Геологические процессы и документы

Процессы растворения  повторяются многократно, в результате во вмещающих породах образуется целая система соединяющихся  пустот и каналов, в дальнейшем увеличивающихся  в размерах. Так возникают карстовые пещеры.

Карстовые пещеры иногда достигают огромных размеров. Они  широко распространены в СССР, США, Франции, Италии, Венгрии, Чехословакии, Югославии и других странах. Большое  количество пещер (свыше сотни) известно в «кавернозных известняках», слагающих плато Кентукки (США). Здесь расположена Мамонтова пещера, которая состоит из пяти ярусов каналов и гротов общей протяженностью свыше 300 км. В Европе крупнейшие пещеры длиной 40 — 60 км известны в Швейцарии (Хельхох) и Австрии (Айсризенвельт). Крупные пещеры имеются в Венгрии, Югославии, ГДР.

У нас в стране наиболее изучена Новоафонская карстовая  пещера, расположенная в известняковом  массиве на Черноморском побережье  Грузии. Это одна из самых крупных  исследованных карстовых полостей — здесь выявлено восемь залов длиной от 50 до 275 м и высотой до 97 м. Общая протяженность пещеры достигает 1840 м. В пещере имеются три озера, уровень воды в которых располагается на высоте 40—42 м над уровнем моря.

Характерной формой для  карстовых пещер являются натечные образования, также связанные с деятельностью подземных вод. Среди натечных форм, которые чаще всего сложены кальцитом, выделяют сталактиты, сталагмиты, колонны, занавеси, перегородки и т. д. Образуются они следующим образом. Подземные воды, проходя через известняки, частично растворяют их и насыщаются бикарбонатом кальция Са(НСО₃)₂. Попадая в карстовые полости, обогащенные Са(НСО₃)₂ подземные воды оказываются в условиях более низкого давления, при котором происходят выделение избытка углекислоты, переход растворимого бикарбоната в нерастворимый карбонат кальция и выпадение последнего в осадок. Вследствие частичного испарения воды в пещере этот процесс интенсифицируется. Так образуются сталактиты, которые представляют собой удлиненные, растущие вниз от кровли пещеры подвески, напоминающие ледяные сосульки. Более толстые натечные формы, называемые сталагмитами, растут снизу вверх в результате падения капель на дно пещеры, частичного испарения воды, потери некоторого количества углекислоты и выделения нерастворимого СаСОз. Иногда, соединяясь, сталактиты и сталагмиты образуют натечные формы в виде колонн, занавесей и перегородок. На стенах карстовых пещер нередко возникают карнизы и каскады. На дне большинства пещер развиты многочисленные колодцы или отдельные озера. Иногда они соединяются и воды в виде потока движется по дну пещеры в направлении его уклона.

Многие пещеры состоят  из большого количества гротов и залов, соединяющихся причудливыми галереями  и располагающихся на разной высоте — в несколько этажей. Многоэтажность пещер обычно связана с изменением уровня грунтовых вод в зависимости от базиса эрозии местной речной сети. Понижение базиса эрозии сопровождается понижением уровня карстовых вод, что приводит к формированию нового этажа пещеры.

Большинство исследованных пещер связано с выщелачиванием известняков. Однако в мощных пластах, сложенных другими растворимыми минералами, также развиваются карстовые процессы. Примером этого может служить Кунгурская ледяная пещера, расположенная на западном склоне Урала в пределах бассейна р. Сылва в гипсах и ангидритах пермского возраста. Общая длина всех изученных ходов превышает 4,6 км. Внутри пещеры имеется большое количество озер, в том числе 19 крупных. Самое большое занимает площадь около 200 м². Характерными особенностями Кунгурской пещеры являются многоэтажность и низкая температура, колеблющаяся от —2 до —3°С, что обусловливает в ней круглосуточное присутствие льда.

С течением времени на поверхности района, сложенного карстующимися породами, могут возникать различные формы карстового ландшафта. По условиям образования выделяются карстовые формы, связанные с выщелачиванием (карры) и с провалами и оседанием сводов пещер (воронки, колодцы, долины и полья).

Сначала на поверхности  известнякового массива возникают глубокие борозды. Происхождение их связано с тем, что атмосферная вода, обогащенная углекислотой, проникает в трещины, растворяет их края, постепенно образуя небольшие углубления и промоины. С появлением направленного стока вод в промоинах и углублениях усиливаются процессы выщелачивания известняков, в результате образуется система борозд и желобков, разделенных узкими гребнями. Все эти формы и получили название карров.

