосвязаны и переходят одни в другие. Поэтому правильнее говорить о тектонических движениях с преобладающей вертикальной или горизонтальной компонентой. Преобладающие вертикальные движения обусловливают поднятия и опускания земной поверхности, в том числе образование горных сооружений. Они являются основной причиной накопления мощных толщ осадочных пород в океанах и морях, а отчасти и на суше. Горизонтальные движения наиболее ярко проявляются в образовании крупных сдвигов отдельных блоков земной коры относительно других с амплитудой в сотни и даже тысячи километров, в их надвигах с амплитудой в сотни километров, а также в образовании океанических впадин шириной в тысячи километров в результате раздвига глыб континентальной коры.

Тектонические движения отличаются определённой периодичностью или неравномерностью, которая выражается в изменениях знака и (или) скорости во времени. Относительно короткопериодические вертикальные движения с частой переменой знака (обратимые) называются колебательными. Горизонтальные движения обычно длительно сохраняют свою направленность и являются необратимыми. Колебательные тектонические движения, вероятно, служат причиной трансгрессий и регрессий моря, образования морских и речных террас.

По времени проявления выделяют новейшие тектонические движения, которые непосредственно отражаются в современном рельефе Земли и поэтому распознаются не только геологическими, но и геоморфологическими методами, и современные тектонические движения, которые изучаются также и геодезическими методами (повторное нивелирование и пр.). Они составляют предмет исследования новейшей тектоники.

Тектонические движения отдалённого геологического прошлого устанавливаются по распространению трансгрессий и регрессий океана, по суммарной толщине (мощности) накопившихся осадочных отложений, по распределению их фаций и источников обломочного материала, снесённого в депрессии. Таким способом выясняется вертикальная компонента перемещения верхних слоев земной коры или поверхности консолидированного фундамента, расположенного под осадочным чехлом. В качестве репера используется уровень Мирового океана, который считают почти постоянным, с возможными отклонениями до 50-100 м при таянии или образовании ледников, а также более значительными - до нескольких сот метров в результате изменения ёмкости океанических впадин при их разрастании и образовании срединно-океанических хребтов.

Крупные горизонтальные перемещения, которые признаются не всеми учёными, устанавливаются как по геологическим данным, путём графического выпрямления складок и восстановления надвинутых толщ горных пород в первоначальном положении, так и на основании изучения остаточной намагниченности горных пород и изменений палеоклимата. Считается, что при достаточном количестве па-леомагнитных и геологических данных можно восстанавливать былое расположение материков и океанов и определять скорость и направление перемещений, происходивших в последующее время, например с конца палеозойской эры.

Скорость горизонтальных перемещений определяется сторонниками мобилизма по ширине новообразованных океанов (Атлантического, Индийского), по палеомагнитным данным, указывающим на изменения широты и ориентировки по отношению к меридианам, и по ширине образующихся при разрастании океанического дна полос магнитных аномалий различного знака, которые сопоставляются с длительностью эпох различной полярности магнитного поля Земли. Эти оценки, как и скорость современных горизонтальных движений, измеренная геодезическими методами в рифтах (Восточная Африка), складчатых областях (Япония, Таджикистан) и на сдвигах (Калифорния), составляют 0,1-10 см/г. На протяжении миллионов лет скорость горизонтальных движений изменяется незначительно, направление остаётся почти постоянным.

Вертикальные движения имеют, напротив, переменный, колебательный характер. Повторные нивелировки показывают, что скорость опускания или поднятия на равнинах обычно не превышает 0,5 см/год, поднятие в горных областях (например, на Кавказе) достигает 2 см/год. В то же время средние скорости вертикальных тектонических движений, определяемые для больших интервалов времени (например, за десятки миллионов лет), не превышают 0,1 см/год в подвижных поясах и 0,01 см/год на платформах. Это различие в скоростях, измеренных за малые и большие промежутки времени, указывает на то, что в геологических структурах фиксируется лишь интегральный результат вековых вертикальных движений, накапливающийся при суммировании колебаний противоположного знака.

Сходство тектонических движений, повторяющихся на одних и тех же тектонических структурах, позволяет говорить об унаследованном характере вертикальных тектонических движений. К тектоническим движениям обычно не относят перемещения горных пород в приповерхностной зоне (десятки метров от поверхности), вызванные нарушениями их гравитационного равновесия под влиянием экзогенных (внешних) геологических процессов, а также периодические поднятия и опускания земной поверхности, обусловленные твёрдыми приливами Земли вследствие притяжения Луны и Солнца. Спорным является отнесение к тектоническим движениям процессов, связанных с восстановлением изостатического равновесия, например поднятий при сокращении крупных ледниковых покровов типа антарктического или гренландского. Локальный характер носят движения земной коры, вызванные деятельностью вулканов. Причины тектонических движений до сих пор достоверно не установлены; в этом отношении высказываются различные предположения.

По мнению ряда учёных, глубинные тектонические движения вызваны системой крупных конвекционных течений, охватывающих верхние и средние слои мантии Земли. С такими течениями, по-видимому, связано растяжение земной коры в океанах и сжатие в складчатых областях, над теми зонами, где происходит сближение и погружение встречных течений. Другие учёные (В. В. Белоусов) отрицают существование замкнутых конвекционных течений в мантии, но допускают подъём разогретых в низах мантии и более лёгких продуктов её дифференциации, вызывающий восходящие вертикальные движения коры. Охлаждение этих масс служит причиной её опусканий. При этом горизонтальным движениям не придаётся существенного значения, и они считаются производными от вертикальных. При выяснении природы движений и деформаций земной коры некоторые исследователи отводят определённую роль напряжениям, возникающим в связи с изменениями скорости вращения Земли, другие считают их слишком незначительными.

Глубинное тепло Земли имеет преимущественно радиоактивное происхождение. Непрерывная генерация тепла в недрах Земли ведёт к образованию его потока, направленного к поверхности. На некоторых глубинах при благоприятном сочетании вещественного состава, температуры и давления могут возникать очаги и слои частичного плавления. Таким слоем в верхней мантии является астеносфера - основной источник образования магмы; в ней могут возникать конвекционные токи, которые служат предположительной причиной вертикального и горизонтального движений литосферы. В зонах вулканических поясов островных дуг и окраин континентов основные очаги магм связаны со сверхглубинными наклонными разломами (зоны Завариц-кого-Беньофа), уходящими под них со стороны океана (приблизительно до глубины 700 км). Под влиянием теплового потока или непосредственно тепла, приносимого поднимающейся глубинной магмой, возникают так называемые коровые очаги магмы в самой земной коре; достигая приповерхностных частей коры, магма внедряется в них в виде различных по форме интрузивов или изливается на поверхность, образуя вулканы.

Гравитационная дифференциация вела к расслоению Земли на геосферы разной плотности. На поверхности Земли она проявляется также в форме тектонических движений, которые, в свою очередь, ведут к тектоническим деформациям пород земной коры и верхней мантии. Накопление и последующая разрядка тектонических напряжений вдоль активных разломов приводят к землетрясениям.

Оба вида глубинных процессов тесно связаны: радиоактивное тепло, понижая вязкость материала, способствует его дифференциации, а последняя ускоряет вынос тепла к поверхности. Предполагается, что сочетание этих процессов ведёт к неравномерности во времени выноса тепла и лёгкого вещества к поверхности, что, в свою очередь, можно объяснить наличием в истории земной коры тектономагматических циклов.

Тектонические циклы (этапы) - большие (более 100 млн лет) периоды геологической истории Земли, характеризующиеся определённой последовательностью тектонических и общегеологических событий. Наиболее ярко проявляются в подвижных областях Земли, где цикл начинается погружениями земной коры с образованием глубоких морских бассейнов, накоплением мощных толщ осадков, подводным вулканизмом, образованием основных и ультраосновных интрузивно-магматических пород. Возникают островные дуги, проявляется андезитовый вулканизм, морской бассейн расчленяется на более мелкие, начинаются складчато-надвиговые деформации. Далее происходит формирование складчатых и складчато-покровных горных сооружений, окаймленных и разделённых передовыми (краевыми, предгорными) и межгорными прогибами, которые заполняются продуктами разрушения гор - мопассами. Этот процесс сопровождается региональным метаморфизмом, гранитообразованием, липарит-базальтовы-ми наземными вулканическими излияниями.

Сходная последовательность событий наблюдается и на платформах: смена континентальных условий за счет трансгрессии моря, а затем снова регрессии и установления континентального режима с образованием кор выветривания, с соответствующим изменением типа осадков - вначале континентальных, затем лагунных, нередко соленосных или угленосных, далее морских обломочных, в середине цикла преимущественно карбонатных или кремнистых, в конце снова морских, лагунных (соли) и континентальных (иногда ледниковых).

Интенсивным складчато-надвиговым деформациям и горообразованию в одних подвижных зонах нередко соответствуют образование в их тылу новых зон погружений и формирование систем рифтов -авлакогенов на платформах.

Средняя продолжительность тектонических циклов в фанерозое 150-180 млн лет (в докембрии тектонические циклы были, по-видимому, более продолжительными). Наряду с такими циклами иногда выделяют более крупные - мегациклы (мегаэтапы) - длительностью в сотни миллионов лет. В Европе, отчасти в Северной Америке и Азии в позднем докембрии и фанерозое установлены следующие циклы: гренвильский (средний рифей); байкальский (поздний рифей-венд); каледонский (кембрий-девон); герцинский (девон-пермь); киммерийский или мезозойский (триас-юра); альпийский (мел-кайнозой).

Первоначальное схематичное представление о тектонических циклах как строго синхронных в масштабах всей планеты, повсеместно повторяющихся и отличающихся одинаковым комплексом явлений, до сих пор справедливо оспаривается. В действительности, конец одного и начало другого циклов нередко оказываются синхронными (в разных, часто смежных регионах). В каждой отдельной подвижной системе наиболее полно выражены обычно один или два цикла, непосредственно предшествующие превращению ее в складчатую горную систему, а более ранние отличаются неполнотой набора характерных для них явлений, которые иногда сливаются друг с другом. В масштабе всей истории Земли тектоническая цикличность выступает лишь как осложнение общего её направленного развития. Отдельные циклы образуют стадии мегациклов, а они, в свою очередь, - крупные этапы истории Земли в целом. Причины цикличности пока не установлены. Высказываются предположения о периодичном накоплении тепла и возрастании теплового потока, исходящего из глубоких недр Земли, о циклах подъёма или круговорота (конвекции) продуктов дифференциации вещества мантии и др.

