Геологическая деятельность

  Главная      Учебники - Геология     Общая геология. Эндогенные и экзогенные процессы (Кныш С.К.) - 2005 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

 

 

2.3.3.

Геологическая деятельность

 

поверхностных текучих вод


Слова и словосочетания

аллювий

пойма

базис эрозии

прирусловая отмель

живая сила воды

продольный профиль динамического равновесия

конус выноса (сухая дельта)

лощины

пролювий

меандра

речная долина

меженный период

старица

надпойменная терраса

сухие лога и долины

нормальная мощность аллювия

твердый сток реки

плотик

терраса

площадной и линейный сток

эрозионная рытвина

поверхностный сток

эрозия


Атмосферные осадки выпадают на дневную поверхность и распределяются различным образом. Часть из них просачивается в глубину и идет на пополнение подземных вод, часть испаряется в атмосферу, а другая часть стекает на поверхности и образует поверхностный сток, который делится на площадной и линейный. Геологическая работа поверхностных текучих вод зависит от массы воды и скорости ее движения. Чем больше масса воды и скорость ее течения, тем больше совершаемая работа. Способность воды производить работу назвается ее живой силой, которая определяется по формуле:

, где К – живая сила воды; m – масса; v – скорость течения.

геологическая деятельность поверхностных текучих вод состоит из: 1 – смыва; 2 – размыва (эрозии); 3 – транспортировки продуктов разрушения; 4 – аккумуляции продуктов разрушения.

Площадной сток. При площадном стоке вода во время сильных дождей течет по всей поверхности склона.

Геологическая деятельность площадного стока проявляется в смыве мелкозернистого обломочного материала (алевритовый, песчаный). Максимально смыв проявляется в местах, где нет растительности, на ровных склонах. За один сильный ливень при площадном смыве может быть снесен слой рыхлого материала толщиной в несколько миллиметров. Из бассейна равнинных рек (р. Миссисипи) за один миллион лет сносится слой мощностью до 50 м, а из бассейнов горных рек (Кавказ) – до 250 м.

Линейный сток. При линейном стоке движение воды осуществляется в виде линейно направленных мощных струй и потоков в рытвинах, оврагах и речных долинах. Линейный сток делится на временный и постоянный.

Разрушительная деятельность любого водотока называется эрозией. Различают три вида эрозии: донная, боковая и регрессивная (рис. 32).

Соотношение донной, боковой и регрессивной эрозии меняется на разных стадиях развития речной долины.

Предельный уровень, к которому стремится водоток и глубже которого врезаться не может, называется базисом эрозии. Всеобщий базис эрозии – уровень мирового океана. В горных районах роль базиса эрозии играют поверхности предгорных равнин.


 

 

 

2.3.3.1. Продольный профиль динамического равновесия


Любой водоток все время стремится выработать продольный профиль динамического равновесия. В любой точке такого профиля наблюдается равновесие между живой силой воды, количеством переносимого материала и сопротивляемостью дна пород на размыв.

Главной причиной изменения базиса эрозии являются тектонические движения – поднятия или опускания суши. Понижение базиса эрозии меняет режим потока и нарушает равновесие между эрозией и аккумуляцией, так как в приустьевой части увеличивается уклон русла и возрастает скорость течения (но количество воды остается прежним). Водоток начинает углублять свое русло пока уклон его не станет прежним (рис. 33). Углубление русла в приустьевой части вызывает увеличение уклона и скорости выше по течению в соседнем участке. Глубинная эрозия, таким образом, будет распространяться вверх против течения по закону регрессивной (попятной) эрозии. Чтобы понять, при каких условиях вырабатываются профили равновесия, выберем в продольном профиле водотока поперечное сечение в точке А и рассмотрим различные соотношения в этом сечении между количеством привносимого (Q1+2) и выносимого (Q3) материала (рис. 34).

  1. Q1 + Q2 Q3 – это значит, что из сечения (А) водоток способен вынести больше материала, чем его вносится. Остается избыток энергии, которая будет расходоваться на эрозию.

  2. Q1 + Q2 Q3 – в сечении (А) происходит аккумуляция обломочного материала, т.к. его вносится больше, чем выносится.

  3. Q1 + Q2 = Q3 – вся энергия водотока расходуется на перенос материала. В сечении (А) не происходит ни эрозии, ни аккумуляции.