Карстовые воронки представляют собой асимметричные чашеобразные углубления, диаметр и глубина которых изменяются от единиц до десятков метров. Округлые, пологие и не особенно глубокие воронки называются долинами. Нередко на дне карстовых воронок и других форм карстового рельефа встречаются глубокие отверстия, называемые понорами. Они представляют собой своеобразные вертикальные каналы, ведущие к подземным карстовым полостям внутри известнякового массива. Смыкаясь друг с другом, поноры образуют более крупные формы поверхностного карста — котловины и полья. Последние могут возникать также в результате провала кровли пещер. В рельефе полья выделяются обширными размерами, имеют вид замкнутых впадин с крутыми бортами и относительно плоским дном. Нередко такие депрессии заполняются водой, образуя карстовые озера.

Подземные воды не только растворяют горные породы, но и разрушают их механическим путем, выносят твердые частицы. Процесс выноса подземными водами твердых частиц из различных пород называется механической суффозиеи. Чаще всего суффозии подвергаются глины, пески, рыхлые песчаники; при этом водоносные слои уменьшаются в объеме и проседают.

Таким образом, в результате суффозии возникают пониженные формы  рельефа на поверхности земли.

Осадки подземных  вод

Наряду с растворением и переносом отдельных твердых  частиц подземные воды в благоприятных  условиях откладывают осадки. Этот процесс может происходить как на земной поверхности у выходов источников, так и в пустотах пород водоносных пластов. Отложение осадков — одна из важнейших форм геологической деятельности, совершаемой подземными водами.

Осадки, отлагаемые подземными водами на земной поверхности. Среди осадков, которые откладываются подземными водами на поверхности, нужно назвать известковые и кремнистые туфы, поваренную соль, железные и марганцевые руды.

Известковый туф  состоит из кальцита, который накапливается на поверхности у выходов источников. Выпадение СаСОз у выходов источников обусловлено теми же факторами, что и его выпадение при образовании сталактитов и сталагмитов. Реакцию выделения кальцита при образовании туфа можно записать по схеме

Са(НСОз) « СаСОз ¯+ Н₂О + СО₂ ­

Выделение СО₂ и быстрое осаждение карбоната кальция определяют пористую текстуру известковых туфов, а соли, содержащиеся в подземной воде, окрашивают их в различные тона. Обычно окраска туфов белая или серая, но часто с ржавыми или бурыми пятнами, возникающими за счет оксидов железа. Наличие равномерно распределенных оксидов железа придает всей породе желтоватый цвет, а железомарганцевые соединения окрашивают туфы в яркие тона.

Известковый туф со сравнительно крупными пустотами носит название травертина. Он способен довольно быстро образовать оболочку на любых предметах, попавших в источники, — ветках, листьях, монетах и т. д. Поэтому отложения травертина часто используют для определения возраста по находкам в них листьев, цветочной пыльцы, спор вымерших растений и т. д. На склонах гор натеки травертина обычно образуют системы террас. Наиболее крупные натечные террасы высотой до 200 м связаны с термальными источниками Памуккале у г. Денизли в Турции. В СССР мощные толщи травертинов известны вблизи Крестового перевала на Военно-Грузинской дороге, а также в Пятигорске и других районах.

Железные руды — известны залежи бурых железняков, образование  которых связано с геологической  деятельностью подземных вод. Железные руды такого происхождения приурочены к выходам вод, обогащенных солями железа FeСОз или FeSO₄. В этих условиях и, по-видимому, при участии бактерий происходит превращение FeСОз и FeSO₄ в 2 Fe₂O₃×ЗН₂O — лимонит, который, откладываясь в больших количествах, образует пласты. Примером могут служить залежи железных руд Керченского и Таманского полуостровов, приуроченные к отложениям верхнего отдела юры.

Аналогично образуются марганцевые руды.

Осадки, откладываемые  подземными водами в пустотах горных пород. Выше приводились примеры осаждения карбоната кальция в виде сталактитов и сталагмитов, колонн и других форм в карстовых пещерах. Таким же путем из подземных вод, заполняющих мелкие пустоты, выделяются растворенные в них химические соединения, цементирующие галечники, щебень, пески и другие рыхлые породы. Цементирующим веществом при этом часто бывают СаСОз, SiO₂×nH₂O,  FeCO₃ и др. В результате цементации образуются новые породы — конгломераты, брекчии, песчаники и др. При цементации соли из растворов осаждаются в поровом пространстве между частицами осадка или породы. Таким образом из рыхлых песков образуются известковые, кремнистые или железистые песчаники в зависимости от характера цемента, отложившегося между зернами породы. Цементация отложений минеральным веществом, выделившимся из подземных вод, может происходить на разных глубинах; ведущим фактором в этом процессе является высокая минерализация подземных вод.