Пространственные неравномерности тех же глубинных процессов привлекаются к объяснению разделения земной коры на более или менее геологически активные регионы, например на горноскладчатые области и платформы.

С эндогенными процессами связано формирование рельефа Земли и образование многих важнейших полезных ископаемых.

Экзогенные процессы - геологические процессы, обусловленные внешними по отношению к Земле источниками энергии (преимущественно солнечное излучение) в сочетании с силой тяжести. Экзогенные процессы протекают на поверхности и в приповерхностной зоне земной коры в форме механического и физико-химического её взаимодействия с гидросферой и атмосферой. К ним относятся осадкообразование и образование месторождений осадочных полезных ископаемых, выветривание, геологическая деятельность ветра (эоловые процессы, дефляция), проточных поверхностных и подземных вод (эрозия, денудация), озёр и болот, вод морей и океанов (абразия), ледников (экзарация).

Экзогенные процессы включают разные виды выветривания в виде разрушений:

  • - дефляционные - выдувание, обтачивание и шлифование горных пород минеральными частицами, переносимыми ветром;
  • - селевые - образование и перемещение грязевых или грязекаменных потоков;
  • - эрозионные - размывание почв и горных пород водными потоками;

или разных процессов накопления осадков:

  • - аллювиальные - отложения рек в виде песка, галечника, конгломератов;
  • - делювиальные - перемещение продуктов выветривания горных пород вниз по склону под влиянием силы тяжести, дождевых и талых вод;
  • - коллювиальные - смещение склоновых обломков под влиянием силы тяжести;
  • - оползневые - отрыв земельных масс и горных пород и перемещение их по склону под влиянием силы тяжести;
  • - осадкообразующие - отложение осадков из воды, воздуха (в участках затишья) или на склонах под действием силы тяжести;
  • - пролювиальные - перемещение временными потоками продуктов разрушения горных пород и отложение их у подножий гор часто в виде конусов выноса;
  • - рудообразующие - накопление рудного вещества под действием разных причин: самородного золота - в результате выпадения из водных потоков, оксидов алюминия - выпадения из водных растворов и т. д.;
  • - элювиальные - продукты разрушения горных пород остаются на месте своего образования.

Выветривание - процесс разрушения и изменения горных пород в условиях земной поверхности в результате механического и химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и организмов. По характеру среды, в которой происходит выветривание, оно может быть атмосферным и подводным. По роду воздействия выветривания на горные породы различают физическое выветривание , ведущее только к механическому распаду породы на обломки; химическое выветривание, при котором изменяется химический состав горной породы с образованием минералов, более стойких в условиях земной поверхности; органическое (биологическое) выветривание, сводящееся к механическому раздроблению или химическому изменению породы в результате жизнедеятельности организмов. Своеобразным типом выветривания является почвообразование, при котором особенно активную роль играют биологические факторы. Выветривание горных пород происходит под влиянием воды (атмосферные осадки и грунтовые воды), углекислоты и кислорода, водяных паров, атмосферного и грунтового воздуха, сезонных и суточных колебаний температуры, жизнедеятельности макро- и микроорганизмов и продуктов их разложения. На скорость и степень выветривания, мощность образующихся продуктов выветривания и на их состав кроме перечисленных агентов влияют также рельеф и геологическое строение местности, состав и структура материнских пород. Подавляющее число физических и химических процессов выветривания (окисление, сорбция, гидратация, коагуляция) происходит с выделением энергии. Обычно виды выветривания действуют одновременно, но в зависимости от климата тот или иной из них преобладает.

Физическое выветривание происходит главным образом в условиях сухого и жаркого климата и связано с резкими колебаниями температуры горных пород при нагревании солнечными лучами (инсоляция) и последующем ночном охлаждении; быстрое изменение объёма поверхностных частей пород ведёт к их растрескиванию. В областях с частыми колебаниями температуры около О °С механическое разрушение пород происходит под влиянием морозного выветривания; при замерзании воды, проникшей в трещины, объём ее увеличивается и порода разрывается.

Химические и органические типы выветривания свойственны главным образом пластам с влажным климатом. Основные факторы химического выветривания - воздух и особенно вода, содержащая соли, кислоты и щелочи. Водные растворы, циркулирующие в толще пород, помимо простого растворения способны производить также сложные химические изменения.

Физические и химические процессы выветривания происходят в тесной взаимосвязи с развитием и жизнедеятельностью животных и растений и действием продуктов их распада после смерти. Наиболее благоприятными для образования и сохранения продуктов выветривания (минералов) являются условия тропического или субтропического климата и незначительное эрозионное расчленение рельефа. При этом толще горных пород, подвергшихся выветриванию, свойственна (в направлении сверху вниз) геохимическая зональность, выраженная характерным для каждой зоны комплексом минералов. Последние образуются в результате следующих друг за другом процессов: распада пород под влиянием физического выветривания, выщелачивания оснований, гидратации, гидролиза и окисления. Эти процессы часто идут до полного разложения первичных минералов, вплоть до образования свободных оксидов и гидроксидов.

В зависимости от степени кислотности - щёлочности среды, а также участия биогенных факторов образуются минералы различного химического состава: от устойчивых в щелочной среде (в нижних горизонтах) до устойчивых в кислой или нейтральной среде (в верхних горизонтах). Разнообразие продуктов выветривания, представленных различными минералами, определяется составом минералов первичных горных пород. Например, на ультраосновных породах (серпентинитах) верхняя зона представлена породами, в трещинах которых образуются карбонаты (магнезит, доломит). Далее следуют горизонты карбонатизации (кальцит, доломит, арагонит), гидролиза, с которым связано образование нонтронита и накопление никеля (ЫЮ до 2,5 %), окремнения (кварц, опал, халцедон). Зона конечного гидролиза и окисления сложена гидрогётитом (охристым), гётитом, магнетитом, оксидами и гидроксидами марганца (никель- и кобальтсодержащими). С процессами выветривания связаны крупные месторождения никеля, кобальта, магнезита и природно-легированных железных руд.

В тех случаях, когда продукты выветривания не остаются на месте своего образования, а уносятся с поверхности выветривающихся пород водой или ветром, нередко возникают своеобразные формы рельефа, зависящие как от характера выветривания, так и от свойств горных пород, в которых процесс как бы проявляет и подчеркивает особенности их строения (рис. 15).

Рис. 15.

Россия (БСЭ).

Для изверженных пород (гранитов, диабазов и др.) характерны массивные округлённые формы выветривания; для слоистых осадочных и метаморфических - ступенчатые (карнизы, ниши и т. п.). Неоднородность пород и неодинаковая устойчивость их различных участков против выветривания ведёт к образованию останцев в виде изолированных гор, столбов (рис. 16), башен и т. п.

Во влажном климате на наклонных поверхностях однородных, сравнительно легко растворимых в воде пород, например, известняков, стекающие воды разъедают неправильной формы углубления, разделённые острыми выступами и гребнями, в результате чего образуется неровная поверхность, известная под названием карров.

Рис. 16.

реки Енисей у Красноярска (БСЭ).

В процессе перерождения остаточных продуктов выветривания образуется много растворимых соединений, которые сносятся грунтовой водой в водные бассейны и входят в состав растворённых солей или выпадают в осадок. Процессы выветривания приводят к образованию различных осадочных пород и многих полезных ископаемых: каолинов, охр, огнеупорных глин, песков, руд железа, алюминия, марганца, никеля, кобальта, россыпей золота, платины и др., зон окисления колчеданных месторождений с их полезными ископаемыми и др.

Дефляция (от позднелат. с 1 е/ 1 аИо - выдувание, сдувание) - развевание, разрушение горных пород и почв под действием ветра, сопровождающееся перенесением и обтачиванием оторванных частиц. Особенно сильна дефляция в пустынях, в тех их частях, со стороны которых дуют господствующие ветры (например, в южной части пустыни Каракумы). Совокупность процессов дефляции и физического выветривания приводит к образованию обточенных скал причудливой формы в виде башен, колонн, обелисков и т. п.

Эрозия почвы - разрушение почвы водой и ветром, перемещение продуктов разрушения и их переотложение.

Образование эоловых форм рельефа происходит под действием ветра преимущественно в районах с аридным климатом (пустыни, полупустыни); встречается также по берегам морей, озер и рек со скудным растительным покровом, не способным защитить от действия ветра рыхлые и разрушенные выветриванием породы субстрата. Наиболее распространены аккумулятивные и аккумулятивнодефляционные формы , образующиеся в результате перемещения и отложения ветром песчаных частиц, а также выработанные (дефляционные) эоловые формы рельефа, возникающие за счет выдувания (дефляции) рыхлых продуктов выветривания, разрушения горных пород под воздействием динамических ударов самого ветра и особенно под действием ударов мелких частиц, переносимых ветром в ветропесчаном потоке.

Форма и величина аккумулятивных и аккумулятивно-дефляционных образований зависит от режима ветров (силы, частоты, направления, структуры ветрового потока), преобладающего в данной местности и действовавшего в прошлом, от насыщенности песчаными частицами ветропесчаного потока, степени связности рыхлого субстрата растительностью, от увлажнения и других факторов, а также от характера подстилающего рельефа. Наибольшее влияние на облик эоловых форм рельефа в песчаных пустынях оказывает режим активных ветров, действующих аналогично водному потоку с турбулентным движением среды близ твердой поверхности. Для средне- и мелкозернистого сухого песка (при диаметре зерен 0,5-0,25 мм) минимальная скорость активного ветра составляет 4 м/с. Аккумулятивные и дефляционно-аккумулятивные формы, как правило, перемещаются в соответствии с сезонно господствующим направлением ветров: поступательно при годовом воздействии активных ветров одного или близких направлений; колебательно и колебательно-поступательно, если направления этих ветров в течение года существенно меняются (на противоположные, перпендикулярные и т. п.). Особенно интенсивно (со скоростью до нескольких десятков метров в год) происходит перемещение оголенных песчаных аккумулятивных форм.

Для аккумулятивных и дефляционно-аккумулятивных эоловых форм рельефа пустынь характерно одновременное присутствие наложенных друг на друга форм нескольких категорий величин: 1 -я категория - ветровая рябь, высотой от долей миллиметра до 0,5 м, расстоянием между гребнями от нескольких миллиметров до 2,5 м; 2-я категория - щитовидные скопления высотой не менее 40 см; 3-я категория - барханы до 2-3 м высотой, соединяющиеся в продольную ветрам гряду или в поперечную ветрам барханную цепь; 4-я категория -барханный рельеф высотой до 10-30 м; 5-я и 6-я категории - крупные формы (высотой до 500 м), образующиеся в основном восходящими потоками воздуха. В пустынях умеренного пояса, где большую роль играет растительность, сдерживающая работу ветра, рельефообразо-вание идет замедленнее и самые крупные формы не превышают 60-70 м, наиболее характерны здесь прикустовые косички, холмики-косы и прикустовые бугры высотой от нескольких дециметров до 10-20 м.

