Выветривание и склоновые процессы
Особое место в числе экзогенных процессов занимает выветривание. Оно служит причиной разрушения и глубокого преобразования поверхностного слоя горных пород под воздействием колебаний температуры, влияния кислорода, углекислоты, органических кислот и некоторых процессов, вызванных деятельностью живых организмов. В результате выветривания образуется поверхностный слой осадочных пород— кора выветривания (зона гипергенеза), обладающая индивидуальными свойствами в разных природных зонах. Мощность коры выветривания в полярных странах не превышает нескольких метров, а в экваториальном климате может достигать 100 метров и более. Интенсивному выветриванию больше подвергаются магматические, метаморфические породы сложного минералогического и химического состава. Простые, однородные по составу осадочные породы (например, кварцевые пески, глины), уже прошедшие процесс гипергенеза, испытывают выветривание в меньшей степени.
Под влиянием выветривания во многих горных породах возникает специфическая трещиноватость, которая создает определенные формы отдельностей, ограниченные четкими плоскостями. Например, при выветривании базальтов и андезитов возникает столбчатая отдельность, в гранитах — плитчатая (матрацевидная), в некоторых лавах — канатовидная (веревочная), шаровая отдельность и т.д.
Направление, интенсивность, результаты выветривания зависят от климата, свойств и степени устойчивости горных пород. К важнейшим показателям устойчивости относятся: теплоемкость и теплопроводность — при слабой теплопроводности порода нагревается лишь в верхнем слое, и в нем резче проявляются процессы сжатия и растяжения в условиях значительных суточных амплитуд температуры, сложно построенные породы (гранит) разрушаются интенсивнее по сравнению с однородными (кварцит), так же по сравнению со светлыми, гладкими ведут себя темноокрашенные, шероховатые породы.
Физическое выветривание вызывается резкими суточными и годовыми колебаниями температур и потому наиболее ярко выражено в пустынях и на высоких горных плато. Оно сочетается с морозным выветриванием, характерным для холодного и высокогорного климата с попеременным оттаиванием и замерзанием воды в трещинах горных пород. Для физического выветривания типично разрушение горных пород при незначительном изменении их минералогического и химического состава. В результате на плоских поверхностях образуется грубообломочная кора выветривания типа злювия, на наклонных — коллювия.
Химическое выветривание происходит под воздействием воды и растворенных в ней кислот, газов (кислорода и углекислого газа). Большую роль играет, кроме того, деятельность растительных и животных организмов, особенно бактерий и грибков. Химическое выветривание вызывает коренные изменения в составе горных пород и образование новых соединений. Такие условия наиболее характерны для влажных экваториальных и субэкваториальных климатов, а также для летнего периода лесной зоны. Процессы химического выветривания сводятся к определенным химическим реакциям: окислению, гидратации, растворению, гидролизу. Окисление и гидратация интенсивнее проявляются в отношении элементов с разной валентностью. Например, окисление минералов и горных пород, содержащих железо в закисной форме: в присутствии воды характерно превращение сульфидов в лимонит, или бурый железняк: FеS2 (пирит) + nО2 + mН2О → FeSO4 →Fe2(SO4)3 → Fe2O3∙ nH2O (лимонит). Примером гидратации может служить переход ангидрита в гипс: CaSO4 + 2H2O → CaSO4∙2H2O.
Процесс растворения очень распространен в природе, особенно в осадочных горных породах — хлоридных (каменная соль), сульфатных (гипс), карбонатных (известняк, доломит, мел). Происходит вынос растворенных пород текучими водами, и на их месте возникают пустоты, понижения, провалы. При выветривании более устойчивых пород сложного состава в процессе гидролиза возникают новые глинистые минералы — каолинит — монтмориллонит, гидрослюды (гидробиотит, гидромусковит) и т.д.
Растительные организмы — мощный фактор выветривания в условиях теплого и умеренного климатов. В процессе жизнедеятельности они используют из почв и размельченных пород необходимые для развития минеральные соединения К, Na, Ca, Si, Mg, P, S, Al, Feи другие, одновременно выделяя органические кислоты и кислород (при фотосинтезе), которые являются активными факторами окисления и растворения.
В условиях преобладания или участия перечисленных процессов формируются коры выветривания: гидрослюдистая — в холодных и умеренных зонах, монтмориллонитовая кора глинистого состава — в степях и полупустынях с жарким климатом, каолиновая кора — в теплом и влажном климате умеренных широт, мощная латеритная кора — во влажном жарком климате экваториальных и субэкваториальных широт. В зоне смешанных лесов, в которой расположена территория Беларуси, получили распространение гидрослюдистая, каолиновая, монтмориллонитовая коры выветривания.