Продольные профили, у которых в разных сечениях соотношения между (Q1 + Q2) и Q3 разные, называются невыработанными. Профили, в которых эти соотношения уравновешены, то есть (Q1 + Q2) = Q3, называются выработанными.

Такова схема выработки продольного профиля равновесия реки при условии однородного состава размываемых пород. При чередовании мягких и твердых пород в русле реки образуются пороги. Если река протекает по поверхности с расчлененным рельефом, в русле ее образуются водопады. Один из крупнейших водопадов мира – Ниагарский. Он расположен на границе США и Канады. Ширина его 914 м, высота падения воды 50 м. крупные водопады известны в Африке (Виктория, высота падения воды 120 м), в Южной Америке (Игуасу, 72 м), в Индии (Джерзоппа, 249 м), в Новой Зеландии (Сатерленд, 580 м) и другие. Крупные водопады находятся на Кавказе, Тянь-Шане, Памире.


2.3.3.2. Деятельность временных водотоков


На равнинных участках, сложенных рыхлыми толщами, где проявляются ливневые осадки, деятельность временного линейного стока сводится к оврагообразованию. Развитие оврагов начинается с лощины – это слабо выраженное понижение на поверхности склона, в котором собираются поверхностные воды и концентрируется водоток. Если водоток достиг определенной силы, то возникает эрозионная рытвина, которая в дальнейшем превратится в молодой овраг, а затем в зрелый овраг. Дно у зрелого оврага покрыто отложениями – пролювием. Продольный профиль выработан, и прекратилась донная и регрессивная эрозия. Если дно зрелого оврага достигает уровня грунтовых вод, то возникает молодая (речная) долина; если не достигает, то овраг может оставаться в таком виде очень долго, склоны его становятся пологими, зарастают растительностью, и он превращается в балку.

В горных районах в результате деятельности временных водотоков образуются сухие лога и долины, которые морфологически четко выражены (рис. 35, а). в верховье они имеют водосборный цирк, а на выходе из лога формируется конус выноса (или сухая дельта), сложенная пролювием (рис. 35, б). отложения временных водотоков (пролювий) характеризуется плохой окатанностью и сортировкой.




 

 

 

 

 

2.3.3.3. Деятельность постоянных водотоков


Деятельность постоянных водотоков во многом определяется их режимом (количеством и уровнем воды; скоростью течения). Этот режим в течение года меняется и зависит от способа питания рек.

В процессе своей деятельности постоянные водотоки вырабатывают эрозионно-аккумулятивные формы рельефа, которые получили название – речные долины, и переносят огромное количество обломочного материала. Ежегодно в моря и океаны реками выносится почти 20 млрд т твердых частиц. Так, например, твердый сток реки Амударья составляет 45млн м3, река Миссисипи – более 200 млн м3, а река Хуанхе – до 1000 млн м3. Большая часть этого материала аккумулируется в дельтах рек. Дельта – это участок суши, который образуется за счет выноса аллювия в прибрежную часть моря. Площадь дельты реки Лены составляет 45 тыс. км2, а дельта реки Хуанхе – 500 тыс. км2. дельтовые осадки образуют огромные линзы объемом 5106 км3 (рекииГанг и Брамапутра в Индийском океане). Мощность дельтовых осадков реки амазонка составляет 12 км. В таких линзах накапливается значительное количество органических веществ, которые в дальнейшем участвуют в нефтеобразовании.

В поперечном сечении речные долины могут иметь форму в виде глубоких каньонов, V-образную форму или плоскодонную (ящикообразную). Форма и размеры долин постепенно меняются в процессе развития речной долины (рис. 36).

Перенос и отложения материала. Реки переносят обломочный материал различной размерности – от крупных валунов до мелких илистых частиц. Чем больше скорость течения воды, тем более крупные обломки переносит вода.

Весь материал, который переносится реками и затем откладывается, называется аллювием (лат. «аллювио» – нанос, намыв). Аллювий может переноситься тремя способами: а) тащится и перекатывается по дну (влекомый); б) во взвешенном состоянии; в) в растворенном виде.

Влекомые по дну обломки и взвешенные частицы называют твердым стоком реки. Обломочный материал, перемещаемый рекой по дну, усиливает глубинную эрозию, а сам постепенно измельчается, истирается и окатывается – образуются валуны, галька, гравий, песок. Размер и масса обломков, перекатываемых по дну, пропорциональна шестой степени скорости течения. При скорости течения 0,3 м/с переносится по дну мелкий песок, а при скорости 2,0 м/с – крупная галька (до 10исм).