Поскольку господствующий режим ветров (пассатный, муссонно-бризный, циклональный и др.) и скрепленность рыхлого субстрата в первую очередь определяются зонально-географическими факторами, аккумулятивные и аккумулятивно-дефляционные эоловые формы рельефа распределяются в целом зонально. Согласно классификации, предложенной географом Б. А. Федоровичем, оголенные легкоподвижные песчаные формы характерны, главным образом, для тропических экстрааридных пустынь (Сахара, пустыни Аравийского полуострова, Ирана, Афганистана, Такла-Макан); полузаросшие слабоподвижные - преимущественно для внетропических пустынь (пустыни Средней Азии и Казахстана, Джунгарии, Монголии, Австралии); заросшие в основном неподвижные дюнные формы - для внепустын-ных территорий (главным образом древнеледниковых областей Европы, Западной Сибири, Северной Америки). Детальная классификация аккумулятивных и дефляционно-аккумулятивных эоловых форм рельефа в зависимости от режима ветров дана при описании дюн и барханов.

Среди выработанных микроформ (до нескольких десятков сантиметров в поперечнике) наиболее распространены решетчатые или сотовые скалы, сложенные в основном терригенными породами; среди форм средней величины (метры и десятки метров) - ярданги, ложбины, котлы и ниши выдувания, скалы причудливой формы (грибообразные, кольцевые и др.), скопления которых нередко образуют целые эоловые «города»; к крупным выработанным формам (несколько километров в поперечнике) относят котловины выдувания и солончаково-дефляционные впадины, образующиеся при совместном воздействии интенсивно протекающих процессов физикохимического (солевого) выветривания и дефляции (в том числе огромные площади до сотен километров; например, впадина Карагие в Западном Казахстане). Всестороннее изучение эоловых форм рельефа, их морфологии, происхождения, динамики имеет важное значение при хозяйственном освоении пустынь.

Абразия (от лат. аЪгаяю - соскабливание, сбривание) - разрушение волнами и прибоем берегов морей, озёр и крупных водохранилищ. Интенсивность абразии зависит от степени волнового воздействия водоёма. Важнейшим условием, предопределяющим абразионное развитие берега, является относительно крутой угол исходного откоса (больше 1 °) прибрежной части дна моря или озера. Абразия создаёт на берегах абразионную террасу, или бенч, и абразионный уступ, или клиф (рис. 17). Образующиеся при этом в результате разрушения горных пород песок, гравии, галька могут вовлекаться в процессы перемещения наносов и служить материалом для береговых аккумулятивных форм. Часть материала сносится волнами и течениями к подножию абразионного подводного склона и образует здесь прислонённую аккумулятивную террасу. По мере расширения абразионной террасы абразия постепенно затухает (так как расширяется полоса мелководья, на преодоление которой расходуется энергия волн) и при поступлении наносов может смениться аккумуляцией. На склонах искусственных водохранилищ, уклоны которых в прошлом формировались иными, не абразионными факторами, темп абразии особенно высок - до десяти метров в год.


Рис. 17.

К - клиф; АТ - абразионная терраса (бенч); ПАТ - подводная аккумулятивная терраса; УВ - уровень воды. Пунктирной линией обозначен доабрази-онный рельеф (БСЭ).

Экзарация (от позднелат. ехагайо - выпахивание) - ледниковое выпахивание, разрушение ледником горных пород, слагающих его ложе, и удаление продуктов разрушения (отторженцев, валунов, гальки, песка, глины и др.) движущимся ледником. В результате экзарации возникают троги, озёрные котловины, «бараньи лбы», «курчавые скалы», ледниковые шрамы, штриховка. Наряду с разрушением горных пород происходят их сглаживание, полировка и шлифовка.

Главные формы проявления экзогенных процессов на поверхности Земли:

  • - разрушение горных пород и химическое преобразование слагающих их минералов (физическое, химическое, органическое выветривание);
  • - удаление и перенос разрыхлённых и растворимых продуктов разрушения горных пород водой, ветром и ледниками;
  • - отложение (аккумуляция) этих продуктов в виде осадков на суше или на дне водных бассейнов и постепенное их преобразование в осадочные горные породы в результате последовательных процессов се-диментогенеза, диагенеза и катагенеза.

Экзогенные процессы в сочетании с эндогенными участвуют в формировании рельефа Земли, в образовании толщ осадочных горных пород и связанных с ними месторождений полезных ископаемых. Например, в условиях проявления специфических процессов выветривания и осадконакопления образуются руды алюминия (бокситы), железа, никеля и др.; в результате селективного отложения минералов водными потоками формируются россыпи золота и алмазов; в условиях, благоприятствующих накоплению органического вещества и обогащенных им толщ осадочных горных пород, возникают горючие полезные ископаемые.

Поверхность Земли и ее недра непрерывно изменяются под воздействием самых разнообразных сил и факторов. Эти процессы изменения протекают в подавляющем своем большинстве крайне медленно с точки зрения человека, незаметно не только непосредственно для его глаза, но часто и незаметно для многих сменяющих друг друга поколений людей. Однако именно эти медленные процессы в течение миллионов и миллиардов лет истории Земли приводят к наиболее разительным и крупным переменам в ее лике и внутреннем строении. Они и составляют главное содержание истории Земли.

Чтобы верно понять динамику Земли и правильно истолковать закономерности ее развития, требуется очень тонкое наблюдение именно над медленно протекающими геологическими процессами.


Для удобства изучения геологические процессы разделяют на две большие группы: процессы внешней геодинамики, или внешние экзогенные процессы, и процессы внутренней геодинамики, или внутренние эндогенные процессы.

Разделение процессов на внешние и внутренние носит несколько условный характер, так как между ними нет категорического разграничения, а наоборот, наблюдается тесное взаимодействие. Тем не менее подобное деление методически вполне оправдано.

Экзогенные (внешние) процессы возникают в результате взаимодействия каменной оболочки с внешними сферами: атмосферой, гидросферой и биосферой. Эндогенные процессы проявляются при воздействии внутренних сил Земли на ту же каменную оболочку.

Экзогенные процессы в свою очередь подразделяются на три большие группы: процессы выветривания, процессы денудации и процессы аккумуляции, или осадконакопления. Денудация и аккумуляция по эффекту воздействия на рельеф являются нивелирующими.

Выветривание представляет собой процесс изменения (разрушения) горных пород и минералов вследствие приспособления их к условиям земной поверхности. Оно состоит в изменении физических свойств минералов и горных пород, главным образом сводящегося к их механическому разрушению, разрыхлению и изменению химических свойств под воздействием воды, кислорода и углекислого газа атмосферы и жизнедеятельности организмов.

Денудация и аккумуляция (или осадконакопление) тесно взаимосвязаны. Под денудацией понимается совокупность процесса сноса продуктов разрушения горных пород, создаваемых в основном выветриванием. Она проявляется главным образом в пределах суши и сводится к перемещению раздробленного или химически растворенного материала с возвышенностей в депрессии рельефа - долины, котловины, озерные и морские бассейны. Главными ее агентами являются сила тяжести, текучие воды, ветер и движущиеся льды ледников. Денудация (от латинского слова «денудо» - обнажаю) приводит к разрушению целых горных систем, шаг за шагом сравнивая их с землей и превращая в равнины.

Аккумуляция - это сумма всех процессов накопления осадков, возникающих в понижениях рельефа Земли за счет принесенных денудацией продуктов выветривания. Она является первой стадией образования новых осадочных горных пород.

Выветривание лишь подготавливает материал для денудации, но само по себе еще не приводит к серьезным изменениям лика Земли. Денудация же является наиболее активным фактором преобразования Земли, мобилизующим, приводящим в движение огромные массы вещества. Поэтому изучение денудации является одним из главных предметов динамической геологии. Аккумуляция - это дальнейшее звено в цепи экзогенных процессов, сводящееся к тому, что продукты выветривания как бы вновь обретают покой, теряют свою подвижность, входя в состав осадочных пород. Однако аккумуляция не является конечным звеном в цепи преобразования материи, но лишь этапом в круговороте ее в условиях Земли.

Эндогенными (внутренними) процессами называются такие геологические процессы, происхождение которых связано с глубокими недрами Земли. Вещество земного шара развивается во всех частях, в том числе и в глубинных. В недрах Земли под внешними её оболочками происходят сложные физико-механические и физико-химические преобразования вещества, в результате которых возникают мощные силы, воздействующие на земную кору и коренным образом преобразующие последнюю. Вот эти-то преобразующие процессы и называются эндогенными процессами.

Наиболее отчетливо эндогенные процессы выражаются в явлениях вулканизма, под которыми понимаются процессы, связанные с перемещением магмы как в верхние слои земной коры, так и на ее поверхность.

Явления вулканизма знакомят человека с матрицей, располагающейся в глубинах земного шара, с её физическим состоянием и химическим составом. Проявления поверхностного вулканизма происходят не повсеместно, а приурочены к определённым участкам земной коры, положение и площадь которых изменялись в ходе геологической истории.

Магма, внедряясь в земную кору, очень часто не достигает поверхности, а застывает где-то на глубине, образуя при этом глубинные, интрузивные горные породы (гранит, габбро и др.).

Явления внедрения магмы в земную кору получили название, глубинного вулканизма, или плутонизма.

Вторым видом эндогенных процессов являются землетрясения, проявляющиеся в определенных участках земной поверхности в виде кратковременных толчков или сотрясений.

Землетрясение возникает при внезапном освобождении энергии, которая долгое время накапливается в результате тектонических процессов относительно локализованных областях земной коры и верхней мантии. При этом происходит разрыв (разлом) сплошности горных пород, иногда на многие десятки километров.

Большинство землетрясений происходит на глубине до 70 км, такие землетрясения называются поверхностными. Землетрясения, которые происходят на глубине от 70 до 300 км, называют промежуточными, а глубже 300 км - глубокими. До сих пор не было зарегистрировано ни одного землетрясения глубже 720 км.

Распределение землетрясений по энергии, по географическим зонам, а также их связь со строением этих зон, т.е. вся эта совокупность характеристик, объединяются понятием сейсмичность.

С 1964 года в странах Европейского союза применяется современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS). Шкала MSK - 64 лежит в основе СНиП-11-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ.

Сила землетрясения

Краткая характеристика

Не ощущается.

