Геологические процессы и документы

Пустыни на нашей планете занимают огромные площади. Так, в Азии они составляют 2156 тыс. км², т.е. 5.4% площади континента, в Африке 6550,5 тыс. км² (21.6%), в Туркмении площадь пустынь составляет 90% территории.

Формы эолового аккумулятивного рельефа

В песчаных пустынях, называемых в Северной Африке – эргами, а в Средней Азии – кумами развит сложный комплекс дефляционно-аккумулятивных форм рельефа, который зависит от: - режима ветров (сила и устойчивость направлений); - от количества сыпучего материала; - от наличия растительности. В зависимости от этих факторов различают несколько типов рельефа:

1. Барханные пески;
2. Барханные цепи (поперечно-грядовые пески);
3. Продольные барханные гряды;
4. Продольно-грядовые пески; Бугристые пески;

 

Барханные пески. Барханы – асимметричные песчаные холмы серповидной формы, располагающие перпендикулярно направлению ветра. Характерной особенностью их формы является заостренные концы (рога), выдвинутые вперед по направлению ветра. Высота барханов может достигать 30 – 140 м. Обычно рост бархана начинается с появления на поверхности небольшого пологого вздутия, вытянутого поперек ветра. Одиночные барханы редки и встречаются там, где мало песка.

В пределах песчаных пустынь  барханы обычно объединены в цепи и гряды, состоящие из многих сотен одиночных барханов. Длина такой гряды, ориентированной перпендикулярно к направлению ветра, может достигать 20 км при ширине 1 км. Расстояние между грядами 1,5 – 2 км. Возникают они при одинаковой силе двух ветров взаимно противоположных направлений (муссоны, бризы). Продольные барханные гряды формируются в области пассатных ветров.

Во всех песчаных пустынях широко распространены продольно-грядовые пески, которые образуются при ветрах, имеющих штопорообразный характер движения воздуха в горизонтальном направлении одного направления. Такие ветры выдувают песок из понижений и выбрасывают его на гряду при одновременном переносе вдоль гряды. В Сахаре такие гряды достигают высоты сотни метров. В зависимости от режима ветров, они осложняются поперечными перемычками (более низкими и узкими) образуя так называемую грядово-ячеистую форму (Кара-Кум, Кызыл-Кум).

Бугристые пески  – песчаные холмы высотой до 8-10 м неправильной формы, закрепленные растительностью.

Кучевые пески возникают при недостатке песка и накапливаются лишь около препятствий.

В не пустынных  районах (на побережье морей, рек, озер) возникают  так называемые – дюны – удлиненные песчаные холмы нанесенные ветром, дующим по направлению к берегу. Рога у дюны направлены не вперед, как у бархана, а назад. На морских побережьях дюны достигают 20 – 30 м высоты, иногда до 100 м. скорость их движения от 1 до 20 м в год, в зависимости от режима ветров. Когда одна дюна отодвигается от берега, на ее месте вырастает другая. В дальнейшем поверхность дюны осложняется и становится холмистой. Дюны широко развиты на побережье Балтийского моря, в долине рек Лена, Днепр, Дон.

Типы пустынь

Климатические особенности и эоловые процессы определяют формирование различных  типов пустынь.

Каменистые  пустыни (гаммады) образуются при преобладании процесса дефляции и широко распространены в Сахаре.

Песчаные и  лёссовые (адыры) пустыни развиты на окраинах песчаных пустынь, где граничат с горами или переходят в степи. Поверхность их расчленена многочисленными рытвинами и оврагами, возникающих под действием поверхностных вод.

Глинистые пустыни (такыры) – ровные поверхности, сложенные глинистыми осадками. Они возникают на месте речных разливов и конусов выноса горных потоков.

Солончаковые  пустыни (моры) образуются на месте высохших соленых озер или в местах неглубокого залегания грунтовых вод, при испарении которой у поверхности формируется  корочка соли (сульфат натрия) толщиной 1 – 2мм.

 

1.1.3. Геологическая деятельность поверхностных текучих вод

 

Атмосферные осадки, выпадая на дневную поверхность, 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, образуя 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 может быть названа ее живой силой.

Площадной сток. При площадном стоке вода течет по всей поверхности наклонного склона в местах, где время от времени идут сильные дожди.

Геологическая деятельность площадного стока проявляется  в смыве мелкозернистого обломочного  материала (алевритовый, песчаный). Максимально  смыв проявляется в местах лишенных 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 эрозия. Различают три вида эрозии: донная, боковая и регрессивная.

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

Предельный  уровень, к которому стремится водоток и глубже которого врезается водоток не может называться базисом эрозии. Всеобщий базис эрозии – уровень мирового океана. В районах сухого климата роль базиса эрозии играют поверхность предгорных равнин.

Продольный  профиль динамического равновесия

Понижение базиса эрозии меняет режим потока и нарушает равновесие между эрозией и аккумуляцией, т.к. в приустьевой части увеличивается  уклон русла и возрастает скорость течения (но количество воды остается прежним). Водоток начинает углублять свое русло до тех пор, пока уклон его не станет прежним.