Наиболее древние и мощные коры выветривания возникают в условиях длительной денудации. Они принимают участие в образовании выровненных поверхностей платформ и крупных равнин. В них обнаруживают специфические полезные ископаемые: бокситы, каолины, железные и марганцевые руды, а в некоторых случаях — россыпные месторождения платины, золота.
С процессами выветривания связано образование структурных и скульптурных форм, которые возникают в результате отпрепарирования процессами выветривания выпуклых и стойких по отношению к разрушению структур, залегающих в более мягких породах. В результате нередко встречаются останцы твердых пород причудливых неповторимых очертаний, зависящих как от строения пород, так и от климатических условий. В литературе имеется описание таких образований в горах центральной Европы, из которых наиболее известны Тши-Турне (три камня) в Судетах (Силезия). Сложен этот памятник природы трещиноватыми гранитами с отчетливой матрацевидной отдельностью, придающей им форму "мешков с шерстью", которые наложены друг на друга. Слюдистые сланцы, в толщу которых некогда внедрился гранитный лакколит, давно разрушены, и Тши-Турне возвышаются причудливыми скалами.
На западе США (Вайоминг) среди относительно плоской поверхности отвесно поднимается 200-метровая скала диаметром 240 метров — "Башня дьявола", сложенная магматической породой (фонолитовым порфиром), образующей мощные пятигранные столбы от подножия до вершины. Оформилась башня в результате отпрепарирования заполненного лавой жерла древнего вулкана, захороненного под осадочными породами, а затем вскрытого выветриванием. Подобным образом возникли Драконова скала в Рейнских горах, гора Исхарен в массиве Ахаггар. В Центральной Австралии известна островная гора Эйрc-Рок, возвышающаяся над равниной, покрытой красными песками, на 950 метров. Эта скала сложена слоями аркозового песчаника с ребристой поверхностью. В условиях тропического климата от поверхности скалы откалываются слои в виде Скорлуп (десквамация), обнажающие внутренние части породы. Подобные формы называются "сахарными головами". У подножия такой "головы" расположен Рио-де-Жанейро. Скульптурные формы в песчаниках можно наблюдать в Болгарии вблизи города Белоградчик (Белоградчикские скалы) в виде множества причудливых останцев, отпрепарированных выветриванием, а в 18 километрах от Варны расположен заповедник "Побитите камни" с каменными колоннами и столбами высотой 5-6 метров. Своеобразной формой выветривания являются земляные пирамиды в аридном климате.
Склоновые процессы
Разнообразие рельефа поверхности Земли представлено совокупностью его элементов, создающих сочетание поверхностей и линейных элементов. К ним относятся наклонные поверхности — склоны, на которых в перемещении вещества основную роль играет сила тяжести, ориентированная вниз по склону.
На их долю приходится более 80% поверхности суши. Склоновые процессы с разной интенсивностью распространены практически везде и развиваются при взаимодействии сил гравитации и сцепления частиц рыхлых пород между собой и с коренными породами. В результате происходит перемещение продуктов выветривания, накопление их на участках сокращения угла наклона. Рыхлые породы, возникающие в процессе склоновой денудации, позже преобразуются в аллювиальные, морские и другие осадочные отложения. Связь склоновых процессов и выветривания выражается в скорости удаления со склонов разрушенного материала, в итоге обнажаются коренные породы, которые снова включаются в механизм выветривания. Таким образом, темп склоновых процессов определяет быстроту денудации. Поэтому изучение их играет большую роль в геоморфологии.
Склоны различаются по крутизне (крутые, средней крутизны, пологие), по длине (длинные, средней длины, короткие), по форме (прямые, выпуклые, вогнутые, выпукло-вогнутые), по направлению склоновых процессов и их результатам. К наиболее распространенным относятся: обвальные, осыпные, лавинные, оползневые, солифлюкционные, делювиальные, дефлюкционные.