Оползни

Смещения горных пород  на крутых склонах бывают весьма различными как по характеру, так и по масштабу. В частности, выделяют мелкие смещения, или оплывины, крупные смещения, или оползни, и внезапные обрушения огромных массивов горных пород, или обвалы, которые обычно происходят в горных районах. Наибольшее значение имеют оползни, широко распространенные в природе. Оползень — это естественное перемещение массивов горных пород под влиянием силы тяжести, в результате деятельности подземных вод и при наличии в разрезе горизонтов пластичных глин. В ненарушенном состоянии такие глины мало отличаются от обычных. Однако при механическом воздействии и увлажнении они приобретают высокую пластичность.

1.1.5. Геологическая деятельность  снега, льда

Ледники занимают значительное место на Земле. Они покрывают  почти 16 млн. км² поверхности суши (11 %), а в полярных областях ледниковый покров распространяется и на мелководную (шельфовую) область моря. Общий объем льда, содержащегося в ледниках, оценивается в 30 млн. км³ (объем куба с длиной ребра 300 км).

образование и типы ледников

Геологическая деятельность снега и ледников, как и других экзогенных факторов, включает эрозию, транспортировку обломков и их отложение. Изучением строения, развития и деятельности ледников занимается гляциология.

Ледники состоят из так  называемого глетчерного льда. В  отличие от других разновидностей льда (почвенный, речной, морской), возникающих при замерзании воды, глетчерный лед образуется из снега.

Для возникновения ледника  необходимы низкая среднегодовая температура, большое количество осадков, выпадающих в виде снега, а также наличие  пологих склонов и впадин, защищенных от солнца и ветра. Условия круглогодичного сохранения устойчивого снежного покрова имеются в странах с холодным климатом и в высокогорных областях различных климатических зон. Высоты, на которых образуются ледники, в разных районах земного шара неодинаковы и зависят от широты местности. Уровень, выше которого снег не успевает полностью растаять за лето, называется снеговой линией. Гипсометрическое положение снеговой линии зависит от климатических условий. При увеличении снежного покрова эта линия перемещается вниз и, наоборот, при потеплении климата и уменьшении количества осадков поднимается. В полярных районах снеговая линия располагается на высотах, близких к уровню моря (от нуля до 50—70 м); в Норвегии и на Аляске — на высоте 1,5 км; в Гималаях и Тибете — на высоте от 5,1 до 6 км. Высота снеговой линии может меняться даже в пределах одного района. На Западном Кавказе, например, который характеризуется обилием осадков, снеговая линия проходит на высоте 2,7 км, а на Восточном Кавказе с более сухим климатом — на высоте около 3,8 км; в Джунгарском Алатау на северном склоне гор она располагается на высоте 3 км, а на южном, более прогреваемом летом, поднимается до 3,5 км.

С уменьшением значения географической широты, при приближении к экватору, снеговая линия поднимается, на полюсах она приближается к уровню моря. Это и определяет неравномерность накопления снега и масштабов образования глетчерного льда — основная его часть (99,5%) сосредоточена в полярных областях и только 0,5 % связано с высокогорными ледниками.

Область, где происходит накопление снега и превращения  его в лед, получило название – хионосферы.

Накапливаясь в понижениях рельефа или на вершинах гор, снег за лето не успевает растаять, масса  его растет из года в год, он уплотняется и под влиянием суточных колебаний температуры превращается в зернистую массу. Такой уплотненный зернистый снег называется фирном, а область его накопления — фирновым полем. Фирн вновь покрывается снегом, под тяжестью которого продолжает уплотняться, пока со временем не превратится в глетчерный лед. Если 1 м³ свежего снега имеет массу 85 кг, то масса 1 м³ фирна достигает 600 кг, а 1 м³ глетчерного льда— 909 кг. Таким образом, на образование одного кубометра глетчерного льда расходуется почти 11 м³ снега. Средняя плотность глетчерного льда 0,909 г/см³, т. е. несколько ниже плотности речного льда (0,917 г/см³). Обусловлено это беспорядочным расположением зерен глетчерного льда, размер которых изменяется от горошины до куриного яйца. Структура речного льда упорядоченная — кристаллы имеют примерно одинаковый размер и ориентированы перпендикулярно к поверхности воды. В отличие от речного и морского льда глетчерный лед не обладает слоистостью, как правило, прозрачен и имеет голубоватый оттенок. Накапливается он в виде масс значительной мощности, составляющих тело ледника. Важным свойством глетчерного льда является его текучесть. Скорость течения ледника зависит от его мощности и крутизны ложа, которое он покрывает. Чем больше мощность и чем круче ложе, тем значительнее скорость его течения. Обычно она составляет 3—10 м/сут, а крупные ледники движутся со скоростью до 40 м/сут.