Углубление  русла в приустьевой части  вызывает увеличение уклона и скорости выше, в соседнем участке. Глубинная  эрозия таким образом будет распространяться вверх против течения по закону регрессивной (попятной) эрозии.

В продольном профиле  водотока выберем поперечное сечение  в точке А и рассмотрим различные  соотношения в этом сечении между  количеством привносимого (Q₁₊₂) и выносимого (Q₃) материала.

1. Q₁ + Q₂ < Q₃ – это значит, что из сечения (А) водоток способен вынести больше материала, чем его привносится. Остается избыток энергии, которая будет расходоваться на эрозию
2. Q₁ + Q₂ > Q₃ – в сечении (А) происходит аккумуляция обломочного материала, т.к. его привноситься 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 не выработанными. И профили, в которых эти соотношения уравновешены, т.е.  (Q₁ + Q₂) = Q₃ – называются выработанными.

Любой водоток  все время стремится выработать продольный профиль динамического  равновесия применительно к существующему  в данный момент положению базиса эрозии. В любой точке такого профиля наблюдается равновесие между живой силой воды, количеством переносимого материала и сопротивляемостью дна пород на размыв.

Такова схема  выработки продольного профиля  равновесия реки при условии однородного  состава размываемых его пород. При чередовании мягких и твердых пород в русле реки образуются пороги. Если река протекает по поверхности с расчлененным первоначальным рельефом, в русле ее образуются водопады. Один из крупнейших водопадов мира – Ниагарский, расположенный 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 др. В СССР крупные водопады находятся на Кавказе, Тянь-Шане, Памире.

Деятельность  временных водотоков

На равнинных участках, сложенных рыхлыми толщами и 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 прекратились донная и регрессивная эрозии. Если дно зрелого оврага достигает уровня грунтовых вод, то возникает молодая (речная) долина, если нет – то овраг может оставаться в таком виде очень долго, склоны его выполаживаются, зарастают и он превращается в балку.

В горных районах в результате деятельности временных водотоков образуются сухие лога и долины, которые морфологически четко выражены (рис.16,а). в верховье они имеют водосборный цирк, а на выходе из лога формируется конус выноса (или сухая дельта), сложенная пролювием (рис.16,б). отложения временных водотоков (пролювий) характеризуется плохой окатанностью и сортировкой.

Деятельность  постоянных водотоков

Деятельность постоянных водотоков во многом определяется их режимом (количеством и уровнем воды; скоростью течения), который 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.

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

Перенос и отложения водотоков

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 переносятся реками и затем откладывается называется аллювием. Аллювий может переносится тремя способами: а) – влекомым – тащится и перекатывается по дну русла; 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/сек переносится по дну мелкий песок, а при скорости 2.0 м/сек – крупная галька (до 10 см).

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, NaCO3) 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 Fe и Mn, которые образуют истинные и коллоидные растворы.

Следует отметить, что соотношение твердого стока рек и растворенных веществ не однозначны для рек разных областей. Так, в горных реках, отличающихся большой скоростью течения, явно 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, а во взвесях (б) переносятся песчаные и более мелкие частицы. Иная картина в равнинных реках, где 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.

Как уже отмечалось, отложения, накапливающиеся в речных долинах, называются аллювием (лат. «аллювио» - нанос, намыв). Они состоят из обломочного  материала различной зернистости, степени окатанности и сортировки. Различают три разновидности аллювия: русловой, пойменный и страичный.

Русловой аллювий, как правило, самый грубый (крупнозернистый  песок, гравий, галечник). Размер его  обломков зависит от скорости течения воды в русле. Он обладает косой слоистостью с наклоном слоев в направлении течения реки.

Пойменный аллювий  – это значительно более мелкозернистый, чем русловой. Так, например, русловой аллювий представлен галечниками, а пойменный – песками. Почему пойменный аллювий мельче? Во время паводка вода выходит из берегов, разливается по пойме и скорость ее течения резко падает. На пойму она выносит более мелкий материал, 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 стариц 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 более мелкозернистого аллювия.

Ежегодно в  моря и океаны реками выносится почти 20 млрд.т – твердые частицы. Так, например, р. Амударья выносит 45 млн.м³, р. Миссисипи > 200 млн. т., а р. Хуанхе – до 1000 млн.м³ твердого стока. Большая часть этого материала аккумулируется в дельтах рек. Дельта – это участок суши, который образуется за счет наноса аллювия в прибрежной части моря. Площадь дельты р. Лены составляет 45 тыс. км², а дельта р. Хуанхк – 500 тыс. км². дельтовые осадки образуют огромные линзы мощностью до 15 км и объемом 5´10⁶ км³ (р. Ганг и Брахмапутра в Индийском океане). Мощность дельтовых осадков р. амазонки составляет 12 км. В таких линзах накапливается значительное количество органики, которая в дальнейшем участвует в нефтеобразовании.

Стадии  развития речной долины

На протяжении времени существования река переживает периоды юности, молодости, зрелости и старости.

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