Обвальные склоны формируются в горах в процессе отрыва крупных глыб и перемещения их к подножию. В верхней части возникают стенки (плоскости) срыва и ниши, а в нижней происходит беспорядочное скопление рыхлого материала. Горные обвалы нередко имеют огромные размеры. Например, при обвале в 1911 году в долине реки Мургаб возникло крупное Сарезское озеро, объем вынесенных рыхлых продуктов составил около 7 миллиардов тонн. Объем материала одного из обвалов в Альпах достигал 15 кубических километров. В результате обвалов запруживаются реки, при быстром движении оторвавшихся глыб на склонах возникают глубокие борозды, на участках накопления грубого материала— каменные "моря" и т.д. Обвал в швейцарских Альпах в 1881 году в книге Д. Бранедена "Неспокойный ландшафт" описан следующим образом: "Тогда те, кто наблюдал со стороны, увидели, как вся верхняя часть горы Платтенбергкопф, 10 миллионов кубометров породы, внезапно оторвалась от склона. Лес на ней, прежде чем быть поглощенным провалом, полег, "словно пшеница на ветру". Деревья сбились в кучу подобно стаду баранов. Весь склон находился в движении — все неслось вниз. Лавина скользила, вернее, стремительно мчалась вниз, пока не достигла карьера. Тут ее верхняя часть устремилась вперед уже по горизонтали и прямо через долину понеслась на Дюниберг... Косой удар — и вся масса повернула вниз, на ровное плодородное дно долины, которое за считанные секунды оказалось заваленным... Все, кто находился на склонах, были тут же погребены как муравьи".
Осыпные склоны (рис. 16) связаны с интенсивным проявлением физического выветривания, продукты которого, неоднократно соскальзывая по склону, вырабатывают желобообразное углубление — осыпной лоток глубиной 1—2 метра. Многочисленные осыпные лотки, углубленные талыми водами, расчленяют осыпной склон, создают ребристую поверхность, на которой выделяются разнообразные останцы в виде башен, колонн, плосковершинных крутосклонных минаретов и т.д. В нижней части склонов формируются осыпи, сложенные беспорядочными скоплениями рыхлых продуктов — коллювием (от лат. colluvio — скопление, беспорядочная груда). При обогащении дождевыми водами коллювий становится подвижной грязекаменистой массой.
Лавинные склоны характерны для горных районов с устойчивым снежным покровом в течение года. Низвергающиеся вниз снежные лавины по составу делятся на сухие и грунтовые, т.е. насыщенные водой. С геоморфологической точки зрения различают лотковые и прыгающие лавины. Деятельность лавин выражается в образовании крутостенных, врезанных в склоны лотков, мощных конусов выноса, накоплении снегового и обломочного материала.
Оползневые склоны образуются не только в горах, но и на равнинах, где приурочены к долинам крупных рек, берегам морей и озер. Необходимым условием оползней следует считать подстилание водопроницаемых пород водоупорными. Последние служат поверхностью скольжения верхнего слоя пород. Как и обвальные, оползневые склоны — мощное стихийное явление, они вызывают разрушения и вынос огромных масс рыхлого материала. Нередко оползни обусловлены деятельностью человека: строительство зданий, земляные работы, сооружение туннелей или плотин значительно увеличивают нагрузки на склоны, подверженные сползанию, и требуют точных инженерных расчетов устойчивости склонов в каждом конкретном случае (рис. 17).
Описанные склоновые процессы отличаются быстротой проявления и внешне хорошо ощутимыми результатами. Другой характер имеют склоновые процессы типа сползания с небольшой скоростью движения грунта. Эти медленные движения обусловлены действием силы тяжести, проникающей воды, а также особенностями выветривания. Известно, что почва и рыхлые грунты имеют свойство расширяться при замерзании или во время дождя, а потом сжиматься при оттаивании или высыхании. Каждый раз при этих сменах поверхность приподнимается (на 0,5 - 1 сантиметр), а потом опускается и одновременно частицы несколько смещаются вниз по склону, часто совершая зигзагообразные движения. Эти явления получили название крипа — сползания. Каждый раз ниже к подошве смещаются более мелкие частицы по сравнению с крупными, вместе с тем происходит очень медленная, но постоянная дифференциация частиц по механическому составу. В итоге возникают различного строения структурные грунты, известные в тундровой зоне под названием каменных колец, медальонной тундры и т.д. Явление крипа очень медленное, в год оно не превышает 1 сантиметра, но в течение длительного времени процесс выражается в перераспределении и перемещении частиц рыхлых горных пород и в общей тенденции плоскостного смыва или сполаживания склонов.