Отмечается только сейсмическими приборами.

Очень слабые толчки

Отмечается сейсмическими приборами. Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными.

Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение от грузовика.

Умеренное

Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен. Внутри здания сотрясение ощущает большинство людей.

Довольно сильное

Под открытым небом ощущается многими, внутри домов - всеми. Общее сотрясение здания, колебание мебели. Маятники часов останавливаются. Трещины в оконных стёклах и штукатурке. Пробуждение спящих. Ощущается людьми и вне зданий, качаются тонкие ветки деревьев. Хлопают двери.

Ощущается всеми. Многие в испуге выбегают на улицу. Картины падают со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются.

Очень сильное

Повреждения (трещины) в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные и плетневые постройки остаются невредимыми.

Разрушительное

Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются.

Опустошительное

Сильное повреждение и разрушение каменных домов. Старые деревянные дома кривятся.

Уничтожающее

Трещины в почве иногда до метра шириной. Оползни и обвалы со склонов. Разрушение каменных построек. Искривление железнодорожных рельсов.

Катастрофа

Широкие трещины в поверхностных слоях земли. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома почти полностью разрушаются. Сильное искривление и выпучивание железнодорожных рельсов.

Сильная катастрофа

Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. Ни одно сооружение не выдерживает.

Явления землетрясений, так же как и вулканизм, всегда поражали воображение человека. В тех случаях, когда толчки приходились на населенные пункты, землетрясения приносили человечеству значительные бедствия: гибель многих людей, разрушения построек и т.д. Чувствительные сейсмографы ежегодно регистрируют около миллиона землетрясений, одно из них может быть катастрофическим, а около ста - разрушительной силы.

Последствия катастрофического землетрясения в Сан-Франциско, США в 1906 году

Одним из самых ярких проявлений внутренних сил являются складчатые и разрывные деформации земной коры. Эти явления, в большинстве случаев недоступные непосредственному наблюдению, хорошо запечатлелись в характере залегания осадочных пород, слагающих земную кору. Осадки морей и океанов выпадая из воды, ложатся обычно ровными горизонтальными пластами. Вследствие же складкообразования эти горизонтально залегающие пласты оказываются собранными в различного вида складки, а иногда разорванными или надвинутыми друг на друга.

Явление смятия и разрыва пластов способствует образованию возвышенностей и гор, впадин и котловин. Многие ученые приписывали явлению складчатых деформаций главную роль в образовании гор, считая, что породы, сминаясь в складки, вспучивают земную поверхность и образуют возвышенности. Этот процесс получил название орогенеза («орос» по-гречески возвышенность, «генез» - образование). В настоящее время установлено, что в образовании гор колебательные движения играют не меньшую роль, чем складчатые, поэтому термин «орогенез», утратив свое первоначальное значение, стал употребляться реже.

Складчатые деформации проявляются только в определенных, наиболее подвижных и наиболее проницаемых для магмы участках земной коры, именуемых геосинклиналями. В противоположность им устойчивые, со слабой тектонической активностью, области называются платформами.

Складчатые деформации, землетрясения и особенно вулканизм способствуют существенному изменению горных пород, слагающих земную кору. Вследствие сдавливания они становятся более плотными и твердыми, а под действием высокой температуры обжигаются и даже переплавляются. Действие паров и газов, выделяемых из магмы, способствует образованию в горных породах новых минералов. Все эти явления преобразования горных пород под действием эндогенных процессов носят название метаморфизма.

Подразделение геологических процессов на эндогенные и экзогенные.

Эндогенные процессы: вулканизм и сейсмические явления.

Сейсмические явления: причины и основные параметры землетрясений. Сейсмическое районирование для строительства.

Экзогенные геологические процессы: выветривание, деятельность ветра, деятельность поверхностных текучих вод, деятельность морей и океанов, деятельность ледников, мерзлотные процессы.

Деятельность человека как геологический фактор: добыча полезных ископаемых, строительство (городское, дорожное, гидротехническое).

Методические указания

Изучая сейсмические явления, необходимо разобраться в механизме землетрясений, в понятиях «гипоцентр» и «эпицентр», знать основные виды волн и классификацию землетрясений по глубине и силе. Экзогенные процессы проявляются в сглаживании земной поверхности перемещением горных пород с выпуклых форм рельефа в вогнутые. При этом породы подвергаются тройному воздействию:

    разрушению;

    переносу;

    отложению, накоплению и уплотнению.

Студенту необходимо разобраться в сущности протекания каждого из экзогенных геологических процессов. Особое внимание следует уделять таким понятиям, как эрозия, элювий, делювий, пролювий, аллювий, морена.

Сейсмические явления в геологии относят к внутренним эндогенным процессам. Это колебания упругих волн в земной коре. Точку зарождения землетрясений, находящуюся на глубине от поверхности, называют очагом землетрясения или гипоцентром, а точку, лежащую над ним – эпицентром. Наиболее разрушительны очаги землетрясений, залегающие неглубоко (0-10 км). Разрушения связаны с распространением сейсмических волн. От гипоцентра распространяются продольные волны со скоростью до 4-5 км/с, перпендикулярно к ним идут поперечные волны. Их скорость составляет около 2 км/с. А на поверхности возникают поверхностные волны – до 500 м/с. Комплекс этих волн вызывает сейсмодеформации – трещины в земной коре, ступенчатые оседания, вспучивания и смещения грунтов: обвалы, осыпи, оползни. В районах застройки – разрушения зданий и сооружений. Сила землетрясений характеризуется баллами по шкале Рихтера (12-ти бальная).

Районы, где ожидаются землетрясения силой в 6 баллов и более, называются сейсмоопасными. Строительство в этих районах ведется с учетом сейсмичности, т.е. учитывается рельеф местности, наличие дислокаций слоев, наличие грунтовых вод и их близость к поверхности, возможность оползней, обвалов, осыпей и т.п. При этом учитывают жесткость конструкций, этажность, массивность зданий и сооружений.

К эндогенным процессам также относятся вулканизм и сейсмические явления. Появление вулканизма представляет собой один из наиболее важных геологических процессов, имеющих огромное значение в истории развития земной коры. Ни одна область на земле не формировалась без участия вулканизма. Землетрясение- это особый вид движения плит земной коры литосферы. Они выражаются в волновых, упругих колебаниях и вызывают устойчивые деформации земной коры. По своей природе землетрясения могут быть денудационными, вулканическими, тектоническими и техногенными. Денудационные землетрясения возникают в результате толчка из-за обрушения массива горной породы. Вулканические землетрясения могут возникать при извержении вулкана. Тектонические землетрясения являются следствием тектонических процессов, происходящих в толще земной коры.

К экзогенным процессам относятся геологические процессы:

– Выветривание - изменение и разрушение горных пород на поверхности земли под влиянием резких колебаний температуры воздуха, замерзающей в пустотах и трещинах горных пород воды, углекислоты, кислорода и организмов. При этом совершаются процессы физического, химического и биологического характера.

В результате процесса выветривания формируется совершенно особое минеральное образование. Кора выветривания – верхняя (подпочвенная) часть литосферы в пределах континентов.

Технологическая деятельность ветра на континентах складывается из разрушений горных пород, переноса и отложения (аккумуляции) продуктов разрушения.

Разрушительная деятельность ветра складывается из дефляции – выдувания и развеивания таких частиц породы, и коррозии – механической обработки поверхностей обнаженных пород при помощи переносимых им твердых частиц.

Геологическая деятельность морей, озер и болот. Морская образивность (разрушающее действие морских волн).

Деятельность ледников.

Деятельность человека как геологический фактор.

Виды выветривания.

Процесс выветривания протекает при одновременном участии многих агентов, но роль их при этом далеко неодинакова. По интенсивности воздействия тех или иных агентоввыветривания и характеру изменений горных пород принято выделять три вида выветривания: физическое, химическое и биологическое (органическое).

Физическое выветривание выражается преимущественно в механическом дроблении пород без существенного изменения их минерального состава. Породы дробятся в результате колебания температур, замерзания воды, механической силы ветра и ударов песчинок, переносимых ветром, кристаллизации солей в капиллярах, давления, которые возникает в процессе роста корней растений и т. д. Большую роль в этом разрушении играют температурные явления. В условиях земной поверхности, особенно в пустынях, суточные колебания температур довольно значительны. Так, летом в дневное время породы нагреваются до + 80 °С, а ночью их температура снижается до + 20 °С. Кроме попеременного нагреванияи охлаждения разрушительное действие оказывает также неравномерное нагревание пород, что связано с различными тепловыми свойствами, окраской и размером минералов, которые составляют горные породы. На контактах отдельных минералов образуются микротрещины и порода посте пенно распадается на отдельные блоки и обломки различной формы.

Химическое выветривание выражается в разрушении пород путем растворения и изменения их состава. Наиболее активными химическими реагентами в этом процессе являются вода, кислород, углекислота и органические кислоты.

Простейшим видом химического выветривания является растворение в воде. Легко растворяютсякаменная соль, гипс. Разрушительное действие оказывает процесс гидратации.Примером может служить переход ангидрита в гипс. Этот процесс сопровождается резким увеличением объема (до 50 - 60 %), что вызывает разрушительное давление гипса на окружающие породы. В присутствии воды происходит также окисление. Например, минерал пирит, который часто присутствует в различных породах, превращается в гидрат оксида железа с одновременным образованием серной кислоты, которая, в свою очередь, весьма разрушительно действует на минералы:

При химическом выветривании значительное воздействие на породы оказывает вода, содержащая в своем составе углекислоту. В результате этого полевые шпаты превращаются в глинистые образования.

Интенсивность химического выветривания зависит от площади воздействия воды и растворов, их температуры, а также степени устойчивости минералов в отношении агентов выветривания; Наиболее устойчивыми являются минералы кварц, мусковит, корунд; менее устойчивы – кальцит, доломит и др. Интенсивности химического выветривания способствует дробление пород в результате механического выветривания.

Наибольшее значение химическое выветривание имеет в условиях тёплого и влажного климата.