Значительное количество минерального вещества (до 40%) переносится в растворенном состоянии. По данным М.Н. Страхова, в растворенном состоянии переносятся легкорастворимые соли (NaCl, KCl, MgSO4, CaSO4), карбонаты (CaCO3, MgCO3, Na2CO3) и кремнезем. Причем на долю карбонатов приходится до 60 % ионного стока, а сульфатные и хлоридные соли играют заметную роль только в водах рек засушливых областей. В небольшом количестве в растворенном состоянии содержатся соединения железа (Fe) и марганца (Mn), которые образуют истинные и коллоидные растворы.

Соотношение твердого стока рек и растворенных веществ не однозначно для рек разных областей. Так, в горных реках, отличающихся большой скоростью течения, преобладает твердый сток, особенно взвеси (б), и соотношение а:б :в = 0,86:6,8:1. При этом влекомые по дну обломки (а) представлены преимущественно галечниками и крупными валунами. Во взвесях (б) переносятся песчаные и более мелкие частицы. Иная картина в равнинных реках, там преобладает сток растворенных (в) веществ, и соотношение а:б:в = 0,05:0,56:1.

Среди донных влекомых обломков преобладают песчаные частицы, а во взвесях – частицы меньше 0,1 мм.

В зависимости от состава, места и условий накопления различают три разновидности аллювия: русловой, пойменный и старичный.

Русловой аллювий самый грубый (крупнозернистый песок, гравий, галечник). Размер его обломков зависит от скорости течения воды в русле. Он обладает косой слоистостью.

Пойменный аллювий мельче чем русловой. Так, например, русловой аллювий – это галечник, а пойменный – пескок. Почему пойменный аллювий мельче? Во время паводка вода выходит из берегов, разливается по пойме и скорость ее течения резко падает. На пойму она выносит материал мельче, чем несет в русле, где скорость течения больше. Пойменный аллювий обладает горизонтальной, слабоволнистой и линзовидной слоистостью.

Старичный аллювий представлен чаще всего тонкообломочными глинистыми частицами и богат органическими остатками, которые образуются при зарастании старичных озер растительностью.

Мощность аллювиальных отложений в долинах рек определяется уровнем (высотой) подъема паводковых вод, и в этом случае она называется нормальной мощностью. В равнинных реках она колеблется от 10–15 до 30 м. нормальный аллювий всегда имеет двухслойное строение: внизу слой руслового, более грубого косослоистого аллювия, а выше он перекрыт слоем пойменного, мелкозернистого аллювия.


2.3.3.4. Стадии развития речной долины


В своем развитии река и ее долина переживает периоды юности, молодости, зрелости и старости.

В период юности продольный профиль равновесия реки еще не выработан. Река течет по неровному рельефу, уклон ее русла на всем протяжении чрезвычайно крутой, скорость течения велика; кое-где обособляются отдельные участки, развитие которых контролируется местными базисами эрозии – порогами и водопадами. На этой стадии развития реки происходят усиленные процессы глубинной (донной) эрозии, которые приводят к интенсивному углублению долины. Боковая эрозия в это время почти не проявляется, так как энергия реки в основном направлена на разрушение ложа и перенос продуктов разрушения. Быстрое врезание русла приводит к образованию долин, имеющих V-образную форму, вплоть до ущелий и каньонов. Коэффициент извилистости реки на этой стадии минимален. Период юности в настоящее время переживают многие реки, текущие в горных районах.

По мере выработки профиля равновесия река переходит в период молодости. Этот период наступает, когда появляется боковая эрозия. В период молодости река стремится врезать свое русло только в верхнем течении, где еще наблюдаются процессы глубинной эрозии. В среднем и нижнем течении реки глубинная эрозия сменяется боковой. Это приводит к незначительному расширению долины, которая приобретает U-образную коробчатую форму. В эту стадию формируются прирусловые отмели. Продольный профиль реки еще не выработан.

На стадии зрелости скорость течения равномерно уменьшается от верховьев к устью. В эту стадию появляются излучины – меандры, приводящие к увеличению коэффициента извилистости реки, образуются многочисленные острова, и формируются обширные аллювиальные равнины. В период зрелости реки в ее долине образуется широкая пойма, или пойменная терраса, – часть долины, заливаемая в половодье и возвышающаяся над руслом реки в меженный период.