В результате медленного смещения слоя рыхлых горных пород формируются характерные склоны. Солифлюкционные склоны типичны для областей вечной мерзлоты. В период летнего таяния верхний слой горных пород насыщается водой и приобретает способность медленно передвигаться по склону даже при небольших уклонах. В нижней части склона образуются солифлюкционные терраски в виде языков шириной в несколько метров. Процессы солифлюкции наблюдаются и во влажной экваториальной зоне, где перенасыщение грунтов вызывается обильными осадками и распространением глинистых грунтов (рис. 18).
В горах на крутых (20 - 30°) склонах под влиянием солифлюкции образуются крупнообломочные россыпи в виде курумов, каменных морей или линейно вытянутых каменных рек.
Делювиальные склоны широко распространены на равнинных и холмистых территориях в гумидном климате. Они формируются в результате перемещения мелкозема по склону под транспортирующим влиянием тонких струек дождевых и снеговых вод (лат. deluo — смываю). В верхней части склона образуются смытые (скелетные) почвы, делювиальные шлейфы, а в нижней — бесструктурные намытые почвы при общей тенденции к выполаживанию неровностей поверхности. Делювиальные процессы, накопление делювия (del) становятся интенсивнее в случае отсутствия на склонах естественной растительности и широкой распашки территории. Такие условия характерны для Беларуси, где явления плоскостного смыва и намыва весьма распространены, а мощность делювия достигает 1-1,5 метра (рис. 19).
Дефлюкционные склоны формируются при небольших уклонах и сплошном распространении растительного покрова. Очень медленное перемещение мелкозема обеспечивается температурными колебаниями и разбрызгивающим действием дождевых капель. При высокой степени увлажнения дерновый покров сползает, разрывается, и формируются ступеньки наподобие миниатюрных оползней. Это явление, называемое децерацией, усиливается при выпасе скота, который использует ступеньки (террасы) и создает узкие, параллельные друг другу горизонтальные площадки — "коровьи тропы".
Таким образом, склоновые процессы отражают зональные (режим увлажнения, температуры, характер выветривания) и азональные процессы (углы наклона, механический и литологический состав слагающих пород, общее направление движения земной коры), а также характер и интенсивность хозяйственной деятельности. В зависимости от происхождения, морфологических особенностей, состава и мощности рыхлых отложений выделяются склоны собственно гравитационные (обвальные, осыпные), склоны блоковых движений, при образовании которых смещение вниз крупных блоков горных пород происходит под действием гравитации и подземных вод (оползневые), склоны массового смещения чехла рыхлого материала под действием воды (солифлюкционные, крип), склоны делювиальные.
Общее направление процессов ведет к понижению водоразделов и заполнению понижений. На месте расчлененного рельефа возникает выровненная, почти равнинная поверхность, которую Дейвис назвал пенепленом, а процесс выравнивания (планации) он классифицировал как пенепленизация.
Существует и другая возможность планации поверхности в результате развития склоновых процессов. Она заключается в процессе педипленизации (лат. pes — нога, англ. рlaiп — равнина), т.е. выравнивании "сбоку" путем отступления (боковой эрозии) крутых склонов речных долин, морских побережий в сторону водоразделов. Образуются широкие пологие денудированные площади — педименты, среди которых возвышаются плосковершинные останцы древней поверхности. Постепенно останцы нивелируются, и возникает сопочно-останцовая (мелкосопочная) поверхность — педиплен (рис. 20).
В работах многих авторов высказываются мнения о преобладании пенепленизации в условиях гумидного климата и педипленизации в аридном климате. Выровненный рельеф, возникший в аридном климате, иногда называют "гобийским", он широко распространен в Монголии, Казахстане, Сахаре, Большом бассейне Северной Америки, Центральной Австралии, т.е. в условиях поднимающихся платформ.
В гумидном климате, особенно при длительной тектонической стабилизации или опускании, преобладает процесс планации "сверху". На территории Беларуси важнейшее значение приобретает выравнивание с помощью процессов делювиообразования, дефлюкции и отчасти оползневых, солифлюкционных, осыпных явлений.
Огромный размах вертикальных амплитуд рельефа Земли, высокая тектоническая активность создают условия для интенсивного развития процессов денудации в современную геологическую эпоху. Это вызывает перемещение мощных масс рыхлого материала с материков и горных систем в направлении базиса эрозии, где происходит осадконакопление. В результате одновременно с бурным процессом дифференциации поверхности идет ее интенсивное выравнивание.
ГЛАВА 7.
Дата добавления: 2016-12-16; просмотров: 765;