Биологическое (органическое) выветривание проявляется в разрушении горных пород в процессе жизнедеятельности живых организмов и растений. Породы дробятся и в значительной мере подвергаются воздействию органических кислот. Механическое разрушение производят растения своей корневой системой. Корни деревьев способны расщеплять даже прочные скальные породы. Известны случаи, когда растение «верблюжья колючка» прорастало сквозь 20-сантиметровые железобетонные плиты. Корни травянистой растительности легко преодолевают слой асфальта на улицах города. Многие живые организмы, особенно из числа землероев, активно разрушают горные породы. В коре выветривания ими создаются многочисленные ходы, пустоты, просверливаются даже твердыепороды. На выветривание горных пород большое влияние оказывают многочисленные бактерии. В процессе своей жизнедеятельности они поглощают одни вещества и выделяют другие. Их воздействие особенно сильно сказывается в зоне почв. Отдельные виды бактерий извлекают углерод из карбонатов, разрушают силикаты, создают скопление железных руд и т. д. Растения и животные, особенно микроорганизмы (бактерии, микробы и др.) и низшие растения,(водоросли, мхи, лишайники), выделяют различные кислоты и соки, которые, в свою очередь, весьма активно взаимодействуют с минералами горных пород, разрушают их, формируют минеральные новообразования.

Отложения выветривания остаются на месте. Их образования называются элювиальными, обозначаются индексом «е».

Все процессы, связанные с геологической работой ветра, носят название эоловых. Перенос частиц ветром совершается во взвешенном

состоянии или путем перекатывания в зависимости от скорости ветра и размера частиц.

При уменьшении скорости ветра и других благоприятных условиях происходит отложение переносимого материала. Так образуются ветровые (эоловые) отложения песков (пустыни) и лёссов.

Для строительства имеет большое значение закрепленность песков. По этому признаку песчаные накопления делят на подвижные (дюны и барханы) и закрепленные (грядовые, бугристые) пески.

Лёссовые отложения характеризуются пылеватыми глинистыми частицами, сложенными в слои с высокой пористостью. В связи с этим при замачивании такие грунты деформируются по вертикали даже от собственного веса, тем более под нагрузкой от зданий и сооружений. Эти грунты называют просадочными. Строительство ведется с предварительным уплотнением этих грунтов различными методами.

Ветровые отложения – эоловые, обозначаются индексом «L».

Водные потоки от дождей и таяния снега смывают элювиальные отложения, переносят их по уклонам к склонам, в частности, к склонам долин рек и откладывают их у подножий этих склонов. Как правило, такие отложения по возрасту молодые, неуплотненные, высокопористые, чаще всего представленные суглинками. Такие суглинки называют лёссовидными из-за их пористости и способности при замачивании резко деформироваться по вертикали.

Отложения называют делювиальными и обозначают индексом «d».

Сносимый водными потоками грунт, попадая в реки, переносится энергией движущейся воды. При этом частицы грунта переносятся во взвешенном состоянии, в растворенном, волочением по дну. Процесс выпадения из воды переносимых ею частиц называется седиментацией, а накопление их- аккумуляцией. Образованные при этом отложения называются аллювием - речные отложения (обозначаются индексом "а"). Пойменный аллювий отлагается во время паводков на заливаемых пойменных террасах. Так как на поймах скорость течения воды меньше, чем в руслах, обычно в пойменных водах содержатся более мелкие частицы породы, чем в русловых. Пойменный аллювий характеризуется тонкой, почти горизонтальной слоистостью, неоднородностью гранулометрического состава и малой мощностью слоев с характерным линзообразным выклиниванием. В накоплении пойменного аллювия могут быть перерывы и на поймах образуются гумусосодержащие почвы. Русловый аллювий откладывается в руслах рек после спада паводковых вод. Наиболее крупные частицы пород, увлеченные в русло реки во время паводка, после спада вод осаждаются. Для руслового аллювия так же как и для пойменного, характерны горизонтальная или наклонная слоистость, малая мощность слоев и хорошая отсортированность материала. Дельтовый аллювий откладывается в устьях рек при их впадении в моря и озера. Впадая в водный бассейн, не имеющий течения, вода реки теряет скорость, и весь принесенный обломочный материал оседает на дно. Он отлагается на прибрежном откосе дна слегка наклонными слоями, постепенно утончающимися в сторону бассейна. В отложениях дельтового аллювия встречаются все песчаные и глинистые фракции. Приведенные характеристики пойменного, руслового и дельтового аллювия и условия его образования характерны для равнинных рек. Образование аллювия горных рек имеет свои особенности. Здесь преобладают не отложения, а размыв. Аллювиальные отложения горных рек практически следует считать несжимаемыми.

Большое площадное распространение имеет дельтовый аллювий. Мощность его значительна, у некоторых рек до сотен метров. В строении дельтового аллювия принимают участие осадки обломочные, химические и органические. В строении аккумулирующих и цокольных террас участвует аллювий террас. В его состав входят русловые и пойменные отложения.

В пределах стариц, развитых в поймах старых рек, накапливается старичный аллювий, состоящий из мягких органических илов, смешанных с пойменными песчанно-суглистыми осадками. В заболоченных старицах накапливаются отложения торфа. Старичный аллювий залегает в виде линз среди пойменного аллювия.

Большинство рек доносит породный разрушенный материал до моря или океана, где происходит грандиозное накопление осадочных пород на шельфе океана и на дне. Помимо этого море и океан в прибрежной зоне осуществляют разрушительную работу энергией волн, переносят разрушенный материал, сегрегируют его по крупности и затем откладывают на различных глубинах. Индекс отложений – «m».

В геологических процессах внешней геодинамики существенную роль играют также ледники.

Геологические данные говорят о том, что в древние времена оледенение земли было значительным.

В настоящее время льды занимают 10% поверхности суши, 98,5% ледниковой поверхности приходится на полярные области и лишь 1,5% - на высокие горы. Различают три типа ледников: горные, плоскогорий и материковые.

Горные ледники образуются высоко в горах и располагаются либо на вершинах, либо в ущельях, впадинах, различных углублениях. Такие ледники есть на Кавказе, Урале и т.д.

Лед образуется за счет перекристаллизации снега. Он обладает способностью к пластическому течению, образуя потоки в форме языков. Движение ледников по склонам ограничивается высотой, где солнечного тепла оказывается достаточно для полного таяния льда.

Ледники плоскогорий образуются в горах с плоскими вершинами. Лед залегает неразделенной сплошной массой. От него по ущельям спускаются ледники в виде языков. Такого типа ледник, в частности, располагается сейчас на Скандинавском полуострове.

Материковые ледники распространены в Гренландии, Шпицбергене, Антарктиде и др. местах, где сейчас протекает современная эпоха оледенения. Льды залегают сплошным покровом, мощностью в тысячи метров.

Геологическая деятельность льда велика и обусловлена главным образом его движением, несмотря на то, что скорость течения льда примерно в 10000 раз медленнее, чем воды в реках при тех же условиях.

При своем движении лед истирает и вспахивает поверхность земли, создавая котловины, рытвины, борозды. Эта разрушительная работа совершается под действием тяжести льда.

Двигаясь по ущельям или другой какой-либо наклонной плоскости, ледники захватывают продукты путем вымораживания их в лед. Наличие трещин благоприятствует проникновению обломков внутрь и в нижнюю часть ледников. Таким образом, обломочный материал передвигается вместе с ледником. При таянии льда весь обломочный материал отлагается и образуется значительные по мощности ледниковые отложения. Обломочный материал, который находится в движении или уже отложился, называется «морены». Ледниковые отложения иногда образуют друмлины-холмы эллипсоидальной формы в несколько десятков метров высоты, состоящие из отложений донной морены. В их состав входят, главным образом, мореные глины с валунами. Отложения называют гляциальными и обозначают индексом «g».

При таянии ледника образуется постоянные потоки талых вод, которые размывают донную и конечную морены. Вода подхватывает материал размываемых морен, выносит за пределы ледника и откладывает в определенной последовательности. Такие водно-ледниковые отложения получили название флювиогляциальных – индекс «fg».

Флювиогляциальные отложения отличаются сравнительной отсортированостью и слоистостью. Они обычно представлены толщами песка, гравия, галечника, а также глинами и покровными суглинками, мощность которых достигает многих метров. Флювиогляциальные отложения создают характерные формы рельефа:

1.Озы - накопление обломочного материала (песка, гравия) в виде высоких узких валов, длина которых колеблется от сотни метров до десятков километров, высота 5-10 метров.

2.Камы - беспорядочно разбросанных холмы, состоящие из слоистых отсортированных песков, супесей с примесью гравия и прослоев глины.

3.Зандровые поля - широкие пологоволнистые равнины, расположенные за краем конечных морен, в состав которых входят слоистые пески, гравий и галька.

На месте растаявшего ледника остаются углубления, которые становятся ложем озер и болот. Геологическая деятельность озер заключается в накоплении отложений из твердых частиц, чаще мелких фракций, принесенных ручьями, и отложений совместно с органикой. Такие отложения называют озерными и обозначают индексом «».

Мерзлотные геологические процессы заключаются в сезонном замораживании верхних слоев грунтов в зимний период и оттаивании - в летний. Это вызывает пучение и осадку грунта. В строительстве учитывают нормативную глубину промерзания, которая вычисляется как средняя величина за последние 10 лет, так как закладка фундаментов осуществляется ниже глубины промерзания.

В условиях, где средняя годовая температура отрицательна, в грунтах сформирована вечная мерзлота. В районах вечной мерзлоты деформация зданий и сооружений связана с оттаиванием грунтов, так как нарушается физическое его состояние, связанное с вскрытием котлованами. Поэтому на вечномерзлых грунтах строительство ведут по трем принципам:

Без учета мерзлого состояния (при скальном основании);

При сохранении мерзлого состояния, за счет теплоизоляции;

С оттаиванием мерзлых грунтов и последующим их укреплением или заменой на другие, например, щебеночные.

Эндогенные процессы

Земная кора подвержена, постоянным воздействиям внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) сил, изменивших ее состав, строение и форму поверхности.

Внутренние силы Земли, обусловленные, главным образом, колоссальным давлением и высокой температурой глубинных толщ вызывают нарушения первоначального залегания пластов горных пород, в связи, с чем образуются складки, трещины, сбросы, сдвиги.

С деятельностью внутренних сил связаны землетрясения и магматизм.

Магматизм - сложный геологический процесс, включающий, в себя явления зарождения магмы в подкорковой области, перемещение ее в верхние горизонты земной коры и образование магматических горных пород.

Движение магмы к поверхности обусловлено, во-первых, гидростатическим давлением и во вторых, значительным увеличением объема, которым сопровождается переход твердых горных пород в состояние расплава.

Результатом деятельности внутренних сил является образование на земной поверхности гор и глубоких впадин.

Внутренние силы вызывают вековые колебания - медленные поднятая и опускания отдельных частей земной коры. Море при этом надвигается на сушу (трансгрессия) или отступает (регрессия). Кроме медленных вертикальных движений происходят также и горизонтальные смещения земной коры.