Для определения стадии старости реки ясно выраженных критериев не существует. Считается, что река вступает в стадию старости тогда, когда дно ее долины достигает ширины, во много раз превышающей ширину русла. На этой стадии река перемывает свои пойменные отложения, образуются многочисленные старицы. Река на стадии старости характеризуется максимальным коэффициентом извилистости.

На рис. 37 показана схема образования меандр. Двигаясь прямолинейно, водный поток при повороте русла ударяется о берег и приобретает винтообразное движение. В результате этого движения вогнутый берег интенсивно разрушается, становится обрывистым, а дно реки у вогнутого берега заметно углубляется (сечение АА). Поперечные придонные течения захватывают с собой частицы обломочного материала и откладывают их у выпуклого противоположного берега. Здесь накапливаются аллювиальные отложения и формируются прирусловые отмели. Струи воды, ударяясь о вогнутый берег, отражаются и направляются вниз по течению к противоположному берегу (сечение ВВ), в свою очередь, подмывая его. На этом участке берег начинает отступать, увеличивается кривизна изгиба русла реки и значительно расширяется долина. Все это происходит не только за счет отступания береговой линии ниже изгиба, но и за счет перемещения самих изгибов реки вниз по течению. В результате большинство выступов, сложенных коренными породами, срезается, и долина, приобретает плоскодонную форму.

Небольшие меандры расширяются значительно быстрее, чем более крупные. В период половодья может произойти прорыв основной массы воды в узких участках между меандрами и спрямление русла реки. Отрезанная часть меандры называется старицей. Старицы, как правило, имеют в плане подковообразную форму (рис. 37); в дальнейшем они часто превращаются в болото.

Периоды юности, молодости и зрелости составляют цикл развития реки. Большинство рек проходит все эти стадии развития. В ряде случаев все стадии можно наблюдать у одной реки. Например, Терек в верхнем течении переживает период юности, а в нижнем – это уже зрелая река.

Цикл развития реки может быть неполным: в зависимости от рельефа начальной поверхности и слагающих ее пород река может сразу вступить в период зрелости, минуя юность. Особенно это характерно для равнинных рек. Более того, уже завершившийся цикл развития может быть нарушен, то есть может произойти ее омоложение. Этому способствует ряд факторов, главными из которых являются:

1) понижение базиса эрозии; 2) повышение какого-либо участка реки; 3) изменение климата района.


2.3.3.5. Речные террасы


Терраса – это площадка в строении речной долины, открытая или погребенная и обязанная своим происхождением деятельности водотока в предыдущий цикл развития.

Каждое понижение базиса эрозии реки вызывает новый цикл эрозии – появление донной эрозии и углубление долины, спрямление русла. При врезании русла аллювиальные отложения, слагающие пойму реки, оказываются выше пойменных осадков, сформировавшихся при новом, более низком базисе эрозии. Неразмытые остатки древних пойм образуют ступенчатые уступы, нависающие над новой поймой, и называются надпойменными террасами. Число террас соответствует количеству циклов эрозии (этапов омоложения), которые пережила река за время своего существования. Последовательность формирования террас в результате врезания русла и углубления долины при выработке нового профиля равновесия показана на рис. 38.

Углубление реки при ее омоложении приводит к тому, что древние террасы располагаются выше молодых. Надпойменные террасы нумеруются снизу вверх – от более молодых к древним: над уровнем поймы обычно выделяют первую, вторую, третью и так далее.

В строении надпойменных террас выделяют ряд геоморфологических элементов – уступ, бровку, террасовую площадку и тыловой шов (рис. 39, а). Террасы отличаются друг от друга по соотношению аллювиальных и коренных отложений. Террасы бывают следующих видов (рис. 39,б): аккумулятивные (террасы накопления), эрозионные (террасы размыва), цокольные.

К аккумулятивным террасам относят такие, у которых мощность аллювия больше относительной высоты их над уровнем реки; весь террасовидный уступ таких террас сложен аллювиальными накоплениями.

Эрозионные террасы почти целиком сложены коренными породами; на террасовидной площадке таких террас аллювий отсутствует или располагается в виде очень тонкого покрова. Эти террасы образуются при резком преобладании процессов эрозии над процессами аккумуляции в истории развития реки.

Цокольные – это аккумулятивные террасы, в уступе которых обнажаются коренные породы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..