Раздел геологии, занимающийся изучением движений земной коры, изменяющих ее строение и формы залегания горных пород (складки, сбросы и др.), получил название тектоники. Тектонические процессы проявлялись на протяжении всей геологической истории Земли, менялась только их интенсивность.

Современные движения поверхности земной коры изучаются неотектоникой (наукой о новейших движениях земной коры).

Скандинавия медленно поднимается, а горное сооружение Большого Кавказа каждый год «вырастает» почти на 1 см. Очень медленные поднятия и опускания испытывают и равнинные участки Восточно-Европейской равнины, Западно-Сибирской низменности, Восточной Сибири и многих других районов.

Земная кора испытывает не только вертикальные, но и горизонтальные перемещения, причем их скорость составляет несколько сантиметров в год. Иными словами, земная кора как бы «дышит», постоянно находясь в замедленном движении.

Этот вопрос очень серьезный и в первую очередь имеет большое значение при строительстве крупных сооружений, а также при их эксплуатации. Поднятия и опускания, несомненно, имеют влияние на их сохранность, особенно на сооружения, имеющие линейно-удлиненные формы (например, плотины, каналы), а также водохранилища и др. объекты.

При разработке каменных карьеров и оценке прочности оснований сооружений необходимо также учитывать наличие в земной коре трещин, разломов, возникающих также в результате движений земной коры.

Следовательно, сведения о геологических процессах необходимы для того, чтобы заранее предвидеть возможность их появления, результаты изменений, происходящих в природе под влиянием естественных причин и деятельности человека.

При оценке какой-либо территории в связи со строительством объектов инженерная геология дает планирующим органам сведения о возможности и характере геологических процессов данного района. Прогноз должен даваться как во времени, так и в пространстве. Это позволит правильно и рационально проектировать сооружение с учетом всех инженерных мероприятий и нормальной эксплуатации.

В этой связи инженерная геология изучает также и те процессы, которых раньше не было на данной территории, но они могут возникнуть в результате деятельности человека. Эти процессы называются инженерно-геологическими. У них много общего есть с природными геологическими процессами, но есть и отличия.

Разница заключается в том, что инженерно- геологические процессы отличаются большой интенсивностью, более быстрым протеканием во времени, более ограниченной площадью своего проявления. Особенно большое воздействие сказывается на состоянии и свойствах пород.

Кора Земли обладает различной подвижностью, отсюда характерное для нее образование и сочетание платформ и геосинклиналей.

Платформы - это наиболее жесткие части земли, для них характерны сравнительно спокойные колебательные движения вертикального характера. Они занимают огромные пространства. К ним относятся Восточно Европейская, Сибирская платформы, Австралийская, Северо-Африканская и др.

Области, залегающие между платформами, называются складчатыми и являются их подвижными сочленениями.

В начале своего развития зоны складчатостей представляют собой морской бассейн, куда сносился обломочный материал. Накапливаются многокилометровые толщи осадков. В результате эндогенных процессов тектонические силы сминают накопившиеся осадочные толщи, происходит горообразовательный процесс. Так образовались Альпы, Карпаты, Крымские, Кавказские горы и другие.

Для районов геосинклиналей характерны разнообразные движения, но в основном складчатого и разрывного характера, что вызывает изменения первоначального положения пород и образование разломов.

Разломы на Земле могут быть скрытые под чехлом пород и могут быть хорошо выражены на поверхности.

Разломы - это зоны дробления коры, участки ослабленные, которые в свою очередь помогают ученым изучать различные явления, например землетрясения, изучать самые корни этого явления. В земной коре в результате вертикальных и боковых давлений происходит нарушение первоначального залегания пластов горных пород, с образованием складок сбросов, сдвигов и других тектонических форм.

Горами принято называть возвышенности, имеющие высоту более 500 м над уровнем моря, характеризующимся расчлененным рельефом.

Различают формы - хребты, горные цепи, горы массивные и даже глыбы.

5-7 млн. лет назад образовались Жигулевские горы - единственное в пределах Русской платформы уникальное тектоническое сооружение. По разлому в фундаменте поднялся блок. Движения осадочной толщи были плавными, без разрывов и смещения слоев относительно друг друга.

Образовавшаяся дислокация имеет форму складки с крутым северным крылом и пологим южным. Разлом в фундаменте проходит от города Кузнецка через город Сызрань, поселок Зольное и переходит на левый берег р.Волги. Сокольи горы являются продолжением Жигулей. Самарская Лука и Сокольи горы - часть общего куполообразного тектонического поднятия, которое постепенно становится пологим на восток, юг и запад. На южном крыле флексуры располагается г.Самара.

Горные породы, слагающие горы залегают обычно в виде пластов (слоев). Если пласты расположены горизонтально или немного под уклоном, носят название нормального залегания. Параллельное залегание нескольких пластов называется согласным залеганием.

Простейшей тектонической структурой служит моноклиналь (рис.2), где пласты имеют общий наклон в ту или другую сторону.


Складка - это один сплошной перегиб слоев, возникающий в результате воздействия на породы вертикальных тектонических сил (рис.3).

Рис.3 Антиклиналь (А) и синклиналь (С): 1 -1 оси складки, 2 складки, 3 - крыло складки, 4 - ядро складки

Выделяют два главных типа складок: антиклиналь- повернутую выпуклой частью вверх и синклиналь - обратную форму.

Первая складка характеризуется тем, что в ее центральной части или в ядре, залегают более древние породы, во второй - более молодые. Эти определения не меняются, даже если складки наклонить, положить на бок или перевернуть.

У каждой складки существуют определенные элементы: крыло складки, ядро, свод, осевая поверхность, ось и шарнир складки.

Характер наклона осевой поверхности складки позволяет выделять следующие виды складок: прямые, наклонные, опрокинутые, лежачие, ныряющие (рис. 4).

В зависимости от положения осевой плоскости складки делятся на


Рис.4 . Классификация складок по наклону осевой поверхности и крыльев (складки изображены в поперечном разрезе): а - прямая; б- наклонная; в - опрокинутая; г - лежачая; д - ныряющая

При определенных условиях возникает разновидность этого типа дислокаций - флексура - коленоподобная складка (рис.5), образовавшаяся при смещении одной толщи пород относительно другой без разрыва сплошности.


Рис.5 Флексура

Необходимо запомнить, что при выборе площадок для строительства в районе со складчатым характером залегания пород всегда в вершинах складок породы более трещиноватые, даже иногда раздроблены, что естественно ухудшает их технические свойства.

При горизонтальном движении горных пород возникают тектонические напряжения.

Если тектонические напряжения увеличиваются, то в какое-то время может быть превышен предел прочности горных пород и тогда эти напряжения могут разрушиться или разорваться - образуется разрывное нарушение, разрыв и разлом, а вдоль этой плоскости разрыва происходит смещение одного массива относительно другого.

Тектонические разрывы, как и складки, чрезвычайно разнообразны по своей форме, размерам, величине смещения и т. д.

Основные формы разрывных дислокаций - сброс и взброс. Эти формы характеризуются возникновением разрывов пластов и последующим относительным перемещением разорванных частей. Они возникают по месту разрыва перемещения пластов вверх (взброс) или вниз (сброс) (рис. 6).





Рис.6 Сброс. Взброс



Грабен – это, когда опускается участок земли между двумя неподвижными

(Красное море)(рис.7).

Рис. 7 Грабен. Горст.

Знаменитое озеро Байкал, крупнейшее в мире хранилище пресной воды, как раз и приурочено к асимметричному грабену, в котором наибольшая глубина озера достигает 1620 м, а глубина днища грабена по осадкам плиоценового возраста (4 млн лет) составляет - 5км. Байкальский грабен многоступенчатый и является частью сложной рифтовой системы молодых грабенов, имеющей протяженность 2500 км

Горст – это, когда участок поднимается между двумя неподвижными крыльями.

Сдвиг и надвиг – это горизонтальное смещение слоев (рис.8). В результате этих процессов более молодые породы могут оказаться погребенными под более древними.


Рис. 8 Сдвиг. Надвиг.

Сдвиги и надвиги интересны тем, что под ними могут залегать важные полезные ископаемые, особенно нефть и газ. Но на поверхности никаких признаков нефти нет, и чтобы добраться до нее, надо пробурить 3 - 4-километровую толщу совсем других пород.

Виды залегания слоев, их мощность, состав необходимо учитывать при строительстве.

Так, с инженерно - геологической точки зрения наиболее благоприятным является горизонтальное залегание слоев, большая их мощность и однородный состав, В этом случае созданы условия для предпосылок равномерной сжимаемости пластов под весом сооружений, наибольшей устойчивости (рис.9).

Рис. 9 Неблагоприятные и благоприятные условия строительства.

Наличие дислокаций, геологических нарушений резко изменяет и усложняет инженерно- геологические условия строительных площадок.

Например, строительство на пластах с крутым падением может оказаться очень неблагоприятным.

При наличии, например, сбросом, надвигов расположенных на больших пространствах, следует выбирать место для сооружений в удалении от линии разлома.

Сейсмические явления

Землетрясения - резкие сотрясения земной коры, обычно вызванные естественными причинами.

Изучаются землетрясения наукой - сейсмологией (от греч. сейсмос - сотрясаю).

По происхождениюземлетрясения подразделяют на:

Тектонические, вулканические, обвальные(денудационные), ударные

(метеоритные) и антропогенные (искусственные, вызванные человеком).

Тектонические - обусловленные перемещением пород в глубинных недрах земли.

Вулканические- вызваны процессами извержения вулканов.

Ударные- вызванные ударами метеоритов.

Антропогенные- искусственные, вызванные человеком.

Слабые сотрясения этого типа регистрируются приборами непрерывно. За год их насчитывается более миллиона. Большинство их не ощущается. Почти каждую минуту на Земле происходит 2 - 3 макросейсмических удара, а мегасейсмические - катастрофические землетрясения наблюдаются 1-2 раза в год. Обычно происходит несколько сот, приносящих минимальный ущерб и oт 20 крупных.

Вулканические землетрясения происходят при вулканических извержениях, могут достигать большой силы, но ощущают только в непосредственной близости от вулкана.

Ударные (метеоритные, космогенные) землетрясения в настоящий период отмечались только при падении очень крупных метеоритов (в 1908году. Тунгусским метеорит и в 1947 г. Сихотэ-Алиньский).

Антропогенныеземлетрясения не принято описывать в разделах, посвященных описанию землетрясений, возникающих под действием природных факторов. Однако деятельность человека, часто приводит к возникновению таких сотрясений, которые вполне соизмеримы с обвальными землетрясениями.

В центре очага условно выделяется точка, называемая гипоцентром. Проекция гипоцентра на поверхность Земли называется эпицентром.

Из гипоцентра во все стороны расходятся сейсмические волны. Различают два типа волн; продольные и поперечные.

Первые вызывают колебания частиц горных пород вдоль, вторые -перпендикулярно к направлениям сейсмических лучей.

Продольные волны обладают наибольшим запасом энергии. Разрушение зданий и сооружений обусловлено воздействием главным образом продольных волн.

Поперечные волны несут меньший запас энергии, скорость их в 1,7 раза меньше. Они не распространяются в жидких и газообразных средах.

При оценке разрушительного воздействия сейсмической волны большое значение имеет угол, под которым она проходит из гипоцентра к поверхности земли. Его величина может быть различной.

Степень разрушительности землетрясений оценивается по величине ускорения горизонтальной составляющей (λ).

Максимальная величина ее вычисляется по формуле:

где: Т - период, сек.

А - амплитуда сейсмической волны, мм.

Для оценке силы землетрясения употребляется коэффициент сейсмичности

где g- ускорение силы тяжести.

При расчете сооружений, а также определении устойчивости откосов курьеров величина горизонтальной составляющей сейсмической волны (сейсмической инерционной силы) определяется по формуле:

где Р - вес сооружения или оползневого массива, т.

Угол подходасейсмических волн к поверхности земли тоже влияет на силу землетрясения.

Наибольшую опасность вызывают те очаги, из которых сейсмические волны подойдут к поверхности под углом 30-6Оградусов, В этом случае особенно большую роль в проявлении силы сейсмического толчка будут играть инженерно- геологические условия.

На увеличение балльности землетрясения влияют обводненные грунты. Отмечено, что в пределах верхней 10- метровой толщи повышение грунтовых вод влечет постоянное приращение балльности.

Анализ сейсмических геологических и геофизических данных позволяет заранее наметить те области, где следует ожидать в будущем землетрясение и оценить их максимальную интенсивность.

В этом сущность сейсмического районирования.

Карта сейсмического районирования - официальный документ,

который обязаны принимать в расчет проектирующие организации в сейсмических районах. Строгое соблюдение норм сейсмостойкого строительства позволяет значительно снизить разрушительное воздействие землетрясения.

Сила землетрясений оценивается по ряду признаков; смещению грунтов, степени повреждения зданий, изменению режима грунтовых вод, остаточным явлениям в грунтах и т.д.

В России для определения силы землетрясения принята 12-балльная шкала, по которой самое слабое землетрясение оценивается в 1 балл, самое сильное - в 12 баллов.

Строительство сооружений и проектирование карьеров в сейсмических районах

В районах, подверженных землетрясениям (от 7 баллов и выше) , ведется антисейсмическое строительство, при котором осуществляются мероприятия, направленные на повышение сейсмостойкости зданий и сооружений,

В сейсмических районах, в которых максимальная сейсмичность не превосходит 5 баллов, никаких особых мероприятий не предусматривается.

При 6 баллах строительство ведется с применением соответствующих строительных материалов, а также предъявляются более высокие требования к качеству строительных работ:

При проектировании сооружений в районах с возможным 7 -9-балльным землетрясением необходимо применение специальных мероприятий, предусмотренных в особых нормативах.

В этих районах при выборе места, для сооружений необходимо стремиться размещать их на участках, сложенных массивными породами или мощными толщами рыхлых отложений с глубоким залеганием уровня грунтовых вод.

Опасно размещение сооружений в зонах, разбитых сбросами.

Конструкции зданий делаются по возможности более жесткими. Для этой цели предпочтительно применять железобетонные монолитные конструкции.

Как правило, устраиваются один-два и более железобетонных поясов.

Избегают тяжеловесные архитектурные украшения.

Контуры здания в плане предусматриваются возможно более простыми, без входящих углов.

Ограничивается высота зданий.

Большое значение при проектировании сооружений имеет соблюдение следующего принципа: период собственных свободных колебаний сооружения не должен резко отличаться от периода сейсмических колебаний, характерных для данной местности.

Соблюдение этого условия помогает избежать возникновения резонанса (сложение однозначных, совпадающих по фазе колебаний), который может привести к полному разрушению зданий.

Если периоды колебаний оказываются близкими, то изменяется жесткость сооружения или способ устройства фундаментов и оснований.

При проектирования в сейсмических районах карьеров строительных материалов и различных выемок необходимо помнить, что при землетрясениях устойчивость откосов резко снижается.

Это заставляет ограничивать высоту я крутизну стенок выемок. При несоблюдении этих требований при землетрясениях неизбежны обвалы и оползни. При расчетной величине землетрясений в 7 баллов глубина выемки должна быть не более 15-16м. В районах с 8-балльным землетрясением -14-15м.

Экзогенные процессы

Коренные породы возникли на некоторой, иногда значительной глубине в недрах Земли или на дне морей и океанов.

На земной поверхности эти горные породы находятся в условиях тесного взаимодействия с атмосферой, гидросферой и биосферой и под их воздействием начинают разрушаться и преобразовываться

Этот процесс носит название выветривания.

Выветривание - это изменение горных пород и слагающих их минералов, которое происходит в поверхностных условиях под совокупным действием физических, химических и биохимических процессов.

В процессе выветривания возникают образования, которые носят название коры выветривания.

Сам процесс выветривания довольно сложен и протекает весьма медленно. Он зависит от климата, рельефа местности, наличия разрывных нарушений, состава организмов, участвующих в процессе выветривания, а также от минерального состава: пород, их структурно-текстурных особенностей.

Из совокупности климатических элементов наибольшее значение имеет общее количество солнечной энергий, выраженной в температурном факторе и степени увлажненности.

В зависимости от действующих факторов различаются три главных типа выветривания: а) физическое, или механическое, б) химическое и в)органическое.

Физическое выветривание

В этом типе выветривания особенно большое значение имеет температурный фактор , кристаллизация воды и солей и в меньшей биологический фактор. Температурный фактор вызывает изменение объема составных частей породы. В других случаях горные породы разрушаются механическим воздействием кристаллов и роющими животными.

В результате этого в горных породах возникают трещины и происходит дезинтеграция породы. Целые блоки некогда плотных и твердых пород распадаются на отдельные обломки разных размеров (глыбы, щебень, песок, алевриты).

Все перечисленные процессы физического выветривания воздействуют и на искусственные строительные материалы.

Так, в результате кристаллизации солей в капиллярах бетона, составляющего опору одного из мостов в Ростовской области, прочность бетона упала настолько, что он легко растирался руками. Особенно интенсивному физическому выветриванию подвержены фасады зданий и наружные части сооружений.

Химическое выветривание

Основную роль в химическом выветривании играет влага, особенно насыщенная газами и химическими соединениями, под действием которых начинают видоизменяться физико-химические особенности пород.

Главными факторами химического выветривания являются вода, кислород, углекислота и органические кислоты.

Под их влиянием существенно изменяются структура и вещественный состав горных пород и образуются новые минералы, которые оказываются устойчивыми в поверхностных условиях.

Происходит процесс окисления, гидратации, растворения.

Окисление. Устойчивый в поверхностных условиях гематит возникает и при выветривании таких минералов, как оливин, пироксены, амфиболы под действием воды, кислорода и углекислоты.

Гидратация. Данный процесс заключается в присоединении воды к веществу. В результате этого осуществляется закрепление молекул воды на поверхности некоторых участков кристаллической решетки. Хорошим примером гидратации является переход ангидрита в гипс:

СаS0 4 + 2Н 2 О -> СаS0 4 *2Н 2 О

При изменении условий реакция обратима и гидратация превращается в дегидратацию.

Растворение. Горные породы растворяются водами, содержащими углекислоту или органические кислоты. Под действием такой воды, стекающей по трещиноватой поверхности горных пород и просачивающейся сквозь трещины и поры, этот процесс распространяется на глубину.

Особенно интенсивно он проявляется в осадочных горных породах, которые представлены хлоридами, сульфатами и карбонатами.

Наибольшей растворимостью обладают хлориды - соли натрия (галит или поваренная соль) и калия (сильвин), Далее по степени растворимости следуют сульфаты - ангидрит и гипс, затем карбонаты - известняки и доломиты. В процессе растворения среди монолитных толщ осадочных пород возникают различные полости.

Гидролиз. Особенно хорошо этот процесс проявляется при вы-ветривании силикатов и алюмосиликатов.

Сущность этого процесса заключается в разложении минералов и выносе отдельных элементов и соединений и присоединении к оставшимся соединениям других элементов и гидратации.

При выветривании магматических и метаморфических горных пород, богатых алюмосиликатами (граниты, гранодиориты, сиениты, гранито-гнейсы), во влажном теплом климате возникают мощные толщи каолинита.

Биологическое выветривание

В процессе жизнедеятельности организмы и растения воздействуют на горные породы, разрушая их механически и биохимически.

Особенно значительно их биохимическое воздействие на породы.

Механическое воздействие корней и самой растительности весьма велико. Можно наблюдать, как прорастающие растения приподнимают и пробивают асфальт на улицах городов. Известны случаи, когда растение верблюжья колючка пробивала двадцатисантиметровые железобетонные плиты.

Велика роль различных бактерий, которые в процессе: жизнедеятельности поглощают из пород одни вещества и выделяют другие.

Биохимическое воздействие на горные породы начинается с момента первого появления на скальных породах микроорганизмов, лишайников и мхов.

Роль организмов в выветривании заключается в том, что они в процессе своего роста извлекают из породы необходимые для своей жизнедеятельности элементы, но одновременно своими корнями разрушают саму породу.

В процессе преобразования отмершего органического вещества образуются углекислота и органические кислоты, которые значительно усиливают растворение и гидролиз породобразующих минералов. Интенсивность биохимического выветривания зависит от величины биомассы.

Продукты выветривания могут накапливаться на месте образования либо переноситься на те или иные расстояния действием силы тяжести, потоков, воды, ветра.

Элювий и делювий

Элювий. Продукты выветривания горных пород, остающиеся на месте их образования, носят название элювия (лат. - выносить).

Если под действием силы тяжести и дождевых струек они перемещаются вниз по склонам, накапливаясь у подошвенной части на склонах холмов или гор, то подобные скопления материала называют делювием (лат. - смывать).

Отличительная черта элювия - его связь с коренной породой, подвергшейся выветриванию. Можно всегда проследить, как элювий постепенно переходит в коренную породу.

Элювий представляет собой смесь обломков и глинистого материала. Мощность разрушенного слоя на различных породах и в разных физико-географических условиях колеблется от нескольких миллиметров до многих метров.

Контрольные вопросы:

1. Дать характеристику внутренним процессам Земли.

2. Перечислить виды складчатых дислокаций.

3. Характер разрывных нарушений и их виды.

4. Сейсмические явления. Гипоцент, эпицентр и сила землетрясений.

5. Процессы внешней динамики Земли.

6. Виды выветривания.

ГИДРОГЕОЛОГИЯ

Воды, находящиеся в верхней части земной коры и залегающие нижеповерхности земли , называют подземными . Исследованием подземных вод занимается гидрогеология .

Однако подземные воды не только ценнейший источник водоснабжения, но и фактор, осложняющий строительство.

Особенно сложным является производство земляных и горных работ в условиях притока подземных вод, затапливающих котлованы, карьеры, траншеи. Подземные воды ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых пород, могут быть агрессивной средой для металлических и бетонных сооружений, способствуют образованию неблагоприятных инженерно-геологических процессов и т. д.

Круговорот воды в природе

В природе распространены атмосферные (дождь, облака, туман), поверхностные (океан, моря, реки) и подземные воды . Единство вод на Земле проявляется в ходе их круговорота.

Различают большой, малый я внутренний (местный) круговорот воды.

При большом круговороте испарившаяся с поверхности Мирового океана влага переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока.

Малый круговорот характеризуется, испарением влаги с поверхности океана и выпадением ее в виде осадков на ту же водную поверхность.

В ходе внутреннего круговорота испарившаяся с поверхности суши влага вновь попадает на сушу в виде атмосферных осадков.

Круговорот воды в природе количественно описывается уравнением водного баланса

Qa.o = Qподз + Q пов + Qисп

где Qa.o - количество атмосферных осадков;

Qподз - подземный сток;

Q пов - поверхностный сток;

Qисп - испарение.

Основные расходные(Qподз; Q пов; Qисп) и приходные (Qa.o,) статьи водного баланса зависят от природных условий, главным образом от климата, рельефа и геологического строения изучаемого района.

Изучение водного баланса отдельных районов или земного шара в целом необходимо для целенаправленного преобразования круговорота воды, в частности для увеличения запасов пресных подземных вод, используемых для водоснабжения.

Происхождение подземных вод

Существуют две основные теории происхождения подземных вод: инфильтрационная и конденсационная.

Инфильтрационная теория объясняет образование подземных вод просачиванием (инфильтрацией) в глубь Земли атмосферных осадков и поверхностных вод.

Просачиваясь по крупным трещинам и порам, вода задерживается на водонепроницаемых слоях и дает начало подземным водам. Процесс инфильтрации атмосферных осадков весьма сложный.

Питание подземных вод инфильтрационным путем изменчиво во времени и определяется природными условиями района: рельефом, водопроницаемостью пород, растительным покровом, деятельностью человека и т. д.

При понижении уровня подземных вод испарение с их поверхности уменьшается, а на некоторой глубине становится равной нулю . В этих условиях величина инфильтрационного питания подземных вод возрастает .

Конденсационная теория предполагает возникновение подземных вод в связи с конденсацией водяных паров, которые проникают в поры и трещины из атмосферы .

Инфильтрационный путь образования подземных вод является основным для подземных вод, залегающих в зоне активного водообмена , в районах с достаточно высоким количеством атмосферных осадков .

В районах с небольшим их количеством (пустыни, сухие степи ) роль конденсации водяных паров в образовании и питании подземных вод существенно возрастает.

Аналогичный процесс конденсации может происходить внутри горной породы, если в ее отдельных частях упругость водяного пара различна. В результате конденсации в пустынях образуются линзы пресных вод над солеными грунтовыми водами.

Седиментогенные подземные воды (лат. «седиментум» - осадок ) морского происхождения, образовавшиеся одновременно с накоплением морских осадков.

В ходе последующего геологического развития такие воды могут претерпевать значительные изменения в процессе диагенеза (преобразования осадка в горную породу), тектонических движений и действия других факторов.

В ряде случаев происходит смешение вод различного генезиса. Особенно большие изменения претерпевают воды морского генезиса при значительном тектоническом погружении и захоронении их мощными слоями более молодых отложений. Они попадают в условия повышенных давлений и температуры. Многие исследователи так и считают, что глубинные высокоминерализованные (соленые и рассолы) подземные воды представляют собой воды морского генезиса , сильно измененные при повышенных температурах и давлении и весьма затрудненном водообмене . Нередко такие воды называют погребенными.

Ювенильные подземные воды (лат. «ювенилис» - юный ). Многие источники подземных вод в областях современной или недавнейвулканической деятельности обладают повышенной температурой и содержат в растворенном состоянии необычные для поверхностных условий соединения и газовые компоненты .

Эти воды могли образоваться из паров , выделяющихся из магмы при ееостывании . Поднимаясь по глубоким тектоническим трещинам и разломам , водяные пары попадают в области с более низкими температурами. Они конденсируются и переходят в капельножидкое состояние , создавая особый генетический тип подземных вод.

Возможность образования некоторого количества воды магматогенным путем признается большинством исследователей. Вместе с тем отмечается, что выделившиеся из магмы на глубине пары воды и другие газообразные компоненты, проникая вверх в земную кору, смешиваются с обычными подземными водами инфильтрационного происхождения и поступают на поверхность в мешанном виде. С другой стороны установлено, что термальные источники полностью связаны с подземными ин-фильтрационными водами верхней зоны земной коры, испытавшими в процессе глубинной циркуляции нагревание и обогащение растворенными минеральными веществами и газами.

Экзогенные процессы — это внешние геологические процессы, происходящие под воздействием воздуха, воды, колебаний темпе-ратуры, льда и снега, живых организмов. Процессы, связанные с деятельностью человека, обычно называют инженерно-геологи-ческими.

Большинство экзогенных геологических процессов протекает по схеме: разрушение — перенос и накопление материала данного процесса на суше — снова разрушение, в том числе собственных отложений, — перенос, наконец, окончательная аккумуляция мате-риала в море.

Денудация и аккумуляция — понятия, широко используемые в геологии. Термином денудация называют всю сумму внешних процессов разрушения суши и переноса материала в море. Вре-менное накопление материала в составе континентальных отло-жений не учитывается, подразумевается конечная аккумуляция ма-териала в море.

Схема денудации и аккумуляции материала в море

Выветривание — разрушающее воздействие на горные породы и минералы многих факторов внешней среды, называемых аген-тами выветривания. К ним относятся солнечные лучи, механиче-ское и химическое воздействие воды, воздуха и живых организмов.

Термин «выветривание» происходит от немецкого weather — по-года, и сходство со словом ветер чисто случайное; выветривание и геологическая деятельность ветра — процессы разные.

Обычно имеет место суммарное воздействие внешней среды на горные породы, но в случае преобладания отдельных факторов над другими принято выделять механическое (физическое ), хими-ческое и биологическое (органическое ) выветривание.

Механическое выветривание. Главными агентами являются пере-пады температур, особенно скачки через 0°С. Днем солнечные лучи разогревают освещенную поверхность горной породы, в то время как внутренний объем остается холодным. Нагретая часть породы чуть увеличивается в объеме и на ее контакте с холодной породой возникает механическое напряжение.

Многократно повторяющиеся циклы температурных напря-жений приводят сначала к растрескиванию, а потом и к осыпанию обломков породы. Механическое выветривание распространено в районах с континентальным климатом — в полярных широтах, пустынях, высокогорьях.

Химическое и биологическое выветривание. Агенты — вода и воздух как химические материалы, растения с их выделениями и микроор-ганизмы. Процессу способствует влажный теплый климат, под его воздействием часть минералов растворяется, часть превращается в другие соединения. В этом и состоит главный результат процесса выветривания. Большинство минералов магматических и метамор-фических пород — полевые шпаты, слюды, пироксены, роговая об-манка, скрытокристаллические массы эффузивных пород — пре-вращается в глинистые минералы. Их подхватывают потоки воды, сначала они откладываются на склонах, образуя элювиально-делю-виальный el- dQ чехол, а потом переносятся ниже и включаются в общий круговорот глинистого вещества на поверхности земли. Не выветривается только кварц — он сохра-няется зернами, из которых потом образуются пески.

К результатам процесса выветривания стоит отнести и почвооб-разование — важнейшее условие существования богатой и разнооб-разной жизни на земле.

Кора выветривания(элювий — elQ ) — сохранившиеся на месте образования при горизонтальном рельефе продукты выветривания.

Геологическая деятельность ветра (эоловые процессы) протекает по схеме большинства внешних процессов: разрушение — пе-ренос — аккумуляция.

Разрушение пород возможно в условиях сухого климата при на-личии сильных постоянных ветров. Не защищенные дерново-растительным слоем песчано-глинистые породы перевеваются, из них выдувается песчаный (0,05-2 мм), пылеватый (0,002-0,05 мм) и агре-гированный глинистый материал — этот процесс называется дефля-цией.

Корразия — ударное воздействие на скальную породу песчаных частиц, переносимых ветром.

Эоловый перенос может осуществляться на сотни километров. Перенос отдельно взятой частицы происходит постепенно — ее то подхватывает, то опускает обратно на землю. Перенос сопровожда-ется сортировкой материала — первыми откладываются крупные частицы, последними — пылеватые. Ветровые пески откладыва-ются в виде барханов, лёссы — в виде сплошной толщи мощностью в несколько метров. Все ветровые отложения сильно пористые.

На площадях, подверженных дефляции, очень легко развивается ветровая эрозия, наносящая непоправимый ущерб почвенному покрову.

Геологическая деятельность поверхностных текучих вод. Струй-чатая эрозия осуществляется мельчайшими струями воды при слабых затяжных дождях или медленном таянии снега. В отличие от других видов эрозии оказывает на поверхность рельефа вырав-нивающее воздействие. Продукты переноса называются делювием, откладываются маломощным чехлом на склонах.

Чехол делювиальных отложений


Делювий является ценным почвообразующим материалом, на нем укореняется и держится растительный покров, в том числе и культурные растения. Ниже делювия

может залегать совершенно неплодородная коренная порода.

Водная (линейная) эрозия — процесс размыва и выноса текучими водами почв и горных пород. Выделяется много видов эрозии, суть которых всегда ясна из названия, — овражная, речная, донная, бо-ковая и др. При попятной эрозии происходит рост эрозионной промоины в сторону верховьев. Иногда в названиях отражается причина или провоцирующий фактор эрозии — транспортная, пастбищная, техногенная и т.п.

В результате водной эрозии происходит медленное, постоянное понижение всей поверхности суши и выработка эрозионных форм рельефа — промоин, долин, наполнение рек и других водных по-токов твердым стоком.